Nghiên cứu sử dụng phế thải trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CỦA Q TRÌNH SẢN XUẤT HĨA CHẤT TINH CHẾ LÀM PHÂN BÓN Tác giả NGUYỄN NHẬT HUỲNH MAI Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Kỹ thuật Môi trường Giáo viên hướng dẫn TS LÊ QUỐC TUẤN Tháng năm 2011 i Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN Khoa : Môi trường Tài nguyên Ngành : Kỹ thuật môi trường Họ tên : NGUYỄN NHẬT HUỲNH MAI Lớp : DH07MT Khóa học : 2007 – 2011 MSSV : 07127079 Tên đề tài NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CỦA Q TRÌNH SẢN XUẤT HĨA CHẤT TINH CHẾ LÀM PHÂN BÓN Nhiệm vụ - Nghiên cứu lý thuyết - Tiến hành thực nghiệm ủ phân - Tiến hành phân lập vi sinh vật tăng sinh vi sinh vật - Tiến hành trồng cải bẹ xanh Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 15 tháng 03 năm 2011 Ngày hồn thành nhiệm vụ khóa luận: 30 tháng 06 năm 2011 Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS.LÊ QUỐC TUẤN Ngày 15 tháng 03 năm 2011 Giáo viên hướng dẫn ii Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón LỜI CẢM ƠN Với tất lòng kính trọng biết ơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Khoa Môi trường Tài nguyên – Trường Đại học Nông Lâm TPHCM, người tận tình truyền đạt kiến thức hữu ích quý báu cho em suốt thời gian học tập trường Xin chân thành cảm ơn TS Lê Quốc Tuấn, người thầy dành nhiều thời gian hướng dẫn truyền đạt nhiều học, kiến thức cần thiết để em hồn thành tốt khóa luận vững bước đường tới Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, anh chị công tác công ty TNHH AFCP tạo điều kiện cho em thực tập, tham quan suốt q trình làm khóa luận Xin chân thành cảm ơn tập thể DH07MT bạn bè quan tâm, động viên chia sẻ niềm vui, nỗi buồn suốt thời gian học tập thực khóa luận tốt nghiệp Lời cuối cùng, xin cảm ơn gia đình – nguồn động viên, điểm tựa vững chắc, ln u thương, chăm sóc dành tốt đẹp để đạt kết ngày hôm Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Nhật Huỳnh Mai iii Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón TĨM TẮT LUẬN VĂN Đề tài “Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón” thực nhằm giải lượng bùn thải phát sinh trình sản xuất cơng ty AFCP nói riêng ngành sản xuất hóa chất tinh chế nói chung, biến chất thải thành phân hữu sử dụng nông nghiệp Để đạt mục đích đề ra, đề tài thực nội dung sau: - Thu thập tài liệu q trình sản xuất hóa chất tinh chế, quy trình sản xuất phân hữu - Tham khảo đề tài nghiên cứu thực lĩnh vực có liên quan - Tiến hành thí nghiệm ủ phân hữu từ bùn thải than bùn với tỉ lệ khác tìm tỉ lệ phối trộn thích hợp - Tiến hành phân lập tăng sinh vi sinh vật từ bùn thải - Tiến hành ủ phân hữu dựa tỉ lệ xác định với lượng vi sinh vật bổ sung khác để tìm lượng vi sinh vật tối ưu - Ứng dụng sản phẩm lên cải bẹ xanh để xác định tính ứng dụng thực tiễn sản phẩm Kết đạt cho thấy tỉ lệ phối trộn 1:1 với lượng vi sinh vật bổ sung 41x1012CFU/ml tối ưu phạm vi nghiên cứu vì: - Phân hữu đầu có hàm lượng dinh dưỡng cao: acid humic tăng 18,09%, chất hữu tăng 32,35%, hàm lượng Nitơ dễ tiêu 44,8mg/100g, hàm lượng Photpho dễ tiêu 19,41mg/100g - Sản xuất sử dụng phân hữu có tính mơi trường cao: trình sản xuất xử lý lượng lớn bùn thải, biến bùn thải thành chất dinh dưỡng sử dụng cho trồng iv Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC BẢNG ix DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ x DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi Chương MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 1.6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC 1.8 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN CÔNG TY TNHH AUREOLE FINE CHEMICAL PRODUCTS 2.1.1 Thông tin chung công ty v Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón 2.1.2 Tình hình hoạt động cơng ty 2.1.3 Cơ cấu tổ chức hoạt động 2.1.4 Công nghệ sản xuất 2.2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN 2.2.1 Nguồn gốc tồn chitin-chitosan tự nhiên 2.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất Chitin Việt Nam giới 2.3 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VỚI NGUỒN NGUYÊN LIỆU TỪ CHẤT THẢI RẮN 12 2.3.1 Nguyên liệu ủ phân 12 2.3.2 Các vi sinh vật tham gia trình ủ 13 2.3.3 Nguyên lý ủ 13 2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phân hủy chất hữu ủ 18 2.3.5 Kết trình ủ phân 19 2.3.6 Một số phương pháp ủ phân hữu áp dụng 20 Chương 24 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 24 3.1.1 Thời gian nghiên cứu 24 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 24 3.2 NGUỒN CHẤT THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU 25 3.3 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 25 3.3.1 Thí nghiệm 1: ủ phân lần 1(xác định tỉ lệ phối trộn hữu hiệu nhất) 25 3.3.2 Thí nghiệm 2: ni cấy vi sinh 29 vi Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón 3.3.3 Thí nghiệm 3: ủ phân lần (xác định lượng vi sinh hiệu trình ủ phân) 32 3.3.4 Thí nghiệm 4: ứng dụng lên cải bẹ xanh 34 3.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 35 Chương 36 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 4.1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 36 4.1.1 Đánh giá cảm quan 36 4.1.2 Chỉ tiêu vật lý 36 4.1.3 Chỉ tiêu hóa học 39 4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 42 4.2.1 Kết phân lập 43 4.2.2 Kết tăng sinh mẫu 44 4.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 45 4.3.1 Đánh giá cảm quan 45 4.3.2 Chỉ tiêu vật lý 46 4.3.3 Chỉ tiêu hóa học 48 4.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 54 Chương 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 5.1 KẾT LUẬN 59 5.2 KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 vii Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón PHỤ LỤC 62 viii Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 25 Bảng 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 33 Bảng 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 34 Bảng 3.4 Phương pháp phân tích 35 Bảng 4.1 Thông số nhiệt độ trung bình thí nghiệm 37 Bảng 4.2 Phân tích ANOVA thay đổi chất hữu thí nghiệm 40 Bảng 4.3 Phân tích ANOVA thay đổi acid humic thí nghiệm 43 Bảng 4.4 Thông số nhiệt độ trung bình thí nghiệm 47 Bảng 4.5 Sự thay đổi pH trung bình nghiệm