Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sử dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ trên địa bàn thành phố thái nguyên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tận dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ tại Thái Nguyên, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Mã Thành Công
• Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Thạnh
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ trên địa bàn thành phố Thái Nguyên
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Phân bón hữu cơ sinh học và vai trò trong phát triển nông nghiệp
• 2.1.1. Khái niệm phân hữu cơ sinh học
• 2.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển phân bón và xu thế cân đối dinh dưỡng trong nông nghiệp
• 2.1.3. Giá trị của phân bón hữu cơ sinh học
• 2.1.4. Một số phân hữu cơ sinh học đã được sản xuất
• 2.1.4.1. Phân hữu cơ vi sinh vật
• 2.1.4.2. Phân lân vi sinh
• 2.1.5. Một số vấn đề về sản xuất và ứng dụng phân bón vi sinh tại Việt Nam
• 2.2. Chế phẩm EM
• 2.2.1. Lịch sử nghiên cứu
• 2.2.2. Thành phần vi sinh vật trong chế phẩm EM
• 2.2.3. Một số ứng dụng của chế phẩm EM
• 2.3. Tình hình quản lý chất thải rắn ở Việt Nam và TP Thái Nguyên và trên Thế Giới
• 2.3.1. Tình hình quản lý chất thải rắn ở Việt Nam
• 2.3.2. Tình hình quản lý chất thải rắn tại các chợ ở TP Thái Nguyên
• 2.4. Ảnh hưởng của chất thải rắn thực phẩm đến môi trường và sức khỏe cộng đồng
• 2.4.1. Ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và giảm mỹ quan môi trường sống
• 2.4.2. Chất thải rắn thực phẩm làm ô nhiễm môi trường
• 3. ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Điều tra, đánh giá, thu thập số liệu
• 3.3.2. Nghiên cứu ủ phân
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện kinh tế-xã hội của thành phố Thái Nguyên
• 4.1.1. Đặc điểm tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế-xã hội
• 4.2. Đánh giá hiệu lực của các chế phẩm EM đến khả năng phân hủy rác thải rắn thực phẩm
• 4.3. Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phân bón hữu cơ sinh học lên cây rau rền
• 4.3.1. Đánh giá cảm quan
• 4.3.2. Ảnh hưởng của phân bón lên sự tăng trưởng chiều cao của cây
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu sử dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ tại Thái Nguyên là một đề tài có tính cấp thiết cao trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại. Việc sử dụng quá nhiều phân bón hóa học đã dẫn đến thoái hóa đất, mất cân bằng dinh dưỡng và ô nhiễm môi trường. Xu hướng quay lại nền nông nghiệp hữu cơ, sử dụng phân bón hữu cơ và tái chế rác thải đang là giải pháp bền vững. Đề tài này không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế, phục vụ cho nông nghiệp bền vững.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là lựa chọn các loại rác thải rắn thực phẩm phù hợp để sản xuất phân bón hữu cơ dạng dung dịch. Nghiên cứu cũng nhằm xây dựng mô hình và quy trình chế biến rác thải rắn thực phẩm thành phân compost chất lượng cao, phục vụ canh tác cây trồng. Cuối cùng, nghiên cứu đánh giá hiệu lực của phân bón hữu cơ trên cây trồng, đặc biệt là cây rau rền.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu mang lại ý nghĩa khoa học lớn khi áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, giúp sinh viên tích lũy kinh nghiệm. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu góp phần quản lý rác thải hiệu quả, giảm ô nhiễm môi trường và tạo ra phân bón hữu cơ giá rẻ, phục vụ nông nghiệp bền vững. Đồng thời, nghiên cứu giúp tiết kiệm chi phí nhập khẩu phân bón hóa học và tăng độ phì nhiêu của đất.

II. Tổng quan về phân bón hữu cơ và rác thải rắn thực phẩm

Phân bón hữu cơ sinh học là sản phẩm của quá trình lên men vi sinh vật, kết hợp với các nguyên tố dinh dưỡng như N, P, K. Việc sử dụng phân bón hữu cơ không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn cải thiện độ phì nhiêu của đất, giảm ô nhiễm môi trường. Rác thải rắn thực phẩm là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất phân compost, góp phần tái chế rác thải và bảo vệ môi trường.

