Bảng 18. Mức độ phân giải tối đa của một số nguyên liệu compost

Bảng 18. Mức độ phân giải tối đa của một số nguyên liệu compost

Vi sinh vật chỉ có thể phát triển trong đống ủ ở điều kiện có có nước, vì vậy đơn vị nguyên liệu ủ phải được bao bọc bởi nước. Lượng nước tối thiểu trong nguyên liệu phụ thuộc vào nhu cầu của vi sinh vật, trong khi đó nếu quá nhiều nước sẽ dẫn đến tình trạng cạnh tranh giữa nước và không khí trong các kẽ hở của đống ủ. Lượng nước tối thiểu cần thiết cho quá trình ủ khoảng 20%. Đối với vi sinh vật yếu tố độ hoạt động của nước (giá trị Aw ) có vai trò quyết định. Trị giá Aw tối thiểu được xác định là 0,94 tương đương với 27% độ ẩm của giấy báo xé nhỏ. Lượng nước phù hợp nhất của khối ủ khi bắt đầu khoảng 40-60%.

Oxy rất cần thiết cho các vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo oxy cung cấp cho vi sinh vật thể tích khí trong đống ủ phải đạt khoảng 20-30%. Điều này phụ thuộc vào tính chất vật lý của nguồn nguyên liệu, khoảng cách giữa các đơn vị nguyên liêụ với nhau và áp suất khí trao đổi. Nguyên liệu được nghiền nhỏ có tác dụng làm tăng khả năng phân giải của vi sinh vật song lại làm hạn chế lưu lượng khí trao đổi, vì vậy phải cân đối sao cho hai yếu tố này không đối nghịch nhau. Thổi khí (sục khí) trong quá trình ủ có tác dụng ổn định nhiệt độ khối ủ và làm khô nguyên liệu đồng thời tăng cường oxy cho vi sinh vật hoạt động. Lượng khí cần thiết được xác định khoảng 2,50 l không khí cho 1 gam nguyên liệu khô.

Quá trình ủ compost luôn gắn với việc giải phóng năng lượng. Nhiệt độ đống ủ tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào số lượng và chủng loại nguyên liệu. Nhiệt độ phù hợp nhất cho quá trình ủ được nhiều nghiên cứu xác định khoảng 55^oC. Nhiệt độ tăng lên quá 60^oC quần thể vi sinh vật trong đống ủ sẽ giảm mạnh. Với nhiệt độ trên 70^oC độ hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm 10-15% so với nhiệt độ 60^oC. Ở nhiệt độ 75-82 ^oC người ta không còn xác định được hoạt động nào của vi sinh vật. Đối với nguyên liệu chứa nhiều xenlulo nhiệt độ tối ưu được xác định là dưới 55 ^oC.

Hàm lượng đạm trong các nguồn nguyên liệu rất khác nhau. Đảm bảo cho quá trình ủ xảy ra tốt nhất cần điều chỉnh tỉ lệ C/N phù hợp cho nguồn nguyên liệu ủ. Tỷ lệ này được xác định khoảng 20:1 đến 30:1. Đối với nguyên liệu nguồn gốc từ gỗ tỷ lệ C/N có thể cao hơn khoảng 35:1 đến 40:1. Thông thường người ta bổ sung vào nguyên liệu ủ các chất hữu cơ tự nhiên giàu nitơ như thân cây họ đậu, bột máu... Cùng với nitơ photpho cũng là yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật. Tỷ lệ C/P phù hợp trong quá trình phân giải được xác định là 200:1. Photpho được bổ sung vào đống ủ tốt nhất dưới dạng photphat hữu cơ, ngoài ra cũng có thể sử dụng bột quặng hoặc phân lân hoá học.

