Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đang là vấn đề được toàn Thế Giới quan tâm. Biểu hiện của nó là sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển, sự dâng cao mực nước biển do băng tan gây ra sự ngập úng các vùng đất thấp, đảo nhỏ; sự di chuyển các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng đất khác nhau dẫn tới nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài; cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước cũng như các chu trình sinh địa hóa khác gây khó khẳn lớn cho đời sống của con người cũng như muôn loài trên Trái Đất; năng xuất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần thủy quyển, sinh quyển và các địa quyển. Nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu là do hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp,quá trình khai thác, phương tiện giao thông gây ra. Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng lớn nhất của ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.
Sự thay đổi của môi trường và khí hậu có thể làm trầm trọng thêm những nguy cơ sẵn có với vấn đề tài nguyên thiên nhiên, nông nghiệp, an ninh lương thực, cơ sở hạ tầng và sức khỏe, đặt ra những mối đe dọa lớn cho phát triển kinh tế và con người cũng như môi trường. Việt Nam được biết đến là một nước có nền nông nghiệp lâu đời. Hiện nay, nền nông nghiệp của chúng ta vẫn đang phát triển, cùng với đó thì vấn đề sử lý chất thải nông nghiệp ngày càng đáng lưu tâm hơn trong đó vấn đề xử lý rơm rạ là vấn đề cần được quan tâm. Rơm rạ bao gồm phần thân và cành lá của cây lúa, sau khi đã tuốt hạt lúa.
Ở nước ta, thì rơm rạ chủ yếu phát sinh từ cây lúa nước. Đã có lúc rơm rạ được coi là một loại sản phẩm phụ hữu ích được tận dụng làm nguyên liệu đốt, do nhu cầu về lương thực mà sản lượng lúa ngày càng gia tăng, đời sống người dân thay đổi họ đã sử dụng nguyên liều đốt khác như: than, khí gas; điều này đẫn tới nguồn rơm rạ không thể tận dụng hết, và rơm rạ đã trở thành một nguồn phế thải khó xử lý trong nông nghiệp. Việc đốt ngoài trời là cách xử lý phổ biến rơm rạ phổ biến nhất hiện nay. Điều này đang gây ra các vấn đề môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đồng thời cũng là một sự thất thoát nguồn tài nguyên.
Nếu nguồn phế thải này có thể tận dụng để làm phân hữu cơ hay sản xuất nhiên liệu than sinh học thì chúng sẽ không còn là nguồn phế thải nữa mà trở thành nguồn nguyên liệu mới. 2 Trong những năm gần đây trước thực trạng phân bón không đạt chất lượng tốt, làm hỏng kết cấu thành phần cơ giới đất mà giá thành lại cao cùng với mong muốn của người dân tìm loại phân bón tốt cho cây trồng. Xuất phát từ thực tế trên và nguyện vọng của bản thân cùng với sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thạc sĩ Nguyễn Duy Hải, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học” 1.2 Mục tiêu chung - Trên cơ sở thực tế của tình hình môi trường nông nghiệp, đưa ra các giải pháp góp phần cải thiện môi trường, biến đổi khí hậu. -Xây dựng và chuyển giao các quy trình sản xuất phân hữu cơ và than sinh học để làm phân bón trong nông nghiệp.3 Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá tình hình thu gom xử lý phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tại vùng đặt dự án.
Nhận xét về tác hại của phương pháp xử lý rơm rạ thông thường tới môi trường. - Đánh giá tình hình sử dụng phân bón và điều tra nguồn sản xuất phân bón. - Xây dựng mô hình sử lý rơm rạ thành phân hữu cơ và than sinh học theo dõi, phân tích, đánh giá, tính hiệu quả của dự án. - So sánh cách sử lý rơm rạ của người khu vực đặt dự án hay làm với mô hình sử dụng rơm rạ để làm phân hữu cơ và than sinh học.
Từ đó đưa ra khuyến cáo cho người dân và nhân rộng mô hình.4 Ý nghĩa của của đề tài - Ý nghĩa học tập và nghiên cứu khoa học: thời gian làm đề tài tốt nghiệp là dịp sinh viên tự khẳng định mình, biến những kiến thức đã học thành kiến thức của mình. Cũng qua quá trình làm đề tài em học được cách làm việc nghiên cứu độc lập, tính kỉ luật trong công việc, tiếp cận dần với công việc và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này - Ý nghĩa thực tiễn: + Đánh giá ảnh hưởng phế thải nông nghiệp tới môi trường. + Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và than sinh học trong công tác bảo vệ môi trường. 3 PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học 2.1 Cơ sở lý luận Phế 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 cần loại bỏ nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng hoặc chế biến.
Phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu cơ, còn non xanh, có thể xơ cứng hóa vì silic hóa như trấu hay ligin hóa như gỗ. Chúng còn được xem như dạng tích trữ năng lượng nhờ quá trình quang tổng hợp và các quá trình sinh học khác trong sản xuất nộng nghiệp. Trong sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản bên cạnh các sản phẩm chính luôn có các sản phẩm phụ: khi canh tác trồng các loại ngũ cốc thì phế phẩm đó là rơm rạ, vỏ trấu, cám những phần này chiếm tới nửa hay một phần ba khối lượng; chăn nuôi gia súc thì ngoài sản phẩm chính là thịt trứng sữa thì phụ phẩm của nó là phân… Những phụ phẩm này là tài nguyên có giá trị, chúng có thể được tận dụng với các mục đích khác nhau và có thể tạo thêm thu nhập cho người dân. Tuy nhiên phế phụ phẩm trong nông nghiệp nếu không được xử lý có thể gây lên ô nhiễm môi trường, phát sinh bệnh dịch.
Nước ta có nền nông nghiệp với nhiều loại cây trồng khác nhau lượng phế phẩm hàng năm rất lớn, được ước tính dựa trên khảo sát khối lượng thực tế của từng loại phụ phẩm tính trên một đơn vị diện tích, sau đó ước tính tổng khối lượng cho toàn quốc dựa vào số liệu thống kê và diệc tích giao trồng hàng năm. Diện tích gieo trồng một số cây trồng chính tại Việt Nam Cây trồng Diện tích gieo trồng theo năm(nghìn ha) 2000 2005 2010 2015 2020 Lúa 7666.8 175 175 Nguồn: Bộ NN và PTNT, 2008[6] Bảng 2.2 Giá trị dinh dưỡng của một số phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam. 4 Tổng các Năng lượng chất dinh trao đổi - Chất Chất xơ Protein Tên phụ phẩm dưỡng tiêu ME (Kcal/ khô (%) hóa - TDN kg chất khô) Tính % trong chất khô Rơm lúa 90,8 34,3 5,1 445,9 1662 Cây ngô 61,6 31,5 7,6 54,1 1958 Lá mía 28,8 42,9 8,2 49,3 1778 Dây lang 20,0 24,5 11,0 59,5 2160 Dây lạc 22,5 27,7 14,1 63,5 2289 Ngọn, lá sắn 25,5 22,7 16,9 67,5 2549 Nguồn: Phạm Kim Cương và cs (2001)[4] Từ bảng trên ta có thể thấy hàm lượng dinh dưỡng trong phế phụ phẩm nông nghiệp là khá cao như tổng chất tiêu thụ được là thấp để có thể sử dụng các chất dinh dưỡng này cần có qúa trình chế biến. Với diện tích trồng trọt lớn, năm 2010 cả nước đã sản xuất được trên 39 triệu tấn thóc, 5,2 triệu tấn ngô, 9 triệu tấn sắn, 575 ngàn tấn lạc, 351 ngàn tấn đậu tương, 19,5 triệu tấn mía và 1,6 triệu tấn khoai lang.
Sản lượng các cây trồng chính đóng vai trò quan trọng đưa nước ta từ nước thiếu lương thực những thập niên 80 trở thành nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới. Trong đó, vùng đồng bằng sông Hồng là một trong hai vùng sản xuất nông nghiệp quan trọng của cả nước, đặc biệt là các tỉnh Thái Bình, Nam Định, Hải Dương và Hưng Yên. Sản lượng một số cây trồng chính. Sản lượng (nghìn tấn) qua một số năm TT Cây trồng 2000 2005 2010 2015 2020 1 Lúa 32529,5 35832,9 39185,0 39869,0 41300,0 2 Ngô 2005,9 3787,1 5280,0 6480,0 7200,0 3 Sắn 1986,3 6716,2 9000,0 9400,0 11400,0 4 Lạc 355,3 489,3 575,0 720,0 980,0 5 Đậu tương 149,3 292,7 351,9 740,0 1125,0 6 Mía 15044,0 14948,0 19500,0 23100,0 25500,0 7 Khoai lang 1611,0 1443,0 1653,0 1600,0 1750,0 Nguồn: Bộ NN và PTNT, 2008[6] 5 Tuy nhiên, ngoài giá trị sản lượng đem lại, hoạt động sản xuất trồng trọt cũng được đánh giá là ngành gây phát thải lớn chất thải và đang làm ô nhiễm môi trường trầm trọng do công tác quản lý, sử dụng chất thải trồng trọt chưa hợp lý.
Theo đánh giá của Cục Trồng trọt và nhiều nghiên cứu, lượng chất thải từ lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa là cứ sản xuất ra 1 tấn thóc thì lượng phế phụ phẩm từ lúa cũng tương đương là 1 tấn, khoảng 10-12 tấn phụ phấm/ha; sản xuất 1 tấn ngô thì lượng phế phụ phẩm là 1,2 tấn thân ngô, sản xuất 1 hecta lạc phát thải 11 tấn thân cây lạc, 1 hecta sắn phát thải 7 tấn ngọn và lá sắn tươi. Như vậy, với diện tích trồng trọt hiện tại, kết quả ước tính lượng phế phụ phẩm từ trồng trọt của Viện Môi trường Nông nghiệp (2010) đã cho thấy cả nước ta có khoảng 61,43 triệu tấn phế phụ phẩm (gồm 39,9 triệu tấn rơm rạ, 7,99 triệu tấn trấu, 4,45 triệu tấn bã mía, 1,2 triệu tấn thân lá mía, 4,43 triệu tấn thân lõi ngô. Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp Nguồn sinh khối nông nghiệp Tiềm năng (triệu tấn) Tỷ lệ (%) Rơm rạ 39,98 65,1 Trấu 7,99 13,0 Bã mía 4,45 7,2 Ngô 4,43 7,2 Thân lá mía 1,20 1,95 Khác 3,37 5,55 Tổng 61,43 100,0 Nguồn: Viện Môi trường Nông nghiệp Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phát sinh phế phụ phẩm từ trồng trọt là rất lớn sẽ có nguy cơ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường do quá trình phân hủy, sử dụng sai mục đích hoặc đốt rơm rạ tràn lan khi vệ sinh đồng ruộng.