Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, dịch vụ và du lịch tại các đô thị lớn ở Việt Nam đang gây áp lực nghiêm trọng lên công tác bảo vệ môi trường. Tại thành phố Đà Nẵng – đô thị loại 1 trực thuộc Trung ương, sự gia tăng dân số và mức sống kéo theo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) phát sinh ngày càng lớn, đa dạng về chủng loại và phức tạp về tính chất. Trong cơ cấu chất thải rắn sinh hoạt đô thị, nhóm rác thải hữu cơ (đặc biệt là chất thải thực phẩm, gốc rau quả từ nhà bếp gia đình) chiếm tỷ lệ áp đảo, thường xuyên vượt trên 50% tổng khối lượng thu gom hàng ngày. Việc quản lý và xử lý khối lượng rác thải hữu cơ này đang đối mặt với nhiều bất cập: tỷ lệ phân loại tại nguồn còn thấp, bãi chôn lấp quá tải gây ô nhiễm thứ cấp (nước rỉ rác, mùi hôi, khí nhà kính), trong khi các phương pháp xử lý tập trung đòi hỏi kinh phí lớn và quỹ đất rộng.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Ứng dụng chế phẩm vi sinh bản địa IMO (Indigenous microorganism) dạng khô trong xử lí rác rau quả tại hộ gia đình" do sinh viên Trần Ngọc Tín thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Kiều Thị Hòa tại Khoa Công nghệ Hóa học – Môi trường, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng (năm 2022) được triển khai nhằm giải quyết bài toán xử lý chất thải hữu cơ quy mô hộ gia đình, thúc đẩy phân loại rác tại nguồn và tận dụng chất thải làm phân bón hữu cơ vi sinh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Tìm hiểu hiện trạng phát sinh, thành phần, đặc trưng của chất thải rắn sinh hoạt và cơ sở lý thuyết của các công nghệ xử lý rác thải hữu cơ hiện hành.
  2. Xây dựng quy trình thực nghiệm nhân nuôi chế phẩm vi sinh vật bản địa IMO ở cả hai trạng thái: dung dịch lỏng (IMO4 lỏng) và dạng bột sinh khối mang (IMO4 khô) từ nguồn cơ chất thực phẩm, phụ phẩm nông nghiệp sẵn có tại địa phương.
  3. Thiết kế mô hình thùng ủ rác hữu cơ hiếu khí - kị khí bán phần có dung tích trên 50 lít, trang bị van thoát nước rác, phục vụ thử nghiệm xử lý rác rau quả tại quy mô hộ gia đình.
  4. Vận hành thử nghiệm mô hình ủ rác rau quả bằng chế phẩm IMO khô, theo dõi diễn biến các thông số vật lý (nhiệt độ, độ sụt giảm thể tích, sự phát sinh mùi hôi).
  5. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý quan trọng của sản phẩm mùn hữu cơ thu được bao gồm: hàm lượng Cacbon hữu cơ tổng số (%OC), hàm lượng Amoni ($NH_4^+$), hàm lượng Nitrat ($NO_3^-$) và pH; đối chiếu với Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526:2002 về phân bón hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Rác thải rau quả, phụ phẩm nhà bếp sinh hoạt phát sinh hàng ngày tại hộ gia đình; chế phẩm vi sinh vật bản địa IMO (Indigenous microorganism) dạng lỏng và dạng khô (IMO4).
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm, nhân sinh khối vi sinh và phân tích hóa lý được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Hóa học – Môi trường, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng; nguyên liệu cơ chất được thu thập tại chợ Miếu Bông (Đà Nẵng).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài tiến hành đo đạc, theo dõi thực nghiệm trong các giai đoạn từ tháng 3/2022 đến tháng 5/2022; chu kỳ theo dõi nhiệt độ thùng ủ kéo dài 40 ngày liên tục và các đợt phân tích hóa lý chuyên sâu được ghi nhận vào các ngày 18, 23 và 27 của chu trình ủ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên bản chất sinh hóa của quá trình khoáng hóa và mùn hóa chất hữu cơ dưới tác động của quần xã vi sinh vật bản địa. Quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ được phân định thành hai cơ chế chính:

  • Cơ chế ủ hiếu khí: Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa hợp chất hữu cơ thành $CO_2$, $H_2O$, giải phóng năng lượng lớn (làm tăng nhiệt độ khối ủ lên tới 50–70°C giúp tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại). Các yếu tố công nghệ chi phối bao gồm nồng độ oxy hòa tan (tối ưu >10%), độ ẩm (40–65%), độ xốp (35–60%), kích thước hạt nguyên liệu (3–50 mm) và tỷ lệ C/N tối ưu (25:1 đến 30:1).
  • Cơ chế ủ kị khí: Diễn ra trong điều kiện thiếu vắng oxy, các nhóm vi sinh vật lên men chuyển hóa chất hữu cơ thành các axit hữu cơ bậc thấp, khí metan ($CH_4$), cacbonic ($CO_2$), amoniac ($NH_3$). Mức nhiệt độ sinh ra thấp hơn (20–40°C đối với nhóm ưa ấm và 50–65°C đối với nhóm ưa nhiệt), tỷ lệ C/N yêu cầu trong khoảng 20:1 đến 40:1.

Hệ vi sinh vật bản địa IMO (Indigenous Microorganism) là tập hợp các dòng vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn (Actinomycetes) bản địa có hoạt tính sinh học cao, khả năng thích nghi tốt với điều kiện khí hậu địa phương. Nghiên cứu khai thác công thức nhân nuôi IMO4 tổng hợp từ vi sinh vật tự nhiên kết hợp lợi khuẩn thuần hóa từ sữa chua (Lactobacillus), nấm men từ men rượu và lợi khuẩn từ men tiêu hóa (Bacillus hoặc Lactobacillus acidophilus).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích trong đề tài gồm:

  1. Phương pháp sản xuất chế phẩm IMO4:
    • Chế phẩm IMO lỏng: Phối trộn 0,5 kg bí đỏ luộc chín, 2 quả chuối chín nghiền mịn, 1 lít mật rỉ đường/đường vàng, 2 hộp sữa chua, men rượu (nghiền nhỏ), cám gạo và 10 lít nước máy đã khử Clo (để thoáng khí 24 giờ). Ủ yếm khí thoáng khí cục bộ qua 2 lỗ thoát khí trong thời gian từ 5 đến 9 ngày.
    • Chế phẩm IMO khô: Phối trộn 1 lít dịch IMO lỏng thu được với 300 g men rượu, 15 g men tiêu hóa (10 gói), 0,5 lít rỉ mật đường, 5 kg cám gạo và phụ phẩm hoa quả hỏng. Hỗn hợp được ủ trong 2–3 ngày đến khi đạt nhiệt độ sinh học và có mùi thơm lên men.
  2. Phương pháp thử nghiệm khử mùi: Sử dụng dung dịch IMO lỏng pha loãng với nước sạch theo tỷ lệ thể tích 1:50, phun sương trực tiếp lên bề mặt thùng chứa rác phát sinh mùi hôi thối để đánh giá cảm quan tốc độ triệt tiêu mùi.
  3. Phương pháp phân tích hóa lý:
    • Đo nhiệt độ và pH: Sử dụng thiết bị đo pH/nhiệt độ điện tử chuyên dụng có đầu dò nhúng trực tiếp vào dịch chiết hoặc khối rác phân hủy.
    • Xác định hàm lượng Cacbon hữu cơ (%OC): Phương pháp oxy hóa ướt Walkley-Black. Mẫu rắn được sấy khô ở 70°C, nghiền mịn qua rây 0,2 mm; vô cơ hóa bằng dung dịch tiêu chuẩn Kali dicromat ($K_2Cr_2O_7$) nồng độ M/6 trong môi trường Axit sunfuric đậm đặc ($H_2SO_4$ d=1,84) và Axit photphoric ($H_3PO_4$ 85%); chuẩn độ lượng dicromat dư bằng dung dịch muối Mohr ($FeSO_4(NH_4)_2SO_4\cdot 6H_2O$) 0,5 M với chất chỉ thị màu Ferroin O-phenanthroline (điểm kết thúc đổi từ xanh sẫm sang nâu đỏ). Hệ số quy đổi tính toán là 100/75 tương ứng hiệu suất oxy hóa 75% cacbon hữu cơ.
    • Xác định hàm lượng Amoni ($NH_4^+$): Phương pháp so màu quang phổ Salicylate. Thuốc thử A chứa Sodium salicylate, Sodium citrate, Sodium tartrate, Sodium nitroprusside; thuốc thử B chứa Sodium hydroxide và dung dịch Sodium hypochlorite 5%. Phức màu xanh lam tạo thành trong bóng tối sau 30 phút được đo mật độ quang trên máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ở bước sóng $\lambda = 655$ nm, dựng đường chuẩn với dung dịch $NH_4Cl$ (nồng độ từ 0,2 đến 10 ppm).
    • Xác định hàm lượng Nitrat ($NO_3^-$): Phương pháp khử bằng Hydrazine sulfat trong môi trường kiềm ($NaOH$) với xúc tác Đồng sunfat ($CuSO_4$), sau đó tạo phức màu đỏ tím với dung dịch Axeton (20%), Sulfanilamide và N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride. Mật độ quang được xác định trên máy quang phổ UV-Vis ở bước sóng $\lambda = 540$ nm, tính toán dựa trên đường chuẩn xây dựng từ muối $KNO_3$ (nồng độ từ 0 đến 1,0 ppm).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn gốc, thành phần chất thải rắn sinh hoạt và phân loại chi tiết theo 3 nhóm quản lý: nhóm chất hữu cơ dễ phân hủy (thức ăn thừa, rau củ quả, bã trà, cà phê...), nhóm chất thải có khả năng tái chế/tái sử dụng (giấy, nhựa, kim loại, thủy tinh, cao su) và nhóm chất thải còn lại xử lý bằng biện pháp tiêu hủy. Tác giả tổng hợp, so sánh ưu nhược điểm kỹ thuật của các công nghệ xử lý chất thải rắn hữu cơ hiện nay:

  • Phương pháp chôn lấp: Chi phí đầu tư thấp, xử lý được khối lượng lớn nhưng tốn diện tích, gây ô nhiễm nước ngầm qua nước rỉ rác và phát thải khí cháy nổ ($CH_4$, $CO_2$).
  • Phương pháp thiêu đốt: Giảm nhanh thể tích chất thải, tận dụng nhiệt năng thu hồi nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn, người vận hành tay nghề cao và không phù hợp với rác thải sinh hoạt có độ ẩm cao, tro xỉ vẫn cần bãi chôn lấp.
  • Phương pháp tái chế/tái sử dụng: Giảm tải áp lực chôn lấp, tạo công ăn việc làm nhưng chủ yếu mang tính tự phát, phạm vi áp dụng hẹp đối với phế liệu khô.
  • Phương pháp ủ sinh học (Composting): Phương pháp tối ưu cho rác hữu cơ, biến chất thải thành chất mùn ổn định, an toàn cho đất và cây trồng. Chương này đi sâu phân tích cơ chế, các kỹ thuật ủ (ủ nóng hiếu khí, ủ hở, ủ nguội kị khí, ủ tưới) cùng 7 thông số kỹ thuật then chốt: oxy, nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ xốp, kích thước hạt và chất dinh dưỡng (tỷ lệ C/N).

Phần cuối của chương tập trung nghiên cứu khái niệm và cơ chế hoạt động của chế phẩm vi sinh vật bản địa IMO. Tác giả giới thiệu hai quy trình sản xuất IMO:

  • Phương pháp 1: Lấy mẫu vi sinh tự nhiên bằng cơm chín trong khay gỗ đặt tại các hố đất mùn giàu vi sinh, thu sinh khối mốc trắng phối trộn với đường mật theo tỷ lệ 1:1.
  • Phương pháp 2: Chế biến IMO4 từ nguồn trái cây, men rượu, sữa chua, mật rỉ đường và cám gạo. Điểm qua các mô hình ứng dụng IMO thực tế tại Phú Quốc (Kiên Giang) và các phong trào lan tỏa mô hình nông nghiệp sinh thái tại hơn 20 tỉnh thành trên toàn quốc.