Nguyên liệu chế biến compost luôn chứa sẵn quần thể vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hợp chất hữu cơ. Đã có nhiều ý kiến cho rằng không cần thiết phải bổ sung vi sinh vật phân giải chất hữu cơ vào khối ủ, song thực tế nghiên cứu và triển khai gần đây cho thấy, quá trình ủ compost sẽ xảy ra nhanh hơn khi được bổ sung vi sinh vật. Người ta thường bổ sung hỗn hợp vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc vào khối ủ sao cho mật độ vi sinh vật đạt khoảng 10⁶-10⁷ CFU/g cơ chất.

Men ủ vi sinh vật là sản phẩm vi sinh vật được tạo thành từ tổ hợp các vi khuẩn, nấm men , xạ khuẩn và nấm mốc có khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng làm men ủ phải an toàn đối với sức khỏe người, vật nuôi, cây trồng và môi trường. Vi sinh vật chuyển hóa chất hữu cơ được phân lập và xác định hoạt tính sinh học theo nhóm chức năng:

Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ chứa xenluloza

Vi sinh vật phân giải xenluloza phong phú về số lượng và đa dạng về chủng loại, gồm: Vi khuẩn; Nấm; Xạ khuẩn; Nguyên sinh động vật……..

Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật lớn nhất và cũng được nghiên cứu nhiều nhất. Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã phát hiện thấy một số loại vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân giải xenluloza. Trong các vi khuẩn hiếu khí phân giải xenluloza, thì niêm vi khuẩn có vai trò lớn nhất chủ yếu là các giống Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium. Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khí o xy hoá các sản phẩm của sự phân giải xenluloza thành CO₂ và H₂O. Ngoài ra còn thấy giống Cellvibrio cũng có khả năng phân giải xenluloza. Trong điều kiện kỵ khí, các vi sinh vật ưa ẩm, ưa nhiệt thuộc giống Clostridium và Bacillus tiến hành phân giải xenluloza thành glucoza và xenlobioza chúng sử dụng năng lượng từ các loại đường đơn và nguồn các bon cũng thường kèm theo việc tạo nên các axit hữu cơ, CO₂ và H₂. Trong dạ dầy của động vật ăn cỏ tồn tại hệ vi sinh vật phân giải xenluloza, gồm Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides, Cellulomonas; Bacillus; Acetobacter. Nhiều loài vi sinh vật thuộc các giống Bacillus, Clostririum, Pseudomonas, Acteromobacter, Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium, Sporocytophaga cungz được xác định có khả năng phân giải xenluloza.

Nấm sơi phân giải xenluloza mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi trường lượng enzim ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn. Vì khuẩn thường thường tiết vào môi trường phức hệ xenluloza không hoàn chỉnh chỉ thuỷ phân được cơ chất đã cải tiến như giấy lọc và CMC, còn nấm tiết vào môi trường hệ thống xenluloza hoàn chỉnh nên có thể thuỷ phân xenluloza hoàn toàn. Các loại nấm phân huỷ mạnh xenluloza là: Trichoderma, Penicillium, Phanerochate, Sporotrichum, Sclerotium, Aspergillus, Alternaria, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Fusarium, Myrothecium, Penicillium, Polypones, Rhizoctonia, Rhizopus,trong đó nấm ưa nhiệt có thể tổng hợp các enzim bền nhiệt và phát triển ở pH = 3,5 - 6,6.

Xạ khuẩn có tác dụng phân giải xenluloza mạnh. Người ta chia xạ khuẩn thành 2 nhóm: Xạ khuẩn ưa ấm, chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 28 - 30 ⁰C, và xạ khuẩn ưa nhiệt, chúng có thể phát triển mạnh ở nhiệt độ 60 - 70 ⁰C.Trong đống ủ phế thải người ta tìm thấy nhiều loai xạ khuẩn đó là: Actinomyces, Streptomyces,Frankia, Noca rdia, Actinopolyspora, Actinosynoema, Dermatophilus, Pseudonocardia,Cellulomonas.

Vi sinh vật phân giải Hemixenluloza

Vi sinh vật phân giải hemixenluloza thường có trong dạ dầy của động vật nhai lại như trâu bò. Chủ yếu là các giống sau: Ruminococcus, Bacillus , Bacteroides, Butyvibrio, Clostridium. Nhiều loại nấm sợi như: Aspegillus, Penicillium, Trichoderma.