2.1. Lịch sử phát triển phân bón hữu cơ

Phân bón hữu cơ đã được sử dụng từ rất lâu đời, bắt đầu từ phân chuồng và các chất hữu cơ tự nhiên. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghiệp hóa học, phân bón hóa học đã chiếm ưu thế. Hiện nay, xu hướng quay lại sử dụng phân bón hữu cơ đang được khuyến khích nhằm đảm bảo nông nghiệp bền vững và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.2. Vai trò của rác thải rắn thực phẩm trong sản xuất phân bón

Rác thải rắn thực phẩm là nguồn nguyên liệu giàu chất hữu cơ, có thể được tái chế thành phân compost thông qua quá trình ủ vi sinh. Việc sử dụng rác thải rắn thực phẩm không chỉ giúp giảm lượng rác thải ra môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế, phục vụ cho nông nghiệp bền vững.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc thu thập và phân tích rác thải rắn thực phẩm từ các chợ tại Thái Nguyên. Quá trình ủ phân được thực hiện với sự hỗ trợ của chế phẩm EM, giúp tăng tốc độ phân hủy và cải thiện chất lượng phân compost. Kết quả nghiên cứu cho thấy phân bón hữu cơ từ rác thải rắn thực phẩm có hiệu quả cao trong việc cải thiện sự tăng trưởng của cây rau rền.

3.1. Quy trình ủ phân từ rác thải rắn thực phẩm

Quy trình ủ phân bao gồm các bước: thu gom rác thải rắn thực phẩm, xử lý sơ bộ, trộn với chế phẩm EM và ủ trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Quá trình này giúp chuyển hóa chất thải hữu cơ thành phân compost giàu dinh dưỡng, phục vụ cho canh tác cây trồng.

3.2. Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ

Kết quả nghiên cứu cho thấy phân bón hữu cơ từ rác thải rắn thực phẩm có tác động tích cực đến sự tăng trưởng của cây rau rền. Cây trồng được bón phân compost có chiều cao và năng suất cao hơn so với cây trồng không được bón phân. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc phát triển nông nghiệp bền vững.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của nền nông nghiệp thâm canh gia tăng việc sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật và các loại nông dược nhằm tối đa hóa năng suất và sản lượng. Tác giả khóa luận chỉ ra rằng việc lạm dụng phân bón vô cơ trong thời gian dài đã dẫn đến tình trạng đất đai bị thoái hóa, mất cân đối dinh dưỡng, phá hủy hệ vi sinh vật bản địa trong đất và làm tích lũy các hợp chất độc hại cũng như mầm bệnh. Trước thực trạng này, xu hướng phát triển nông nghiệp hữu cơ thông qua việc sử dụng chế phẩm sinh học và các dạng phân bón hữu cơ (hữu cơ truyền thống, hữu cơ sinh học, hữu cơ khoáng, hữu cơ vi sinh) trở thành định hướng tất yếu nhằm phục hồi độ phì nhiêu của đất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Song song với vấn đề nông nghiệp, công tác quản lý chất thải rắn đô thị tại thành phố Thái Nguyên đang đối mặt với nhiều áp lực. Khối lượng chất thải rắn phát sinh lớn, trong đó chất thải rắn thực phẩm từ các khu chợ và khu dân cư chiếm tỷ lệ cao nhưng chủ yếu vẫn xử lý bằng phương pháp chôn lấp tại bãi rác Khe Đá Mài (xã Tân Cương), gây lãng phí quỹ đất và tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Đề tài "Nghiên cứu sử dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón trên địa bàn thành phố Thái Nguyên" được thực hiện nhằm giải quyết đồng thời bài toán xử lý chất thải hữu cơ tại nguồn và tạo ra nguồn phân bón sinh học phục vụ sản xuất cây trồng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được tác giả xác định cụ thể qua 4 nội dung:

1. Lựa chọn một số rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ dạng dung dịch.
2. Xây dựng mô hình sản xuất phân hữu cơ từ rác thải rắn thực phẩm sẵn có.
3. Xây dựng quy trình chế biến rác thải rắn thực phẩm thành phân bón hữu cơ sinh học chất lượng cao phục vụ canh tác cây trồng.
4. Khảo nghiệm đánh giá hiệu lực của phân bón chế biến từ rác thải rắn thực phẩm sau phân hủy trên cây trồng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Rác thải rắn thực phẩm thu gom tại chợ; men sinh học tự nhiên; chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM2; đối tượng sinh học thử nghiệm hiệu lực phân bón là cây rau dền (trong văn bản ghi là cây rau rền).
• Phạm vi nghiên cứu: Không gian nghiên cứu thực hiện trên địa bàn thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên. Thời gian thực hiện và số liệu khảo sát, thực nghiệm được hoàn thành trong khóa đào tạo 2014 - 2018 (nghiệm thu tháng 5 năm 2018).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận tiếp cận dựa trên các khái niệm, cơ sở khoa học về vi sinh vật học và các văn bản pháp lý về quản lý môi trường:

