Hà Nội, Thứ Hai Ngày 25/06/2018

Kết quả đánh giá quá trình phân hủy chất thải nhà tiêu khô một ngăn

Mtđt, 10:17 28/05/2018

Giải pháp ủ hiếu khí chủ động chất thải nhà tiêu và các loại chất thải sinh hoạt giàu hữu cơ có thể coi là một giải pháp tiềm năng, giúp rút ngắn thời gian ủ phân trong hố tiêu, cho phép tái sử dụng..

Tóm tắt: Nhà tiêu một ngăn là công trình vệ sinh tại chỗ được sử dụng khá phổ biến khu vực nông thôn Việt Nam. Phân và nước tiểu từ nhà tiêu một ngăn được tái sử dụng trong nông nghiệp còn khác phổ biến, nhất là ở các tỉnh phía Bắc.

Cách làm này giúp tăng nguồn dinh dưỡng cho đất, tăng sản lượng cây trồng và tiết kiệm chi phí mua phân hóa học. Tuy nhiên, nếu không xử lý phù hợp, chất thải nhà tiêu còn chứa rất nhiều mầm bệnh. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành đánh giá quá trình phân huỷ diễn ra trong nhà tiêu khô một ngăn tại Hà Nam, một khu vực nông thôn đại diện vùng Đồng bằng sông Hồng.

Kết quả nghiên cứu thực địa và trên mô hình phòng thí nghiệm cho thấy sau thời gian 9 tháng ủ, TS hầu như không đổi, CODt và T-N giảm lần lượt là 41% và 28% đối với chất thải có bổ sung chất độn, 60% và 64% đối với chất thải không bổ sung chất độn (tro, vôi). Sau 9 tháng, chỉ tiêu vi vật gây bệnh (E.coli 104CFU/gTS) và trứng giun (9 viable/gTS) trong chất thải vẫn chưa đáp ứng được hướng dẫn của WHO về tái sử dụng an toàn chất thải trong nông nghiệp. Kết quả thực nghiệm ủ phối trộn chất thải nhà tiêu với chất thải sinh hoạt giàu hữu cơ trong điều kiện hiếu khí cho thấy hiệu quả tiêu diệt mầm bệnh cao, E.coli giảm từ 106 xuống 102 CFU/g TS sau 4 tháng ủ. Kết quả mở ra một hướng giải pháp xử lý chất thải nhà tiêu để rút ngắn thời gian ủ và tái sử dụng an toàn chất thải nhà tiêu trong nông nghiệp.

1. Đặt vấn đề

Hiện nay trên phạm vi cả nước có 30,1% số hộ nông thôn Việt Nam đang sử dụng phân người trong sản xuất nông nghiệp, nuôi cá [4]. Theo hướng dẫn của tổ chức Y tế Thế giới, để đảm bảo an toàn thì chất thải của con người cần được ủ trong thời gian từ 1 - 2 năm trước khi đem tái sử dụng [13]. Trong điều kiện khí hậu của Việt Nam cùng với tập quán bổ sung chất độn (tro vôi,…) Bộ Y tế có yêu cầu đối với nhà tiêu hợp vệ sinh là phân người cần được ủ tối thiểu 6 tháng nhằm tiêu diệt các mầm bệnh trước khi đem bón ruộng [3]. Điều này chỉ có thể thực hiện được trong nhà tiêu khô hai ngăn, tuy nhiên tỷ lệ số hộ gia đình sử dụng nhà tiêu khô loại này khá ít, theo kết quả của nhóm nghiên cứu giữa Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường và trường Đại học Vệ sinh và Y tế nhiệt đới London (LSHTM) có 2 trên tổng số 50 hộ sử dụng nhà tiêu khô được lựa chọn cho nghiên cứu có nhà tiêu 2 ngăn sử dụng luân phiên [10].

Một khảo sát của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường (IESE), Trường Đại học Xây dựng và Trường Đại học Vệ sinh và Y tế nhiệt đới London (LSHTM) với 90 hộ gia đình sử dụng nhà tiêu khô tại khu vực nông thôn thuộc đồng bằng sông Hồng cho thấy 66% số hộ được hỏi tiến hành lưu giữ phân dưới 6 tháng và 33% số hộ sử dụng phân bón trực tiếp [9].

Cũng theo kết quả của khảo sát này đối với 90 người sau khi làm việc tại các cánh đồng khác nhau tại huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam bằng cách cho rửa tay bằng dung dịch Anion 7X 1% (để thu thập trứng giun), kết quả cho thấy có tới 37 bàn tay (21%) tương ứng với 31 người (34%) dương tính với trứng giun, trong đó có 6 người trứng giun tồn tại ở trên cả hai bàn tay [15]. Điều đó cho thấy quá trình ủ phân từ nhà tiêu khô tại các hộ gia đình còn bất cập, chất thải nhà tiêu chưa đảm bảo an toàn về mặt vệ sinh khi tái sử dụng.

