Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bio-gas - ĐH Bách Khoa TP.HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------o0o--------------- HỒ THANH THUẬN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH NHẢ CHẬM TỪ BÙN BỂ BIO-GAS GIÚP ỔN ĐỊNH THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG ĐA LƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2024 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Võ Nguyễn Xuân Quế (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. Trần Lê Lựu (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.

Trần Trung Thành (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 27 tháng 01 năm 2024 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch Hội đồng: GS. Nguyễn Văn Phước 2.

Thư ký hội đồng: TS. Nguyễn Hoàng Dũng 3. Giảng viên phản biện 1: PGS. Trần Lê Lựu 4.

Giảng viên phản biện 2: PGS. Trần Trung Thành 5. Ủy viên Hội đồng: PGS. Đặng Vũ Bích Hạnh Xác nhận của chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ THANH THUẬN MSHV: 2170765 Ngày, tháng, năm sinh: 01/5/1982 Nơi sinh: TP. HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số : 8520320 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH NHẢ CHẬM TỪ BÙN BỂ BIO-GAS GIÚP ỔN ĐỊNH THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG ĐA LƯỢNG. RESEARCH ON DEVELOPING SLOW-RELEASE ORGANIC MICROBIAL FERTILIZER FROM SLUDGE IN BIOGAS TANK FOR HELPING STABILIZE MACRONUTRIENTS.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu này thực hiện các nội dung sau: - Nội dung 1: Nghiên cứu tạo mảng nhả chậm với thành phần composite dựa trên gelatin và glutaraldehyde; - Nội dung 2: Xây dựng công thức phối trộn phân hữu cơ vi sinh nhả chậm chứa thành phần dinh dưỡng đa lượng NPK 10-3-3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/9/2023 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 18/12/2023 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.

VÕ NGUYỄN XUÂN QUẾ Tp. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể bio-gas giúp ổn định thành phần dinh dưỡng đa lượng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn Cô đã hướng dẫn tôi là TS Võ Nguyễn Xuân Quế đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình học tập cũng như trong việc hoàn thành Luận văn. Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô thuộc Khoa Môi trường và tài nguyên, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy cho tôi trong thời gian học tập. Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè, tập thể lớp, những người đã luôn hỗ trợ và chia sẻ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập.

Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân còn nhiều hạn chế, kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp của các Thầy, Cô để bài luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn!” Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024 Hồ Thanh Thuận i Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể bio-gas giúp ổn định thành phần dinh dưỡng đa lượng TÓM TẮT Các phương thức canh tác nông nghiệp hiện nay phụ thuộc hoàn toàn vào lượng phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ… Việc sử dụng lâu dài các hóa chất nông nghiệp đang gây ra những ảnh hưởng rất nghiêm trọng, hủy hoại giá trị dinh dưỡng, sản lượng, năng suất của cây trồng, sản phẩm trồng trọt và chất lượng môi trường đất cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Ngoài ra, sự gia tăng các hoạt động nông nghiệp còn làm trầm trọng hơn các tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu toàn cầu, dẫn đến không đảm bảo bền vững an ninh lương thực trong tương lai. Chính vì vậy, những phương thức sử dụng phân bón trong nông nghiệp không bền vững cả về khía cạnh xã hội lẫn môi trường hiện tại cần phải được thay đổi.

Phân bón sinh học là phân bón được bổ sung chế phẩm sinh học giúp bổ sung các vi khuẩn có thể phát triển trong vùng rễ hoặc các bộ phận bên trong của cây. Các loài vi sinh vật khác nhau bao gồm vi khuẩn và nấm có lợi hiện đang được sử dụng làm phân bón sinh học, vì chúng có khả năng phát triển mạnh mẽ ở vùng rễ, hoặc bên trong rễ cây. Những vi khuẩn này thúc đẩy tăng trưởng, năng suất và các đặc tính sinh lý của thực vật trực tiếp hoặc gián tiếp và do đó, còn được gọi là vi khuẩn vùng rễ (rhizobacteria) thúc đẩy tăng trưởng thực vật. Phân bón sinh học làm tăng sự tăng trưởng cũng như phát triển của cây trồng bằng cách tích lũy khả năng tiếp cận các chất dinh dưỡng khoáng, chuyển hóa nitơ sinh học, hòa tan phốt-pho và sản xuất hormone tăng trưởng.

Những vi khuẩn này và các sản phẩm phụ của chúng là đầu vào nông nghiệp hữu cơ thân thiện với môi trường, làm tăng tính bền vững cũng như sức khỏe của đất và do đó được coi là giải pháp thay thế tốt nhất cho phân bón tổng hợp. Chúng có hiệu quả với số lượng rất ít, quá trình phân hủy nhanh hơn và ít có khả năng tạo ra sức đề kháng của mầm bệnh và các loại sâu bệnh khác. Việc sử dụng phân bón sinh học trong thực hành nông nghiệp khắc phục việc sử dụng phân bón hóa học, có tác động tiêu cực đến môi trường và tất cả các loại sinh vật. Hơn nữa, phân bón sinh học có khả năng giúp tăng cường quá trình phân hủy chất hữu cơ.

