Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp 1. Khái niệm, nguồn gốc của phế phụ phẩm nông nghiệp Khái niệm về phế phụ phẩm nông nghiệp Theo bách khoa toàn thư mở Wikipedia: “Chất thải là những vật và chất mà người dùng không còn muốn sử dụng và thải ra, tuy nhiên trong một số ngữ cảnh nó có thể là không có ý nghĩa với người này nhưng lại là lợi ích của người khác. Trong cuộc sống, chất thải được hình dung là những chất không còn được sử dụng cùng với những chất độc được xuất ra từ chúng”.org: “Chất thải hay còn gọi là rác thải có thể là bao bì, túi nilon, túi đựng thức ăn, giấy… Như vậy, rác thải là là tất cả những gì chúng ta không dùng tới và thải ra môi trường xung quanh.
Bạn có thể tìm thấy rác thải ở bất cứ nơi đâu từ nông thôn đến thành thị, từ đất nước nghèo đói đến các cường quốc lớn mạnh. Các loại chất thải nếu không được xử lý sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường” Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011: “Chất thải rắn nông nghiệp thông thường là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như: trồng trọt, thu hoạch nông sản, bao bì đựng phân bón, thuốc BVTV, các chất thải ra từ chăn nuôi, giết mổ động vật, .” Theo Nghị định 38 NĐ-CP về quản lý chất thải và phế liệu: “Các chất thải nguy hại là bao bì chứa hóa chất độc hại hoặc sản phẩm hóa chất độc hại sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp phải được thu gom, lưu giữ, vận chuyển và xử lý theo quy định về quản lý chất thải nguy hại”. Nguồn gốc phát sinh : Nguồn gốc phát sinh phế thải nông nghiệp từ nhiều nguồn khác nhau được biểu thị tóm tắt như sau: 1 Hình 1.1: Các nguồn phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp Phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng chủ yếu từ bốn nguồn chính như trên hình 1. Trong quá trình trồng trọt, phế phụ phẩm nông nghiệp chính là các xác thực vật đã chết, cành lá được cắt tỉa và các loại cây cỏ bị con người loại bỏ trong khi chăm sóc cây trồng.
Trong quá trình sinh trưởng của cây, để giúp cây phát triển tốt và chống lại các loại sâu bệnh con người đã sử dụng các loại hóa chất BVTV, các loại phân bón hóa học để bón cho cây trồng nhưng chai lọ và bao bì đựng các hóa chất đó lại bị vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở thành phế phụ phẩm nông nghiệp. Ngoài ra, phế phụ phẩm nông nghiệp còn phát sinh trong quá trình thu hoạch nông sản …Đây là nguồn phế thải chính trong tàn dư thực vật, hiện đang là nguồn gây ô nhiễm trầm trọng nếu không được xử lý kịp thời. Phân loại và thành phần của phế phụ phẩm nông nghiệp Phân loại Phế thải đồng ruộng được phân loại theo nhiều cách khác nhau như: theo nguồn gốc phát sinh, tính nguy hại, thành phần hóa học và theo khả năng phân hủy sinh học (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011). Theo nguồn gốc phát sinh: phế phụ phẩm gồm các phế thải có nguồn gốc từ các phế phụ phẩm trồng trọt và từ các bao bì đựng các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp.
Các phế phụ phẩm trồng trọt gồm các loại phế thải trong quá trình thu hoạch và chế biến nhiều loại cây trồng khác nhau như: các loại rơm, rạ sau thu hoạch lúa tại các cánh đồng, các loại lá, thân cây, cỏ dại tại các vườn cây, các phần giập của cây lúa không sử dụng được ở các ruộng sau khi thu hoạch… Chất thải từ các bao bì đựng các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp gồm chai, lọ… bằng thủy tinh hoặc nhựa được dùng làm vỏ đựng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử dụng được thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân đạm, phân lân và kể cả các hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) đã quá hạn sử dụng… Đây là các vật phẩm có tính nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích hợp. Theo tính chất nguy hại: phế phụ phẩm được chia làm hai loại: phế thải nguy hại và phế thải thông thường. + Phế phụ phẩm nông nghiệp thông thường là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Bao gồm các chất thải không chứa các chất và hợp chất có một trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường và sức khoẻ con người, bao gồm rơm rạ, thân lá thực vật… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
+ Phế phụ phẩm nông nghiệp dạng nguy hại chủ yếu phát sinh từ các hoạt động nông nghiệp (chai lọ đựng hóa chất BVTV và thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng), có chứa các chất hoặc hợp chất gây nguy hại trực tiếp hoặc tương tác với 3 các chất khác gây nguy hại gián tiếp tới môi trường và sức khoẻ con người. Bao bì hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Trong hoạt động trồng trọt, tình trạng sử dụng hóa chất trong nông nghiệp như phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật đang diễn ra tràn lan, thiếu kiểm soát. Do đó, có chứa các chất hoặc hợp chất gây nguy hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất khác gây nguy hại gián tiếp tới môi trường và sức khoẻ con người.
Theo thành phần hóa học: phế phụ phẩm được phân thành phế thải hữu cơ và phế thải vô cơ. Phế thải hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong phế phụ phẩm nông nghiệp, bao gồm các phế phụ phẩm trồng trọt như: rơm rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu, bã mía… Theo thống kê, 95% lượng phế thải hữu cơ trong nông nghiệp có khả năng tận dụng làm phân bón hoặc thu hồi nhiệt lượng. Phế thải vô cơ bao gồm các túi đựng phân hóa học, túi đựng thuốc trừ sâu, bảo vệ thực vật, chai lọ đựng thuốc trừ sâu, bình phun hóa chất bảo vệ mùa màng đã hỏng… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Theo khả năng phân hủy sinh học: phế phụ phẩm được phân thành chất có khả năng và không có khả năng phân hủy sinh học.
Chất thải có khả năng phân hủy sinh học là các loại chất thải có thành phần hữu cơ cao và chứa thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho quá trình sinh trưởng của các vi sinh vật (VSV). Các chất thải có khả năng phân hủy sinh học tốt như: cỏ dại, lá cây…các chất có khả năng phân hủy sinh học kém hơn như: rơm rạ, thân cây. Còn chất thải không có khả năng phân hủy sinh học là các chất vô cơ như: kim loại, nhựa, thủy tinh. Thành phần Phế phụ phẩm trồng trọt trên đồng ruộng mà chủ yếu là phế thải hữu cơ có thành phần rất phong phú và đa dạng.
Tuy nhiên, chúng đều thuộc hai nhóm hợp chất chính là nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon bao gồm: xenluloza, 4 hemixenluloza, pectin, lignin, tinh bột và nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ bao gồm: protein và kitin. Các hợp chất hữu cơ này không bất biến mà luôn luôn chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau (vật lý, hóa học và sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011) Xenluloza trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Xenluloza là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydratcacbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, xenluloza tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polisaccarit khác, hemixenluloza, pectin và lignin tạo thành liên kết bền vững. Hàm lượng xenluloza trong các chất khác nhau rất khác nhau, trong giấy là 61%, trấu là 31% (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
Hemixenluloza trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Hemixenluloza có khối lượng không nhỏ, chỉ đứng sau xenluloza trong tế bào thực vật, chúng được phân bố ở vách tế bào. Hemixenluloza có bản chất là polisaccarit bao gồm khoảng 150 gốc đường liên kết với nhau bằng cầu nối β-1,4 glucozit; β-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch nhánh ngắn có phân nhánh (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Lignin trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Lignin là những hợp chất có thành phần cấu trúc rất phức tạp, là chất cao phân tử được tạo thành do phản ứng ngưng tụ từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-P-cumarynic; trans-connyferynic; Trans-cynapylic. Lignin khác với xenluloza và hemixenluloza ở chỗ hàm lượng cacbon tương đối nhiều, cấu trúc của lignin còn có nhóm methoxyl (- OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C-C) hay (C-O) trong đó phổ biến là liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete.
Lignin dễ bị phân giải từng phần dưới tác dụng của Na2S2O3, H2SO3, CaSO2… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Thành phần và số lượng phế thải phụ thuộc vào vị trí địa lý và đặc điểm canh tác của từng vùng địa lý, mỗi quốc gia. Tuy nhiên, nhìn chung lượng phế 5 thải hữu cơ mà thành phần chủ yếu của chúng là các hợp chất cacbon khó phân giải chiếm đa số trên cánh đồng. Thực trạng sản xuất nông nghiệp và phế phụ phẩm nông nghiệp trên Thế giới và ở Việt Nam 1.
Thực trạng sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam 1. Khái niệm và một số thuật ngữ về nông nghiệp Nông nghiệp: Nông nghiệp là ngành sản xuất vật chất cơ bản của xã hội, sử dụng đất đai để trồng trọt và chăn nuôi, khai thác cây trồng và vật nuôi làm tư liệu và nguyên liệu lao động chủ yếu để tạo ra lương thực, thực phẩm và một số nguyên liệu cho công nghiệp. Nông nghiệp là một ngành sản xuất lớn, bao gồm nhiều chuyên ngành: trồng trọt, chăn nuôi, sơ chế nông sản; theo nghĩa rộng, còn bao gồm cả lâm nghiệp, thủy sản. (Bách khoa toàn thư mở Wikipedia) Nông nghiệp chuyên sâu: là lĩnh vực sản xuất nông nghiệp được chuyên môn hóa trong tất cả các khâu sản xuất nông nghiệp, gồm cả việc sử dụng máy móc trong trồng trọt, chăn nuôi, hoặc trong quá trình chế biến sản phẩm nông nghiệp.
Nông nghiệp chuyên sâu có nguồn đầu vào sản xuất lớn, bao gồm cả việc sử dụng hóa chất diệt sâu, diệt cỏ, phân bón, chọn lọc, lai tạo giống, nghiên cứu các giống mới và mức độ cơ giới hóa cao. Sản phẩm đầu ra chủ yếu dùng vào mục đích thương mại, làm hàng hóa bán ra trên thị trường hay xuất khẩu (Bách khoa toàn thư mở Wikipedia). Nông nghiệp hiện đại: vượt ra khỏi sản xuất nông nghiệp truyền thống, loại sản xuất nông nghiệp chủ yếu tạo ra lương thực cho con người hay làm thức ăn cho các con vật.