Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 93 KHẢ NĂNG PHÂN HỦY RÁC THẢI HỮU CƠ CỦA VI KHUẨN PHÂN GIẢI TINH BỘT (AMYLOLYTIC BACTERIA) Hà Thanh Toàn 1 , Nguyễn Trần Ngọc Bích và Cao Ngọc Điệp 2 ABSTRACT Three best amylolytic bacterial isolates composing of one mesophylic isolate [5c isolate] and two thermophylic isolates [e2 and f isolate] (Ha thanh Toan et al., 2008) were conducted in 10-litre bioreactors to evaluate organic wastes degradation ability. The experiment was a completely randomized design with four replications including eight treatments for 22 days; Temperature, pH, % lost waste-volume, % reduced waste dry- weight, organic matter, N total, C/N ratio, CO 2 , CH 4 gas and bacterial population were recorded as functions of time. The results showed that the treatment using mesophylic isolate [5c isolate] and thermophylic isolate [f isolate] reached to most appropriate parameters. Furthermore, low amounts of CO 2 and CH 4 gas of these isolates are good indicators in terms of protection of environment. Keywords: amylolytic bacteria, composts, mesophylic bacteria, organic wastes, thermophylic bacteria Title: Organic-waste degradation ability of amylolytic bateria TÓM TẮT Ba dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột tốt nhất gồm hai dòng vi khuẩn ái nhiệt (dòng e 2 và dòng f) và một dòng vi khuẩn bình nhiệt (dòng 5c)(Hà Thanh Toàn et al., 2008) được sử dụng để đánh giá khả năng phân hủy rác thải hữu cơ trong thí nghiệm với bình lên men 10 lít. Thí nghiệm được bố trí để đánh giá khả năng phân hủy rác trong 22 ngày với 8 nghiệm thức và 4 lần lặp lại. Các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, % thể tích sụt giảm, % trọng lượng khô mất đi, chất hữu cơ, N tổng số, tỉ lệ C/N, khí CO 2 , và CH 4 cũng như mật số vi khuẩn phân giải tinh bột được ghi nhận. Kết quả cho thấy hai nghiệm thức A2 (nghiệm thức có chủng vi khuẩn bình nhiệt 5c) và A4 (nghiệm thức có chủng vi khuẩn ái nhiệt f) đạt được các chỉ tiêu phù hợp nhất trong xử lý rác thải. Hơn nửa hai nghiệm thức này có lượng khí CO 2 và CH 4 thải ra thấp, không gây ảnh hưởng đến môi trường. Từ khóa: phân hữu cơ, rác thải hữu cơ, vi khuẩn phân hủy tinh bột, vi khuẩn bình nhiệt, vi khuẩn ái nhiệt 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Lượng rác thải thải ra môi trường ngày càng nhiều ảnh hưởng trực tiếp trở lại cuộc sống con người như: gây ô nhiễm môi trường, phát sinh bệnh tật, làm giảm sức khỏe cộng đồng, làm mất cảnh quan các khu dân cư đô thị. Các phương pháp đã và đang áp dụng chẳng những không mang lại hiệu quả cao mà còn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Rác thải chất thành đố ng bên cạnh nhà lâu ngày, tạo điều kiện cho các sinh vật có hại phát triển gây mùi thối, thu hút sinh vật gây bệnh như chuột, ruồi… Để khắc phục những nhược điểm của các phương pháp nêu trên các chuyên gia môi trường nước ta đã chọn giải pháp xử lý rác bằng phương 1 Trường Đại học Cần Thơ 2 Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 94 pháp