thức trình ủ 49 Bảng 4.6 Phân tích ANOVA thay đổi chất hữu thí nghiệm 51 Bảng 4.7 Phân tích ANOVA thay đổi acid humic thí nghiệm 54 Bảng 4.8 Kết phân tích N dễ tiêu P dễ tiêu trung bình thí nghiệm 55 Bảng 4.9 Ghi thí nghiệm 57 Bảng 4.10 Bảng so sánh hiệu sử dụng phân 58 ix Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Nguyên liệu Chitin Soda Hình 2.2 Sơ đồ cấu tổ chức hoạt động công ty AFCP Hình 2.3 Chitin vỏ tôm cua Hình 2.4 Cấu trúc phân tử 1) Chitin 2) Chitiosan 3) Xellulose 10 Hình 2.5 Sơ đồ chung q trình ủ hiếu khí 16 Hình 2.6 Quá trình tổng hợp phản ứng enzyme 18 Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm 27 Hình 3.2 Bùn thải từ trình sản xuất công ty AFCP 28 Hình 3.3 Than bùn 29 Hình 3.4 Bố trí thí nghiệm 28 Hình 4.1 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ thí nghiệm 29 Hình 4.2 Biểu đồ thể biến thiên chất hữu thí nghiệm 35 Hình 4.3 Biểu đồ thể độ tăng chất hữu sau q trình ủ thí nghiệm 38 Hình 4.4 Biểu đồ thể biến thiên acid humic thí nghiệm 40 Hình 4.5 Khuẩn lạc phân lập từ bùn thải sau q trình sản xuất cơng ty AFCP 41 Hình 4.6 Dung dịch tăng sinh sau tuần so với dung dịch chưa tăng sinh 43 Hình 4.7 Khuẩn lạc phân lập từ mẫu tăng sinh 45 Hình 4.8 Sản phẩm đầu nghiệm thức 46 Hình 4.9 Đồ thị thể thay đổi nhiệt độ thí nghiệm 46 Hình 4.10 Biểu đồ thể biến thiên chất hữu thí nghiệm 47 Hình 4.11 Biểu đồ thể độ tăng chất hữu thí nghiệm 48 Hình 4.12 Biểu đồ thể biến thiên acid humic thí nghiệm 52 Hình 4.13 Biểu đồ thể độ tăng acid humic thí nghiệm 54 Hình 4.14 Cải bẹ xanh sau thu hoạch 54 Hình 4.15 Cải chuẩn bị thu hoạch 60 x Nghiên cứu sử dụng phế thải trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón - Cây phát triển tốt, xanh to, cao khoảng 15-18cm 20 - Nhìn thấy khác biệt luống - Tưới nước ngày lần sáng chiều 35 - Thu hoạch cải tất luống, chiều cao trung bình từ 25 – 34 cm - Đo đạc lấy số liệu xử lý số liệu, đưa kết vào khóa luận Bảng 4.10 Bảng chi tiêu so sánh hiệu sử dụng phân Chỉ tiêu Nghiệm thức A B C D ĐC Chiều cao ngày thứ 12 12cm 13cm 13cm 12cm 11cm Chiều cao ngày thứ 20 20 cm 18cm 16cm 15cm 14cm Chiều cao ngày thứ 35 (thu hoạch) 34cm 32cm 28cm 27cm 23cm Khối lượng cải thu hoạch 350gr 300gr 260gr 180gr 120gr Qua đánh giá cảm quan, cải bẹ xanh bón phân hữu phát triển nhanh mẫu đối chứng, cao hơn, nhiều bị sâu bệnh - Trong 12 ngày đầu, tất luống phát triển tương đối đồng đều, khơng có khác biệt rõ ràng - Sau đó, phát triển cải bắt đầu thay đổi Ở nghiệm thức có bón phân hữu cơ, cải phát triển nhanh, mạnh thân rau to, mập xuất sâu bệnh Ở nghiệm thức ĐC, cải phát triển chậm hơn, thân rau yếu xuất sâu bệnh - Sau 35 ngày, nghiệm thức có bón phân hữu cải bẹ xanh thu hoạch to, thân mập cao từ 27 – 34cm Ở nghiệm thức đối chứng, cải thu hoạch nhỏ hơn, thân ốm chiều cao từ 22 – 23 cm - Qua số liệu thu thập từ thí nghiệm 3, ta nhận thấy phân hữu sau q trình ủ thí nghiệm có chất dinh dưỡng cần thiết cải bẹ xanh phát triển 56 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón hàm lượng N dễ tiêu (là N dạng vơ cơ, có N dạng vô trồng sử dụng được), K dễ tiêu acid humic Hàm lượng acid humic có phân kết hợp với số loại vi sinh vật trình ủ làm cho phân thành phẩm sử dụng cho đất giúp cải tạo đất, ổn định tăng suất trồng Ngồi ra, cải bẹ xanh bón với sản phẩm phân hữu khác có mức độ phát triển khác Ta nhận thấy, cải nghiệm thức A phát triển tốt nhất, sau cải nghiệm thức B, C, D theo thứ tự Điều thể qua số chiều cao khối lượng trình bày qua bảng 4.14 Đến đây, ta kết luận lại lần điều sau: - Bùn thải than bùn nguyên liệu sử dụng để làm phân hữu - Lượng vi sinh vật bổ sung vào nguyên liệu trình ủ làm ảnh hưởng đến chất lượng phân đầu chất lượng đất suất trồng Ở nghiệm thức A, với lượng bổ sung vi sinh vật ban đầu 41x1012CFU/ml , ta thấy cải phát triển nhanh mạnh A A B B C D C D Hình 4.14 Cải bẹ xanh sau thu hoạch 57 ĐC ĐC Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón A B C Hình 4.15 Cải chuẩn bị thu hoạch 58 D ĐC Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN  Bùn thải nhà máy sản xuất hóa chất tinh chế AFCP nguồn nguyên liệu khả thi, với hàm lượng Nitơ tổng 1,3% kết hợp với than bùn, sử dụng tốt cho việc sản xuất phân hữu  Với kết thí nghiệm 1, nghiên cứu đề tài chứng minh trình phân hủy khối ủ diễn chậm không bổ sung vi sinh vật trình ,  Nguồn vi sinh vật phân lập từ bùn thải đóng vai trò quan trọng việc phân hủy tạo phân hữu làm tăng lượng Nitơ hữu hiệu, P hữu hiệu, chất hữu acid humic sản phẩm đầu  Nghiên cứu cho thấy tỉ lệ phối trộn bùn thải : than bùn = 1:1 lượng vi sinh vật bổ sung vào 41x1012 CFU/ml tối ưu phạm vi nghiên cứu với kết sản phẩm đầu sau: - Chất hữu chiếm 26,41% - Acid humic chiếm 2,735% - N dễ tiêu đạt 44,8mg/100g - P dễ tiêu đạt 19,41mg/100g 59 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón  Cải bẹ xanh bón phân hữu cho kết tốt hơn, thân to, khỏe, sâu bệnh hẳn nghiệm thức đối chứng 5.2 KIẾN NGHỊ Ngoài yếu tố vi sinh vật, yếu tố khác ảnh hưởng đến khối ủ nhiệt độ độ ẩm kiểm soát điều chỉnh Tuy nhiên, thực tế thí nghiệm khơng đảm bảo nhiệt độ lý tưởng khối ủ chưa tìm biện pháp cách nhiệt tốt nhất, điều phần làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng Bên cạnh kết đạt được, đề tài số hạn chế như: - Nhiều tiêu phân hữu chưa phân tích như: vi sinh, K, C/N khó khăn điều kiện thí nghiệm điều kiện kinh tế - Nhiệt độ q trình ủ khơng lên dược trạng thái lý tưởng dụng cụ thiết bị cách nhiệt chưa tốt đống ủ nhỏ - Sản phẩm chưa đạt yêu cầu độ tơi xốp môi trường phát triển vi sinh vật chưa đảm bảo tối ưu - Vì điều kiện thời gian điều kiện thiết bị phân tích khơng cho phép nên đề tài dừng lại việc khảo sát số tiêu phân hữu N tiêu, P dễ tiêu, chất hữu acid humic với kết đầu vào đầu Do đó, muốn phát triển đề tài theo hướng sản xuất phân hữu chất lượng cao cần nghiên cứu thay đổi trình chuyển hóa tiêu - Sản phẩm sau trình ủ cầu đảm bảo độ tơi xốp, đồng kích thước Điều kiện nhiệt độ ln trạng thái lý tưởng để tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển - Để đáp ứng cho loại định, cần phải bổ sung thêm khoáng chất S, Mg, Co, Ca… phần nguyên tố đa lượng N, P, K điều chỉnh pH phân bón tạo thành Khuyến khích bà nơng dân sử dụng loại phân hữu từ phế thải ngành cơng nghiệp, nơng