MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ XANH VÀ NĂNG LƯỢNG SẠCH - KỸ THUẬT SINH THÁI (Ecological engineering) docx

1 Dựa vào khả năng tự thiết kế của hệ sinh thái;2 Những thử nghiệm thực tế về lý thuyết của các hệ sinh thái trước đó; 3 Dựa trên phương pháp tiếp cận hệ thống; 4 Bảo tồn các nguồn năng

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ XANH VÀ NĂNG LƯỢNG SẠCH

KỸ THUẬT SINH THÁI (Ecological engineering)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM LỚP CAO HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 2010

1 ĐỊNH NGHĨA

2 NGUYÊN TẮC

3 TIÊU CHÍ

4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM,HẠN CHẾ ÁP DỤNG

5 Ý NGHĨA KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG

1 ĐỊNH NGHĨA

Kỹ thuật sinh thái là một nghiên cứu tích hợp hệ sinh thái

và kỹ thuật, liên quan đến việc giám sát thiết kế và xây dựng các hệ sinh thái

Theo Mitsch 1996 “thiết kế các hệ sinh thái bền vững được tích hợp xã hội loài người với môi trường tự nhiên của nó

vì lợi ích của cả hai”

(1) Dựa vào khả năng tự thiết kế của hệ sinh thái;

(2) Những thử nghiệm thực tế về lý thuyết của các hệ sinh

thái trước đó;

(3) Dựa trên phương pháp tiếp cận hệ thống;

(4) Bảo tồn các nguồn năng lượng không tái tạo;

(5) Hỗ trợ bảo tồn đa dạng sinh học

1.1 Các khái niệm gắn liền với kỹ thuật sinh thái

(Theo Mistch và Jorgensen 2004)

(1) Thực hành được đặt cơ sở trên khoa học sinh thái

(2) KTST được định nghĩa khái quát bao gồm tất cả các

kiểu hệ sinh thái và những sự tương tác qua lại lẫn

nhau giữa con người với hệ sinh thái

(3) Những khái niệm thiết kế kỹ thuật

(4) Thừa nhận một hệ thống các giá trị hướng dẫn

1.1 Các khái niệm gắn liền với kỹ thuật sinh thái

(Theo scott D Bergen et al)

1.2.1 Tối đa năng suất, nguyên lý năng lượng thứ tư

Hệ quả1: Tối đa năng suất đòi hỏi tác động tối ưu, ví dụ như sự trao đổi năng lương cần chọn một tải tối ưu.Tổ chức hệ thống hiệu quả hơn, tốc độ nhanh hơn và thải ra ít chất thải ít hơn.

Hệ quả 2: Sự biến đổi năng lượng như xu thế dự trữ năng lượng

không tái tạo như là tăng cường đầu vào bằng cách mở rộng sử

dụng năng lượng, vật liệu có thể tái tạo lại được.

Hệ quả 3: Sự thích ứng về sinh lý học giảm đa dạng về loài Ví dụ: sự thích ứng của hệ sinh thái với nhiệt độ, độ mặn.

Hệ quả 4: Sự phát triển quá mức của nền kinh tế khi nguồn tài nguyên môi trường có hạn Ví dụ: Tính đa dạng của hệ sinh thái sẽ giảm khi

xả nước thải vào quá mức tự điều chỉnh, tự phục hồi của HST.

Hệ quả 5: Tối đa hiệu quả phát triển đa dạng và phân công hợp lý khi nguồn tài nguyên là có hạn

1.2 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sinh thái

1.2.2 Hệ thống phân cấp năng lượng,nguyên lý năng lượng thứ 5, một hệ thống hiêu quả của hai nguyên lý

Hệ quả 6: Các đơn vị được kiểm soát và tăng cường kiểm soát các đơn vị ở phía sau, các mắc xích và mạng lưới thì các mắc xich phía sau chiếm ưu thế đồng thời cũng củng cố lại mắc xích phía trước.Ví dụ: khả năng tiếp nhận nước thải của đầm lầy,là khả

năng xử lý chất ô nhiễm đồng thời đây cũng là quá trình tự điều chỉnh.

Hệ quả 7: Qui mô biến đổi năng lượng ở mắc xích phía sau

tăng.Giảm sự tiêu thụ năng lượng ở mắc xích sau

Hệ quả 8: Năng lượng dự trữ tăng lên qua các bước biến đổi Ví dụ:

dự trữ năng lượng biomas.

