Chương 1 – TỔNG QUAN 1. Sự hình thành than bùn Than bùn là sản phẩm chuyển hóa của xác thực vật bởi các con đƣờng khác nhau (chủ yếu bởi sự phân hủy của vi sinh vật) trong điều kiện yếm khí. Quá trình này diễn ra tại các vùng trũng ngập nƣớc. Các vùng đất ngập nƣớc là những vùng có năng suất sinh học cao, điều kiện phát triển của thực vật rất thuận lợi.
Lớp thổ nhƣỡng tại các vùng này luôn trong điều kiện yếm khí; do đó, mặc dù sinh khối các loài cỏ sống trên mặt nƣớc tăng nhanh, nhƣng quá trình phân giải xác thực vật lại xảy ra chậm và không đạt tới giai đoạn vô cơ hoá, dẫn đến tích luỹ hữu cơ. Tiếp theo cỏ là lau, lách, cây bụi, cây thân gỗ thay thế, kết hợp với quá trình kiến tạo địa chất, quá trình bồi tụ, lắng đọng phù sa đã chôn vùi kể cả cây thân gỗ, làm cho hữu cơ tích tụ thành các lớp và tạo thành than bùn [7]. Hầu hết các bãi than bùn hiện đại đƣợc hình thành ở vĩ độ cao sau khi có sự rút lui của các dòng sông băng ở cuối kỷ băng hà (12.000 năm trƣớc đây). Than bùn thƣờng đƣợc tích lũy dần dần, với tốc độ khoảng một milimet mỗi năm.
Quá trình hình thành than bùn sẽ quyết định các đặc tính của nó nhƣ màu sắc, cấu trúc, thành phần các chất hữu cơ, vô cơ… Ngƣời ta thấy, than bùn hình thành ở vùng ôn đới có chất lƣợng tốt hơn khi hình thành ở các vùng khác. Phân bố các vùng đất than bùn trên thế giới Vùng đất than bùn là những vùng đất có một lớp tích lũy tự nhiên của than bùn. Vùng đất than bùn đƣợc tìm thấy trong ít nhất 175 quốc gia và bao gồm khoảng 4.000 km² hay 3% diện tích đất của thế giới. Một số vùng đất than bùn lớn nhất thế giới bao gồm vùng đất thấp Tây Siberia, vịnh Hudson và thung lũng sông Mackenzie.
Nam bán cầu có trữ lƣợng than bùn nhỏ hơn Bắc bán cầu, một phần do có ít đất, nhƣng Nam Mỹ lại sở hữu một trong những vùng đất ngập nƣớc lớn nhất thế giới, vùng Magellanic Moorland rộng lớn với trữ lƣợng than bùn khổng lồ. Indonesia có rừng đất than bùn và rừng ngập mặn nhiệt đới nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác trên trái đất, nhƣng Indonesia đang bị mất đất do ngập nƣớc 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.000 mẫu Anh) mỗi năm. Việt Nam cũng là một trong số các quốc gia có trữ lƣợng than bùn tƣơng đối lớn, trải dài từ Bắc vào Nam [14]. Phân loại than bùn Than bùn có thể đƣợc mô tả nhƣ một loại đất trong đó có một tỷ lệ tƣơng đối cao của các chất hữu cơ.
Loại đất này cần đƣợc nghiên cứu vì nó bộc lộ những đặc tính không ổn định. Than bùn đã qua sàng và nghiền phân loại, đáp ứng cho tiêu chuẩn sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh có thể chia thành 3 loại sau [15]: Than bùn loại 1: hữu cơ tối thiểu 30-35% , màu đen than, độ mịn: qua sàng 3,5mm, độ ẩm: 20-30%. Than bùn loại 2: hữu cơ tối thiểu 17-25%, màu đen nhạt lẫn nâu, độ mịn: qua sàng 3,5mm, độ ẩm: 20-30%. Than bùn loại 3: hữu cơ nhỏ hơn 16%, màu nâu đen, độ mịn: qua sàng 5mm, độ ẩm 20-35%.