Vi sinh vật phân giải lignin là những giống có khả năng tiết ra enzim ligninaza, gồm có: Nấm, Basidiomycetes, Acomycetes nấm bất hoàn. Vi khuẩn gồm: Pseudomonas, Xanthomonas, Acinebacter và Xạ khuẩn: Streptomyces,

Ngoài ra để làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tạo ra người ta cũng bổ sung vào khối ủ sinh khối vi sinh vật cố định nitơ tự do và vi sinh vật chuyển hoá photphat khó tan. Việc bổ sung các loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenlulo cao cùng các nguyên tố dinh dưỡng như đạm dạng hữu cơ, lân dạng quặng photphorit và một số điều kiện môi trường khác đã giúp rút ngắn thời gian sản xuất phân hữu cơ từ 4-6 tháng xuống còn vài tuần lễ.

2. QUI TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TRUYỀN THỐNG

2.1. Sản xuất phân chuồng từ phân gia súc, gia cầm

Ủ phân là kỹ thuật xử lý phân gia súc, gia cầm tươi trước khi bón cho cây trồng với mục đích tiêu diệt các sinh vật gây bệnh cho người, vật nuôi, cây trồng hoặc ảnh hưởng xấu đối với môi trường nhờ nhiệt độ cao được hình thành trong quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ nhờ vi sinh vật. Nhiệt độ hình thành trong quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ đồng thời thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ, đẩy nhanh quá trình khoáng hoá để khi bón vào đất phân hữu cơ có thể nhanh chóng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây.

Mặt khác, trong phân tươi tỷ lệ C/N cao, là điều kiện thuận lợi cho các loài vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ ở các giai đoạn đầu hoạt động mạnh, gây nên sự tranh chấp chất dinh dưỡng với cây nếu bón trực tiếp phân tươi vào đất trồng. Quá trình ủ phân có tác dụng giảm tỷ lệ C/N. Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là loại phân hữu cơ được gọi là phân ủ, trong đó có mùn, một phần chất hữu cơ chưa phân huỷ, muối khoáng, các sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ, một số enzym, chất kích thích và nhiều loài vi sinh vật hoại sinh.

Chất lượng và khối lượng phân ủ thay đổi nhiều tuỳ thuộc vào thời gian và phương pháp ủ phân. Thời gian và phương pháp ủ phân ảnh hưởng đến thành phần và hoạt động của tập đoàn vi sinh vật phân huỷ và chuyển hoá chất hữu cơ thành mùn, qua đó mà ảnh hưởng đến chất lượng và khối lượng phân ủ.

Để đảm bảo cho các quá trình hoạt động của vi sinh vật được tiến hành thuận lợi, nơi ủ phân phải có nền không thấm nước, cao ráo, tránh ứ đọng nước mưa. Đống phân ủ phải có mái che mưa và để tránh mất đạm. Cạnh nơi ủ phân cần có hố để chứa nước từ đồng phân chảy ra. Dùng nước phân ở hố này tưới lại đống phân để giữ độ ẩm cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động.

Có 3 phương pháp ủ phân.

Sau 4 - 6 ngày, nhiệt độ trong đống phân có thể lên đến 60⁰C. Các loài vi sinh vật phân giải chất hữu cơ phát triển nhanh và mạnh. Các loài vi sinh vật hiếu khí chiếm ưu thế. Do tập đoàn vi sinh vật hoạt động mạnh cho nên nhiệt độ trong đống phân tăng nhanh và đạt mức cao. Để đảm bảo cho các loài vi sinh vật hiếu khí hoạt động tốt cần giữ cho đống phân tơi, xốp, thoáng.

Phương pháp ủ nóng có tác dụng tốt trong việc tiêu diệt các hạt cỏ dại, loại trừ các mầm mống sâu bệnh. Thời gian ủ tương đối ngắn. Chỉ 30 - 40 ngày là ủ xong, phân ủ có thể đem sử dụng. Tuy vậy, phương pháp này có nhược điểm là để mất nhiều đạm.