Theo Finstein (1980), quá trình ủ trong điều kiện hiếu khí có thể tạo điều kiện tốt cho quá trình phân huỷ chất thải và tiêu diệt mầm bệnh đồng thời giúp làm giảm độ ẩm của vật liệu ủ dễ dàng tái sử dụng [8]. Việc ủ phối trộn chất thải nhà tiêu với các vật liệu ủ giàu hữu cơ khác như chất thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp... có thể làm tăng hiệu quả của quá trình ủ [14]. Theo Savage (1973) thì việc kết hợp giữa đảo trộn thường xuyên và bổ sung chất độn như mùn cưa (cung cấp nguồn cacbon và độ thoáng khí cho đống ủ) sẽ làm giảm nhanh chóng vi sinh vật gây bệnh tới 7 log trong vòng 14 ngày [12]. Bên cạnh đó bổ sung nguồn vi sinh vật phù hợp cho đống ủ compost cũng có thể là giải pháp tiềm năng để thúc đẩy quá trình phân huỷ và tiêu diệt mầm bệnh diễn ra hiệu quả.

Với mục đích nghiên cứu kiểm chứng hướng dẫn sử dụng của Bộ Y tế từ đó xác định được sự cần thiết cải thiện quá trình phân huỷ chất thải nhà tiêu khô nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá quá trình phân hủy và tiêu diệt mầm bệnh trong một số nhà tiêu khô loại một ngăn tại khu vực nông thôn đồng bằng sông Hồng tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm. Thông tin cần thu thập là sự thay đổi về thể tích đống ủ, các thông số hóa - lý và các chỉ tiêu vi sinh vật theo thời gian. Xác định được yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân huỷ chất thải nhà tiêu.

Từ kết quả khảo sát về quá trình phân thuỷ chất thải dựa trên việc phân tích tìm tiêu về sự thay đổi của các chỉ tiêu hoá lý và vi sinh trong của mô hình thí nghiệm ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm, tiến hành thử nghiệm một số biện pháp cải thiện trên cơ sở theo dõi, đánh giá quá trình phân huỷ và tiêu diệt mầm bệnh theo các thông số hoá - lý, và vi sinh vật theo thời gian từ đó định hướng biện pháp cải thiện quá trình phân huỷ chất thải nhà tiêu khô hộ gia đình.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nghiên cứu đánh giá quá trình phân hủy chất thải trong nhà tiêu khô một ngăn ngoài hiện trường

2.1.1 Vật liệu thí nghiệm

Đối tượng nghiên cứu được lựa chọn dựa trên cơ sở khảo sát các hộ gia đình có cùng mức sống, số người sử dụng, loại nhà tiêu sử dụng là nhà tiêu khô xây nổi, loại nhà tiêu được sử dụng phổ biến tại vùng nông thôn và có nhu cầu tái sử dụng chất thải cho mục đích nông nghiệp. Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn, khảo sát 47 nhà tiêu khô loại 1 ngăn xây nổi thuộc hai xã Hoàng Tây và Nhật Tân, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam. Tiến hành lấy mẫu theo chiều sâu tại 22 nhà tiêu trong đó bao gồm 12 nhà tiêu không tách nước tiểu (Non) và 10 nhà tiêu tách nước tiểu (Sep).

Các nhà tiêu này đã có thời gian lưu giữ phân từ 3 đến 6 tháng với mục đích tìm hiểu quá trình phân huỷ xảy ra theo chiều sâu của đống ủ.

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Mẫu chất thải từ lỗ tiêu phía trên được thu thập bằng thiết bị lấy mẫu rắn chuyên dụng (auger) tại các mức phân tầng mỗi 15 cm theo chiều sâu đống ủ. Mẫu sau khi lấy ra khỏi hố tiêu sẽ được đo pH và nhiệt độ bằng thiết bị đo nhanh HI 99121 (hãng sản xuất HANNA). Sau đó mẫu được đóng gói vào bao nilon dán kín, bảo quản lạnh và vận chuyển về phòng thí nghiệm, phân tích các chỉ tiêu TS, VS, COD tổng số (CODt), COD hoà tan (CODs), N-NH4, P-PO4.

Chỉ tiêu TS, VS được phân tích theo Tiêu chuẩn phân tích mẫu nước và nước thải Standard methods. COD được phân tích bằng phương pháp chuẩn độ dicromat kali theo TCVN 6491:1999 sử dụng thiết bị phản ứng Thermostat Hach Lange LT200. P-PO4 được phân tích theo TCVN 4567-1988 bằng phương pháp khối lượng, phương pháp tạo phức với trilon B và phương pháp so độ đục theo TCVN 2650 - 78. N-NH4 được phân tích theo TCVN 5988-1995 bằng phương pháp chưng cất và chuẩn độ bằng axit clohydric nồng độ 0,02 mol/l.

2.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng phân huỷ và tiêu diệt mầm bệnh của chất thải nhà tiêu khô một ngăn trong điều kiện phòng thí nghiệm

2.2.1 Vật liệu thí nghiệm

Trong số 28 nhà tiêu còn lại của 47 nhà tiêu lựa chọn, nhóm nghiên cứu tiến hành chọn ra 10 nhà tiêu loại 1 ngăn trong đó có 5 nhà tiêu tách nước tiểu (Sep) và 5 nhà tiêu không tách nước tiểu (Non), để tiến hành lấy mẫu và đưa về phòng thí nghiệm. Các nhà tiêu được lựa chọn dựa trên tiêu chí số người sử dụng và thời gian lưu giữ chất thải tương đương nhau, chất thải được bổ sung tro và vôi sau mỗi lần sử dụng, các hộ gia đình đều có nhu cầu tái sử dụng chất thải cho mùa vụ.

5 kg chất thải ở lớp trên cùng và 5 kg chất thải ở lớp dưới cùng của từng hố tiêu được lấy ra ngoài qua cửa lấy phân. Một phần nhỏ mẫu của từng lớp được đưa vào túi nilon và ống facol riêng biệt, dán kín, bảo quản lạnh và đem về phòng thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu hóa lý (TS, VS, CODt, CODs, N-NH4, P-PO4), E. Coli, và trứng giun. Phần còn lại được đưa vào bao tải riêng biệt có lót nilon bên trong buộc chặt.

Tiếp tục lấy 10 kg nguyên liệu còn lại trong nhà tiêu đưa vào bao tải và vận chuyển bằng xe máy, kéo tới điểm tập trung tại xã Hoàng Tây. Tại đây lượng nguyên liệu lấy từ 10 nhà tiêu (10 bao tải với 10 kg tương đương với 100 kg nguyên liệu của 10 nhà tiêu) được đưa vào máy trộn bê tông trộn đều trong 20 phút. Sau khi được trộn đều tiến hành lấy mẫu vào túi nilon và ống facol để phân tích các chỉ tiêu hoá lý, E.coli và trứng giun, bảo quản lạnh và vận chuyển về phòng thí nghiệm. Phần hỗn hợp nguyên liệu còn lại được đưa vào các xô nhựa có nắp đậy và dán kín miệng. Toàn bộ các bao tải đựng nguyên liệu của 10 nhà tiêu và xô nhựa đựng hỗn hợp chất thải được đưa lên xe tải chở về phòng thí nghiệm của IESE tại Hà Nội ngay trong ngày.

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Nguyên liệu được lấy theo 2 lớp từ các nhà tiêu riêng lẻ (5 nhà tiêu tách nước tiểu và 5 nhà tiêu không tách nước tiểu) được đổ lần lượt theo thứ tự lớp như ngoài hiện trường, vào 10 ống cylinder có đường kính 160 mm với chiều cao 700 mm, bên trong ống có gắn vạch chia đo độ cao, bên trên có thước định vị để đo khoảng cách từ miệng ống tới lớp vật liệu ủ, mỗi ống cylinder tương ứng với 1 nhà tiêu ngoài hiện trường.

Qua khảo sát thực tế thì các nhà tiêu khô thường được xây nổi và có chiều cao hố chứa phân từ 0,5 đến 0,7 m. Sở dĩ kích thước của các cylinder được lựa chọn như trên là do mục đích của thí nghiệm là khảo sát sự thay đổi về thể tích (độ sụt hay chiều cao) của vật liệu ủ, các thông số hoá lý và vi sinh vật theo thời gian, mỗi một cylinder sẽ mô tả một nhà tiêu theo chiều sâu. Sau khi nguyên liệu được nạp vào ống tiến hành gạt phẳng với chiều cao lớp vật liêu ủ trong ống là 500 mm. Với 10 ống này chất thải trong ống được theo dõi chiều cao theo thời gian trong vòng 9 tháng bằng máy đo laze Bosch.

Hỗn hợp nguyên liệu của 10 nhà tiêu được nạp vào 6 ống cylinder với thể tích 15 lít chất thải cho mỗi ống, sau đó gạt phẳng lớp nguyên liệu trong ống. Tiến hành đo chiều cao lớp vật liệu ủ, lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu hoá lý (TS, VS, CODt, CODs, T-N, P-PO4, N-NH4), E. coli và trứng trứng giun sau 2, 3, 4, 5, 7, 9 tháng.

Chỉ tiêu tổng Nitơ được phân tích theo TCVN 6498:1999 dựa trên cơ sở chưng cất Kendan thay xúc tác selen bằng xúc tác titan dioxit. Chỉ tiêu E.coli được phân tích theo TCVN 7924-2:2008 bằng phương pháp nuôi cấy trong môi trường thạch đặc có chứa thành phần tạo sắc để phát hiện enzym β-glucuronidaza và đếm khuẩn lạc ở nhiệt độ 44°. Chỉ tiêu trứng giun được phân tích theo phương pháp Romanenko, sử dụng dung dịch NaOH 5o/oo và dung dịch NaNO3 bão hòa làm nổi trứng và đếm bằng kính hiển vi.

2.3. Thử nghiệm, đánh giá biện pháp cải thiện

2.3.1 Vật liệu thí nghiệm

2.3.1.1. Mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm bao gồm ba thùng ủ có cấu tạo gồm: thùng chứa vật liệu ủ bằng nhựa composite có đường kính 500 mm, chiều dài 900 mm, thể tích là 200L, xung quanh thân thùng ủ đục 4 hàng lỗ (đường kính 10 mm) dọc theo chiều dài của thùng, khoảng cách giữa các lỗ là 150 mm. Trên thân thùng có bố trí cửa nạp nguyên liệu kích thước 250 ´ 200 mm, bên trong thùng ủ có gắn các lá thép không gỉ hình chữ V bố trí so le với mục đích trộn đều nguyên liệu ủ khi tiến hành quay thùng. Thủng ủ được đặt nằm trên giá gỗ hình chữ X có trục quay bằng ống thép đường kính 20 mm.

