Nghiên cứu, đánh giá quá trình ủ và chất lượng phân ủ từ vỏ cà phê

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá tính chất của phụ phẩm cà phê và phân tích những thay đổi về đặc tính lý hóa trong quá trình ủ phân. Để đạt được mục tiêu này, vỏ cà phê được phối trộn với các phụ gia khác phân chuồng, phân lân, phân urê, đường cát, vôi bột và được bổ sung chế phẩm vi sinh Trichoderma ở các liều lượng khác nhau trước khi ủ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, đánh giá quá trình ủ và chất lượng phân ủ từ vỏ cà phê

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH Ủ VÀ CHẤT LƢỢNG PHÂN Ủ TỪ VỎ CÀ PHÊ Đỗ Quang Trung(1), Đinh Mai Vân(2) và Lƣu Thế Anh(1) (1) Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội (2) Khoa Lâm học, Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Vỏ cà phê là những phụ phẩm chính, o các cơ sở chế iến cà phê tạo ra và ược thải vào ất canh tác và nguồn nư c mặt Do các sản phẩm phụ này g p phần gây ô nhiễm môi trường, nên các phương pháp xử lý thân thiện v i môi trường là cần thiết Vì vậy, việc ủ phân hữu cơ như một lựa chọn thân thiện v i môi trường, tận ụng các sản phẩm phụ của cà phê, là rất quan trọng Mục tiêu của nghiên cứu là ánh giá tính chất của phụ phẩm cà phê và phân tích những thay i về ặc tính lý h a trong quá trình ủ phân Đ ạt ược mục tiêu này, vỏ cà phê ược phối trộn v i các phụ gia khác phân chuồng, phân lân, phân urê, ường cát, vôi ột và ược sung chế phẩm vi sinh Tricho rma ở các liều lượng khác nhau trư c khi ủ Các chỉ tiêu h a lý ược xác ịnh cho tất cả các nghiệm thức ở thời i m ủ phân 5, 45 và 65 ngày Kết quả thí nghiệm cho thấy, nhiệt ộ, ộ pH, lượng P và K trong phân trộn phụ phẩm cà phê ược sung chế phẩm nzim rất c ý nghĩa p < , so v i ối chứng Hơn nữa, mức nitơ t ng số, chất hữu cơ và tỷ lệ C N trong 5 ngày ủ phân c ng c ý nghĩa cao p < , , so v i 65 ngày ủ phân Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy, phụ phẩm cà phê ủ ến 65 ngày là rất quan trọng c ược phân ủ chất lượng Phân tích và so sánh các kết quả thí nghiệm ã chứng minh rằng, phụ phẩm cà phê ủ trộn v i chế phẩm vi sinh Trichoderma và phân chuồng trên nền ất tốt hơn các phương pháp xử lý khác làm phân trộn chất lượng Đ cải thiện chất lượng của phân trộn, việc tiền xử lý các phụ phẩm cà phê ằng vật liệu hữu cơ trư c khi ủ là rất cần thiết Từ khóa: Vỏ cà phê, phân ủ, chất lƣợng phân trộn, Trichoderma sp. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một trong những nƣớc xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới, với sản lƣợng hằng năm ƣớc tính một triệu tấn, trong đó, Tây Nguyên đóng góp tới 90% tổng sản lƣợng cà phê xuất khẩu của cả nƣớc, với tổng diện tích trồng cà phê là 500.000 ha và sản lƣợng trung ình từ 800.000 đến 900.000 tấn hạt cà phê. Hạt cà phê đƣợc chế iến theo hai phƣơng ph p là phơi khô và “xử lý nƣớc”. Ở Việt Nam, 90% hạt cà phê đƣợc chế iến ằng phƣơng ph p sấy khô. B và vỏ cà phê xuất hiện sau khi h i quả cà phê, quả phải trải qua một số ƣớc xử lý, để loại ỏ c c phần ên ngoài của quả. Sản phẩm phụ của qu trình chế iến cà phê ƣớt, đặc iệt là nƣớc thải chế iến cà phê và thải ra từ ủ, có thể gây ô nhiễm đ ng kể nguồn nƣớc (Anon, 1991), vốn chủ yếu là nguồn nƣớc không chỉ cho chế iến cà phê, mà còn cho sinh hoạt và c c yêu cầu về nông nghiệp. B và vỏ cà phê là những phụ phẩm chính, do c c cơ sở chế iến cà phê tạo ra, và đƣợc thải vào đất canh t c và nguồn nƣớc ề mặt. Thêm vào đó, vỏ cà phê chứa một lƣợng lớn cà phê in và tanin, vì vậy có thể gây ô nhiễm và khó phân hủy trong tự nhiên, đặt ra nhiều vấn đề trong qu trình xử lý vỏ cà phê. Tuy nhiên, những chất thải này chứa nồng độ cao c c hợp chất hữu cơ dễ Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 431
