Luận án TS: Sử dụng bùn thải bia và thủy sản trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ PHƢƠNG SỬ DỤNG BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA VÀ CHẾ BIẾN THỦY SẢN TRONG Ủ PHÂN HỮU CƠ VI SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 9620103 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 9620103 SỬ DỤNG BÙN THẢI TỪ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA VÀ CHẾ BIẾN THỦY SẢN TRONG Ủ PHÂN HỮU CƠ VI SINH NGUYỄN THỊ PHƢƠNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS. NGUYỄN MỸ HOA 2019 LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Nguyễn Mỹ Hoa, Ts. Đỗ Thị Xuân, Ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, đóng góp và cho những lời khuyên dạy hết sức quý báu để tôi hoàn thành luận án này.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại Học Cần Thơ. - Ban Chủ nhiệm khoa Nông nghiệp. - Khoa Sau Đại học, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học và các phòng ban chức năng khác của trƣờng Đại học Cần Thơ. Võ Thị Thu Trân, ThS.

Lâm Tử Lăng, Ks. Nguyễn Vũ Bằng đã giúp đỡ tôi trong việc thực hiện phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hóa, sinh học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGs. Lê Văn Hòa, thầy Hồ Quảng Đồ, Ts.

Trần Văn Dũng, quí Thầy, Cô, anh chị bộ môn Khoa học đất đã tận tình, động viên khích lệ, dành nhiều nhiều thời gian trao đổi và định hƣớng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trƣờng Đại học Đồng Tháp, Khoa Kỹ thuật - Công nghệ đã cho phép, hỗ trợ và tạo điệu kiện cho tôi giúp tôi hoàn thành các hoạt động giảng dạy, học tập và nghiên cứu của mình. Tôi xin gửi lời cám ơn đặc biệt tới các chủ đất canh tác tại xã Mỹ Hòa, huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long và phƣờng Long Tuyền, quận Bình Thủy, Tp. Cần Thơ đã trực tiếp hỗ trợ đất để tôi hoàn thành thí nghiệm đồng ruộng.

Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh, chị, em mà tôi không thể liệt kê hết trong lời cảm tạ này. Cuối cùng, tôi xin gửi tấm lòng ân tình tới gia đình, đặc biệt là chồng của tôi nguồn động viên và truyền nhiệt huyết để tôi hoàn thành luận án. NGUYỄN THỊ PHƢƠNG i TÓM TẮT Nghiên cứu xử lý bùn thải từ quá trình xử lý nƣớc thải nhà máy sản xuất bia và chế biến thủy sản bằng biện pháp ủ phân hữu cơ vi sinh là rất cần thiết để tái sử dụng hiệu quả nguồn phế thải này, nhằm tránh tồn đọng, hạn chế ô nhiểm môi trƣờng trong tình hình sản xuất bia và chế biến thủy sản ngày càng gia tăng ở Việt Nam. Nghiên cứu đƣợc thực hiện với các mục tiêu (i) xác định công thức ủ phù hợp để sản xuất phân hữu cơ vi sinh (HCVS ) từ bùn thải bia (BB) và bùn thải thủy sản (BTS), (ii) đánh giá hiệu quả của phân HCVS sản xuất đƣợc trên năng suất các loại cây rau, và (iii) phân lập và tuyển chọn dòng nấm có khả năng phân hủy các vật liệu hữu cơ chứa cellulose và chitin hƣớng đến mục tiêu sử dụng làm nguồn vi sinh trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh.

