Nghiên cứu sử dụng nấm PHANEROCHAETE CHRYSOSPORIUM phân hủy chất thải rắn hữu cơ làm COMPOST

hoạt hiện nay chủ yếu được đem chôn lấp, chỉ số ít được xử lý, vì vậy đã gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm và ô nhiễm không khí trầm trọng. Các loại rác thải sinh hoạt của thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu được chôn lấp tại các bãi rác như bãi rác Đông Thạnh, Phước Hiệp, Gò Cát… nhưng các bãi rác này hiện nay đang ngày một quá tải và hàng loạt vấn đề kéo theo như phát thải khí metan, nước rỉ và đặc biệt là mùi, đây là kết quả của việc phân hủy tự nhiên các chất hữu cơ có trong rác thải. Vì vậy, vấn đề đặt ra hiện nay là phải có biện pháp xử lý rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thải thành các sản phẩm có giá trị kinh tế. Đã có nhiều biện pháp được đưa ra như phun thuốc hóa học, đem đốt, cho vào thùng và bỏ xuống đáy biển… Tuy nhiên các phương pháp này rất tốn kém và đặc biệt ảnh hưởng xấu đến môi trường. Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lý rác thải sinh hoạt là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, vì thành phần chủ yếu trong rác thải sinh hoạt chiếm 65 – 90% là thành phần hữu cơ. Sử dụng phương pháp sinh học ít tốn kém, không gây ô nhiễm môi trường và nhất là phù hợp với các qui luật tự nhiên, có thể tái sử dụng và tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Vì vậy, cần phải xem rác thải như một nguồn tài nguyên cần được khai thác chứ rác không phải là thứ bỏ đi. Rác thải là nguồn tài nguyên quý giá và vô tận khi chúng ta biết tận dụng nó đúng cách. Bằng các phương pháp sinh học, rác thải sẽ được xử lý thành nguồn phân bón có giá trị. Hiện nay, có 2 phương pháp ủ rác thải thông qua VSV phổ biến nhất là ủ hiếu khí và ủ kỵ khí. Phương pháp ủ hiếu khí là rác thải bị phân hủy bởi VSV trong điều kiện có oxy, sinh ra khí cacbonic, hơi nước và nhiệt. Sản phẩm ổn định sẽ làm phân bón cho nông nghiệp. Phương pháp ủ kỵ khí là rác thải bị VSV phân hủy trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí chủ yếu là khí metan, khí cacbonic, sản phẩm trung gian giữa axit hữu cơ và rượu. Khí mêtan sinh ra có thể thu hồi, sử dụng làm nguồn năng lượng chất đốt. Quá trình phân hủy kỵ khí còn có sản phẩm phụ là cặn. Vì vậy cần phải xử lý cặn. Như vậy, sử dụng phương pháp ủ hiếu khí đơn giản hơn, dễ làm nhưng không thu hồi được năng lượng sinh ra như phương pháp ủ kỵ khí. Phương pháp này phù hợp với những nơi điều kiện kinh tế chưa phát triển, phù hợp với các nước đang và chậm phát triển, trong đó có Việt Nam, còn phương pháp ủ kỵ khí khó làm hơn, cần chi phí đầu tư xây dựng mới có thể làm được, nhưng lại thu hồi được lượng metan làm nguồn năng lượng chất đốt, phương pháp này phổ biến ở các nước phát triển phương tây. Đề tài đã chọn phương pháp ủ hiếu khí vì nó thích hợp với điều kiện thực tế ở nước ta, dễ làm, đơn giản. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp chôn lấp hiện nay là là giảm phát thải khí mêtan, một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí. Vấn đề đặt ra ở đây là phải phân loại rác, chủ yếu rác thải sinh hoạt hiện nay chưa được phân loại tại nguồn, gây khó khăn cho quá trình ủ. Vì vậy trước khi đem ủ, cần băm rác nhỏ, tách lựa các chất vô cơ như túi nilon, gỗ lớn, sắt, nhựa… 1.2 Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng chủng VSV Phanerochaete chrysosporium, kết hợp xạ khuẩn và nấm Trichoderma phân hủy chất thải rắn hữu cơ làm compost. Đánh giá hiệu quả và tốc độ phân hủy so với không bổ sung VSV. Đo hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sản phẩm, bổ sung dinh dưỡng N, P, K để tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh đạt tiêu chuẩn 10TCN 526-2002 của bộ nông nghiệp phát triển nông thôn hiện nay và có thể đem bán ra thị trường. 1.3 Giới hạn của đề tài Đề tài chỉ tập trung vào qui trình công nghệ để sản xuất compost, các yếu tố ảnh hưởng và các tác nhân sinh học, không đề cập đến thiết kế kỹ thuật công trình, không đề cập đến bản vẽ. Qui trình xử lý rác thải sinh hoạt, chủ yếu là rác hữu cơ, không đề cập đến các loại rác thải khác. Đề tài chỉ tập trung vào giai đoạn phân hủy sinh học, các bước cơ bản ban đầu như tách lựa, băm rác, sàng lọc làm hoàn toàn bằng thủ công. Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Khái niệm compost, con đường hình thành: 2.1.1 Khái niệm compost: Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu cơ dễ phân hủy sinh học đến trạng thái ổn định dưới sự tác động và kiểm soát của con người, sản phẩm giống như mùn được gọi là compost. Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3.000 năm trước Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới. Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4.000 năm, người Nhật đã sử dụng compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ. Tuy nhiên đến năm 1943, quá trình ủ compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ. Đến nay đã có nhiều tài liệu viết về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được phát triển trên thế giới. Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây trồng. Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng. Ngoài ra, compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi và cây trồng. Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost. Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có sẵn trong vật liệu hữu cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ compost. Các thành phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phần giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N). Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinh vật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết mà vẫn có thể ủ compost thành công. Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost. Kiểm soát tốt quá trình ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây bệnh. Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành thuận tiện. Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost. 2.1.2 Mục đích của quá trình ủ compost: Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình compost sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định chủ yếu là các chất vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước. Làm mất hoạt tính của VSV: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 50 - 600C, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus có hại nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 3 ngày. Do dó, các sản phẩm của quá trình compost có thể sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng an toàn cho đất. Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình compost các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3- và PO43- thích hợp cho cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến compost bổ sung dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải thiện nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn. Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới chứng minh sự tăng khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất có bón compost. Cho đến nay, ở Việt Nam compost chưa được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Với hàm lượng dinh dưỡng cao dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng kháng bệnh cao. 2.1.3 Động học quá trình compost Vi sinh vật Quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí CTR có thể biểu diễn một cách tổng quát theo phương trình sau: Chất hữu cơ + O2 + Dinh dưỡng Tế bào mới + Chất hữu cơ khó phân hủy + CO2 + H2O + NH3 + SO4 2- + …. + Nhiệt. Nếu chất hữu cơ có trong CTR được biểu diễn dưới dạng CaHbOcNd, sự tạo thành tế bào mới và sulfate không đáng kể và thành phần của vật liệu khó phân hủy còn lại được đặc trưng bởi CwHxOyNz thì lượng oxy cần thiết cho quá trình ổn định hiếu khí các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học của CTR đô thị có thể được ước tính theo phương trình phản ứng sau: CaHbOcNd + 0.5(ny + 2s + r – c)O2 à nCwHxOyNz + sCOz + rH2O + (d – nx)NH3 Trong đó: r = 0.5[b – nx – 3(d – nx)] s = a – nw CaHbOcNd và CwHxOyNz biểu diễn thành phần phân tử thực nghiệm của chất hữu cơ ban đầu và sau khi kết thúc quá trình. Nếu quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn, phương trình biểu diễn có dạng như sau: b – 3d 2 4a + b – 2c – 3d 4 CaHbOcNd + O2 à aCO2 + H2O + dNH3 Trong nhiều trường hợp, amoniac sinh ra từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ bị tiếp tục oxy hóa thành nitrat (quá trình nitrat hóa). Lượng oxy cần thiết để oxy hóa amoniac thành nitrat có thể tính theo phương trình sau: NH3 + 3/2 O2 à HNO3 + H2O HNO2 + ½O2 à HNO3 __________________________ NH3 + 2O2 à H2O + HNO3 VSt VSo Như vậy, trong quá trình phân hủy sinh học hiếu khí, sản phẩm tạo thành không có mặt CH4. Hay nói cách khác, trong trường hợp này tốc độ phân hủy được xác định dựa trên hàm lượng chất hữu cơ còn lại theo thời gian phân hủy và được biểu diễn như sau: ln =-k*t Quá trình phân hủy chất thải xảy ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và sản phẩm trung gian. Ví dụ quá trình phân hủy protein bao gồm các bước: Protein à peptodes à amino acids à hợp chất ammonium à nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3. Đối với carbonhydrats, quá trình phân hủy xảy ra theo các bước như sau: Carbonhydrate à đường đơn à acid hữu cơ à CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn. Chính xác những chuyển hóa hóa sinh xảy ra trong quá trình composting vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình làm compost có thể phân biệt theo biến thiên nhiệt độ như sau: * Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới; * Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt độ mesophilic; * Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh này được đặc trưng bằng các phương trình (1) và (2) trong trường hợp làm compost hiếu khí và kị khí như sau: COHNS + O2 + VSV hiếu khí à CO2 + NH3 + Sản phẩm khác + Năng lượng (1) CHONS + VSV kỵ khí à CO2 + H2S + NH3 + CH4 + Sản phẩm khác + Năng lượng(2) * Pha trưởng thành (maturation phase) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men lần thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành các keo mùn (là quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn) và các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ,…) và cuối cùng thành mùn. Các phản ứng nitrate hóa, trong đó ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa chất thải bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrate (NO3-) cũng xảy ra như sau: Nitrosomonas bacteria NH4 + + 3/2 O2 -------------------------------------> NO2 - + 2H+ + H2O (3) Nitrobactor bacteria NO2- + ½ O2 -------------------------------------> NO3 - (4) Kết hợp hai phản ứng (3) và (4), quá trình nitrate hóa xảy ra theo phương trình phản ứng sau: NH4+ + 2O2 à NO3- + 2H+ + H2O (5) Vì NH4+ cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá trình tổng hợp mô tế bào như sau: NH4+ + 4CO2 +HCO3- + H2O à C5H7O2N + 5O2 (6) Kết hợp phương trình (5) và (6), ta có phương trình phản ứng nitrate hóa tổng cộng xảy ra như sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- à 21NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+ Hình 2.1: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình Composting 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ Compost Bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, pH, kích thước nguyên liệu và nguồn đạm trong nguyên liệu. 2.1.4.1 Nhiệt độ: Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình compost. Hầu hết các tài liệu cho thấy nên duy trì nhiệt độ 55-600C trong luống ủ compost vì ở nhiệt độ này quá trình chế biến compost vẫn có hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Nhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV. Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên, compost không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh. Nhiệt độ trong luống ủ compost có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý. 2.1.4.2 Nước và độ ẩm: Nước và độ ẩm rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ủ compost. Nếu quá ẩm sẽ gây thiếu oxy, không khí khó lọt qua đống ủ. Quá khô sẽ ảnh hưởng đến hoạt động VSV vì VSV cần độ ẩm. Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ compost khoảng 50-60%. Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách trộn vật liệu độn có độ ẩm cao. Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết. Đối với hệ thống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần hoàn sản phẩm compost như sơ đồ sau. Hình 2.2: Tuần hoàn sản phẩm compost 2.1.4.3 pH: VSV cần một khoảng pH tối ưu để hoạt động. pH tối ưu khoảng 6.5-8.0. Tùy thuộc vào thành phần tính chất của chất thải, pH sẽ thay đổi trong quá trình ủ compost. 2.1.4.4 Kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy. Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, có thể làm tăng vận tốc phân hủy trong một khoảng độ xốp nhất định, vì hạt quá nhỏ sẽ có độ xốp thấp ức chế vận tốc phân hủy. Hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và có thể tao ra các kênh thổi khí làm cho sự phân bổ khí không đồng đều, không có lợi cho quá trình ủ compost ảnh hưởng đến chất lượng chế biến phân bón. Kích thước hạt tối ưu cho quá trình chế biến trong khoảng đường kính từ 3-50mm. Kích thước hạt có thể đạt tối ưu bằng cách cắt, nghiền, hoặc sàng vật liệu thô ban đầu. Chất thải rắn sinh hoạt và chất thải nông nghiệp phải được nghiền đến kích thước thích hợp trước khi làm phân. Phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, thích hợp cho quá trình phân hủy sinh học. 2.1.4.5 Nguồn đạm trong nguyên liệu: Thông số dinh dưỡng quan trọng nhất là tỉ lệ C/N, nhu cầu N trong nguyên liệu làm compost chiếm khoảng 2-4% C ban đầu, hay nói cách khác tỉ lệ C/N khoảng 25/1. Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỉ số C/N tối ưu gặp khó khăn do một phần các chất C như Cellulose và Lignin khó phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một thời gian dài. Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có. Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn Azotobacter, đặc biệt khi có mặt đủ PO43-. Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác. Nếu tỉ lệ C/N của vật liệu làm compost cao hơn giá trị tối ưu sẽ hạn chế sự phát triển của VSV do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu trình chuyển hóa, oxy hóa phần C dư khi đạt tỉ lệ C/N ban đầu là 20-50 thời gian cần thiết là 14 ngày và tỉ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết là 21 ngày. Ở tỉ lệ C/N thấp (như phân bắc và bùn) N sẽ thất thoát dưới dạng NH3, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao, có thổi khí. 2.2 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam 2.2.1 Các công nghệ sản xuất compost hiện nay trên thế giới Các mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn hiện nay trên thế giới được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Theo trạng thái của khối ủ compost tĩnh hay động, theo phương pháp thông khí khối ủ cưỡng bức hay tự nhiên, có hay không đảo trộn. Dựa trên đặc điểm, hệ thống ủ compost lại được chia thành hệ thống mở và hệ thống kín, liên tục hay không liên tục. Mô hình ủ compost hệ thống mở phổ biến nhất là các phương pháp ủ luống tĩnh, luống động có kết hợp thông khí cưỡng bức hoặc đảo trộn theo chu kỳ. Nhược điểm của hệ thống mở là chịu ảnh hưởng bởi thời tiết và thời gian ủ có thể kéo dài, thường chỉ áp dụng ở quy mô nông trường, trang trại có diện tích mặt bằng lớn, xa khu đô thị. Đối với ủ compost quy mô công nghiệp trong các nhà máy lớn, hiện nay trên thế giới thường áp dụng mô hình ủ compost hệ thống kín (hay hệ thống có thiết bị chứa) giúp khắc phục được các nhược điểm của hệ thống mở, vận hành và kiểm soát quá trình thuận tiện. Thông thường hệ thống ủ compost kín hiện đại được thiết kế hoạt động liên tục, khí thải được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học (biofilter). Các mô hình công nghệ ủ compost hệ thống kín thường được phân loại theo nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên cấu trúc và chuyển động của dòng vật liệu. Các mô hình công nghệ phổ biến nhất là: 2.2.1.1 Kiểu Dano (Phổ biến ở Đan Mạch) Thiết bị hình trụ, quay với tốc độ 1 vòng/1 phút. Nhiệt độ có thể lên trên 600C Cung cấp không khí bằng quạt thổi. Rác được lưu trong thiết bị từ 3 đến 5 ngày, sau đó tiếp tục được ủ 30 đến 60 ngày. Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ kiểu DANO 2.2.1.2 Kiểu Jersey Rác thải được chuyển từ tầng cao xuống thấp, mỗi ngày một tầng. Kiểu ủ này áp dụng với rác thải sinh hoạt, quá trình ủ hiếu khí. Hình 2.4: Sơ đồ qui trình ủ kiểu Jersey 2.2.1.3 Ủ kiểu hiếu khí cưỡng bức Hay còn gọi là phương pháp BARC (Beltsville Aerated Rapid Composting), phương pháp này hiệu quả hơn, bảo quản nhiệt độ lớn hơn các phương pháp thông thường, vì vậy tiêu diệt được phần lớn các vi sinh vật gây bệnh. Kích thước: L x W x H = 12 x 6 x 2,5 m Nhiệt độ 60 – 800C, thời gian từ 3 đến 5 ngày, duy trì ủ 10 ngày. 2.2.1.4 Ủ kiểu Trung Quốc Phương pháp này ủ không đảo trộn, thông khí bằng ống đục lỗ, sau 2 đến 3 ngày thì phủ trấu. Thời gian ủ 60 ngày. 2.2.1.5 Ủ kiểu windrow Phương pháp này đảo trộn liên tục để cung cấp khí và để trồn đều nguyên liệu, đẩy nhanh tốc độ phân hủy. Thời gian từ 20 đến 40 ngày, nhiệt độ tâm khối ủ khoảng 650C. Kích thước: L x W x H = 13 x 3 x 1,5 m  2.2.2 Các mô hình sản xuất Compost hiện nay tại Việt Nam Tại Việt Nam, một số mô hình xử lý chất thải rắn đô thị quy mô lớn cũng đã được đầu tư trong những năm gần đây. Trong đó có các dự án sử dụng nguồn vốn của Nhà nước và ODA, điển hình như tại Cầu Diễn - TP. Hà Nội (năm 2002) áp dụng công nghệ của Tây Ban Nha và tại TP. Nam Định (năm 2003) áp dụng công nghệ của Pháp. Một số dự án sử dụng nguồn vốn tư nhân đều áp dụng công nghệ trong nước như tại Thủy Phương - TP. Huế (năm 2004) áp dụng công nghệ An Sinh - ASC, tại Đông Vinh - TP. Vinh (năm 2005) và thị xã Sơn Tây - tỉnh Hà Tây (đang chạy thử nghiệm) áp dụng công nghệ Seraphin. Trong đó, các mô hình công nghệ ủ compost áp dụng ở đây có thể chia thành các loại hình cơ bản như sau: 2.2.2.1 Mô hình ủ compost kiểu chia ô không liên tục Mô hình ủ compost hệ thống nửa mở, kiểu chia ô không liên tục tại Cầu Diễn, Nam Định, Thủy Phương. Thông thường hệ thống được điều khiển thông khí tự động. Nói chung, các mô hình ủ compost kiểu này đều ở cấp độ đơn giản, vẫn còn những nguy cơ phát sinh mùi ô nhiễm do hệ thống chưa khép kín. * Ưu điểm: - Chi phí đầu tư ban đầu thấp thấp. - Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa. - Trình độ của công nhân không cần cao. * Nhược điểm: - Khâu phân loại chưa tốt, còn lẫn nhiều tạp chất ảnh hưởng không tốt đến các khâu sau này của công nghệ. Còn làm thủ công nhiều. - Mức độ cơ giới hóa, tự động chưa cao nên hiệu suất xử lý chưa cao. - Do còn thủ công nhiều nên công nhân tiếp xúc trực tiếp với môi trường độc hại, gây ảnh hưởng sức khỏe công nhân. Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ tại Cầu Diễn 2.2.2.2 Mô hình ủ compost kiểu luống Mô hình ủ compost kiểu luống động trong nhà kín tại Đông Vinh được thiết kế hoạt động liên tục, đảo trộn theo chu kỳ ngắn. Trong đó hỗn hợp nguyên liệu hữu cơ được đưa tới đầu vào của hệ thống, vận chuyển liên tục trong quá trình ủ bằng cách đảo trộn và sau cùng sản phẩm được lấy ra ở đầu cuối của hệ thống. Toàn bộ quá trình ủ compost ở đây được thực hiện trong nhà kín có thiết kế thông khí và xử lý khí thải bằng “biofilter”. Luống ủ được thiết kế với kích thước lớn và liên tục giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng, dễ vận hành. Mô hình ủ luống động cũng được áp dụng tại nhà máy xử lý rác Nam Thành Ninh Thuận. Nguyên liệu chủ yếu là rác thải sinh hoạt. Nguồn rác thải này được công ty trực tiếp thu gom tại thành phố Phan Rang Tháp Chàm và các khu vực lân cận với khối lượng trung bình từ 100-150 tấn/1ngày. Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận phức tạp (được nêu trong bảng1.1) cho nên đã ảnh hưởng lớn đến quá trình làm Compost. Qua nghiên cứu, ông Trần Đình Minh tổng giám đốc Công ty Nam Thành đã thành công và hoàn tất quy trình công nghệ sản xuất Compost.(xem hình 2.6). Bảng 2.1 Thành phần các chất có trong rác thải sinh hoạt tại Ninh Thuận STT Thành phần % Khối lượng 1 Chất hữu cơ 65 - 95 2 Giấy 0.05 - 25 3 Catton 0 - 0.01 4 Vải 0 - 5 5 Nilon 1.5 - 17.5 6 Nhựa cứng 0 - 0.1 7 Da 0 - 0.05 8 Gỗ 0 - 3.5 9 Cao su mềm 0 - 1.5 10 Cao su cứng 0 - 0.01 11 Lon, đồ hộp 0 - 0.06 12 Kim loại màu 0 - 0.03 13 Sắt 0 - 0.01 14 Thủy tinh 0 - 1.3 15 Sành, sứ 0 - 1.4 16 Xà bần, tro 0 - 6.1 (Nguồn: số liệu từ công ty Nam Thành) Hình 2.6: Qui trình công nghệ của công ty Nam Thành Ninh Thuận Rác sẽ được vận chuyển tập trung về nhà máy. Tại đây, rác thải sinh hoạt được phân loại, xử lý và chế biến thành compost phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Khối lượng và thành phần nguồn nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất compost của công ty được trình bày dưới đây: Nguyên phụ liệu Loại Khối lượng Rác thải sinh hoạt Chưa phân loại 100-150 tấn/1 ngày Men khử mùi NTC khử mùi 90 – 120 lit/1 ngày Men đặc chủng phân hủy hữu cơ NTC Protect 180 – 240 lit/ 1 ngày Men đặc chủng chế biến phân bón NTC KB Tùy theo số lượng sản xuất Nguồn: Số liệu từ công ty Nam Thành Từ nhà tiếp nhận, rác theo băng tải và được phân loại sơ bộ lần 1 (thủ công) để tách các vật thể có kích thước lớn, sau đó rác được đưa vào máy đập (xưởng 1) để xé các túi đựng rác, nghiền và tách sơ bộ các vật thể như gạch, cát, và các loại vỏ chai, sau đó rác theo băng chuyền qua hệ thống tách từ, thu sắt vụn, tách gió thu nilon. Tại xưởng 1, rác tiếp tục được phun vi sinh khử mùi, theo hệ thống băng chuyền đến xưởng 2 để tách lựa lần 2, sử dụng thiết bị như sàng lồng, tách từ, tách gió, tách thủ công và sàng cát loại bỏ các vật thể rắn không phân hủy như xà bần, cát, thủy tinh… và thu được sắt