Nghiên cứu khoa học: Ứng dụng bã thải từ hầm biogas làm phân bón cho cây trồng

Nghiên cứu sử dụng bã thải từ hầm biogas làm phân bón cho cây trồng, đề tài khoa học cấp trường, ứng dụng hiệu quả trong nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Ks. Trịnh Thị Bích Huyền
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Tp. Hcm Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Bã Thải Hầm Biogas Làm Phân Bón Hiệu Quả Cho Cây Trồng
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU THÔ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
• 1.1. Đặc tính chung của nguyên liệu
• 1.2. Nguyên lý của quá trình chuyển hoá
• 1.3. Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào
• 1.4. Hàm lượng TS trong nguyên liệu cấp
• 1.5. Hệ số tải trọng hữu cơ
• 1.6. Thành phần gây độc
• 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG BIOGAS TRONG NÔNG NGHIỆP TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2.1. Tình hình ứng dụng Biogas ở Việt Nam
• 2.2. Tình hình ứng dụng công nghệ Biogas ở các nước trên thế giới
• 3. THÀNH PHẦN CHẤT DINH DƯỠNG TRONG PHẦN ĐẶC VÀ PHẦN LỎNG CỦA BÃ THẢI SAU HẦM Ủ BIOGAS
• 3.1. Thành phần vi sinh vật trong bã thải hầm biogas
• 3.2. Kết quả bón phân cho cải bẹ xanh
• 3.3. Kết quả bón phân cho bưởi Năm Roi
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bã thải hầm biogas và phân bón hữu cơ

Bã thải hầm biogas là sản phẩm phụ sau quá trình lên men kỵ khí trong hầm biogas, chứa nhiều chất dinh dưỡng hữu cơ như nitơ, phốt pho, kali và các vi sinh vật có lợi. Nghiên cứu này tập trung vào việc tận dụng bã thải hầm biogas làm phân bón hữu cơ cho cây trồng, nhằm cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng. Phân bón hữu cơ từ bã thải biogas không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật đất.

1.1. Đặc tính của bã thải hầm biogas

Bã thải hầm biogas có hàm lượng chất hữu cơ cao, chứa 36-49.6% axit humic, 5-9% protein thô, 0.6% tổng phốt pho và 0.2% tổng kali. Đây là nguồn phân bón sinh học giàu dinh dưỡng, phù hợp cho nhiều loại cây trồng. Ngoài ra, bã thải còn chứa các vi sinh vật có lợi, giúp phân hủy chất hữu cơ và cải thiện độ phì nhiêu của đất.

1.2. Lợi ích của phân bón hữu cơ từ bã thải biogas

Sử dụng phân bón hữu cơ từ bã thải biogas giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do tái chế chất thải nông nghiệp. Đồng thời, nó cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, từ đó tăng năng suất cây trồng. Phân bón này cũng thân thiện với môi trường, góp phần vào nông nghiệp bền vững.

II. Nghiên cứu ứng dụng bã thải biogas trong nông nghiệp

Nghiên cứu này được thực hiện tại huyện Củ Chi, TP.HCM, với đối tượng là cải bẹ xanh và bưởi Năm Roi. Mục tiêu là đánh giá hiệu quả phân bón của bã thải biogas trên sự tăng trưởng và chất lượng cây trồng. Kết quả cho thấy, việc sử dụng phân bón từ biogas giúp cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí đầu vào cho nông dân.

2.1. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm trên hai mô hình: cải bẹ xanh và bưởi Năm Roi. Bã thải hầm biogas được phân tích thành phần dinh dưỡng trước khi sử dụng làm phân bón. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm tốc độ tăng trưởng, năng suất và chất lượng sản phẩm.

2.2. Kết quả nghiên cứu

Kết quả cho thấy, cải bẹ xanh và bưởi Năm Roi được bón phân bón từ biogas có tốc độ tăng trưởng nhanh hơn, năng suất cao hơn so với sử dụng phân bón hóa học. Đặc biệt, chất lượng sản phẩm được cải thiện rõ rệt, đáp ứng tiêu chuẩn nông nghiệp bền vững.

III. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng bã thải hầm biogas làm phân bón hữu cơ, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy nông nghiệp bền vững. Việc ứng dụng phân bón từ biogas không chỉ cải thiện năng suất cây trồng mà còn giúp nông dân tiết kiệm chi phí đầu vào, đồng thời bảo vệ môi trường.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng bã thải hầm biogas làm phân bón hữu cơ, mở ra hướng đi mới trong quản lý chất thải nông nghiệp. Đây là bước tiến quan trọng trong việc phát triển các giải pháp tái chế chất thải hiệu quả.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở các vùng nông thôn có nhiều hầm biogas. Việc sử dụng phân bón từ biogas không chỉ giúp cải thiện đất mà còn góp phần tăng năng suất cây trồng, mang lại lợi ích kinh tế và môi trường.

Nội dung chính

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÃ THẢI TỪ HẦM BIOGAS LÀM PHÂN BÓN CHO CÂY TRỒNG

---

Tóm tắt nghiên cứu (Research Summary)

Nghiên cứu "Nghiên cứu sử dụng bã thải từ hầm biogas làm phân bón cho cây trồng" (Mã số đề tài: T – Mtr 2012 - 63) do nhóm tác giả thuộc Khoa Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa (ĐHQG-HCM) chủ trì, nhằm giải quyết bài toán kép: xử lý ô nhiễm chất thải chăn nuôi và cung cấp nguồn phân bón hữu cơ dinh dưỡng cho nông nghiệp bền vững. Câu hỏi nghiên cứu trọng tâm là: Làm thế nào để tận dụng tối ưu cả phần đặc (bùn lắng) và phần lỏng (nước thải sau xử lý) của hầm ủ biogas từ phân bò, phân heo để thay thế phân bón hóa học trong canh tác cây ăn lá và cây ăn trái?

Phương pháp nghiên cứu được triển khai thông qua việc phân tích thành phần lý hóa (N, P, K, Ca, Mg), kim loại nặng (Pb, As) và vi sinh vật (Coliforms, E. coli) của bã thải theo các tiêu chuẩn TCVN và Standard Methods; kết hợp thử nghiệm mô hình canh tác thực địa đối chứng ngẫu nhiên trên cải bẹ xanh (Brassica juncea) và bưởi Năm Roi tại huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả cho thấy bã thải biogas chứa hàm lượng dinh dưỡng khoáng và acid humic cao, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu phát triển của cây trồng. Ứng dụng bã thải giúp năng suất cải bẹ xanh đạt 106% so với bón phân hóa học đối chứng; trên bưởi Năm Roi giúp tăng khối lượng quả trung bình từ 1.17% đến 11.3%, giảm đáng kể tỷ lệ rụng quả non và hạn chế sâu vẽ bùa (Phyllocnistis citrella). Tuy nhiên, mật độ vi sinh vật chỉ thị đường ruột trong bã thải còn cao, đòi hỏi phải có quy trình xử lý trước khi tưới. Nghiên cứu mang lại ý nghĩa then chốt trong việc khép kín chu trình dinh dưỡng nông nghiệp, thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và canh tác an toàn theo tiêu chuẩn VietGAP.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (Context & Significance)

Trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại, việc lạm dụng kéo dài phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật nhằm thúc ép năng suất ngắn hạn đang để lại những hệ lụy môi trường nghiêm trọng: hình thành các muối khoáng bất lợi gây ức chế khả năng hút nước của rễ, làm suy giảm hàm lượng mùn hữu cơ, phá hủy cấu trúc đất và gia tăng tình trạng xói mòn, rửa trôi dinh dưỡng vào nguồn nước mặt.

Song song đó, ngành chăn nuôi tại các vùng phụ cận đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh (đặc biệt là huyện Củ Chi) phát triển rất mạnh mẽ với quy mô đàn bò sữa trên 82.000 con và đàn heo hơn 300.000 con. Dù toàn thành phố có hơn 6.100 hộ chăn nuôi đã lắp đặt hầm biogas (đạt tỷ lệ 31,5%), nhưng phần lớn các hệ thống này mới chỉ dừng lại ở mục tiêu thu hồi năng lượng khí sinh học ($CH_4$) để đun nấu. Ước tính có tới 61,2% lượng chất thải chăn nuôi (hơn 223.000 tấn/năm) chưa được xử lý triệt để hoặc bã thải sau biogas bị xả thẳng ra kênh rạch, ao hồ gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường thứ cấp.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) đặt ra là: Chưa có quy trình chuẩn hóa cụ thể về mặt định lượng dinh dưỡng để hướng dẫn người nông dân tái sử dụng trực tiếp cả hai pha (pha đặc và pha lỏng) của phụ phẩm biogas làm phân bón hữu cơ thay thế NPK tổng hợp cho từng nhóm cây trồng đặc thù tại địa phương.

