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

Nguyễn Ngọc Huyền NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP Ủ NƢỚC THẢI SAU BIOGA VỚI RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Huyền NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP Ủ NƢỚC THẢI SAU BIOGA VỚI RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN NHẰM LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỒNG THỊ KIM LOAN Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 4 1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nƣớc và trên thế giới 4 1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trên thế giới 4 1.1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nước 7 1.2. Tình hình sử dụng rơm rạ trong nƣớc và trên thế giới 12 1.2.1. Tình hình sử dụng rơm rạ trên thế giới 12 1.2.2. Tình hình sử dụng rơm rạ trong nước 17 1.3. Ảnh hƣởng của ngành nông nghiệp đến biến đổi khí hậu và môi trƣờng 25 1.4. Hiện trạng sản xuất và sử dụng phân bón ở Việt Nam 27 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 30 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 30 2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu 30 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 30 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng 32 2.2.4. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu 34 2.2.5. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm 34 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Đặc trƣng khí hậu vùng nghiên cứu 36 3.2. Chỉ tiêu lí, hóa của đất vùng nghiên cứu 38 3.3. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 39 3.3.1. Thời gian, nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm ủ 39 3.3.2. Kết quả phân tích nước thải sau bioga và rơm rạ 42 3.3.3. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm ủ 44 3.4. Kết quả nghiên cứu ngoài đồng ruộng 46 3.4.1. Chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và sinh khối của cây lúa 46 3.4.2. Chỉ tiêu cấu thành năng suất cây lúa 49 3.4.3. Chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 Kết luận 60 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả phân tích hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong nƣớc thải sau hầm KSH 9 Bảng 1.2. Khoảng dao động của các chất dinh dƣỡng trong phụ phẩm KSH 10 Bảng 1.3. Hàm lƣợng một số KLN trong nƣớc thải KSH 10 Bảng 1.4. Các thành tố khác trong nƣớc thải sau hầm KSH 11 Bảng 1.5. Kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga ở tỉnh Hà Tây (cũ) năm 2010 12 Bảng 1.6. Các nguồn sinh khối chính ở Việt Nam năm 2000 18 Bảng 1.7. Thành phần hóa học của rơm rạ giống lúa khang dân tại Việt Nam 19 Bảng 1.8. Một số nghiên cứu, ứng dụng phế phụ phẩm làm phân bón 22 Bảng 1.9. Phát thải khí nhà kính của các nƣớc Khu vực Đông Nam Á và trên Thế giới 27 Bảng 3.1. Kết quả phân tích đất vùng nghiên cứu 39 Bảng 3.2. Thời gian ủ của các sản phẩm và phân chuồng trong phòng thí nghiệm 40 Bảng 3.3. Nhiệt độ của các sản phẩm ủ 41 Bảng 3.4. Kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga 43 Bảng 3.5. Kết quả phân tích thành phần trong rơm rạ 44 Bảng 3.6. Kết quả phân tích chất lƣợng sản phẩm ủ 45 Bảng 3.7. So sánh số nhánh hữu hiệu và vô hiệu của các công thức hai vụ lúa 47 Bảng 3.8. Bình quân năng suất rơm rạ của vụ xuân và vụ mùa năm 2012 48 Bảng 3.9. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất vụ xuân năm 2012 50 Bảng 3.10. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất vụ mùa năm 2012 51 Bảng 3.11. So sánh năng suất lúa lí thuyết của hai vụ xuân và vụ mùa năm 2012 53 Bảng 3.12. Năng suất lúa thực thu của hai vụ xuân và vụ mùa năm 2012 54 Bảng 3.13. Lƣợng phân bón sử dụng và giá thành của giống lúa Khang Dân 18 cho 1ha 56 Bảng 3.14. So sánh hiệu quả kinh tế giữa các CT của vụ xuân năm 2012 57 Bảng 3.15. So sánh hiệu quả kinh tế giữa các CT của vụ mùa năm 2012 58 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các dự án KSH ở 8 quốc gia cùng tổ chức chiếm 85% tổng dự án KSH 5 Hình 1.2. Sản lƣợng và diện tích thu hoạch lúa gạo toàn cầu năm 2000 – 2011 13 Hình 1.3. Một số hình ảnh đốt rơm rạ tại đồng ruộng 16 Hình 1.4. Sản lƣợng lúa gạo và rơm rạ của một số tỉnh thành nƣớc ta 24 Hình 1.5. Hiện trạng sử dụng rơm tại Việt Nam 24 Hình 1.6. Các nguồn phát thải khí nhà kính toàn cầu 25 Hình 3.1. Theo dõi nhiệt độ của các sản phẩm ủ 42 Hình 3.2. Năng suất thực thu của các công thức hai vụ lúa năm 2012 55 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CEC Cation Exchange Capacity - Khả năng trao đổi ion CT Công thức CFU Colony Forming Unit - Đơn vị tính khuẩn lạc CV Coefficient of Variation - Hệ số biến động DT Dễ tiêu HH Hữu hiệu IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change - Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu KLN Kim loại nặng KSH Khí sinh học LDL Ly đƣơng lƣợng gam LSD Least Significant Difference - Sai khác nhỏ nhất PPM Part per million - Nồng độ phần triệu QCVN Quy chuẩn Việt Nam SP Sản phẩm TCN Tiêu chuẩn Ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TS Tổng số VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật XK Xạ khuẩn 1 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 CO 2 , N 2 O, CH 4 , CO, các hydrocacbon, NO X , SO 2 , 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 SO 2 , 0,96 tấn NO x , 379 tấn CO 2 , 23 tấn CO và 0,68 tấn CH 4 . 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 2 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. 3  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. [...]... đối với vật nuôi) Phụ phẩm KSH còn chứa nhiều enzim có tác dụng làm tăng tính thèm ăn, tăng hiệu quả chuyển hoá thức ăn của vật nuôi [2] 11  Thải trực tiếp nƣớc thải sau bioga ra môi trƣờng Ở một số nơi phần lớn chất thải lỏng của các trang trại điều tra đƣợc thải trực tiếp ra môi trƣờng mà không thông qua hình thức xử lí nào Bảng kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga của tỉnh Hà Tây (cũ) của viện Môi. .. 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... 4-10% Năng suất ngô tăng 7-10%  Sử dụng rơm rạ cho sản xuất phân hữu cơ Ngƣời nông dân nhiều vùng đặc biệt là vùng miền Trung thƣờng dùng rơm rạ độn chuồng vừa làm thức ăn cho trâu bò, vừa làm chất độn chuồng sau đó ủ cùng phân chuồng làm phân hữu cơ bón ruộng Quy trình biến rơm rạ thành phân bón hữu cơ đƣợc thực hiện thông qua các bƣớc, rơm rạ tƣơi sau thu hoạch đƣợc chất đống với chiều rộng 2m,... 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,... để Trong quá trình ủ phát hiện chỗ nào chƣa đảm bảo độ ẩm thì tƣới bổ sung thêm để cho nguyên liệu hoại hoàn toàn Sau 25 đến 30 ngày rơm rạ phân hủy tốt thành phân ủ hữu cơ Chất lƣợng rơm rạ sau 30 ngày ủ với chế phẩm Fito-Biomix RR phân hủy tốt, chuyển sang màu nâu, vi khuẩn, nấm mốc phát triển tốt, rơm rạ phân hủy đƣợc khoảng 80-85% (Lƣu Hồng Mẫn, 2008)  Đốt trực tiếp rơm rạ Lƣợng dinh dƣỡng... lƣợng phân chuồng bón cho ruộng bị giảm xuống nghiêm trọng, trong khi đó phế thải sau bioga thƣờng không sử dụng mà thải ra các hệ thống cống rãnh, chỉ có một số ít hộ sử dụng để tƣới cho cây ăn quả, rau trong vƣờn Mặc dù nƣớc thải sau bioga đã giảm đáng kể ô nhiễm về mùi nhƣng do hàm lƣợng các chất đa trung và vi lƣợng trong nƣớc thải còn khá cao vì vậy khả năng ô nhiễm do phú dƣỡng đạm, lân và các. .. phẩm có thể giảm bón 10 – 20% phân NPK mà vẫn cho năng suất tƣơng đƣơng hoặc tăng so với không vùi phụ phẩm Thực tế tại Việt Nam đã có rất nhiều nghiên cứu, ứng dụng thực tế việc tận dụng phế phụ phẩm trong đó có rơm rạ làm phân bón, làm tăng năng suất cho cây trồng và hoa màu 21 Bảng 1.8 Một số nghiên cứu, ứng dụng phế phụ phẩm làm phân bón Tác giả Phƣơng pháp sử dụng Tác dụng Đỗ thị Xô (1995) Vùi 40-70%... xuất ethanol từ rơm rạ Tại Hoa Kỳ, quy định về môi trƣờng của một số tiểu bang không cho phép nông dân đốt rơm rạ một cách tự do trên đồng ruộng Phƣơng pháp mới và rẻ tiền để dọn sạch rơm rạ do công ty của ông Bowers đề xuất Công ty này đã giúp tháo gánh nặng cho 16 nông dân khi chuyển từ sự bất lợi thành một lợi ích thông qua chế biến 35.000 mẫu Anh rơm rạ thành một khối lƣợng lớn (12.5 MMgy) ethanol... RR, bổ sung thêm N-P-K và phân 22 chuồng nếu có Sau đó, tiến hành ủ rơm rạ bằng cách sử dụng nilông, bạt, tải rách, bùn che đậy kín đảm bảo nhiệt độ ủ từ 45-50 độ C Sau 10 đến 15 ngày tiến hành ngày kiểm tra và đảo trộn Điều này làm cho rơm rạ vụn thêm do tác động cơ học, đảm bảo độ ẩm cũng nhƣ nhiệt độ của đống ủ luôn trong mức tối ƣu, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy rơm rạ diễn ra nhanh chóng và... Ngoài ra rơm rạ còn có thể đƣợc tận dụng để sản xuất giấy Enter Al Wong (2000), đã nghiên cứu thành công một công nghệ để biến rơm rạ của nông dân thành giấy Ông có 10 năm kinh nghiệm trong việc biến phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rạ lúa mì trở thành giấy chất lƣợng cao Rơm rạ cũng có thể sử dụng vào các mục đích khác nhƣ tận dụng để lót ổ cho gia súc, gia cầm 1.2.2 Tình hình sử dụng rơm rạ trong nước Cây . 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. 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. Nguyễn Ngọc Huyền NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP Ủ NƢỚC THẢI SAU BIOGA VỚI RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN NHẰM LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 608502