Đặt vấn đề

Việt Nam được đánh giá là một trong bốn quốc gia có sản lượng thanh long nhiều nhất thế giới. Hiện tại, diện tích trồng thanh long tại tỉnh Bình Thuận là 34.000 ha, sản lượng hàng năm đạt hơn 520.000 tấn. Vỏ hay là cùi thanh long, chiếm khoảng 22 - 44% tổng khối lượng của quả [1,7]. Năm 2018, nước ta đạt sản lượng thanh long hơn 1 triệu tấn, dựa vào phần trăm khối lượng vỏ thanh long cho thấy khối lượng chất thải vỏ thanh long phát sinh khoảng 220.000 - 440.000 tấn. Khi số lượng các doanh nghiệp chế biến thanh long xuất hiện càng nhiều thì chất thải vỏ thanh long càng lớn. Nếu như không xử lý đúng cách và hợp lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Theo các nghiên cứu tổng quan [2,3,4] trên thế giới đều thống nhất rằng, ấu trùng RLĐ xử lý chất thải hữu cơ phụ thuộc rất lớn về các yếu tố như mật độ ấu trùng, hàm lượng dinh dưỡng, kích thước, độ sâu của cơ chất,... Tuy nhiên, kích thước và độ sâu của cơ chất phụ thuộc khá nhiều về phương pháp xử lý sơ bộ đối với chất thải ban đầu. Từ những vấn đề nêu trên, nhóm tiến hành thực hiện đề tài: 

“Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý sơ bộ đến hiệu quả xử lý chất thải vỏ thanh long bằng ấu trùng ruồi lính đen”.

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu

Trước khi thực hiện thí nghiệm, nhóm tiến hành thu gom, phân loại và xử lý sơ bộ cơ chất theo 3 phướng pháp như sau: (1) giữ nguyên, (2) xay nhuyễn và (3) xay nhuyễn có kiểm soát độ ẩm của cơ chất. 3 thực nghiệm lần lượt được ký hiệu là A, B và C. Cứ mỗi 100 gram vỏ thanh long khô thì có 6,03% protein, 6,14% chất béo hàm lượng khoáng thấp. Độ ẩm của vỏ thanh long chiếm 91,19 % [1]. 

Nghiệm thức A được thực hiện bằng cách trộn đều 90% vỏ thanh long và 10% cám công nghiệp. Nghiệm thức sử dụng phương pháp xử lý sơ bộ giữ nguyên hình dạng cơ chất. 

Nghiệm thức B được thực hiện bằng cách xay nhuyễn và trộn đều 90% vỏ thanh long với 10% cám công nghiệp. Nghiệm thức này không kiểm soát độ ẩm. 

Nghiệm thức C được thực hiện bằng cách xay nhuyễn, trộn đều 90% vỏ thanh long với 10% cám công nghiệp, và xử lý độ ẩm của cơ chất. Đối với thực nghiệm này nhóm tiến hành xử lý độ ẩm bằng 2 bước. Bước 1 là dùng máy ép nước và Bước 2 sử dụng máy sấy. Cơ chất được sấy ở nhiệt độ dưới 60# đến khi độ ẩm đạt 60%. 

Phương pháp nghiên cứu

Tất cả các nghiệm thức được thực hiện trong các hộp nhựa riêng lẻ có kích thước giống nhau (32x20,5x17 cm). Mỗi hỗn hợp được xử lý bởi 1.968 ấu trùng (kích thước chiều dài>2 mm, 5 ngày tuổi), mật độ nuôi là 3 con/cm2. Thí nghiệm được dừng lại khi số lượng ấu trùng đã chuyển qua giai đoạn cuối cùng với tỉ lệ trên 50%. 

Đánh giá về các phương pháp xử lý sơ bộ chất thải

Các công thức được sử dụng để đánh giá khả năng sinh trưởng của ấu trùng và hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ bao gồm công thức tính độ ẩm, tỉ lệ sống xót, hiệu suất xử lý chất thải, độ lệch chuẩn, đo thực thực nghiệm,...

Bảng 1. Ưu và nhược điểm của 3 phương pháp 

Kết quả và thảo luận

Đánh giá yếu tố sinh thái trong 3 quy trình nuôi ấu trùng

Nhiệt độ thích hợp của ấu trùng trên 4 ngày tuổi là từ 26 - 380C, nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây tổn hại và đặc biệt có thể gây chết đối với ấu trùng RLĐ [5]. 

