Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về phế phụ phẩm đồng ruộng 1. Khái niệm Phụ phẩm nông nghiệp là những sản phẩm nông nghiệp không đạt tiêu chuẩn về kích thước, phẩm chất, giá trị sử dụng.đã quy định phải loại bỏ nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng hoặc chế biến. Theo tổng cục môi trường năm (2014), (Phế phụ phẩm dồng ruộng ở Việt Nam), phụ phẩm nông nghiệp là chất rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như: trồng trọt (thực vật chết, tỉa cành, làm cỏ), thu hoạch nông sản (rơm rạ, trấu, cám, lõi ngô, thân ngô).
Đây là loại phế thải có khả năng phân huỷ sinh học do nó có chứa thành phần hữu cơ, vi sinh vật có khả năng phân huỷ sử dụng làm dinh dưỡng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của mình. Nguồn gốc phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp từ quá trình chế biến các loại cây công nghiệp, cây lương thực, sản xuất hoa quả, thực phẩm. đây cũng là nguồn nguyên liệu khổng lồ luôn luôn tồn tại và ngày càng gia tăng. Theo Huỳnh Ngọc Điền năm (2014), thì phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu cơ còn non hoặc xanh; có thể sơ cứng vì silic hoá như trấu hay lignin hoá như gỗ, có thể được xem như là một dạng tích trữ năng lượng từ mặt trời nhờ quá trình tổng hợp, quá trình sinh học khác trong sản xuất nông nghiệp.
Nguồn gốc Nguồn gốc phát sinh phế phụ phẩm đồng ruộng từ nhiều nguồn khác nhau và được thể hiện qua hình sau: PHẾ Trồng trọt PHỤ Thu hoạch nông sản (thực vật chết, tỉa PHẨM (rơm rạ, trấu, cám, thân, cành, làm cỏ. Nguồn phát sinh phế phụ phẩm đồng ruộng 3 Phế phụ phẩm đồng ruộng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như trong quá trình trồng trọt, thu hoạch nông sản. Trong quá trình trồng trọt, phế phụ phẩm 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. Ngoài ra phế phụ phẩm đồng ruộng còn phát sinh trong quá trình thu hoạch nông sản như rơm rạ, thân lõi ngô, trấu, cám,.
Đây là nguồn phế phụ phẩm chính trong phế phụ phẩm đồng ruộng và đang là nguồn gây ô nhiễm trầm trọng nếu không xử lý kịp thời. Thành phần Theo Nguyễn Xuân Thành,(2010), trong giáo trình Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường thì Phế phụ phẩm đồng ruộng chủ yếu là phế phụ phẩm hữu cơ có thành phần rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, nói chung chúng đều thuộc nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon gồm có xenluloza, hemienxenluloza, pectin, lignin, tinh bột và nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ gồm có protein và kitin. Các hợp chất hữu cơ này không bất biến mà luôn luôn chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên.
Xenluloza trong phế phụ phẩm đồng ruộng: 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 hệ 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, (1998), trong công trình Nghiên cứu và áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ từ nguồn phế thải hữu cơ thì hemixenluloza trong phế phụ phẩm đồng ruộng: Hemixenluloza trong tế bào thực vật có khối lượng không nhỏ chỉ đứng sau Xenluloza, chúng được phân bố ở vách tế bào. Chúng 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 ngắn có phân nhánh Lignin trong phế phụ phẩm đồng ruộng: Lignin là những hợp chất có thành phần cấu tạo phức tạp.
Lignin khác xenluloza ở chỗ hàm lượng cacbon trong tàn dư thực vật tương đối nhiều. Lignin dễ bị phân huỷ từng phần dưới tác dụng của Na2SO3 và H2SO4,.nhưng lại không hoà tan trong dung dịch hữu cơ thông thường. 4 Đặc biệt, lignin rất bền vững dưới tác dụng của enzim do đó gây cản trở quá trình phân giải lingo – xenluloza. Có khoảng 15 enzim tham gia vào quá trình phân giải lignin.
Ligninaza không phân huỷ thành các tiểu phần hoà tan như quá trình phân huỷ xenluloza và trong cấu trúc của lignin có một số ít liên kết có thể bị thuỷ phân. Tiến trình phân giải lignin bởi vi sinh vật được đặc trưng bởi các phản ứng: - Cắt oxy hoá mạch bên của đơn vị phenyl propan; - Hình thành nhóm cacboxyl thơm; - Tách nhóm methoxyl (Nguyễn Thị Kim Cúc và Cs, 2000). Thực trạng phát sinh phế phụ phẩm đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam 1. Thực trạng phế phụ phẩm đồng ruộng trên thế giới Đảm bảo vấn đề an ninh lương thực trong giai đoạn hiện nay, đòi hỏi các quốc gia trên thế giới không ngừng mở rộng diện tích sản xuất, sản lượng như áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nâng cao năng suất, sản lượng nông sản.
Đồng nghĩa việc này là ngành nông nghiệp cũng để lại một lượng phế phụ phẩm hằng năm rất lớn với thành phần ngày càng phức tạp. Sản lượng gạo và lượng phế thải rơm rạ sau thu hoạch ở một số quốc gia, vùng lãnh thổ sản xuất gạo chính trên thế giới Sản lượng gạo Tổng lượng rơm rạ thải Quốc gia (triệu tấn/năm) ra (triệu tấn/năm) Trung Quốc 204,3 103,1 Ấn Độ 115,6 62,5 Việt Nam 44,52 20,6 Cam-pu-chia 7,4 3,6 Lào 4,35 1,78 Thái Lan 21,2 13,5 Myanmar 26,8 15,2 Indonesia 32,4 17,8 Philippin 12,9 7,6 Các quốc gia Đông 125,3 80,08 Nam Á (Nguồn: Báo nhân dân điện tử, 2020) 5 Theo ước tính của Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc FAO (2014), mỗi năm có khoảng 3 tỷ tấn phế phụ phẩm đồng ruộng phát sinh trên phạm vi toàn thế giới, trong đó các phế phụ phẩm từ cây lúa chiếm một sản lượng lớn nhất tới 863 triệu tấn. Phế phụ phẩm từ cây lúa mì và ngô tương ứng là 754 và 591 triệu tấn. Hiện nay thế giới có rất nhiều phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp, tuỳ theo điều kiện kinh tế cũng như thành phần phế thải mà người ta sử dụng phương pháp và công nghệ xử lý phù hợp.
Ta thấy lượng phế thải rơm rạ của Trung Quốc là lớn nhất đến 103,1 triệu tấn và nhỏ nhất là Lào với sản lượng và lượng phế thải rơm rạ ít, chỉ 2 triệu tấn. Như vậy phế thải đồng ruộng không chỉ là vấn đề đáng lo ngại đối với nước ta mà còn của rất nhiều nước trên thế giới. Thực trạng phế phụ phẩm đồng ruộng tại Việt Nam Việt Nam là một nước với nền kinh tế chủ yếu thu từ sản xuất nông nghiệp với rất nhiều loại cây trồng mà chủ yếu là cây lúa với diện tích và sản lượng rất lớn, cùng với đó là lượng phế phụ phẩm lớn phát sinh. Diện tích, sản lượng và phụ phẩm một số cây trồng chính 2020 Diện tích Sản lượng Phụ phẩm Cây trồng (1000ha) (1000 tấn) (1000 tấn) Lúa 4149,4 15100 642 Ngô 833,7 4910 258,4 Khoai 93,2 1370 59,35 Lạc 155,6 458,7 20,7 Đậu tương 33,6 80,8 1,2 Rau, đậu 833,0 17090 526,6 (Nguồn: Vietnam BusinessForum,2020) Như vậy lượng phế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam tính đến năm 2020 rất lớn, trong đón lớn nhất vẫn là phế phụ phẩm rơm rạ.
Tác động của phế phụ phẩm đồng ruộng đến môi trường và sức khỏe con người Theo các số liệu thống kê ở trên cho thấy lượng phế thải do hoạt động nông nghiệp để lại hàng năm là rất lớn. Nếu lượng phế thải này không được xử lý, quản 6 lý chặt chẽ thì nó sẽ làm nảy sinh một số vấn đề như ảnh hưởng đến môi trường đất, môi trường nước, không khí và sức khỏe cộng đồng. Tác động của phế phụ phẩm trồng trọt tới môi trường đất là không lớn vì thành phần của chúng chủ yếu là chất hữu cơ có tác dụng tốt đối với đất và cây trồng nhưng nếu không được xử lý có thể trở thành ổ lây lan dịch bệnh trên đồng ruộng. Tác động của phế phụ phẩm đồng ruộng tới môi trường nước là việc các loại chất thải nguy hại không được thu gom hợp lý bị rửa trôi gây ô nhiễm môi trường nước mặt và nước ngầm.
Ngoài ra, rơm rạ sau thu hoạch không được thu gom mà vứt bừa bãi ra mương máng, sau một thời gian chúng bị phân hủy gây nhiễm bẩn nguồn nước mặt và làm ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường xung quanh. Nếu không xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng đúng cách thì nó còn ảnh hưởng tới sức khỏe của con người. Quá trình phân hủy phế phụ phẩm đồng ruộng ngoài môi trường sinh ra các chất khí và kèm theo đó là các vi sinh vật gây bệnh đi theo các nguồn nước mặt làm ảnh hưởng tới đời sống hàng ngày và sức khỏe của người dân. Ngoài ra, trong quá trình thu hoạch lúa, rơm rạ được người dân đốt ngay trên đường đã làm ảnh hưởng đến giao thông và gây tai nạn cho những người tham gia giao thông.
Thông qua những tác động trực tiếp đến môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và gây ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe của người dân như gây ra các bệnh về hô hấp, tiêu hóa…Vì vậy, cũng cần có các biện pháp xử lý, quản lý thích hợp vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu được các tác động xấu tới môi trường. Tạ Bá Hưng và Cs (2019) trong nghiên cứu Nguồn phế thải nông nghiệp rơm rạ và kinh nghiệm thế giới về xử lý và tận dụng có viết việc đốt rơm rạ ngoài trời là một quá trình đốt không kiểm soát, trong đó dioxit cacbon (CO2), sản phẩm chủ yếu trong quá trình đốt được giải phóng vào khí quyển cùng với cacbon monoxide (CO), khí methane (CH4), các oxit nitơ (NOx) và một lượng tương đối nhỏ dioxit sulphur (SO2). Tại châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu cho thấy, hàng năm nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ước tính đạt 0,37 Tg SO2, 2,8 Tg NOx, 1100 Tg 7 CO2, 67 Tg CO và 3,1 Tg methane (CH4). Riêng lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trống theo ước tính đạt: 0,10 Tg SO2, 0,96 Tg NOx, 379 Tg CO2, 23 Tg CO và 0,68 Tg CH4.
Tính kinh tế trong quản lý và xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng 1.