• Khái niệm phân bón hữu cơ sinh học: Loại phân bón sử dụng quá trình lên men vi sinh vật để hoạt hóa than bùn hoặc chất thải hữu cơ, sau đó phối trộn với các chất dinh dưỡng khoáng (N, P, K), các nguyên tố trung - vi lượng và chất điều hòa kích thích sinh trưởng.
• Công nghệ vi sinh vật hữu hiệu (Effective Microorganisms - EM): Lý thuyết do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa (Đại học Ryukyus, Nhật Bản) phát triển từ những năm 1970. Chế phẩm chứa tổ hợp các chủng vi sinh vật có ích sống cộng sinh gồm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn cố định nitơ, xạ khuẩn (Actinomyces), vi khuẩn lactic (Lactobacillus) và nấm men, có tác dụng phân giải hợp chất hữu cơ phức tạp, ức chế vi sinh vật gây thối và khử mùi hôi.
• Cơ sở pháp lý: Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 ngày 23 tháng 6 năm 2014; Nghị định số 38/2015/NĐ-CP về quản lý chất thải và phế liệu; Quyết định số 2421/QĐ/BNNKHCN ngày 17/8/2004 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận tiến bộ kỹ thuật cho phân hữu cơ vi sinh vật chức năng (PHCVSVCN).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập số liệu bao gồm:

• Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: Thu thập tài liệu thứ cấp tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên; khảo sát thực địa tại 29 chợ trên địa bàn thành phố Thái Nguyên để xác định lượng phát sinh và thành phần cơ giới của rác thải.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm ủ phân sinh học: Sử dụng phương pháp ủ thủ công có đảo trộn trong 5 tuần, bố trí 3 công thức thí nghiệm (mỗi công thức nhắc lại 3 lần) với tỷ lệ phối trộn như sau:
  • Công thức 1 (CT1): 1 kg rác thải rắn thực phẩm + 300 ml nước + 50 ml rỉ đường + 1,5 lít EM2.
  • Công thức 2 (CT2): 1 kg rác thải rắn thực phẩm + 300 ml nước + 50 ml rỉ đường + 2,0 lít EM2.
  • Công thức 3 (CT3): 1 kg rác thải rắn thực phẩm + 300 ml nước + 50 ml rỉ đường + 2,5 lít EM2.
• Phương pháp phân tích hóa lý và cảm quan: Đánh giá diễn biến cảm quan (màu sắc, mùi hôi, sự xuất hiện của dòi bọ) qua các tuần 1, 2, 3, 4, 5. Sau 5 tuần ủ, lọc tách bã và phân tích 4 chỉ tiêu hóa học trong dịch chiết: Đạm tổng số (N), Lân hữu hiệu ($P_2O_5$), Kali hữu hiệu ($K_2O$) và $pH_{KCl}$.
• Phương pháp chế biến phân bón lá: Phối trộn dịch sau ủ với dung dịch dinh dưỡng khoáng gồm 5% N, 3% P, 1% K và các nguyên tố vi lượng.
• Phương pháp khảo nghiệm đồng ruộng: Cây con sau khi gieo hạt 20 ngày được cấy ra ruộng thí nghiệm chia làm 4 liếp (kích thước $100\text{ cm} \times 100\text{ cm}$, khoảng cách cây $10\text{ cm} \times 10\text{ cm}$, mật độ 100 cây/liếp). Bố trí 4 nghiệm thức: Liếp đối chứng (ĐC) chỉ bón lót ban đầu và tưới nước thường; Liếp CT1, CT2, CT3 phun dung dịch phân hữu cơ sinh học pha chế tương ứng. Chế độ tưới nước 2 lần/ngày; chế độ phun lá tăng dần theo tuổi cây (10 ml, 30 ml, 70 ml, 90 ml) với tần suất 3 ngày/lần.
• Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê sinh học bằng phần mềm Microsoft Excel, tính giá trị trung bình và sai số chuẩn ($TB \pm SE$).

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần mở đầu xác định tính cấp thiết của việc tận dụng phụ phẩm, chất thải rắn thực phẩm phát sinh trong đời sống đô thị để sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, thay thế một phần phân bón vô cơ nhập khẩu, giảm ô nhiễm môi trường và hỗ trợ các tiêu chuẩn thực hành nông nghiệp tốt (GAP). Nội dung chương nêu rõ 4 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài đối với công tác bảo vệ môi trường tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các kiến thức chuyên ngành liên quan đến phân bón hữu cơ sinh học, công nghệ vi sinh và hiện trạng quản lý chất thải rắn:

• Lịch sử và vai trò phân bón: Khái quát từ giai đoạn 1.500 năm TCN tại Trung Quốc, học thuyết khoáng hóa của Liebig (1840) đến sự phát triển của phân bón vi sinh Nitragin (Rhizobium) năm 1896 tại Đức và phân bón vi sinh tại Việt Nam từ thập niên 1960. Nhu cầu phân bón hóa học toàn cầu theo số liệu của FAO đạt mức 200 triệu tấn.
• Công nghệ EM: Cấu trúc quần thể vi sinh vật cộng sinh, ứng dụng của chế phẩm EM trong chăn nuôi, xử lý mùi rác thải đô thị (tại HOWADICO TP.HCM giảm 75-80% mùi hôi, Vĩnh Long, Yên Bái) và sản xuất phân compost.
• Hiện trạng chất thải rắn tại thành phố Thái Nguyên: Toàn thành phố có 29 chợ (4 chợ hạng 1, 2 chợ hạng 2/4, 18 chợ hạng 3; Chợ Thái lớn nhất với $12.635\text{ m}^2$, Chợ Ga nhỏ nhất $750\text{ m}^2$). Lượng rác thải phát sinh từ các hộ buôn bán đạt $0,4 - 0,9\text{ kg/hộ/ngày}$. Tổng lượng rác toàn thành phố khoảng 130 tấn/ngày, tỷ lệ thu gom đạt 78,8%, chủ yếu chôn lấp tại bãi rác Khe Đá Mài diện tích 2,8 ha.
• Tổng quan quốc tế về xử lý chất thải rắn: So sánh cơ cấu xử lý rác đô thị giữa các quốc gia (theo số liệu Thụy Sỹ đốt 80%, Nhật Bản đốt 72,8%, Anh chôn lấp 88%, Pháp chế biến phân bón 22%).

Thành phần chất thải rắn tại các chợ TP. Thái Nguyên	Tỷ lệ (%)
Rác thải thực phẩm (rau củ, hoa quả, ruột cá, phế phẩm thịt)	50%
Nhựa, cao su, bao nilon	15%
Giấy, giẻ rách	12%
Đất cát, xỉ than và các tạp chất khác	10%
Thủy tinh mảnh vụn	5%
Kim loại, vỏ đồ hộp	3%

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết thiết kế thí nghiệm ủ phân từ rác thải thực phẩm với 3 công thức tỷ lệ chế phẩm EM2 khác nhau (1,5 lít; 2,0 lít; 2,5 lít/kg rác), quy trình công nghệ bổ sung NPK và vi lượng để tạo sản phẩm phân bón lá sinh học hoàn chỉnh, cùng phương pháp bố trí ô thí nghiệm đồng ruộng theo dõi cây rau dền trong 15 ngày sau khi cấy.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình ủ và thử nghiệm bón phân:

1. Đặc điểm địa bàn: Phân tích điều kiện tự nhiên, khí hậu (nhiệt độ tối cao 39,5°C, độ ẩm 82%, lượng mưa tập trung 87% vào mùa mưa) và tình hình kinh tế - xã hội của thành phố Thái Nguyên (tốc độ tăng trưởng năm 2016 đạt 15,5%; dân số 362.921 người).
2. Đánh giá cảm quan quá trình ủ 5 tuần:
   • CT1 (1,5 lít EM): Quá trình phân hủy chậm, hỗn hợp đặc sệt màu nâu, mùi thối nặng và bị nhiễm dòi kéo dài đến tuần 4 - 5.
   • CT2 (2,0 lít EM): Hỗn hợp nhuyễn nát nhanh, chuyển màu nâu đen, mùi thối giảm nhanh và đến tuần 5 chỉ còn mùi rất nhẹ, không có dòi.
   • CT3 (2,5 lít EM): Phân hủy nhanh nhất, dịch lỏng màu nâu đỏ, từ tuần 4 hầu như hết mùi thối nhưng bốc mùi khai nồng nặc do lượng vi sinh vật chuyển hóa làm thất thoát đạm dạng khí.
3. Kết quả phân tích hàm lượng dinh dưỡng sau 5 tuần ủ:

Công thức thí nghiệm	Đạm tổng số (mg/l)	Lân hữu hiệu - $P_2O_5$ (mg/l)	Kali hữu hiệu - $K_2O$ (mg/l)	$pH_{KCl}$
Công thức 1 (CT1)	6.900	72,24	9.200	5,61
Công thức 2 (CT2)	5.700	73,84	10.500	5,58
Công thức 3 (CT3)	7.300	76,84	7.600	5,79

4. Khảo nghiệm sinh trưởng trên cây rau dền: Theo dõi chiều cao và trạng thái lá định kỳ 3, 6, 9, 12, 15 ngày. Cây ở liếp CT2 có màu lá xanh đậm, tán phát triển đồng đều, chất lượng thương phẩm tốt nhất và đạt chiều cao trung bình cao nhất sau 15 ngày ($33,54\text{ cm}$), trong khi công thức đối chứng chỉ đạt $26,27\text{ cm}$.

Công thức	3 ngày (cm)	6 ngày (cm)	9 ngày (cm)	12 ngày (cm)	15 ngày (cm)
Đối chứng (ĐC)	$8,14 \pm 0,09$	$12,30 \pm 0,15$	$16,14 \pm 0,21$	$21,35 \pm 0,23$	$26,27 \pm 0,24$
CT1	$8,09 \pm 0,09$	$12,80 \pm 0,16$	$18,90 \pm 0,25$	$26,03 \pm 0,26$	$30,70 \pm 0,34$
CT2	$8,05 \pm 0,08$	$12,60 \pm 0,16$	$19,57 \pm 0,24$	$26,80 \pm 0,26$	$33,54 \pm 0,36$
CT3	$8,06 \pm 0,08$	$13,50 \pm 0,16$	$20,68 \pm 0,19$	$27,40 \pm 0,24$	$30,20 \pm 0,30$

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các chỉ số kỹ thuật của các công thức ủ và hiệu quả nông học; đưa ra các kiến nghị về việc mở rộng quy mô nghiên cứu, phân tích thêm các chỉ tiêu lý hóa của dịch phân bón lá và thử nghiệm trên các nhóm cây trồng khác.

