MỞ ĐẦU Diện tích gieo cấy lúa khoảng 80.900 ha, chiếm tới 93% diện tích cây lƣơng thực có hạt của tỉnh Ninh Bình [21]. Trƣớc đây, sau khi thu hoạch, ngƣời nông dân trong tỉnh thƣờng mang rơm rạ về nhà đánh đống để đun nấu, làm thức ăn cho gia súc, lợp nhà, ủ chuồng làm phân bón…Nhƣng trong những năm gần đây, do những biến đổi trong đời sống kinh tế xã hội, một tỷ lệ đáng kể các hộ nông dân đã không còn sử dụng rơm rạ vào những mục đích nhƣ trƣớc mà thay vào đó rơm rạ đƣợc đốt ngay ở ngoài đồng ruộng. Lƣợng rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng ngày càng tăng đã tạo ra lƣợng khí thải lớn, gây ô nhiễm môi trƣờng (ÔNMT). Đồng ruộng do đó bị khô, chai cứng, một lƣợng nƣớc lớn bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm rạ.
Quá trình đốt rơm rạ ngoài trời không kiểm soát đƣợc, lƣợng CO2 phát thải vào khí quyển cùng với CO, CH4, NOx và một lƣợng SO2. Những khí này đã góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính làm vấn đề biến đổi khí hậu càng trở nên nghiêm trọng. Ngoài ra, các chất do đốt rơm rạ sinh ra còn gây ô nhiễm không khí, tác động nhiều đến sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên cho đến nay có rất ít những nghiên cứu có liên quan đến vấn đề đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở Việt Nam nói chung, của tỉnh Ninh Bình nói riêng và do vậy tổng lƣợng khí thải phát thải vào môi trƣờng cũng nhƣ những thiệt hại môi trƣờng gây ra từ đốt rơm rạ trong tỉnh là bao nhiêu vẫn là những câu hỏi chƣa đƣợc trả lời.
Do đó, việc “Kiểm kê khí thải từ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình và đề xuất các biện pháp giảm thiểu” là rất cần thiết. Tác giả đã nhận thấy đƣợc vấn đề nhƣ vậy cho nên đã mạnh dạn thực hiện luận văn tốt nghiệp thạc sĩ này dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hoàng Anh Lê. Kết quả luận văn nhằm góp phần nâng cao nhận thức về vấn đề ô nhiễm môi trƣờng, tính đƣợc tải lƣợng các chất ô nhiễm phát sinh do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng gây ra.
Từ đó đƣa ra một số giải pháp trong việc sử dụng hợp lý rơm rạ ngoài đồng ruộng trong thời gian tới. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Thành phần của rơm rạ và các vấn đề môi trƣờng do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng 1. Thành phần và các ứng dụng của rơm rạ Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thƣờng đƣợc chuyển dời ra khỏi các cánh đồng khi thu hoạch lúa và đƣợc ngƣời dân đem về nhà đánh đống để đun nấu hoặc làm thức ăn cho gia súc.
Trong thời gian gần đây do lƣợng rơm rạ quá lớn, thêm vào đó là sự phát triển về kinh tế - xã hội, ngƣời dân không sử dụng hết nên rơm rạ đƣợc đốt ngay ngoài đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ trên đồng vẫn còn thực hiện ở nhiều nƣớc, nhất là các nƣớc thuộc khu vực Châu Á, ngày càng trở nên phổ biến và là nguy cơ đối với môi trƣờng và sức khỏe. Tại thời điểm thu hoạch, hàm lƣợng ẩm của rơm rạ thƣờng cao tới 60%, tuy nhiên trong điều kiện thời tiết khô hanh rơm rạ có thể trở nên khô nhanh đạt đến trạng thái độ ẩm cân bằng vào khoảng 10 - 12% [6]. Rơm rạ, có hàm lƣợng tro cao (trên 22%) và lƣợng protein thấp.
Các thành phần hydrate cacbon chính của rơm rạ gồm lienoxenluloza (37,4%), hemicellulose (bán xenluloza - 44,9%), linhin (4,9%) và hàm lƣợng tro silica (silic dioxyt) cao (9 - 14%), chính điều này gây cản trở việc sử dụng loại phế thải này một cách kinh tế [1]. Thành phần Lienoxenluloza trong rơm rạ khó hủy về mặt sinh học, vì vậy để xử lý đòi hỏi phải có bƣớc tiền xử lý. Có thể tiến hành tiền xử lý rơm rạ bằng các phƣơng pháp cơ học nhƣ xay, nghiền để làm giảm kích thƣớc, hoặc xử lý nhiệt hoặc bằng hóa chất nhƣ sử dụng các axit hay bazơ thƣờng có thể cải thiện đƣợc khả năng phân hủy. Theo truyền thống, rơm rạ sau thu hoạch chủ yếu bao gồm sử dụng để làm chất đốt, làm vật liệu xây dựng, nuôi gia súc và trồng nấm.
Làm mũ, dép, xăng dan, bện dây thừng Ngƣời ta có thể tạo ra nhiều kiểu mũ đƣợc bện từ rơm rạ. Tại Anh, vài trăm năm trƣớc đây, các mũ bện từ rơm rạ đã rất phổ biến. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngƣời Nhật, Triều Tiên có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, xăng đan, đồ thủ công mỹ nghệ. Tại một số nơi thuộc Đức, nhƣ vùng Black Forest và Hunsruck, ngƣời ta thƣờng đi dép rơm trong nhà hoặc tại lễ hội [2].
Tại nhiều nơi trên thế giới, rơm rạ cho đến nay vẫn đƣợc sử dụng để làm đệm giƣờng nằm cho con ngƣời và làm ổ cho vật nuôi [2]. Nó thƣờng đƣợc sử dụng để làm ổ cho các loại súc vật nhƣ trâu bò (tức là loại động vật nhai lại) và cả ngựa. Nó cũng có thể sử dụng để làm ổ cho các loài động vật nhỏ, nhƣng điều này thƣờng dẫn đến gây thƣơng tổn cho các con vật ở miệng, mũi và mắt do những sợi rơm rất sắc dễ cứa. Lợp nhà Ở nông thôn, trƣớc đây ngƣời nông dân hay sử dụng rơm rạ cũng nhƣ lau sậy hay các loại vật liệu tƣơng tự để làm các tấm lợp mái nhà nhẹ và không thấm nƣớc.
Loại rơm để sử dụng cho mục đích này thƣờng đƣợc trồng riêng và thu hoạch bằng tay hoặc bằng máy gặt bó. Làm thức ăn cho động vật Rơm rạ có thể đƣợc sử dụng nhƣ một thành phần thức ăn thô nuôi gia súc để đảm bảo một lƣợng năng lƣợng trong thời gian ngắn. Rơm rạ có một hàm lƣợng năng lƣợng và dinh dƣỡng có thể tiêu hóa đƣợc. Lƣợng nhiệt đƣợc sinh ra trong ruột của các con vật ăn cỏ, vì vậy việc tiêu hóa rơm rạ có thể hữu ích trong việc duy trì nhiệt độ cơ thể trong thời tiết mùa đông lạnh.
Do mối nguy hiểm của sự cọ xát mạnh và hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp, nên việc sử dụng rơm rạ làm thức ăn chỉ nên giới hạn ở một phần của chế độ ăn cho gia súc. Trồng nấm Việc trồng các loại nấm ăn đƣợc bằng các phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ là một quá trình có giá trị gia tăng nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ đƣợc coi là phế thải thành thức ăn cho ngƣời. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trồng nấm đƣợc coi là một trong những phƣơng pháp sinh học tận dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả nhất bởi nguồn đầu mẩu rơm rạ có thể dùng quay vòng lại đƣợc. Nấm rất giàu protein và là loại thực phẩm ăn ngon.
