Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện phả lại để cải tạo đất xám bạc màu ở xã tây đằng, huyện ba vì, thành phố hà nội

Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại để cải tạo đất xám bạc màu ở xã Tây Đằng, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội Abstract: Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất tro ba

Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại để cải tạo đất xám bạc màu ở xã Tây Đằng, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

Abstract: Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất tro bay của nhà máy nhiệt

điện Phả Lại (cấp hạt, thành phần hóa học ) cho mục đích cải tạo đất: giải pháp cải tạo đất thoái hóa, đất xám bạc màu; các nghiên cứu về tro bay và ứng dụng tro bay trong cải tạo và xử lý môi trường đất ở ngoài nước và trong nước; lấy mẫu tro bay tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại; Phân tích thành phần vật chất và tính chất của tro bay cho mục đích cải tạo đất; Phân tích các kim loại nặng trong tro bay (Pb, Cu, Zn) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng việc sử dụng tro bay đến các tính chất đất xám bạc màu Tây Đằng, Ba Vì, Hà Nội: ảnh hưởng việc bón tro bay đến một số tính chất vật lý đất xám bạc màu (dung trọng, tỷ trọng, độ xốp, thành phần cơ giới của đất); đánh giá ảnh hưởng việc bón tro bay đến các tính chất hóa học đất xám bạc màu (pH, CEC, chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng); ảnh hưởng của tro bay đến khu hệ sinh vật đất nghiên cứu (vi sinh vật tổng số, vi sinh vật phân giải cellulose, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn ) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của việc sử dụng tro bay tới sự sinh trưởng cây trồng và môi trường đất: ảnh hưởng của việc bón tro bay đến sinh trưởng và phát triển của cây lạc trên đất xám bạc màu ở Tây Đằng, huyện Ba Vì, Hà Nội; ảnh hưởng của việc bón tro bay đến sinh trưởng và phát triển của cây đậu cô ve (Phaseolus vulgaris) trên xám bạc màu

ở Tây Đằng, huyện Ba Vì, Hà Nội Nghiên cứu liều lượng thích hợp của tro bay, kết hợp tro bay với phân bón NPK để cải tạo đất xám bạc màu Ba Vì, Hà Nội: đề xuất liều lượng tro bay tối thích cho việc cải tạo các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất xám bạc màu Ba Vì, Hà Nội; liều lượng tro bay kết hợp với phân

bón NPK tối thích để cải thiện các tính chất đất xám bạc màu Ba Vì, Hà Nội

Keywords: Khoa học môi trường; Tro bay; Đất xám bạc màu; Cải tạo đất; Ô nhiễm

nào sống thiếu lương thực Việc đảm bảo an ninh lương thực đã được các quốc gia quan tâm từ rất lâu Để đáp ứng nhu cầu an ninh lương thực, con người phải áp dụng nhiều biện pháp khoa học kỹ thuật để khai thác triệt để sức lao động của đất Việc sử dụng giống mới, phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) cùng với việc thâm canh cao, luân canh gối vụ diễn ra liên tục, đất không có thời gian nghỉ đã khiến đất bị thoái hóa, mất chất dinh dưỡng, diện tích đất bạc màu ngày mở rộng Chính vì vậy, việc cải tạo đất bạc màu là vấn

đề cấp bách cần được giải quyết nhằm nhanh chóng ổn định và nâng cao độ phì nhiêu của đất, giúp tăng năng suất cây trồng, đảm bảo an ninh lương thực

Bên cạnh đó, xã hội phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về điện của người dân tăng đã gây

áp lực lên ngành Điện nước ta, đặc biệt là ngành nhiệt điện Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2030, tổng công suất đạt khoảng 36.000MW (năm 2020) và sẽ tiêu thụ khoảng 67,3 triệu tấn than, khi đó lượng tro xỉ thải ra môi trường khoảng 20 – 25 triệu tấn Lượng tro xỉ sẽ tăng lên 45 triệu tấn vào năm 2030 khi công suất nhiệt điện đốt than đạt 71.000MW [10] Cùng với sự phát triển đó, vấn đề tro

xỉ trong đó tro bay chiếm 70% đã và đang là bài toán được đặt ra với nhiều cấp, ngành, nhà quản lý, hoạch định chính sách và các nhà khoa học tìm biện pháp quản lý cũng như tái sử dụng tro bay hiệu quả