---

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã ghi nhận các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:

• Xác định được thành phần chất thải rắn tại chợ đô thị Thái Nguyên với tỷ lệ rác hữu cơ thực phẩm chiếm áp đảo (50%), là nguồn nguyên liệu dồi dào cho quá trình tái chế sinh học.
• Đánh giá được hiệu lực phân giải của chế phẩm vi sinh EM2: Sử dụng tỷ lệ 2,0 lít EM2/kg rác (CT2) kiểm soát mùi hôi thối tối ưu sau 5 tuần ủ, hạn chế phát sinh ruồi dòi và tránh hiện tượng thất thoát đạm tự do như ở CT3 (2,5 lít EM2).
• Xác định các thông số dinh dưỡng của dịch chiết sau ủ: Hàm lượng đạm dao động từ $5.700\text{ mg/l}$ đến $7.300\text{ mg/l}$; lân hữu hiệu tăng dần từ $72,24\text{ mg/l}$ đến $76,84\text{ mg/l}$; kali đạt cao nhất ở CT2 với $10.500\text{ mg/l}$; độ pH duy trì ở mức hơi axit ($5,58 - 5,79$).
• Chứng minh hiệu quả nông học vượt trội của phân bón sinh học tự chế: Cây rau dền được phun phân bón từ CT2 có tốc độ sinh trưởng chiều cao đạt $33,54\text{ cm}$ ở ngày thứ 15, vượt nghiệm thức đối chứng $7,27\text{ cm}$ (tăng trưởng cao hơn 27,67%), thân mập, bản lá xanh đậm và không bị hiện tượng ra hoa sớm như CT3.

Về mặt giải pháp và đóng góp ứng dụng:

• Thiết lập quy trình ủ rác hữu cơ thực phẩm dạng lỏng kết hợp đảo trộn hiếu khí/kỵ khí có bổ sung rỉ đường và chế phẩm vi sinh, lọc tách bã và phối trộn khoáng cân đối (5% N, 3% P, 1% K cùng vi lượng) tạo phân bón lá sinh học hoàn chỉnh.
• Đóng góp giải pháp kỹ thuật có chi phí thấp, tận dụng nguồn phế phẩm chợ đầu mối để giảm tải lượng rác phải chôn lấp tại bãi rác Khe Đá Mài, hỗ trợ định hướng kinh tế tuần hoàn trong quản lý môi trường đô thị.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung tác giả trình bày tại phần kết luận và kiến nghị, các hạn chế và hướng mở của đề tài bao gồm:

• Hạn chế: Thí nghiệm mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm và diện tích thử nghiệm nhỏ (mỗi ô $1\text{ m}^2$), số lượng mẫu ủ còn ít nên tính đại diện chưa bao quát toàn bộ các nhóm rác thải thực phẩm khác nhau; mới chỉ khảo nghiệm trên duy nhất một đối tượng cây trồng ngắn ngày (rau dền) trong chu kỳ 15 ngày.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  1. Triển khai mô hình ủ phân ở quy mô lớn hơn (pilot/bán công nghiệp) để đánh giá tổng thể và xây dựng tài liệu phổ biến kỹ thuật cho người dân và nông hộ.
  2. Phân tích bổ sung các chỉ tiêu chất lượng chuyên sâu của phân bón lá (hàm lượng kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh, mật độ vi sinh vật hữu hiệu).
  3. Nghiên cứu hiệu lực nông học và đánh giá hiệu quả kinh tế của phân bón sinh học trên nhiều đối tượng cây trồng (cây ăn quả, cây công nghiệp như chè) và các loại đất khác nhau.
  4. Hoàn thiện quy trình để đưa vào sản xuất đại trà phân hữu cơ sinh học từ rác thải sinh hoạt đô thị bằng chế phẩm vi sinh.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Sinh viên và học viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Nông học, Trồng trọt và Công nghệ Sinh học: Cung cấp phương pháp luận về bố trí thí nghiệm ủ vi sinh, kỹ thuật theo dõi các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý của dịch ủ và phương pháp đánh giá hiệu lực nông học trên cây trồng.
• Cán bộ quản lý chất thải và hợp tác xã môi trường: Tham khảo số liệu điều tra thành phần rác thải tại hệ thống chợ thành phố Thái Nguyên và quy trình công nghệ ủ sinh học giảm mùi bằng chế phẩm EM2 phục vụ phân loại, xử lý rác tại nguồn.
• Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 (tỷ lệ phối trộn nguyên liệu ủ và quy trình phối chế phân bón lá) và Chương 4 (bảng dữ liệu động thái phân giải dinh dưỡng Đạm, Lân, Kali và bảng theo dõi sinh trưởng chiều cao cây rau dền).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ rác thải thực phẩm chiếm bao nhiêu phần trăm trong tổng lượng rác tại các chợ ở thành phố Thái Nguyên? Theo kết quả điều tra của tác giả tại 29 chợ trên địa bàn thành phố Thái Nguyên, rác thải thực phẩm chiếm tỷ lệ cao nhất với 50% tổng lượng rác phát sinh (tiếp theo là nhựa/nilon 15%, giấy 12%, đất cát/xỉ than 10%, thủy tinh 5%, kim loại 3%). Lượng rác thải bình quân từ các hộ kinh doanh buôn bán dao động từ 0,4 đến 0,9 kg/hộ/ngày.

