nghiên cứu chế tạo than sinh học (biochar) từ phế phụ phẩm nông nghiệp và ứng dụng trong xử lý môi trường

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN SINH HỌC (BIOCHAR) TỪPHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG” Người thực Lớp : TĂNG THỊ KIỀU LOAN : MTE Khóa : 57 Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : ThS.HỒ THỊ THÚY HẰNG Hà Nội – 2016 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN SINH HỌC (BIOCHAR) TỪPHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG” Người thực : TĂNG THỊ KIỀU LOAN Lớp : MTE Khóa : 57 Chun ngành : KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : ThS.HỒ THỊ THÚY HẰNG Địa điểm thực tập :Bộ môn Công nghệ Môi trường Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực khóa luận tốt nghiệp, ngồi cố gắng thân nhận nhiều giúp đỡ, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn với giúp đỡ Trước hết xin gửi lời cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Môi trường, thầy cô giáo khoa môn Công nghệ Môi Trường, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, gia đình tồn thể bạn bè tơi Để có kết tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắctới TS Trịnh Quang Huy, ThS Nguyễn Ngọc Tú đặc biệt ThS Hồ Thị Thúy Hằng- người ln tận tình bảo, truyền đạt cho tơi nhiều kiến thức, kỹ làm việc, kỹ sống, giúp đỡ học tập, nghiên cứu theo sát tơi suốt q trình thực khóa luận Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới anh kỹ thuật viên Trần Minh Hồng phịng thí nghiệm- Bộ môn Công nghệ Môi Trường bạn Phùng Thị Ngọc Mai, Hồ Thị Thương giúp đỡ cho tơi thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hồn chỉnh Song điều kiện nghiên cứu cịn hạn chế, nên khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, nhà khoa học tồn thể bạn đọc Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2016 Người thực Tăng Thị Kiều Loan i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng phát sinh sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam 1.1.1 Thực trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam 1.1.2.Thực trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam 1.2 Than sinh học ứng dụng than sinh học giới Việt Nam 14 1.2.1 Than sinh học (Biochar) 14 1.2.2 Một số ứng dụng than sinh học 20 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đối tượng nghiên cứu 25 2.2 Phạm vi nghiên cứu 25 2.3 Nội dung nghiên cứu 25 2.4 Phương pháp nghiên cứu 25 2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 25 2.4.2 Phương phápbố trí thí nghiệm 26 2.4.3 Phương pháp xác định đặc tính vật liệu 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 ii 3.1 Đặc tính vật liệu nghiên cứu ban đầu 31 3.2 Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng màu sắc hình dạng than sinh tạo thành 35 3.3 Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng khối lượng than sinh tạo thành 38 3.4 Đánh giá đặc tính pH, EC, CEC than sinh học tạo thành 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 Kết luận 50 Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ash Độ tro CEC Khả trao đổi cation EC Độ dẫn điện IM Độ ẩm FC Cacbon cố định TSH Than sinh học VM Vật chất bay iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiềm phế phụ phẩm Việt Nam Bảng 1.2: Thành phần hợp chất hữu loại vật liệu Bảng 1.3: Thành phần hoá học số phế phụ phẩm nông nghiệp Bảng 1.4: Hiệu xã hội việc tái chế phế phụ phẩm nông nghiệp làm phân hữu 12 Bảng 1.5: Ảnh hưởng than sinh học lên sản lượng lúa Việt Nam 23 Bảng 1.6: Ảnh hưởng than sinh học lên sản lượng rau Việt Nam 23 Bảng 1.7: Ảnh hưởng than sinh học lên sản lượng đậu phộng Ninh Thuận 24 Bảng 3.1: Đặc trưng pH, EC loại phế phụ phẩm nghiên cứu 31 Bảng 3.2: Thành phần tương đối củacủa loại phế phụ phẩm nghiên cứu 32 Bảng 3.3: Thành phần tương đối vỏ trấu (%) 34 Bảng 3.4: Thành phần tương đối rơm rạ (%) 34 Bảng 3.5: Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng màu sắc than sinh học tạo thành 36 Bảng 3.6: Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng khối lượng than sinh tạo thành 38 Bảng 3.7: Kết kiểm định khối lượng than sinh học tạo thành giá trị nhiệt độ 40 Bảng 3.8: Đặc trưng giá trị pH, EC than sinh học tạo thành 42 Bảng 3.9: Kết kiểm định pH than sinh học giá trị nhiệt độ 45 Bảng 3.10: Kết kiểm định EC than sinh học giá trị nhiệt độ 45 Bảng 3.11: Kết kiểm định sai khác giá trị CEC nhóm I phụ thuộc vào nhiệt độ 47 Bảng 3.12: Kết kiểm định sai khác giá trị CEC nhóm II phụ thuộc vào nhiệt độ 47 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sản lượng số loại trồng qua năm 2010-2014 Hình 1.2:Phế phụ phẩm nông nghiệp Hình 1.3: Các hình thức sử dụng phế phụ phẩm phổ biến Đồng sông Hồng năm 2012 10 Hình 3.1: Sự thay đổi khối lượng than sinh học theo nhiệt độ 40 Hình 3.2: Sự thay đổi pH than sinh học theo mức nhiệt độ 43 Hình 3.3: Sự biến động EC than sinh học theo mức nhiệt độ 44 Hình 3.4: Đặc trưng CEC than sinh học tạo thành từ nhiệt độ khác 46 vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam đất nước có truyền thống nơng nghiệp lâu đời, chỗ dựa vững cho kinh tế đất nước đảm bảo an ninh lương thực Mặc dù, Việt Nam giai đoạn cơng nghiệp hóa- đại hóa đất nước, nhiều diện tích đất nơng nghiệp chuyển đổi mục đích sử dụng cho ngành cơng nghiệp, số lượng khu công nghiệp vừa nhỏ ngày tăng lên, chiếm dần diện tích đất nơng nghiệp, sản lượng loại nông sản tăng liên tục qua năm Theo thống kê Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nơng Thơn, tính đến tháng 12/2015 nước có: sản lượng lúa ước tính đạt 45,22 triệu tấn, tăng 241 nghìn tấn;cây ngơ đạt 5281 nghìn tăng 1,5%; sắn đạt 10,67 triệu tăng 464 nghìn tấn; rau loại sản lượng đạt 15,7 triệu tăng 276,6 nghìn tấn; đậu loại sản lượng đạt 169,6 nghìn tăng 5,634 nghìn so với năm 2014 Với sản lượng trăm triệu nông sảnnhư tương ứng với lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh năm trấu rơm rạ40,80 triệu tấn;lá bã mía 15,60 triệu tấn; thân lõi ngô 9,20 triệu tấn; vỏ cà phê 1,17 triệu tấn; mùn cưa 1,12 triệu tấn…(Nguyễn Đặng Anh Thi, Bio-Energy in Vietnam, 2014) Các phế phụ phẩm sử dụng làm chất đốt, chất độn chuồng,thức ăn cho gia súc, ủ gốc cây, làm giá thể trồng nấm, nhiên phần lớn phế phụ phẩm nông nghiệp bị bỏ đồng ruộng, đổ kênh mương, hay đốt trực tiếp đồng ruộng đặc biệt sau vụ thu hoạch gây nên tình trạnglãng phí tài ngun ảnh hưởng khơng nhỏ đến chất lượng mơi trường Do đó, việc nghiên cứucác giải pháp tận thu nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp để sử dụng hiệu nguổn tài nguyên giảm thiểu tác động môi trường vấn đề đáng quan tâm Trên giới Việt Nam,hiện ngồi hình thức sử dụng truyền thống, phế phụ phẩm ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: chế tạo cồn sinh học làm nhiên liệu, chế tạo vật liệu xử lý môi trường, sản xuất than sinh học (Biochar) Trong than sinh học (TSH) hướng nghiên cứu quan tâm, sản phẩm q trình nhiệt phân yếm khí vật liệu hữu cơ, tạo loại vật liệu có tính ứng dụng đời sống thân thiện với môi trường TSH sử dụng làm phân bón hệ mới, cải thiện độ phì nhiêu đất, tăng khả giữ nước chất dinh dưỡng, bảo vệ loại vi khuẩn sống đất, chống lại tác động xấu thời tiết, xói mịn đất, làm tăng sản lượng trồng giải nguồn phế phụ phẩm nơng nghiệp Ngồi ra, nócó thể làm chất đốt thay cho than đá, dầu mỏ có nguy cạn kiệt Đặc biệt, TSH ứng dụng thử nghiệm làm vật liệu xử lý nước thải, (Tạp trí Stinfo số 6-2015, Than sinh học- Hiệu nhờ cơng nghệ) Trên giới có nhiều nghiên cứu than sinh học Nhật Bản, TSH cấy thêm vi sinh vật để xử lý chất thải nhà vệ sinh, bảo vệ môi trường; trường Đại học Politécnica de Madrid (Tây Ban Nha) nghiên cứu chế tạo than sinh học từ bùn thải ứng dụng cải tạo tính chất đất… Ở Việt Nam, bước đầu nghiên cứu ứng dụng than sinh học số địa phương như: Viện Môi trường Nông nghiệp (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) sản xuất thành công TSH từ rơm, rạ; Mai Thị Lan Anh (Đại học Khoa học Thái Nguyên) sáng chế TSH từ rơm rạdùng làm phân bón; Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa sử dụng TSH từ trấu làm giá thể, đất nhân tạo phân bón hữu vi sinh Từ nghiên cứu cho thấy phát triển hướng nghiên cứu thu hồi ứng dụng phế phụ phẩm nông nghiệp Tuy nhiên, tổ chức International Biochar Initiative, 2014đã đặc tính TSH phụ thuộc nguyên liệu đầu vào trình nhiệt phân Mỗi loại nguyên liệu đầu vào q trình đốt khác tạo than sinh học có đặc tính khác tiềm nghiên cứu than ... khả hấp phụ than sinh học chế tạo từ loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác Mục tiêu nghiên cứu − Chế tạo than sinh học từ loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác − Thử nghiệm khả hấp phụ than sinh học Yêu...HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN SINH HỌC (BIOCHAR) TỪPHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG”... xuất nông nghiệp, vật liệu xử lý môi trường lớn Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, tiến hành đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo than sinh học (Biochar) từ phế phụ phẩm nông nghiệp ứng dụng xử lý môi trường? ??để