Chính vì vậy, với mong muốn cải tạo đất bạc màu, tăng năng suất cây trồng, góp phần đảm bảo an ninh lương thực, cùng với tái sử dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện,

góp phần bảo vệ môi trường, học viên Nguyễn Thị Bích Ngọc đã thực hiện đề tài “Nghiên

cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại để cải tạo đất xám bạc màu ở xã Tây Đằng, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội” Đề tài này nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng

của tro bay đến tính chất vật lý, hóa học, sinh học của đất xám bạc màu ở xã Tây Đằng, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN ĐẤT XÁM BẠC MÀU VÀ CÁC BIỆN PHÁP CẢI TẠO ĐẤT THOÁI HÓA, ĐẤT XÁM BẠC MÀU

1.1.1 Khái niệm về đất xám bạc màu

Đất xám bạc màu hay còn gọi là Haplic Acrisols, có phản ứng chua đến rất chua, độ

pH dao động từ 3,0-4,5, nghèo cation kiềm trao đổi (Ca2+

, Mg2+ < 2mgdl/100g đất), độ no bazơ thấp (<50%), hàm lượng mùn tầng mặt từ nghèo đến rất nghèo (0,5-1,5%) Mức độ phân giải CHC mạnh, các chất dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu đều nghèo [5]

1.1.2 Sự phân bố và phân loại

Đất xám bạc màu là loại đất hình thành ở vùng ráp ranh giữa đồng bằng và trung du miền núi, đặc biệt là ở địa hình thoải và cũng do canh tác lạc hậu Đây là loại đất xấu, độ chua cao, nghèo mùn và chất dinh dưỡng Tầng đất mỏng, thành phần cơ giới nhẹ, rất ít vi sinh vật và hoạt động yếu

1.1.3 Điều kiện hình thành

1.1.4 Tính chất của đất xám bạc màu

a) Tính chất lý học

b) Tính chất hóa học

1.1.5 Một số biện pháp cải tạo

1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TRO BAY CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP, XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG 1.2.1 Khái niệm chung

1.2.2 Phân loại

1.2.3 Tính chất lý – hóa học của tro bay

a) Tính chất vật lý

b) Tính chất hóa học

1.2.4 Ứng dụng của tro bay

1.2.5 Tình hình nghiên cứu và sử dụng tro bay trên thế giới và Việt Nam

a) Trên thế giới

b) Tại Việt Nam

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐỊA BÀN NGHIÊN CỨU

1.3.1 Vị trí địa lý, tự nhiên

1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội huyện Ba Vì

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.2.1 Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại (cấp hạt, thành phần hóa học ) cho mục đích cải tạo đất

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng việc sử dụng tro bay đến các tính chất đất xám bạc màu Tây Đằng, Ba Vì, Hà Nội

2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của việc sử dụng tro bay tới sự sinh trưởng cây trồng và môi trường đất

2.2.4 Nghiên cứu liều lượng thích hợp của tro bay, kết hợp tro bay với phân bón NPK để cải tạo đất xám bạc màu Ba Vì, Hà Nội

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp kế thừa

2.3.2 Phương pháp thu thập thông tin, số liệu thứ cấp

2.3.3 Phương pháp khảo sát, điều tra thực địa

2.3.4 Phương pháp xác định một số tính chất vật lý, hóa học của đất trong phòng thí nghiệm

2.3.5 Phương pháp tiến hành thí nghiệm chậu vại

2.3.6 Phương pháp và chỉ tiêu theo dõi cây

2.3.7 Phương pháp nghiên cứu tro bay

2.3.8 Phương pháp lấy mẫu để phân tích VSV

2.3.8 Phương pháp xử lý số liệu

Các số liệu nhận được đã sử dụng các phần mềm Word và Excel để xử lý

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ TÍNH CHẤT TRO BAY CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CẢI TẠO ĐẤT

3.1.1 Thành phần vật chất và tính chất của tro bay

Mẫu tro bay được lấy trực tiếp từ giàn lọc bụi tĩnh điện tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại Kết quả phân tích cho thấy tro bay có tính chất như sau:

Nhìn vào bảng 3.2 ta thấy, trong tro hàm lượng nguyên tố ôxi chiếm tỷ lệ cao nhất (46,95%), rồi đến Kali (23,55%), Silic (15,55%), thấp nhất là Ti với 0,13%, Ca cao hơn với tỷ lệ 0,46%

Mẫu tro nghiên cứu có giá trị kiềm (pHKCl = 9,05) vì vậy có thể sử dụng tro như phân bón giúp cải tạo độ chua của đất Trong tro có chứa hàm lượng lớn các nguyên tố như: SiO2 (49,47%), Al2O3 (18,48%) và hàm lượng Fe2O3 là 5,18%

3.1.2 Phân tích các KLN trong tro bay:

Bảng 3.1 Hàm lượng một số KLN trong tro bay tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại

STT Vị trí lấy tro bay Hàm lượng KLN trong tro bay (mg/kg)

3.2.1 Ảnh hưởng của việc bón tro bay đến một số tính chất lý học của đất

a) Ảnh hưởng đến dung trọng, tỷ trọng và độ xốp của đất

Bảng 3.2 Kết quả phân tích dung trọng, tỷ trọng, độ xốp

Tại tuần thứ 8 và 20 của nghiên cứu, dung trọng, tỷ trọng và độ xốp của đất được cải thiện rõ rệt hơn ở tất cả các công thức nghiên cứu Ví dụ dung trọng dao động từ 1,0038 g/cm3 đến 1,0002 g/cm3 ở CT2-25%; từ 1,0035 đến 1,0008 g/cm3 ở CT7; độ xốp của đất tăng lên theo độ dài của thời gian nghiên cứu, đặc biệt là ở các công thức có trồng cây họ đậu, CT4 và CT5 thì độ xốp của đất được cải thiện rõ rệt nhất

b) Ảnh hưởng đến thành phần cơ giới của đất

Bảng 3.3 Bảng số liệu phân tích thành phần cơ giới của các công thức mẫu sau 4, 12, 20 tuần bón tro

Theo quan sát hình 3.7 đến 3.14 cho thấy sự thay đổi thành phần cấp hạt sét ở các công thức có tỷ lệ bón tro là 5 -10% rõ rệt Cấp hạt sét của CT1 là 15% tầng lên 20% ở CT2, CT3, CT4, CT5 có tỷ lệ tro 5% - 10% Thành phần cơ giới của đất được chuyển từ cát pha thịt sang thịt pha cát

3.2.2 Ảnh hưởng của việc bón tro bay đến tính chất hóa học của đất

a) Ảnh hưởng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất

Bảng 3.4 Kết quả phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng

trong đất sau 20 tuần nghiên cứu

Hàm lượng Ca2+

dao động trong khoảng 1,23 mgdl/100g đất đất đến 3,03 mgdl/100g đất, cao nhất là ở CT5-10% và thấp nhất ở CT2-25% (tuần thứ 4); từ 1,91 mgdl/100g đất đến 4,61 mgdl/100g đất (tuần thứ 12) và từ 2,71 mgdl/100g đất (CT2-20%) đến 6,31 mgdl/100g đất (CT5-10%) ở tuần thứ 20 của nghiên cứu.Vậy đến tuần thứ 20, hàm lượng Ca2+

trong đất đã tăng 2 lần so với ở tuần thứ 4, tăng 1,3 lần so với ở tuần thứ

12 của nghiên cứu Điều này được giải thích là do trong tro bay có chứa một lượng Canxi nên khi bón tro bay, lượng Canxi này đã được đưa vào đất góp phần cải thiện pH, CEC của đất

Bảng 3.5 Kết quả phân tích hàm lượng Ca 2+ , Mg 2+ và CEC trong đất của các công thức theo thời gian nghiên cứu