phân hủy sinh học và kho ng chất có nguồn gốc thực vật, có thể đƣợc sử dụng tốt hơn ằng c ch ủ với c c vật liệu hữu cơ kh c. Vỏ cà phê và cà phê đ đƣợc sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất khí gas sinh học, enzim, nấm và phân hữu cơ (Pandey et al., 2000). Vỏ cà phê và ột cà phê thƣờng đƣợc ủ để t i chế chất thải hữu cơ trong nông nghiệp. Phân ón của vỏ cà phê cũng o c o trong nghiên cứu của Bidappa (1998). Hỗn hợp vỏ cà phê, phân động vật đƣợc lên men ằng hai phƣơng ph p kỵ khí và hiếu khí, có thể sử dụng ón cho đất sau 6 th ng ủ. Sử dụng phân ủ hoai vỏ cà phê giúp tăng khả năng kh ng ệnh gỉ sắt ở l cây cà phê. Ngoài ra, vỏ cà phê chƣa đƣợc xử lý đ đƣợc sử dụng làm chất hấp thụ sinh học, để xử lý nƣớc nhiễm ẩn và kim loại nặng (Oliveira et al., 2008). Trong nghiên cứu gần đây đ o c o việc ủ vỏ cà phê ằng phân ò, tr i cây/rau, vi sinh vật phù hợp và khat (Catha edulis) (Degefe et al., 2016). Tuy nhiên, c c nghiên cứu này v n còn một số hạn chế, nhƣ hàm lƣợng chất dinh dƣỡng còn thấp, hiệu suất chuyển hóa chƣa cao... Phân chuồng là loại phân do gia súc thải ra. Phân chuồng là hỗn hợp chủ yếu của phân, nƣớc tiểu gia súc và chất thải nông nghiệp, nhƣ rơm, rau, củ quả hỏng… Nó không những cung cấp chất dinh dƣỡng cho cây trồng, mà còn ổ sung chất hữu cơ cho đất, giúp cho đất đƣợc tơi xốp, tăng độ phì nhiêu, tăng hiệu quả sử dụng phân hóa học… Trong nghiên cứu này, tiềm năng phân hủy vỏ cà phê ằng phân chuồng và chế phẩm Trichoderma đƣợc thực hiện trên nền đất, cùng với việc phân tích c c thông số đặc trƣng của c c m u phân ủ trƣởng thành và kiểm tra sự nảy mầm và tăng trƣởng của hạt trên c c m u phân ủ. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.1. Vật liệu nghiên cứu Thí nghiệm đƣợc tiến hành tại Viện Tài nguyên và Môi trƣờng, Đại học Quốc gia Hà Nội. Vỏ cà phê đƣợc thu gom từ trạm chế iến cà phê khô và ƣớt tại Th i Nguyên. Phân chuồng đƣợc mua từ một trang trại lợn tại Xuân Mai. Vi sinh vật hữu hiệu (có chứa chủng nấm Trichoderma) đƣợc mua từ Viện Di truyền Nông nghiệp. Ngoài ra, còn có c c nguyên liệu kh c nhƣ đƣờng c t, phân lân, urê, đƣợc mua tại c c cửa hàng kinh doanh. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Chuẩn bị vật liệu ủ phân compost Dựa trên c c nghiệm thức, c c đống ủ riêng lẻ có kích thƣớc chiều dài 1 m, chiều rộng 1 m và chiều cao 1 m đ đƣợc chuẩn ị. Vật liệu làm phân trộn đƣợc chất thành đống, với độ dày kh c nhau và đƣợc đặt trên ề mặt đất. Đống ủ đƣợc x o trộn sau một tuần để tăng cƣờng qu trình ủ phân ằng c ch trộn và chia nhỏ c c vật liệu ủ (Harold et al., 1994). Phƣơng ph p ủ vỏ cà phê đƣợc tiến hành theo phƣơng ph p của Adams and Dougan (1981). Phƣơng ph p ủ phân ao gồm trộn chất hữu cơ với c c sản phẩm phụ “tinh khiết” tƣơng ứng. Diện tích mặt đất đƣợc sử dụng để làm đống ủ là (1 m3) và với một số sửa đổi trong trình tự phân lớp cơ ản (HDRA – The Organic Organisation, 2001). 2.2.2. Phương pháp ủ phân compost Làm thực nghiệm ủ phân compost theo phƣơng ph p của Adams and Dougan (1981). Tỷ lệ c c thành phần nhƣ trong Bảng 2.1. Lƣợng men vi sinh đƣợc thêm vào theo khuyến nghị của nhà sản xuất. 432 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
Bảng 1 Bảng so sánh thành phần các nguyên liệu ầu vào Phân Vỏ cà Men vi Đường Vôi ột Phân Phân Mô hình chuồng phê (kg) sinh (g) cát (kg) (kg) lân (kg) urê (kg) (kg) Đối chứng (ĐC) 10 0 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 1 (MH1) 10 100 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 2 (MH2) 10 150 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 3 (MH3) 10 200 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Mô hình 4 (MH4) 10 250 0,02 2 0,15 0,5 0,1 Thí nghiệm đƣợc thực hiện 3 lần. Trong qu trình ủ, theo dõi c c chỉ tiêu: nhiệt độ, pH, kiểm tra hàng ngày ằng thiết ị chuyên dụng (HI99121, Hanna, Đức). Độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lƣợng N, C kiểm tra 3 ngày/lần ằng m y đo độ ẩm PMS710 (Trung Quốc) và ằng phƣơng ph p hóa sinh thông dụng. Tất cả c c chỉ tiêu thực hiện 3 lần/m u, sau đó lấy kết quả trung ình. Phƣơng ph p phân lập, định danh c c chủng vi sinh vật đƣợc tiến hành theo Withman et al. (2012). Nồng độ kali và kim loại nặng của c c m u phân ủ trƣởng thành và ổn định đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm ằng phƣơng ph p quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Phƣơng ph p thống kê đƣợc sử dụng để tính to n iến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lƣợng C, N trong qu trình ủ phân. 3. T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Những thay đổi về nhiệt độ trong quá trình ủ Nói chung, ngƣời ta quan s t thấy rằng, có sự kh c iệt có ý nghĩa thống kê giữa sự thay đổi nhiệt độ của xử lý đối chứng và xử lý kh c (MH1 tới MH4) ở p < 0,0001. Theo Epstein (1997), sự thay đổi nhiệt độ này là một trong những thông số quan trọng nhất phản nh hoạt động của vi sinh vật trong qu trình ủ phân (Hình 3.1). Vào 4 ngày đầu, vi sinh vật chƣa thích nghi, nên nhiệt độ tăng chậm ở