2.3.1.2. Vật liệu ủ

Chất thải nhà tiêu gồm chủ yếu là chất thải mới trong vòng 3 tháng thu gom được lấy ra từ nhà tiêu tách nước tiểu không có bổ sung chất độn trong quá trình sử dụng, tại xã Hoàng Tây, tỉnh Hà Nam. Chất thải được lấy ra khỏi hố chứa phân, sau đó được đóng vào bao nhựa rồi vận chuyển bằng xe tải về phòng thí nghiệm ngay trong ngày.

Thức ăn thừa được thu gom từ các nhà hàng ăn uống ở xung quanh khu vực trường Đại học Xây dựng bao gồm chủ yếu là rau xanh, khoai tây, cà chua, thịt gà, thịt lợn, trứng chiên…Thức ăn thừa được vận chuyển về phòng thí nghiệm sau đó được chặt nhỏ với kích thước từ 1 đến 2 cm, loại vật liệu này được sử dụng cho đống ủ compost với mục đích thúc đẩy quá trình phân huỷ hỗn hợp chất thải.

Mùn cưa được thu gom từ cơ sở chế biến gỗ tại xã Hoàng Tây sau đó được đóng bao và vận chuyển về phòng thí nghiệm. Mùn cưa được sử dụng như là một loại vật liệu độn có tác dụng làm giảm độ ẩm của hỗn hợp chất thải đồng thời tạo độ rỗng xốp và thoáng khí cho đống ủ.

Chế phẩm sinh học được lựa chọn (1) có tên thương mại là Sagibio có tên trong danh mục chế phẩm sinh học xử lý chất thải được ban hành bởi Bộ Tài nguyên và Môi trường [2], (2) men rượu gạo truyền thống, bán sẵn trên thị trường, loại men này được sử dụng để ủ tinh bột (gạo đã nấu chín) để chế biến rượu. Chế phẩm sinh học Sagibio bao gồm các chủng vi sinh vật hữu ích thuộc nhóm xạ khuẩn Streptomyces ưa ấm (nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 15 - 37°C) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại bào (xenlulaza, amylaza và proteinaza) có khả năng sinh kháng sinh ức chế nấm mốc, vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Lactobacillus có tác dụng ức chế mạnh các vi khuẩn gây bệnh (Coliform, Salmonella) [17].

Dựa trên tỷ lệ C/N của các vật liệu ủ riêng lẻ [14], tiến hành tính toán sơ bộ khối lượng nạp vào các thùng ủ để đảm bảo tỷ lệ C/N của hỗn hợp trong khoảng 25-30/1 [14]. Tại phòng thí nghiệm tiến hành cân từng loại vật liệu để nạp vào các thùng ủ theo tỷ lệ Chất thải nhà tiêu: Mùn cưa: thức ăn thừa là 2:1:1 Thời gian tiến hành thí nghiệm từ 15 tháng 11 năm 2013 đến 15 tháng 3 năm 2014. Các thùng ủ đều được cắm đầu đo nhiệt độ tự động nối với thiết bị lưu trữ dữ liệu.

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Sau khi nạp vật liệu, tiến hành quay các thùng ủ để tạo điều kiện cho vật liệu nạp được trộn đều. Thời gian theo dõi là 6 tháng.Trong 4 tuần đầu các thùng ủ được quay với tần suất 3 lần/tuần, từ tuần 5 đến tuần 16 tần suất quay thùng là 1 lần/tuần. Tiến hành lấy mẫu tại thời điểm 0, 2, 4, 8, 12, tuần để phân tích các chỉ tiêu hoá lý (TS, VS, TOC, T-N). Tại các thời điểm 0, 1, 2, 3, 4, 8, 12, 16 tuần, tiến hành lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu E.coli, Salmonella và trứng giun.

Chỉ tiêu TOC được phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 6644:2000 Chất lượng đất – xác định hàm lượng hữu cơ cácbon bằng cách ôxy hoá trong môi trường Sunfocromic. Chỉ tiêu Salmonella được phân tích theo tiêu chuẩn ISO 6579:2002 bằng phương pháp nuôi cấy và phát hiện vi khuẩn Samonella trên đĩa thạch.

3. Nhận xét kết quả và thảo luận

3.1 Nghiên cứu đánh giá quá trình phân hủy chất thải trong nhà tiêu khô một ngăn ngoài hiện trường

Hình 3.1, 3.2, 3.3, dưới đây mô tả sự thay đổi của các giá trị trung bình của pH, TS, VS, CODt, CODs, N-NH4, P-PO4 theo chiều sâu đống ủ của 22 nhà tiêu khảo sát hiện trường

Hình 3.1 cho thấy pH trong nhà tiêu không tách nước tiểu giảm theo chiều sâu đống ủ còn trong nhà tiêu tách nước tiểu thì gần như không đổi thậm chí có xu hướng tăng lên. Đối với nhà tiêu tách nước tiểu tổng lượng chất rắn TS và lượng chất hữu cơ bay hơi (VS) giảm dần theo chiều sâu đống ủ. Đối với nhà tiêu không tách nước tiểu thì TS và VS lại có xu hướng tăng dần theo chiều sâu, TS tăng có thể do lượng nước bay hơi và VS giảm chứng tỏ có xảy ra quá trình phân huỷ chất thải theo thời gian.