Sản lƣợng trồng nấm tại các nƣớc trồng lúa liên tục gia tăng trong những năm gần đây. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc trồng nấm bằng rơm rạ kết hợp với hạt bông mang lại hiệu quả chuyển hóa sinh học cao nhất, đạt 12,82% (đƣợc xác định bằng tỷ lệ phần trăm chuyển hóa chất nền thành thân cây nấm trên cơ sở trọng lƣợng khô) [10]. Trồng nấm là một trong những phƣơng pháp thay thế để giảm nhẹ các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng liên quan đến các phƣơng pháp xử lý hiện nay nhƣ đốt ngoài trời hay cho cày xới với đất. Trồng nấm trên nền rơm rạ còn mang lại những biện pháp khuyến khích kinh tế đối với nghề nông, coi nguồn phế thải nhƣ một nguồn nguyên liệu có giá trị và có thể phát triển các cơ sở kinh doanh sử dụng chúng để sản xuất các loại nấm giàu chất dinh dƣỡng.
Với hiệu suất chuyển hóa sinh học 10% và 90% hàm lƣợng ẩm ở nấm tƣơi, một tấn rơm rạ khô có thể cho sản lƣợng khoảng 1000 kg nấm sò [1]. Vì vậy việc trồng nấm có thể trở thành một nghề nông mang lại lợi nhuận cao, có thể tạo ra thực phẩm từ rơm rạ và giúp thanh toán loại phế thải này theo cách thân thiện môi trƣờng. Rơm rạ còn có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, ví dụ nhƣ trong ngành hóa chất rơm rạ đƣợc sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp Phủ đất Phủ một lớp vật liệu chết (không hoạt động) lên bề mặt đất Phân ủ Quá trình phân giải để khôi phục một phần các chất dinh dƣỡng và thành phần hữu cơ Lót ổ cho gia súc Phổ biến trong chăn nuôi gia súc Chất nền trong trồng trọt Các khối kiện rơm rạ có thể sử dụng trong sản xuất nhiều loại cây trồng, dƣa chuột, cà chua, cây cảnh,.
Chống sƣơng giá Thƣờng đƣợc ứng dụng kết hợp với phƣơng pháp phủ đất và phân ủ trong khí hậu giá rét. Nuôi giun Sử dụng làm phƣơng tiện nuôi giun Gieo hạt trong nƣớc Rơm rạ nghiền sợi đƣợc sử dụng trong gieo hạt nƣớc - một quy trình gieo trồng dọc theo các bờ dốc đứng nhằm chống xói mòn. Trồng cây cảnh Rơm thô hoặc nghiền đều có thể sử dụng trong nghề trồng cây cảnh Làm ổ gia cầm Ổ gia cầm bằng rơm có thể sử dụng trong hệ thống ổ ráp nối Trộn bùn thải Làm vật mang trong ủ và phân hủy bùn cống. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2: Ứng dụng rơm rạ trong lĩnh vực hóa chất Quy trình xử lý Sản phẩm Thủy phân Pentoza, glucoza và linhin, các thành phần tan trong nƣớc.
Các quá trình nhiệt phân Khí tổng hợp Xử lý kết hợp Tấm xơ ép và alcohol. Hòa tan xenluloza nhớt Sợi nhân tạo tổng hợp Linhin bột Chất keo dán Thủy phân axit - lên men Glucoza, xenlobioza hay xiro xyloza Lên men vi sinh Protein đơn bào (Single cell protein - SCP) Quá trình Gulf đƣờng hóa Sản xuất ethanol song song và lên men (SSF) Metan hóa hay sinh yếm khí Metan và cacbon đioxit cùng với các khí khác. Vấn đề môi trường do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng Theo đánh giá của một số công trình nghiên cứu, trung bình hàng năm ở châu Á tổng cộng có 730 Tg (1 teragram = 109 kg) lƣợng sinh khối đƣợc xử lý bằng cách đốt ngoài trời (open field burning), trong đó có 250 Tg có nguồn gốc từ nông nghiệp [2]. Việc đốt ngoài trời các phế thải từ cây trồng là một hoạt động theo truyền thống của con ngƣời nhằm chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau, loại trừ những đầu mẩu dƣ thừa, cỏ dại và giải phóng các chất dinh dƣỡng cho chu kỳ trồng trọt sau.