TT Ký hiệu

Cation trao đổi (me/100g)

4 tuần

12 tuần

20 tuần

4 tuần

12 tuần

20 tuần

4 tuần

12 tuần

20 tuần

Theo hình 3.21 cho thấy hàm lượng Ca2+

, Mg2+ tại các công thức bón tro trước khi trồng cây đều tăng so với công thức đối chứng, đặc biệt là ở công thức có tỷ lệ bón tro là 5

và 10%, hàm lượng Ca2+, Mg2+ cải thiện rõ rệt nhất Hàm lượng này tăng lên theo độ dài thời gian nghiên cứu

c) Ảnh hưởng của tro bay đến hàm lượng kim loại nặng trong đất xám bạc màu

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tro bay đến hàm lượng kim loại nặng

12 tuần

20 tuần

4 tuần

12 tuần

20 tuần

4 tuần

12 tuần

20 tuần

Theo kết quả phân tích tại bảng 3.10 cho thấy hàm lượng KLN trong các công thức đều tăng lên so với công thức đối chứng Nguyên nhân là do trong thành phần của tro bay

có chứa một lượng KLN, vì vậy khi bón tro bay vào đất đã vô tình đưa KLN vào đất Tuy nhiên, theo kết quả phân tích đất thu được từ nghiên cứu này thì hàm lượng KLN đưa vào đất là nhỏ, tất cả các công thức nghiên cứu đều có hàm lượng KLN đều nằm dưới quy chuẩn cho phép Cụ thể như sau:

3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến khu hệ vi sinh vật đất

Nghiên cứu các nhóm vi sinh vật trong đất được tiến hành song song với nghiên cứu tính chất lý hóa của đất, sử dụng tro bay làm chất bổ sung kết hợp với phân bón NPK

bổ sung dinh dưỡng cho sự phát triển của các nhóm VSV nghiên cứu Kết quả thu được cho thấy số lượng VSV trong 23 mẫu đất tương ứng với các công thức mẫu nghiên cứu bao gồm: CT1 (mẫu đối chứng), CT2, CT3, CT4, CT5 (bón tro với các tỷ lệ 5, 10, 15, 20, 25% ), tại CT4, CT5 có trồng hai loại cây họ đậu: cây lạc và đậu cô ve Các mẫu đất nghiên cứu được lấy làm hai đợt: Đợt 1 ngay sau khi lấy mẫu về, đợt 2 sau 20 tuần nghiên cứu đã có

sự thay đổi rõ rệt thông qua tỷ lệ bón tro và độ dài của thời gian nghiên cứu

Bảng 3.7 Kết quả phân tích VSV trên các mẫu đất đối chứng và các công thức sau 20 tuần nghiên cứu

Tổng số

Phân giải cellulose

Tổng số

Phân giải cellulose

Nhóm VSV tổng số và VSV phân giải cellulose

Nhận xét chung:

Theo bảng 3.11 và hình 3.39 đến 3.43 có thể thấy đất nghiên cứu có số lượng VSV tổng số dao động từ 1,58.106 đến 2,03.1011

CFU/g đất, cao nhất là ở CT5 – 5% (Đất + 5% tro + NPK + cây lạc và CT4 5%, lấy sau 20 tuần bón tro); thấp nhất là ở CT1 (mẫu đối chứng, lấy sau khi mang mẫu về) Như vậy số lượng VSV trong đất xám bạc màu ban đầu

có số lượng VSV thấp nhất, tuy nhiên sau khi bón tro với các tỷ lệ 5, 10, 15, 20, 25% thì số lượng VSV tăng lên Theo bảng 3.11 nhận thấy, tiến hành so sánh tại CT2, CT3 ta nhận thấy số lượng VSV dao động từ 2.108

CFU/g đất (CT2 – 15%) đến 4,6.109 CFU/g đất (CT2 – 5%), tăng hơn so với CT1 (mẫu đối chứng) tương ứng 126 đến 2.911 lần So sánh giữa các công thức với có mặt có cây họ đậu, số lượng VSV tăng hơn cụ thể theo bảng 3.11 số lượng VSV tại CT4, CT5 dao động trong khoảng 2,76.108 CFU/g đất (CT4 – 15%) đến 1,13.1011 CFU/g đất (CT4 – 5%) tăng so với CT2, CT3 tương ứng 1,38 đến 24,6 lần; số lượng VSV ở CT6, CT7 tăng hơn so với CT1 tương ứng 20 và 14 lần

