Đánh giá cân bằng khối lượng của nguyên tố cacbon, ni tơ và phốt pho trong sản xuất và tận dụng chất thải biogas trong trồng lúa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM NGUYỄN TIẾN THẮNG ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỐ CACBON, NITƠ VÀ PHỐT PHO TRONG SẢN XUẤT VÀ TẬN DỤNG CHẤT THẢI BIOGAS TRONG TRỒNG LÚA Chuyên ngành: Công nghệ môi trường MS: 608506 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MƠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Tiến Thắng MSHV: 10250533 Ngày, tháng, năm sinh: 05 tháng 01 năm 1985 Nơi sinh: Hà Nội Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường Mã số : 608506 I TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá cân khối lượng nguyên tố cacbon nitơ phốt sản xuất tận dụng chất thải biogas trồng lúa II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát tình hình sử dụng chất thải chăn nuôi xã Thái Mỹ huyện Củ Chi Đánh giá hàm lượng C, N, P chuyển hoá bể biogas ruộng lúa III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Phó giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Phước Dân Tp HCM, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hoàn thành luận văn, bên cạnh nỗ lực thân, nhận giúp đỡ, hướng dẫn tận tình Q thầy khoa Mơi trường, trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh; cán phụ trách phịng thí nghiệm khoa Mơi trường; phịng thí nghiệm Biomass; cán xã Thái Mỹ huyện Củ Chi; ông Nguyễn Văn Sớn, xã Thái Mỹ huyện Củ Chi Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phước Dân; Đặng Vũ Bích Hạnh nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài Cảm ơn bạn học viên khóa 2010 bạn sinh viên làm nghiên cứu phịng thí nghiệm giúp tơi trình nghiên cứu Cảm ơn gia đình, đồng nghiệp bạn bè động viên giúp đỡ chặng học tập nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Học viên Nguyễn Tiến Thắng TĨM TẮT Khảo sát 18 hộ chăn ni xã Thái Mỹ huyện Củ chi cho thấy trạng sử dụng bể biogas xử lý chất thải đạt 100%, thời gian sử dụng 2,4 năm Trong số hộ tái sử dung chất thải sau biogas 16.7% bón cho trồng, 77.8% dùng để tưới 11,1% ni cá Mơ hình nghiên cứu mơ hình biogas với chất thải đầu vào phân bò vận hành TS 15%, thời gian lưu 20 ngày tốc độ khuấy trộn 25 vịng/phút Mơ hình xử lý 53%C 30.5%N, phốt tích luỹ bể biogas Mơ hình trồng lúa gồm ruộng gieo loại lúa, thời gian bón phân thu hoạch lúc Ruộng đối chiếu, ruộng bón phân hố học, ruộng bón chất thải biogas, ruộng bón theo tỉ lệ 1:1 phân hố học bùn thải biogas tách nước Kết quả, ruộng tăng trưởng chậm nhất; ruộng phát triển đồng chất lượng, hạt chắc; ruộng chín sớm nhất, hạt khoẻ nhất; ruộng phát triển nhiều hạt ABSTRACT Surveying 18 farmer animal raising in Thai My hamlet, Cu Chi district showed 100% using biogas to treatment animal manure with average operating time are 2.4 years Situation of recycle are 16.7% to fertilized, 77.8% irrigation plant and 11.1% to fish feeding Lap-scale biogas working with 15% TS, HRT 20 days and stirring at 25 rpm Result, the effection are 53% C and 30.5% N removal, phosphorus are almost accumilate in biogas plan ricefield are operated the same conditoinal and harvesting at the same time 1st ricefield with no fertilizer; 2nd ricefield fertilized chemnical fertilizer; 3th ricefield feeding with manure; 4th ricefield ferilized by chemical and manure with 1:1 rate As a result, 1st ricefield growing slowest; 2nd ricefield normal growing; 3th ricefield harvesting fist; 4th ricefield have a lot of leaves but had a little paddy grain LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Tiến Thắng, học viên cao học chun ngành Cơng nghệ Mơi trường, khóa học 2010 Tơi xin cam đoan: - Cơng trình nghiên cứu tơi thực phịng thí nghiệm Khoa Mơi trường, trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh - Các số liệu luận văn hoàn tồn trung thực chưa cơng bố nghiên cứu tác giả khác hay phương tiện truyền thơng Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm kết nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp Học viên Nguyễn Tiến Thắng i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu bao gồm: 1.4 Tính đề tài 1.5 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.6 Tính thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan bể biogas 2.1.1 Tình hình ứng dụng biogas Việt Nam 2.1.2 Các loại bể biogas Việt Nam 2.1.3 Các nghiên cứu ứng dụng biogas cho xử lý chất thải nông nghiệp 12 2.2 Các nghiên cứu sử dụng phân gia súc làm phân bón nơng nghiệp 13 2.2.1 Thành phần, tính chất chung chất thải động vật 13 2.2.2 Thành phần, tính chất chất thải sau bể biogas 14 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Nội dung nghiên cứu 16 3.2 Nội dung 1: Khảo sát trạng sử dụng biogas xã Thái Mỹ huyện Củ Chi (18 hộ) 17 3.2.1 Khảo sát 17 3.2.2 Lấy mẫu phân tích 17 3.3 Nội dung 2: Đánh giá cân nguyên tố C, N P cho bể biogas 18 3.3.1 Mơ hình 18 3.3.2 Vận hành 19 3.4 Nội dung 3: Đánh giá cân C, N P tái sử dụng bùn thải biogas 20 ii 3.4.1 Mơ hình 20 3.4.2 Vận hành 21 3.5 Phương pháp phân tích 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 4.1 Nội dung 1: khảo sát tình hình sử dụng biogas xã Thái Mỹ 24 4.2 Nội dung 2: Đánh giá cân nguyên tố C, N P cho bể biogas 29 4.3 Nội dung 3: Đánh giá cân C, N P tái sử dụng bùn thải biogas 33 4.3.1 Cân C hữu mơ hình trồng lúa 37 4.3.2 Khả hấp thụ nitơ lúa 38 4.3.3 Khả hấp thụ P lúa 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Kiến nghị 42 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thể tích ngăn phân huỷ bể biogas (T.Tâm Nước SH&VSMT NT, 2008) .10 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật bể ủ (T.Tâm Nước SH&VSMT NT, 2008) 10 Bảng 2.3 Lượng chất thải phát sinh ngày từ động vật (Cục chăn nuôi, 2010) 13 Bảng 2.4 Tỉ lệ C/N số loại chất thải (Dieter, 2005) 13 Bảng 2.5 Thành phần hóa học chất thải sau bể biogas (Cục chăn nuôi, 2010) 14 Bảng 2.6 Thành phần dinh dưỡng nước xả 14 Bảng 3.1 Quy trình bón phân cho lúa 22 Bảng 3.2 Thành phần phân bón dùng mơ hình trồng lúa .22 Bảng 3.3 Mức nước cần trì giai đoạn trồng lúa .22 Bảng 3.4 Phương pháp phân tích sử dụng thí nghiệm 23 Bảng 4.1 Kết khảo sát xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi 24 Bảng 4.2 Nồng độ trung bình phân heo bùn thải hộ khảo sát 25 Bảng 4.3 Nồng độ trung bình dung dịch đầu vào nước thải 27 Bảng 4.4 Nồng độ trung bình thành phần khí sinh học 27 Bảng 4.5 Thơng số phân bị bùn thải mơ hình biogas 29 Bảng 4.6 Kết thí nghiệm mơ hình biogas .32 Bảng 4.7 Năng suất khối lượng rơm thí nghiệm trồng lúa 35 iv DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Các loại bể biogas phổ biến Việt Nam Hình 2.2 Mơ hình bể thu khí dạng .5 Hình 2.3 Bể biogas dạng túi nilong Hình 2.4 Bể biogas nắp cố định RDAC Hình 2.5 Bể biogas nắp cố định Đồng Nai Hình 2.6 Bể biogas kiểu KT.1 (Cục chăn nuôi, 2011) Hình 2.7 Bể biogas kiểu KT.2 (Cục Chăn ni, 2011) Hình 2.8 Mặt cắt đứng bể biogas Thái Lan – Đức (Cục T.Tâm Nước SH&VSMT, 2009) Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu .16 Hình 3.2 Bản đồ xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi 17 Hình 3.3 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khảo sát 18 Hình 3.4 Sơ đồ mơ hình biogas quy mơ PTN 19 Hình 3.5 Mơ hình trồng lúa 20 Hình 3.6 Vị trí mơ hình Wetland .21 Hình 4.1 Tỉ lệ hộ dân sử dụng dịch thải biogas nông nghiệp xã Thái Mỹ .25 Hình 4.2 Dịng vật chất bể biogas xã Thái Mỹ 28 Hình 4.3 Lượng khí sinh hàng ngày mơ hình biogas 29 Hình 4.4 Thành phần khí biogas mơ hình 30 Hình 4.5 Hiệu xử lý COD mơ hình biogas 31 Hình 4.6 Hiệu xử lý TKN mơ hình biogas .31 Hình 4.7 Hiệu suất xử lý TP mơ hình biogas 32 Hình 4.8 Cân nguyên tố C, N, P bể biogas tính theo heo 33 Hình 4.9 Cấu tạo lúa .34 Hình 4.10 Số lượng thân nhánh hữu hiệu mơ hình trồng lúa 34 Hình 4.11 Cân nước mơ hình tái sử dụng bùn thải biogas .36 Hình 4.12 Nồng độ C theo giai đoạn bón phân 37 Hình 4.13 Tăng trưởng chiều cao lúa mùa vụ 38 ... Đánh giá cân khối lượng nguyên tố cacbon nitơ phốt sản xuất tận dụng chất thải biogas trồng lúa II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát tình hình sử dụng chất thải chăn ni xã Thái Mỹ huyện Củ Chi Đánh. .. tiêu đề tài xác lập cân nguyên tố cacbon, nitơ phốt tương tác sử dụng chất thải chăn nuôi sản xuất biogas làm phân bón cho lúa từ cân vật chất định lượng chất dinh dưỡng tồn dư thải môi trường 1.3... sử dụng biogas xã Thái Mỹ 24 4.2 Nội dung 2: Đánh giá cân nguyên tố C, N P cho bể biogas 29 4.3 Nội dung 3: Đánh giá cân C, N P tái sử dụng bùn thải biogas 33 4.3.1 Cân C hữu mơ hình trồng