Mặc dù vậy, việc sử dụng phân bón sinh học vẫn chưa thể thay thế phân bón hóa học truyền thống trong sản xuất nông nghiệp phục vụ thương mại. Cho đến nay, các nghiên cứu đã đạt được thành tựu đáng kể, hiểu rõ các tác nhân điều khiển, vai trò của các chủng vi sinh, quá trình và cơ chế chuyển hóa chất dinh dưỡng của hệ vi sinh vùng rễ thực vật. Tuy nhiên, việc ứng dụng các kiến thức này để tăng cường hiệu quả cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng trong nông nghiệp vẫn còn là một thách thức. ii Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể bio-gas giúp ổn định thành phần dinh dưỡng đa lượng Phân hủy kỵ khí, hoặc sản xuất khí sinh học, là một giải pháp hiệu quả giúp tạo ra năng lượng sạch trong khi xử lý chất thải nông nghiệp, có ý nghĩa to lớn trong việc giảm bớt khủng hoảng năng lượng và kiểm soát ô nhiễm môi trường.

Tuy nhiên, các hệ thống sản xuất khí sinh học thường để lại một lượng lớn bùn và cặn sinh học. Bùn thải sinh học của các hệ thống biogas chủ yếu bao gồm sinh khối vi sinh vật cũng như phần chất thải rắn chưa phân hủy, có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn so với bùn sinh học từ quá trình phân hủy hiếu khí. Vì vậy, bùn thải sinh học của các hệ thống biogas có thể được sử dụng như một dạng phân hữu cơ dễ hấp thu bởi cây trồng, có khả năng thúc đẩy tăng trưởng thực vật mạnh hơn bùn thô chưa qua quá trình phân hủy kỵ khí do có nồng độ NH4+-N cao hơn. Hiện nay, bùn sinh học cũng đang được sử dụng rộng rãi làm phân bón trong các hệ thống canh tác hữu cơ.

Tuy nhiên, đất nông nghiệp có sức chịu tải hạn chế trong khi tốc độ hấp thu chất dinh dưỡng từ bùn sinh học nhanh có thể làm thất thoát phần lớn chất dinh dưỡng vào các vùng nước và gây ra các vấn đề phú dưỡng nghiêm trọng. Tùy nguồn nguyên liệu đầu vào, bùn sinh học có khả năng nhiễm thuốc kháng sinh và kim loại nặng. Nhu cầu thực tế sử dụng bùn lỏng sinh học làm phân bón gặp nhiều hạn chế như chi phí vận chuyển cao, đòi hỏi phải được xử lý bước đầu để đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm và môi trường và cách thức bón phân đặc biệt với liều lượng thấp và vùi sâu dưới lớp đất để tăng hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng, giảm thất thoát chất dinh dưỡng thông qua bay hơi và rửa trôi. Vì vậy, cần định hướng cách tiếp cận hợp lý để thúc đẩy phát triển sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh từ bùn bể biogas, nhằm đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải ô nhiễm theo xu hướng tăng cường nông nghiệp sinh thái.

Đề tài “Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể bio-gas giúp ổn định thành phần dinh dưỡng đa lượng” hướng đến sử dụng nguồn bùn lỏng bể bio-gas cô đặc làm nguyên liệu tổng hợp phân bón. Phân bón tổng hợp có lớp phủ nhả chậm và chế phẩm vi sinh bổ sung với khả năng ổn định đạm và phân giải photphat khó tan được nghiên cứu để cung cấp tối ưu nguồn dinh dưỡng cho cây trồng hấp thu hiệu quả. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp oxy hóa Fenton là bước tiền xử lý hiệu quả trong xử lý mùi, vi sinh có hại và điều chỉnh pH của bùn lỏng bể biogas, giúp tăng cường tiềm năng tận thu nguồn phế phẩm bùn thải bể biogas làm phân bón hữu cơ. Phối trộn viên phân NPK 10–3–3–TE từ bùn lỏng biogas đã qua tiền xử lý khử mùi, có khả năng cung cấp dinh dưỡng đa lượng đầy đủ cho sự sinh trưởng và phát triển của cây cải bẹ dưa, tương đương với hiệu quả khi sử dụng viên phân thương mại với tỷ lệ thành iii Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể bio-gas giúp ổn định thành phần dinh dưỡng đa lượng phần dinh dưỡng tương đương.