Nhóm vi khuẩn tổng số và phân giải cellulose

CFU/g đất (CT2 5%); ở CT3 số lượng vi khuẩn tổng số dao động trong khoảng từ 3,2.108

(CT3 25%) đến 1,2.1010 (CT3 10%) CFU/g đất; ở CT4 số lượng vi khuẩn tổng số dao động từ 5,97.108

(CT4 20%) đến 1,06.1010 (CT4 5%) CFU/g đất; ở CT5

số lượng vi khuẩn tổng số thấp nhất là ở CT5 15% (2,25,108

CFU/g đất) cao nhất là ở tỷ lệ tro 10% (10,10.1010 CFU/g đất) Điều này cho thấy, với tỷ lệ tro thấp nhất nhưng lại cho số lượng vi khuẩn tổng số lớn nhất

Nhóm nấm mốc tổng số và phân giải cellulose

Theo bảng 3.11 và hình 3.49 đến 3.53 cho thấy số lượng nấm mốc tổng số dao động trong khoảng từ 2.104

đến 8.105 CFU/g đất, cao nhất là ở CT4-20% thấp nhất là ở CT4-15%, tăng so với công thức đối chứng tương ứng là 1 đến 40 lần Tại hầu hết các công thức còn lại, nấm mốc đều phát triển kém, nguyên nhân là điều kiện đất đai tại vùng đất Ba Vì nơi lấy mẫu có độ ẩm thấp dẫn đến sự phát triển của nấm mốc kém Có thể thấy

sự thay đổi của tỷ lệ tro bay và NPK ít làm ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm mốc do điều kiện phát triển quan trọng nhất của nấm mốc là độ ẩm

Nhóm nấm men tổng số và phân giải cellulose

Đối với nhóm nấm men, số lượng nấm men lớn nhất thấy ở CT4-5% (3,06.106CFU/g đất) thấp nhất là 1,03.105

CFU/g đất (CT5-25%) Rõ ràng ta thấy tỷ lệ tro bay và NPK ở mức 5% - 10% lại có ảnh hưởng đến một nhóm VSV nữa, đó là nhóm nấm men Tuy nhiên không có mẫu nào có sự xuất hiện của nấm men phân giải Cellulose Vì vậy ta

có thể bước đầu kết luận rằng khi sự thay đổi của tỷ lệ tro bay và NPK thì không thấy sự xuất hiện của nhóm nấm men cũng như nấm mốc phân giải Cellulose Điều này cho thấy khi ta thay đổi tỷ lệ tro bay và NPK không làm thay đổi số lượng cũng như sự phát triển của nấm men và nấm mốc phân giải Cellulose

Nhóm xạ khuẩn tổng số và phân giải cellulose

Theo kết quả phân tích sau 20 tuần nghiên cứu ở bảng 3.11 và hình 3.58 đến 3.63

có thể thấy xạ khuẩn phân giải Cellulose bằng với xạ khuẩn tổng số Điều này cho thấy đất bạc màu tại Tây Đằng, Ba Vì nhóm xạ khuẩn chiếm ưu thế phát triển hoàn toàn là nhóm xạ khuẩn phân giải Cellulose Số lượng xạ khuẩn ở các công thức có tỷ lệ tro 5 – 10% chiếm

ưu thế (thể hiện ở hình 3.11 đến 3.62)

Từ kết quả trên nghiên cứu có thể đưa ra kết luận rằng đất xám bạc màu tại Tây Đằng, Ba Vì, Hà Nội khi được bón tro bay với tỷ lệ 5 – 10% kết hợp với phân NPK đã cải thiện số lượng VSV có lợi trong đất tốt nhất Với tỷ lệ này, chúng ta vừa tiết kiệm được tro bay bón vào vừa có khả năng cải tạo đất