lên men ứng dụng công nghệ sinh học với vai trò chủ yếu là vi sinh vật. Phương pháp này vừa đem lại hiệu quả cao, sản phẩm thu được vừa có giá trị kinh tế, vừa góp phần hạn chế tình trạng ô nhiễm môi trường và chi phí lại rẻ. Các chất này có tỷ lệ thành phần chất hữu cơ khoảng 45 – 60%. Chất hữu cơ có thành phần chủ yếu là protein, tinh bột và cellulose và tỷ lệ các chất này luôn biến động tùy theo khu vực địa lý, tập quán sinh hoạt của người dân. Mặc dù tinh bột không chiếm một tỉ lệ cao trong thành phần rác thải hữu cơ nhưng tinh bột lại là nguồn carbon thích hợp cho nhiều nhóm vi sinh vật lên men kỵ khí và gây thối, vì vậy trong qui trình xử lý rác thải hữu cơ người ta tìm kiếm nhiều nhóm vi sinh vật phân hủy tinh bột nhanh và hiệu quả (Hà Thanh Toàn et al., 2008) để ứng dụng cho công việc xử lý rác thải hữu cơ . Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng phân hủy rác thải hữu cơ của vi khuẩn phân giải tinh bột (amylolytic bacteria) được thực hiện trên qui mô thùng lên men 10-lít, từ đó chọn ra các dòng vi khuẩn tốt nhất để ứng dụng xử lý rác thải hữu cơ trong qui mô lớn hơn. 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu - Rác thải hữu cơ [đã được phân loại] đượ c thu gom từ chợ Tân An, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ do Bộ phận quản lý vệ sinh của Chợ Tân An cung cấp với thành phần các chất hữu cơ trình bày trong Bảng 1 trong đó thành phần chất hữu cơ thay đối từ 30,25% đến 44,14% tùy theo nguồn rác sinh hoạt từ các hộ khá giả đến khó khăn và cellulose và protein chiếm tỉ lệ cao so với tinh bột. - Vi khuẩn được phân lập và tuyển chọn tại phòng thí nghiệ m Vi sinh vật đất, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học (Hà Thanh Toàn et al., 2008) và nhân nuôi theo công thức môi trường Delafield (Ryckeboer et al., 2003). - Thùng lên men có dung tích 10-L bằng nhựa (plastic) (Hình 1). - Thí nghiệm được tổ chức thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ. 2.2 Phương pháp Thí nghiệm gồm có 8 nghiệm thức như sau: ĐC (đối chứng) [không chủng vi khuẩn], A2 = chủng vi khuẩ n bình nhiệt (dòng 5c), A3 = chủng vi khuẩn ái nhiệt 1 (dòng e2), A4 = chủng vi khuẩn ái nhiệt 2 (dòng f), A5 = phối hợp 2 chủng vi khuẩn bình nhiệt (A2) và chủng vi khuẩn ái nhiệt 1 (A3), A6 = phối hợp 2 chủng vi khuẩn bình nhiệt (A2) và vi khuẩn ái nhiệt 2 (A4), A7 = phối hợp 2 chủng vi khuẩn ái nhiệt 1 (A3) và ái nhiệt 2 (A4), A8 = phối hợp 3 chủng vi khuẩn bình nhiệt (A2)+ vi khuẩn ái nhiệt 1 (A3) và vi khuẩn ái nhiệt 2 (A4). Thí nghiệm có 4 lần lặp lại, tổng số có 32 thùng 10-L tương ứng với số nghi ệm thức và lần lặp lại. Các phế phẩm, rác thải ở chợ bao gồm: rau cải, vỏ khóm, rau muống, củ cải, vỏ khoai, đầu cá,… đem về được cắt nhỏ, trộn đều ngẫu nhiên. Rác thải được phun vi khuẩn với từng nghiệm thức trên với tỉ lệ 1% (v/w) và rác được cho vào thùng nhựa có dung tích 10 lít, nhét và nén chặt (cân trọng lượng tươi trước ở từng thùng) dùng tấm kim loại đè nén và d ằn đá cho chặt, đậy nắp thùng nhựa; bên dưới đáy thùng đục một lổ nhỏ cho nước chảy vào bình sau đó dùng nước này rưới hay Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 95 phun lại mẻ ủ (Hình 1). Sau đó lấy mẫu theo dõi chỉ tiêu trong vòng 22 ngày như nhiệt độ (hằng ngày), pH, % thể tích sụt giảm, trọng lượng khô, hàm lượng chất hữu cơ, N tổng số, tỉ lệ C/N, đặc biệt khí carbonic (CO 2 ) và methane (CH 4 ) được thiết kế ống thoát khí để lấy khí định kỳ (Hình 1) và mật số vi khuẩn tương ứng trong mỗi nghiệm thức của từng thí nghiệm riêng biệt. Số liệu thí nghiệm được phân tích thống kê bằng phần mềm Excel Microsoft XP và trị trung bình được so sánh bằng LSD và kiểm định Duncan. Bảng 1: Thành phần của rác thải hữu cơ tại thành phố Cần Thơ Loại rác Chất hữu cơ trong rác thải sinh hoạt* (%) % Cellulose Protein Tinh bột Rác hộ gia đình tập thể (1) 30,25 39,32 45,50 15,18 Rác các hộ gia đình (2) 38,89 52,25 33,24 14,51 Rác các hộ gia đình (3) 44,14 49,11 30,18 20,17 Rác bãi rác (4) 17,12 27,26 60,51 12,23 Rác chợ đô thị (5) 35,55 49,09 42,95 7,96 Trung bình 33,19 43,41 42,47 14,12 (1) Rác ở Khu tập thể Đại học Cần Thơ, (2) Rác thải sinh hoạt từ 3 hẻm của phường An Hội, Q. Ninh Kiều, (3) Rác thải sinh hoạt thu từ 3 hẻm trong phường An Cư, Q. Ninh Kiều, (4) Rác ở bãi rác Cái Răng, (5) Rác ở chợ Xuân Khánh (Nguồn: Phân tích tại PTN Chuyên sâu, Trường Đại học Cần Thơ) * thành phần hữu cơ so với thành phần chung Hình 1: Mô hình thùng xử lý rác thải hữu cơ có dung tích 10-L với lổ thoát nước rỉ rác lấy khí từ bình lên men 10-L 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nhiệt độ Nghiệm thức A 2 có nhiệt độ trung bình cao nhất và khác biệt với các nghiệm thức còn lại ở độ tin cậy 99%. Nhiệt độ trung bình giữa các ngày cũng khác biệt ở độ tin cậy 99% và vào ngày 16 nhiệt độ của các nghiệm thức cao nhất và khác biệt nhất so với các ngày còn lại. Nhìn chung nhiệt độ trong thùng lên men -10 L tương tư Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 96 như thí nghiệm đánh giá khả năng ủ rác thải hữu cơ bằng vi khuẩn phân hủy cellulose (Hà Thanh Toàn et al., 2010, đang thẩm định). Theo kết quả của Ryckeboer et al. (2003) thì nhiệt độ cao nhất có thể lên đến hơn 70 0 C, nhưng thí nghiệm đã không đạt được nhiệt độ đó là do một số nguyên nhân sau: mô hình thí nghiệm nhỏ (khoảng 3 kg rác), bố trí thí nghiệm vào mùa mưa nên còn bị ảnh hưởng nhiều của điều kiện môi trường, bên cạnh đó độ ẩm của mẫu rác cũng khá cao (>80%) cũng đã làm nhiệt độ của quá trình ủ không tăng lên được. Tuy nhiên, nhiệt độ ứng với từng nghiệm thức vẫn cao hơn nhiệt độ môi trường, bắt đầu giảm mạnh từ ngày 16 đến ngày 20 là đạt giá trị cực tiểu và đến ngày 22 nhiệt độ gần như bằng nhiệt độ ban đầu, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Ryckeboer et al. (2003) và theo nhận định của Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) cũng là dấu hiệu nhận biết quá trình ủ rác hữu cơ kết thúc. 3.2 pH Giá trị pH giữa các nghiệm thức có sự khác biệt ở độ tin cậy 99 %. Nghiệm thức A2, A4 đều có sự khác biệt so với nghiệm