Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh vật phân giải chất hữu cơ để xử lí rác thải sinh hoạt làm phân bón và bảo vệ môi trường

52(4): 105 - 109 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 1 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT PHÂN GIẢI CHẤT HỮU CƠ ĐỂ XỬ LÍ RÁC THẢI SINH HOẠT LÀM PHÂN BÓN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG - Nguyễn Ngọc Nông (Trường ĐH Nông Lâm - ĐH Thái Nguyên) Tóm tắt Chất thải sinh hoạt khu dân cư rất đa dạng, trong đó tỉ lệ rác thải hữu cơ khoảng 67%, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng để xử lí, sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh phục vụ nông lâm nghiệp. Rác thải sinh hoạt được xử lí VSV, trọng lượng và thể tích hữu cơ giảm 60 - 70%, trong đó, chế phẩm EM2 và chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột có hiệu quả nhất. Tỉ lệ sản phẩm hữu cơ qua sàng < 2 mm lớn nhất từ 58,85% - 62,96%. Chất lượng sản phẩm phân bón chế biến từ rác thải được xử lí VSV hữu hiệu đều có chất lượng tương đối khá, gần tương đương với phân hữu cơ. Hàm lượng của tất cả các chỉ tiêu kim loại nặng trong mẫu phân bón và mẫu nước rỉ rác đều ở mức độ an toàn cho đất, cây trồng và đều nhỏ hơn nhiều so với tiêu chuẩn môi trường cho phép hiện hành. Xử lí rác thải bằng chế phẩm EM2 có bổ sung thêm vôi, N, P, K làm tăng tốc độ phân hủy rác thải và tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn làm phân bón tốt cho cây trồng. Từ khóa: Chất thải sinh hoạt, chế phẩm VSV, môi trường. I. Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường do rác thải sinh hoạt đang trở thành một vấn đề nan giải, rất cần triển khai các đề tài nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lí rác thải sinh hoạt nhằm tăng tỉ lệ tái chế, tái sử dụng rác thải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa trong những năm gần đây phát triển rất nhanh. Dân số tăng lên nhanh chóng đặc biệt là tại các khu đô thị, các thành phố lớn. Năm 2004, dân số cả nước là 82,09 triệu người, đến năm 2006 đã là 84,11 triệu người. Sự phát triển dân số tất yếu kéo theo sự gia tăng về rác thải sinh hoạt. Vấn đề xử lí rác thải đang trở thành một vấn đề được quan tâm, đặc biệt là tại các thành phố và các khu dân cư tập trung. Tỉnh Thái Nguyên với dân số 1,2 triệu người, tốc độ gia tăng dân số hàng năm là 0,7%/năm. Thành phố Thái Nguyên là nơi tập trung nhiều trường đại học, nằm trên đầu mối giao thông quan trọng của miền Bắc và là trung tâm văn hóa của các tỉnh miền núi phía Bắc. Sự gia tăng dân số cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh, đặc biệt là sự tập trung đông dân cư ở các vùng trung tâm gây ra sự quá tải về rác thải khiến vấn đề xử lí rác thải sinh hoạt ở những nơi đó trở thành một vấn đề được quan tâm đặc biệt. Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, rác thải thải ra có thể được tái chế, tái sử dụng. Việc xử lí rác thải tạo thành phân bón không chỉ tận dụng được nguồn tài nguyên rác thải, mà còn đem lại nhiều lợi ích về kinh tế, góp phần bảo vệ môi trường. Mục tiêu của nghiên cứu: - Điều tra, đánh giá nguồn chất thải nhằm xác định thành phần, tỉ lệ chất thải sinh hoạt làm cơ sở đề xuất hướng sử dụng, tái chế chất thải sinh hoạt. - Nghiên cứu sử dụng một số chế phẩm vi sinh vật (VSV) để xử lí rác thải hữu cơ làm phân bón, tăng hiệu quả kinh tế sử dụng tài nguyên là rác thải và góp phần bảo vệ môi trường. II. Vật liệu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 1. Nội dung nghiên cứu - Điều tra, đánh giá, xác định số lượng, phân loại thành phần, tỉ lệ chất thải sinh hoạt khu dân cư tập trung khu vực cổng trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên. - Nghiên cứu sử dụng một số chế phẩm VSV để xử lí rác thải sinh hoạt hữu cơ làm phân bón và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Sau đó sử dụng chế phẩm VSV có triển vọng nhất xử lí rác thải sinh hoạt hữu cơ có bổ sung đạm, lân và vôi nhằm tạo ra sản phẩm phân bón chất lượng cao hơn phục vụ sản xuất nông nghiệp. 