vụn, nilon, hữu cơ. Sau giai đoạn phân loại lần 2, rác thải tương đối đồng nhất (thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ cao hơn nhiều so với rác ban đầu) vật thể rắn không tái sản xuất được như xà bần, cát, thủy tinh sẽ được mang đi chôn lấp hợp vệ sinh và đúng qui định. Các vật thể tái sử dụng được đưa vào kho phế liệu để bán cho các cơ sở tái sản xuất. Còn các loại nhựa, hạt nhựa để sản xuất các loại bao bì. Tất cả các loại rác hữu cơ sau phân loại theo băng chuyền sẽ được phun vi sinh phân hủy vi sinh kháng bệnh, tiếp theo sử dụng xe cơ giới chuyển vào hầm ủ. Tại hầm ủ tiếp tục phun bổ sung vi sinh phân hủy khử mùi, kháng bệnh (phun khi xe cơ giới đổ rác vào hầm). Trước khi tiếp nhận rác vào hầm ủ, tổ kỹ thuật kiểm tra các chỉ tiêu như độ ẩm, tạp chất (cát, nilon, phi hữu cơ khác nếu vượt qui định cho quay lại tách lựa). Thời gian ủ trong hầm từ 20 - 30 ngày thì rác thải đã được mùn hóa, độ ẩm đạt từ 40 – 50%. Thời gian đầu của quá trình ủ nước từ khối ủ rỉ ra và được qui tụ vào các hố thu gom trên hầm ủ được xử lý và sử dụng tạo ẩm bổ sung, trong quá trình ủ, tiến hành đảo trộn định kỳ bằng xe chuyên dụng (rác mới ủ đảo trộn 10 ngày 1 lần, rác đã ủ được một thời gian thì đảo trộn 5 ngày 1 lần). Tổ kỹ thuật sẽ kiểm tra các chỉ tiêu theo qui định, nếu không đạt phải xử lý. Khi rác thải trong hầm ủ đạt các chỉ tiêu và đã mùn hóa tiến hành mang ra bãi ủ chín, mục đích chính là để giảm ẩm tự nhiên, thời gian từ 15 đến 20 ngày. Tổ kỹ thuật tiếp tục kiểm tra khi độ ẩm đạt 20-25% thì chuyển vào xưởng sản xuất mùn tinh (xưởng 3) với thiết bị như băng tải, máy đập, sàng lọc, sàng rung. Tại xưởng 4, mùn tinh được phối trộn với các phụ gia cho vào hệ thống tạo viên, sấy, giảm nhiệt, sàng phân loại để đồng nhất về kích thước hạt và cuối cùng đến hệ thống đóng bao tự động cho ra sản phẩm. Tại xưởng 5, các loại nhựa, nilon thu được từ khâu tách lựa của các xưởng được chuyển đến đây, xử lý loại bỏ tạp. Khi đạt yêu cầu sẽ được chế biến bằng máy ó định hình và sản xuất hạt nhựa theo chuẩn loại. Tất cả các loại nhựa, bao nilon thu từ khâu tách nhựa sẽ được chuyển đến phân xưởng 5. Phân xưởng này có nhiệm vụ phân loại, xử lý nguyên liệu theo kích thước, ly tâm bằng máy sau đó đưa ra sân phơi cho đến khi khô tuyệt đối và liên tục qua máy ó, định hình và sản xuất ra hạt nhựa tái sinh và phôi nhựa theo chủng loại. Sản phẩm tạo ra là các bánh “bò”, cung cấp cho các cơ sở sản xuất nhựa tái chế. Đây là loại mô hình công nghệ đơn giản với chi phí đầu tư không lớn. Tuy nhiên những vấn đề khó khăn tại đây là hệ thống thiết bị chưa được đầu tư đồng bộ và hiện đại, thiết bị đảo trộn không chuyên dụng có thể làm giảm hiệu quả khi vận hành, thể tích nhà chứa lớn nên việc thu hồi và xử lý khí thải cũng là vấn đề phức tạp, dễ ảnh hưởng đến môi trường làm việc. * Ưu điểm Dây chuyền công nghệ sản xuất khép kín, tái chế được phần lớn rác thải nên lượng rác bỏ ra bãi chôn lấp rất ít đã góp phần giảm diện tích xây dựng bãi chôn lấp. Hạn chế ô nhiễm phát sinh tại bãi chôn lấp hiện nay, góp phần bảo vệ môi trường sạch đẹp. Các phân xưởng được xây dựng sắp xếp khoa học và hợp lý, tạo điều kiện dễ dàng cho công nhân làm việc cũng như việc sản xuất đạt hiệu quả nhất. Khâu phân loại đầu vào rất chặt chẽ và nghiêm ngặt được thực hiện bằng tay, kết hợp với máy móc một cách hợp lý. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với chất lượng phân thành phẩm. Công nghệ máy móc với các thiết bị hoàn chỉnh dễ vận hành, chế tạo và thay thế. Trong nhà máy bao gồm cả phân xưởng cơ khí tạo điều kiện cho việc bảo trì sửa chữa các thiết bị máy móc được nhanh chóng, dễ dàng và thuận tiện. Đảm bảo vệ sinh trong và ngoài nhà máy, có hệ thống thu hồi nước rỉ rác tại khâu phân loại và ủ hiếu khí để sử dụng hồi ẩm, phục vụ cho quá trình ủ lên men, không gây ảnh hưởng đến tầng nước ngầm. Trong qui trình sản xuất nhà máy có sử dụng các chế phẩm sinh học để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng phân bón. Có qui trình công nghệ tái chế tạo ra nguồn lợi nhuận từ việc tái chế và sản xuất hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, tránh sử dụng lãng phí tài nguyên, vì đây là những vật liệu có thời gian phân hủy khá dài, nếu đem chôn lấp. Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí về năng lượng không quá cao. Trình độ vận hành của công nhân không đòi hỏi cao.  * Nhược điểm: Ở khâu sản xuất mùn tinh, bụi sinh ra từ hệ thống sàng rung gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường làm việc cũng như sức khỏe công nhân. Khâu phân loại rác đầu vào tại nhà máy, tuy đã có sự tham gia của máy móc nhưng phần lớn vẫn là phân loại thủ công do công nhân đảm nhiệm. Điều này làm tốn nhiều thời gian sản xuất, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân. Tốn mặt bằng xây dựng. 2.2.2.3 Mô hình ủ compost trong thiết bị kín Mô hình ủ compost trong thiết bị kín kiểu đứng hiện đang nghiên cứu và áp dụng tại thị xã Sơn Tây, theo phân loại là một trong những mô hình hiện đại tương tự như các mô hình công nghệ của Hoa Kỳ. Thiết bị ủ compost kín kiểu đứng được thiết kế theo nguyên lý hoạt động liên tục, vật liệu ủ được nạp vào hàng ngày qua cửa nạp liệu ở phía trên và tháo liệu từ phía đáy của thiết bị. Quá trình ủ compost diễn biến qua các giai đoạn dọc theo chiều đứng của thiết bị. Việc thông khí trong quá trình ủ compost được hỗ trợ nhờ hệ thống các ống phân phối đều bên trong thiết bị. Quạt hút bố trí ở phía trên tạo sự chênh lệnh áp suất, nhờ đó khối ủ compost cũng được thông khí dọc theo chiều đứng của thiết bị và theo hướng đối lưu từ dưới lên trên. Toàn bộ khí thải quá trình ủ compost được thu hồi và xử lý bằng “biofilter” giúp bảo vệ môi trường tốt hơn. Loại mô hình ủ compost này có nhiều ưu điểm, thuận tiện trong việc vận hành tự động, giảm yêu cầu diện tích nhà xưởng bởi tận dụng chiều cao thiết bị. Quá trình vận chuyển của vật liệu trong thiết bị nhờ trọng lực, thông khí cũng chủ yếu nhờ hiệu ứng đối lưu tự nhiên giúp giảm chi phí vận hành. Cấu trúc vận động của khối ủ bên trong thiết bị tạo ra các vùng hoạt động tối ưu tương ứng với các giai đoạn của quá trình ủ compost, giúp tăng cường hiệu quả, giảm thời gian quy trình và đảm bảo yêu cầu chất lượng đối với sản phẩm. Thiết bị kiểu kín cũng giúp kiểm soát tốt hơn các điều kiện môi trường cho hoạt động của vi sinh vật, dễ dàng kiểm soát mùi hôi. Ngoài ra hệ thống được kết nối từ các thiết bị đơn vị thành module, thuận lợi cho việc chế tạo, lắp đặt hay nâng cấp mở rộng công suất… Công nghệ AN SINH -_ASC và SERAPHIN sẽ được các cơ quan quản lý chức năng thẩm định, đánh giá, Nhà nước sẽ hỗ trợ kinh phí để hoàn thiện cho phù hợp với điều kiện Việt Nam và sau đó sẽ nhân rộng áp dụng trong cả nước. Hình 2.7: Công nghệ Seraphin. 