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết công tác chuẩn bị nguyên vật liệu và thiết lập bố cục thực nghiệm tại phòng thí nghiệm:

  • Chuẩn bị nguyên liệu: 10 lít nước máy khử Clo, 0,5 kg bí đỏ, 2 quả chuối chín, 2 hộp sữa chua, men rượu, mật mía, cám gạo. Nguyên liệu rác hữu cơ gồm gốc rau, vỏ hoa quả thu gom trực tiếp từ rác thải nhà bếp.
  • Quy trình chế tạo IMO lỏng và IMO khô: Trình bày tuần tự 5 bước ủ IMO4 lỏng và 3 bước nhân giống phối trộn tạo sinh khối IMO khô (bổ sung men tiêu hóa Bacillus/Lactobacillus acidophilus).
  • Thiết kế mô hình thùng ủ: Sử dụng thùng nhựa hình trụ có nắp đậy kín, dung tích trên 50 lít, phía đáy lắp đặt van xả thu gom nước rỉ rác (tránh ngập úng đáy làm thối khối ủ), nắp thùng có lỗ thông khí nhỏ gắn lưới ngăn côn trùng.
  • Quy trình vận hành ủ rác: Đáy thùng rải lớp lá cây/cỏ khô tạo đệm xốp và một lớp mỏng IMO khô; hàng ngày rác rau quả được thái nhỏ, nạp vào thùng và rắc phủ một lớp IMO khô bề mặt (định mức không quá 50 g IMO khô/ngày); xả van lấy nước rỉ rác hàng ngày.
  • Giao thức phân tích công nghệ: Quy định chi tiết các bước chuẩn bị hóa chất, thiết bị, quy trình vô cơ hóa và phản ứng tạo màu cho 3 chỉ tiêu: %OC (chuẩn độ oxy hóa khử), $NH_4^+$ và $NO_3^-$ (quang phổ kế UV-Vis), kiểm soát sai số và công thức tính toán kết quả thực nghiệm.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm thu thập được theo tiến trình nghiên cứu:

  • Quá trình lên men IMO4 lỏng: Nhiệt độ duy trì ổn định ở 25,1 – 26,7°C (đạt cực đại 26,7°C vào ngày thứ 5). pH môi trường giảm mạnh từ 5,9 xuống 3,8 sau 9 ngày do hoạt động của vi sinh vật phân giải đường, tinh bột thành các axit hữu cơ mạch ngắn (axit axetic, butyric, propionic). Cảm quan ghi nhận sủi bọt khí sau 2–3 ngày, xuất hiện màng trắng nấm men ở ngày thứ 4, màng dày và mùi rượu đậm ở ngày thứ 6; sau 9 ngày cơ chất tan hoàn toàn. Khả năng khử mùi được chứng minh khi dung dịch pha loãng 1:50 phun sương khử sạch mùi hôi thùng rác sinh hoạt chỉ sau 3 phút.
  • Quá trình sinh nhiệt của IMO4 khô: Trong 3 ngày ủ sinh khối (15/3 – 18/3/2022), nhiệt độ khối ủ dao động ở mức 29 – 32°C (16/3 đạt 32°C, 17/3 đạt 29°C, 18/3 đạt 31°C), khối ủ tỏa mùi thơm lên men rượu rõ rệt.
  • Quá trình ủ rác thải rau quả trong thùng 50 lít:
    • Diễn biến nhiệt độ: Trong 40 ngày theo dõi, nhiệt độ dao động trong khoảng 30,2 – 41,3°C, đạt đỉnh 41,3°C ở ngày thứ 4 do vi sinh vật phát triển mạnh mẽ và phân giải chất hữu cơ giải phóng nhiệt. Nhiệt độ giảm dần xuống 30,2°C vào ngày thứ 8, sau đó duy trì ổn định trong khoảng 32 – 37°C suốt các ngày còn lại. Nhiệt độ thùng ủ luôn cao hơn nhiệt độ phòng thí nghiệm xung quanh.
    • Độ sụt giảm chiều cao và cảm quan mùi: Tốc độ sụt giảm chiều cao khối rác dao động từ 1 – 2,5 cm/ngày, diễn ra mạnh mẽ nhất từ ngày thứ 8 đến ngày thứ 30. Mùi hôi xuất hiện ở ngày thứ 2 và nặng nhất ở ngày thứ 4 (kèm nấm mốc và côn trùng); tuy nhiên sau khi tiếp tục bổ sung IMO khô đều đặn, đến ngày thứ 6 mùi hôi giảm rõ rệt, chỉ còn mùi chua hăng nhẹ.
    • Diễn biến hàm lượng dinh dưỡng và cacbon hữu cơ: Các phân tích tại ba mốc thời gian 18/4, 23/4 và 27/4 (tương ứng các ngày ủ thứ 18, 23 và 27) cho thấy rõ xu hướng chuyển hóa sinh hóa:
Chỉ tiêu phân tích Đơn vị tính Ngày 18/4 (Ngày 18) Ngày 23/4 (Ngày 23) Ngày 27/4 (Ngày 27)
Nitrat ($NO_3^-$) mg/L 0,964 1,480 0,733
Amoni ($NH_4^+$) mg/L 67,96 74,27 62,35
Cacbon hữu cơ tổng số (%OC) % 19,23 14,77 13,22

Hàm lượng $NH_4^+$ luôn chiếm ưu thế vượt trội so với $NO_3^-$ do môi trường thùng ủ mang tính axit và điều kiện vi hiếu khí hạn chế quá trình nitrat hóa hoàn toàn. Hàm lượng %OC giảm liên tục từ 19,23% xuống 13,22% do vi sinh vật tiêu thụ cacbon hữu cơ để xây dựng tế bào và giải phóng khí quyển. Giá trị %OC ở ngày 27 (13,22%) vẫn đáp ứng ngưỡng quy định của TCVN 10TCN 526:2002 (>13%).

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể:

  • Làm chủ quy trình nhân nuôi chế phẩm vi sinh bản địa IMO4 ở dạng lỏng trong 9 ngày (pH đạt 3,8; nhiệt độ cực đại 26,7°C) và dạng khô trên giá thể cám gạo trong 3 ngày (nhiệt độ duy trì 29–32°C).
  • Chứng minh khả năng khử mùi hôi chất thải hữu cơ của dịch chiết IMO lỏng ở tỷ lệ pha loãng 1:50, triệt tiêu mùi hôi khó chịu sau 3 phút tiếp xúc.
  • Vận hành thành công mô hình thùng ủ rác rau quả 50 lít tại quy mô hộ gia đình với liều lượng bổ sung định mức dưới 50 g IMO khô/ngày. Khối ủ đạt đỉnh nhiệt độ sinh học 41,3°C ở ngày thứ 4; độ sụt giảm thể tích đạt 1–2,5 cm/ngày.
  • Các thông số chất lượng sản phẩm mùn hữu cơ sau chu trình phân hủy được lượng hóa chính xác:
Thông số theo dõi Kết quả phân tích thực nghiệm Đối chiếu tiêu chuẩn / Đánh giá kỹ thuật
Dải nhiệt độ thùng ủ 30,2°C – 41,3°C Phù hợp nhóm vi sinh vật kị khí/vi hiếu khí ưa ấm
Nồng độ $NO_3^-$ 0,733 – 1,480 mg/L Tồn tại ở dạng vết do phản ứng khử nitrat trong pha kị khí
Nồng độ $NH_4^+$ 62,35 – 74,27 mg/L Dạng đạm amon dễ tiêu cho rễ cây trồng
Hàm lượng Cacbon hữu cơ (%OC) 13,22% (ngày thứ 27) Đạt tiêu chuẩn phân hữu cơ vi sinh TCVN 10TCN 526:2002 (>13%)

Đóng góp của đề tài:

  • Về mặt kỹ thuật: Đưa ra công thức phối chế IMO4 dạng khô sử dụng hoàn toàn cơ chất rẻ tiền, dễ mua tại địa phương (bí đỏ, chuối, rỉ đường, sữa chua, men tiêu hóa, men rượu, cám gạo), tạo điều kiện cho người dân tự sản xuất mà không phụ thuộc vào các chế phẩm thương mại đắt tiền.
  • Về mặt môi trường - xã hội: Cung cấp giải pháp xử lý chất thải thực phẩm tại chỗ khả thi cho các hộ dân cư đô thị có diện tích đất chật hẹp, góp phần giảm thiểu phát sinh rác thải ra hệ thống thu gom chung, hạn chế ô nhiễm tại các bãi chôn lấp tập trung và cung cấp nguồn mùn hữu cơ an toàn thay thế phân bón hóa học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Thí nghiệm mới chỉ được tiến hành trên một mô hình đơn lẻ tại điều kiện phòng thí nghiệm của trường, chưa có các lô đối chứng đa dạng (như nghiệm thức không bổ sung IMO hoặc bổ sung chế phẩm vi sinh thương mại khác).
  • Thành phần rác thải đầu vào phụ thuộc vào nguồn rau quả ngẫu nhiên của gia đình, chưa kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ thành phần giữa các loại rau củ khác nhau dẫn đến độ ẩm và tốc độ sụt giảm có sự dao động.
  • Chưa khảo sát sự biến thiên của các chủng vi sinh vật cụ thể (mật độ bào tử vi khuẩn, nấm men, xạ khuẩn) bằng phương pháp vi sinh vật học thuần túy trong từng giai đoạn phân hủy.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Cần thực hiện kiểm tra thường xuyên và kiểm soát chặt chẽ hơn các yếu tố nhiệt độ, pH và độ ẩm trong suốt chu trình ủ để tối ưu hóa điều kiện hoạt động của vi sinh vật và triệt để tiêu diệt các nguồn mầm bệnh tiềm ẩn.
  • Xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá hiệu quả sinh trưởng thực tế của sản phẩm mùn hữu cơ và dịch rác sau ủ đối với các loại cây trồng cụ thể (rau ăn lá, cây cảnh đô thị).
  • Triển khai nhân rộng mô hình ủ rác bằng IMO4 khô trong cộng đồng dân cư thông qua các chương trình hướng dẫn kỹ thuật chi tiết, giúp người dân nắm vững công thức tự chế tạo và vận hành ổn định tại nhà.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Nông nghiệp sạch, Công nghệ Sinh học: Cung cấp quy trình bài bản từ tổng quan tài liệu, thiết kế thí nghiệm đến các quy trình phân tích định lượng hóa học ($NH_4^+$, $NO_3^-$, %OC) theo phương pháp tiêu chuẩn phòng thí nghiệm (chuẩn độ oxy hóa khử Walkley-Black, quang phổ UV-Vis).
  • Cán bộ quản lý môi trường đô thị và các tổ chức cộng đồng: Tham khảo tài liệu kỹ thuật để xây dựng sổ tay hướng dẫn phân loại và xử lý rác thải hữu cơ tại nguồn cho các khu dân cư, tổ dân phố.
  • Các hộ gia đình và nông trại quy mô nhỏ: Ứng dụng trực tiếp công thức phối trộn chế phẩm IMO4 lỏng, IMO khô và kỹ thuật vận hành thùng ủ rác gia đình nhằm tiết kiệm chi phí mua phân bón, giảm thiểu ô nhiễm mùi hôi.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 2 với quy trình định lượng chi tiết các hóa chất, nồng độ pha chế thuốc thử và các bước thao tác đo trắc quang UV-Vis xác định Amoni và Nitrat; Bảng số liệu động học nhiệt độ và %OC trong Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên liệu và tỷ lệ để phối chế 10 lít chế phẩm vi sinh IMO4 dạng lỏng trong nghiên cứu gồm những gì?

Để chế tạo 10 lít chế phẩm IMO4 lỏng, tác giả sử dụng: 0,5 kg bí đỏ (1 quả) luộc chín để nguội, 2 quả chuối chín (nghiền mịn cả hai), 1 lít mật rỉ đường (hoặc đường nâu), 2 hộp sữa chua, men rượu (nghiền nhỏ), cám gạo và 10 lít nước máy đã để thoáng khí 24 giờ nhằm loại bỏ hoàn toàn khí Clo dư gây ức chế vi sinh vật.