Hình 3.2 cho thấy không có sự thay đổi rõ ràng về hàm lượng các hợp chất hữu cơ theo chiều sâu đống ủ, đặc biệt là nhà tiêu không tách nước tiểu, CODt lớp trên cùng (chất thải mới) gần như tương đương với lớp dưới cùng (chất thải đã được lưu giữ sau một thời gian). Hình 3.3 thể hiện sự thay đổi của giá trị N-NH4 và P-PO4 theo chiều sâu đống ủ. Lượng P-PO4 theo chiều sâu đống ủ hầu như không giảm và thậm chí còn cao hơn so với lớp trên cùng có thể do vị trí lấy mẫu có ít chất độn.

Tuy nhiên lượng Nitơ amon lại có sự thay đổi đáng kể giữa lớp trên cùng và lớp dưới cùng, có khoảng hơn 90% lượng Nitơ amon bị mất đi trong mẫu của nhà tiêu tách nước tiểu và hơn 80% trong mẫu nhà tiêu không tách nước tiểu khi so sánh giữa lớp trên cùng và lớp dưới cùng. Điều này có thể được giải thích do môi trường pH cao khiến cho Nitơ amon dễ bay hơi hoặc chuyển thành hợp chất Nitơ dạng khác.

3.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng phân huỷ và tiêu diệt mầm bệnh của chất thải nhà tiêu khô một ngăn trong điều kiện phòng thí nghiệm

Kết quả cho thấy, trong 10 ống cylinder mô phỏng 5 nhà tiêu tách nước tiểu và 5 nhà tiêu không tách nước tiểu, chiều cao đống ủ không thấy sự thay đổi rõ rệt, sau 9 tháng chiều cao đống ủ của nhà tiêu không tách nước tiểu giảm trung bình khoảng 20% và đống ủ của nhà tiêu tách nước tiểu giảm trung bình 13,6%.

Các biểu đồ dưới đây biểu thị sự thay đổi về các chỉ tiêu hoá lý, vi sinh vật và trứng giun trong 6 ống cylinder với vật liệu ủ là hỗn hợp chất thải của 10 nhà tiêu.

Kết quả thu được cho thấy có sự thay đổi về tổng lượng chất rắn TS (tương đương với tổng của chất Tro và VS) và chất hữu cơ bay hơi (VS) sau thời gian 9 tháng thí nghiệm (Hình 3.5). Lượng chất hữu cơ (VS) giảm 45% (từ 20% trong mẫu tươi xuống còn 11% - trong mẫu sau 9 tháng ủ) và CODt giảm 41% (từ 290 g/kgTS xuống 163 g/kgTS) cho thấy quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong ống thí nghiệm xảy ra ở mức độ thấp.

Độ ẩm của vật liệu ủ trong ống thí nghiệm dao động từ 45% đến 66%, tương đối đảm bảo cho sự phát triển của vi sinh vật. Tuy nhiên, theo kết quả phân tích vi sinh vật dựa trên trình tự gen ribosom ADN do nhóm nghiên cứu thuộc trường Đại học Vệ sinh và Y tế nhiệt đới London (LSHTM) thực hiện đối với các mẫu chất thải từ nhà tiêu ở Việt Nam (nhà tiêu nổi, xây bằng gạch, lát nền bằng gạch có trát vữa) và mẫu chất thải từ nhà tiêu ở Tazania (nhà tiêu đào chìm, xây bằng gạch, không trát đáy) thì thấy rằng vi sinh vật trong mẫu của Việt Nam kém đa dạng hơn mẫu của Tanzania (Hình 3.10). Việc bổ sung tro và vôi trong quá trình sử dụng có liên quan mật thiết đến sự phát triển hạn chế của các vi sinh vật trong đống phân ủ và dẫn đến ức chế quá trình phân huỷ chất thải, đống ủ nhà tiêu nhanh chóng bị đầy và có nhu cầu được lấy ra, chính vì vậy mà việc lưu giữ thường không đảm bảo thời gian theo như khuyến cáo.

Hình 3.6 cho thấy giá trị CODs trong vật liệu ủ giảm 64% sau 2 tháng đầu và giảm 89,3% và 92,3% sau 7 và 9 tháng thí nghiệm. Tuy nhiên tỷ lệ chất rắn trong mẫu lại không thay đổi nhiều, TS có xu hướng tăng theo thời gian thí nghiệm chứng tỏ tỷ lệ chất độn (chất trơ - tro) trong đống ủ cao và nước đã bị bay hơi một phần. Đây cũng là nguyên nhân dẫn đến mức thay đổi không đáng kể về chiều cao (thể tích) của vật liệu ủ sau 9 tháng theo dõi (hình 3.4), chiều cao của vật liệu ủ trong ống thí nghiệm chỉ giảm khoảng 4,3 cm tương đương với 10% (Hình 3.4). Sự sụt giảm này có thể do quá trình phân hủy tạo các chất khí CH4, CO2 và có sự bay hơi của nước.