2. Công thức phối trộn nào trong thí nghiệm ủ phân cho kết quả tối ưu về mặt kiểm soát mùi và chất lượng phân bón? Công thức 2 (CT2) với tỷ lệ 1 kg rác thải thực phẩm + 300 ml nước + 50 ml rỉ đường + 2,0 lít chế phẩm EM2 là công thức tối ưu. Công thức này giúp phân hủy nát đều sau 5 tuần, khử sạch mùi thối (chỉ còn mùi rất nhẹ), không bị dòi và tích lũy hàm lượng Kali cao nhất ($10.500\text{ mg/l}$), hàm lượng Đạm đạt $5.700\text{ mg/l}$ và Lân đạt $73,84\text{ mg/l}$.

3. Tại sao ở công thức 3 (sử dụng 2,5 lít EM2) lại xuất hiện mùi khai nồng nặc ở những tuần cuối? Ở công thức 3 (CT3), lượng chế phẩm EM đưa vào quá nhiều làm tốc độ phân hủy protein diễn ra quá nhanh và mạnh, dẫn đến hiện tượng chuyển hóa đạm thành các hợp chất bay hơi (như amoniac/amin), gây mùi khai nồng nặc và làm thất thoát lượng đạm hữu ích trong dung dịch phân bón.

4. Hiệu quả tác động của phân bón sinh học chế biến từ rác thải thực phẩm lên chiều cao cây rau dền thể hiện như thế nào? Sau 15 ngày theo dõi sau khi cấy, tất cả các công thức phun phân bón hữu cơ sinh học đều cho chiều cao cây vượt trội so với đối chứng ($26,27\text{ cm}$). Trong đó, công thức 2 (CT2) đạt chiều cao lớn nhất ($33,54\text{ cm}$), tiếp theo là công thức 1 ($30,70\text{ cm}$) và công thức 3 ($30,20\text{ cm}$). Cây ở nghiệm thức CT2 phát triển đồng đều, thân mập và lá xanh đậm.

---

Kết luận

Khóa luận của tác giả Mã Thành Công đã giải quyết thành công mục tiêu nghiên cứu tận dụng rác thải rắn thực phẩm tại các chợ thành phố Thái Nguyên để chế biến thành phân bón hữu cơ sinh học thông qua công nghệ ủ men vi sinh EM2. Kết quả thực nghiệm khẳng định tỷ lệ phối trộn 2,0 lít EM2 cho 1 kg rác thải thực phẩm (CT2) đạt hiệu quả cao nhất về khả năng khử mùi hôi, đảm bảo cân đối hàm lượng khoáng N-P-K và thúc đẩy cây rau dền tăng trưởng chiều cao vượt trội (đạt $33,54\text{ cm}$ sau 15 ngày). Công trình cung cấp quy trình kỹ thuật khả thi, đóng góp giải pháp thiết thực cho công tác quản lý chất thải rắn đô thị và phát triển nền nông nghiệp hữu cơ bền vững tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, sự phát triển của nền nông nghiệp nước ta đang trong đà phát triển cao với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật hóa học và các loại nông dược nhằm mục đích khai thác, tạo ra năng suất và sản lượng. Việc sử dụng ngày càng nhiều phân hóa học đã làm cho đất đai ngày càng thoái hóa, dinh dưỡng bị mất cân đối, mất cân bằng hệ sinh thái trong đất, hệ vi sinh vật trong đất bị phá hủy, tồn dư các chất độc hại trong đất ngày càng cao, nguồn bệnh tích lũy trong đất càng nhiều dẫn đến phát sinh một số dịch hại không dự báo trước. - Chính vì vậy, xu hướng quay trở lại nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cường sử dụng chế phẩm sinh học, phân bón hữu cơ trong canh tác cây trồng đang là xu hướng chung của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Việc sử dụng phân bón hữu cơ (hữu cơ truyền, hữu cơ sinh học, hữu cơ-khoáng, hữu cơ vi sinh) không những giải quyết được các vấn đề về thoái hóa đất, tránh được ô nhiễm môi trường mà còn mang lại năng suất kinh tế cao cho nền kinh tế nông nghiệp và là tiền đề để có thể “phát triển bền vững”.

- Trước thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ trên điạ bàn thành phố Thái Nguyên ” là cần thiết để góp phần trong việc xử lý ô nhiễm môi trường đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế để phục vụ cho nông nghiệp. - Qua đề tài này, chúng tôi hy vọng có thể mở ra một hướng mới trong việc phát triển dòng phân bón hữu cơ sinh học để ứng dụng vào trong phát triển nông nghiệp 1.2 Mục tiêu của đề tài - Lựa chọn một số rác thải rắn thực phẩm làm phân bón hữu cơ dạng dung dịch. - Xây dựng mô hình sản xuất phân hữu cơ từ rác thải rắn thực phẩm sẵn có. - Xây dựng quy trình chế biến rác thải rắn thực phẩm thành phân bón hữu cơ sinh học chất lượng cao phục vụ canh tác cây trồng.

h 2 - Khảo nghiệm đánh giá hiệu lực của phân bón chế biến từ rác thải rắn thực phẩm sau phân hủy trên cây trồng.3 Ý nghĩa của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học - Áp dụng những kiến thức đã được học và thực tế , làm quen với công việc và môi trường mới. - Nâng cao kiến thức và tích lúy kinh nghiệm từ thực tế cho công việc sau khi ra trường.2 Ý nghĩa thực tiễn -Khắc phục hiện trạng ô nhiễm trong quá trình giết mổ. Khai thác và tận thu các lại rác thải rắn thực phẩm để sản xuất phân hữu cơ sinh học phục vụ cho nông nghiệp - Tiết kiệm được ngoại tệ, giảm lượng phân bón hóa học nhập khẩu. - Chế phẩm phân phân hữu cơ sinh học được sử dụng tại địa phương làm tăng độ phì nhiêu cho đất, phục vụ cho các quá trình canh tác theo tiêu chuẩn GAP, tăng hiệu quả sản xuất nông nghiệp theo hướng bền vững.

h 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Phân bón hữu cơ sinh học và vai trò trong phát triển nông nghiệp 2.1 Khái niệm phân hữu cơ sinh học Phân hữu cơ sinh học là loại phân bón sử dụng quá trình lên men vi sinh vật để hoạt hóa than bùn (rác thải) rồi trộn với các phân bón hóa học (N, P, K), các nguyên tố vi lượng, trung lượng cùng các chất điều hòa kích thích tăng trưởng cho cây trồng [1].2 Sơ lược về lịch sử phát triển phân bón và xu thế cân đối dinh dưỡng trong nông nghiệp Trên thế giới, lịch sử nghiên cứu và sử dụng phân bón đã có từ rất lâu đời và được bắt đầu từ phân hữu cơ. Tại Trung Quốc, 1.500 năm trước công nguyên, người ta đã sử dụng cỏ, thân lá cây đậu và sau đó là phân chuồng để bón ruộng. Đến tận thế kỷ 18 loài người vẫn cho rằng cây hút thức ăn từ mùn trong đất vì vậy chỉ cần bón phân hữu cơ cho cây. Ở Châu Âu, ngay đầu thế kỷ thứ nhất đã có nhiều nghiên cứu về phân bón.

Một số học giả đã đưa ra các thuyết khác nhau về “nguồn thức ăn” cho cây, trong đó có thạch cao, muối, nước, đất, mùn, không khí,… Đến năm 1840, nhà bác học người Đức - Liebig đã xuất bản cuốn sách nổi tiếng “Hóa học áp dụng trong ngành canh tác và sinh lý”, được dịch ra nhiều thứ tiếng trên thế giới. Học thuyết của Liebig bác bỏ thuyết mùn mà khẳng định vai trò của muối khoáng trong dinh dưỡng thực vật, đồng thời đề ra lý thuyết cần thiết phải bón trả lại tất cả những chất khoáng mà cây trồng đã lấy đi mới đảm cho thu hoạch mùa màng. Việc khẳng định phân hữu cơ không cung cấp trực tiếp dinh dưỡng cho cây mà phải gián tiếp qua các chất khoáng - sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ đã tạo ra tiền đề vững chắc cho các công trình nghiên cứu sau này, làm bùng nổ nền công nghiệp phân bón hóa học trên toàn thế giới. Theo FAO, nhu cầu sử dụng phân hóa học tăng lên với tốc độ vũ bão.

