Nghiên cứu xử lý vật liệu giàu lignocellulose (mùn cưa cây keo) để sản xuất phân than sinh học ứng dụng nhằm cải thiện tính chất đất ở khu vực bãi thải khai thác than khe hùm, thành phố hạ long, tỉnh quảng ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Chiều Tiến NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU GIÀU LIGNOCELLULOSE MÙN CƯA CÂY KEO ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN THAN SINH HỌC ỨNG DỤNG NHẰM CẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Chiều Tiến

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU GIÀU LIGNOCELLULOSE (MÙN CƯA CÂY KEO) ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN THAN SINH HỌC ỨNG DỤNG NHẰM CẢI THIỆN TÍNH CHẤT ĐẤT Ở KHU VỰC BÃI THẢI KHAI THÁC THAN KHE HÙM THÀNH PHỐ HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Chiều Tiến

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU GIÀU LIGNOCELLULOSE (MÙN CƯA CÂY KEO) ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN THAN SINH HỌC ỨNG DỤNG NHẰM CẢI THIỆN TÍNH CHẤT ĐẤT Ở KHU VỰC BÃI THẢI KHAI THÁC THAN KHE HÙM THÀNH PHỐ HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGÂN HÀ

Hà Nội - 2020

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, Khoa Môi Trường, Phòng Sau Đại học cùng các Thầy Cô giáo trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã tạo điều kiện hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và viết luận văn

Tôi xin gửi lời cám ơn tới TS Nguyễn Ngân Hà đã tận tình dạy bảo, hướng

dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn, đồng ý cho tôi tham gia thực hiện trực tiếp và sử dụng số liệu của đề tài cấp ĐHQGHN mã số QG.19.13 “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” do TS Nguyễn Ngân Hà là chủ nhiệm

Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến đề tài QG 19.13 đã hỗ trợ toàn bộ kinh phí

và tạo mọi điều kiện trong quá trình thực hiện kết quả nghiên cứu và viết luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ công nhân viên Công ty TNHH MTV Khai thác Khoáng sản – Tổng công ty Đông Bắc đã tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi và cung cấp dữ liệu cho tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, người thân, bạn bè và lãnh đạo nhà trường, các phòng ban chức năng, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng 3 năm 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung của Luận văn này được hình thành và phát triển từ những quan điểm của cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của

TS Nguyễn Ngân Hà, các số liệu và kết quả có được trong Luận văn là hoàn toàn

trung thực Riêng phần kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của than sinh học được kế thừa từ đề tài nghiên cứu QG 19.13 Toàn bộ các thông tin, kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu khác đều được trích dẫn đầy đủ,

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về vật liệu lignocellulose 3

1.1.1 Khái niệm về vật liệu Lignocellulose 3

1.1.2 Ứng dụng của vật liệu Lignocellulose 4

1.2 Tổng quan về than sinh học và ứng dụng của than sinh học để cải tạo đất ở Việt Nam và trên thế giới 5

1.2.1 Khái niệm về than sinh học 5

1.2.2 Đặc điểm của than sinh học 6

1.2.3 Đặc tính của than sinh học khi bón vào đất 9

1.2.4 Ứng dụng của than sinh học trong cải tạo đất, nâng cao năng suất cây trồng 10

1.3 Tổng quan về bãi thải khai thác than Khe Hùm 13

1.3.1 Quy mô, diện tích 13

1.3.2 Hiện trạng bãi thải 13

1.3.3 Công tác cải tạo phục hồi môi trường tại bãi thải 14

1.4 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tại phường Hà Phong, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh 15

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Đối tượng nghiên cứu 19

2.2 Nội dung nghiên cứu 20

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 20

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 20

2.3.3 Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm 23

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu 25

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 26

3.1 Thành phần lignocellulose và tính chất hóa học của mùn cưa cây Keo 26

3.2 Đặc tính hóa lý của than sinh học chế tạo từ mùn cưa cây Keo 28

3.2.1 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt trọng lượng vi sai (TGA/DTG) của mùn cưa cây Keo 28

3.2.2 Thành phần khoáng của biochar 28

3.2.3 Cấu trúc bề mặt của biochar từ mùn cưa 31

3.3 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của than sinh học 32

3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến chất lượng của than sinh học 32

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nung đến chất lượng của than sinh học 35

3.4 Đặc tính hóa học của đất trước thí nghiệm 39

3.5 Tính chất hóa học của đất sau thí nghiệm với than sinh học 40

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

TIẾNG VIỆT 49

TIẾNG ANH 49

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần chính của một số loại vật liệu lignocellulose 4

Bảng 1.2 Dự tính tổng khối lượng đất đá và thời gian đổ thải theo dự án từ năm 2017-2024 13

Bảng 1.3 Nhiệt độ trung bình tháng trong các năm (2011 – 2014) 16

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu phân tích đất trước và sau thí nghiệm 24

Bảng 3 1 Một số chỉ tiêu phân tích mùn cưa cây keo 26

Bảng 3 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến chất lượng của than sinh học 32

Bảng 3 3 Ảnh hưởng của thời gian nung đến chất lượng của TSH 35

Bảng 3 4 Đặc tính hóa học của than sinh học sử dụng để cải tạo đất 38

Bảng 3 5 Đặc tính hóa học của đất trước thí nghiệm 39

Bảng 3 6 Tính chất hóa học của đất sau thí nghiệm với than sinh học 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Thành phần cấu trúc của lignocellulose 3

Hình 3 1 Mùn cưa của cây keo 27

Hình 3 2 Kết quả nhiệt trọng lượng/nhiệt trọng lượng vi sai (tga/dtg) của mùn cưa 28

Hình 3 3 Kết quả xrd a) mẫu biochar mùn cưa nghiên cứu; b) mẫu biochar của habeeb và mahmud 30

Hình 3 4 Kết quả SEM của mùn cưa (a, b) và biochar mùn cưa (c, d) 31

Hình 3 5 Hình ảnh của than sinh học sử dụng trong thí nghiệm cải tạo đất 37

Hình 3 6 pH của đất sau khi bổ sung than sinh học 41

Hình 3.7 CEC của đất sau các thí nghiệm bổ sung than sinh học 42

Hình 3.8 Tổng hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao đổi của đất sau thí nghiệm 43

Hình 3.9 Hàm lượng chất hữu cơ của đất sau thí nghiệm 43

Hình 3.10 Hàm lượng các chất dinh dưỡng NPK của đất sau thí nghiệm 44

1

MỞ ĐẦU

Lignocellulose là các vật liệu cấu thành nên phần thiết yếu của thành tế bào thực vật, thành phần chủ yếu bao gồm lignin, cellulose và hemicellulose Lignocellulose hiện nay được coi là một nguồn nguyên liệu tái tạo dồi dào nhất bao gồm phế thải nông nghiệp (ngũ cốc, rơm rạ, trấu, phế thải khác có từ ngành chế biến cây lương thực ), phế liệu lâm nghiệp (có từ quá trình khai thác rừng, chế biến gỗ), cây năng lượng thân thảo và thân gỗ được trồng trên đất thoái hóa hoặc ô nhiễm, cây nguyên liệu cho công nghiệp giấy

Phần lớn các vật liệu lignocellulose đều khó phân giải tự nhiên ở điều kiện thường và chỉ một số ít sinh vật có khả năng phân giải chúng Vì vậy sự tồn đọng với lượng lớn của lignocellulose trong môi trường và tích tụ theo thời gian sẽ không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn làm đứt quãng chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được khả năng và triển vọng sử dụng, xử lý các vật liệu giàu lignocellulose để tạo ra được nhiều sản phẩm mới có ích và ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có mục đích cải tạo đất và môi trường

Mùn cưa cây Keo là một loại phế thải lâm nghiệp phổ biến ở nhiều địa phương của nước ta, rất giàu hàm lượng lignocellulose, có từ quá trình khai thác, chế biến gỗ Mùn cưa gỗ cây Keo được đánh giá là loại phế thải rất khó phân hủy tự nhiên trong môi trường, chúng thường được tận dụng làm chất đốt hoặc than đốt sinh học Các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học chế biến từ mùn cưa gỗ cây Keo để cải tạo đất cũng còn rất ít Chính vì những lý do đó, đề tài đã lựa chọn mùn cưa cây Keo làm đối tượng để sản xuất phân than sinh học phục vụ cho mục đích cải tạo môi trường đất

Ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, đặc biệt là công nghiệp khai thác than là ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh Quảng Ninh Đóng góp của ngành công nghiệp khai thác than đối với sự phát triển của đất nước nói chung và tỉnh Quảng Ninh là vô cùng lớn Tuy nhiên, ô nhiễm môi trường đối với hoạt động khai thác

2

than là không thể tránh khỏi, đặc biệt là khai thác than lộ thiên Lượng đất đá thải quá lớn tạo thành các núi đất, đá thải khổng lồ hệ sinh thái tại các khu vực này gần như hoàn toàn thay đổi theo chiều hướng tiêu cực, vấn đề cải tạo phục hồi môi trường đất tại các bãi đổ thải được ngành than cũng như các cấp chính quyền đặc biệt quan tâm

Vì những lý do trên tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý vật liệu giàu lignocellulose (mùn cưa cây Keo) để sản xuất phân than sinh học ứng dụng nhằm cải thiện môi trường đất ở khu vực bãi thải khai thác than Khe Hùm, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh”

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về vật liệu lignocellulose

1.1.1 Khái niệm về vật liệu Lignocellulose

Lignocellulose là các vật liệu cấu thành nên phần thiết yếu của thành tế bào thực vật, thành phần chủ yếu bao gồm các polyme lignin, cellulose và hemicellulose Trong đó, cellulose là bộ khung cho sinh khối thực vật và được bao quanh bởi hemicellulose và lignin Cellulose và hemicellulose (cacbohydrat) liên kết chặt chẽ với lignin (polyme thơm) thông qua các liên kết hydro và cộng hóa trị nên đã làm cho cấu trúc vật liệu trở nên phức tạp và bền chặt hơn Ngoài ra, trong các vật liệu này còn có thể chứa một số thành phần khác nữa như pectin, protein, lipid và tro nhưng với lượng ít hơn nhiều Hàm lượng của hai thành phần là cellulose và hemicellulose có sự thay đổi tùy thuộc vào sự khác biệt về loài và tuổi thực vật, giữa các bộ phận khác nhau, nguồn gen, khí hậu, đất đai, nhưng chúng

thường chiếm khoảng 50-70% khối lượng khô, phần còn lại là lignin [13, 15]

Hình 1 1 Thành phần cấu trúc của lignocellulose

4

Hàm lượng lignocellulose của một số loại vật liệu được liệt kê trong Bảng 1.1: Bảng 1.1 Thành phần chính của một số loại vật liệu lignocellulose [20, 22] Vật liệu lignocellulose Cellulose (%) Hemicellulose (%) Lignin (%)

Có nguồn gốc từ nông nghiệp

1.1.2 Ứng dụng của vật liệu Lignocellulose

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được khả năng và triển vọng sử dụng, xử

lý các vật liệu lignocellulose để tạo ra được nhiều sản phẩm mới có ích và ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau Một số cách xử lý vật liệu lignocellulose phổ biến hiện nay để tạo ra sản phẩm có ích như: xử lý để tạo ra năng lượng khí sinh học (biogas), xử lý kiềm để cải thiện tính chất vật lý, cơ học, hóa học của sợi lignocellulose tự nhiên phục vụ cho các mục đích tiếp theo, sản xuất diesel sinh học

từ sinh khối lignocellulose có sử dụng vi khuẩn Oleaginous, sản xuất etanol sinh học từ phế liệu ngành chế biến lúa gạo, mía đường, sản xuất butanol sinh học, sản xuất nhiên liệu sinh học trên cơ sở lignocellulose, sử dụng vật liệu lignocellulose cho ngành công nghiệp sản xuất giấy, sản xuất than sinh học (biochar) phục vụ cho nông nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường, sản xuất phân bón hữu cơ phục vụ cho cải tạo đất [6]

5

1.2 Tổng quan về than sinh học và ứng dụng của than sinh học để cải tạo đất ở Việt Nam và trên thế giới

1.2.1 Khái niệm về than sinh học

Trong nông nghiệp truyền thống, các phế phụ phẩm đã được sử dụng từ lâu, bằng nhiều hình thức như: làm vật liệu che phủ gốc, vùi cho xốp đất, ủ hoai mục làm phân hữu cơ, đốt lấy tro bón, … Trong nông nghiệp hiện đại, bên cạnh những hình thức đó, chúng còn được ứng dụng sản xuất than sinh học (biochar) Than sinh học được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống, một trong những ứng dụng nổi bật là làm phân bón thế hệ mới trong nông nghiệp

Than sinh học là vật liệu giàu cacbon có được từ việc đốt cháy bằng nhiệt các nguyên liệu hữu cơ trong điều kiện hạn chế oxy [16] Nhiều chất thải hữu cơ có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất biochar như chất thải nông, lâm nghiệp, bùn thải đô thị Than sinh học có những lợi ích riêng của nó như dung tích trao đổi cation cao, diện tích bề mặt lớn và có cấu trúc bền vững và khả năng xúc tác [23] Vì vậy ngày nay than sinh học được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực môi trường, nông nghiệp như xử lý ô nhiễm và cải tạo đất, cô lập cacbon, xử lý nước và nước thải

Theo tổ chức IBI (International Biochar Initiative – Sáng kiến Than sinh học Quốc tế) thì than sinh học là một chất rắn thu được từ quá trình cacbon hóa sinh khối Than sinh học có thể được bổ sung vào đất với mục đích cải thiện các chức năng của đất và giảm sự phát thải các khí nhà kính Chúng có ý nghĩa lớn trong việc

cố định cacbon theo chu trình tuần hoàn vật chất cacbon trong khí quyển [29]

Phân than sinh học là than sinh học thường được tạo ra nhờ nung nguyên liệu

ở nhiệt độ dưới 5500C, sản phẩm tạo ra được sử dụng để bón vào đất giống như phân bón Trong thành phần của phân than sinh học vẫn còn chứa một lượng chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho đất và cây trồng

Các nguyên liệu khác nhau có tỉ lệ thành phần nguyên tố và tính chất khác nhau, do đó than sinh học có nguồn gốc từ các nguyên liệu này sẽ có đặc tính khác nhau Ví dụ, than sinh học có nguồn gốc từ rơm rạ có hàm lượng kali (961 mg/kg)

6

và pH (9,5) cao hơn là than sinh học chế biến từ gỗ (349 mg/kg, pH 8,0) [28].Than sinh học có nguồn gốc từ rơm rạ có hàm lượng các chất dễ bay hơi cao hơn nên dễ dàng bị loại bỏ trong quá trình nhiệt phân hơn là chất không bay hơi Do đó, nguyên liệu có chứa hàm lượng các chất bay hơi cao có thể dẫn đến sản lượng than sinh học thấp Do đó, người ta kết luận rằng các loại nguyên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hóa lý của than sinh học [24]

1.2.2 Đặc điểm của than sinh học

a Tỷ lệ dinh dưỡng trong than sinh học

Hầu hết than sinh học được tạo ra trong khoảng nhiệt độ từ 4500C – 5500C nên sẽ ảnh hưởng tới việc mất N và S Tuy nhiên, nếu sản xuất than sinh học từ một

số nguyên liệu giàu N thì có thể giữ được khoảng 50%N và tất cả S nếu nhiệt phân

ở 4500C Than sinh học sản xuất ở nhiệt độ cao (8000C) có pH và EC cao

b Diện tích bề mặt riêng và vi lỗ trong than sinh học/đặc điểm cấu trúc xốp và nhóm trên bề mặt của than sinh học

Cấu trúc xốp của bề mặt than sinh học: Than sinh học với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết ngang bền giữ chúng, làm cho than sinh học

có một cấu trúc lỗ xốp khá phát triển Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2g/cm3) và mức độ graphit hóa thấp Cấu trúc vi lỗ bề mặt này quyết định chủ yếu

từ bản chất nguyên liệu ban đầu, được tạo ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn trong quá trình hoạt hóa than sinh học [11]

Nói chung than sinh học có bề mặt riêng phát triển và thường được đặc trưng bằng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau Dubinin đề xuất cách phân loại lỗ xốp (được IUPAC – Liên minh quốc tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng) dựa trên chiều rộng lỗ, khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống; các lỗ được chia thành 3 nhóm: lỗ nhỏ, lỗ trung bình và lỗ lớn

Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2nm Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đầy thể tích lỗ hổng và không xảy ra sự ngưng tụ mao quản Năng lượng hấp phụ ở các lỗ này lớn hơn rất nhiều so

7

với lỗ trung hay bề mặt không xốp vì sự nhân đôi của lực hấp phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ Nói chung chúng có thể tích lỗ từ 0,15-0,7 cm3/g Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt của than sinh học

Lỗ trung bình (Mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2-50 nm, thể tích của chúng thường từ 0,1-0,2 cm3/g Diện tích bề mặt của

lỗ này chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than Tuy nhiên, bằng phương pháp đặc biệt người ta có thể tạo ra than sinh học có lỗ trung lớn hơn, thể tích của lỗ trung đạt được từ 0,2-0,65 cm3/g và diện tích bề mặt của chúng đạt 200

m2/g Các lỗ này đặc trưng bằng sự ngưng tụ mao quản của chất hấp phụ

Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của than sinh học bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ (không vượt quá 0,5 m2/g) và bán kính hiệu dụng lớn (trên 50 nm và thường từ 500-2000 nm) với thể tích lỗ từ 0,2-0,4

cm3/g Chúng hoạt động như một kênh cho chất hấp phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung Các lỗ lớn không được lấp đầy bằng sự ngưng tụ mao quản

Cấu trúc xốp của than sinh học có tác dụng to lớn trong nông nghiệp Nó có thể chứa một lượng nước lớn, khi bón trên đất cát giúp nâng cao năng lực giữ nước của đất, cải thiện đáng kể độ ẩm đất Đồng thời nó cũng có khả năng giữ khí rất tốt, khi bón cho đất sét, nó có ảnh hưởng đáng kể đến độ xốp thoáng và khả năng trao đổi khí của loại đất này Cấu trúc xốp của than sinh học cũng là nơi hấp phụ hữu cơ, nơi trú ngụ và nhân sinh khối của các vi sinh vật hữu ích trong đất

Diện tích bề mặt riêng là chìa khóa để biết sự tương tác giữa đất và than sinh học Nó chịu ảnh hưởng bởi nguyên liệu sinh khối và điều kiện sản xuất Diện tích

bề mặt riêng và vi lỗ của than sinh học tăng theo nhiệt độ Mặc dù cùng nguyên liệu nhưng công nghệ sản xuất khác nhau sẽ cho ra các loại than sinh học khác nhau Than sinh học sản xuất ở nhiệt độ thấp (< 2nm) có ảnh hưởng đến việc tăng diện tích bề mặt

Nhóm Cacbon – Oxy trên bề mặt than sinh học: Nhóm cacbon – oxy bề mặt

là nhóm quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc trưng bề mặt (tính ưa nước, độ phân cực, tính axít, ), đặc điểm hóa lý (khả năng xúc tác, dẫn điện, ) và khả năng phản

8

ứng của các vật liệu này Thực tế, oxy đã kết hợp thường là yếu tố làm cho than trở nên hữu ích và hiệu quả trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định Ví dụ, oxy có tác động quan trọng đến khả năng hấp phụ nước và các khí và hơi có cực khác, ảnh hưởng đến sự hấp phụ ion, khả năng bám dính, Theo Kipling, các nguyên tử oxy

và hydro là những thành phần cần thiết của than hoạt tính với đặc điểm hấp phụ tốt,

và bề mặt của vật liệu này được nghiên cứu như một bề mặt hydrocacbon biến đổi ở một số tính chất bằng nguyên tử oxy Bản chất và số lượng nhóm oxy – cacbon bề mặt phụ thuộc vào bản chất bề mặt than và cách tạo ra nó, diện tích bề mặt của nó, bản chất chất oxy hóa và nhiệt độ quá trình tạo ra

Đối với những than có đặc trưng axit – bazơ, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu nguyên nhân và cơ chế than có bản chất axit hay bazơ Một vài thuyết, ví dụ thuyết điện hóa của Burstein và Frumkin, thuyết oxit của Shilov và trường phái của ông, thuyết pyron của Voll và Boehm đã được đưa ra để giải thích cho đặc trưng axit – bazơ của than Bây giờ người ta đã chấp nhận rằng đặc trưng axit – bazơ của than là kết quả của quá trình oxi hóa bề mặt, phụ thuộc vào cách tạo thành và nhiệt

độ của quá trình oxi hóa

Dạng nhóm cacbon – oxy bề mặt (axit, bazơ, trung hòa) đã được xác định, các nhóm axit bề mặt là rất đặc trưng và được tạo thành khi than được xử lý với oxy

ở nhiệt độ trên 4000C Các nhóm chức axit bề mặt này làm cho bề mặt than ưa nước

và phân cực, các nhóm này là cacboxylic, lacton, phenol

Tác dụng của nhóm cacbon – oxy trên bề mặt của than sinh học trong nông nghiệp rất phong phú, trong đó quan trọng nhất là làm cải thiện khả năng hấp phụ, lưu trữ và trao đổi khoáng làm tăng tính đệm, độ phì hiệu dụng của đất, tăng hệ số

sử dụng và hiệu quả của phân bón

c Khả năng trao đổi cation (CEC)

Than sinh học sản xuất ở nhiệt độ thấp có khả năng trao đổi cation cao, trong khi than sinh học sản xuất ở nhiệt độ cao (cao trên 6000C) thì khả năng trao đổi cation rất ít hoặc không có Do đó than sinh học bón cho đất không nên sản xuất ở nhiệt độ quá cao Than sinh học mới sản xuất có ít khả năng trao đổi cation hơn vì

9

tuổi của than sinh học hay quá trình chín trong đất làm tăng khả năng trao đổi cation Than sinh học có khả năng trao đổi cation, có khả năng hấp thụ kim loại nặng và các hóa chất nông nghiệp như thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ

1.2.3 Đặc tính của than sinh học khi bón vào đất

Các yếu tố chính quyết định đến đặc tính của than sinh học khi bón vào đất là: (i) thành phần vật liệu ban đầu; (ii) quá trình nhiệt phân (các yếu tố nhiệt độ, khí, chất xúc tác, ); (iii) cách thức và điều kiện sử dụng Chính sự khác nhau về đặc tính của than sinh học mà hiệu quả dùng làm phân bón, giá trị mang lại khác nhau

Đặc tính vật lý: Than sinh học bao gồm 4 thành phần chính: cacbon bền, cacbon không bền, các thành phần bay hơi khác, phần tro khoáng và độ ẩm Thành phần trong than sinh học rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc sinh khối, các điều kiện nhiệt phân, nhiệt độ nhiệt phân, tốc độ lên nhiệt, áp suất, các điều kiện trước và sau xử lý Tính chất vật lý của than sinh học phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu ban đầu và các điều kiện nhiệt phân [11] Trong quá trình nhiệt phân yếm khí, một số chất hữu cơ bị mất ở dạng bay hơi, chất khoáng và bộ khung cacbon vẫn giữ hình dạng cấu trúc của vật liệu ban đầu

Do đó cấu trúc của than sinh học có trạng thái xốp và có diện tích bề mặt rất lớn Các lỗ rỗng đường kính rất nhỏ (50 nm) hình thành trong quá trình nhiệt phân tạo nên các hệ thống mao quản, góp phần quan trọng cho sự thông khí, hoạt động của hệ rễ và cấu trúc của đất Chính vì vậy bổ sung than vào đất làm thay đổi tính chất vật lý tự nhiên của đất, làm tăng tổng diện tích bề mặt riêng, cải thiện cấu trúc và sự thoáng khí của đất [14]

Đặc tính hóa học: Trong than sinh học có sự kết hợp chặt chẽ giữa các nguyên tố như: H, N, O, P, S trong các vòng thơm; chính điều này tạo ra ái lực điện

tử của than, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi cation (CEC) Điện tích bề mặt của than quyết định bản chất của sự tương tác giữa than sinh học với các hạt đất, chất hữu cơ hòa tan, khí, vi sinh vật và nước trong đất Theo thời gian, than sinh học mất dần hoạt tính do các lỗ rỗng của nó bị bít kín và do đó khả năng hấp phụ của nó sẽ giảm Các lỗ rỗng bên trong trở nên không tiếp cận được dẫn tới giảm diện tích bề

mặt [29] Sự tái tạo lại hoạt tính là điều có thể khi vi khuẩn, nấm và giun tròn định

cư trong các lỗ rỗng đó của than sinh học

10

Đặc tính cải thiện sinh học: Không giống các loại chất hữu cơ khác được bón vào đất, than sinh học làm thay đổi môi trường lý hóa tính của đất, ảnh hưởng tới các tính chất cũng như sự tồn tại, phát triển của vi sinh vật trong đất, việc dụng bón than sinh học đã được chứng minh là có lợi cho nấm rễ [29] Mức độ hóa mùn của phân hữu cơ đạt kết quả cao hơn với ứng dụng bổ sung than sinh học [10]

Sự phát triển hệ vi sinh vật hữu ích khu trú trên than sinh học, góp phần cải thiện cân bằng vi sinh học đất theo hướng có lợi, quyết định đến năng suất cây trồng và

hệ sinh thái đồng ruộng

Đặc tính lưu trữ dinh dưỡng: Than sinh học không trực tiếp cung cấp dinh dưỡng khi được bón vào đất Bởi vì, than sinh học thường không có hàm lượng NPK dễ tiêu cao; nhưng giá trị dinh dưỡng gián tiếp có được là rất to lớn, do khả năng tồn trữ và cung cấp lại các chất dinh dưỡng cho đất, hạn chế sự rửa trôi, gia tăng sự hấp thu, hệ số sử dụng dinh dưỡng của cây trồng, nhờ đó năng suất vụ mùa cao hơn [8]

1.2.4 Ứng dụng của than sinh học trong cải tạo đất, nâng cao năng suất cây trồng

Than sinh học có chứa hàm lượng các bon cao và bền vững lâu dài khi bón vào đất Bón than sinh học cho đất làm tăng khả năng hút và giữ nước trong đất và cung cấp lại cho cây trong thời gian hạn hán [7] Diện tích bề mặt lớn của than sinh học làm tăng khả năng giữ nước và tăng dung tích hấp thu cho đất [26] Ở trong đất, than sinh học phản ứng với một loạt các khoáng chất và các hợp chất hữu cơ, từ đó giúp tăng cường hoạt động của vi sinh vật và rễ cây Than sinh học ở trong đất làm tăng vi sinh vật có lợi [5], vi sinh vật đất gắn liền với than sinh học có thể làm tăng khả năng phân giải các chất dinh dưỡng đã bị cố định trong đất, làm cho chúng được giữ lại trong sinh khối của vi sinh vật [26] Bón than sinh học làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất; tăng khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng, hạn chế rửa trôi, giúp cho phân bón hóa học ít bị mất đi do bị rửa trôi bởi nước, tăng sức sinh trưởng và năng suất cây trồng [17]

11

Nghiên cứu của các nhà khoa học ở Canada cho thấy sản lượng cây trồng ở các vùng đất bón biochar ở Canada tăng lên từ 6 đến 17% so với đối chứng, thân cây cứng hơn và bộ rễ phát triển nhiều hơn đến 68% Hao hụt dưỡng chất phân bón

do bị rửa trôi giảm đi rõ rệt, trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44% Trên thực

tế, lợi ích của việc bón biochar đã được quan trắc, kiểm nghiệm ở nhiều nơi như Úc, Philippines, Congo… Than sinh học làm giảm độ chua của đất do các ion kiềm trao đổi (Ca2+, Mg2+, K+, ) của than sinh học đi vào dung dịch đất làm cho độ chua của đất giảm Bón than sinh học không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng khả năng giữ dinh dưỡng trong đất Kết quả nghiên cứu của Bhubinder và cộng sự (2009) cho thấy với chế độ ngập nước xen kẽ thì các công thức bón than sinh học làm giảm 54 - 93% lượng NH4+ mất do quá trình thấm lọc theo chiều sâu đối với 2 loại đất trên Sử dụng than sinh học bón vào đất làm tăng khả lưu trữ các bon trong đất có lợi ích tích cực cho môi trường [9] Nó cũng có thể làm giảm lượng phát thải khí nhà kính như metan (CH4) và nitơ ô xít (N2O) từ đất [18] Nạn đốt phá rừng, việc cày ải đất nông nghiệp, đốt phụ phẩm từ nông nghiệp

và đốt các nhiên liệu hóa thạch đã làm tăng lượng các bon trong không khí nhanh hơn khả năng hấp thu chúng qua quá trình quang hợp của thực vật Than sinh học là quá trình các bon âm, trong đó việc sản xuất và sử dụng nó có thể giảm một phần phát thải vào khí quyển để lưu trữ lại lâu dài trong đất Tùy thuộc vào điều kiện sản xuất và môi trường sử dụng than sinh học mà nó có thể lưu giữ trong đất hàng trăm đến hàng ngàn năm [7]

Ở Việt Nam cũng có rất nhiều nghiên cứu được công bố về xử lý các phế liệu nông lâm nghiệp để sản xuất than sinh học (biochar) Than sinh học không chỉ cải tạo đất mà còn được dùng như một loại chất đốt thay cho than đá, dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt Than sinh học làm vật liệu xử lý nước ô nhiễm, nước nhiễm kim loại nặng, làm nguyên liệu sản xuất xi măng Than sinh học góp phần giảm hiệu ứng nhà kính, theo dự báo của IBI, sử dụng than sinh học có thể giúp hấp thụ 2,2 tỷ tấn carbon/năm vào năm 2050

12

Theo Nguyễn Đặng Anh Thi, 2014 tiềm năng sinh khối cho sản xuất than sinh học ở Việt Nam gồm có Trấu và rơm 40,80 triệu tấn/năm, Lá và bã mía là 15,60 triệu tấn/năm, cây rừng tự nhiên 14,07 triệu tấn/năm, cây ngô 9,20 tấn/năm, rừng trồng là 9,07 triệu tấn/năm, cây rừng thưa 7,79 triệu tấn/năm, ngành giấy 5,58 triệu tấn/năm và các nguồn khác với sinh khối nhỏ hơn 3 triệu tấn/năm [21]

Trong những năm gần đây đã có một số nghiên cứu về than sinh học cho thấy: bón than sinh học cho cây lúa ở đất dốc tụ vùng núi tỉnh Thanh Hóa và Thái Nguyên giúp tăng năng suất 14 - 33% [2] Kết quả nghiên cứu Mai Văn Trịnh và cộng sự, trên đất bạc màu ở Sóc Sơn, bón than sinh học cho năng suất lúa tăng từ 2,0 - 8,1%; tăng năng suất rau muống cạn 4,7 - 22,1%; rau mồng tơi 6,2 - 35,5%;

Bổ sung 1% và 3% biochar không làm tăng số hoa trên cây nhưng làm tăng tỷ lệ đậu quả, tăng khối luợng trung bình quả, tăng năng suất cá thể cà chua từ 23,6% dến 39,8% [4]

Một số nghiên cứu cho thấy bón than sinh học kết hợp với phân chuồng và phân khoáng sẽ tăng hiệu lực phân bón Than sinh học là một loại hợp chất hữu cơ đặc biệt, có thể ứng dụng để bón trực tiếp cho đất, ủ với phân chuồng, sản xuất các loại phân bón than sinh học - NPK Mặt khác, bón than sinh học còn có tác dụng cải thiện môi trường đất và hạn chế sâu bệnh

Hiện nay, hiệu quả sử dụng phân bón ở Việt Nam và các nước trên thế giới không cao (khoảng 30 - 50%), phần còn lại bị mất do nhiều nguyên nhân như do sự bay hơi, quá trình rửa trôi Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gây

ô nhiễm cho môi trường Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo ra các loại phân bón khoáng hóa chậm vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây trồng trong một thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân thiện với môi trường đang là mối quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học

Các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học chế biến từ mùn cưa gỗ cây Keo

để cải tạo đất cũng chưa có công bố nào Chính vì những lý do đó, đề tài đã lựa chọn loại vật liệu lignocellulose như trên làm đối tượng nghiên cứu xử lý để sản xuất phân bón phục vụ cải tạo đất Đề tài cũng đáp ứng tốt các yêu cầu của thực tiễn

13

vì đã góp phần giải quyết được các vấn đề cấp thiết về môi trường do chất thải nông, lâm nghiệp ở các vùng sản xuất, chế biến, đồng thời việc tận dụng nguồn phế thải này để chế biến phân bón cũng mang lại lợi ích kinh tế cho chính vùng sản xuất, qua đó đề xuất một hướng xử lý đất bãi thải theo theo hướng thân thiện với môi trường

1.3 Tổng quan về bãi thải khai thác than Khe Hùm

1.3.1 Quy mô, diện tích

Theo báo cáo về việc chấp hành các quy định của pháp luật trong công tác bảo vệ môi trường đối với hoạt động đổ thải đất đá và cải tạo phục hồi môi trường tại các bãi thải thuộc công ty TNHH MTV Khai Thác Khoáng Sản năm 2018 [1]:

* Tên công ty:

- Tên đơn vị: Công ty TNHH MTV Khai Thác Khoáng Sản

- Loại hình sản xuất: Khai thác than

* Khu vực mỏ Tân Lập

- Diện tích khai trường: 1.466.855 m2

- Diện tích khu bãi thải +290 Bắc: 270.406 m2

- Diện tích khu bãi thải +120 phía Nam: 218.414 m2

- Diện tích khu bãi thải trong +160: 624.480 m2

1.3.2 Hiện trạng bãi thải

Bảng 1.2 Dự tính tổng khối lƣợng đất đá và thời gian đổ thải theo dự án từ

Bãi thải, m3

Tổng khối lượng (m3)

Bãi thải Bắc +290

Bãi thải trong phía Nam +160

Bãi thải ngoài phía Nam +120

2 2018 6.800.000 6.400.000 - 400.000 6.800.000

3 2019 8.600.000 7.100.000 - 1.500.000 8.600.000

4 2020 8.650.000 5.767.000 - 2.883.000 8.650.000

Bãi thải, m3

Tổng khối lượng (m3)

Bãi thải Bắc +290

Bãi thải trong phía Nam +160

Bãi thải ngoài phía Nam +120

+ Khối lượng đã đổ thải năm 2017 = 2.779.438 m3

+ 6 tháng đầu năm 2018: Đơn vị dừng hoạt động chờ được cấp giấy phép khai thác nên không có hoạt động đổ thải

+ Kế hoạch đổ thải năm 2018 = 6.800.000 m3

+ Kế hoạch đổ thải năm 2019 = 8.600.000 m3

1.3.3 Công tác cải tạo phục hồi môi trường tại bãi thải

Hiện trạng cải tạo, phục hồi môi trường đối với các khu vực bãi thải: Từ năm

2012 đến nay đơn vị thường tổ chức trồng cây xanh tại các khu vực bãi thải đã kết thúc đổ thải Đến nay đã trồng được 15 ha cây xanh cây phát triển tốt đạt chiều cao trên 2m

Lựa chọn loại cây và quy cách trồng cây xanh hoàn nguyên cải tạo phục hồi môi trường bãi thải Khe Hùm:

- Chọn loại cây:

Theo Công văn số 1894/UBND–NLN2 ngày 08 tháng 4 năm 2018 của Ủy Ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh về việc lựa chọn loài cây trồng thì việc lựa chọn loại cây Keo không còn phù hợp vì vậy phương án sử dụng loại cây Phi lao bởi vì: Phi lao có ưu điểm là sinh trưởng nhanh, tán lá rộng phân cành sớm, khi lá rụng

15

nhanh chóng phân huỷ tạo thành mùn có tác dụng tốt cho môi trường đất, mặt khác

rễ cây có tác dụng cố định hàm lượng đạm và các khoáng chất khác có trong đất Ngoài ra các loài có biên độ sống rộng, chịu được các loại đất nghèo dinh dưỡng Như vậy phương án sẽ chọn cây Phi lao để làm cây giống trồng

- Quy cách trồng:

+ Loại cây có chiều cao h = 0,4 - 0,7 m cây sinh trưởng tốt, không cong queo, không sâu bệnh và bồng ươm còn đảm bảo

+ Mật độ trồng: 2.500 cây/ha

+ Khoảng cách cây cách cây 2 m; hàng cách hàng 2 m

Kế hoạch cải tạo phục hồi môi trường bãi thải cuối năm 2018 và 2019: Đơn

vị đang tiếp tục đổ thải sẽ bố trí đổ thải gọn kết thúc nhanh từng khu vực bãi thải để tiến hành trồng cây hoàn nguyên môi trường Năm 2018 đơn vị chưa tiến hành trồng cây hoàn nguyên do đang tạm dừng sản xuất Năm 2019 khi kết thúc đổ thải 1

số khu vực đơn vị đã trồng cây hoàn nguyên 05 ha cây xanh

1.4 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tại phường Hà Phong, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

a Điều kiện tự nhiên

- Điều kiện địa hình

Mỏ than Khe Hùm thuộc địa bàn phường Hà Phong, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh Mỏ cách quốc lộ 18A 2,5km về phía Tây Bắc, cách thành phố

Hạ Long 13km về phía Tây, cách trung tâm thị xã Cẩm Phả 17km về phía Đông

Vị trí khu vực khai thác và chế biến than nằm trong thung lũng, bao quanh là các núi đá vôi:

- Phía Bắc: Giáp núi đá thuộc địa phận phường Quang Hang, thị xã Cẩm Phả

- Phía Đông: Giáp khai trường khai thác đá của công ty cổ phần Ngân Sơn

- Phía Tây: Giáp núi đá Hang Luồn, cách trại giam Hang Luồn 800m

- Phía Nam: Giáp đường đất, cách suối Lộ Phong 500m, cách tuyến đường bao biển 500m

16

- Điều kiện về khí hậu, khí tượng

Cơ sở nằm trong khu vực phường Hà Phong – Thành phố Hạ Long, là khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa –ven biển Từ tháng 3 đến tháng

8 chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Nam Từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc Từ tháng 8 đến tháng 10 là mùa mưa bão

Khu vực thực hiện dự án mang những đặc điểm thời tiết đặc trưng của khí hậu miền Bắc – chế độ khí hậu nóng ẩm Đơn vị tư vấn sử dụng số liệu khí tượng của Trạm Khí tượng Thủy văn Môi trường Bãi Cháy các năm từ 2011 đến 2015 trích xuất từ Niên giám thống kê tỉnh Quảng Ninh và số liệu tổng hợp của phòng Tài nguyên nước, khoáng sản và biến đổi khí hậu – Sở Tài nguyên và Môi trường như sau:

Khu vực thực hiện dự án mang những đặc điểm thời tiết đặc trưng của khí hậu miền Bắc – chế độ khí hậu nóng ẩm Đơn vị tư vấn sử dụng số liệu khí tượng của Trạm Khí tượng Thủy văn Môi trường Bãi Cháy các năm từ 2011 đến 2015 trích xuất từ Niên giám thống kê tỉnh Quảng Ninh như sau:

Chế độ nhiệt:

Bảng 1.3 Nhiệt độ trung bình tháng trong các năm (2011 – 2014)

tại trạm Bãi Cháy

17

Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm (từ năm 2011 đến năm 2014) có xu hướng tăng; cao nhất là vào tháng 6 năm 2014 (29,30

C), thấp nhất vào tháng 1 năm 2011 (12,80C)

Chế độ mưa: Lượng mưa trung bình năm từ năm 2011 đến 2013 có xu

hướng tăng Lượng mưa cao nhất tập trung vào các tháng 7, 8, 9 và lượng mưa thấp

nhất tập trung vào các tháng 11 đến tháng 2 năm sau

Độ ẩm không khí: Độ ẩm trung bình các tháng trong năm tại khu vực

nghiên cứu tương đối cao (70 – 92%) Độ ẩm cao nhất tập trung vào các tháng 2 đến tháng 8

Hiện tượng thời tiết bất thường: Những hiện tượng thời tiết bất thường

như bão, lũ lụt, mưa đá, là những tai biến thiên nhiên thường hay gặp ở vùng bờ biển Quảng Ninh – khu vực có đường bờ biển dài 250km với tốc độ gió mạnh nhất

có thể lên tới 40 - 50m/s (cấp 13 - 16)

Trung bình mỗi năm có từ 1-2 cơn bão đổ bộ vào vịnh Bắc Bộ và tác động trực tiếp đến vùng bờ biển Quảng Ninh Bão thường xuất hiện từ tháng 7 - 9, trong

đó hoạt động mạnh nhất là tháng 8 Bão kèm theo mưa lớn trên diện rộng, sóng to

và nước dâng gây thiệt hại nặng nề cho sản xuất và tính mạng của người dân

Đặc biệt, năm 2015, mưa lớn kéo dài từ 25/7 đến đầu tháng 8/2015 với cường

độ mưa 386,5mm đã gây tình trạng ngập úng cục bộ và sạt lở kéo dài Đây được đánh giá là trận lụt lịch sử trong 50 năm qua tại Quảng Ninh, kéo theo những thiệt hại lớn về người và tài sản, đặc biệt đã gây những tác động không nhỏ đến môi trường

- Điều kiện về thủy văn, hải văn

* Đặc điểm thủy văn nước mặt:

Khu vực mỏ Khe Hùm thuộc phường Hà Phong, thành phố Hạ Long Phía Tây Nam khu vực khai thác, cách khoảng 500m có suối Lộ Phong bắt nguồn từ khu vực khai thác than ở phía Bắc đổ ra biển Suối có chiều dài khoảng 5km, chiều rộng lòng suối dao động từ 3-8m, đoạn hạ lưu có bùn đáy tương đối lớn, nền đáy màu đen Đây là kết quả của quá trình rửa trôi xỉ than, bụi đường từ các tuyến đường vận chuyển than ở thượng nguồn suối

18

* Đặc điểm hải văn:

Thuỷ triều trong vịnh Hạ Long có chế độ nhật triều điển hình (một lần nước lớn và một lần nước ròng) Một tháng có 02 kỳ triều cường và 02 kỳ triều kiệt với

độ cao mực nước trung bình đạt 3,9 m và tương ứng 1,9 m Biên độ triều cực đại lên tới 4,7 m, mực nước trung bình đạt 2,06 m Triều mạnh trong năm rơi vào tháng 1,

6, 7, 12; triều yếu vào các tháng 3, 4, 8, 9 Thời gian triều dâng kỳ triều cường chỉ bằng 77% thời gian triều rút và vào kỳ triều kém chỉ bằng 30 – 50% (JICA 1999) Điều này có ảnh hưởng lớn đến sự bồi lắng, quá trình pha loãng chất thải và khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước biển ven bờ vịnh Hạ Long

- Hiện trạng tài nguyên sinh vật

Tài nguyên sinh vật tại khu vực dự án mang những nét đặc trung của hệ sinh thái trên núi đá vôi thuộc quần thể núi đá vôi Quang Hanh, được đề xuất thành lập Tiểu vùng bảo tồn hệ sinh thái đá vôi Quang Hanh trong Quy hoạch môi trường tỉnh Quảng Ninh với các loài thực vật đặc hữu như: Thiên tuế Hạ

Long, Cọ Hạ Long (Livisona halongenis), Ngũ gia bì Hạ Long, Sung Hạ Long,

… và một số loài động vật đặc hữu như Vượn đen má trắng, Khỉ mặt đỏ

(Macaca arctoides); Chim cao cát bụng trắng (Arthracoceros albirostris), Dê

núi Cách dự án khoảng 800m về phía Đông Nam là vịnh Hạ Long được quy hoạch thuộc Tiểu vùng đệm Di sản thiên nhiên Thế giới vịnh Hạ Long (A1), là vùng không gian mặt nước chuyển tiếp giữa thành phố Hạ Long với vùng lõi Khu Di sản Thế giới vịnh Hạ Long

Nhìn chung, tài nguyên sinh vật tại khu vực dự án được đánh giá có đa dạng sinh học không cao, có dấu hiệu giảm về chất và lượng do hoạt động định cư và phát triển kinh tế của con người

b Điều kiện kinh tế và xã hội

Hà Phong là phường nằm tại ranh giới phía Đông của thành phố Hạ Long, giáp phường Quang Hanh của thành phố Cẩm Phả; có diện tích khoảng 24 km², dân số khoảng 15.000 người, chủ yếu là người Kinh và một số ít người Tày, Sán Dìu, Hoa

19

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Than sinh học chế biến từ mùn cưa cây Keo

- Đất làm thí nghiệm chậu vại được lấy ở khu vực bãi thải khai thác than Khe Hùm, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh Đất lấy về được nhặt bỏ hết sỏi và rễ cây và làm đồng đều kích thước bằng cách rây qua rây 3 mm rồi trộn đều và đưa vào các thùng xốp

- Cây cỏ đậu (Arachis Pintoi)

Cỏ đậu, còn được gọi là cỏ đậu phộng, đậu phộng kiểng, cỏ hoàng lạc, lạc

dại, đậu phộng dại Có tên khoa học là: Arachis pintoi, là một loài cây trong họ Đậu

- Fabaceae, là loài bản địa của Cerrado, Brasil

Là loại cỏ lâu năm, thân bò Hình dáng tương tự cây đậu phộng Thân dài khoảng 50cm Lá kép tư, lá có hình tròn kính thước khoảng 4,5cm x 3,5cm Hoa màu vàng, rộng khoảng 12-17mm Hạt nằm trong vỏ (giống đậu phộng), mỗi vỏ thường chứa 1 hạt, đôi khi có 2 hạt Cỏ đậu là cây đa tác dụng: vừa giúp cải tạo đất, vừa làm phân xanh và thức ăn cho gia súc, làm cây cảnh, cây công trình Cỏ đậu có thể trồng thuần dạng đồng cỏ hoặc xen với các loại cỏ khác để vừa nhằm bảo vệ, cải tạo đất trống đồi núi trọc rất tốt, vừa cắt chất xanh làm phân xanh hay làm thức ăn cho chăn nuôi gia súc như trâu, bò, dê, cá… với khối lượng bình quân 150 tấn chất xanh/ha/năm (vì trong thân, lá có hàm lượng đạm rất cao, từ 2,5-3%N) hoặc trồng xen che phủ ở các vườn cây ăn quả, trồng che phủ thành các băng chống xói mòn trên vùng đất dốc cho các loài cây ngắn ngày

20

Hình 2 1 Cây cỏ đậu (Arachis Pintoi)

Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 – 11/2019

- Phạm vi không gian: Thí nghiệm chậu vại được thực hiện trong điều kiện nhà lưới tại trung tâm Quan trắc tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh, phường Hồng Hà, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu thành phần lignocellulose và tính chất hóa học của mùn cưa cây Keo

- Nghiên cứu kỹ thuật chế tạo phân than sinh học (biochar) từ mùn cưa cây Keo

- Nghiên cứu đặc tính lý hóa học của đất trước thí nghiệm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học tới đặc tính lý hóa học của đất sau thí nghiệm

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Thu thập các tài liệu (từ sách, báo, báo cáo, đề tài nghiên cứu, thông tin trên internet ) có liên quan đến đề tài nghiên cứu xoay quanh các chủ đề về biochar, đặc tính của biochar và ứng dụng của nó để cải tạo đất

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm

a) Phương pháp xác định hàm lượng lignocellulose trong mẫu mùn cưa

Hàm lượng của 3 thành phần lignocellulose (cellulose, hemicellulose và lignin) trong nguyên liệu nghiên cứu được xác định theo phương pháp được đề xuất bởi Mansor A.M và cs [19]

Phơi khô mùn cưa sau đó đem nghiền nhỏ bằng máy kích thước có thể lọt qua sàng 0,5 mm

- Xác định lượng các chất chiết được trong dịch chiết sinh khối

Thêm 60 ml acetone vào 1 g nguyên liệu sinh khối nghiên cứu (A) đựng trong cốc thủy tinh Sử dụng bếp gia nhiệt để kiểm soát nhiệt độ là 900

C trong 2h Sau 2h,

21

mẫu được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 105-1100C cho đến khối lượng không đổi (B) Sử dụng công thức (1) để xác định lượng các chất chiết:

Lượng chất chiết được bằng acetone (g) = A – B (1)

- Xác định lượng hemicellulose trong sinh khối

Lấy 150 ml dung dịch NaOH (0,5M) cho vào 1g nguyên liệu sinh khối mà các chất chiết đã được giải phóng hết (B) Kiểm soát nhiệt độ 800C bằng bếp gia nhiệt trong 3,5h Sau đó, mẫu được rửa bằng nước khử ion (hình 2) cho đến khi loại bỏ được hết Na+

Na+ được phát hiện ra trong dung dịch rửa bằng giấy đo pH và kết quả đọc được khi đo pH dung dịch phải gần bằng 7 Sau khi rửa cho mẫu vào tủ sấy

để sấy khô ở nhiệt độ 105-1100C cho đến khối lượng không đổi (C) Sử dụng công thức (2) để xác định lượng hemicellulose:

Lượng Hemicellulose (g) = (B – C) (2)

- Xác định lượng lignin trong sinh khối

Lấy 30 ml axit sulphuric 98% bổ sung vào 1g nguyên liệu sinh khối với các chất chiết đã được giải phóng (B) Mẫu sau đó được để ở nhiệt độ môi trường xung quanh trong 24h trước khi đun sôi ở 1000C và được kiểm soát nhiệt bằng bếp gia nhiệt trong 1h Hỗn hợp được lọc và lượng chất rắn dư thừa được rửa bằng nước khử ion cho đến khi không còn ion sulphat Việc phát hiện ion sulphat được thực hiện thông qua quá trình chuẩn độ với dung dịch BaCl2 10%, nếu dung dịch sau rửa vẫn còn làm xuất hiện kết tủa với BaCl2 thì phải tiếp tục rửa mẫu cho đến khi dung dịch rửa không xuất hiện kết tủa khi bổ sung BaCl2 vào Mẫu sau đó được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 105-1100C cho đến khối lượng không đổi (D) Khối lượng còn lại cuối cùng được ghi nhận là hàm lượng lignin:

D = Lượng lignin (g)

- Xác định lượng cellulose trong sinh khối

Công thức (4) là giả định về tổng thành phần lignocellulose bên trong sinh khối 1g được gọi là tổng lượng mẫu sinh khối được sử dụng trong thí nghiệm Bằng cách tính toán sự khác nhau giữa khối lượng ban đầu của mẫu với khối lượng