thức ĐC. Giá trị pH của nghiệm thức A2, A4 trong khoảng trung tính, rất thích hợp cho quá trình ủ. Các nghiệm thức còn lại không có sự khác biệt với ĐC (Hình 2). Giá trị pH trung bình giữa các ngày có sự khác biệt về mặt thống kê ở độ tin cậy 99 %. pH của đống ủ giảm một ít từ ngày 1 đến ngày 4 và tăng nhanh từ ngày 4 đến ngày 10, sau đó giảm nhanh đến ngày 13. Từ ngày 13 trở về sau giá trị pH trung bình của các nghiệm thức lại tăng, pH ban đầu ở tất cả các nghiệm thức có giá trị trung bình là 6,10 sau đó pH của quá trình ủ đã có giả m trong vài ngày đầu (đến ngày 4 giảm xuống còn 5,89), chứng tỏ đã có sự tạo thành các acid hữu cơ trong quá trình ủ làm pH của rác ủ giảm. Điều đặc biệt là hai nghiệm thức A2 và A4 có giá trị pH tăng dần thay vì giảm xuống như các nghiệm thức còn lại và đạt đến mức tối đa vào thời điểm 10 ngày sau khi ủ, sau đó giảm nhẹ vào thời điểm ngày 13 và tăng trở lại đến cuối thời gian ủ. Đến ngày 22, pH được duy trì ở độ trung tính, điều này phù hợp với một trong những dấu hiệu nhận biết quá trình ủ kết thúc và phù hợp vớ i kết quả nghiên cứu của Nakasaki và Akiyama (1988), Huang et al. (2000) và Chang et al. (2006). pH chuyển từ môi trường acid dần sang môi trường trung tính cho thấy có sự bay hơi của một số acid hữu cơ trong quá trình phân hủy chất hữu cơ thành CH 4 và CO 2 , đồng thời do trong quá trình phân hủy thì các chất hữu cơ giàu nitrogen sẽ được biến đổi và phóng thích ra NH 3 làm cho pH của môi trường tăng lên. 3.3 Thể tích rác (%) sụt giảm Bảng 2 cho thấy trung bình thể tích rác phân hủy (%) giữa các nghiệm thức có sự khác biệt ở độ tin cậy 99% trong đó nghiệm thức A2 có thể tích rác phân hủy (%) trung bình cao nhất và khác biệt ý nghĩa nhất so với các nghiệm thức còn lại. Nghiệm thức A4 có % thể tích rác phân hủy thấp hơn A2 nhưng cao hơn các nghiệm thức khác. Các nghiệm thức A7, A6, A3 cho thể tích rác phân hủy (%) không khác biệ t ý nghĩa so với ĐC. Nghiệm thức A5, A8 có thể tích sụt giảm (%) thấp nhất. Thể tích rác sụt giảm theo thời gian nhưng số liệu trung bình của các Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 97 nghiệm thức vào ngày 15 và ngày 20 không khác biệt ý nghĩa, điều này cho thấy thể tích không thay đổi từ thời điểm 15 ngày sau khi ủ. Tuy nhiên, thể tích rác phân hủy chỉ là chỉ tiêu quan sát (định tính) cho nên thể tích rác phân hủy (%) chỉ là số liệu tham khảo. Hình 2: Hiệu quả của vi khuẩn phân giải tinh bột trên pH của rác thải hữu cơ theo thời gian Chú thích: DC = đối chứng [không vi khuẩn], A2 = chủng vi khuẩn bình nhiệt 5 c , A3 = chủng vi khuẩn ái nhiệt e 2 , A4 = chủng vi khuẩn ái nhiệt f, A5=A2+A3, A6=A2+A4, A7=A3+A4, A8=A2+A3+A4 Bảng 2: Ảnh hưởng của vi khuẩn phân hủy tinh bột trên thể tích rác (%) sụt giảm Nghiệm thức Thể tích rác (%) sụt giảm Nghiệm thứcThể tích rác (%) sụt giảm Ngày 5 12,86 ĐC 25,22 c* Ngày 10 26,74 A2 37,05 a Ngày 15 35,27 A3 25,00 c Ngày 20 35,56 A4 35,06 b LSD.01 0,81 A5 23,66 d CV 1,58% A6 25,22 c A7 25,45 c A8 22,83 e * những số theo sau cùng một chữ không khác biệt ý nghĩa ở mức độ 1% 3.4 Trọng lượng khô của rác ủ Hình 3 cho thấy trọng lượng khô mất đi (%) của các nghiệm thức có sự khác biệt ở độ tin cậy 99% trong đó nghiệm thức A4 có trọng lượng khô mất đi (%) cao nhất và khác biệt nhất so với đối chứng, kế đến là nghiệm thức A8 và A7, điều này chứng tỏ các dòng vi khuẩn trong các nghiệm thức nêu trên đã hoạt động hiệu quả trong quá trình ủ. Trọng lượng khô mất đi (%) của các nghiệm thức A4, A8, và A7 nằm trong khoảng 21% đến gần 27%, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Chang et al. (2008). Đối với các nghiệm thức còn lại, trọng lượng khô mất đi (%) không có khác biệt so với ĐC, có thể do vi khuẩn trong các nghiệm thức này hoạt động không hiệu quả và bản thân nghiệm thức ĐC (không được chủng vi khuẩn) đã có sẵn các vi khuẩn trong tự nhiên có kh ả năng phân hủy rác hữu cơ. 5 6 7 8 9 Ngày 1 Ngày 4 Ngày 7 Ngày 10 Ngày 13 Ngày 16 Ngày 19 Ngày pH ĐC A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 98 Hình 3: Hiệu quả của vi khuẩn phân giải tinh bột trên % trọng lượng khô mất đi của rác thải hữu cơ trong 22 ngày ủ Chú thích: ĐC = đối chứng [không vi khuẩn], A2 = chủng vi khuẩn bình nhiệt 5 c , A3 = chủng vi khuẩn ái nhiệt e 2 , A4 = chủng vi khuẩn ái nhiệt f, A5=A2+A3, A6=A2+A4, A7=A3+A4, A8=A2+A3+A4 Những cột có cùng một chữ không khác biệt ý nghĩa ở mức độ 1% 3.5 Khí CO 2 và CH 4 Hình 4 trình bày tổng lượng khí CH 4 và CO 2 thải ra của các nghiệm thức A3, A6, A7, A8 đều cao hơn các nghiệm thức còn lại và nghiệm thức A2 và A4 có tổng lượng khí CH 4 và CO 2 thải ra môi trường ít nhất. Lượng khí CO 2 và khí CH 4 thải ra môi trường quá nhiều là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính, làm nhiệt độ trái đất nóng nên. Kết hợp lượng khí CO 2 thu được và lượng khí CH 4 thải ra, chọn được 2 nghiệm thức cho lượng khí CO 2 , CH 4 thấp nhất và khác biệt so với ĐC, không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường là nghiệm thức có chủng vi khuẩn bình nhiệt A4 và nghiệm thức có chủng vi khuẩn ái nhiệt A4. Hình 4: Hiệu quả của vi khuẩn phân giải tinh bột trên phần trăm tổng lượng CO 2 và CH 4 của rác thải hữu cơ trong 22 ngày ủ 5.014 6.157 5.276 3.917 4.949 26.809 21.014 22.348 ĐCA2A3A4A5A6A7A8 Nghiệm thức cd c cd a d cd b b Biểu đồ thể hiện tổng lượng khí CH4 và CO2 thoát ra 3578.87 4785.7 4508.39 3194.96 1349.9 4586.72 1181.76 1885.86 1646.8 2667.93 2074.92 445.74 511.2 2182.78 492.9 1027.9 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 DC A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Nghiệm thức mg / m 3 Tổng lượng khí CO 2 Tổng lượng khí CH 4 m g / m 3 Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 99 3.6 3.6 Hàm lượng chất hữu cơ, N tổng số và tỉ lệ C/N Bảng 3 cho thấy hàm lượng chất hữu cơ của các nghiệm thức giảm dần theo thời gian, đạt được giá trị thấp nhất vào ngày 18 trong đó nghiệm thức A2 và A4 cho trung bình hàm lượng chất hữu cơ (%) thấp hơn so với các nghiệm thức còn lại và có xu hướng giảm nhiều hơn các nghiệm thức khác. Hàm lượng N của các nghiệm thức giảm dần theo thời gian, đạt được giá trị thấp nhất vào ngày 18 với trung bình hàm lượng N (%) đo được ở nghiệm thức A2 và A4 cao hơn nghiệm thức đối chứng và các nghiệm thức còn lại (Bảng 3). Bảng 3: Hiệu quả của vi khuẩn phân hủy tinh bột trên hàm lượng chất hữu cơ, N tổng số và tỉ lệ C/N của rác hữu cơ vào ngày 18 sau khi ủ Nghiệm thức Hàm lượng chất hữu cơ (%) Hàm lượng N tổng số (%) Tỉ lệ C/N ĐC 31,40 b 1.992 a 9,12 b A2 11,28 e 1.986 a 3,30 d A3 32,49 ab 1.991 a 9,47 a A4 12,94 d 2.010 a 3,74 d A5 22,71 c 1.577 c 8,36 c A6 32,08 b 1.950 b 9,54 a A7 33,01 a 1.975 b 9,69 a A8 32,95 a 1.947 b 9,82 a TB.giữa các thời điểm Ngày 1 Ngày 9 Ngày 18 LSD 1% = 0,12 10,67 9,10 7,88 CV (%) 1,28 1,78 1,83 * Những số theo sau cùng một chữ không khác biệt ý nghĩa ở mức độ 1% Chú thích: DC = đối chứng [không vi khuẩn], A2 = chủng vi khuẩn bình nhiệt 5 c , A3 = chủng vi khuẩn ái nhiệt e 2 , A4 = chủng vi khuẩn ái nhiệt f, A5=A2+A3, A6=A2+A4, A7=A3+A4, A8=A2+A3+A4 Bảng 3 cho thấy tỉ lệ C/N giảm dần theo thời gian và đạt được giá trị thấp nhất vào thời điểm 18 ngày sau khi ủ. Tuy nhiên, tỉ lệ C/N của các nghiệm thức đều nhỏ hơn 12, tỉ lệ này phù hợp với nghiên cứu của Iglesias- Jménez và Pérez-Garcia (1992), kết quả này cho biết là tỉ lệ C/N của khối rác ủ nhỏ hơn 12 thì sẽ tạo độ chín phù hợp cho phân hữu cơ và loại phân này sẽ r ất phù hợp khi bón cho đất. 3.7 Mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột trong rác hũu cơ ủ theo thời gian Trung bình mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột bình nhiệt qua các ngày khác biệt ở mức ý nghĩa 1% trong đó, từ ngày 13 đến ngày 16, mật số vi khuẩn đạt được là cao nhất và khác biệt nhất so với những ngày đầu và các ngày còn lại. Điều này chứng tỏ trong giai đoạn này quá trình phân hủy rác diễn ra rất tốt và đây chính là giai đoạn quyết định trong suốt quá trình ủ rác. Nghiệm thức A4 (chủng vi khuẩn ái nhiệt f) có giá trị trung bình mật số vi khuẩn ái nhiệt là cao nhất và khác biệt nhất so với đối chứng; Các nghiệm thức còn lại không khác biệt so với đối chứng về mặt thống kê. Trung bình mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột ái nhiệt qua các ngày khác biệt ở mức ý nghĩa 1%, ở ngày 19 mật số vi khuẩn ái nhiệt là cao nhấ t và khác biệt nhất nhưng từ ngày 16 đến ngày 19, mật số vi khuẩn tăng nhanh và cao; điều này chứng tỏ trong giai đoạn này vi khuẩn hoạt động phân hủy rác rất tốt và đây là giai đoạn quyết định trong suốt quá trình ủ. Vào những ngày đầu, vi khuẩn chưa phát triển mạnh nên mật số còn thấp nhưng bắt đầu từ ngày 13, mật số vi Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 100 khuẩn chung ở các nghiệm thức bắt đầu tăng và đạt được mật số cao từ ngày 16 đến ngày 19. Đây chính là giai đoạn quyết định của quá trình ủ rác cho đến ngày 22 mật số vi khuẩn đã giảm và dần ổn định (Hình 5). Mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột bình nhiệt cao nhất trong nghiệm thức có chủng vi khuẩn bình nhiệt, mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột ái nhiệt của nghiệ m thức có chủng vi khuẩn ái nhiệt cũng cao nhất, sau đó là đến các nghiệm thức còn lại. Như vậy, vi khuẩn được chủng vào sẽ là nhóm vi khuẩn chủ yếu trong quá trình ủ. Hình 5: Động thái mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột [log 10 (tế bào/ g chất khô)] trong rác ủ hữu cơ theo thời gian Mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột chung của nghiệm thức A2 (chủng vi khuẩn bình nhiệt) cao nhất và khác biệt nhất so với các nghiệm thức còn lại về mặt thống kê. Điều này chứng tỏ các vi khuẩn bình nhiệt vẫn có khả năng sống trong điều kiện nhiệt độ cao. Vi khuẩn bình nhiệt luôn hiện diện nhiều hơn vi khuẩn ái nhiệt, kể cả trong tự nhiên (nghiệm thức đối chứng). Dù có mật số vi khuẩn chung thấp hơ n nghiệm thức A2 nhưng nghiệm thức A4 có mật số vi khuẩn ái nhiệt cao hơn và hoạt động hiệu quả nên nghiệm thức A4 có trọng lượng khô mất đi cao hơn A2. Như vậy vi khuẩn ái nhiệt chính là nhóm vi khuẩn quyết định hiệu quả của quá trình phân hủy rác, phù hợp với nhận định của Finstein và Morris (1975). Mật số vi khuẩn bình nhiệt, ái nhiệt và mật số vi khuẩn chung đều đạt được cao nhất vào khoảng từ ngày 16 đến ngày 19. Nhìn chung, nghiệm thức A2 và A4 có mật số vi khuẩn phân hủy tinh bột cao nên nhiệt độ đã tăng cao hơn so với các nghiệm thức khác, giá tr ị pH được duy trì ở môi trường trung tính, tạo điều kiện tốt cho sự phát triển của vi sinh vật, vì vậy nghiệm thức A2 và A4 có thể tích rác phân hủy và hàm lượng tinh bột mất đi cao hơn đối chứng và các nghiệm thức còn lại. Đồng thời, lượng khí CH 4 và CO 2 thải ra của A2 và A4 cũng thấp hơn các nghiệm thức khác và tỉ lệ C/N trung bình nhỏ hơn 12 là một dấu hiệu của phân hữu cơ bán phân hủy phù hợp với đất. Các nghiệm thức còn lại có nhiệt độ không cao nên dẫn đến các chỉ tiêu khác cũng không tốt mặc dù có trọng lượng khô mất đi tương đối cao nhưng hai nghiệm thức CV(%) = 1.9 LSD (1%) = 0.3938 log 10 (tế bào/ g chất khô) 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 1 4 7 10131619 2 N g à y ĐC A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 101 A7 và A8 lại có lượng khí thải ra môi trường cũng cao không kém, gây ảnh hưởng xấu cho môi trường đồng thời tỉ lệ C/N của các nghiệm thức này cũng không tốt. Như vậy, nghiệm thức A2 (nghiệm thức có chủng vi khuẩn bình nhiệt 5c) và A4 (nghiệm thức có chủng vi khuẩn ái nhiệt f) đạt chỉ tiêu phù hợp nhất ứng dụng trong xử lý rác thải hữu cơ. Quá trình phân hủy rác xảy ra mạnh trong giai đoạn 16 đến 19 ngày sau khi ủ, với mật số vi khuẩn cao nhất và pH cao nhất vào thời điểm 19 ngày sau khi ủ, nhiệt độ cao nhất ở thời điểm 16 sau khi ủ. Thể tích rác phân hủy của các nghiệm thức ở thời điểm 15 và 20 ngày sau khi ủ không khác biệt. Như vậy, thời gian ủ rác tốt nhất là đến ngày 17 hoặc ngày 19 sau khi ủ. 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 1. Hai nghiệm thức A2 (chủng vi khuẩn bình nhiệt dòng 5c) và A4 (chủng vi khuẩn ái nhiệt dòng f) xử lý rác thải hữu cơ một cách hiệu quả. 2. Quá trình phân hủy rác thải hữu cơ xảy ra mạnh trong 17-19 ngày đầu, sau đó bắt đầu chậm lại và ổn định các chỉ tiêu, thời gian ủ rác tốt nhất là đến ngày 17 hoặc ngày 19 sau khi ủ. 3. Nếu có điều kiện cần bố trí thí nghiệm trên mô hình thí nghiệm lớn hơn (thùng 100 - lít) để theo dõi các chỉ tiêu ở mức độ chính xác cao hơn, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. 4. Cần có sự kết hợp với các chủng vi khuẩn phân hủy protein và tinh bột để quá trình ủ có thể phân hủy chất hữu cơ triệt để hơn. Từ đó có thể có cái nhìn khái quát hơn về khả năng phân hủy rác thải của vi khuẩn và đề xuất một chế phẩm hữu hiệu nh ất để xử lí rác thải hữu cơ tại địa phương. TÀI LIỆU THAM KHẢO Chang, J.I., Tsai, J.J., and K.H. Wu. 2006. Thermophilic composting of food waste. Bioresource Technol. 97: 116-122. Chang, J.I. and Hsu, Tin-En. 2008. Effects of compositions on food waste composting. Bioresource Technol. 99: 8068-8074. Hà Thanh Toàn, Cao Ngọc Điệp, Bùi Thế Vinh, Mai Thu Thảo, Nguyễn Thu Phướng, Trần Lê Kim Ngân. 2008. Phân lập vi khuẩn phân giải cellulose, tinh bột và protein trong nước rĩ từ bãi rác ở Thành phố Cần Thơ. Tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ 10:195- 202. Hà Thanh Toàn, Trương Nhật Tâm và Cao Ngọc Điệp. 2010. Khả năng phân hủy rác thải hữu cơ của vi khuẩn phân giải cellulose (cellulolytic bacteria). Tạp chí Khoa học Trường Đạ i học Cần Thơ (đang thẩm định) Finstein, M.S.and M.L.Morris. 1975. Microbiology of municipal solid waste composting. Advances in Applied Microbiology 19: 113-151. Forster-Carneiro, T., M. Pérez, L.I. Romero, Sales D. 2007. Dry-thermophilic anaerobic digestion of organic fraction of the municipal solid waste: Focusing on the inoculum sources. Bioresource Technology, 98(17): 3181-3414. Huang, J.S., C.H. Wang, C.G. Jih. 2000. Empirical model and kinetic behavior og thermophilic composting of vegetable waste. J. Environmen. Eng. 126: 1019-1025. Iglesias- Jménez., E. and V. Pérez-Garcia. 1992. Determination of maturity indices for city refuse composts. Agricultural Ecosystem Environment 38: 331-343. Tạp chí Khoa học 2011:17a 93-102 Trường Đại học Cần Thơ 102 Nakasaki, K. and T. Akiyama. 1988. Effects of seeding on thermophilic composting of household organic waste. J. Ferment. Technol. 66: 37-42. Nguyễn Đức lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương. 2003. Công nghệ sinh học môi trường tập 2 – Xử lý chất thải hữu cơ. NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. Ryckeboer, J., J. Meraert, J. Coosemans, K. Deprins and J. Swings. 2003. Microbiological aspects of biowaste during composting in a monitored compost bin. Journal of Applied Microbiology 94:127-137. . công vi c xử lý rác thải hữu cơ . Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng phân hủy rác thải hữu cơ của vi khuẩn phân giải tinh bột (amylolytic bacteria). CH 4 thải ra thấp, không gây ảnh hưởng đến môi trường. Từ khóa: phân hữu cơ, rác thải hữu cơ, vi khuẩn phân hủy tinh bột, vi khuẩn bình nhiệt, vi khuẩn