Đề tài được thực hiện đúng thời điểm TP. Hồ Chí Minh triển khai Chương trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp, chuyển đổi sang nông nghiệp đô thị sinh thái. Việc khai thác nguồn bã thải biogas giàu acid humic (36–49,6%), protein thô (5–9%) và khoáng đa vi lượng không chỉ giảm thiểu gánh nặng phát thải khí nhà kính, bảo vệ tài nguyên nước mà còn tạo bước đột phá trong việc tự chủ nguồn phân bón hữu cơ sinh học giá thành thấp, phục vụ sản xuất rau quả sạch theo chuỗi giá trị bền vững.

---

Methodology và tiếp cận nghiên cứu (Methodology & Approach)

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tiếp cận đa ngành kết hợp giữa hóa học phân tích môi trường, vi sinh học và nông học thực nghiệm hiện trường:

1. Thu thập và phân tích mẫu bã thải

• Địa bàn lấy mẫu: Nguồn bã thải phân bò sữa thu tại hộ ông Nguyễn Văn Thông (xã Tân Phú Trung) và phân heo tại hộ bà Nguyễn Thị Hương (xã Trung Lập Thượng), huyện Củ Chi.
• Quy chuẩn lấy và bảo quản mẫu:
  • Phần lỏng lấy theo TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006), bảo quản ở $4^\circ\text{C}$ theo TCVN 5993:1995.
  • Phần đặc lấy và bảo quản theo TCVN 7538-1:2007 (ISO 10381-1).
  • Mẫu vi sinh thu trong bình vô trùng 150ml (thanh trùng ở $175^\circ\text{C}$ trong 1 giờ).
• Phương pháp phân tích chỉ tiêu:
  • Tổng Nitơ Kjeldahl (TKN): Phương pháp chưng cất – định phân Macro-Kjeldahl.
  • Tổng Phospho ($P_2O_5$): Đo quang phổ hấp thụ UV-Visible Spectrophotometer.
  • Kali ($K_2O$), Canxi ($Ca$), Magie ($Mg$), Asen ($As$), Chì ($Pb$): Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng cao tần (ICP).
  • Vi sinh vật chỉ thị (Coliforms, E. coli): Phương pháp đếm số có xác suất lớn nhất (MPN - Most Probable Number).

2. Thiết kế mô hình thực nghiệm đồng ruộng

• Mô hình cây ăn lá (Cải bẹ xanh - Brassica juncea):
  • Bố trí 2 lô ngẫu nhiên diện tích $40,\text{m}^2/\text{lô}$, mật độ trồng $10 \times 15,\text{cm}$.
  • Lô đối chứng: Bón theo tập quán (phân bò hoai + Super lân + Urê + NPK 16-16-8, bón lót và 1 lần bón thúc).
  • Lô thực nghiệm: Bón lót trước trồng 3 ngày bằng $50,\text{kg}$ bã thải đặc phân bò; sau đó tưới bón thúc 3 lần (vào các ngày 7, 17, 27 sau trồng) bằng bã thải lỏng pha loãng theo tỷ lệ $1\text{ phần nước thải} : 2\text{ phần nước sạch}$. Thu hoạch sau 30 ngày.
• Mô hình cây ăn quả (Bưởi Năm Roi - 10 năm tuổi):
  • Quy mô 180 cây, bố trí 3 lô thí nghiệm ($1.188,\text{m}^2 \approx 20,\text{cây/lô}$): 1 lô đối chứng bón NPK vô cơ ($1,\text{kg Urê} + 2,5,\text{kg Lân} + 1,5,\text{kg KCl/cây}$) và 2 lô thực nghiệm bón phối hợp bã thải đặc vào gốc kết hợp tưới phun bã lỏng qua lá và gốc định kỳ ở giai đoạn ra hoa, nuôi trái non và phát triển quả.
• Độ tin cậy của dữ liệu: Kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện khí hậu, nguồn nước tưới nền, mật độ cây trồng và quy trình theo dõi chỉ tiêu sinh trưởng, sâu bệnh theo ngày.