Hệ quả 9: Sự tích tụ các xung và nối tiếp phát triển các quy mô ở trên.

Hệ quả 10: Sự biến đổi cao về năng lượng và mật độ tại trung tâm

hệ sinh thái

1.2 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sinh thái

Hệ quả 11: Loại biến đổi lớn có tác động đối với đơn vị lớn hơn

Hệ quả 12: Quá trình chọn nguyên liệu làm giảm quá trình sử dụng năng lượng sẵn có

Hê quả 13: Sự lưu thông đồng tiền tập trung nhiều hơn tại trung tâm.

1.2 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sinh thái

Tóm tắt:

Việc giới thiệu định nghĩa,nguyên tắc về năng lượng của

kỹ thuật sinh thái là nhằm đề cao tính tự tổ chức, tự điều chỉnh của toàn bộ hệ sinh thái.Tóm tắt lại sự tác động qua lại giữa con người và hệ sinh thái và sự tác động

lẫn nhau giữa energy, transformity, emdollar nhằm đảm bảo có một sự lựa chọn tốt nhất khi thiết kế

(1) Thiết kế phù hợp với tính tự nhiên của hệ sinh thái

(2) Thiết kế phù hợp cho bối cảnh địa điểm cụ thể

(3) Duy trì độc lập của yêu cầu thiết kế chức năng

(4) Thiết kế hiệu quả cho năng lượng và thông tin

(5) Thừa nhận những giá trị và các mục đích thúc đẩy thiết kế

(Theo Scott D Bergen một, Susan M.Bolton b,James L Fridley)

2 NGUYÊN TẮC KỸ THUẬT SINH THÁI

• 1.Ecological engingeering is ecologically based.

• 2.Ecological engingeering incorporates and adapts

engingeering and technology based solutions

• 3.Ecological engingeering is based on principles of

sustainable development

• 4.Ecological engingeering is mutually beneficial to

humans and the environment

• 5.Ecological engingeering is based on integrated

2 NGUYÊN TẮC KỸ THUẬT SINH THÁI

(Theo bài giảng Dr Dang Viet Hung)

1 Sự phục hồi của hệ sinh thái cũ đã bị ảnh hưởng đáng kể bởi các hoạt động của con người như ô nhiễm môi trường, xáo trộn đất đai;

2 Phát triển bền vững các hệ sinh thái mới về cả giá trị con người và sinh thái

3 TIÊU CHÍ KỸ THUẬT SINH THÁI

(Theo Mitsch 1996)

• Ưu điểm:

- Tiết kiệm nguồn năng lượng không tái tạo vì xu thế sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để thay thế

- Lượng chất thải phát sinh là nhỏ nhất vì quá trình tái

sử dụng, tái chế chất thải để sử dụng lại và vì sử dụng tiết kiệm nguồn năng lượng

- Lợi ích kèm theo từ quá trính sử dụng tiết kiệm hợp lý năng lượng và nguyên vật liệu đầu vào

- Phục hồi và thiết lập mới các hệ sinh thái theo hướng bền vững đồng thời tăng tính đa dạng về các loài

 Tạo môi trường sống thân thiện giữa con người với thiên nhiên cùng mang lại lợi ích cho cả hai

4.ƯU NHƯỢC ĐIỂM KỸ THUẬT SINH THÁI

• Hạn chế khi áp dụng:

- Phụ thuộc vào việc bối cảnh, địa điểm, văn hoá, kinh tế, chính trị của từng quốc gia khi áp dụng nên chưa có chuẩn mực chung cho tất cả các quốc gia khi áp dụng ktst.

- Các nguồn năng lượng thay thế thường là loãng hơn không đáp ứng nhu cầu hiện tại  đầu tư công nghệ

- Việc sử dụng các vật liệu tái chế, tái sử dụng chưa mang tính phổ thông vì giá cả các loại vật liệu này thường là đắt hơn

- Chưa được sự quan tâm đúng mức của cơ quan có thẩm quyền

- Sự bùng nổ dân số

4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM KỸ THUẬT SINH THÁI

Ý nghĩa lâu dài về kinh tế và môi trường:

- Tăng lợi nhuận trả lại từ hệ sinh thái

- Giảm lượng chất thải phát sinh

- Giảm tiêu tốn năng lượng

Đồng thời

- Khắc phục cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên

- Giảm tình trạng suy thoái môi trường

- Tăng tính đa dạng về loài và bảo tồn đa dạng sinh thái

5 GIÁ TRỊ KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG

1 Thiết kế hệ thống sinh thái như là một thay thế giảm

sự can thiệp con người và tiêu tốn năng lượng, ví dụ như áp dụng wetland kiến tạo thay cho hệ thống xử lý nước thải

2 Phục hồi các hệ sinh thái bị suy thoái và giảm sự tác

động của con người

3 Quản lý sử dụng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên

4 Sự tích hợp xã hội và hệ sinh thái trong việc xây dựng

một môi trường sinh thái ( ví dụ như trong cảnh quan kiến trúc, quy hoạch đô thị và làm vườn đô thị…)

6 PHẠM VI ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI

6 MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH

6.1 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG NÔNG NGHIỆP

6.2 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG WETLAND KIẾN TẠO

6.3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG DU LỊCH

6.4 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG CÔNG NGHIỆP

6.5 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG ĐÔ THỊ

6.1 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG NÔNG NGHIỆP

1 TỔNG QUAN HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT HỆ SINH THÁI NÔNG NGHI P ỆP

CỦA MỘT HỆ SINH THÁI NÔNG NGHI P ỆP

HỆ ST NÔNG NGHI P ỆP

LÀNG XÃ SXNN

Chất thải Sản phẩm văn hóa Lương thực thực phẩm

Hạt gio áng-Pha

ân bón

Năn g lươ

ïng

Lao động AS

CẤU TRÚC MỘT HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

Mô hình thứ bậc HSTNN của Gordon P Conway, 1986

Thế giới Cộng đồng KT Quốc gia Vùng Lĩnh vực sông Làng, xã Hộ

HT hoạt động

HT nông nghiệp

Thủ công - CN

HT chăn nuôi Đồng cỏ chăn nuôi

Đàn vật nuôi

MT động vật

Phi NN làm thuê

HT cây trồng Đồng ruộng Cây trồng

MT thực vật

CẤU TRÚC MỘT HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

Mô hình khối HSTNN của Đào Thế Tuấn, 1984

ă n,

th uố c

nă ng

lư ợn g

Á nh

s án g

C O 2 , H 2

O , N

, O 2 O 2 , H

2 O , N

Ph ân , t hu ốc

M áy , n ăn

g lư

ợn g

Th ịt

Hàng xuất Nước ngoài

Ph ân

RUỘNG CÂY

TRỒNG

DÂN CƯ

PHI NÔNG NGHIỆP

3.1 Mô hình Vườn Ao Chuồng (V A C)

3 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI

TRONG NÔNG NGHIỆP

3.2 Tổng quan về hệ sinh thái VAC

VAC là những chữ đầu của 3 từ Vườn - Ao - Chuồng VAC

chỉ một hệ sinh thái trong đó có sự kết hợp chặt chẽ hoạt động làm vườn, nuôi cá và chăn nuôi.

- Trong vườn kết hợp trồng nhiều loại cây theo nhiều tầng, trồng xen, trồng gối để tận dụng năng lượng mặt trời và chất dinh dưỡng trong đất; góc vườn trồng rau, đậu, một số cây gia vị, cây làm thuốc… Quanh vườn trồng cây lấy gỗ, mây, dâu tằm… Một số nơi trồng cây lấy củ ( củ từ, củ mỡ cho leo lên bờ rào quanh vườn) Dưới bóng cây trong vườn nhiều nơi đặt các đõ ong.

- Cạnh vườn là ao, trong ao nuôi cá, thường kết hợp nhiều giống cá để tận dụng được thức ăn Quanh bờ ao trồng khoai nước; một phần nước ao thả bèo, dùng làm thức ăn cho lợn Trên mặt ao có giàn bí, bầu, mướp, gấc.

- Gần ao là chuồng nuôi gia súc, gia cầm, thường là lợn, gà, vịt.