cả 5 mô hình. Bắt đầu từ ngày thứ 5, nhiệt độ tăng rõ rệt, chứng tỏ có sự hoạt động mạnh của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện nhiệt độ cao. Trong điều kiện này, vi sinh vật sẽ chuyển hóa c c chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản. Sau đó, nhiệt độ khối ủ ắt đầu giảm dần từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 20 là 35oC và ổn định dần đến ngày cuối cùng là 30oC. Điều này chứng tỏ, nhiệt độ là chỉ thị tăng trƣởng của c c vi sinh vật hiếu khí, nhƣ nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn. Nó thể hiện, vi sinh vật trong những ngày đầu thích nghi và chuyển sang pha ƣu nhiệt và trƣởng thành. Vi sinh vật đ có sự thích nghi phù hợp với cả 5 mô hình. 70 60 Nhiệt độ (0C) 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10121416182022242628303234363840424446485052545658606264 ĐC MH1 MH2 MH3 MH4 Ngày Hình 3.1. Biến thiên nhiệt ộ trong ống ủ compost Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 433
Những kh c iệt về nhiệt độ có thể là do sự kh c iệt về thành phần vi sinh vật trong qu trình ủ phân. Đó là một xu hƣớng thông thƣờng trong qu trình ủ phân, mà trong giai đoạn đầu, nhiệt độ tăng mạnh và sau đó, đạt đến mức tối ƣu trong pha hoạt động và cuối cùng, trở lại nhiệt độ môi trƣờng ình thƣờng ở giai đoạn cuối (Hassen et al., 2001). Sự điều tiết nhiệt độ là cần thiết cho qu trình ủ phân có kiểm so t. Về vấn đề này, nghiên cứu của Miller (1992) chỉ ra rằng, nhiệt độ ở 52-60oC là phù hợp nhất để phân hủy. Nói chung, khi tiến hành ủ phân, nhiệt độ của tất cả c c loại phân trộn giảm, phù hợp với c c nghiên cứu trƣớc đó (Vashi and Shah, 2003; Taiwo and Oso, 2004; Dadi et al., 2012). Ở giai đoạn đầu của qu trình ủ phân, tất cả c c công thức đều ở giai đoạn ƣa nhiệt và nhiệt độ vƣợt qu 55oC. 3.2. Những thay đổi về pH trong quá trình ủ Gi trị pH của c c mô hình đều nằm trong khoảng 5,5-8,5, là tối ƣu cho c c vi sinh vật trong qu trình ủ phân. Nhìn vào Hình 3.2 ta thấy, gi trị pH của cả 5 mô hình đều giảm nhanh trong 5 ngày đầu tiên, điều này chứng tỏ trong thời gian này, vi sinh vật, nấm tiêu thụ c c hợp chất hữu cơ và thải ra c c axit hữu cơ (Bishop and Godfrey, 1983). Trong giai đoạn đầu của qu trình ủ, c c axit này tích tụ và làm giảm độ pH, kìm h m sự ph t triển của vi sinh vật, kìm h m sự phân hủy lignin và xenlulô. pH ắt đầu tăng lên lại từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 30, trong thời gian này, vi sinh vật tham gia vào qu trình phân hủy c c axit hữu cơ. Từ ngày 31 đến khi kết thúc qu trình ủ, pH dao động trong khoảng 6,1-6,5. Tuy nhiên ta thấy, từ ngày thứ 6 trở đi, tại c c mô hình có sử dụng men vi sinh, pH dao động ít hơn so với m u đối chứng (p < 0,0001). Điều này chứng tỏ, dƣới t c dụng vi sinh vật, C và N cùng ị phân hủy đồng thời với nhau, làm cho pH ổn định hơn (Liu and Price, 2011; Dadi et al., 2012; Getahun et al., 2012; Shemekite et al., 2014). 9 8 7 6 Độ pH 5 4 3 2 1 0 0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 ĐC MH1 MH2 Ngày Hình 3.2. Biến thiên pH trong ống ủ compost Sự gia tăng độ pH trong giai đoạn ắt đầu giai đoạn ủ phân có thể là do sự giải phóng amoniac từ quá trình ammon hóa (Bustamante et al., 2008). Sự hiện diện của axit éo dễ ay hơi cũng có thể ảnh hƣởng đến sự ph t triển pH trong đống phân ủ (Beck et al., 2001). Khi độ pH của đất trên 7,2, ion amoni sẽ đƣợc chuyển thành khí amoni, có thể ị mất trong khí quyển (Tack, 2013). Nhìn chung, xu hƣớng pH đƣợc kiểm so t ởi c c t c động kết hợp của qu trình ammon hóa và tích tụ axit hữu cơ trong qu trình ủ phân (Liu and Price, 2011). Cuối cùng, đối với tất cả c c loại phân hữu cơ, độ pH của c c m u phân ủ trƣởng thành đƣợc đo, về cơ ản nằm trong khoảng 6±0,0 - 6,5±0,0. 3.3. Các thay đổi về chất hữu cơ trong quá trình ủ phân C c chất hữu cơ thấp hơn đƣợc ghi lại trong MH4. Điều này có thể là do sự hiện diện của lƣợng lớn chế phẩm vi sinh phân giải xenlulô đƣợc ổ sung. Thuộc tính này giúp phân hủy nhanh và chuyển hóa chất hữu cơ thành cac on dioxit, năng lƣợng và c c hợp chất ổn định. Số liệu từ 434 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