2.3 Các phương pháp ủ compost 2.3.1 Phương pháp ủ theo luống dài: Phương pháp ủ compost ngoài trời là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất, vì phương pháp này là điển hình của phương pháp ủ phân qui mô lớn, cũng thường là tiêu chuẩn để các phương pháp khác làm so sánh. Phương pháp ủ co._.mpost ngoài trời là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được đổ thành từng luống ủ hẹp dài hoặc đống nhỏ. Các luống ủ này được làm thoáng bằng các phương tiện thụ động như khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt. Để hỗ trợ cho thoáng khí thụ động, các luống ủ này phải được xới trộn lên đều đặn. Xới trộn là một cách khuấy đảo nguyên liệu hoàn hảo được thực hiện bằng máy xới hoặc thiết bị trộn đặc biệt. Trong thực tế, số lần trộn và thời gian giữa các lần trộn rất khác nhau khoảng 3 hoặc 4 lần trong 6 đến 12 tháng cho tới 40 lần trong vòng 2 tháng. Việc xáo trộn và cung cấp nguồn dưỡng chất, làm nguyên liệu đồng nhất trong luống ủ; giải phóng gas và nhiệt; giải phóng nước, chất dinh dưỡng và vi sinh ra khỏi luống ủ; trao đổi khí từ môi trường oxy mất trên bề mặt luống ủ đến nơi oxy thiếu và ấm hơn gần trung tâm luống. Tùy thuộc vào sự cung cấp nguồn dưỡng chất và sự thâm nhập của thiết bị trộn, việc xới trộn cũng làm nhỏ đi kích thước hạt. Người ta thường nói rằng, việc xới trộn sẽ làm thoáng khí các luống ủ. Điều này đúng nhưng chỉ đúng với qui mô ủ giới hạn, mặc dù việc xới trộn bổ sung không khí sạch và oxy, vi sinh tiêu thụ oxy trong nhiều giờ. Giữa các lần xới trộn, các luống ủ phải thông khí thụ động để duy trì hiếu khí. Hơn nữa, việc xới trộn nguyên liệu xốp trong luống ủ làm gia tăng trạng thái xốp, giảm độ nén, và làm cho việc thoáng khí tự động trở nên hiệu quả hơn. Michel et al. (1996) cho rằng điều này không cần thiết trong trường hợp thử nghiệm xới trộn luống ủ trên sân phơi được xếp ngăn nắp, độ nén của các đống ủ tăng lên sau khi xới trộn – luống ủ trở nên nhỏ hơn sau khi xới. Tính hiệu quả của việc xới trộn trên các đống ủ có độ nén phụ thuộc vào việc cung cấp nguồn dưỡng chất và giai đoạn ủ compost. Nếu mất nguyên liệu dễ vỡ như lá cây, việc xới trộn làm giảm kích thước hạt và làm tăng độ nén đống ủ. Đối với nguyên liệu đã cô đặc như phân hoặc phân gần thành compost, việc xáo trộn làm giảm độ nén đống ủ. Tuy nhiên, hiệu quả chỉ có thể kéo dài trong vài ngày tới khi nguyên liệu được xới trộn nén xuống và trở nên nhỏ hơn. Do đó, nếu không xới trộn thường xuyên, hiệu quả xáo trộn làm thoáng sẽ rất thấp. Các luống ủ được quản lý theo mục tiêu và sự ưu tiên của người vận hành và nhà quản lý nhà máy. Vì vậy, ở một vài hệ thống ủ phân được xới trộn không thường xuyên khi người vận hành không có thời gian và thời tiết tốt. Mặt khác, công tác xới trộn hầu như xảy ra mỗi ngày dựa trên kết quả đo nồng độ CO2 và nhiệt độ. Hình thức phổ biến là xới trộn luống ủ theo điều kiện nhiệt độ. * Ưu điểm - Phương pháp ủ compost ngoài trời là cách tiếp cận vừa đơn giản vừa linh hoạt để sản xuất compost; - Dễ dàng điều tiết trong phạm vi rộng của việc cung cấp dưỡng chất, qui mô hoạt động, nguồn lực tài chính, thiết bị và chiến lược quản lý; - Phương pháp này được minh chứng là phương pháp ủ compost thành công. * Nhược điểm - Các luống ủ và mặt bằng dùng để xới trộn chiếm một diện tích rất lớn và do đó sẽ rất tốn kém khi xây dựng mái che; - Điều kiện hiếu khí không được duy trì liên tục trong các luống ủ. Do đó, đôi khi các luống ủ bị tình trạng kị khí và có mùi hôi bên trong. 2.3.2 Phương pháp ủ trong container Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứa trong container, túi đựng hoặc trong nhà. Thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho phương pháp này. Có nhiều phương pháp ủ trong container như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khí và ủ trong thùng xoay… Trong bể di chuyển theo phương ngang, vật liệu được ủ trong một hoặc nhiều bể phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ thì được áp dụng. Vật liệu ủ được di chuyển liên tục theo chiều dài ngăn phản ứng trong suốt quá trình. Trong container thổi khí, vật liệu ủ được chứa đựng trong các container khác nhau, như thùng chứa chất thải rắn hoặc túi polyethylene…thổi khí cưỡng bức được sử dụng cho quá trình ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container. Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu ủ thường được trộn ở bên ngoài trời, sau đó cho vào lại container. Trong thùng xoay, vật liệu được ủ trong một cái thùng xoay chậm theo phương ngang có thổi khí cưỡng bức. * Ưu điểm - Nhạy cảm với điều kiện thời tiết, khả năng kiểm soát mùi và quá trình ủ tốt hơn; - Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời; - Nhu cầu diện tích nhỏ hơn các phương pháp ủ khác; - Chất lượng compost tốt hơn các phương pháp ủ khác. * Nhược điểm - Vốn đầu tư cao; - Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao; - Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao; - Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao. 2.3.3 Phương pháp ủ theo đống thổi khí thụ động Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động là một phương pháp quản lý đơn giản được ứng dụng cho nguyên liệu phân hủy chậm như lá rụng, cành cây, vỏ cây, mảnh vụn gỗ, và một số phế phẩm nông nghiệp. Phương pháp này được trình bày trong một số cẩm nang và sách hướng dẫn đề cập đến việc tái sinh các các nguyên liệu đặc biệt này. Phương pháp ủ compost theo đống thoáng khí thụ động sử dụng cách làm compost nhẫn nại, chủ yếu dựa trên việc thông khí thụ động, phân hủy tự nhiên và thời gian để sản xuất compost, trong đó có một vài thao tác qui trình được thực hiện. Một số đống ủ có thể được kết hợp và pha trộn lên để điều chỉnh độ ẩm, độ xốp, độ nén và/hoặc tỷ lệ C/N, nhưng một khi đã tạo thành đống dài thì chúng sẽ không được xáo trộn trong vài tháng. Thông thường, các đống ủ được kết hợp sau khi chúng giảm thể tích xuống và sẽ được xáo trộn đều đặn bằng xe xúc. Hầu hết các đống ủ là các đống trải ra tự nhiên. Các đống ủ này tương đối to, thường cao từ 2 đến 5 mét. Thông thường chiều rộng gần gấp 2 lần chiều cao. Chiều dài đống ủ không ảnh hưởng tới quá trình ủ. * Ưu điểm Đây là phương pháp ủ compost mang lại thành công và kinh tế nhất nếu có đủ không gian và thời gian và nếu mùi hôi không bị chỉ trích. * Nhược điểm Chiếm diện tích mặt bằng khá lớn; Mất nhiều thời gian để phân hủy, thường từ 1 tới 3 năm; Ủ tĩnh trong khoảng thời gian dài sinh ra mùi hôi. 2.3.4 Phương pháp ủ theo đống thổi khí cưỡng bức Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức được phát triển vào những năm 1970 bởi nhóm nghiên cứu Phòng Nông Nghiệp Mỹ (USDA) để làm compost sinh học thể rắn từ các nhà máy xử lý nước thải (Willson, 1980). Trong đó, phương pháp thổi khí cưỡng bức được ứng dụng để làm giảm thời gian qui trình công nghệ và cũng giảm đi mùi hôi sinh ra từ chất thải rắn sinh học. Nó trở thành phương pháp điển hình làm compost chất thải rắn sinh học và được ứng dụng cho nguồn nguyên liệu rắn nhiều hơn các nguồn nguyên liệu khác. Phương pháp này có nhiều biến đổi, đặc biệt là ở phần công nghệ điều khiển nhưng căn bản vẫn giống nhau. Phương pháp ủ compost theo đống thổi khí cưỡng bức sử dụng quạt để làm thoáng khí và thông gió nguyên liệu làm compost. Không có hoạt động xới trộn ngoại trừ việc di dời nguyên liệu. Các đống ủ được xây dựng phía trên đỉnh của hệ thống thông gió cung cấp và phân phối không khí cho nguyên liệu. Thông gió cưỡng bức cung cấp khí oxy, làm mát đống ủ, thoát hơi nước và giải phóng CO2 và các chất bị phân hủy khác. * Ưu điểm Đây là phương pháp ứng dụng hiệu quả và đã được kiểm chứng; Giống phương pháp ủ ngoài trời, ứng dụng kỹ thuật đơn giản, chiếm mặt bằng ít hơn vàđược hỗ trợ thông gió chắc chắn hơn phương pháp thông gió thụ động, kể cả ủ ngoài trời. Rút ngắn thời gian ủ thành compost. * Nhược điểm Chi phí vận hành và bảo trì cao; Chi phí đầu tư tương đối cao; Chỉ thích hợp với chất thải rắn. 2.3.5 Phương pháp ủ dạng Silo hoặc tháp phản ứng Hệ thống ủ compost kiểu silo dùng một hoặc nhiều bình đứng loại lớn hoặc silo, trong đó nguyên liệu làm compost di chuyển từ trên đỉnh xuống đáy silo. Hoạt động bắt đầu khi một máy khoan hoặc cơ cấu khác lấy ra một phần compost từ phía đáy ra khỏi silo. Nguyên liệu phía trên dịch chuyển xuống phía dưới và hỗn hợp dưỡng chất mới được châm vào khoảng trống được tạo ra phía trên của silo. Mặc dù, nguyên liệu bên trong silo chuyển động, nhưng chúng cũng không được xáo trộn tốt. Do đó, nguyên liệu phải được trộn đều trước khi nạp vào silo. Thông thường nguyên liệu được lưu giữ trong silo từ 10 đến 30 ngày. Hầu hết, các hệ thống silo được làm thoáng bằng quạt. Không khí làm thoáng thường được cấp vào phía đáy và di chuyển ngược lên thông qua nguyên liệu làm phân trong silo. Khí này được thu tại đỉnh và thoát ra ngoài thông qua lọc sinh học.  