---

Phát hiện chính của nghiên cứu (Key Findings)

1. Hàm lượng dinh dưỡng cao và an toàn về kim loại nặng

Bã thải sau lên men kỵ khí giữ lại được hầu hết các nguyên tố khoáng thiết yếu ở dạng dễ tiêu hóa cho cây:

• Phần đặc: Bã thải phân heo có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn phân bò về Đa lượng (Nitơ đạt $0,38%$ so với $0,24%$, cao hơn 1,58 lần) và Vi lượng ($Ca$ cao hơn 1,91 lần; $Mg$ cao hơn 1,03 lần). Ngược lại, $K_2O$ trong phân bò cao hơn ($0,82%$ so với $0,71%$). Cứ $100,\text{kg}$ bã đặc phân bò cung cấp tương đương $0,24,\text{kg N}$; $0,65,\text{kg } P_2O_5$ và $0,82,\text{kg } K_2O$.
• Phần lỏng: Bã lỏng từ phân bò có hàm lượng Nitơ hòa tan ($0,76,\text{g/l}$) cao gấp 2,8 lần phân heo ($0,27,\text{g/l}$), trong khi $P_2O_5$ đạt $0,051,\text{g/l}$ và $K_2O$ đạt $0,55,\text{g/l}$.
• Kim loại nặng: Hàm lượng $Pb$ và $As$ trong dung dịch bã thải lỏng cực thấp ($0,006 - 0,007,\text{mg/l}$), thấp hơn 98,6% so với ngưỡng giới hạn tối đa cho phép theo Tiêu chuẩn Nước tưới nông nghiệp Việt Nam (TCVN 6773:2000).

Loại mẫu / Nguồn gốc	Nitơ (N)	$P_2O_5$	$K_2O$	Canxi (Ca)	Magie (Mg)
Bã đặc phân bò (%)	0,24	0,65	0,82	0,22	0,20
Bã đặc phân heo (%)	0,38	0,69	0,71	0,42	0,21
Bã lỏng phân bò (g/l)	0,76	0,051	0,55	0,32	0,09
Bã lỏng phân heo (g/l)	0,27	0,11	0,51	0,15	0,063

2. Tác động sinh trưởng và năng suất vượt trội trên cải bẹ xanh

• Động thái sinh trưởng: Trong 15 ngày đầu sau cấy, cải bẹ xanh ở lô bón bã biogas phát triển chậm hơn lô đối chứng bón phân vô cơ (số lá đạt 5–6 lá so với 6–8 lá của đối chứng). Nguyên nhân do phân hữu cơ biogas cần thời gian khoáng hóa sinh học chậm (slow-release effect).
• Giai đoạn bứt phá: Từ ngày thứ 25 đến ngày 30, cây ở lô thực nghiệm hấp thu dinh dưỡng hữu cơ toàn diện, bộ lá phát triển xanh đậm, phiến lá dày, mượt và bóng hơn hẳn lô đối chứng lá mỏng.
• Năng suất thu hoạch: Khi thu hoạch (ngày thứ 30), số lá đồng đều 12–15 lá/cây, năng suất lô thực nghiệm đạt $86,4,\text{kg}/40,\text{m}^2$ ($2,16,\text{kg/m}^2$), tương đương 106% so với lô đối chứng ($81,5,\text{kg}/40,\text{m}^2$).

3. Tăng phẩm chất quả và giảm rụng trái non trên bưởi Năm Roi

• Năng suất quả: Cây được bổ sung bã thải biogas cho quả to và đồng đều. Trọng lượng trung bình quả ở Lô thực nghiệm 1 đạt $1,37,\text{kg}$ (tăng 11,3% so với đối chứng là $1,23,\text{kg}$), Lô thực nghiệm 2 đạt $1,42,\text{kg}$ (tăng 1,17%).
• Hiện tượng rụng trái non: Lô đối chứng bón phân vô cơ xảy ra rụng trái non nhiều trong thời kỳ nuôi trái, trong khi các lô bón bổ sung bã thải lỏng giữ được tỷ lệ đậu quả ổn định nhờ nguồn khoáng vi lượng $Ca, Mg$ và Kali hòa tan dồi dào.

4. Hiệu ứng kép: Hạn chế sâu bệnh hại tự nhiên

Một phát hiện thực tế rất giá trị là trong khi lô bưởi đối chứng bị nhiễm nhẹ sâu vẽ bùa (Phyllocnistis citrella), làm quăn queo và tổn thương chồi non, thì ở cả 2 lô thực nghiệm tưới phun bã thải biogas hoàn toàn không phát hiện mầm bệnh. Lớp biểu bì lá dày và bóng mượt do hấp thu đủ dinh dưỡng hữu cơ cân đối đã tăng cường sức đề kháng cơ học tự nhiên của cây trước sâu hại.

5. Cảnh báo về mật độ vi sinh vật gây bệnh

Mật độ Coliforms trong bã thải phân bò và phân heo lần lượt là $5,32 \times 10^4,\text{MPN/100ml}$ và $7,4 \times 10^4,\text{MPN/100ml}$, vượt ngưỡng quy chuẩn nước thải sinh hoạt loại B (QCVN 14:2008). Điều này phản ánh thực tế nhiều hầm ủ hộ gia đình vận hành chưa đúng kỹ thuật (thiếu thời gian lưu hoặc nạp quá tải), đòi hỏi bã thải phải được ủ thêm hoặc khử trùng trước khi tưới trực tiếp lên rau ăn sống.

---

Đóng góp khoa học (Scientific & Practical Contributions)

1. Đóng góp về mặt lý luận sinh học - thổ nhưỡng: Nghiên cứu đã chứng minh thực nghiệm cơ chế "chậm mà chắc" của bã thải kỵ khí. Quá trình lên men kỵ khí không làm mất đi các khoáng chất đa lượng mà chuyển hóa chúng thành dạng muối hòa tan và phức hữu cơ dễ đồng hóa, đồng thời kích thích hoạt tính enzyme đất (urease, phosphatase), cải thiện lý tính của đất lâu dài.
2. Cải tiến phương pháp ứng dụng nông học: Đề xuất thành công mô hình bón phân hai giai đoạn: dùng bã đặc giàu mùn để cải tạo cấu trúc nền đất khi bón lót, kết hợp bã lỏng pha loãng ($1:2$) làm phân tưới thúc cung cấp dinh dưỡng nhanh qua rễ và lá.
3. Giá trị ứng dụng thực tiễn: Tạo ra giải pháp kỹ thuật sẵn sàng chuyển giao cho hơn 6.000 hộ chăn nuôi tại TP.HCM, biến bã thải thành nguồn lợi kinh tế, cắt giảm từ $30 - 50%$ chi phí phân bón vô cơ đắt đỏ.
4. Hàm ý chính sách quản lý môi trường: Cung cấp luận cứ khoa học để Sở Nông nghiệp & PTNT và Sở Tài nguyên & Môi trường xây dựng các chính sách khuyến khích mô hình khép kín "Chăn nuôi an toàn sinh học – Biogas – Trồng trọt hữu cơ VietGAP", hỗ trợ mục tiêu giảm phát thải ròng trong nông nghiệp.

---

Đối tượng quan tâm (Target Audience)

• Các nhà nghiên cứu và học thuật: Chuyên gia trong lĩnh vực Kỹ thuật Môi trường, Nông hóa Thổ nhưỡng, Công nghệ Sinh học Nông nghiệp quan tâm đến động học phân giải yếm khí và tái tuần hoàn sinh khối.
• Kỹ sư nông nghiệp và cán bộ khuyến nông: Đội ngũ kỹ thuật tại các trạm khuyến nông địa phương cần tài liệu đào tạo, hướng dẫn thực hành nông nghiệp tốt (GAP) cho bà con nông dân.
• Chủ trang trại và hộ nông dân: Các hộ chăn nuôi quy mô gia đình, trang trại heo/bò sữa có hầm biogas muốn tận dụng phụ phẩm để tự cung cấp phân bón cho vườn cây ăn trái, đồng cỏ hoặc rau màu.
• Nhà hoạch định chính sách nông thôn: Cơ quan quản lý nhà nước xây dựng tiêu chí Nông thôn mới, quy chuẩn môi trường chuồng trại và chương trình phát triển nông nghiệp đô thị sinh thái.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu này là gì?

Bã thải biogas (cả bùn đặc và nước thải sau xử lý) là nguồn phân hữu cơ hoàn chỉnh, an toàn về kim loại nặng, có khả năng thay thế phân bón hóa học để tăng năng suất rau cải bẹ xanh lên 106% và tăng năng suất bưởi Năm Roi thêm 11,3%, đồng thời giảm rõ rệt hiện tượng rụng quả non và sâu vẽ bùa.

2. Phương pháp nghiên cứu có điểm gì đặc biệt?

Nghiên cứu kết hợp định lượng chuẩn xác các chỉ tiêu lý hóa, vi sinh vật bằng hệ thống thiết bị hiện đại (ICP, UV-Vis, Kjeldahl, MPN) với việc triển khai thực địa đối chứng song song trên cả hai nhóm đối tượng đại diện: cây ngắn ngày (rau ăn lá - cải bẹ xanh) và cây dài ngày (cây ăn quả - bưởi Năm Roi).

3. Kết quả của nghiên cứu có thể khái quát hóa (generalize) không?

Có. Quy trình pha loãng và tỷ lệ bón có thể áp dụng cho hầu hết các vùng chuyên canh cây ăn trái và rau màu tại khu vực Đông Nam Bộ, Đồng bằng sông Cửu Long và các khu vực có điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng tương đồng sở hữu nguồn thải chăn nuôi heo, bò dồi dào.

4. Đâu là bước đi tiếp theo (Next steps) của hướng nghiên cứu này?

Cần phát triển các biện pháp xử lý sinh học bổ sung (như ủ yếm khí kéo dài có bổ sung chế phẩm vi sinh hữu ích hoặc chiếu xạ/lọc sinh học) để loại bỏ triệt để khuẩn Coliforms/$E. coli$ trong bã thải lỏng trước khi thương mại hóa thành chế phẩm phân bón lá sinh học.

5. Khuyến nghị thực tế cho người nông dân khi sử dụng bã thải biogas là gì?

Không nên tưới trực tiếp bã lỏng đậm đặc vào gốc cây vì có thể gây ngộ độc cục bộ. Nên pha loãng với nước theo tỷ lệ tối thiểu $1:2$ khi tưới thúc và sử dụng bã đặc đã hoai mục để bón lót nền trước khi gieo trồng ít nhất 3 ngày.

---

Kết luận (Conclusion)

Báo cáo nghiên cứu đề tài T – Mtr 2012 - 63 đã khẳng định vững chắc tiềm năng của bã thải hầm ủ biogas như một giải pháp thay thế bền vững cho phân bón hóa học truyền thống. Việc tái sử dụng hiệu quả bùn đặc và nước thải sau biogas không chỉ mang lại hiệu quả vượt trội về năng suất và chất lượng nông sản mà còn nâng cao sức đề kháng tự nhiên của cây trồng trước dịch bệnh.

Trong tương lai, việc chuẩn hóa quy trình khử trùng vi sinh và tích hợp công nghệ đóng gói phân bón hữu cơ vi sinh từ bã thải biogas sẽ là chìa khóa mở rộng mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn. Các hộ nông dân và chủ trang trại chăn nuôi được khuyến khích áp dụng ngay quy trình bón lót bã đặc kết hợp tưới bã lỏng pha loãng để vừa cắt giảm chi phí sản xuất, vừa bảo vệ môi trường nông thôn xanh - sạch - bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, việc lạm dụng phân bón hóa học và hoá chất bảo vệ thực vật nhằm nâng cao năng suất cây trồng đang trở thành vấn đề cần được quan tâm. Sử dụng quá nhiều phân bón hóa học trong nông nghiệp sẽ hình thành các muối gây bất lợi cho rễ cây trồng trong việc hấp thụ nước. Phân bón hóa học không chứa chất hữu cơ, do đó làm giảm lượng chất hữu cơ có trong đất và cũng là nguyên nhân gây xói mòn đất. Trong khi đó, phân bón hóa học hòa tan trong nước, khi xói mòn đất, phân sẽ theo nước rửa trôi một cách dễ dàng.

Bã thải biogas được nhóm tác giả lựa chọn cho nghiên cứu này bởi vì đó là một loại phân bón hữu cơ được thải loại sau hầm ủ biogas có thể tận dụng được nguồn phân hữu cơ. Chất hữu cơ là một thành phần thiết yếu của đất không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, mà còn cải thiện đất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc duy trì cấu trúc và hệ thống thoát nước, sục khí. Do đó, bổ sung các chất hữu cơ làm cho đất ít bị xói mòn và tăng cường duy trì dinh dưỡng tạo điều kiện cho tăng trưởng tốt hơn rễ cây trồng, và kích thích sự hoạt động của vi sinh vật, gián tiếp dẫn đến cải thiện năng suất cây trồng. Hơn nữa, sinh khối vi sinh vậtvà đất khác nhau hoạt động enzym, bao gồm cả những người của urease, alkaline phosphatase và β-glucosidase [9], được tăng lên, ngụ ý rằng một loạt các lợi ích chức năng đất từ sửa đổi dư lượng khí sinh học.