Hình 3.3 cho thấy, hiệu quả xử lý chất hữu cơ tăng nhanh trong những ngày đầu ở cả 5 mô hình và ắt đầu tăng chậm kể từ ngày 12 trở đi. Mặt kh c, hiệu quả xử lý chất hữu cơ của 4 mô hình có sử dụng men sinh học trong 12 ngày đầu lên tới 20%, trong khi đó, hiệu quả xử lý của m u đối chứng cũng trong 12 ngày đầu là 14,92%. Điều này chứng tỏ, tại 4 mô hình có sử dụng men vi sinh, tốc độ phân hủy chất hữu cơ nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mô hình đối chứng (p < 0,0001). 45 Hiệu quả phân hủy chất 40 35 hữu cơ (%) 30 25 20 15 10 5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 ĐC MH1 MH2 MH3 MH4 Ngày Hình 3.3. Biến thiên chất hữu cơ trong ống ủ compost Mặt kh c ta thấy, kết thúc qu trình ủ phân, hiệu quả phân hủy chất hữu cơ của c c m u sử dụng men vi sinh đều đạt trên 40% so với m u đối chứng chỉ đạt 32,69%. Nhƣ vậy, việc ổ sung men vi sinh vào ủ phân giúp tăng khả năng phân hủy chất hữu cơ lên tới 30%. Tƣơng tự, Anandavalli et al. (1998), FFTC (2007), Greenway and Song (2002) x c nhận việc giảm hàm lƣợng chất hữu cơ khi qu trình ủ phân compost diễn ra/tiến triển. 3.4. Các thay đổi về tỷ lệ cacbon/nitơ trong quá trình ủ phân Tỷ lệ C/N là một trong những yếu tố ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng của phân trộn. Kết quả trong nghiên cứu chỉ ra rằng, khi thời gian ủ phân tăng lên, từ tuần đầu tiên đến tuần thứ 12, phần cac on hữu cơ giảm, trong khi tổng nồng độ nitơ thay đổi theo thời gian. Điều này ngụ ý rằng, tỷ lệ C/N của tất cả c c loại phân trộn thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, nhìn chung, tỷ lệ C/N của tất cả c c loại phân trộn đƣợc quan s t thấy giảm dần theo thời gian, điều này cho thấy rằng, một sản phẩm ổn định đƣợc hình thành, đƣợc chỉ ra trong Hình 3.4. C c nghiên cứu trƣớc đây (Liu and Price, 2011; Dadi et al., 2012; Getahun et al., 2012; Shemekite et al., 2014) cũng o c o sự giảm gi trị C/N theo thời gian. C c loại phân trộn cho thấy, lƣợng chế phẩm vi sinh có ảnh hƣởng đ ng kể đến C/N trung ình (p < 0,0001). Sự kh c iệt đ ng kể về C/N trung ình đƣợc ghi nhận giữa tất cả c c loại phân trộn (Hình 3.4). Có thể giải thích cho sự kh c iệt về C/N giữa c c loại ủ phân có thể là do sự kh c iệt về hàm lƣợng cac on hữu cơ, sự kho ng hóa/cố định của nitơ ở c c giai đoạn ủ phân kh c nhau, thành phần hóa học của nguyên liệu an đầu và vai trò của vi sinh vật trong qu trình ủ phân. Trong giai đoạn chín của qu trình ủ phân, tỷ lệ C/N của phân trộn đối chứng là cao nhất trong tất cả c c loại phân trộn. Nhìn chung, trong giai đoạn ủ chín, c c loại phân trộn MH4 và MH3 đƣợc tìm thấy có gi trị C/N thấp hơn c c loại kh c. Điều này có thể là do thành phần của phụ phẩm cà phê (vỏ và cà phê) đƣợc sử dụng để ủ phân. Về vấn đề này, ph t hiện của Shemekite et al. (2014) đ khẳng định rõ ràng rằng, tỷ lệ C/N cao hơn thu đƣợc khi ủ vỏ cà phê một mình so với ủ chung với phân động vật hoặc chất thải tr i cây/rau. Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 435
40 35 30 Tỷ lệ C/N 25 20 15 10 5 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 ĐC MH1 MH2 MH3 MH4 Ngày Hình 3.4. Biến thiên tỷ lệ C N trong ống ủ compost Mặc dù không có một phƣơng ph p thống nhất chung nào để đ nh gi độ chín và độ ổn định của phân trộn, việc kiểm tra tỷ lệ C/N đƣợc sử dụng nhiều lần nhƣ một phƣơng ph p để x c định (CCQC, 2001). Tỷ lệ C/N của c c m u phân trộn ổn định cuối cùng gần với c c đề xuất của Liu and Price (2011) chỉ ra rằng, phân trộn đƣợc sản xuất đƣợc coi là ổn định cũng nhƣ trƣởng thành, nếu có tỷ lệ C/N < 25/1. Do đó, C/N của m u phân trộn cuối cùng thu đƣợc trong nghiên cứu này, nằm trong khoảng 14,29±1,68 - 22,28±2,56, nằm trong khoảng hợp lý, có thể đƣợc sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Vì vậy, tất cả c c m u phân trộn đƣợc sản xuất (C1-C8) có thể đƣợc sử dụng cho mục đích nông nghiệp. 3.5. Sự thay đổi của độ ẩm trong quá trình ủ Độ ẩm là thông số quan trọng nhất trong qu trình ủ phân, vì nó ảnh hƣởng lớn đến tốc độ phân hủy. Theo truyền thống, c c hệ thống ủ phân đƣợc nhiệt độ kiểm so t, tuy nhiên, c c nghiên cứu trƣớc đây đ chứng minh rằng, hiệu ứng độ ẩm có ảnh hƣởng nhiều hơn nhiệt độ (Liang et al., 2003). Stentiford (1996) o c o độ ẩm của phân ủ ảnh hƣởng đến (i) tính chất cấu trúc của vật liệu, (ii) tính chất nhiệt của vật liệu, và (iii) tốc độ phân hủy sinh học. Độ ẩm trong qu trình ủ phân đƣợc hoạt động của vi sinh vật t c động và do đó, ảnh hƣởng đến nhiệt độ và tốc độ phân hủy (Tunner, 2002). Độ ẩm cũng cung cấp môi trƣờng để vận chuyển c c chất dinh dƣỡng hòa tan cần thiết cho c c hoạt động trao đổi chất và sinh lý của vi sinh vật (Miller, 1989). Thông số vật lý này liên quan chặt chẽ đến tốc độ sục khí, sự dịch chuyển của không khí trong c c kẽ nƣớc, thúc đẩy sự đóng cục và hạ thấp độ ền cấu trúc của vật liệu (De Bertoldi et al., 1983). Độ ẩm dao động trong qu trình ủ compost của 5 mô hình thí nghiệm đƣợc thể hiện nhƣ sau: 70 60 50 Độ ẩm (%) 40 30 20 10 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 65 ĐC MH1 MH2 MH3 MH4 Ngày Hình 3.5. Thay i ộ ẩm trong ống ủ compost 436 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