52(4): 105 - 109 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 2 2. Vật liệu và phƣơng pháp nghiên cứu - Thu gom, phân loại thành phần chất thải sinh hoạt tại bãi rác khu dân cư tập trung theo phương pháp phân loại trực tiếp và cân trọng lượng. - Thí nghiệm 1: Xử lí rác thải hữu cơ bằng một số chế phẩm VSV hữu hiệu. Thí nghiệm nghiên cứu gồm 5 công thức xử lí VSV, 3 lần nhắc lại. Trọng lượng rác hữu cơ cho mỗi công thức là 15 kg (đựng trong thùng nhựa có đục lỗ nhỏ ở đáy). Các công thức: 1. Mẫu đối chứng - Không xử lí VSV; 2: Xử lí EM Bokashi của Trung tâm ứng dụng Khoa học Công nghệ Thái Nguyên (dạng bột); 3: Xử lí EM2 của Trung tâm ứng dụng Khoa học công nghệ Thái Nguyên (dạng nước); 4: Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp của trường Đại học Nông nghiệp I (dạng nước); 5: Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp của trường Đại học Nông nghiệp I (dạng bột) 2%. - Thí nghiệm 2: Xử lí rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng chế phẩm VSV tốt nhất trong thí nghiệp 1 bổ sung thêm vôi, phân khoáng nhằm tạo sản phẩm phân bón tốt hơn phục vụ nông nghiệp. Thí nghiệm gồm 5 công thức, 3 lần nhắc lại. Trọng lượng rác hữu cơ 1 công thức là 15 kg. Các công thức: 1. (Đối chứng): Xử lí rác thải hữu cơ bằng EM2; 2. Đối chứng + 1% N; 3. Đối chứng + 2% P2O5; 4: Đối chứng + 2% CaO; 5: Đối chứng + 1% N + 2% P2O5 + 2% CaO. III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 1. Thành phần rác thải khu dân cƣ tập trung Số liệu nghiên cứu thể hiện ở bảng 1 cho thấy: Thành phần chất thải sinh hoạt khu dân cư rất đa dạng, tỉ lệ mỗi loại cũng rất khác nhau. Trong đó tỉ lệ rác thải hữu cơ cao nhất với gần 67%, sau đó đến các loại khác như: tạp chất, xỉ than, nhựa nilon, giấy loại... 2. Kết quả nghiên cứu xử lí rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng một số chế phẩm VSV hữu hiệu Trọng lượng rác thải hữu cơ được xử lí VSV hữu hiệu đã giảm rõ rệt theo thời gian. Qua 2 tháng xử lí, trọng lượng hữu cơ giảm 60% - 70%, trong đó rõ rệt nhất là công thức 3 và công thức 4. Trong các loại chế phẩm vi sinh vật, chế phẩm EM2 và EM - Bokashi có tác dụng làm giảm thể tích rác thải nhiều nhất, giảm 19% - 22% so với đối chứng. Công thức 3 và công thức 4 có tỉ lệ sản phẩm hữu cơ qua sàng < 2mm lớn nhất. Các công thức 2 và 5 tỉ lệ trọng lượng sản phẩm hữu cơ qua sàng < 2mm cao hơn 50% nhưng chưa có sự khác biệt rõ rệt so với đối chứng. Chất lượng sản phẩm phân bón chế biến từ rác thải được xử lí VSV hữu hiệu đều có chất lượng tương đối khá đạt yêu cầu về chất lượng, gần tương đương với phân hữu cơ và phân chuồng chất lượng trung bình. Nước rỉ rác qua xử lí VSV vẫn có hàm lượng chất dinh dưỡng NPK khá cao. Qua thí nghiệm 1 có thể nhận thấy rằng chế phẩm EM2 là chế phẩm tốt nhất. 3. Kết quả nghiên cứu xử lí rác thải sinh hoạt hữu cơ bằng chế phẩm EM2 và có bổ sung thêm vôi và phân khoáng Tỉ lệ qua sàng 2 mm tại các công thức tương đối cao, nhiều nhất là tại công thức có bổ sung thêm vôi (64,7%) và thấp nhất là tại công thức có thêm P2O5 (59,3%), sai khác rõ rệt so với công thức đối chứng ở mức xác suất 99%. Các công thức đều cho kết quả tỉ lệ trọng lượng sản phẩm hữu cơ qua sàng < 2 mm cao hơn 50% và có sự khác biệt rõ rệt so với đối chứng. Bảng 1. Thành phần