Với hàm lượng chất dinh dưỡng cao, chứa 36-49.6% humic acid, 5-9% protein thô, 0.6% tổng phospho và 0.2% tổng Kali [4], bã thải biogas được coi là một loại phân hữu cơ, có các đặc tính như hàm lượng dinh dưỡng cao và là loại phân hữu cơ sạch. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hiệu quả bón cây (các tiêu chí như: tăng trưởng, ngừa bệnh, chất lượng sản phẩm) khi sử dụng bã thải từ hầm biogas đối với các loại cây ăn trái và cây rau quả. Từ đó đề xuất quy trình sử dụng bã thải từ hầm biogas làm phân bón cho cây trồng. Đối tượng nghiên cứu Vườn rau cải bẹ xanh và vườn bưởi tại Xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TP.HCM được lựa chọn làm vị trí thí điểm để thực hiện đề tài; 7 Thời gian nghiên cứu: 02/2012-02/2013 Nội dung nghiên cứu - Thu thập các số liệu, tài liệu về hầm ủ biogas và phân bón cây trồng.

- Đánh giá phân tích thành phần dinh dưỡng của bã thải biogas, - Xây dựng các nghiệm thức ứng dụng cho canh tác cây ăn trái và cây rau quả, - Đánh giá kết quả thực nghiệm, xây dựng quy trình sử dụng bã thải từ hầm biogas. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tận dụng bã thải từ hầm ủ biogas làm phân bón cho cây trồng, tránh gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogas 1. Đặc tính chung của nguyên liệu Chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hoá sinh học để tạo Biogas.

Khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại gia súc, gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại và đặc điểm ngành của từng quốc gia. Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp Ấn Độ, Nepal và Việt Nam, khối lựơng phát sinh và thành phần tính chất của các loại chất thải được ước tính như sau. Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật Khối lượng chất thải phát Khối lượng chất thải có khả Loại động vật sinh (kg/ngày/1 con) năng thu gom (kg/ngày/1 con) (a) Trâu, bò 10 – 15 5–8 (b) Lợn 1.75 (e) Chất thải của người 0. NIJAGUNA, Biogas Technology.

New Age International Publisher) Tỷ lệ C:N trong chất thải của lợn thấp hơn so với trâu, bò, tỷ lệ này dao động trong khoảng 13 – 15:1. Do tỷ lệ C:N thấp nên để tăng hiệu quả của quá trình sản xuất biogas, người ta thường bổ sung thêm một số thành phần khác trong nguồn nguyên liệu đầu vào của hầm ủ. Thành phần hỗn hợp có thể bao gồm: - 60% phân lợn, 20% phân người và 20% chất thải từ trồng trọt (lá cây, cỏ cắt xén…); - 60% phân lợn, 25% phân bò và 15% chất thải từ trồng trọt; - 63% phân lợn; 25% phân bò và 12% phân gà. Chất thải từ gia cầm loại chất thải này có tỷ lệ C:N thấp, khoảng 15:1, do đó quá trình sử dụng cần bổ sung thêm các thành phần chất thải khác.

Thành phần, tính chất của chất thải có sự khác nhau giữa các loại gia súc. 9 Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân huỷ sinh học và năng suất sản sinh biogas. Các số liệu thống kê và so sánh được trình bày trong các bảng 2. Tính chất của chất thải động vật Lít nước Loại chất thải Tỷ lệ C/N % H2O kgVS/con/ngày thải/con/ngày Chất thải của gia 9.3 Chất thải của bò 16 – 25 78 – 80 4.3 Chất thải của ngựa 25 75 - - Chất thải của lợn 14 82 2.3 Chất thải của cừu 20 68 - - (Nguồn: B.

NIJAGUNA, Biogas Technology. New Age International Publisher) Ngoài chất thải của động vật và con người, thực vật cũng là nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất biogas và phân bón sinh học. Ví dụ, một kg chất thải từ các vụ thu hoạch và bèo tây có thể tạo thành 0. Các loại nguyên liệu hữu cơ khác nhau sẽ có tính chất hoá sinh khác nhau và do đó, khả năng tạo biogas của chúng cũng có sự khác nhau.