Ngoài ra, dựa vào khả năng bị phân hủy, than bùn có thể chia thành ba loại là: fibric, hemic và sapric. Fibric ít bị phân hủy nhất và gồm chất xơ còn nguyên vẹn. Hemic là loại bị phân hủy trung bình và sapric là loại bị phân hủy nhiều nhất. Các ứng dụng chính của than bùn Than bùn đƣợc sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau.
Trong nông nghiệp, than bùn đƣợc sử dụng để làm phân bón và để tăng chất hữu cơ cho đất [14]. Hàm lƣợng chất vô cơ nằm trong khoảng 18 – 24%, phần còn lại là các chất hữu cơ. Trong nhóm chất hữu cơ, phải nhắc đến axit humic với tác dụng kích thích tăng trƣởng của cây. Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong than bùn thay đổi tuỳ thuộc vào thành phần các loài thực vật và quá trình phân huỷ của chúng.
Nhìn chung, các chất dinh dƣỡng trong than bùn cao hơn trong phân chuồng, nhƣng chủ yếu ở dƣới dạng hữu cơ. Chúng cần đƣợc phân huỷ thành dạng vô cơ cây mới sử dụng đƣợc. Số liệu phân tích thành phần dinh dƣỡng của than bùn ở một số địa điểm thuộc miền Đông Nam Bộ đƣợc trình bày trong bảng 1 (số liệu của Hồ Thìn, Võ Đình Ngô – Trung tâm địa học, Phân viện khoa học Việt Nam, TP Hồ Chí Minh). 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn ở miền Đông Nam Bộ Hàm lượng chất Địa điểm lấy than bùn dinh dưỡng (%) Tây Ninh Củ Chi Mộc Hóa Duyên Hải N 0,38 0,09 0,16 – 0,91 0,64 P2O5 0,03 0,1 - 0,3 0,16 0,11 K2O 0,37 0,1 – 0,5 0,31 0,42 Than bùn có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu [25]. Dƣới áp lực, nƣớc trong than bùn bị đẩy ra ngoài. Sau khi sấy, than bùn có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu ở một số nƣớc, chẳng hạn nhƣ Ireland và Phần Lan, nơi nó đƣợc khai thác trên quy mô công nghiệp. Ở nhiều quốc gia, than bùn đƣợc sử dụng để nấu ăn và sƣởi ấm.
Ngoài ra, than bùn còn đƣợc ứng dụng trong một số lĩnh vực khác. Tính chất cách điện của than bùn làm cho nó đƣợc sử dụng cho một số ngành công nghiệp. Ngƣời ta có thể sử dụng than bùn trong lọc nƣớc, chẳng hạn nhƣ nƣớc thải của bể tự hoại hay nƣớc thải đô thị. Than bùn còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong phƣơng pháp tắm để trị bệnh tại các spa.
Phƣơng pháp điều trị này có truyền thống rất lâu đời ở châu Âu, đặc biệt là ở Ba Lan, Cộng hòa Séc, Đức và Áo [23]. Cấu tạo và tính chất của axit humic Axit humic là một trong ba thành phần chính của hợp chất mùn, đó là một trong những hợp chất hữu cơ quan trọng của đất (đất mùn), than bùn, than đá, nhiều suối miền núi, hồ bị loạn dƣỡng và nƣớc biển. Nó đƣợc tạo ra bởi sự phân hủy các chất hữu cơ sinh học nhƣ xác động - thực vật và là sản phẩm phụ của các quá trình trao đổi chất [24]. Axit humic hòa tan tốt trong các dung dịch kiềm loãng (NaOH, Na2CO3, Na4P2O7.10H2O), nhƣng không tan trong nƣớc và axit vô cơ.
Tùy theo nồng độ và loại đất mà các dung dịch axit humic chiết đƣợc có màu nâu đen đến màu đen [19]. Thành phần nguyên tố của axit humic chủ yếu bao gồm bốn nguyên tố là C, H, O, N. Hàm lƣợng các nguyên tố này thay đổi, phụ thuộc vào loại đất, thành phần hoá học của tàn tích sinh vật, điều kiện mùn hoá và phƣơng pháp tách axit humic. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Alexandrova, thành phần trung bình của các nguyên tố C, H, O, N trong axit humic của một số loại đất chính ở Liên Xô (cũ) đƣợc trình bày trong bảng 2 [20]. Thành phần các nguyên tố của axit humic STT Nguyên tố Thành phần (%) 1 C 56,2 – 61,9 2 H 3,4 – 4,8 3 O 29,5 – 34,8 4 N 3,5 – 4,7 Ngoài bốn nguyên tố chính kể trên, axit humic còn chứa một lƣợng nhỏ các nguyên tố tro (P, S, Al, Fe, Si), hàm lƣợng tổng số của chúng có thể đạt từ 1 đến 10%. Những nguyên tố này không nhất thiết phải có tất cả trong thành phần phân tử của axit humic. Axit humic không có công thức và phân tử lƣợng cố định mà thay đổi phụ thuộc vào nguồn gốc và phƣơng thức hình thành.
Nhiều công trình nghiên cứu cho biết phân tử lƣợng của axit humic dao động từ 50. Có nhiều ý kiến khác nhau liên quan đến công thức phân tử của axit humic; tuy nhiên , công thức đƣợc Stevenson đƣa ra năm 1982 là công thức đƣợc nhiều ngƣời ủng hộ nhất. Công thức này đƣợc trình bày ở hình 1. Công thức phân tử của axit humic Nhìn vào công thức trên ta có thể thấy, với nhiều nhóm chức –COOH và –OH, axit humic là phân tử có khả năng tạo phức cao.
Nó có thể tạo phức ở nhiều vị trí 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khác nhau trong phân tử, cho phức càng cua bền ở dạng vòng 5, 6 cạnh. Các nhóm tạo phức –COOH và –OH chứa oxi nên quá trình tạo phức là không chọn lọc; vì thế, axit humic có khả năng tạo phức với hầu hết các ion kim loại. Cũng theo tác giả trên, phân tử axit humic bao gồm nhiều mạng lƣới cấu trúc. Mỗi mạng lƣới cấu trúc bao gồm nhiều đơn vị cấu trúc.
Đơn vị cấu trúc là phần còn lại của phân tử axit humic khi chúng bị phân hủy và có cấu tạo tƣơng đối đơn giản. Về hình thái, axit humic không có cấu tạo tinh thể, song những nghiên cứu điện di và quang phổ Rơnghen cho thấy chúng đƣợc cấu tạo bằng những mạng lƣới xếp lớp. Quá trình mùn hoá càng mạnh thì những mạng này xếp càng khít. Theo những nghiên cứu gần đây nhất, phân tử axit humic không đối xứng, chúng có dạng dài, tỷ lệ các trục từ 1 : 6 đến 1 : 12 [15].
Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trường Thành phần chính của axit humic là các vòng cacbon thơm có gắn các nhóm chức hoạt động nhƣ các nhóm cacboxyl, quinon, hidroxi. Hoạt tính sinh học của axit humic phụ thuộc vào số lƣợng của các nhóm chức này và khả năng trao đổi ion của chúng. Axit humic và các muối humat của chúng không phải là nguồn dinh dƣỡng cho cây trồng mà chỉ đóng vai trò nhƣ một chất có hoạt tính sinh học, mang chức năng điều hòa, kích thích tăng trƣởng. Các muối humat hòa tan khi tham gia vào quá trình oxy hóa khử trong các tế bào sẽ góp phần hoạt hóa những hệ tổng hợp protein.
Điều này góp phần thúc đẩy quá trình phân bào, đồng thời góp phần hỗ trợ sự hình thành các chất men, là những chất điều hòa chủ yếu các quá trình trao đổi chất. Các chất humat hòa tan có hai tác dụng cơ bản. Một là làm cho sự tăng trƣởng xảy ra nhanh hơn, hai là hoạt hóa các quá trình quang hợp và giúp chuyển hóa triệt để các chất khoáng dinh dƣỡng, nhờ vậy góp phần tăng năng suất cây trồng. Bên cạnh đó, các chất humat này còn có khả năng giúp nâng cao tính đề kháng, chống chịu của cơ thể trong những điều kiện môi trƣờng không thuận lợi.