Hình 2.8 : Mô hình thiết bị dạng Silo. Khi không khí đi từ lớp nguyên liệu phía dưới lên cuốn theo nhiệt, hơi ẩm và khí CO2. Do đó, không khí bị mất đi hiệu quả của chúng là phải cấp oxy và làm mát, vì thế rất khó để duy trì điều kiện ủ compost đồng bộ suốt chiều sâu. Để khắc phục được nhược điểm này, một số hệ thống sử dụng một bộ ống thông khí hẹp đặt phía dưới bên trong silo để đưa vào bên trong silo không khí sạch tại các độ sâu khác nhau. * Ưu điểm Vận hành tự động, hiệu quả xử lý cao, hiếm ít diện tích, thời gian xử lý ngắn. Khí sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học được xử lý trước khi thoát ra ngoài. * Nhược điểm Chi phí đầu tư ban đầu lớn, chi phí vận hành cao, vận hành phức tạp. 2.4 Lợi ích của Compost 2.4.1 Đối với môi trường Tiết kiệm tối đa đất sử dụng làm bãi chôn lấp chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và các vấn đề phát sinh từ rác thải từ các bãi chôn lấp. Giải quyết có hiệu quả các vấn đề về rác thải đô thị, thu hồi tối đa các vật liệu có thể tái chế như giấy bìa, thủy tinh, sắt thép… Sản xuất được hạt nhựa, phôi nhựa, bao bì từ rác thải. Chế biến phân hữu cơ vi sinh từ CTR hữu cơ, phục vụ cho nông nghiệp. Chứng minh rác thải không phải là 1 thứ bỏ đi mà là 1 nguồn tài nguyên cần được nhìn nhận, khai thác và sử dụng, góp phần tạo nên môi trường xanh, sạch, đẹp. 2.4.2 Đối với xã hội Giải quyết công ăn việc làm cho hàng trăm lao động địa phương. Tạo ý thức cho người dân về công tác bảo vệ môi trường và tầm quan trọng của việc xử lý rác thải thành các sản phẩm có ích. Giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của bãi rác đến đời sống cộng đồng. 2.4.3 Đối với kinh tế Đây là giải pháp công nghệ mang lại hiệu quả cao, chi phí đầu tư thấp nhât so với các giải pháp xử lý CTR khác. Giảm nguồn chi ngân sách của tỉnh hàng năm về hoạt động thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt 2.4.4 Đối với nông nghiệp Tái sử dung lượng chất hữu cơ có trong thành phần rác thải chế biến compost chất lượng cao, phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Cải tạo đất bac màu, tăng năng suất và chất lượng nông sản, hạn chế sâu bệnh, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân. 2.5 Chủng vi sinh vật 2.5.1 Phanerochaete chrysosporium: 2.5.1.1 Nguồn gốc và phân loại - Ngành : Basidiomycota - Lớp : Basidiomycetes - Bộ : Phanerochaetales - Họ : Phanerochaetaceae - Chi : Phanerochaete - Loài : Phanerochaete chrysosporium 2.5.1.2. Đặc điểm hình thái Phanerochaete chrysosporium là một trong những nấm tạo thành lớp trắng trên gỗ và phân hủy gỗ. Loài nấm này không bao giờ hình thành tai nấm trong chu kỳ sinh sản mà là hình thành những quả thể dẹp lan ra, xuất hiện ở mặt bên dưới của khúc gỗ như mạng nhện. Hệ thống enzyme phân hủy lignin của nấm này làm cho nó trở nên rất đặc biệt. Để hiểu về hệ thống này, ta cần phải biết rằng thành phần chủ yếu của gỗ là cellulose có màu trắng và lignin có màu nâu. Loài Phanerochaete tạo ra mục trắng trên gỗ. Phanerochaete chrysosporium có một số đặc điểm rất hữu dụng. Hình 2.9: Phanerochaete chrysosporium mọc trên thân keo tai tượng. Nó thích nghi với nhiệt độ tương đối cao (khoảng 400C), nghĩa là nó có thể mọc trên những lát gỗ ủ thành những đống compost có nhiệt độ khá cao. Những tính chất này cho thấy nấm này là một đối tượng tốt của công nghệ sinh học. Một số enzyme phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium cũng phân hủy được các chất thải độc hại như PCB’s (polychlorinated biphenyl) và PCP’s (pentachlorophenol). Nấm mục trắng thường tìm thấy nhiều trên thực vật hạt kín hơn là thực vật hạt trần trong tự nhiên. Thường thì các đơn vị syringyl (S) của lignin dễ bị tấn công hơn các đơn vị guaiacyl (G). Trong sợi gỗ, lớp lamella trung tâm chứa nhiều lignin G, trong khi ở vách tế bào thứ cấp thì lại chứa nhiều lignin S. Không giống như cellulose và hemicellulose, lignin không phải chủ yếu thẳng hàng mà là một polymer thơm không tương đồng và phức tạp, gồm những đơn vị phenylpropanol. Nấm mục trắng được biết như là những sinh vật có thể phân hủy hoàn toàn lignin thành carbonic và nước. Những năm gần đây người ta quan tâm nhiều đến sinh hoá học và di truyền học phân tử của sự phân hủy lignin thông qua những nghiên cứu chủ yếu trên nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium. Hệ thống phân hủy lignin của Phanerochaete chrysosporium không bị cảm ứng bởi lignin mà nó xuất hiện trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của quá trình nuôi cấy tức là khi sự tăng trưởng sơ cấp dừng lại do sự giảm một số thành phần dinh dưỡng. Sự chuyển hoá thứ cấp khởi đầu khi có sự hạn chế các chất như nitrogen, carbon hay sulphur nhưng không hạn chế phosphor. Sự điều hoà chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin được liên kết với chuyển hoá glutamate. Khi nuôi cấy nấm trong môi trường giới hạn nitrogen thì sự phân hủy lignin xảy ra. Trong sự liên kết này, Kirk và Fenn (1982) đã nghiên cứu rằng sự phân hủy lignin là một sự kiện chuyển hoá thứ cấp do hàm lượng nitrogen của gỗ thấp. Chẳng bao lâu sau khi nấm mục trắng tấn công gỗ, nitrogen sẽ bị thiếu và sự chuyển hoá thứ cấp bao gồm sự phân hủy lignin sẽ bắt đầu. Mặc dù liên quan giữa sự hạn chế nitrogen và sự phân hủy lignin bởi nấm mục trắng là phổ biến, nhưng đó không phải luôn luôn là quy luật. Do đó người ta có thể thêm nitrogen vào cho một nấm mục trắng nào đó trong các ứng dụng công nghệ sinh học khác nhau nhằm sử dụng lignin hay những hợp chất liên quan đến lignin có thể tăng hiệu quả của những nấm này. Người ta cho rằng có hai enzyme giữ vai trò chủ đạo trong việc polymer hoá lignin bao gồm 2 peroxidase nhân heme ngoại bào, đó là manganese peroxidase và lignin peroxidase cùng một hệ thống tạo ra H2O2. Tuy nhiên nấm mục trắng tiết ra một tổ hợp các peroxidase và oxidase. Trametes versicolor và Phlebia radiate có thể tạo ra một hay nhiều laccase cùng với LiP và MnP. Pleurotus sajor-caju tiết ra một aryl alcohol oxidase, một laccase và một số peroxidase. Bjerkenderu adusta tiết ra một aryl alcohol oxidase. Rigidoporus lignosus và Dichomitus squalens tiết ra một laccase và và một MnP. Do đó, nhiều loại enzyme oxy hoá có thể được nấm mục trắng sử dụng trong sự phân hủy lignin. Tuy nhiên một thành phần chủ yếu trong hệ thống phân hủy lignin của tất cả các nấm mục trắng chính là