Năm 1905, cả thế giới mới sử dụng 1,4 triệu tấn NPK thì đến các năm 1990 lượng phân hóa học đã sử dụng tới 138 triệu tấn, năm 2000 là 144 triệu tấn, năm 2005 là 150 triệu tấn và hiện nay nhu cầu sử dụng phân hóa học của thế giới lên tới 200 triệu tấn [1].3 Giá trị của phân bón hữu cơ sinh học Sử dụng phân hữu cơ sinh học nghĩa là cùng lúc đưa vào đất canh tác 3 loại phân: phân hóa học, phân hữu cơ, phân vi sinh. Ngoài ra nó còn được bổ sung đầy đủ các nguyên tố, các hoạt chất quan trọng mà cây trồng và đất thiếu, từ đó điều chỉnh được hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với từng loại cây trồng trên mỗi vùng đất canh tác khác nhau. Ngoài ra, việc sử dụng phân bón hữu cơ sinh học có thể duy trì và tăng độ phì nhiêu của đất trồng về mặt dài hạn, giảm đến mức tối thiểu các loại ô nhiễm do kết quả của sản xuất nông nghiệp gây ra. Như vậy, có thể thấy rằng, việc sử dụng phân bón hữu cơ sinh học vừa đảm bảo nhu cầu phát triển bền vững trong khi vẫn đảm bảo khả năng duy trì năng suất cây trồng [1].4 Một số phân hữu cơ sinh học đã được sản xuất 2.1 Phân hữu cơ vi sinh vật Trên thế giới, các loại phân hữu cơ vi sinh (PHCVS) được sử dụng ngày càng nhiều do làm tăng năng suất, giảm chi phí phân khoáng, cải thiện độ phì nhiêu đất và đặc biệt làm tăng chất lượng nông sản.

PHCVS là loại phân bón mà thành phần chủ yếu là chất hữu cơ và có chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật sống có ích ở mật số trên 106 CFU/gam phân. Ở những nước có nền nông nghiệp tiến bộ, xu hướng hiện nay là sử dụng những loại PHCVS vừa có hàm lượng hữu cơ cao vừa chứa nhiều chủng VSV có ích để đồng thời giải quyết được nhiều mục tiêu trong nền nông nghiệp hiện đại. Ở Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc đã nghiên cứu sản xuất được những loại PHCVS cao cấp, thành phần chính ngoài chất hữu cơ có chất lượng cao, nhiều chủng vi sinh vật (VSV) có ích còn giàu dinh dưỡng, chất kháng sinh và các hoạt chất sinh học (NPK, trung lượng, vi lượng và các hoạt chất sinh học)[1]. Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và được đặt tên là Nitragin.

Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914). Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizolium do Beijerink phân lập năm 1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp họ đậu. Từ đó cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm ứng dụng và mở rộng việc sản xuất các loại phân bón vi sinh cố định nitơ mà thành phần còn được h 5 phối hợp thêm một số vi sinh vật có ích khác như một số xạ khuẩn cố định nitơ sống tự do Frankia spp, Azotobacter spp, các vi khuẩn cố định nitơ sống tự do Clostridium, Pasterium, Beijerinkiaindica, các xạ khuẩn có khả năng giải cellulose, hoặc một số chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các nguồn dự trữ phospho và kali ở dạng khó hoà tan với số lượng lớn có trong đất mùn, than bùn, trong các quặng apatit, phosphoric v. chuyển chúng thành dạng dễ hoà tan, cây trồng có thể hấp thụ được.

Ở Việt Nam, phân VSV cố định đạm cây họ đậu và phân VSV phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960. Đến năm 1987, phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện. Năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật. Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm và một số VSV phân giải lân.

Hiện nay, nhiều loại phân hữu cơ vi sinh đã được nghiên cứu sản xuất và được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là tiến bộ kỹ thuật. Theo ước tính của Cục Trồng trọt, lượng phân hữu cơ vi sinh sản xuất trong năm 2008 có trên 100 loại với khoảng 1,2 triệu tấn, bước đầu tham gia vào sản xuất nông nghiệp theo hướng hữu cơ. Thị trường cho các sản phẩm dạng này đang dần được mở rộng, trong đó ứng dụng nhiều nhất là các vùng đất cơ giới nhẹ, các vùng trồng rau tập trung như Lâm Đồng, vùng ven Hà Nội và những vùng trồng các loại cây có giá trị kinh tế cao như cà phê, hồ tiêu, thanh long. Có thể ví dụ một kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước KC.04, được công nhận là tiến bộ kỹ thuật, cho phép ứng dụng trong sản xuất theo Quyết định số 2421/QĐ/BNNKHCN ngày 17/8/2004.

Sản phẩm của đề tài có tên là Phân hữu cơ vi sinh vật chức năng (PHCVSVCN). PHCVSVCN được sản xuất theo một quy trình chặt chẽ từ nguyên liệu là hữu cơ động vật, phụ phế phẩm của công nghiệp chế biến cà phê với tổ hợp vi sinh vật chức năng đậm đặc (mật độ VSV hữu hiệu từ 106 -107 VSV/g phân), gồm các VSV cố định đạm, VSV phân giải lân, VSV tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật và VSV đối kháng vi khuẩn và nấm bệnh vùng rễ cây trồng.