Vườn, ao, chuồng có mối quan hệ qua lại Một phần sản phẩm trong vườn và quanh ao, bèo thả trên mặt ao, dùng làm thức ăn chăn nuôi và nuôi cá Ao cung cấp

nước tưới cho vườn và bùn bón cho cây Một phần các loại thải có thể dùng làm thức ăn bổ sung cho gia súc Ngược lại phân chuồng dùng bón cây trong vườn Nước phân làm thức ăn cho cá tất cả tác động qua lại đó của VAC đều thông qua hoạt động của con người Con

người tiêu thụ sản phẩm của VAC và đưa vào hệ thống này một số yếu tố từ bên ngoài ( phân bón, thức ăn cho chăn nuôi ) đồng thời điều khiển quá trình xử lý toàn bộ chất thải trong VAC

3.2 Tổng quan về hệ sinh thái VAC

Khái niệm về V, A, C cũng được mở rộng; V là ký hiệu chỉ các hoạt động trồng trọt nói chung và trong V có thể bao gồm vườn đồi, vườn rừng, chậu, vườn giàn vườn treo, nương rẫy A chỉ việc nuôi trồng thủy sản và khai thác mặt nước, có thể bao gồm ao, hồ, mương, máng, sông suối và các sản phẩm trong đó như cá, tôm, cua,

ốc, ếch, ba ba và rong tảo; C chỉ các hoạt động chăn

nuôi các loại gia súc, gia cầm trên cạn bao gồm; gà, vịt , ngan, ngỗng, lợn, dê, trâu, bò, hươu, nai ( một số nơi còn nuôi các loại đặc sản như trăn, rắn, lươn, ba ba ) nhưng V A C vẫn là thành phần của một hệ sinh thái

và giữa chúng có mối quan hệ tác động qua lại

3.2 Tổng quan về hệ sinh thái VAC

- Không sử dụng các loại phân bón hoá học được thay thế bằng phân bón tự nhiên

- Tối ưu năng suất khi sử dụng tối đa năng lượng sẵn có như ánh sáng mặt trời, nước, chất dinh dưỡng trong

đất. trồng xen kẽ, trồng gối, nuôi nhiều loài cá theo các tầng nước

- Sử dụng gián tiếp năng lượng mặt trời thông qua tiêu thụ sinh khối từ VAC tối ưu hoá nguồn năng lượng

- Tăng cường sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng bioga khi xử lý chất thải ( phân người, phân gia

súc) diệt mầm bệnh, tạo năng lượng mới

- Không tạo ra chất thải trong bất cứ giai đoạn nào

- Các chất thải giai đoạn này là đầu vào của giai đoạn khác

- Tạo cảnh quan thân thiện kết nối giữa con người với thiên nhiên và lợi ích cho cả hai

3.3 Phân tích việc áp dụng KTST trong VAC

- Mô hình VAC là mô hình hoàn hảo khi áp dụng KTST

trong Nông Nghiệp

- Mở ra một xu hướng phát triển bền vững cho các hệ sinh thái nông nghiệp khi mở rộng các quan niệm về V A C

3.4 Tiểu kết áp dụng KTST trong Nông Nghiệp

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC

KiẾN TẠO

Theo công ước quốc tế Ramsar:

Điều 1.1: Đất ướt là loại đất ở các vùng đầm lầy, đất than bùn hoặc nước, tự nhiên hay nhân tạo, thường xuyên hoặc thỉnh thoảng có nước tù đọng hoặc nước chảy, ngọt, lợ hoặc mặn (bao gồm cả vùng biển có độ sâu không quá 6m khi thủy triều kém)

Điều 2.1: Có thể sát nhập cả các vùng ven sông và ven biển tiếp giáp với vùng đất ướt, và các đảo hoặc các bộ phận của vùng biển sâu hơn 6m khi triều kém, cũng nằm bên trong vùng đất ướt

KHÁI NIỆM ĐẤT NGẬP NƯỚC

1 TOÅNG QUAN H SINH TH 1 TOÅNG QUAN H SINH TH ỆP ỆP ÁI ĐẤT NGẬP NƯỚC

2.1 Đất ngập nước kiến tạo

+ Hệ thống wetland kiến tạo

2.2 Đất ngập nước tự nhiên

-Đất ướt ngập mặn

+ Đầm lầy cỏ ngập mặn+ Bãi triều

+ Đầy lầy rừng ngập mặn

- Đất ướt ngập ngọt

+ Đầm lầy cỏ

+ Bãi lầy+ Đầm lầy rừng

2 PHÂN LOẠI ĐẤT NGẬP NƯỚC

(1) Hệ sinh thái đất ngập nước mang tính đa dạng sinh thái cao

 Vì theo định nghĩa phạm vi phân bố hệ sinh thái đất ngập

nước rất rộng và việc ứng dụng này phù hợp với 2 tiêu chí của kỹ thuật sinh thái

3 ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN Ự NHIÊN Ự NHIÊN MỘT LĨNH VỰC CỦA KỸ THUẬT SINH THÁI

(2) Hệ sinh thái đất ngập nước mang tính tự điều chỉnh cao

Ví dụ:

 Đầu ra của mắc xích này là đầu vào của mắc xích khác, đây cũng chính là khả năng tự làm sạch và hồn hảo khơng cĩ chất thải vào mơi trường

3 ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN Ự NHIÊN Ự NHIÊN MỘT LĨNH VỰC CỦA KỸ THUẬT SINH THÁI

(3) Năng lượng đầu vào của hstđnn là vơ hạn và sạch, trong khi tạo ra nguồn năng lượng tái tạo như biomas,năng lượng than bùn.

Cung cấp sinh khối, cảnh quan du lịch, các lợi ích lâu dài

về kinh tế cho con người nếu sự đầu tư và tác đơng đến

nĩ một cách khoa học

3 ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN Ự NHIÊN Ự NHIÊN MỘT LĨNH VỰC CỦA KỸ THUẬT SINH THÁI

(4) Áp dụng những kỹ thuật

• Bảo tồn hệ sinh thái bị suy thối

• Xây dựng các hệ sinh thái mới phù hợp xu hướng phát triển bền vững

3 ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN ĐẤT NGẬP NƯỚC T NHIÊN Ự NHIÊN Ự NHIÊN MỘT LĨNH VỰC CỦA KỸ THUẬT SINH THÁI

Hệ thống đất ngập nước kiến tạo

Xu hướng thay thế cho các hệ thống xử lý nước thải trong tương lai

Tiết kiệm năng lượng, dễ vận hành, hiệu quả xử lý cao,

mang tính tự nhiên

4 PH ÂN TÍCH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI TRONG

ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO

- Đất ngập nước tự nhiên là một lĩnh vực của kỹ thuật

sinh thái vì nĩ đáp ứng tất cả các nguyên tắc, tiêu chí, khái niệm của kỹ thuật sinh thái

- Đất ngập nước kiến tạo là một xu hướng trong tương lai thay thế cho cac hệ thống xử lý nước thải

- Mang tính phổ biến, mang lại giá trị lâu dài về kinh tế, văn hố, xã hội, mơi trường

- Đáp ứng các yêu cầu về phát triển bền vững

4 TIỂU KẾT KTST TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI

TRONG DU LỊCH

DU LỊCH SINH THÁI

• "Du lịch sinh thái là loại hình du lịch diễn ra trong các vùng có

hệ sinh thái tự nhiên còn bảo tồn khá tốt nhằm mục tiêu nghiên cứu, chiêm ngưỡng, thưởng thức phong cảnh, động thực vật cũng như các giá trị văn hoá hiện hữu" (Boo, 1991)

• “DLST là loại hình du lịch dựa vào thiên nhiên và văn hóa bản

địa, gắn với giáo dục môi trường, có đóng góp cho nỗ lực bảo tồn và phát triển bền vững, với sự tham gia tích cực của cộng đồng địa phương”.(định nghĩa được nêu ra tại hội thảo về

“Xây dựng chiến lược phát triển DLST ở Việt Nam” từ 7/9/1999 đến 9/9/1999).

1 TỔNG QUAN VỀ DU LỊCH SINH THÁI

Du lịch có trách nhiệm theo tuyên bố Cape Town ( Nam Phi )

2002 được hiểu thống nhất là “ Những hoạt động và quá trình

du lịch gián tiếp giảm thiêu tác động tiêu cực về kinh tế, xã hội, môi trường; mang lại lợi ích kinh tế nhiều hơn cho cư dân địa phương và nâng cao sự phồn thịnh cho cộng đồng điểm đến du lịch

Nguyên tắc của du lịch sinh thái

• DLST tránh các tác động tiêu cực có thể gây thiệt hại

hay phá hủy tính toàn vẹn của môi trường tự nhiên hay văn hóa tại nơi diễn ra hoạt động du lịch

• DLST giáo dục cho khách du lịch hiểu được tầm quan trọng của công tác bảo tồn tại các khu du lịch

• DLST mang đến lợi ích kinh tế cho cộng đồng, nâng cao thu nhập và ổn định đời sống cho người dân địa phương sống tại vùng phát triển hoạt động du lịch hoặc các khu vực liền kề

1 TỔNG QUAN VỀ DU LỊCH SINH THÁI