Kết quả cho thấy các nguồn bùn thải là nguồn nguyên liệu giàu dinh dƣỡng, có hàm lƣợng đạm, lân, kali, Ca và các nguyên tố vi lƣợng (Cu, Zn, Mn) tổng số cao. Hàm lƣợng kim loại nặng nhƣ s, Hg, Pb, Cd dƣới ngƣỡng cho phép về ngƣỡng chất thải nguy hại trong bùn thải theo QCVN 50/2013/BTNMT. Các nguyên liệu bùn mía, rơm và xác mía có thể đƣợc sử dụng hiệu quả để phối trộn với bùn thải, tuy nhiên dựa vào đặc tính dinh dƣỡng của bùn mía và tính sẳn có, dễ tiếp cận, thì bùn mía là nguồn nguyên liệu đƣợc đề xuất. Kết quả cho thấy tỉ lệ phối trộn phù hợp là 20% bùn thải bia hoặc bùn thải thủy sản phối trộn với bùn mía ở tỉ lệ 80%, đạt yêu cầu của quá trình ủ về nhiệt độ, độ hoai mục, hàm lƣợng dinh dƣỡng và diệt đƣợc vi sinh vật gây bệnh sau khi ủ, và thời gian hoai đạt sau 49 ngày ủ.

Phân hữu cơ vi sinh ủ từ bùn thải bia và thủy sản có hàm lƣợng N tổng số cao lần lƣợt là 2,83%, 2,85%; P tổng số lần lƣợt 5,6%, 6,63%; K tổng số là 2,1% và 2,11%; %C từ 33,52-39,14; C/N sau ủ đạt lần lƣợt là 12,44 và 14,41; hàm lƣợng các kim loại nặng và VSV gây bệnh dƣới ngƣỡng cho phép. Mật số nấm Trichoderma của phân hữu cơ vi sinh đạt 6,6 x 107CFU/g chất khô và 6,94 x 107CFU/g chất khô theo thứ tự phân HCVS bùn thải thủy sản và phân HCVS bùn thải bia, đạt chỉ tiêu về chất lƣợng phân hữu cơ vi sinh theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP và TCN 526/2002/BNNPTNT. Năng suất cây rau tăng có ý nghĩa thống kê ở tất các các thí nghiệm đồng ruộng khi bón 5 tấn/ha HCVS từ hai nguồn bùn thải kết hợp bón NPK khuyến cáo (KC) so với bón theo nông dân (ND) và bón theo KC. Trên cải tùa xại năng suất tăng 2 lần so với ND và KC; trên đậu bắp năng suất tăng hơn 50,73% so với KC và hơn 40,91% so với ND; trên dƣa leo năng suất cao hơn 35% so với ND và 10% so với KC; trên bí đao năng suất tăng 8 % so với KC và 11% so với ND.

ii Kết quả nghiên cứu cũng đã phân lập đƣợc 31 dòng nấm có khả năng phân hủy cellulose, trong đó 4 dòng nấm bao gồm R-NVT; R-ĐT1; M-2HA1; và M-LT4 đƣợc tuyển chọn vì có khả năng phân hủy hỗn hợp bùn thải phối trộn với bùn mía và đối kháng đƣợc nấm bệnh R.Solani trong điều kiện invitro. Hai trong bốn dòng có khả năng phân hủy bùn thải-bùn mía cao nhất là dòng R-ĐT1 và M-2H 1 đã đƣợc đƣợc định danh và chúng thuộc loài Neurospora crassa R-DT1 và Neurospora intermedia M-2HA1. Nhƣ vậy, ủ phân hữu cơ từ bùn thải bia và bùn thải thủy sản phối trộn với bã bùn mía ở tỉ lệ 20:80 để sản xuất phân hữu cơ vi sinh là một giải pháp để xử lý BB và BTS, hạn chế gây ô nhiễm môi trƣờng và tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ để gia tăng năng suất cây trồng. Đồng thời, việc phân lập và tuyển chọn đƣợc các dòng nấm có khả năng vừa phân hủy vật liệu hữu cơ chứa cellulose và chitin vừa ức chế đƣợc nấm bệnh R.solani gây hại trên cây trồng rất có ý nghĩa hƣớng đến sử dụng nhƣ nguồn vi sinh vật có ích trong ủ phân hữu cơ vi sinh, cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu.