Trong qu trình ủ, độ ẩm đƣợc kiểm tra và duy trì nằm trong khoảng tối ƣu để vi sinh vật ph t triển mạnh. Chính vì vậy, để đảm ảo độ ẩm trong khối ủ nằm trong khoảng tối ƣu, ta cần ổ sung thêm nƣớc. Nhìn vào Hình 3.5 ta thấy, độ ẩm những ngày đầu giảm dần, vì vậy ta luôn cần ổ sung thêm nƣớc, để giúp qu trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật là tốt nhất. Độ ẩm luôn đóng vai trò nhƣ một đại diện cho c c yếu tố quan trọng kh c, nhƣ nguồn nƣớc và hoạt động của vi sinh vật trong c c phạm vi độ ẩm kh c nhau. C c gi trị độ ẩm rất thấp sẽ gây mất nƣớc sớm trong qu trình ủ phân, làm hạn chế qu trình sinh học, do đó, tạo ra c c phân ủ ổn định về mặt vật lý, nhƣng không ổn định về mặt sinh học (De Bertoldi et al., 1983). Mặt kh c, gi trị độ ẩm cao sẽ ngăn chặn c c hoạt động ủ phân đang diễn ra (Tiquia et al., 1996). Nếu trong hệ thống ủ phân lớn, độ ẩm cao t c động lên hệ thống theo hai c ch, nó hạn chế sự khuếch t n ôxy vào ma trận phân compost và làm tăng tính dẻo của vật liệu, d n đến ma trận (Liang et al., 2003). Điều này có thể d n đến tăng chi phí sục khí, giảm tính thấm khí và có thể gây ra tình trạng yếm khí, từ việc khai th c nƣớc trong không gian lỗ rỗng làm cản trở qu trình ủ phân. 3.6. Sự thay đổi của hàm lư ng nitơ trong quá trình ủ Hàm lƣợng N trong c c mô hình ủ đƣợc kiểm tra với tần suất 3 ngày/lần. Số liệu cụ thể đƣợc trình bày trong Hình 3.6. Dựa vào Hình 3.6 ta thấy rằng, hàm lƣợng N ở tất cả c c mô hình đều giảm rõ rệt. Trong những ngày đầu tiên, hàm lƣợng N giảm chậm, nhƣng khi đến ngày 6 đến ngày 18, hàm lƣợng N giảm nhanh và sau đó giảm ổn định đến kết thúc qu trình ủ. Nó thể hiện vi sinh vật trong những ngày đầu thích nghi và sau đó đến giai đoạn tăng trƣởng, ổn định. Mặt kh c ta thấy, ở 4 mô hình sử dụng men vi sinh, hàm lƣợng N giảm nhanh, từ 1,8-1,9 ngày thứ 6 xuống còn 1,35-1,4 ngày 18. Trong khi đó ở m u đối chứng, chỉ giảm từ 1,97 ngày thứ 6 xuống còn 1,7 vào ngày thứ 18. Chính vì vậy ta thấy, nhờ có ổ sung vi sinh vật ên ngoài vào, c c mô hình giúp c c vi sinh vật thích nghi và hoạt động tốt hơn, hiệu quả hơn so với mô hình đối chứng (p < 0,0001). 2.5 Hàm lƣợng ni tơ (%) 2 1.5 1 0.5 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 65 ĐC MH1 MH2 MH3 MH4 Ngày Hình 3.6. Đồ thị i u iễn hàm lượng nitơ trong ống ủ C c dạng chính của nitơ có thể đƣợc thực vật hấp thụ là amoni hoặc nitrat. Hình 3.6 cho thấy, đối với c c loại phân ủ, tổng lƣợng nitơ (TN) giảm theo thời gian. Việc iến nguyên liệu thô thành sự xâm chiếm của vi sinh vật, d n đến việc giải phóng NH3, đƣợc tích lũy ên trong phân ủ (Ogunwande et al., 2008). Kassegn et al. (2015) đ ph t hiện ra rằng, tổng lƣợng nitơ trong c c m u phân ủ cho thấy xu hƣớng giảm liên tục theo thời gian ủ phân (1,32% TN an đầu và 1,03 trong giai đoạn cuối). Vi sinh vật tiêu thụ cac on và nitơ cho c c chức năng ình thƣờng của Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 437
chúng, trong đó, cac on đƣợc phục vụ nhƣ là nguồn năng lƣợng, trong khi nitơ đƣợc sử dụng để vi khuẩn tổng hợp protein, d n đến sự tăng trƣởng nhanh chóng của chúng trong giai đoạn ắt đầu ủ phân (Adegunloye et al., 2007). Trong giai đoạn cuối cùng của qu trình ủ phân, hàm lƣợng TN của tất cả c c loại phân trộn đƣợc đo nằm trong phạm vi 1,30±0,10 - 1,86±0,28%. Các m u phân ủ trƣởng thành có TN trên 1%, điều này cho thấy, nó có thể có khả năng làm phân ón và có thể đƣợc sử dụng trong nông nghiệp mà không cần thêm N. Những kết quả này đƣợc hỗ trợ với c c ph t hiện của Yusuf (2008), o c o hàm lƣợng TN của phân ủ trƣởng thành c c m u trong khoảng 0,91,40%. Những quan s t tƣơng tự đ đƣợc Dadi et al. (2012) o c o. Sự ất thƣờng về tổng lƣợng nitơ của từng loại phân ủ trong vài tuần có thể là do sự thay đổi tốc độ phân hủy của chất hữu cơ trong hỗn hợp. Để hỗ trợ điều này, nghiên cứu của Sánchez-Monedero et al. (2001) chỉ ra rằng, nồng độ của c c dạng N kh c nhau và sự tiến hóa của chúng trong qu trình ủ phân phụ thuộc vào nguyên liệu an đầu. 3.7. Hàm lư ng phôtpho trong mẫu phân compost thành phẩm Nói chung, hàm lƣợng phôtpho có sẵn cho m u phân ủ cuối cùng thu đƣợc trong nghiên cứu này nằm trong khoảng 240,32±1,06 (mô hình 4) - 290,69±1,06 ppm (mô hình đối chứng) (p < 0,0001). Về vấn đề này, Getahun et al. (2012) đ o c o, tổng hàm lƣợng phôtpho của c c m u phân ủ trƣởng thành từ 1,61 đến 2,24 g/kg. Yusuf (2008) đ o c o, hàm lƣợng phôtpho có sẵn của phân ủ trƣởng thành dao động từ 532.00-803.00 ppm từ c c vật liệu liên quan đến phân compost. Những kh c iệt về hàm lƣợng phôtpho có sẵn có thể là do sự kh c iệt về lƣợng vi sinh vật đƣợc sử dụng để ủ, hệ thống ủ và thời gian ủ. 3.8. Hàm lư ng kali trong mẫu phân compost thành phẩm Nồng độ kali có sẵn trong c c m u phân ủ trƣởng thành và ổn định (đối chứng, mô hình 1, mô hình 2, mô hình 3 và mô hình 4 đo đƣợc tƣơng ứng là 436,50±88,77, 438,17±103,24, 438,21±68,05, 438,67±36,43 và 439±33 mg/kg. Nồng độ kali cao nhất đƣợc ph t hiện trong c c phân ủ của mô hình 4 và nồng độ kali thấp nhất đƣợc ph t hiện trong c c m u phân ủ đối chứng trong số tất cả c c m u phân ủ (p < 0,0001). Hàm lƣợng K tƣơng đối cao hơn đo đƣợc trong c c phân ủ có thể là do nồng độ K trong nguyên liệu thô (tức là trong ột cà phê và m u phân chuồng) đƣợc giải phóng nhiều hơn. Điều này đƣợc nghiên cứu của Preethu et al. (2007) hỗ trợ, o c o m u phân trấu của vỏ cà phê và ột giấy chứa 2,94% kali. Yusuf (2008) đ o c o, hàm lƣợng kali có sẵn của m u phân ủ trƣởng thành của khat và c c vật liệu liên quan nằm trong khoảng 6775,72-121245,24 ppm. Getahun et al. (2012) đ o c o, hàm lƣợng kali của c c m u phân ủ trƣởng thành từ 0,69 đến 1,15 g/kg. 4. T LUẬN Vỏ cà phê có chứa nồng độ cao c c hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và kho ng chất có nguồn gốc thực vật, có thể đƣợc sử dụng tốt hơn ằng c ch ủ với c c vật liệu hữu cơ kh c có ổ sung chế phẩm vi sinh. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đống ủ chứa chế phẩm vi sinh ổ sung có nhiệt độ cao hơn. Thời gian ủ phân tích cực lâu hơn (giai đoạn ƣa nhiệt) cho thấy, sự phân hủy chất hữu cơ cao. Sự giảm nhiệt độ của đống ủ so với nhiệt độ môi trƣờng ở giai đoạn cuối của qu trình ủ phân cho thấy, sự giảm sẵn có của chất nền có thể phân hủy sinh học trong đống ủ. Độ pH của phân trộn là từ 6-6,5 trong c c loại phân trộn kh c nhau. Hơn nữa, phân tích trong phòng thí nghiệm về phân trộn x c nhận rằng, việc ổ sung c c chế phẩm vi sinh trong phân trộn phụ phẩm cà phê làm tăng hàm lƣợng phôtpho dễ tiêu và kali trong phân trƣởng thành. Tuy nhiên, sự ổ sung chế phẩm vi sinh làm giảm tỷ lệ C/N và hàm lƣợng chất hữu cơ của phân trộn so với đối chứng. Nói chung, ủ c c phụ phẩm cà phê theo tỷ lệ của MH4 là kết hợp tốt nhất trong 438 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
c c tỷ lệ nghiên cứu để nâng cao chất lƣợng (đặc tính lý hóa) của phân trộn. Khi so s nh với c c kết quả nghiên cứu kh c, đƣợc tiến hành trên nền ê tông hoặc nền chống thấm, c c kết quả của dự n này đều cao hơn. Có thể do c c vi sinh vật trong đất đ đƣợc hoạt hóa và tham gia vào qu trình ủ phân. Việc ủ c c phụ phẩm cà phê lên đến 65 ngày là rất quan trọng, để có đƣợc phân trộn chất lƣợng. Đặc trƣng hóa lý là nhiệt độ thấp hơn hoặc ằng nhiệt độ môi trƣờng, độ ẩm trung ình, pH thấp, N trung ình, phôtpho sẵn có cao, K trao đổi trung ình, chất hữu cơ thấp và tỷ lệ C/N thấp... Tốt hơn là nên ủ c c phụ phẩm cà phê đến 65 ngày, để có đƣợc phân hữu cơ chất lƣợng. TÀI LIỆU THAM HẢO 1. Adams M.R. and J. Dougan, 1981. Biological management of coffee processing wastes. Tropical Science, 23: pp. 177-196. 2. Adegunloye D., F. Adetuyi, F. Akinyosoye and M. Doyeni, 2007. Microbial analysis of compost using cowdung as booster. Pak. J. Nutr., 6: pp. 506-510. 3. Anandavalli D., P. Ramaswami and S. Hameed, 1998. Recycling of banana pseudo stem as compost. J. Ecotoxicol. Environ. Monit., 80: pp. 191-194. 4. Anon, 1991. Recirculation of water combined with land treatment as biotic indicators of environmental quality. In: Hauer F.R. and G.A. Lamberti (Eds.) Methods in stream ecology. Academic Press, San Diego, California, USA: pp. 647-667. 