* Ủ nguội: Phân được lấy ra khỏi chuồng, xếp thành lớp và nén chặt. Trên mỗi lớp phân chuồng rắc 2% phân lân. Sau đó ủ đất bột hoặc đất bùn khô đập nhỏ, rồi nén chặt. Thường đống phân được xếp với chiều rộng 2 - 3 m, chiều dài tuỳ thuộc vào chiều dài nền đất. Các lớp phân được xếp lần lượt cho đến độ cao 1,5 - 2,0 m. Sau đó trát bùn phủ bên ngoài.

Do bị nén chặt cho nên bên trong đống phân thiếu oxy, môi trưởng trở lên yếm khí, khí cacbonic trong đống phân tăng. Vi sinh vật hoạt động chậm, bởi vậy nhiệt độ trong đống phân không tăng cao và chỉ ở mức 30 - 35⁰C. Đạm trong đống phân chủ yếu ở dạng amôn cacbonat, là dạng khó phân huỷ thành amoniac, nên lượng đạm bị mất giảm đi nhiều.

Theo phương pháp này, thời gian ủ phân phải kéo dài 5 - 6 tháng phân ủ mới dùng được. Nhưng phân có chất lượng tốt hơn ủ nóng.

* Ủ nóng trước, nguội sau: Phân chuồng lấy ra xếp thành lớp không nén chặt ngay. Để như vậy cho vi sinh vật hoạt động mạng trong 5 - 6 ngày. Khi nhiệt độ đạt 50 - 60⁰C tiến hành nén chặt để chuyển đống phân sang trạng thái yếm khí.

Sau khi nén chặt lại xếp lớp phân chuồng khác lên, không nén chặt. Để 5 - 6 ngày cho vi sinh vật hoạt động. Khi đạt đến nhiệt độ 50 - 60⁰C lại nén chặt.

Cứ như vậy cho đến khi đạt được độ cao cần thiết thì trát bùn phủ chung quanh đống phân. Quá trình chuyển hoá trong đống phân diễn ra như sau: ủ nóng cho phân bắt đầu ngấu, sau đó chuyển sang ủ nguội bằng cách nén chặt lớp phân để giữ cho đạm không bị mất.

Để thúc đẩy cho phân chóng ngấu ở giai đoạn ủ nóng, người ta dùng một số phân khác làm men như phân bắc, phân tằm, phân gà, vịt,… Phân men được cho thêm vào lớp phân khi chưa bị nén chặt.

Ủ phân theo cách này có thể rút ngắn được thời gian so với cách ủ nguội, nhưng phải có thời gian dài hơn cách ủ nóng.

2.2. Sản xuất phân rác từ phế phụ phẩm trồng trọt

Thân lá cây trồng được băm, chặt thành đoạn ngắn 20-30 cm, có thể ngâm nước vôi loãng 2-3 ngày trước khi ủ, được xếp thành lớp dày 30 cm, rắc một lớp vôi lên trên và tiếp tục tạo thành đống 1,0 – 1,5 m. Có thể thay vôi bột bằng phân lên men (phân bắc, phân chuồng, phân hóa học như đạm, lân) với tỷ lệ 20%. Dùng bùn ao, sông, hồ trát kín và ủ khoảng 20 ngày, sau đó đảo lại. Phân rác có thể dung bón lót sau 45-60 ngày ủ và có thể dung bón thúc, nếu ủ đến lúc phân hoai mục.

Qui trình sản xuất phân hữu cơ từ phế thải chăn nuôi rắn được tóm tắt trong sơ đồ hình 1, gồm các công đoạn:

Phế thải chăn nuôi, nguyên liệu hữu cơ bổ sung đáp ứng các yêu cầu chất lượng được thu gom, vận chuyển đến nơi xử lý. Trường hợp phân lợn, phân trâu bò có độ ẩm cao hơn (phân dạng lỏng thu gom từ trại chăn nuôi sử dụng nước rửa chuồng) có thể sử dụng thiết bị ép bùn dạng băng tải để tách bớt nước.