Từ khóa: Bùn thải bia, bùn thải thu sản, năng suất cây rau, nấm phân lập, phân hữu cơ vi sinh. iii SUMMARY Studying method for treating sludges from wastewater treatment plants of beer (BS) and seafood (SS) factories by composting technique to produce microbial-organic fertilizer (bioF) from BS and SS is very essential to effective reuse of this waste source in order to avoid backlog, limit environmental contamination in Vietnam. The study was undertaken to (i) Determination of optimal composting formula for the production of bioF from beer and seafood sludges, (ii) Assessment of effetiveness of microbial- organic fertilizers from beer and seafood factories’sludge on vegetable yield, and (iii) Isolation and selection of cellulose and chitin-decomposable fungal strains for promising use as benefit microorganism in production of microbial- organic fertilizer from sludges. The results showed that the sludges are high in total nitrogen, phosphorus, potassium, Ca and micro nutrients (Cu, Zn, Mn).

Heavy metal content of As, Hg, Pb, Cd were below permission limit according to Vietnamese standards for hazardous sludges. Organic materials consisting of sugarcane cake, straw, and bagasse could be mixed with BS and SS. However, based on nutitional characteristic and the availability of the materials, sugarcane cake is selected for mixing with the sludges. The mixting ratio of 20:80 sludges:sugarcane cake is suggested as the optimal mixture.

The microbial organic fertilizers (bioF) from BS and SS were matured after 49 days of incubation. The BioF from BS and SS were rich in total nitrogen, phosphorus, potassium, and organic carbon with 2.98%C, respectively, C/N ratios were 12.41 after 49 incubation days. Heavy metal contaminants and pathogen (Salmonella and E. coli ) were below the standard issued by the Ministry of Agriculture and Rural Development.

The population of Trichoderma sp. was at required Vietnamese standards with 7. Vegetable yields found in the treatments amended with NPK recommended rate (RR) and 5 tons/ha of bioF made from BS and SS were statistically higher than those of fammer rate (FR) and recommended rate (RR). Mustard yield amended with RR and 5 tons/ha of bioF was doubled up compared to those of FR and RR.

On okra, yield increased by 50.91% compared to RR and FR, respectively. Cucumber yield was 35% higher than that of FR and was 10% compared to RR. The winter melon yield increased by 8% compared to RR and 11% compared to FR. Thirty one cellulose decomposable fungal trains were isolated, in which four optimal fungal trains consisting of R-NVT1, R-ĐT1, M-2HA1, and M- iv LT4 were selected as the promising strains in decomposing the mixture of organic materials with BB and BS and in the ability to resist to R.Solani fungus in in vitro culture.

Two identified fungi strains of R-ĐT1 and M-2HA1 were the species of Neurospora crassa R-DT1 và Neurospora intermedia M- 2HA1. In summary, composting of BS/SS with sugarcane cake at ratio of 20:80 to produce microbial-organic fertilizer can be a solution to treat BB and SS and to provide organic fertilzer for incresaing vegetable yields. The success in isolation and selection of promising fungal strains which have the ability of decomposing cellulose and chitin in organic material, and the ability of resisting to pathogenic fungus R.solani on plants, was meanfull in composting microbial-organic fertilizer. Furthur studies towarding the use of these fungus as benefit microorganism in composting microbial-organic fertilizer should be continued.

Key word: sludge from beer production, sludge from seafood processing, vegetables yields, fungal isolation, microbial organic fertilizer. v CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà chính tôi đã thực hiện và nghiên cứu. Tất cả các số liệu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu cùng cấp nào khác. Cán bộ hƣớng dẫn Tác giả luận án PGs.

Nguyễn Mỹ Hoa Nguyễn Thị Phƣơng vi MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ. iv C M KẾT KẾT QUẢ. vi MỤC LỤC. vii D NH MỤC BẢNG.

xi D NH MỤC HÌNH. xiii D NH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xv CHƢƠNG 1. Mục tiêu luận án.

Nội dung nghiên cứu. Tính mới của luận án. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu .