Báo cáo tổng kết nghiên cứu xử lý vật liệu giàu lignocellulose từ phế liệu nông lâm nghiệp sản xuất phân bón cải tạo đất

• Tác giả: Ts. Nguyễn Ngân Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học tự nhiên
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý các vật liệu giàu lignocellulose có nguồn gốc từ phế liệu nông, lâm nghiệp để sản xuất phân bón ứng dụng cho cải tạo đất
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết kết quả thực hiện đề tài KH&CN cấp Đại học Quốc gia
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• 1. PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG
• 1.1. Tên đề tài
• 1.2. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
• 1.3. Đơn vị chủ trì
• 1.4. Thời gian thực hiện
• 1.5. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài
• 2. TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đặt vấn đề
• 2.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp xử lý vật liệu lignocellulose để tạo ra phân bón
• 2.4.3. Phương pháp xử lý bã thải rau mầm, bã thải dong riềng để sản xuất phân hữu cơ
• 2.4.4. Phương pháp xử lý mùn cưa cây keo để tạo phân than sinh học
• 2.4.5. Phương pháp tạo phân nhả chậm từ than sinh học và phân khoáng
• 2.4.6. Thí nghiệm nghiên cứu sự nhả dinh dưỡng trong nước của phân nhả chậm
• 2.4.7. Phương pháp thí nghiệm hiệu lực của các loại phân bón đối với đất và cây trồng
• 2.4.8. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.4.8.1. Phương pháp xác định hàm lượng lignocellulose và các chỉ tiêu hóa học của vật liệu nghiên cứu
• 2.4.8.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa học của phân hữu cơ, than sinh học và phân nhả chậm
• 2.4.8.3. Phương pháp phân tích đất và thực vật
• 2.4.8.4. Phương pháp đánh giá độc tính đối với thực vật của phân hữu cơ
• 2.4.9. Phương pháp xử lý số liệu và so sánh kết quả
• 2.5. Tổng kết kết quả nghiên cứu
• 2.5.1. Phân tích tiềm năng nguyên liệu lignocellulose và khả năng sử dụng chúng để sản xuất phân bón chất lượng cao, mức độ khoáng hóa chậm

I. Phế liệu nông lâm nghiệp và tiềm năng xử lý

Phế liệu nông lâm nghiệp là nguồn nguyên liệu dồi dào nhưng chưa được tận dụng hiệu quả. Các loại phế thải như bã thải rau mầm (BTRM), bã thải dong riềng (BTDR), và mùn cưa cây Keo chứa hàm lượng lignocellulose cao, đặc biệt là BTRM với 65,15%. Đây là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất phân bón hữu cơ và phân than sinh học. Tuy nhiên, việc xử lý các phế liệu này còn gặp nhiều thách thức do tính chất khó phân hủy và nguy cơ ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc tận dụng các phế liệu giàu lignocellulose để tạo ra phân bón chất lượng cao, góp phần vào nông nghiệp bền vững và cải tạo đất.

1.1. Đặc tính hóa học của phế liệu

Các phế liệu như BTRM, BTDR, và mùn cưa cây Keo có hàm lượng lignocellulose và cacbon hữu cơ (OC) cao. BTRM chứa 65,15% lignocellulose, trong khi BTDR có 38,47%. Mùn cưa cây Keo có tỉ lệ C:N lên đến 1275:1, cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất phân bón. Tuy nhiên, tỉ lệ C/N cao cũng làm quá trình phân hủy tự nhiên kéo dài, đòi hỏi các phương pháp xử lý phế liệu hiệu quả hơn.

1.2. Thách thức trong xử lý phế liệu

Việc xử lý các phế liệu giàu lignocellulose gặp nhiều khó khăn do tính chất khó phân hủy và nguy cơ ô nhiễm môi trường. Các phế liệu này thường bị thải bỏ trực tiếp, gây áp lực lên các bãi chứa và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này đề xuất các phương pháp tái chế phế liệu hiệu quả, bao gồm ủ phân hữu cơ và nhiệt phân để tạo than sinh học.

II. Quy trình sản xuất phân bón từ phế liệu

Nghiên cứu đề xuất các quy trình sản xuất phân bón từ phế liệu nông lâm nghiệp giàu lignocellulose. Quy trình bao gồm các bước như phơi khô, cắt nhỏ, và ủ với chế phẩm vi sinh để tạo phân hữu cơ. Đối với mùn cưa cây Keo, quy trình nhiệt phân được áp dụng để sản xuất phân than sinh học. Các phương pháp này không chỉ giúp tận dụng phế liệu mà còn tạo ra các sản phẩm phân bón chất lượng cao, phục vụ cho cải tạo đất và nâng cao năng suất cây trồng.

2.1. Sản xuất phân hữu cơ

Quy trình sản xuất phân hữu cơ từ BTRM và BTDR bao gồm việc cắt nhỏ nguyên liệu, điều chỉnh độ ẩm và tỉ lệ C/N, sau đó ủ với chế phẩm vi sinh COMPOST MAKER. Các công thức ủ được thiết kế để tối ưu hóa quá trình phân hủy, tạo ra phân hữu cơ giàu dinh dưỡng. Kết quả cho thấy phân hữu cơ từ BTRM và BTDR có hiệu quả cao trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất.

2.2. Sản xuất phân than sinh học

Mùn cưa cây Keo được xử lý bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí để tạo phân than sinh học. Quá trình này được tối ưu hóa ở nhiệt độ 350°C và thời gian nung 2 giờ. Phân than sinh học có khả năng cải thiện cấu trúc đất và giữ ẩm, đồng thời cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.

III. Ứng dụng và hiệu quả của phân bón

Các loại phân bón được sản xuất từ phế liệu nông lâm nghiệp đã được thử nghiệm trên đất xám bạc màu và cây rau cải xanh. Kết quả cho thấy phân hữu cơ và phân than sinh học có hiệu quả cao trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất cây trồng. Đặc biệt, phân nhả chậm được sản xuất từ than sinh học và phân khoáng đáp ứng các tiêu chuẩn của Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp.

3.1. Hiệu quả cải tạo đất

Các loại phân bón được sản xuất từ phế liệu nông lâm nghiệp có hiệu quả cao trong việc cải thiện độ phì nhiêu của đất xám bạc màu. Phân hữu cơ và phân than sinh học giúp tăng hàm lượng chất hữu cơ và cải thiện cấu trúc đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng.

3.2. Hiệu quả trên cây trồng

Thử nghiệm trên cây rau cải xanh cho thấy các loại phân bón từ phế liệu nông lâm nghiệp giúp tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Phân nhả chậm đặc biệt hiệu quả trong việc cung cấp dinh dưỡng đều đặn cho cây trồng, giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phân bón.