Hình 1. Sự biến thiên nhiệt độ ở nghiệm thức A

Theo kết quả Hình 1, nhiệt độ của nghiệm thức A biến thiên từ ngày đầu tiên đến ngày kết thúc quy trình và dao động từ 260C đến 340C. Trong quá trình xử lý thức ăn, ấu trùng RLĐ có xu hướng quần tụ và sinh nhiệt do đó nhiệt độ cơ chất tăng cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. 

Hình 2. Sự biến thiên nhiệt độ ở nghiệm thức B

Từ kết quả Hình 2, nhiệt độ của nghiệm thức B dao động từ 250C đến 350C. Sự biến thiên nhiệt độ diễn ra theo một quy luật tương đối khác so với nghiệm thức A. Trong nghiệm thức này, nhóm tiến hành xử lý chất thải bằng phương pháp xay nhuyễn. Do đó, ấu trùng được cung cấp một lượng thức ăn tương đối lớn mà không phải đợi các thành phần vỏ thanh long tự phân hủy. Tuy nhiên, điều này cũng có thể trở thành điểm bất lợi nếu lượng cơ chất vượt quá khả năng xử lý của ấu trùng mà cụ thể nghiệm thức đang nuôi với mật độ 3 con/cm2. Quá trình trên được lý giải bằng việc nhiệt độ của cơ chất và nhiệt độ môi trường xung quanh không thay đổi đáng kể ở 6 ngày đầu tiên. sau thời gian này, sự biến thiên nhiệt độ của nghiệm thức B cũng theo quy luật tương tự như của nghiệm thức A.

Nghiệm thức C

Hình 3. Sự biến thiên nhiệt độ ở nghiệm thức C

Qua kết quả Hình 3, nhiệt độ cơ chất của nghiệm thức C dao động từ 250C đến 40,50C. Nhiệt độ của cơ chất trong ngày 20/11 là 40,50C vượt quá nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển trong giai đoạn đầu của nhộng. Điều này có thể gây nên sự tổn hại và hao hụt cho ấu trùng do nhiệt độ của cơ chất rơi vào vùng chống chịu. Tuy nhiên, việc kiểm soát độ ẩm ở 60% lại là một lợi thế vì đây là điều kiện tối ưu để tách ấu trùng ở giai đoạn đóng kén ra khỏi cơ chất.

Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của ấu trùng RLĐ

Về chiều dài: Kích thước chiều dài sau khi kết thúc giai đoạn nhộng của RLĐ: Chiều dài trung bình lớn nhất của nhộng rơi vào nghiệm thức B với giá trị là 20,85 mm. Tiếp đến, chiều dài trung bình ngắn nhất rơi vào nghiệm thức C với giá trị là 20,15 mm. Nghiệm thức A có chiều dài trung bình của nhộng lớn nghiệm thức C nhưng ngắn hơn đối với nghiệm thức B. Trong 3 nghiệm thức thì nghiệm thức B có tính đồng đều cao hơn hai nghiệm thức. Tiếp theo sau đó là nghiệm thức A và C.

Về chiều ngang: Kích thước chiều ngang sau khi kết thúc giai đoạn nhộng của RLĐ: Chiều ngang trung bình lớn nhất rơi vào nghiệm thức A với giá trị trung bình là 4,35 mm. Tiếp đến, hai nghiệm thức B và C có chiều ngang trung bình tương đối giống nhau lần lượt là 3,95 mm và 3,9 mm. Cũng giống như độ đồng đều về chiều dài thì độ đồng đều theo chiều ngang của nhộng được được xếp theo trật từ từ cao đến thấp như sau nghiệm thức B > nghiệm thức A > nghiệm thức C.

Thời gian xử lý cơ chất được tính từ ngày đầu tiên ấu trùng tiếp cận hỗn hợp phối trộn giữa vỏ thanh long và cám công nghiệp (ấu trùng 5 ngày tuổi) đến lúc số lượng nhộng đen chiếm tỉ lệ trên 50%. Tổng thời gian xử lý là 28 ngày. Để tính được tỷ lệ hao hụt, nhóm cần xác định được tổng số ấu trùng ban đầu và sau khi xử lý cơ chất. Số liệu sẽ được thể hiện chi tiết ở Bảng 2:

Bảng 2. Số lượng ấu trùng trước và sau xử lý cơ chất

Dựa theo kết quả Bảng 3, tỷ lệ hao hụt được xếp theo tỉ lệ từ thấp đến cao lần lượt 5,5% của nghiệm thức C, 7,1% của nghiệm thức B và 11,6 % của nghiệm thức A. Số lượng ấu trùng hao hụt của nghiệm thức C là thấp nhất, cho thấy việc duy trì điều kiện độ ẩm 60% đã phát huy hiệu quả. 

Hiệu suất xử lý chất thải của ấu trùng RLĐ được tính bằng thương số giữa khối lượng cơ chất còn lại trên tổng khối lượng cơ chất được bỏ vào mỗi khay.

Bảng 3. Hiệu suất xử lý chất thải hữu cơ của RLĐ

Theo kết quả Bảng 3, hiệu suất xử lý chất thải của nghiệm thức C là cao nhất đạt 75,5%. Tiếp theo là nghiệm thức A và B lần lượt đạt giá trị 73,3% và 60,29%. Việc hao hụt ấu trùng trong quá trình nuôi ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của việc xử lý chất thải. Khi nghiệm thức C có tỉ lệ hao hụt thấp nhất và đạt được kết quả xử lý chất thải cao hơn hai nghiệm thức còn lại. 

Kết luận

Ấu trùng được nuôi trong nghiệm thức B (có xử lý sơ bộ xay nhuyễn) có chiều dài trung bình lớn nhất là 20,85 mm. Ấu trùng xử lý chất thải trong nghiệm thức A (để nguyên cơ chất) có chiều ngang lớn nhất là 4,35 mm. Tuy nhiên, tỉ lệ hao hụt ấu trùng của nghiệm thức C là thấp nhất là 5,5% và hiệu suất xử lý chất thải cũng cao nhất đạt 75,5%. 

Kiến nghị

Để việc nghiên cứu về các phương pháp xử lý sơ bộ đạt hiểu quả tốt hơn trong xử lý chất thải, nghiên cứu cần bổ sung thêm các nghiệm thức về mật độ ấu trùng, chiều cao của cơ chất, phân tích độ ẩm trong từng giai đoạn của ấu trùng,... Ngoài ra, cần tính toán tính hiệu quả của mô hình xử lý (chi phí-lợi ích). 

Tài liệu tham khảo

1.    Bộ TN&MT, Báo cáo Hiện trạng Môi trường Quốc gia, năm 2019;

2.    Nguyen V. H. Phuong, Tran T.T, Le M. T., Nguyen T.T. Thao, Bui T.T. Ha, Huynh T.TTuyet, 2022, Nghiên cứu xử lý chất thải hữu cơ bằng ruồi Lính Đen (Hermetia illusens) quy mô phòng thí nghiệm. Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm 22 (2), 41-51, https://jstf.hufi.edu.vn/uploads/files/so-tap-chi/nam-2022/Tap-22-So-2/5_41-51.pdf;

3.    Surendra K.C., Tomberlin J.K., van Huis A., Cammack J.A., Heckmann L-L.H., Khanal S.K., 2020 - Rethinking organic wastes bioconversion: Evaluating the potential of the black soldier fly (Hermetia illucens (L.)) (Diptera: Stratiomyidae) (BSF), Waste Management 117 (2020) 58-80. https://doi.org/ 10.1016/j.wasman.2020.07.050;

4.    Singha A., Kumaria K., 2019, An inclusive approach for organic waste treatment and valorisation using Black Soldier Fly larvae: A review, Journal of Environmental Management 251, https://doi.org/ 10.1016/j.jenvman.2019.109569;

5.    Olipriya B., Kandasamy P., Sudip K. D., 2022, Effect of dragon fruit peel powder on quality and acceptability of fish nuggets stored in a solar cooler (5 ± 10C), Journal of Food Science and Technology, 59, 3647–3658, https://link.springer.com/article/10.1007/ s13197-022-05377-5;

6.    Lalander C.C., Ermolaev E., Wiklicky V., Vinner#s B., Process efficiency and ventilation requirement in black soldier fly larvae composting of substrates with high water content, Science of the Total Environment 729 (2020) 138968. https://doi.org/ 10.1016/j.scitotenv.2020.138968;

7.    Lê Đức Ngoan, Nguyễn Hải Quân, Phạm Thị Phương Lam, Nguyễn Duy Quỳnh Trâm (2021). Tổng quan về sử dụng ấu trùng Ruồi lính đen (Hermetia illucen) làm thức ăn trong chăn nuôi và nuôi trồng thuỷ sản, Tạp chí Khoa học công nghệ nông nghiệp và phát triển nông thôn.

NGUYỄN VŨ HOÀNG PHƯƠNG¹, TRẦN THANH TÚ^2*, NGUYỄN THỊ THU THẢO¹, BÙI THỊ NGỌC HÀ¹,

HUỲNH THỊ THANH TUYẾT¹, TRẦN LÊ HIẾU GIANG¹, LÊ MINH THÀNH¹

1Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh

2Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 5 (Kỳ 1 tháng 3) năm 2023