Có thể thấy N-NH4 trong ống thí nghiệm giảm mạnh (98%) theo thời gian trong khi đó chỉ tiêu Nitơ tổng chỉ giảm 41%. Có thể tập quán bổ sung tro và vôi khi sử dụng của các hộ gia đình đã làm cho N-NH4 giảm mạnh, một phần bay hơi (trong điều kiện pH = 8), một phần chuyển thành hợp chất khác chứa Nitơ.

Tương tự như T-N, hàm lượng P-PO4 giảm không nhiều, từ 8,64 g/kgTS xuống còn 6,2 g/kgTS, tương ứng với 28%. Có thể thấy hàm lượng P-PO­4 trong vật liệu ủ hầu như không thay đổi theo thời gian thí nghiệm. Lượng PO­4-P và T-N chỉ giảm tương ứng là 28% và 41% trong các ống thí nghiệm cho thấy phân được ủ sau 9 tháng vẫn có giá trị dinh dưỡng cao.

Số lượng vi sinh vật gây bệnh và trứng giun cũng giảm đáng kể theo thời gian, thể hiện ở hình 3.8. Tuy nhiên nhận thấy có sự tăng trưởng trở lại của vi khuẩn gây bệnh và độ ẩm thích hợp (60%) cũng như điều kiện nhiệt độ của môi trường bên ngoài tăng có thể là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này. Sau 9 tháng ủ trong phòng thí nghiệm lượng E. coli còn ở mức 4,9 x 104 MPN/g TS, chưa đạt tiêu chuẩn theo hướng dẫn của WHO (E. coli < 1000 MPN/g TS) [13]. Chỉ tiêu về trứng giun cũng chưa đạt tiêu chuẩn theo hướng dẫn của WHO năm 2006 (<1 trứng/g TS) về tái sử dụng an toàn chất thải người trong nông nghiệp.

3.3 Thử nghiệm, đánh giá biện pháp cải thiện

Hình 3.11 dưới đây biểu thị sự biến thiên nhiệt độ của các thùng ủ và nhiệt độ không khí trong thời gian 3 tháng thí nghiệm. Kết quả cho thấy ở cả 2 thùng ủ đều có xảy ra hiện tượng gia tăng nhiệt độ, thùng T1 đạt nhiệt độ cao nhất sau 24 giờ thí nghiệm là 44°C chênh lệch hơn so với nhiệt độ ngoài trời là 23°C, trong khí đó nhiệt độ trong T2 đạt 39°C và T3 là 29°C. Các ngày tiếp theo xu thế nhiệt độ trong T1 và T3 giảm dần và tương đương với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong T2 cũng giảm tuy nhiên đến ngày thứ 7 nhiệt độ trong T2 lại đạt được mức nhiệt độ là 38,5°C như trước đó 6 ngày (nhiệt độ ngoài trời là 21°C).

Nhiệt độ ở thùng ủ T1 và T2 tăng nhiệt nhanh trong 24 giờ đầu chứng tỏ việc bổ sung nguồn vi sinh vật đã thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ và kèm theo hiện tượng tăng nhiệt trong khi đo thùng ủ T3 do không được bổ sung nguồn vi sinh vật nên nhiệt độ hầu như không tăng và tương đương với nhiệt độ môi trường. Nhiệt đô trong các thùng T1 và T2 có sự biến thiên tăng giảm là do có hiện tượng mất nhiệt khi đảo trộn vật liệu ủ và sau đó là quá trình tăng nhiệt trở lại do quá trình phân huỷ hiếu khí các hợp chất hữu cơ chưa được phân huỷ ở giai đoạn trước [18].

Kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý cho thấy lượng chất hữu cơ bay hơi VS hầu như không thay đổi theo thời gian ủ trong cả 3 thùng ủ. Điều này cũng xảy ra tương tự như với chỉ tiêu TOC mặc dù các điều kiện môi trường như độ ẩm từ 60% đến 70% (hình 3.12) đều nằm trong khoảng thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật [5]. Giá trị pH từ 8-9.5 cũng nằm trong khoảng từ 3-11 được nêu ra trong nghiên cứu của DeBertoldi, 1983 [7] và tương đương với kết quả nghiên cứu của Bernal, 1998 [6] đối với phân ủ từ các nguồn hữu cơ khác nhau như bùn cống thoát nước, phân gia súc, chất thải đô thị, chất thải công nghiệp và nông nghiệp.

Chỉ tiêu VS sau 3 tháng ủ chỉ giảm được từ 2% đến 5% điều này cũng tương đương với mức giảm TOC trong T1, T2, T3 giảm lần lượt là 13%, 16%, và 8% (Hình 3.13). Tổng Nitơ cũng giảm dần theo thời gian ủ, sau 3 tháng ủ tổng Nitơ trong T1 giảm nhiều nhất (giảm 53%), Nitơ tổng trong T2 và T3 giảm tương ứng là 21% và 34% (Hình 3.14). T1 đạt được nhiệt độ cao trong vòng 24 h cho thấy sự hoạt động tốt của chế phẩm sinh học Sagibio chứa vi khuẩn phân giải hợp chất chứa nitơ và khử mùi. Nitơ giảm mạnh trong T1 là do song song với việc tăng nhiệt độ có xảy ra sự khoáng hoá nhanh chóng của hợp chất hữu cơ chứa Nitơ sang Nitơ dạng khoáng [16]. Với tần suất đảo trộn nhiều cùng với điều kiện pH cao và nhiệt độ là nguyên nhân khiến cho việc giảm ammonium thông qua bay hơi nhiều hơn [16].

Cảm quan đối với mẫu phân ủ sau 4 tháng thí nghiệm cho thấy vật liệu ủ trong T1 và T2 có màu đặc trưng của sản phẩm compost và tơi xốp, thể hiện ở Hình 3.15 dưới đây. Trong đó vật liệu ủ trong T3 có màu sáng hơn và vẫn còn màu nguyên thuỷ của vật liệu độn (mùn cưa).

Kết quả phân tích đối với E. coli cho thấy sau 16 tuần ủ (4 tháng) vật liệu ủ trong T1 đã giảm được 4 log, từ 106 xuống 102. Vật liệu ủ trong T2 giảm được 4 log từ 105 xuống 101. Vât liệu ủ trong T3 giảm được 1 log từ 103 xuống 102. Có thể thấy rằng việc bổ sung nguồn vi sinh vật kèm theo đó là sự tăng nhiệt độ trong T1 và T2 có tác động tích cực tới việc tiêu diệt mầm bệnh trong các đống ủ. Các mẫu phân ủ đều cho kết quả âm tính đối với chỉ tiêu Salmonella, kết quả này đã đáp ứng tiêu chuẩn quy định tại Thông tư số 36/2010-TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn [1]. Kết quả phân tích đối với chỉ tiêu về trứng giun cho thấy lượng trứng giun trong 1 g TS tại thời điểm ban đầu 0,3 đến 0,5 trứng/gTS đã ở dưới mức quy định theo hướng dẫn của WHO [13] về tái sử dụng an toàn chất thải người trong nông nghiệp.

4. Kết luận và kiến nghị

Việc bổ sung vôi và tro trong quá trình sử dụng nhà tiêu có thể hạn chế sự phân hủy các chất ô nhiễm và làm cho nhà tiêu nhanh chóng bị đầy.

Tốc độ phân hủy chất thải trong các ống thí nghiệm xảy ra chậm, sau thời gian 9 tháng TS hầu như không thay đổi, CODt giảm được 41% còn P-PO4 và T-N chỉ giảm được 28% và 41%.

Sự kém đa dạng của quần thể vi sinh vật trong chất thải phản ánh tác dụng ức chế của các chất độn tro và vôi bột được bổ sung trong quá trình sử dụng. Một mặt các chất độn này giúp giảm thiểu vi sinh vật có hại và mầm bệnh, mặt khác lại ức chế hoạt động của các vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nhà tiêu.

Quá trình tiêu diệt mầm bệnh hiệu quả thấp, thời gian ủ (9 tháng) đối với chất thải có bổ sung chất độn (tro, vôi) và chất thải không bổ sung chất độn vẫn chưa đạt tiêu chuẩn theo Hướng dẫn của WHO về chỉ tiêu trứng giun và E.coli, thậm chí còn nhận thấy sự phát triển trở lại của vi sinh vật gây bệnh khi có điều kiện thuận lợi (WHO, 2006).

Tốc độ phân huỷ và khả năng tiêu diệt mầm bệnh trong đống ủ theo cách thức ủ phân trong nhà tiêu hiện nay còn hạn chế, có liên quan mật thiết tới sự phát triển hạn chế của các vi sinh vật có ích trong đống phân ủ (do nhà tiêu xây bằng gạch, nền xi măng cách ly với môi trường đất, đống ủ không được đảo trộn, không có chế phẩm sinh học hay chất độn giàu vi sinh vật, trong khi đó người sử dụng luôn cho vôi và tro sau mỗi lần sử dụng, làm cho nhiều vi sinh vật có ích bị tiêu diệt hay bị kìm hãm phát triển).

Quá trình ủ chất thải nhà tiêu có và không có bổ sung chất độn (tro và vôi) theo cách ủ thông thường, không đảo trộn đều chưa đạt tiêu chuẩn an toàn cho việc tái sử dụng theo như khuyến cáo của Bộ Y tế và của Tổ chức Y tế Thế giới.

Để có thể rút ngắn thời gian ủ trong nhà tiêu và vẫn lấy phân ra tái sử dụng an toàn, cần phải có những tác động, can thiệp tích cực tới quá trình phân hủy và tiêu diệt mầm bệnh trong đống phân ủ.

Kết quả nghiên cứu bước đầu đã cho thấy hướng giải pháp ủ hiếu khí chủ động chất thải nhà tiêu và các loại chất thải sinh hoạt giàu hữu cơ có thể coi là một giải pháp tiềm năng, giúp rút ngắn thời gian ủ phân trong hố tiêu, cho phép tái sử dụng an toàn phân bón trong nông nghiệp. Chế phẩm sinh học Sagi-bio khiến cho nhiệt độ của thùng ủ tăng nhanh và đạt ở mức cao 44°C, cao hơn so với men rượu. Cả 3 mẫu phân ủ sau 4 tháng có lượng E.coli là 102 đã đạt tiêu chuẩn của WHO; chỉ tiêu trứng giun và Salmonella đã đạt tiêu chuẩn theo Thông tư số 36/2010-TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn về tái sử dụng an toàn chất thải người trong nông nghiệp (trứng giun < 1 trứng/gTS, Salmonella là 0/25 gTS) [1].

