MỞ ĐẦU Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê năm 2010, sản lƣợng lúa trung bình hàng năm khoảng 42 triệu tấn lúa. Trung bình một tấn lúa cho ra 1,2 tấn rơm rạ khô, nhƣ vậy với sản lƣợng lúa nhƣ hiện nay, riêng lƣợng rơm rạ có thể thu gom đƣợc khoảng 50,4 triệu tấn. Trong số lƣợng rơm rạ thải ra đó, có thể tận dụng và dự trữ làm thức ăn cho gia súc, làm nấm rơm, làm phân vi sinh, đun nấu trong các hộ gia đình, hoặc làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy.
Vài năm trở lại đây, nhiều nơi trong cả nƣớc đã sử dụng cách đốt rơm rạ ngay tại đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ gây lãng phí nguồn hữu cơ lớn cần trả lại cho đất. Rơm rạ đốt trực tiếp ngay trên đồng ruộng thực tế gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn nhiều lần so với việc làm phân bón. Theo Butchaiah Gadde và cộng sự (2009), các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao.
Đồng ruộng bị khô, chai cứng và một lƣợng lớn nƣớc bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm rạ. Quá trình đốt rơm rạ là quá trình đốt cháy không thể kiểm soát đƣợc tạo ra các khí nhƣ CO2, N2O, CH4, CO, các hydrocacbon, NOX, SO2, bụi, PAHs, các hợp chất dioxin và các chất khác. Tại các nƣớc Châu Á hàng năm việc đốt các phế phụ phẩm nông nghiệp thải ra 0,1 tấn SO2, 0,96 tấn NOx, 379 tấn CO2, 23 tấn CO và 0,68 tấn CH4. Không những thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính mà việc đốt rơm rạ còn thải ra các khí độc hại nhƣ polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), và cả các hợp chất dioxin nhƣ polyclodibenzo-p-dioxin, PCDDs; polyclodibenzo-furans, PCDFs là các chất rất độc và có khả năng gây ung thƣ (Takashi Korenaga, Xiaoxing Liu, Zuyun Huang, 2001).
Hầm bioga (Hầm khí sinh học – KSH) đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới từ rất sớm. Hầm KSH không những giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng từ chất thải 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong chăn nuôi và sinh hoạt mà còn đem lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội. Bên cạnh sản phẩm chính là năng lƣợng phục vụ đời sống, sản phẩm phụ nhƣ nƣớc thải sau bioga đƣợc đánh giá là nguồn phân hữu cơ sạch đối với cây trồng. Tuy nhiên, sử dụng nƣớc thải sau bioga bón cho cây trồng làm nguồn phân hữu cơ giảm sút nghiêm trọng.
Giải pháp của ngƣời nông dân là bón tăng phân bón hóa học. Điều này làm ảnh hƣởng đến phát triển nông nghiệp bền vững, hàm lƣợng hữu cơ trong đất sẽ ngày càng cạn kiệt, độ phì nhiêu của đất sẽ giảm xuống nhanh chóng cùng với sự giảm xuống về sức sản xuất của đất. Mặt khác, một số nghiên cứu của Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa và Viện Môi trƣờng Nông nghiệp đã xác định chất lỏng thải ra sau quá trình sản xuất bioga có chứa nhiều chất hữu cơ cùng các hợp chất chứa nitơ, photpho và lƣu huỳnh. Nếu không đƣợc tiếp tục xử lí, chất thải sau hầm bioga trở thành tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Từ những lí do trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường”. Đề tài thực hiện sẽ giải quyết đƣợc cả ba vấn đề trên: việc sử dụng rơm rạ cùng với nƣớc thải sau bioga làm phân hữu cơ sẽ góp phần giảm thiểu việc đốt rơm rạ, tránh ô nhiễm môi trƣờng do chất thải sau bioga và ngƣời nông dân có phân hữu cơ để bón nhằm bổ sung nguồn hữu cơ cho đất. Đề tài đƣợc thực hiện với các mục tiêu và nội dung nghiên cứu sau: Mục tiêu nghiên cứu: - Xây dựng đƣợc phƣơng pháp ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga làm phân bón cho cây lúa nhằm trả lại nguồn hữu cơ cho đất và giảm ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính do đốt rơm rạ. - Nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trƣờng của phân bón hữu cơ đƣợc sản xuất từ rơm rạ và nƣớc thải bioga đối với cây lúa so với các loại phân bón hữu cơ và vô cơ khác.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nội dung nghiên cứu: - Thu thập thông tin khí hậu vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu thành phần các nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ. - Nghiên cứu phƣơng pháp ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga. Thực hiện ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga và so sánh với các biện pháp ủ khác bằng các chế phẩm vi sinh và các phụ gia khác để đánh giá khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ.
Các chỉ tiêu so sánh gồm: + Nhiệt độ ủ và độ ẩm. + Thời gian phân giải hợp chất hữu cơ. + Chất lƣợng sản phẩm phân bón hữu cơ sau khi ủ. - Nghiên cứu hiệu lực của sản phẩm ủ Thực hiện các thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu lực của các sản phẩm ủ đối với cây lúa trên từng cơ cấu đặc trƣng của vùng nghiên cứu.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nƣớc và trên thế giới 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trên thế giới Nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng theo sự phát triển của xã hội. Các nƣớc càng phát triển nhu cầu sử dụng năng lƣợng càng cao.
Chỉ riêng Hoa Kỳ đã chiếm 25,8% và Trung Quốc là 11,4% nhu cầu sử dụng năng lƣợng trên thế giới [14]. Các dạng năng lƣợng truyền thống nhƣ than, dầu mỏ, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt. KSH là một trong những nguồn năng lƣợng tái tạo có thể thu hồi đƣợc từ việc xử lí chất thải. KSH có sự khác biệt so với các nguồn năng lƣợng tái tạo khác ở các điểm: công nghệ này không những giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do chất thải của chăn nuôi, mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội quan trọng khác nhƣ: sử dụng khí làm chất đốt, thắp sáng, sƣởi ấm cho gia súc, sử dụng chất thải làm phân bón, làm thức ăn cho cá, giảm bớt sức lao động cho ngƣời phụ nữ khi phải nấu ăn bằng các chất đốt truyền thống nhƣ rơm rạ, củi, than đá,.
Do vậy, năng lƣợng tạo ra từ các nguồn sinh khối nhƣ KSH đã và đang đƣợc quan tâm. Có những bằng chứng cho thấy rằng KSH đã đƣợc dùng để đun nƣớc tắm từ năm thứ 10 trƣớc công nguyên ở Assyria. Công trình KSH đầu tiên trên Thế giới là ở Bombay, Ấn Độ năm 1859. Hiện nay công trình KSH đã phát triển ở nhiều nƣớc.
Số lƣợng các dự án KSH cao nhất tập trung ở 5 quốc gia là: Thái Lan, Ấn Độ, Trung Quốc, Malaysia và Philippin. Năm 2010 có khoảng 32 triệu hộ gia đình trên toàn thế giới nhận đƣợc năng lƣợng dùng trong chiếu sáng và nấu ăn từ KSH đƣợc sản xuất trong quy mô hộ gia đình, trong đó 4 triệu hộ gia đình ở Ấn Độ và 27 triệu hộ gia đình ở Trung Quốc [43]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguồn: UNEP, Risoe, 2009 Hình 1. Các dự án KSH ở 8 quốc gia cùng tổ chức chiếm 85% tổng dự án KSH Trên thế giới cho đến nay phụ phẩm KSH đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.
Một số nghiên cứu sử dụng phụ phẩm KSH trên thế giới: Tận dụng phụ phẩm khí sinh học làm phân bón cho cây trồng Các kết quả nghiên cứu trên thế giới (Trung Quốc, Ấn Độ, Philipin, v.v) cho thấy: phụ phẩm KSH là loại phân hữu cơ khi sử dụng lâu dài cho đất sẽ có các tác dụng sau: - Cải thiện khả năng canh tác của đất. - Tăng hoạt động của hệ VSV đất (nhất là VSV háo khí) thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, tăng cƣờng và duy trì độ phì nhiêu của đất. - Cải thiện cấu trúc và tính chất lí học của đất: Cải thiện chế độ không khí trong đất làm đất tơi xốp hơn, giảm độ nén chặt, đất mềm, làm tăng khả năng giữ nƣớc, thấm nƣớc, đất dễ vỡ có lợi cho việc canh tác. - Làm giảm sự xói mòn do gió và nƣớc.
- Tăng năng suất cây trồng và giảm sâu bệnh. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phụ phẩm KSH cũng đã đƣợc nghiên cứu làm phân bón ở nhiều nƣớc nhƣ Trung Quốc, Ấn Độ và nhiều nƣớc trong khu vực Nam Á. Tại Ấn Ðộ, ngƣời nông dân đã thử nghiệm bón kết hợp nƣớc xả và phân hóa học có so sánh với bón phân chuồng kết hợp với phân hóa học cho đậu, muớp, đậu tƣơng và ngô. Kết quả cho thấy, với cùng lƣợng phân hóa học nhƣ nhau, khi bón bằng nuớc xả, năng suất tăng 19% với đậu, 14% với mƣớp, 12% với đậu tƣơng và 32% với ngô so với lô bón phân chuồng kết hợp phân hóa học.
Theo tài liệu “Công nghệ KSH tại Trung Quốc” của Trung tâm nghiên cứu và đào tạo KSH của Trung Quốc (1991): Nƣớc xả: trong 1m3 nƣớc xả có khoảng 0,16 - 1,05 kg N tƣơng đƣơng với 0,35 - 2,3 kg đạm urê. So với phân chuồng thì nƣớc xả có hàm lƣợng đạm tƣơng đƣơng. Bã cặn: trong 100kg bã cặn có: + 0,01 - 1,3 kg N tƣơng đƣơng 0,02 - 2,8 kg urê. + 0,6 - 1,3 kg P2O5 tƣơng đƣơng với 3 - 6 kg supe lân.
+ 0,02 - 3,1 kg K2O tƣơng đƣơng với 0,04 - 6,2 kg clorua kali. Hàm lƣợng đạm dễ tiêu trong bã cặn chiếm khoảng 60% N tổng số. Sử dụng phụ phẩm KSH làm thức ăn cho lợn và cá Vào những năm 1980, nhiều thí nghiệm đối chứng đã đƣợc thực hiện rộng rãi ở Trung Quốc và kết quả cho thấy lợn đƣợc cho ăn khẩu phần có chứa phụ phẩm KSH đều ăn và ngủ tốt hơn, tăng trọng nhanh hơn, lông da óng mƣợt hơn. Ðiều này thấy rất rõ ở lợn giai đoạn vỗ béo và ở những lợn đƣợc nuôi với thức ăn chất lƣợng thấp.
Trại Phú Sơn (Trung Quốc) cho biết lợn thí nghiệm (thức ăn trộn nƣớc xả KSH) đã tăng trọng hơn lợn đối chứng 100 - 132g/ngày và nuôi một đời lợn thịt có thể tiết kiệm đƣợc 25kg thức ăn tinh. Từ năm 1970 đến nay nhiều công trình nghiên cứu, thực nghiệm tại Trung Quốc, Ấn Ðộ, Philipin. đều khẳng định tính hơn hẳn về lợi ích của phụ phẩm KSH (nƣớc xả và bã cặn) so với phân tƣơi khi dùng làm phân bón cho ao cá. Viện nghiên 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.