Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Luận văn thạc sĩ môi trường phân tích hus nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Huyền
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đồng Thị Kim Loan
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nƣớc và trên thế giới
• 1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trên thế giới
• 1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nước
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ủ nước thải bioga với rơm rạ

Nghiên cứu phương pháp ủ nước thải bioga với rơm rạ đang trở thành một giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việt Nam, với sản lượng lúa lớn, tạo ra một lượng rơm rạ khổng lồ, có thể tận dụng để sản xuất phân bón hữu cơ. Việc sử dụng nước thải bioga không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải nông nghiệp.

1.1. Tình hình sử dụng nước thải bioga tại Việt Nam

Nước thải bioga được sản xuất từ các hầm bioga đang ngày càng phổ biến tại Việt Nam. Tuy nhiên, việc sử dụng nước thải này làm phân bón vẫn còn hạn chế. Nhiều nông dân vẫn chưa nhận thức đầy đủ về lợi ích của nước thải bioga trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất.

1.2. Lợi ích của việc ủ nước thải bioga với rơm rạ

Ủ nước thải bioga với rơm rạ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cung cấp nguồn dinh dưỡng phong phú cho cây trồng. Phân bón hữu cơ từ quá trình này có thể cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và giảm thiểu sự xói mòn.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ chất thải nông nghiệp

Ô nhiễm môi trường do chất thải nông nghiệp, đặc biệt là từ việc đốt rơm rạ, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Việc đốt rơm rạ không chỉ gây lãng phí nguồn hữu cơ mà còn phát thải nhiều khí độc hại vào môi trường.

2.1. Tác động của việc đốt rơm rạ đến môi trường

Quá trình đốt rơm rạ thải ra nhiều khí độc hại như CO2, N2O, và các hợp chất dioxin, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc này cũng làm giảm độ phì nhiêu của đất và tăng cường hiệu ứng nhà kính.

2.2. Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải nông nghiệp

Sử dụng nước thải bioga làm phân bón là một trong những giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm. Việc ủ nước thải với rơm rạ không chỉ giúp tái sử dụng nguồn tài nguyên mà còn cải thiện chất lượng đất.

III. Phương pháp ủ nước thải bioga với rơm rạ

Phương pháp ủ nước thải bioga với rơm rạ bao gồm nhiều bước quan trọng, từ chuẩn bị nguyên liệu đến quy trình ủ. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong quá trình ủ sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón.

3.1. Chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình ủ

Nguyên liệu chính cho quá trình ủ bao gồm nước thải bioga và rơm rạ. Cần đảm bảo tỷ lệ hợp lý giữa hai nguyên liệu này để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình phân giải chất hữu cơ.

3.2. Quy trình ủ nước thải bioga với rơm rạ

Quy trình ủ bao gồm các bước như trộn nguyên liệu, kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ, và theo dõi quá trình phân giải. Việc duy trì điều kiện ủ lý tưởng sẽ giúp sản phẩm phân bón đạt chất lượng cao.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ủ nước thải bioga với rơm rạ mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng. Năng suất cây trồng được cải thiện rõ rệt khi sử dụng phân bón từ quá trình ủ này.

4.1. Đánh giá hiệu quả của phân bón từ nước thải bioga

Các thí nghiệm cho thấy phân bón từ nước thải bioga có khả năng cung cấp dinh dưỡng tốt cho cây trồng, giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng phân bón này giúp giảm thiểu chi phí cho nông dân.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp

Nhiều nông dân đã áp dụng phương pháp ủ nước thải bioga với rơm rạ trong sản xuất nông nghiệp. Kết quả cho thấy không chỉ cải thiện năng suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu phương pháp ủ nước thải bioga với rơm rạ là một bước tiến quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để tối ưu hóa quy trình này.

5.1. Tương lai của nghiên cứu ủ nước thải bioga

Nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng để tìm ra các phương pháp ủ hiệu quả hơn, đồng thời nâng cao nhận thức của nông dân về lợi ích của việc sử dụng nước thải bioga.

5.2. Khuyến nghị cho chính sách phát triển bền vững

Cần có các chính sách hỗ trợ nông dân trong việc áp dụng công nghệ ủ nước thải bioga, từ đó góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp có sản lượng lúa hàng năm đạt xấp xỉ 42 triệu tấn, kéo theo lượng phụ phẩm rơm rạ khô thải ra ước tính lên đến 50,4 triệu tấn mỗi năm. Tập quán đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng tại các vùng nông thôn đã làm mất đi khoảng 91,3% lượng cacbon hữu cơ, tiêu tán gần như toàn bộ đạm và thải ra hàng triệu tấn khí nhà kính như cacbon dioxit, metan cùng nhiều hợp chất độc hại như hydrocacbon thơm đa vòng và dioxin. Đồng thời, sự gia tăng nhanh chóng của hơn 500 nghìn công trình hầm khí sinh học trên cả nước đang tạo ra nguồn nước thải sau biogas dồi dào nhưng tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng môi trường nước nghiêm trọng do hàm lượng đạm tổng số lên tới 546 mg/l, vượt hơn 13 lần quy chuẩn xả thải cho phép.

Đề tài luận văn thạc sĩ khoa học môi trường tập trung nghiên cứu xây dựng phương pháp ủ hiếu khí nước thải sau biogas với rơm rạ nhằm sản xuất phân bón hữu cơ sinh học phục vụ canh tác lúa nước. Thí nghiệm được triển khai thực địa trong khoảng thời gian từ tháng 06/2011 đến tháng 09/2012 tại xã Lương Phong, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang trên giống lúa Khang Dân 18 qua hai vụ xuân và vụ mùa. Đề tài hướng tới việc giải quyết đồng thời ba mắt xích quan trọng: chấm dứt tình trạng đốt rơm rạ lộ thiên, xử lý triệt để ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi và tái tạo nguồn phân bón hữu cơ chất lượng cao. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp cải thiện hàm lượng chất hữu cơ nghèo nàn trong đất từ mức 1,519%, giảm thiểu 10% đến 20% lượng phân bón hóa học vô cơ và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người nông dân từ 15% đến 25% trên mỗi hecta canh tác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phân hủy sinh học hiếu khí các hợp chất cao phân tử hữu cơ. Trong điều kiện độ ẩm duy trì ở mức 65% và độ thông khí đầy đủ, quần thể vi sinh vật hiếu khí bản địa kết hợp cùng các chủng vi sinh vật phân giải xenlulo và xạ khuẩn sẽ chuyển hóa nguồn xenlulozơ chiếm 42,41% và lignin chiếm 18,62% trong rơm rạ thành mùn hữu cơ bền vững. Quá trình này giúp hạ thấp tỷ lệ C/N từ mức trên 50:1 xuống dưới 20:1, loại trừ hoàn toàn nguy cơ cạnh tranh dinh dưỡng và ngộ độc hữu cơ cho rễ lúa.

Bên cạnh đó, đề tài vận dụng mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn và lý thuyết cân bằng dinh dưỡng đất theo hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu. Các khái niệm trung tâm được làm rõ bao gồm: phụ phẩm khí sinh học, hiện tượng phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận, quá trình khoáng hóa chất hữu cơ, dung tích hấp thu cation của đất và hệ số chuyển hóa sinh khối. Việc tuần hoàn dưỡng chất giúp bảo toàn các nguyên tố đa lượng và vi lượng quý giá trong nước thải chăn nuôi mà không làm phát tán nguồn phát thải khí nhà kính độc hại vào khí quyển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm bao gồm mẫu nước thải sau biogas thu thập tại các trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa, mẫu rơm rạ sau thu hoạch giống lúa Khang Dân 18 và các chỉ tiêu khí tượng thủy văn khu vực huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang. Trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu thiết lập 4 công thức phối trộn với cỡ mẫu 5 kg rơm rạ khô kết hợp 23 lít nước thải biogas, có bổ sung chế phẩm vi sinh vật phân giải xenlulo với liều lượng 10 g và supe photphat 125 g để đối chứng với phương pháp ủ phân chuồng truyền thống 56 ngày. Cỡ mẫu này được tính toán chuẩn xác nhằm phản ánh đúng tỷ lệ phối trộn tối ưu ngoài đồng ruộng.

Phương pháp chọn mẫu đất và phân tích mẫu tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn quốc gia: TCVN 5979-1995 xác định độ chua pH, 10 TCN 304-97 xác định nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl, TCVN 5815-2001 xác định lân và kali hữu hiệu, AOAC 2002 xác định hàm lượng kim loại nặng chì, đồng, kẽm bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS, và TCVN 6168-2002 định lượng vi khuẩn, xạ khuẩn phân giải xenlulo. Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh với 4 lần lặp lại trên 6 công thức phân bón, diện tích mỗi ô thí nghiệm là 30 m2. Các dữ liệu thu thập về chỉ tiêu sinh trưởng, cấu thành năng suất và giá trị kinh tế được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và chương trình thống kê nông nghiệp IRRIstat với mức ý nghĩa tin cậy 95%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích thành phần ban đầu cho thấy nước thải sau hầm biogas chứa hàm lượng photpho đạt 476,53 mg/l và đạm tổng số đạt 546 mg/l, cao gấp 13,65 lần so với giới hạn cho phép của QCVN 40-2011/BTNMT loại B. Tuy nhiên, hàm lượng các kim loại nặng độc hại như chì ở mức 0 mg/l, đồng đạt 0,47 mg/l và kẽm đạt 0,35 mg/l, hoàn toàn nằm trong ngưỡng an toàn cho cây trồng. Rơm rạ chứa hàm lượng cacbon hữu cơ rất cao đạt 45,56%, kali đạt 1,217%, nitơ đạt 0,88% và photpho đạt 0,244%.

Quá trình theo dõi nhiệt độ đống ủ ghi nhận hiện tượng tăng nhiệt hai pha rõ rệt ở tất cả các công thức. Nhiệt độ tăng vọt từ 26°C ban đầu lên đỉnh thứ nhất ở mức 48°C đến 49°C vào tuần thứ 3 (ngày thứ 16), sau đó hạ dần và đạt đỉnh thứ hai ở mức 48°C đến 49°C vào tuần thứ 7 (ngày thứ 45). Công thức ủ rơm rạ kết hợp nước thải biogas có bổ sung vi sinh vật phân giải xenlulo và supe photphat đạt độ hoai mục hoàn toàn sau 60 ngày, rút ngắn thời gian ủ 5 ngày so với công thức ủ thuần rơm rạ và nước thải biogas (65 ngày).

Trên đồng ruộng, công thức bón kết hợp NPK cùng sản phẩm ủ rơm rạ và nước thải biogas có bổ sung chế phẩm vi sinh cho năng suất thực thu của giống lúa Khang Dân 18 đạt mức cao nhất, vượt trội hơn từ 8,5% đến 14,2% so với công thức đối chứng chỉ bón phân khoáng vô cơ NPK và tương đương với công thức bón 8 tấn phân chuồng trên 1 ha.

Thảo luận kết quả

Diễn biến nhiệt độ đống ủ phản ánh chính xác quy luật sinh trưởng và hoạt động trao đổi chất của hệ vi sinh vật hiếu khí phân giải xenlulo. Khi nguồn cơ chất dễ phân hủy dồi dào, vi sinh vật phát triển bùng nổ làm nhiệt độ tăng cao giúp tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại. Việc đảo trộn đống ủ tại tuần thứ 5 đã cung cấp thêm oxy, thúc đẩy đợt phân hủy thứ hai đưa hợp chất hữu cơ về trạng thái mùn ổn định. Dữ liệu nhiệt độ này có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ đường đa trục để làm nổi bật sự khác biệt về tốc độ sinh nhiệt giữa các công thức bổ sung chế phẩm vi sinh so với ủ tự nhiên.

Sự vượt trội về năng suất lúa khi bón sản phẩm ủ được giải thích bởi sự kết hợp hoàn hảo giữa nguồn kali, silic dồi dào trong rơm rạ và lượng đạm, lân dễ tiêu trong nước thải biogas. Đất tại vùng nghiên cứu vốn có hàm lượng chất hữu cơ nghèo 1,519% và dung tích trao đổi cation thấp 6,2 ldl/100 g đất, do đó việc bổ sung phân ủ đã cải thiện tính chất vật lý đất, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, giúp cây lúa đẻ nhánh hữu hiệu cao hơn 18% so với đối chứng. Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và các thử nghiệm tại Ấn Độ, khẳng định việc tận dụng phụ phẩm biogas mang lại hiệu quả nông học vượt trội so với phân bón vô cơ đơn thuần.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cùng Trung tâm Khuyến nông các tỉnh vùng Đồng bằng sông Hồng cần chuẩn hóa và ban hành tài liệu hướng dẫn kỹ thuật ủ rơm rạ với nước thải biogas. Quy trình cần cố định tỷ lệ phối trộn chuẩn là 23 lít nước thải sau biogas cho 5 kg rơm rạ khô, bổ sung 10 g chế phẩm vi sinh phân giải xenlulo hoặc 125 g supe photphat, duy trì độ ẩm 65% trong các hố ủ lót bạt nilông sâu 60 cm đến 80 cm. Mục tiêu đặt ra là chuyển giao kỹ thuật thành công cho ít nhất 70% số hộ nông dân có hầm biogas trong giai đoạn 2024–2026.

Thứ hai, Ủy ban nhân dân các cấp cần ban hành chính sách hỗ trợ 50% kinh phí mua chế phẩm sinh học phân giải xenlulo và vật tư làm hố ủ cho các hộ nông nghiệp quy mô vừa và nhỏ. Chủ thể thực hiện là Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ Thực vật phối hợp với Hội Nông dân địa phương, triển khai ngay từ quý 1 năm 2025 nhằm khuyến khích cộng đồng thay thế tập quán bón phân hóa học đơn thuần.

Thứ ba, cơ quan quản lý tài nguyên môi trường cần tăng cường công tác thanh tra, giám sát xả thải tại các trang trại chăn nuôi tập trung, xử phạt nghiêm các hành vi xả thẳng nước thải biogas chưa qua xử lý ra kênh mương thủy lợi. Đồng thời, chính quyền cơ sở cần áp dụng chế tài xử phạt hành chính đối với hành vi đốt rơm rạ lộ thiên, hướng tới mục tiêu giảm 100% diện tích đốt rơm rạ tại các vùng ven đô trước năm 2027.

Thứ tư, các viện nghiên cứu và doanh nghiệp phân bón cần hợp tác xây dựng mô hình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ phế phẩm rơm rạ quy mô công nghiệp tại các hợp tác xã nông nghiệp. Dự án cần đặt chỉ tiêu xử lý tối thiểu 5.000 tấn rơm rạ và 20.000 m3 nước thải biogas mỗi năm trên một địa bàn cấp huyện trong giai đoạn 2025–2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cán bộ quản lý môi trường và nông nghiệp tại các Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường: Luận văn cung cấp luận cứ khoa học thực chứng để xây dựng các chính sách quản lý chất thải rắn nông nghiệp, phương án kiểm soát phát thải khí nhà kính và chiến lược phát triển nông nghiệp sạch bền vững.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nông hóa, Thổ nhưỡng: Tài liệu là nguồn tham khảo mẫu mực về phương pháp bố trí thí nghiệm phối trộn hiếu khí, quy trình phân tích các chỉ tiêu hóa lý phức tạp của đất và cây trồng theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN và ISO.

Chủ nhiệm hợp tác xã và các hộ nông dân trực tiếp canh tác: Đề tài cung cấp cẩm nang thực hành chi tiết, dễ áp dụng để tự sản xuất phân bón hữu cơ tại chỗ từ nguồn phụ phẩm sẵn có, giúp tiết kiệm từ 1.200.000 đến 2.000.000 đồng chi phí mua phân bón vô cơ cho mỗi hecta mỗi vụ.

Các doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ sinh học: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu định lượng chính xác về động học phân hủy của xenlulozơ, tỷ lệ phối trộn phụ gia supe photphat và các chủng vi sinh vật tối ưu, hỗ trợ quá trình nghiên cứu phát triển các dòng sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh thương mại chất lượng cao.

Câu hỏi thường gặp

Tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa rơm rạ và nước thải sau biogas để ủ phân bón là bao nhiêu? Theo kết quả thực nghiệm chuẩn xác, tỷ lệ phối trộn tối ưu nhất là 23 lít nước thải sau biogas kết hợp với 5 kg rơm rạ khô, tương đương 4,6 m3 nước thải cho 1 tấn rơm rạ. Tỷ lệ này đảm bảo cân bằng độ ẩm môi trường đống ủ đạt mức chuẩn 65%, cung cấp đủ lượng đạm và photpho hòa tan cần thiết cho vi sinh vật hoạt động mạnh nhất.

Nước thải sau biogas có an toàn về kim loại nặng khi dùng để ủ phân bón cho lúa không? Kết quả kiểm nghiệm bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS cho thấy hàm lượng chì đạt 0 mg/l, đồng đạt 0,47 mg/l và kẽm đạt 0,35 mg/l. Tất cả các thông số này đều thấp hơn nhiều lần so với giới hạn nghiêm ngặt của QCVN 40-2011/BTNMT loại B và tiêu chuẩn nước tưới nông nghiệp TCVN 6773-2000, tuyệt đối an toàn cho cây trồng.

Thời gian ủ rơm rạ với nước thải biogas kéo dài bao lâu thì phân bón đạt độ hoai mục? Khi bổ sung chế phẩm vi sinh vật phân giải xenlulo hoặc phụ gia supe photphat, thời gian ủ đạt độ hoai mục hoàn toàn là 60 ngày. Trong điều kiện ủ thuần tự nhiên không bổ sung vi sinh vật, quá trình phân hủy kéo dài hơn và cần 65 ngày để cơ chất chuyển sang màu nâu sẫm, tơi xốp và hạ nhiệt độ về mức ổn định dưới 36°C.

Hiệu quả tăng năng suất lúa của phân ủ rơm rạ kết hợp nước thải biogas đạt mức nào? Tại các ô thí nghiệm giống lúa Khang Dân 18 ở Bắc Giang, công thức bón phân ủ kết hợp phân khoáng NPK giúp năng suất lúa thực thu tăng từ 8,5% đến 14,2% so với đối chứng chỉ bón NPK vô cơ. Hiệu quả dinh dưỡng của phân ủ rơm rạ hoàn toàn tương đương và có thể thay thế lượng bón 8 tấn phân chuồng truyền thống trên 1 ha.

Tại sao không nên vùi trực tiếp rơm rạ tươi xuống ruộng lúa ngập nước sau khi thu hoạch? Rơm rạ tươi có tỷ lệ C/N rất cao và chứa đến 42,41% xenlulozơ. Khi vùi trực tiếp vào đất ngập nước, quá trình phân hủy yếm khí sẽ sinh ra các axit hữu cơ độc hại gây ngộ độc hữu cơ làm thối rễ lúa non, làm cố định đạm tạm thời và giải phóng lượng lớn khí metan gây hiệu ứng nhà kính nghiêm trọng.

Kết luận

• Luận văn đã xác định chính xác các đặc tính hóa học quan trọng của nước thải sau biogas với hàm lượng đạm tổng số 546 mg/l, photpho 476,53 mg/l và rơm rạ chứa 45,56% cacbon hữu cơ, chứng minh tiềm năng to lớn của việc phối trộn tái chế hai nguồn phụ phẩm này.
• Đã thiết lập thành công quy trình kỹ thuật ủ hiếu khí chuẩn với tỷ lệ 23 lít nước thải biogas trên 5 kg rơm rạ có bổ sung chế phẩm vi sinh vật phân giải xenlulo, giúp rút ngắn thời gian hoai mục xuống còn 60 ngày ở nhiệt độ đỉnh 49°C.
• Sản phẩm phân bón hữu cơ sau ủ đạt chất lượng cao, an toàn tuyệt đối về kim loại nặng và cải thiện rõ rệt độ phì nhiêu của đất trồng lúa có hàm lượng chất hữu cơ nghèo 1,519%.
• Thí nghiệm đồng ruộng trên giống lúa Khang Dân 18 chứng minh phân ủ giúp tăng năng suất thực thu từ 8,5% đến 14,2%, tiết kiệm chi phí đầu tư và thay thế hoàn toàn 8 tấn phân chuồng trên mỗi hecta.
• Đề tài đóng góp giải pháp công nghệ môi trường toàn diện, giải quyết triệt để nguy cơ phú dưỡng nguồn nước từ hầm biogas và ngăn chặn hoàn toàn phát thải khí nhà kính độc hại từ tập quán đốt rơm rạ lộ thiên.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2025 đến năm 2030, các địa phương cần nhanh chóng đưa quy trình này vào chương trình khuyến nông trọng điểm và mở rộng quy mô ứng dụng tại các vùng sản xuất lúa chuyên canh. Hãy chủ động áp dụng ngay giải pháp ủ rơm rạ cùng nước thải biogas để bảo vệ môi trường nông thôn và xây dựng nền nông nghiệp tuần hoàn bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail]  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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.