Cần tiếp tục triển khai nghiên cứu thiết kế mô hình, thiết bị ủ compost phù hợp, đảm bảo vệ sinh và thuận tiện cho người sử dụng. Hướng đi này còn có thể tạo ra hướng thay đổi tích cực trong thị trường vệ sinh, tạo mối quan hệ cung - cầu giữa người sử dụng với nhà cung cấp chế phẩm sinh học, thiết bị ủ compost, người sử dụng với đại lý tiêu thụ sản phẩm phân compost, vv...

Tài liệu tham khảo

1. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2010). Thông tư 36/2010/TT-BNNPTNT ngày 24 tháng 6 năm 2010, Về việc ban hành Quy định sản xuất, kinh doanh và sử dụng phân bón.
2. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2014). Quyết định 335/QĐ-BTNMT, ngày 12 tháng 3 năm 2014, Về việc bổ sung Danh mục chế phẩm sinh học được lưu hành trong xử lý chất thải tại Việt Nam,.
3. Bộ Y tế (2005). Quyết định 08/2005/QĐ-BYT ngày 11 tháng 3 năm 2005 của Bộ Y tế, về việc ban hành tiêu chuẩn ngành: tiêu chuẩn vệ sinh đối với các loại nhà tiêu.
4. Bộ Y tế (2007). Vệ sinh môi trường nông thôn Việt Nam. Nhà xuất bản Y học
5. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2000). Vi sinh vật học. Nhà xuất bản Giáo dục, Việt Nam
6. Bernal, M.P. et al (1998). Carbon mineralization from organic wastes at different composting stages during their incubation with soil. Agr Ecosyst Env. Số 69., Tr.175–89
7. De Bertoldi, M., et al (1983). The biology of composting: a review. Waste Manag. Res 1., Tr.157–76
8. Finstein, M. S., et al (1980). Microbial ecosystems responsible for anaerobic digestion and composting. J Water Pollut Control Fed. Số 52.(11), Tr.2675–85
9. Gulliver, F. R. Z. (2013). Use of night - soil in agriculture and the presence of soil transmitted helminthes ova on farmers’ hands in Ha Nam province, Vietnam. Master thesis LSHTM: London, UK, page 14-17. LSHTM: London, UK
10. LSHTM (2012). Cross-sectional study results, Project on New Concepts in On-Site Sanitation; Extending the life of the Pit. London School of Hygiene & Tropical Medicine, London, UK.2012
11. LSHTM (2012). Cross-sectional study results, Project on New Concepts in On-Site Sanitation; Extending the life of the Pit, Project on New Concepts in On-Site Sanitation; Extending the life of the Pit, London, UK.
12. Savage, J., et al (1973). Population changes in enteric bacteria and other microorganisms during aerobic thermophilic windrow composting. Appl Microbiol. Số Vol. 26., Tr.969–74
13. WHO (2006). Guidelines for the Safe Use of Wastewater, Excreta and Greywater, Volume IV, France, page 60-69.
14. Jenkins JC (2005). The humanure handbook: a guide to composting human manure. Jenkins Publishing, Grove City, PA.
15. Gulliver F, Jeandron A, Nguyen VA, Do HA, Ensink JHJ (2014). Transmission of helminth eggs through hands in a high-risk community. Trans R Soc Trop Med Hyg. Số 108.(10), Tr.670–2
16. Olufunke C., et al (2009). Co-composting of faecal sludge and organic solid waste for agriculture: Process dynamics. Water Res. Số Vol. 43., Tr.4665–75
17. Chế phẩm sinh học góp phần bảo vệ môi trường. Truy cập ngày 20/07/2016, URL: http://www.vast.ac.vn/tin-tuc-su-kien/tin-khoa-hoc/trong-nuoc/1919-che-pham-sinh-hoc-gop-phan-bao-ve-moi-truong .
18. Compost Physics - Cornell Composting. Truy cập ngày 19/07/2016, URL: http://compost.css.cornell.edu/physics.html.

ThS. Đỗ Hồng Anh, PGS.TS. Nguyễn Việt Anh

Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Xây dựng

Loading...
Bạn đang đọc bài viết Kết quả đánh giá quá trình phân hủy chất thải nhà tiêu khô một ngăn tại chuyên mục Nghiên cứu – Trao đổi. Thông tin phản ánh, liên hệ đường dây nóng : 0913 385 005 - 0917 681 188 Hoặc email: bandientu.mtdt@gmail.com
Tin cùng chuyên mục Nghiên cứu – Trao đổi
Nếu bạn biết sử dụng, phân loại rác hợp lý thì có thể dễ dàng kiếm thêm một ít tiền tiêu vặt từ việc bán đồng nát nữa! 4 cách phân loại rác dưới đây sẽ giúp bạn thực hiện điều đó.