nghiệp Điều góp phần giảm thiểu lượng phế thải thải ngồi mơi trường vừa cung cấp lượng dinh dưỡng định cho đất đai trồng 60 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Trần Khắc Hiệp, 1996 Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, trồng Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội Nguyễn Văn Phước, 2007 Quản lý xử lý chất thải rắn Nhà xuất Đại học Quốc Gia TPHCM Tuyển tập tiêu nông nghiệp Việt Nam, tập 3, Bộ NN&PTNT, Hà Nội Trần Thị Út The, 2010 Nghiên cứu sử dụng phế thải ngành mía đường than bùn làm phân vi sinh Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư Mơi trường, Đại học Nông Lâm, TPHCM Trần Thị Kim Loan, 2010 Khảo sát phân hủy chất thải rắn hữu điều kiện ủ phân lớp Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư ngành Cơng nghệ Hóa học, Đại học Nơng Lâm, TPHCM Nguyễn Thế An, Đinh Thái Bình, 2009 Nghiên cứu sản xuất phân hữu từ nguồn nguyên liệu bùn thải nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt thị Khóa luận tốt nghiệp ngành Cơng nghệ Hóa học, Đại học Nơng Lâm, TPHCM N.K.Shammas and L.K.Wang, 2003 Biosolids Composting In Biosolids Treatment Processes, Humana Press, Totowa, NJ Nancy Trautmann and Tom Richar Cornell composting Science and Engineering Cornell Waste Management Institute © 1996 Roger Tim Haug Compost Engineering principle and practice Techomic publishing Co NC 10 Nguyễn Mạnh Chinh, Sử dụng axit humic cho trồng, ngày 01 tháng 04 năm 2011 11 Cơng ty phân bón hóa chất Đại Việt, Than bùn 61 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón PHỤ LỤC Phụ lục HÌNH ẢNH MINH HỌA A Một số hình ảnh trình ủ phân Hình A.1 Chuẩn bị nguyên liệu trước ủ Hình A.2 Phân hữu sau 10 ngày ủ 25 ngày ủ 62 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Hình A.3 Pha lỗng dung dịch tăng sinh trước bổ sung vào khối ủ B Một số hình ảnh cơng ty Hình B.1 Một số nguyên liệu đầu vào trình sản xuất 63 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Hình B.2 Bùn thải đóng bao Hình B.3 Cơng ty AFCP C Một số hình ảnh q trình trồng cải bẹ xanh 64 Nghiên cứu sử dụng phế thải q trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Hình C.1 Sau ngày, cải nảy mầm Hình C.2 Cải sau ngày 65 Nghiên cứu sử dụng phế thải trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Hình C.3 Cải sau ngày Hình C.4 Cải sau 12 ngày 66 Nghiên cứu sử dụng phế thải trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Hình C.5 Cải nghiệm thức A chuẩn bị thu hoạch Hình C.6 Cải nghiệm thức ĐC chuẩn bị thu hoạch 67 Nghiên cứu sử dụng phế thải trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón Phụ lục Bảng số liệu Bảng A.1 Kết phân tích tiêu nguy hại bùn thải QCVN Phương pháp phân 07:2009/BTNMT tích ≤ ≥ 12,5 ASTM 4980-2003 EPA 1311 0,5 EPA 1312 15 EPA 1313 70 EPA 1314 0,2 EPA 1315 0,177 250 EPA 1316 mg/l 8,4 1000 ASTM D5233-2003 Benzene mg/l KPH 0,5 ASTM D5233-2003 Chloroform mg/l KPH ASTM D5233-2003 mg/l KPH 50 Method 9017B mg/l 0,007 590 STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH - 3,77 As mg/l Cd mg/l Pb mg/l Ni mg/l Hg mg/l Zn mg/l Phenol 10 11 12 Tổng dầu mỡ Tổng CN- KPH (