nguồn H2O2. Hai enzyme có liên quan đến hệ thống này là: MnP có thể hình thành H2O2 từ O2 khi có mặt của NADH, NADPH hay glutathione; và glyoxal oxidase (GLOX), một enzyme mới được tạo ra trong giai đoạn chuyển hoá thứ cấp của Phanerochaete chrysosporium và hoạt động bởi LiP thêm vào veratryl alcohol. Do sự phức tạp trong cấu trúc của lignin như sự có mặt của các liên kết trong những đơn vị khác nhau, sự bất thường trong sắp xếp của chúng… nấm phân hủy lignin không tạo ra enzyme có thể nhận ra và phân cắt tất cả những cấu trúc này. Nấm mục trắng đã giải quyết vấn đề này bằng sự tạo ra những enzyme có tính chuyên hoá thấp để khởi đầu những phản ứng oxy hoá trong lignin. Những bước khởi đầu trong sự depolymer hoá lignin bằng nấm mục trắng được xúc tác bằng enzyme không chuyên hoá dẫn tới một chuỗi phản ứng đa dạng. Sự oxy hoá không chuyên hoá của lignin được Kirk và Farrell gọi là quá trình “đốt cháy bằng enzyme”. Đến năm 1928, những nghiên cứu cho thấy tất cả các nấm mục trắng có hoạt động phenoloxidase ngoại bào. Kể từ phát hiện đó, vai trò của phenoloxidase (gồm peroxidase và laccase) trong sự phân hủy lignin được tranh luận nhiều hơn. Một nghiên cứu kỹ về những enzyme ngoại bào kết hợp với sự phân hủy lignin dẫn tới sự khám phá ra peroxidase ngoại bào ở Phanerochaete chrysosporium. Ngày nay người ta cho rằng hệ thống phân hủy lignin trong Phanerochaete chrysosporium bao gồm một tập hợp các enzyme là lignin peroxidase, manganese peroxidase và những enzyme tạo ra H2O2. Ngoài ra còn có một enzyme phân hủy lignin khác là laccase không được tạo ra bởi Phanerochaete chrysosporium nhưng được hình thành do nhiều nấm mục trắng khác. Năm 1983, có 2 nhóm nghiên cứu công bố về sự khám phá ra hoạt động của một enzyme ngoại bào đòi hỏi sự có mặt của H2O2 gọi là lignin peroxidase. Lignin peroxidase được mô tả là một glycoprotein chứa khoảng 15% carbohydrate và một nhóm phụ protoporphyrin sắt IX (heme). Lignin peroxidase có trọng lượng phân tử 41.000-42.000 và pH tối thích = 2; dưới pH này, enzyme không ổn định. Họ lignin peroxidase chứa nhiều isozyme, số lượng isozyme khác nhau đối với từng chủng nấm, điều kiện nuôi cấy và kỹ thuật tinh sạch, kỹ thuật phân đoạn. Hoạt độ của enzyme này được đo bằng sự oxy hoá veratryl alcohol cho ra veratraldehyde ở bước sóng 310nm. Lignin peroxidase không có cơ chất chuyên biệt, nó có thể oxy hoá những hợp chất lignin và liên quan đến lignin (có rượu hay không rượu), kết quả là phân cắt nối carbon α và carbon β, nối aryl carbon α, mở vòng thơm, oxy hoá rượu và demethoxyl hoá. Enzyme rất mẫn cảm nên dễ bị bất hoạt bởi H2O2 và hoạt động của nó cũng dễ bị ức chế bởi những thành phần của môi trường lignocellulose như acid ferulic. Veratryl alcohol tăng cường hoạt động của lignin peroxidase trên nhiều cơ chất lignin bằng cách hoạt động như một chất trung gian hay bằng cách bảo vệ enzyme chống lại sự bất hoạt. Hệ thống enzyme của sự phân hủy lignin đại phân tử phải đương đầu với nhiều khó khăn mới có thể hoạt động. Cơ chất là một polymer lớn không tương đồng đòi hỏi phải được tấn công bằng những tác nhân hoặc enzyme ngoại bào. Lignin không chứa những liên kết có thể thủy phân, điều này có nghĩa là các enzyme phải là enzyme oxy hoá. Những enzyme ngoại bào liên quan đến sự phân hủy lignin là lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), laccase. Thêm vào đó là các enzyme sản xuất ra hydrogen peroxide; glyoxal oxidase (GLOX) và aryl alcohol oxidase (AAO) thuộc nhóm này. LiP và MnP là những glycoprotein chứa haem, chúng cần hydrogen peroxide như một chất oxy hoá. Đa số nấm tiết ra nhiều isoenzyme vào môi trường nuôi cấy chúng. LiP oxy hoá những cấu trúc phụ nonphenolic lignin bằng cách lấy một điện tử và tạo ra những gốc cation và rồi những gốc này bị phân hủy hoá học. MnP oxy hoá Mn(II) thành Mn(III) và rồi oxy hoá những vòng rượu thành những gốc phenoxyl dẫn tới sự phân hủy các hợp chất. Những nghiên cứu trên nhiều nấm mục trắng khác nhau cho thấy MnP xuất hiện nhiều hơn LiP. Trong những năm gần đây, những đặc điểm và vai trò của MnP đã được nghiên cứu rộng rãi. MnP có vai trò chủ yếu trong sự depolymer hoá lignin và chloro-lignin cũng như demethyl hoá lignin và làm trắng bột giấy. Nếu có sự hiện diện của những acid hữu cơ phù hợp thì MnP có thể khoáng hoá một số lượng lớn lignin và những hợp chất kiểu lignin. Bảng 2.2 Các enzyme liên quan đến sự phân hủy lignin và những phản ứng chính:  Enzyme Phần phụ hay cơ chất, chất môi giới Phản ứng hay ảnh hưởng chính Lignin peroxidase ( LiP) H2O2, veratryl alcohol. Oxy hoá vòng thơm thành gốc cation. Manganese peroxidase (MnP) H2O2, Mn, acid hữu cơ như chelator, thiols, các lipid không bão hoà. Oxy hoá Mn(II) thành Mn(III), oxy hoá chelated Mn(III) các hợp chất phenolic thành các gốc phenoxyl; các phản ứng khác với sự hiện diện của các hợp chất thêm vào. Laccase (Lacc) O2, các chất môi giới như hydroxybenzotriazole hay ABTS. Phenol bị oxy hoá thành những gốc phenoxyl; những phản ứng khác với sự hiện diện của những chất môi giới. Glyoxal oxidase (GLOX) Glyoxal, methyl glyoxal. Oxy hoá glyoxal thành acid glyoxylic; sản xuất ra H2O2. Aryl alcohol oxidase (AAO) Rượu thơm (anisyl, veratryl alcohol) Oxy hoá rượu thơm thành aldehyde; sản xuất ra H2O2. Một số enzyme tạo ra H2O2 Nhiều hợp chất hữu cơ. Khử thành H2O2 Laccase là một oxidase chứa đồng, nó sử dụng oxy phân tử như chất oxy hoá, và nó cũng oxy hoá vòng phenol thành những gốc phenoxyl. Nó cũng có khả năng oxy hoá những hợp chất không rượu dưới những điều kiện nào đó, ví dụ phản ứng được bổ sung ABTS hay những phân tử trung gian khác. Đa số nấm mục trắng có thể sản xuất ra laccase. Sự phân tích hệ thống phát sinh loài của nấm mục trắng và các nấm đồng đảm (homo-basidio) khác dựa vào trình tự DNA ribosom có thể cho những hiểu biết mới về những mối quan hệ của những hệ thống phân hủy lignin khác nhau. Sự sản xuất ra LiP có thể là tiêu biểu cho nấm mục trắng, nhưng các chủng được phân loại vào nhóm Euagarics như Pleurotus osteatus, Agaricus bisporus thì thường sản xuất ra MnP và laccase và ít sản xuất ra LiP. Hầu như tất cả nấm mục trắng đều sản xuất ra MnP và laccase nhưng chỉ một số nấm mới có thể sản xuất ra LiP trong khi chỉ có enzyme này mới có thể tấn công các cấu trúc phụ nonphenolic của lignin. 2.5.2 Xạ khuẩn: 2.5.2.1 Vị trí của xạ khuẩn trong VSV Trước thế kỷ 19 người ta xếp xạ khuẩn vào nấm. Về sau do nghiên cứu sâu hơn người ta mới thấy chúng có nhân nguyên thủy, có kích thước nhỏ bé như vi khuẩn nên xếp vào vi khuẩn thật. Năm 1978 Gibbens và Murray chia các vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 4 ngành: ngành Gracilicutes (gồm các vi khuẩn gram âm), ngành Tenericutes (gồm xạ khuẩn và các vi khuẩn gram dương), ngành Mendosicutes (gồm các vi khuẩn mà thành tế bào không chứa peptidoglican) và ngành Mollicutes (gồm các vi khuẩn chưa có thành tế bào) Năm 1977 và 1980 Woese và cộng sự chia vi khuẩn nhân nguyên thủy thành 2 giới: giới vi khuẩn thật (Eubacteria) tương đương với 3 ngành Gracilicutes, Tenericutes và Mollicutes theo Gibbens và Murray, giới vi khuẩn cổ (Archaebacteria) tương đương với ngành Mendosicutes. 2.5.2.2 Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn Xạ khuẩn (Actinomycetes) là nhóm vi khuẩn thật(Eubacteria). Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces). Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới hàng triệu. Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium). Nhiều loại chỉ có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí sinh. Đường kính khuẩn ti xạ khuẩn thay đổi trong khoảng từ 0.2 – 1.0 µm đến 2 - 3µm Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần (conidia hay conidiospores). Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì được gọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores). Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa). Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55%. Trong số khoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và 1000 loài xạ khuẩn. Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất. Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử. Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia. Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài. Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm. Xạ khuẩn xuất hiện khi trong khối ủ có bổ sung 1/3 rơm rạ, khi nhiệt độ khối ủ tăng lên là khi xạ khuẩn phát triển mạnh. Hình 2.10: Một số chi xạ khuẩn: A-Microtetraspora B- Planomonospora C- Actinosynnema D- Actinobispora E- Saccharothrix F- Crosiella. Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc điều trị bệnh cho người và gia súc và cây trồng. Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ. Xạ khuẩn còn có khả năng tiết ra các enzym (proteas, amylaz...) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh ra aflatonxin độc cho người và gia súc. 2.5.3 Nấm Trichoderma: 2.5.3.1. Nguồn gốc và phân loại Nấm được xem là nhóm nguyên sinh động vật đa bào, không quang hợp và dị dưỡng. Hầu hết các loại nấm có khả năng phát triển trong điều kiện có độ ẩm thấp, là điều kiện không thích hợp cho vi khuẩn. Thêm vào đó, nấm có thể chịu được môi trường có pH khá thấp. Giá trị pH tối ưu cho hầu hết các nhóm nấm vào khoảng 5, 6; nhưng giá trị pH cũng có thể dao động trong khoảng 2 – 9. Quá trình trao đổi chất của các vi sinh vật này là quá trình hiếu khí chúng phát triển thành các sợi dài gọi là sợi nấm tạo thành từ nhiều tế bào có nhân và có chiều rộng thay đổi trong khoảng từ 4 – 20 µm. Do nấm có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ trong nhiều điều kiện môi trường thay đổi rất rộng, nên chúng được sử dụng rộng rãi. Trichoderma là chi khá phổ biến trong tự nhiên, đặc biệt là trong môi trường đất. Theo Gary J. Samuels, Trichoderma ít tìm thấy trong thực vật sống và chúng không sống nội ký sinh với thực vật. Ngày nay, hệ thống phân loại của nấm Trichoderma vẫn chưa rõ ràng và khá phức tạp, do đó có nhiều ý kiến khác nhau đưa ra khi phân loại giống nấm này. Theo Rifai (1969), Barnett H.L v Barry B. Hunter (1972), Trichoderma spp thuộc lớp nấm bất toàn Deuteromycetes (fungi imperfect); thứ tự vị trí phân loại như sau: Giới : Nấm Ngành : Ascomycota Lớp : Deuteromycetes (nấm bất toàn) Bộ : Moniliales Họ : Moniliaceae Giống : Trichoderma spp - Hiện nay, nấm Trichoderma được tìm thấy ít nhất 33 loài. Các loài có hoạt tính xenlulaza cao như Trichoderma koningi, Trichoderma lignorum và Trichoderma viride thuộc họ Deuteromycetes, bộ Moniliales. Hình 2.11: Nấm Trichoderma 2.5.3.2. Đặc điểm sinh hóa Trichoderma có thể sinh rất nhiều loại enzyme ngoại bào như chitinase, glucanase, xylase, lipase, pectinase, cellulase, protease, … để phân hủy xác thực vật và tế bào nấm bệnh trong đời sống hoại sinh và ký sinh của chúng. Sau đây là một số hệ enzyme điển hình ở Trichoderma. Cellulose là chất trùng hợp với tiểu đơn vị là D-glucose nối nhau bởi liên kết beta-1,4-glycosidic, cellulose được sử dụng như một nguồn năng lượng carbon ở rất nhiều vi sinh vật tiết ra cellulase. Hình 2.12: Công thức cấu tạo của cellulase Hệ enzyme cellulase ở Trichoderma spp được phân thành ba lớp: Beta-1,4-D-glucanase (cellobiohydrolase) giải phóng đơn vị cellobiosyl từ chuỗi cellulose. Endo-1,4-D-glucanase phân cắt liên kết glucosidic bên trong cấu trúc cellulose. Beta-1,4-D-glucanase phân cắt cello-oligosaccharide thành glucose khử. Quá trình thuỷ phân cellulose có sự phối hợp của ít nhất 1 enzyme chlobiohydrolase, hai enzyme endoglucanase và một enzyme beta-glucosidase (Hui et al. 2001), Trichoderma reesei RUT C30 được biết là chủng có khả năng tạo nhiều cellulase, Trichoderma hazianum T3 cũng là một chủng rất hiệu quả khi sử dụng để kiểm soát đối với Pythium, chủng này được biết cũng tạo nhiều loại enzyme cellulase. Chitin polysaccharide có nhiều trong tự nhiên, chúng tham gia trong hầu hết cấu trúc polyme ở nấm và côn trùng, công thức hóa học: [C8H13NO5]n. Chitin có cấu tạo và chức năng gần giống với cellulose, trong tự nhiên, chitin là chất hữu cơ chiếm thứ hai sau cellulose về số lượng, chitin thay thế một phần hay toàn bộ cellulose trong thành tế bào của một số loài thực vật. Chitin là chất rắn vô định hình, không tan trong nước và hầu hết các acid, alcol, dung môi hữu cơ khác. Tuy nhiên, chitin có thể bị thủy giải bởi acid vô cơ mạnh (HCl đậm đặc) hoặc bằng enzyme vi sinh vật. Enzyme chitinase l thủy giải chitin, chitinase xúc tác cắt liên kết C1 và C4 của 2 đơn vị: beta-1,4-N-acetylglucosamine (GlcNac). Hệ enzyme chitinase được phân thành 3 lớp (Sahai và Manocha, 1992): Chitobiosidase: enzyme này giải phóng đơn vị diacetylchitobiose. Endochitinase: phân cắt liên kết bền trong cấu trúc chitin ở vị trí bất kì, phóng thích các loại đường đa như chitotetraose, chitotriose,diacetylchitobiose; endochitinase được cho là có vai trò quan trọng trong quá trình kí sinh nấm. Beta-1,4-N-acetylglucosaminedase: phân cắt chitotetraose, chitotriose, diacetylchitobiose thành GlcNac monomer. Glucosamine là sản phẩm phân giải cuối cùng, glucosamine là một đường khử có nhóm amin tự do nên vừa có đặc tính của hexo monosaccharide vừa mang đặc tính của nhóm amino. Người ta đã tinh chế được rất nhiều enzyme chitinase, trong đó phổ biến nhất là endochitinase có kích thước 42 kDa, sau đó là N-acetyl-b-D-glucosaminidase có kích thước 70 – 73 kDa. Ngoài ra cũng có endochitinase 37 kDa và 33 kDa (Cruz và cộng sự, 1992), chitobiosidase kDa (Harman và cộng sự, 1993), exochitinase 28 kDa (Dean và cộng sự, 1998), beta-1,4-N-acetylglucosaminidase 102 kDa có vai trò duy nhất trong việc gây ra sự biểu hiện của các enzyme thủy phân chitin khác nhau nhưng chưa được tinh chế (Harman và cộng sự, 1995). Enzyme chitinase của Trichoderma spp được xem là enzyme có hoạt tính thủy phân mạnh, hoạt động thủy phân của chitinase cũng kết hợp với các enzyme khác như beta-glucanase, sự phối hợp với các enzyme phân giải chitin và glucan đã dẫn đến sự tăng cường hoạt động thủy phân. Tuy nhiên, quan trọng hơn là chitinase làm tăng hiệu quả kháng nấm của các hợp chất không có bản chất enzyme. Theo báo cáo của Lorito và các cộng sự (1994), cho biết có sự phối hợp hoạt động giữa các enzyme thủy phân chitin với các hợp chất tự nhiên cũng như tổng hợp có ảnh hưởng lên màng tế bào (MAC). Beta – glucan trong vách tế bào nấm thường ở dạng beta-1,3-glucan và phần nhánh là dạng beta-1,6-glucan, beta-glucanase cũng là một hệ enzyme quan trọng của Trichoderma spp trong đặc tính kí sinh nấm, gồm 2 lớp enzyme chính: beta-1,3-glucannase và beta-1,6-glucanase.Beta-1,3-glucanase:là enzyme phân cắt liên kết O-glycosidic của beta-1,3-glucan nhờ 2._.