2. Sự biến đổi pH và nhiệt độ trong quá trình nhân nuôi IMO4 lỏng diễn ra như thế nào?

Trong chu kỳ 9 ngày ủ lỏng, nhiệt độ dao động trong khoảng 25,1 – 26,7°C, đạt cực đại ở ngày thứ 5 (26,7°C). Độ pH của dịch ủ giảm mạnh từ 5,9 xuống 3,8. Sự sụt giảm pH này xuất phát từ quá trình vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ dễ phân hủy (đường, tinh bột, xenlulozo) tạo thành các axit hữu cơ mạch ngắn (axit axetic, propionic, butyric), tạo môi trường axit tối ưu cho các chủng vi khuẩn sữa chua ($Lactobacillus$, pH thích hợp ~4,6) và nấm men phát triển.

3. Đỉnh nhiệt độ cao nhất ghi nhận được trong thùng ủ rác rau quả là bao nhiêu và đạt được vào thời điểm nào?

Trong chu trình 40 ngày theo dõi, nhiệt độ khối rác trong thùng ủ dao động từ 30,2°C đến 41,3°C. Nhiệt độ đạt mức cao nhất là 41,3°C vào ngày ủ thứ 4 do giai đoạn này vi sinh vật thích nghi, sinh trưởng bùng nổ và phân hủy mạnh mẽ các hợp chất hữu cơ dễ tiêu, tỏa lượng nhiệt sinh học lớn. Sau đó, nhiệt độ hạ dần xuống 30,2°C vào ngày thứ 8 và duy trì ổn định ở mức 32 – 37°C.

4. Tại sao hàm lượng Amoni ($NH_4^+$) luôn cao hơn rất nhiều so với hàm lượng Nitrat ($NO_3^-$) trong sản phẩm ủ?

Hàm lượng $NH_4^+$ đo được tại các ngày 18, 23, 27 lần lượt là 67,96 mg/L; 74,27 mg/L và 62,35 mg/L; trong khi $NO_3^-$ chỉ đạt 0,964 mg/L; 1,480 mg/L và 0,733 mg/L. Nguyên nhân là do thùng ủ vận hành theo cơ chế kị khí/vi hiếu khí bán phần, độ ẩm cao và môi trường khối ủ có tính axit, ức chế vi khuẩn nitrat hóa chuyển hóa $NH_4^+$ thành $NO_2^-$ và $NO_3^-$. Đồng thời, một phần $NO_3^-$ sinh ra bị các vi sinh vật khử nitrat chuyển hóa ngược thành khí nitơ ($N_2$) thoát ra ngoài.

5. Hàm lượng Cacbon hữu cơ tổng số (%OC) của sản phẩm sau ủ có đạt tiêu chuẩn phân bón hay không?

Có. Theo Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 526:2002 về phân bón hữu cơ vi sinh từ rác thải sinh hoạt, hàm lượng %OC yêu cầu phải lớn hơn 13%. Kết quả phân tích thực nghiệm bằng phương pháp chuẩn độ Walkley-Black cho thấy hàm lượng %OC giảm dần theo thời gian ủ: ngày thứ 18 đạt 19,23%, ngày thứ 23 đạt 14,77% và ngày thứ 27 đạt 13,22%. Giá trị 13,22% ở ngày thứ 27 vẫn nằm trên ngưỡng quy định, chứng minh sản phẩm ủ đạt chất lượng mùn hữu cơ tiêu chuẩn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Ngọc Tín đã giải quyết thành công mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh bản địa IMO dạng khô để xử lý rác thải rau quả tại quy mô hộ gia đình ở thành phố Đà Nẵng. Nghiên cứu đã hoàn thiện quy trình nhân nuôi IMO4 lỏng và IMO khô từ các cơ chất sẵn có với chi phí thấp, đồng thời chế tạo và vận hành hiệu quả thùng ủ rác 50 lít có khả năng khử mùi hôi, phân hủy thể tích rác sụt giảm từ 1–2,5 cm/ngày. Các kết quả phân tích hóa lý xác nhận chất lượng sản phẩm mùn hữu cơ sau 27 ngày đạt hàm lượng Cacbon hữu cơ 13,22%, thỏa mãn yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 10TCN 526:2002, mở ra giải pháp phân loại và tái chế rác hữu cơ tại nguồn có tính ứng dụng thực tiễn cao cho các khu dân cư đô thị.