Hai hoặc nhiều loại nguyên liệu có thể được sử dụng kết hợp để đảm bảo các yêu cầu cơ bản cho quá trình phân huỷ sinh học tạo khí. Lượng chất thải phát sinh và tính chất (tính trên 454 kg thịt sống) Bò sữa Bò lấy thịt Lợn Gia cầm Thành phần Đơn vị (182-318 Lợn Lợn Cừu Gà đẻ Ngựa Bò cái Bê cái kg) > 318 kg giống trứng Gà giò thịt Chất thải thô (RW) kg/ngày 37.4 Tỷ lệ phân/nước tiểu - 2.0 Tỷ trọng kg/m3 1,005 1,005 1,010 1,010 1,010 1,010 - 1,050 1,050 - Chất rắn tổng cộng kg/ngày 4.5 Chất rắn bay hơi kg/ngày 3.9 Hàm lượng lân (P) % TS 0.49 Hàm lựơng kali (K) % TS 2. NIJAGUNA, Biogas Technology. New Age International Publisher) 12 Đối với Việt Nam – một quốc gia có ngành nông nghiệp là chính yếu, đặc điểm về chất thải của gia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn, ngoại thành theo số liệu thông kê của Trung tâm nước sinh hoạt và Vệ sinh môi trường nông thôn (TT NSH & VSMTNT) – Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Tp.HCM (SNN & PTNT Tp.HCM) như sau: Khối lượng chất thải của động vật thay đổi rất lớn tuỳ theo từng điều kiện chăn nuôi và chuồng trại.

Lượng phân động vật sản xuất mỗi năm ước tính theo bảng 1. Khối lượng chất thải từ động vật Tấn/năm (tính trên Hàm lượng Nitơ (kg/năm/454 kg thịt sống) Động vật 454 kg thịt sống) Trong nước tiểu Trong phân Tổng Ngựa 20.0 (Nguồn: Trung tâm Nước Sinh hoạt và VSMTNT, Tài liệu huấn luyện Kỹ thuật Xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm Biogas Thái Lan – Đức, 2008) Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng (nước tiểu của động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ… Đặc tính và tỷ lệ tương ứng của các thành phần này thay đổi nhiều hay ít tuỳ thuộc vào loại động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại… Rơm và cây cỏ thường được sử dụng để lót chuồng, chứa một lượng lớn cacbon, đặc biệt là dạng xenlulo, một lượng nhỏ nitơ và khoáng chất. Thành phần protein trong phân cung cấp môi trường đủ chất dinh dưỡng để các vi sinh vật phát triển. Thành phần hoá học của một số loại phân từ động vật Thành phần phân rắn Động vật Lượng nước % Nitơ % P2O5 % K2O % Trâu, Bò 80 1.27 Chim bồ câu 52 5.23 (Nguồn: Trung tâm Nước Sinh hoạt và VSMTNT, Tài liệu huấn luyện Kỹ thuật Xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm Biogas Thái Lan – Đức, 2008) Kết quả trên chỉ ra rằng.

phân chuồng ở dạng tươi chứa khoảng 70 – 80% lượng nước; 0.6% phôt pho (P2O5) và 0. Vì thế, cứ một tấn phân tươi, trung bình sẽ có khoảng 180 – 270 kg chất khô; 3.5 – 5 kg nitơ; 2 – 3 kg P2O5 và 4 – 5 kg K2O. Nguyên lý của quá trình chuyển hoá Về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một hợp chất dạng khí – khí sinh học (biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là metan (CH4) và cacbon dioxide (CO2), trong đó thành phần CH4 chiếm khoảng 50%. Quá trình này được gọi là là quá trình lên men kỵ khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học.

Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt trực tiếp trên nắp hầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào (chất thải thô + nước). Bộ phận đầu ra bao gồm bể chứa và đường ống dẫn chất thải (bùn sau khi lên men) để sử dụng làm phân bón sinh học. Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật sẽ được các vi sinh vật kỵ khí, nấm và vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn. Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối…Trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân huỷ, không có sự hiện diện của oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của vi khuẩn kị khí chiếm ưu thế, chuyển hóa các hợp chất dạng hydrocacbon.

Các thành phần dinh dưỡng như hợp chất chứa nitơ dạng hoà tan sẽ vẫn tồn tại trong dung dịch sau phân huỷ và là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng cho đất mùn. Quá trình phân huỷ kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính: - Giai đoạn thuỷ phân 15 - Giai đoạn hình thành axit - Giai đoạn lên men metan Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn – vi khuẩn axít hoá và vi khuẩn metan hoá.