5. Beck F.B., S. Smars and H. Jonsson, 2001. Gaseous emissions of carbon dioxide, ammonia and nitrous oxide from organic household waste in a composting reactor under different temperature regimes. J. Agric. Eng. Res., 78: pp. 423-430. 6. Bidappa C.C., 1998. Organic manure from coffee husk: Comparison of technologies for organic manure from plantation wastes. Journal of Plantation Crop, India, 26(2): pp. 120- 126. 7. Bishop P. and C. Godfrey, 1983. Nitrogen transformations during sludge composting. Biocycle, 24: pp. 34-39. 8. Bustamante M., C. Paredes, F. Marhuenda-Egea, A. Pérez-Espinosa, M. Bernal and R. Moral, 2008. Co-composting of distillery wastes with animal manures: Carbon and nitrogen transformations in the evaluation of compost stability. Chemosphere, 72: pp. 551-557. 9. CCQC, 2001. California Compost Quality Council (CCQC). Nevada City, California, USA. 10. Dadi D., H. Sulaiman and S. Leta, 2012. Evaluation of composting and the quality of compost from the source separated municipal solid waste. J. Appl. Sci. Environ. Manag., 16: pp. 5-10. 11. De Bertoldi M., G. Vallini and A. Perra, 1983. The biology of composting: A review. Waste Management & Research, 1: pp. 157-176. 12. Degefe G., S. Mengistou and S. Mohammed, 2016. Physico chemical evaluation of coffee husk, wastes of enset (Enset ventricosum), vegetable and khat (Catha edulis) through vermicomposting employing an epigeic earthworm Dendrobaena veneta (Rosa, 1886). Afr. J. Biotechnol., 15: pp. 884-890. 13. Epstein E., 1997. Trace elements, heavy metals and micronutrients. In: Epstein E. (Ed.). The science of composting. Technomic Publ., Lancaster, UK: pp. 137-170. Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 439
14. Food and Fertilizer Technology Center (FFTC), 2007. What happens during composting? Taipei, Taiwan (China). 15. Getahun T., A. Nigusie, T. Entele, T. Van Gerven T and B. Van der Bruggen, 2012. Effect of turning frequencies on composting biodegradable municipal solid waste quality. Resour. Conserv. Recycl., 65: pp. 79-84. 16. Greenway G. and Q. Song, 2002. Heavy metal speciation in the composting process. J. Environ. Monit., 4: pp. 300-305. 17. Harold D., P. Curtis and M. Roy, 1994. Nursery management: Administration and culture. 3rd edition. Prentice Hall, Inc., Prentice, USA: pp. 437-453. 18. Hassen A., K. Belguith, N. Jedidi, A. Cherif, M. Cherif and A. Boudabous, 2001. Microbial characterization during composting of municipal solid waste. Bioresour. Technol., 80: pp. 217-225. 19. Henry Doubleday Research Association (HDRA) – The Organic Organisation, 2001. Composting in the Tropics II. Ryton Organic Gardens. HDRA publishing, Coventry, UK. 20. Kassegn G., K. Hiluf, G. Gebregziabher, G. Degefe and B. Kumera, 2015. Physicochemical characterization and microbial identification of compost produced from municipal solid waste in Shewa Robit town, Ethiopia. Res. J. Agric. Environ. Sci., 2: pp. 25-30. 21. Liang C., K.C. Das and R.W. McClendon, 2003. The influence of temperature and moisture contents regimes on the aerobic microbial activity of a biosolids composting blend. Bioresource Technology, 86: pp. 131-137. 22. Liu K. and G. Price, 2011. Evaluation of three composting systems for the management of spent coffee grounds. Bioresour. Technol., 102: pp. 7966-7974. 23. Miller F.C., 1989. Matric water potential as an ecological determinant in compost, a substrate dense system. Journal Microbial Ecology, Springer, New York, 18: pp. 59-71. 24. Miller F.C., 1992. Composting as a process based on the control of ecologically selective factors. Soil Microbial Ecology, 18(3): pp. 515-543. 25. Ogunwande G., J. Osunade, K. Adekalu and L. Ogunjimi, 2008. Nitrogen loss in chicken litter compost as affected by carbon to nitrogen ratio and turning frequency. Bioresour. Technol., 99: pp. 7495-7503. 26. Oliveira L.S., A.S. Franca, T.M. Alves and S.D.F. Rocha, 2008. Evaluation of untreated coffee husks as potential biosorbents for treatment of dye contaminated waters. Journal of Hazadous Materials, 155: pp. 507-512. 27. Pandey A., C.R. Soccol, P. Nigam, D. Brand, R. Mohan and S. Roussos, 2000. Biotechnological potential of coffee pulp and coffee husk for bioprocesses. Biochemical Engineering Journal, 6(2): pp. 153-162. 28. Preethu D.C., B.N.U.H. Bhanu Prakash, C.A. Srinivasamurthy and B.G. Vasanthi, 2007. Maturity indices as an index to evaluate the quality of compost of coffee waste blended with other organic wastes. In: Proceeding of international conference on sustainable solid waste management, Chennai, India, 5-7/9/2007: pp. 270-275. 29. Sánchez-Monedero M., A. Roig, C. Paredes and M. Bernal, 2001. Nitrogen transformation during organic waste composting by the Rutgers system and its effects on pH, EC and maturity of the composting mixtures. Bioresour. Technol., 78: pp. 301-308. 440 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững
30. Shemekite F., M. Gómez-Brandón, I.H. Franke-Whittle, B. Praehauser, H. Insam and F. Assefa, 2014. Cofee husk composting: An investigation of the process using molecular and non-molecular tools. Waste Manag., 34: pp. 642-652. 31. Stentiford E.I., 1996. Composting control: Principles and practice. In: De Bertoldi M., P. Sequi, B. Lemmes and T. Papi (Eds.). The science of composing. Part I. Springer, Dordrecht, Switzerland: pp. 49-59. 32. Tack F., 2013. Soil chemistry lecture notes. Department of Applied Analytical and Physical Chemistry, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University. Ghent, Belgium. 33. Taiwo L. and B. Oso, 2004. Influence of composting techniques on microbial succession, temperature and pH in a composting municipal solid waste. Afri. J. Biotech., 3: pp. 239-243. 34. Tiquia S.M., N.F.Y. Tam and I.J. Hodgkiss, 1996. Microbial activities during composting of spent pig-manure sawdust litter at different moisture contents. Bioresource Technology, 55: pp. 201-206. 35. Tunner C., 2002. The thermal inactivation of E. coli in straw and pig manure. Bioresource Technology, 84: pp. 57-61. 36. Vashi E. and N. Shah, 2003. Co-composting of municipal solid waste with sewage sludge – An integrated approach. Bombay, India. 37. Whitman W., M. Goodfellow, P. Kämpfer, H.-J. Busse, M. Trujillo, W. Ludwig, K.-i. Suzuki and A. Parte (Eds.), 2012. Bergey‟s Manual of Systematic Bacteriology. Volume 5: The Actinobacteria. 2nd edition. Springer-Verlag, New York, USA. 38. Yusuf M., 2008. Composting of khat and related materials as solid waste management option in Awaday town. M.Sc. thesis. Faculty of Technology, Chemical Engineering, Addis Ababa University. Addis Ababa, Ethiopia: pp. 1-56. Abstract EVALUATION OF COMPOSTING PROCESS AND QUALITY OF COMPOST FROM COFFEE HUSK Do Quang Trung(1), Dinh Mai Van(2) and Luu The Anh(1) (1) Central Institute for Natural Resources and Environmental Studies, Vietnam National University, Hanoi (2) Faculty of Forestry, Vietnam National University of Forestry Coffee husk is the main by-products generated by the coffee processing station and are disposed into arable land and surface water. Due to the contribution of these by-products to environmental pollution, environmentally friendly disposal methods are necessary. Therefore, composting as environmentally friendly option for utilization of coffee by- products is important. The objectives of this study were to assess the properties of coffee by-products compost and analyzing changes in physico-chemical properties during process of composting. To get that, coffee husks were mixed with other compounds such as sugar, NPK fertilizer, CaCO3, dung and Trichoderma microorganism prior composting. The physico-chemical parameters were determined for all the treatments at 25, 45 and 65 days of composting. The temperature, pH, P and K in coffee by-products compost mixed Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 441
with Trichoderma microorganism were highly significant (p < 0.0001) as compared to the control. Moreover, the level of total N, organic matter, and C/N ratio in 25 day of composting were also highly significant (p < 0.0001) as compared to 65 day of composting. Based on the physico-chemical parameter in different time of composting indicates that, composting coffee by-products compost up to 65 day were important to acquire quality compost. Analysis and comparison of experimental results suggested that coffee byproducts compost treated with Trichoderma sp. and cow dung on soil base was better than other treatments for quality compost preparation. To improve the quality of the compost, it is necessary to pre-treat the coffee by-products with organic material before composting. Keywords: Coffee husk, composting, quality compost, Trichoderma sp. 442 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững