2.2.1. Vai trò của chất dinh dưỡng với cây trồng
Chất dinh dưỡng là một trong các yếu tố không thể thiếu trong quá trình sinh
trưởng và phát triển của cây trồng. Những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống
của cây trồng gồm tới 30 chất cơ bản thuộc hai nguyên tố đa lượng và vi lượng. Trong đó nitơ, photpho và kali thuộc loại các nguyên tố đa lượng mà cây trồng cần
nhiều nhất để sinh trưởng - phát triển.
a. Nitơ: có ý nghĩa vô cùng lớn đối với hoạt động sống của cây trồng. Nitơ có trong các axit amin, protein, có trong diệp luc tố (chất nhận năng lượng mặt trời) và có trong nhiều hợp chất khác liên quan đến cấu tạo và sinh sản của tế bào. Nói chung không có nitơ cung cấp cho cây trồng, cây trồng sẽ chết. Mặc dù nitơ có rất
nhiều trong khí quyển (lớp khí quyển trên mỗi km2 mặt đất chứa khoảng 7.5 triệu
tấn nitơ ở dạng phân tử khí N2), nhưng chỉ với một số ít cây trồng thuộc họ đậu mới
có thể tận dụng được nguồn nitơ dồi dào này bằng khả năng cố định đạm của chúng
, các loại thực vật còn lại không có khả năng trực tiếp hấp thu lượng nitơ trong khí quyển này. Việc cung cấp nitơ cho cây trồng chỉ có thể thực hiện dưới dạng nitơ
hợp chất, hay liên kết.
b. Photpho: photpho cần để tạo thành axit adenozinphotphoric trong cấu tạo
tế bào thực vật, quá trình hình thành này cần hấp thu nhiều năng lượng mặt trời. Photpho còn tham gia vào thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ trong thực vật: trong đó có protein chứa trong hạt, thành phần photpho chứa trong hạt khô chiếm
khoảng 0.7 – 1.0%. Ngoài ra cung cấp photpho cho cây trồng sẽ làm: tăng tính chịu
lạnh cho cây, thúc đẩy sự phát triển và tốc độ chín của quả và hạt, nâng cao năng
suất hạt ngũ cốc, tăng hàm lượng đường trong quả, tăng chất bột cho cây lấy củ,
nâng cao chất lượng cây lấy sợi. Do đó photpho cũng không thể thiếu cho cây trồng.
c. Kali: kali có vai trò điều hòa quá trình trao đổi chất của màng tế bào thực
vật. Cung cấp kali cho cây trồng còn làm tăng chất lượng sản phẩm mà đặc biệt là rau, cây lấy củ và cây ăn quả. Trong đất mà thiếu kali sẽ làm giảm sức nảy mầm của
hạt và khả năng chống chịu. Do đó thiếu kali cây trồng không thể phát triển tốt được.
2.2.2. Hiện trạng sử dụng phân bón trong nông nghiệp ở Việt Nam
Việt Nam vốn là một nước nông nghiệp, với khoảng 80% dân số có thu nhập
chính từ nghề nông. Với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội dẫn đến nhu cầu cuộc
sống ngày càng cao, người nông dân bắt buộc phải áp dụng các máy móc hiện đại
vào nông nghiệp và sử dụng phân bón thuốc bảo vệ thực vật ngày càng nhiều để tăng năng suất thu hoạch, có như thế lãi suất của họ được cao hơn nhằm bảo đảm
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 26
học: đây là loại phân tiện dụng vì hiệu quả tức thời của nó. Tuy nhiên những thí
nghiệm cho thấy một tấn các chất dinh dưỡng trong phân bón có thể hy vọng sản
xuất mười tấn hạt, và việc bón phân trên một đơn vị diện tích mùa sau phải nhiều hơn mùa trước, do đất ngày càng bạc màu vì sự sản xuất các mùa vụ không ngừng
nghỉ của các cánh đồng.
Bảng 2.4. Thống kê tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam qua các năm Năm Phân 1989-1991 (tấn) 1999-2001 (tấn) 2001-2002 (tấn) 2002-2003 (tấn) Sản xuất 97.103 370.103 261.103 273.103 Nhập khẩu 541.103 1716.103 1652.103 1881.103 Xuất khẩu - 2.103 6.103 8.103 Tiêu thụ 635.103 2007.103 1996.103 1975.103 (Nguồn: [17])
Qua thống kê bảng trên ta nhận thấy lượng phân bón ngày càng gia tăng qua hằng năm với số lượng lớn. Nhưng nước ta lại phải nhập khẩu hầu hết lượng phân
bón sử dụng. Vì thế việc tìm ra nguồn nguyên liệu tại chỗ làm phân bón là rất quan
trọng cho nền nông nghiệp Việt Nam và giảm gánh nặng nhập siêu cho Việt Nam.
2.2.3.Áp dụng phân bón từ nước tiểu vào nông nghiệp
Những chất dinh dưỡng trong nước tiểu có thể chuyển hoá thành phân bón. Novaqautis, một cơ sở của Viện Khoa học và Công nghệ về nước của Thụy Điển đặt tại ngoại ô Zurich, đang tiến hành tách thử nghiệm nitơ và kali thành dạng có
thể phun trực tiếp vào cây trồng. Về cơ bản, những phương pháp này đã tách được
các chất dinh dưỡng trực tiếp từ nước tiểu và tiêu tốn ít thời gian hơn nhiều so với
việc xử lí chúng ở dạng hoà tan trong nước thải nói chung. Việc chuyên trở nước
tiểu tuy phát sinh thêm chi phí nhưng theo ông Wilsenach chi phí đó là rất nhỏ so
vớí những gì thu được từ vấn đề môi trường phân bón cho nông nghiệp.[16]
Ở Việt Nam người nông dân đã biết sử dụng nước tiểu để bón cho cây trồng
thay thế cho phân hoá học nhằm giảm chi phí. Điển hình là ở các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An và Bình Trị Thiên hầu như các gia đình làm nghề nông ở đây đều có chậu
thu gom nước tiểu. Sau khi trữ họ sẽ để một thời gian cho phân huỷ sinh học rồi
mới đem đi bón cho cây trồng. Trước khi bón họ thường pha loãng nước tiểu với
nước từ 7 đến 10 lần, sự pha loãng này nhằm pha loãng chất dinh dưỡng có trong nước tiểu và để tránh bón quá liều gây tác hại đến cây trồng. Ngoài ra nước tiểu còn
được trộn với phân gia súc để bón cho cây. Riêng ở tỉnh Thái Bình người nông dân còn trộn nước tiểu với tro rồi bón cho cây trồng. ỞĐồng Bằng Sông Cửu Long hiện
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 27
nay một số hộ gia đình cũng thu gom nước tiểu, sau khi thu trữ lại khoảng 6 tháng rồi pha loãng 10 lần với nước mới bón cho cây. Việc trộn tro hay phân gia súc vào nước tiểu sẽ làm tăng lượng chất hữu cơ như thế sẽ giúp cây trồng dễ hấp thu hơn.
Trung bình nước tiểu của một người trên một năm khoảng 400 – 500 lít, chỉ
với số lượng trên nhưng do chất dinh dưỡng có trong nước tiểu rất cao nên có thể
pha loãng 7 – 10 lần mới bón cho cây, vì thế nước tiểu một năm của một người có thể bón cho 300 – 400 m2đất nông nghiệp thậm chí là đến 600 m2 trên vụ mùa một
năm. Có nhiều cách bón nước tiểu cho cây, nhưng không nên bón trực tiếp vào lá hay các phần khác của cây vì có thể cây sẽ bị cháy lá và thất thoát nguồn dưỡng
chất. Hữu dụng nhất là ta nên bón nước tiểu trực tiếp xuống đất và ở xung quanh các cây trồng chứ không phải bón trực tiếp ngay gốc cây. [9]
Trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về tính hiệu quả khi sử dụng phân bón từ nước tiểu nhiều vào nông nghiệp. Và đã có khá nhiều quốc gia đã thành công trong việc sử dụng phân bón từ nước tiểu thay thế cho phân hóa họcđể bón trên một
số loại cây trồng…
Một số nghiên cứu và ứng dụng nước tiểu vào nông nghiệp ở một vài quốc gia trên thế giới:
Ở Mỹ, các nhà nghiên cứu đã lựa chọn cải bắp để thử nghiệm bởi vì loại cây
này cần nhiều nitơ, hơn nữa nó được tiêu thụ ở khắp mọi nơi và được dùng để làm
món dưa cải bắp vốn rất phổ biến. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành so sánh cải bắp được bón phân bằng nước tiểu với loại không được bón phân hoặc sử dụng phân bón thương mại. Khi thu hoạch, cải bắp được bón phân bằng nước tiểu cho thấy có
nhiều ưu điểm hơn: chúng lớn hơn, tăng trưởng nhanh hơn đến kích thước tối đa và trong hầu hết chu kỳ tăng trưởng nó cũng ít bị tổn hại do sâu bệnh hơn so với loại được bón phân thương mại. Và khi được dùng làm dưa bắp cải, được các nhà
chuyên môn đánh giá là có hương vị ngon. Từ các kết quả của thực tiễn, nhóm
nghiên cứu đã đi đến kết luận rằng lượng nước tiểu do một người thải ra trong một năm sẽ đủ để trồng được 160 cây cải bắp, tăng hơn được 64 kg so với cùng một
diện tích trồng tương tự nhưng được bón bằng phân bón thương mại. Các nhà nghiên cứu khuyến nghị rằng nên thu thập nước tiểu từ các nhà vệ sinh kiểu sinh
thái, bảo quản nó và sau đó tưới đều trên nền đất xung quanh cây trồng, chứ không nên tưới trực tiếp vào gốc cây. Công trình nghiên cứu này đã được đăng trên Tạp
chí Agricultural and Food Chemistry vào ngày 31/10/2007.
Ở Đức, bón phân từ nước tiểu trên cây lúa mì trên cánh đồng. Nước tiểu được
thêm axit hạ pH để tránh mất đạm do amoniac (NH3) bay lên. Kết quả từ sự thử
nghiệm trên cánh đồng cho thấy rằng hiệu quả phân bón từ nước tiểu đã cao hơn so với phân bón hoá học trong sản xuât lúa mì. [9]
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 28
Ở Rumani, từ 11/2001 đến 12/2003 trong kế hoạch của dự án Maltra hợp tác giữa Hà Lan và Rumani đã tiến hành thử nghiệm ở làng Garla – Rumani. Thử
nghiệm này là việc sử dụng phân bón từ nước tiểu của 200 học sinh tiểu họcđể bón cho ruộng ngô. Kết quả thu được từ việc thử nghiệm vào mùa xuân 2005 là rất khả
quan về chất lượng và sản lượng ngô. Các bác sĩ ở địa phương rất hài lòng với kết
quảđạtđược về chất lượng vệ sinh thực phẩm. [13]
Ở Mêxicô, Thử nghiệm trên rau dền cho kết quả rằng với kết hợp giữa nước
tiểu và phân gà bón thì cho sản lượng cao nhất là 2350 kg/ha. Trong khi đó nếu chỉ
bón có mỗi phân gà thì cho sản lượng 1500 kg/ha, còn không bón gì cả thì sản
lượng là 875 kg/ha. [9]
Ở Thụy Điển, thí nghiệm trên tỏi tây ở các cánh đồng, phân bón từ nước tiểu
cho sản lượng gấp 3 lần so với không bón phân. [9]
Bảng 2.5. Kết quả sử dụng phân bón từ nước tiểu trên cánh đồng tỏi tây [9]
Số lần bón phân Lượng Nitơ Sản lượng (tấn/ha)
Bón sau mỗi 14 ngày 150 54 Chỉ bón 2 lần cho mùa vụ 150 51 Bón sau mỗi 14 ngày
nhưng có phụ thên kali 150 55
Không bón phân 0 17
Qua các ứng dụng trên ta có thể nhận ra, nước tiểu rất thích hợp bón cho các loại rau và ngũ cốc. Phân bón từ nước tiểu có tác dụng nhanh, quan hệ giữa tỷ lệ N:P:K trong nước tiểu rất thích hợp với ngũ cốc và rau cải cần. [5]
Hình 2.3. Người nông dân Rumani bón phân từ nước tiểu lên ruộng ngô [13]
Hình 2.2. Bón nước tiểu trực tiếp vào đất vào cánh đồng lúa mì ở Đức. [11]
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 29
2.3. Các phương pháp xử lý nước tiểu
2.3.1. Sơ lược về hệ thống xử lý nước tiểu Huber
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống [7]
Nước tiểu từ bể thu sẽ được bơm vào thùng chứa dạng phễu của hệ thống, thùng chứa này có thể tích là 50 lít. Sau đó châm MgO vào và khuấy trộn 30 phút
cho phản ứng xảy ra nhanh, MgO sẽ phản ứng với photpho và một phần đạm amon trong nước tiểu tạo nên kết tủa gọi tắt là MAP (magiê amoni photphat) Mg(NH4)PO4.
Sau khi khuấy sẽ để lắng khoảng 180 phút rồi đem qua lọc bằng một túi vải để
thu lại MAP. MAP là một chất rắn được dùng làm phân bón.
Nước tiểu qua lọc sẽ vào bể thu ở đây sẽ được hệ thống tăng nhiệt độ khoảng
400C – 500C và tăng pH lên bằng dung dịch NaOH 50%. Tăng nhiệt độ và pH lên nhằm chuyển NH+4 thành khí NH3. Sau đó nước tiểu được bơm (bơm P4) lên trên
cột giải phóng, không khí sạch được cấp phía dưới cột giải phóng (bơm cấp khí), ở
giữa cột giải phóng có một lớp vật liệu đệm polypropylen. Nước tiểu từ trên xuống
không khí từ dưới lên sẽ gặp tiếp xúc nhau ở bề mặt của lớp vật liệu đệm, tại đây
không khí sẽ tách NH3 trong nước tiểu rồi bay lên dẫn sang cột hấp phụ.
Cột hấp phụ là một cột hình trụ phía dưới cột bố trí bể khuấy trộn chứa dung
dịch axit sulphuric. Axit này được bơm lên (bơm P5) trên cột hấp phụ còn không khí mang theo NH3 được dẫn từ dưới lên, nằm giữa cột vẫn là lớp vật liệu đệm chất liêu tương tự ở cột giải phóng. Dòng khí sẽ tiếp xúc với dung dịch axit phía trên bề
mặt của vật liệu lọc, khi tiếp xúc NH3 sẽ tác dụng với dung dich axit tạo amon
sulphat (NH4)2SO4 ở dạng lỏng và được dẫn ra ngoài thùng thu sản phẩm. Amon
sulphat được dùng như phân bón. Còn không khí tiếp tục được bơm về để hoàn lưu.
2.3.2. Các phương pháp xử lý khác
2.3.2.1. Bay hơi nước tiểu bằng nhiệt và gió [5]
a. Gió: Lấy 30ml nước tiểu trên một đĩa pêtri cho mỗi mẫu với ba lần lặp lại, cố định các đĩa này ở vị trí cách xa quạt, lượng nước bốc hơi qua thời gian. Đồng
thời dung máy đo vận tốc gió đo vận tốc gió xung quanh các mẫu nhiều lần để ghi
nhận lại vận tốc gió trung bình.
b. Nhiệt độ: Lấy 30ml nước tiểu trên một đĩa pêtri cho mỗi mẫu với ba lần
lặp lại, đặt các mẫu này trong tủ ủ với mức nhiệt ổn định, nước tiểu cũng sẽ bốc hơi lượng bốc sẽ được xác định qua thời gian theo trọng lượng.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 30
2.3.2.2. Cô đặc nước tiểu bằng hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời
Hệ thống vận hành đơn giản, mẫu sau khi thu gom đưa vào hệ thống bằng đường ống và được đậy kín lại. Đậy kín nhằm ngăn không cho mùi hôi từ đường ống thoát ra làm ảnh hưởng đến khu vực xung quanh và hạn chế đạm thoát ra (do
urê sẽ bị vi khuẩn phân hủy thành NH4+ và với điều kiện pH, nhiệt độ cao sẽ tạo
thành NH3 thoát ra). Lượng nước trong mẫu sẽ bốc hơi bởi nhiệt của năng lượng
mặt trời dưới dạng hơi nước, lượng hơi nước này sẽ ngưng tụ lại dưới lớp kính được đặt nghiêng với độ dốc 10%. Theo độ dốc này thì nước ngưng tụ sẽ chảy vào máng
thu đặt cuối tấm kính. Sau một thời gian đủ dài lượng nước sẽ bốc hơi hết, mẫu nước tiểu sẽ cô đặc lại thành dạng rắn. Sau đó ta thu lại chất rắn làm phân bón. [6]
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Vương Anh Thế Kiệt 31
Chương III
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1. Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 3.1.1. Địa điểm thực hiện đề tài 3.1.1. Địa điểm thực hiện đề tài
Nhà HUBER – Dự án SANSED Khu II – Đại Học Cần Thơ
Phòng thí nghiệm Hoá Kỹ Thuật Môi Trường – Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường – Khoa Môi Trường & TNTN – Trường Đại Học Cần Thơ
3.1.2. Thời gian thực hiện đề tài
Từ 04/08/2008 đến 28/10/2008
3.2. Phương pháp và phương tiện thực hiện 3.2.1. Phương pháp thu gom nguyên liệu đầu vào 3.2.1. Phương pháp thu gom nguyên liệu đầu vào
Để thu gom nước tiểu ở ký túc xá B23, thì trong toilet của các phòng có gắn
bồn tiểu và bồn cầu riêng biệt (khác với các phòng khác ở ký túc xá thường chỉ có
bồn cầu trong toilet chứ không có bồn tiểu), việc tách riêng bồn tiểu bồn cầu này có tác dụng tách nước tiểu riêng ra tránh nước tiểu thất thoát.
Bồn tiểu: Giống các bồn tiểu thông thường, phía dưới có ống dẫn để dẫn
trực tiếp nước tiểu vào đường ống chính, chuyển về bể thu.