rác thải sinh hoạt tại khu dân cư cổng trường Đại học Nông Lâm (Đơn vị: %) TT Tỉ lệ Tuần Chất hữu cơ Giấy bìa, giấy báo Nhựa, túi nilon Thủy tinh Kim loại Xỉ than Các tạp chất khác Tổng số 1 Tuần 1 62,38 2,12 8,50 0,12 0,20 5,70 20,98 100,00 2 Tuần 2 70,16 1,84 5,80 - - 8,40 13,80 100,00 3 Tuần 3 69,50 2,60 6,65 - 0,16 10,08 11,01 100,00 4 Tuần 4 65,78 3,50 7,15 0,51 - 7,20 15,86 100,00 Trung bình 66,96 2,52 7,03 0,16 0,09 7,85 15,41 100,00 52(4): 105 - 109 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 3 Bảng 2. Ảnh hưởng của xử lí chế phẩm VSV đến trọng lượng rác hữu cơ (Đơn vị: kg) TT Công thức thí nghiệm Trọng lƣợng rác thải sau xử lí VSV So sánh trọng lƣợng cuối cùng (%) Trƣớc xử lí 10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày 50 ngày 60 ngày, kết thúc 1 Không xử lí - Đ/c 15,0 11,7 8,4 6,6 6,2 5,9 5,8 100,00 2 Xử lí EM Bokashi 15,0 12,5 9,2 7,2 6,5 5,5 5,4 93,10 3 Xử lí EM2 15,0 11,6 7,3 5,7 5,4 4,6 4,5 77,59 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 15,0 12,4 8,7 6,5 5,3 4,8 4,8 82,76 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 15,0 13,1 9,6 7,5 6,8 5,4 5,3 91,38 LSD0,05 0,55 LSD0,01 0.78 Bảng 3. Ảnh hưởng của xử lí chế phẩm VSV đến thể tích rác hữu cơ (Đơn vị: dm3) TT Công thức thí nghiệm Thể tích rác thải sau xử lí VSV So sánh thể tích cuối cùng (%) Trƣớc xử lí 10 ngày 20 ngày 30 ngày 40 ngày 50 ngày 60 ngày, kết thúc 1 Không xử lí - Đ/c 35,63 27,33 24,71 18,40 14,25 12,86 12,86 100,00 2 Xử lí EM Bokashi 35,63 27,18 22,34 16,25 12,36 10,39 10,39 81,17 3 Xử lí EM2 35,63 25,59 18,78 14,28 10,57 10,05 10,05 78,15 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 35,63 28,83 21,81 15,50 12,63 11,64 11,64 90,51 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 35,63 27,35 20,16 14,81 12,71 12,46 12,46 96,89 LSD0,05 2,19 LSD0,01 3,39 Bảng 4. Thành phần sản phẩm làm phân bón đã qua xử lí phơi khô từ 1kg sản phẩm tươi TT Công thức thí nghiệm Tổng trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ dạng khô, A 0 10% Trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ qua sàng (< 2 mm) Trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ trên sàng (≥ 2 mm) kg kg % kg % 1 Không xử lí - Đ/c 0,38 0,19 50,00 0,19 50,00 2 Xử lí EM Bokashi 0,38 0,20 52,38 0,18 47,62 3 Xử lí EM2 0,45 0,28 62,96 0,17 37,04 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 0,43 0,25 58,85 0,18 41,15 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 0,40 0,21 52,96 0,19 47,04 LSD0,05 0,05 LSD0,01 0,08 52(4): 105 - 109 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 4 Bảng 5. Thành phần chất dinh dưỡng trong sản phẩm phân bón và nước rỉ từ rác thải hữu cơ có xử lí vi sinh vật TT Tên mẫu VCK (%) pHKCL N (%) P2O5 (%) K2O (%) I Mẫu sản phẩm phân bón 1 Không xử lí - Đ/c 21,38 7,93 0,441 0,274 0,344 2 Xử lí EM Bokashi 20,13 7,61 0,460 0,236 0,365 3 Xử lí EM2 19,10 8,13 0,422 0,261 0,592 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 20,77 7,77 0,433 0,269 0,566 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 22,61 8,19 0,441 0,298 0,795 II Mẫu nước rỉ rác 1 Không xử lí - Đ/c - 8,95 0,043 0,022 0,016 2 Xử lí EM Bokashi - 8,83 0,043 0,018 0,010 3 Xử lí EM2 - 8,97 0,046 0,024 0,011 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột - 9,05 0,036 0,028 0,014 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước - 9,20 0,048 0,024 0,012 Bảng 6. Thành phần sản phẩm làm phân bón từ rác thải được xử lí EM2 có bổ sung vôi, phân khoáng (sản phẩm qua xử lí phơi khô, từ 1kg sản phẩm tươi) TT Công thức thí nghiệm Tổng trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ dạng khô, A 0 10% Trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ qua sàng (< 2 mm) Trọng lƣợng sản phẩm hữu cơ trên sàng (≥ 2 mm) kg kg % kg % 1 Đối chứng (xử lí EM2) 0.40 0,25 62,8 0,15 37,2 2 Đ/c + 1% N 0,38 0,25 64,5 0,13 35,5 3 Đ/c + 2% P2O5 0,45 0,27 59,3 0,18 40,7 4 Đ/c + 2% CaO 0,36 0,23 64,7 0,13 35,3 5 Đ/c + 1%N+ 2% P2O5+ 2%CaO 0,46 0,27 59,5 0,19 40,5 LSD0,05 0,04 LSD0,01 0,07 Bảng 7. Thành phần chất dinh dưỡng trong sản phẩm phân bón từ rác thải hữu cơ có xử lí EM2 có bổ sung vôi, phân khoáng TT Tên mẫu VCK (%) pHKCL N (%) P2O5 (%) K2O (%) I Mẫu sản phẩm phân bón 1 Đối chứng (xử lí EM2) 21,98 7,95 0,441 0,274 0,344 2 Đ/c + 1% N 22,13 7,11 0,660 0,236 0,365 3 Đ/c + 2% P2O5 19,45 6,43 0,422 0,461 0,442 4 Đ/c + 2% Ca0 22,28 8,62 0,389 0,227 0,352 5 Đ/c +1%N+ 2% P2O5+ 2%CaO 19,16 8,29 0,641 0,398 0,435 52(4): 105 - 109 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 109 Bảng 8. Thành phần một số kim loại nặng trong sản phẩm phân bón và nước rỉ từ rác thải hữu cơ có xử lí VSV TT Tên mẫu Pb Cd As Cu I Mẫu sản phẩm phân bón mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 1 Không xử lí - Đ/c 0,413 0 0,203 2,268 2 Xử lí EM Bokashi 0,403 0 0,357 1,964 3 Xử lí EM2 0,473 0 0,259 2,362 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 0,461 0 0,151 2,096 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 0,472 0 0,457 2,691 II Mẫu nước rỉ rác mg/l mg/l mg/l mg/l 1 Không xử lí - Đ/c 0,400 0 56,60 4,400 2 Xử lí EM Bokashi 0,200 0 37,80 2,200 3 Xử lí EM2 0,100 0 32,11 2,000 4 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng bột 0,136 0 21,78 3,750 5 Xử lí chế phẩm VSV tổng hợp dạng nước 0,326 0 53,30 3,200 Tài liệu tham khảo [1]. Niên giám thống kê tỉnh Thái Nguyên (2006). NXB Thống kê. [2]. TCVN 7209-2002 và TCVN 6773-2000 về chất lượng môi trường đất, phân bón và nước. [3].Trung tâm ứng dụng tiến bộ Khoa học và Công nghệ, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thái Nguyên (2006), Công nghệ vi sinh vật hữu hiệu E.M + Quy trình kỹ thuật sử dụng chế phẩm E.M trong sản xuất và đời sống. [4]. Lương Đức Phẩm (2002), Vi sinh vật và an toàn vệ sinh thực phẩm. NXB Nông nghiệp. [5]. Đào Châu Thu (2006), Báo cáo kết quả đề tài cấp nhà nước của Trường ĐHNN I Hà Nội về ứng dụng VSV xử lí rác thải và bảo vệ môi trường. Đại học Nông nghiệp I Hà Nội. [6].Teruo Higa,Technology of Effective Microorganisms: Concept and Phisiology (2002). Royal Agricultural College, Cirencester, UK. 52(4): 3 - 12 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 4 - 2009 4 Summary A RESEARCH ON USING ORGANIC SUBSTANCE RESOLVING MICRO-ORGANISM TO TREAT HOUSEHOLD GARBAGE TO PRODUCE FERTILIZERS AND PROTECT THE ENVIRONMENT The household garbage from residential quarters is very multiform, in which organic garbage accounts for 67%. This plays an important part in analyzing and producing micro-organic fertilizers used in farming. Household garbage treated by micro-organic reduces itself 60 - 70% in weight and volume. Among the products used EM2 product, powdered micro-organic products are the most effective. The proportion of organic products under 2 millimeters in size accounts for from 58.85% to 62.96%. Quality of the fertilizers produced from household garbage and well-treated with micro-organism is as relatively good as organic fertilizers. Content of all heavy metals in fertilizer samples and in seeping water from the garbage is safe for the land, plants and much lower than the current environmental standard. Resolving household garbage by EM2 product with lime, NPK still ensures the process of disintegration and produces high quality products to fertilize plants.