Căn cứ độ ẩm của phế thải, phối trộn phế thải chăn nuôi và nguyên liệu hữu cơ bổ sung theo một trong các tỷ lệ sau:

- 80% phân gà/ phân lợn/phân bò + 20% than bùn hoặc mùn cưa;

- 65% phân gà/ phân lợn/phân bò + 35% than bùn hoặc mùn cưa;

- 60% phân gà/ phân lợn/phân bò + 40% than bùn hoặc mùn cưa;

Dung dịch dinh dưỡng và chế phẩm vi sinh vật gồm 0,5 kg rỉ đường, 0,3 kg urê vào 50 lít nước sạch và 0,5 kg chế phẩm VSV xử lý phế thải chăn nuôi được hòa đều. Trường hợp độ ẩm nguyên liệu chưa đạt 50%, có thể sử dụng lượng nước nhiều hơn.

Phun dung dịch dinh dưỡng và chế phẩm vi sinh vật vào 1000 kg hỗn hợp phế thải chăn nuôi và nguyên liệu hữu cơ đã chuẩn bị trên thiết bị đảo trộn. Độ ẩm của hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn cần đạt 50-55%.

Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn được chuyển đến vị trí ủ trên hệ thống băng tải. Khối ủ được tạo thành dưới dạng luống có chiều cao khoảng quá 1 m, chiều rộng 2 m. Trường hợp cần thiết, có thể dùng nilon phủ kín bề mặt khối ủ để đảm bảo độ ẩm khối ủ (giảm bớt bay hơi nước).

Hàng ngày kiểm tra nhiệt độ khối ủ. Trường hợp nhiệt độ trong khối ủ tăng và giữ ở mức ≥ 60^oC trong 3 ngày liên tục, tiến hành đảo trộn khối ủ bằng thiết bị đảo trộn (máy xúc) theo nguyên tắc từ dưới lên trên và từ trong ra ngoài. Tiếp tục theo dõi nhiệt độ khối ủ và đảo trộn lần 2 tương tự như lần 1, khi nhiệt độ trong khối ủ tăng và giữ ở mức ≥ 60^oC trong 3 ngày liên tục.

Ủ chín

Sau khi đảo trộn, nếu nhiệt độ khối ủ không tiếp tục tăng mà giảm dần, giữ khối ủ trong thời gian 1 tuần để ổn định thành phần, chất lượng phân ủ. Tổng thời gian ủ đối với phân gà là 21 ngày, phân lợn, phân bò là 28 ngày.

Sản phẩm cuối cùng tạo ra là phân hữu cơ hữu cơ sinh học. Để tạo sản phẩm phân hữu cơ sinh học đồng đều về kích thước, sử dụng các thiết bị nghiền, sàng đảm bảo hạt phân ≤ 5,0mm. Trường hợp độ ẩm phân bón chưa đạt theo qui định, cần tiến hành phới hoặc sấy trên thiết bị chuyên dụng, trước khi nghiền sang. Đóng bao sản phẩm với khối lượng 25 hoặc 50kg trên thiết bị đóng bao chuyên dụng.

Hình 2 minh họa qui trình sản xuất phân hữu cơ sinh học từ phế thải chăn nuôi dạng rắn tại công ty TNHH nông nghiệp hữu cơ Humix.

Trong thực tế hiện nay có nhiều hệ thống ủ được thiết kế với các hệ thống cấp khí khác nhau, trong đó không khí được điều chỉnh tỏa đều khối ủ trong quá trình ủ. Với hệ thống cấp khí cưỡng bức kết hợp với đảo trộn tự động, thời gian ủ có thể rút ngắn xuống còn 2 tuần. Cá biệt một số công ty thiết kế hệ thống ủ được điều khiển nhiệt độ, thời gian ủ chỉ kéo dài 1-2 ngày. Một số hệ thống ủ thổi khí có thể kể đến như sau: