Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)

Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học (Khóa luận tốt nghiệp)

NGUYỄN ĐÀO QUỲNH MAI

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU THU GOM PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP (RƠM RẠ) TÁI SỬ DỤNG LÀM PHÂN HỮU CƠ VÀ THAN SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Duy Hải

Thái Nguyên, năm 2014

đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của Thầy, Cô, gia đình,

bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Môi trường đã tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học tập, rèn luyện tại trường Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Duy Hải đã tận tình, chu đáo hướng dẫn em thực hiện khóa luận này một cách hoàn chỉnh nhất

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới viện phó viện Môi Trường Nông

Nghiệp: TS Mai Văn Trịnh, trưởng Bộ môn Mô hình hóa và cơ sở dữ liệu Môi

trường - Viện Môi trường Nông nghiệp TS Bùi Thị Phương Loan Em xin gửi lời

cảm ơn tới các anh chị đang công tác và làm việc tại Bộ môn Mô hình hóa và cơ sở

dữ liệu Môi trường, đặc biệt người hướng dẫn ThS Lê Quỳnh Liên người đã giúp đỡ

em rất nhiều trong thời gian e thực tập ở Viện Môi trường Nông Nghiệp

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè những người đã quan

tâm và động viên em hoàn thành tốt việc học tập và nghiên cứu của mình

Bài khóa luận được thực hiện trong khoảng thời gian 3 tháng Bước đầu đi thực tế, tìm hiểu nhiều lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của

em còn hạn chế và nhiều bỡ ngỡ Do vậy không tránh khỏi nhiều thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học

để kiến thức của em trong lĩnh vực này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đào Quỳnh Mai

1.2 Mục tiêu chung 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của của đề tài 2

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cơ sở khoa học 3

2.1.1 Cơ sở lý luận 3

2.1.2 Cơ sở thực tiễn 5

2.1.3 Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu 6

2.2 Tổng quan tình hình sử dụng phế phụ phẩm trên Thế Giới và Việt Nam hiện nay 8

2.2.1 Tình hình sử dụng phế phụ phẩm trên Thế Giới 8

2.2.2 Tình hình sử dụng phế phụ phẩm tại Việt Nam 10

2.2.3 Tình hình thu gom, xử lý rơm rạ trên địa bàn nghiên cứu 12

2.3 Sử dụng phân bón bền vững trong sản xuất nông nghiệp 13

2.3.1 Phân hữu cơ 13

2.3.2 Than sinh học 20

2.4 Xây dựng mô hình sản xuất và sử dụng phân bón tại nông hộ 23

PHẦN III ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 24

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 24

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài 24

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 24

3.3 Nội dung nghiên cứu 24

3.4 Phương pháp nghiên cứu 24

3.5 Nghiên cứu hoàn thiện quy trình ủ phân hữu cơ, sản xuất than sinh học 25

3.5.1 Sản xuất và chế biến phân hữu cơ 25

3.5.2 Sản xuất và chế biến than sinh học 28

PHẦN IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội vùng nghiên cứu 30

4.1.1 Điều kiện tự nhiên Hải Dương 30

4.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội Hải Dương 31

4.1.3 Huyện Cẩm Giàng 31

4.2 Đánh giá tình hình thu gom, xử lý rơm rạ làm nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ và than sinh học 31

4.2.1 Thực trạng sử dụng nguyên liệu làm phân bón tại vùng nghiên cứu 31

4.2.2 Tình hình sử dụng phân bón hữu cơ, than sinh học 32

4.2.3 Nhận thức của người dân về chế phẩm sinh học và than sinh học 33

4.2.4 Nhận thức của người dân về việc đốt rơm rạ 34

4.2.5 những thách thức khó khăn của người dân khi thực hiện ủ phân hữu cơ và than sinh học 34

4.3 Nghiên cứu hoàn thiện quy trình chế biến phân hữu cơ, than sinh học từ các phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ) 35

4.3.1 Nghiên cứu hoàn thiện quy trình chế biến phân hữu cơ từ rơm rạ 35

4.3.2 Nghiên cứu hoàn thiện quy trình chế biến than sinh học từ rơm rạ 39

PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết Luận 47

5.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Bảng 2.3 Sản lượng một số cây trồng chính 4

Bảng 2.4 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 5

Bảng 2.5 Tỷ lệ chất thải rắn xử lý bằng phương pháp khác nhau ở một số nước trên thế giới 10

Bảng 2.6 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí 18

Bảng 2.7 Tỉ lệ tương đối một số thành phần trong TSH 23

Bảng 4.1 Thực trạng sử dụng nguyên liệu làm phân bón tại Cẩm Giàng Hải Dương 32

Bảng 4.2 Thành phần dinh dưỡng trong rơm rạ vùng nghiên cứu 32

Bảng 4.3 Tình hình sử dụng phân bón của vung nghiên cứu 33

Bảng 4.4 Nhận thức người dân vùng nghiên cứu về phân hữu cơ và than sinh học 34

Bảng 4.5 Diễn biến thay đổi màu sắc của đống ủ 36

Bảng 4.6 Hàm lượng các thành phần dinh dưỡng trong phân bón 38

Bảng 4.7 Năng suất của cây trồng áp dụng phân bón hữu từ rơm rạ trên địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2014 39

Bảng 4.8 Tên chi tiết các bộ phận của hệ thống 40

Bảng 4.9 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than sinh học 43

Bảng 4.10 Năng suất cây trồng sử dụng TSH làm phân bón địa bàn Hải Dương 43

Bảng 4.11 Hiệu quả kinh tế mô hình sử dụng phân hữu cơ 44

Bảng 4.12 Hiệu quả kinh tế mô hình sử dụng than hữu cơ 45

Hình 4.1: Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện mô hình sản xuất phân bón compost 37 Hình 4.2 Mô hình nhiệt phân gián tiếp 40 Hình 4.3: Một số hình ảnh từ quá trình làm than sinh học 42

PHẦN I

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu đang là vấn đề được toàn Thế Giới quan tâm Biểu hiện của nó là sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển, sự dâng cao mực nước biển do băng tan gây ra sự ngập úng các vùng đất thấp, đảo nhỏ; sự di chuyển các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng đất khác nhau dẫn tới nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài; cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước cũng như các chu trình sinh địa hóa khác gây khó khẳn lớn cho đời sống của con người cũng như muôn loài trên Trái Đất; năng xuất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần thủy quyển, sinh quyển và các địa quyển Nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu là do hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp,quá trình khai thác, phương tiện giao thông gây ra

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng lớn nhất của ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu Sự thay đổi của môi trường và khí hậu có thể làm trầm trọng thêm những nguy cơ sẵn có với vấn đề tài nguyên thiên nhiên, nông nghiệp, an ninh lương thực, cơ sở hạ tầng và sức khỏe, đặt ra những mối đe dọa lớn cho phát triển kinh tế

và con người cũng như môi trường Việt Nam được biết đến là một nước có nền nông nghiệp lâu đời Hiện nay, nền nông nghiệp của chúng ta vẫn đang phát triển, cùng với đó thì vấn đề sử lý chất thải nông nghiệp ngày càng đáng lưu tâm hơn trong đó vấn đề xử lý rơm rạ là vấn đề cần được quan tâm Rơm rạ bao gồm phần thân và cành lá của cây lúa, sau khi đã tuốt hạt lúa Ở nước ta, thì rơm rạ chủ yếu phát sinh từ cây lúa nước Đã có lúc rơm rạ được coi là một loại sản phẩm phụ hữu ích được tận dụng làm nguyên liệu đốt, do nhu cầu về lương thực mà sản lượng lúa ngày càng gia tăng, đời sống người dân thay đổi

họ đã sử dụng nguyên liều đốt khác như: than, khí gas; điều này đẫn tới nguồn rơm rạ không thể tận dụng hết, và rơm rạ đã trở thành một nguồn phế thải khó xử lý trong nông nghiệp Việc đốt ngoài trời là cách xử lý phổ biến rơm rạ phổ biến nhất hiện nay Điều này đang gây ra các vấn đề môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đồng thời cũng là một sự thất thoát nguồn tài nguyên Nếu nguồn phế thải này có thể tận dụng

để làm phân hữu cơ hay sản xuất nhiên liệu than sinh học thì chúng sẽ không còn là

nguồn phế thải nữa mà trở thành nguồn nguyên liệu mới

Trong những năm gần đây trước thực trạng phân bón không đạt chất lượng tốt, làm hỏng kết cấu thành phần cơ giới đất mà giá thành lại cao cùng với mong muốn của người dân tìm loại phân bón tốt cho cây trồng

Xuất phát từ thực tế trên và nguyện vọng của bản thân cùng với sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thạc sĩ Nguyễn Duy Hải, em tiến

hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử

dụng làm phân hữu cơ và than sinh học”

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

-Đánh giá tình hình thu gom xử lý phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tại vùng đặt

dự án Nhận xét về tác hại của phương pháp xử lý rơm rạ thông thường tới môi trường

-Đánh giá tình hình sử dụng phân bón và điều tra nguồn sản xuất phân bón

-Xây dựng mô hình sử lý rơm rạ thành phân hữu cơ và than sinh học theo dõi, phân tích, đánh giá, tính hiệu quả của dự án

-So sánh cách sử lý rơm rạ của người khu vực đặt dự án hay làm với mô hình sử dụng rơm rạ để làm phân hữu cơ và than sinh học Từ đó đưa ra khuyến cáo cho người dân và nhân rộng mô hình

1.4 Ý nghĩa của của đề tài

-Ý nghĩa học tập và nghiên cứu khoa học: thời gian làm đề tài tốt nghiệp là dịp sinh viên tự khẳng định mình, biến những kiến thức đã học thành kiến thức của mình Cũng qua quá trình làm đề tài em học được cách làm việc nghiên cứu độc lập, tính kỉ luật trong công việc, tiếp cận dần với công việc và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này

-Ý nghĩa thực tiễn:

+ Đánh giá ảnh hưởng phế thải nông nghiệp tới môi trường

+ Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và than sinh học trong công tác bảo

vệ môi trường

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cơ sở lý luận

Phế phụ phẩm nông nghiệp là những sản phẩm nông nghiệp không đạt tiêu chuẩn về kích thước, phẩm chất,giá trị sử dụng…đã quy định cần loại bỏ nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng hoặc chế biến Phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu

cơ, còn non xanh, có thể xơ cứng hóa vì silic hóa như trấu hay ligin hóa như gỗ Chúng còn được xem như dạng tích trữ năng lượng nhờ quá trình quang tổng hợp

và các quá trình sinh học khác trong sản xuất nộng nghiệp

Trong sản xuất nông nghiệp và chế biến nông sản bên cạnh các sản phẩm chính luôn có các sản phẩm phụ: khi canh tác trồng các loại ngũ cốc thì phế phẩm đó là rơm rạ, vỏ trấu, cám những phần này chiếm tới nửa hay một phần ba khối lượng; chăn nuôi gia súc thì ngoài sản phẩm chính là thịt trứng sữa thì phụ phẩm của nó là phân… Những phụ phẩm này là tài nguyên có giá trị, chúng có thể được tận dụng với các mục đích khác nhau và có thể tạo thêm thu nhập cho người dân Tuy nhiên phế phụ phẩm trong nông nghiệp nếu không được xử lý có thể gây lên ô nhiễm môi trường, phát sinh bệnh dịch

Nước ta có nền nông nghiệp với nhiều loại cây trồng khác nhau lượng phế phẩm hàng năm rất lớn, được ước tính dựa trên khảo sát khối lượng thực tế của từng loại phụ phẩm tính trên một đơn vị diện tích, sau đó ước tính tổng khối lượng cho toàn quốc dựa vào số liệu thống kê và diệc tích giao trồng hàng năm

Bảng 2.1 Diện tích gieo trồng một số cây trồng chính tại Việt Nam Cây trồng Diện tích gieo trồng theo năm(nghìn ha)

Tên phụ phẩm Chất

khô (%)

Chất xơ Protein

Tổng các chất dinh dưỡng tiêu hóa - TDN

Năng lượng trao đổi -

ME (Kcal/

kg chất khô) Tính % trong chất khô

Nguồn: Phạm Kim Cương và cs (2001)[4]

Từ bảng trên ta có thể thấy hàm lượng dinh dưỡng trong phế phụ phẩm nông nghiệp là khá cao như tổng chất tiêu thụ được là thấp để có thể sử dụng các chất dinh dưỡng này cần có qúa trình chế biến

Với diện tích trồng trọt lớn, năm 2010 cả nước đã sản xuất được trên 39 triệu tấn thóc, 5,2 triệu tấn ngô, 9 triệu tấn sắn, 575 ngàn tấn lạc, 351 ngàn tấn đậu tương, 19,5 triệu tấn mía và 1,6 triệu tấn khoai lang Sản lượng các cây trồng chính đóng vai trò quan trọng

đưa nước ta từ nước thiếu lương thực những thập niên 80 trở thành nước xuất khẩu gạo

hàng đầu thế giới Trong đó, vùng đồng bằng sông Hồng là một trong hai vùng sản xuất nông nghiệp quan trọng của cả nước, đặc biệt là các tỉnh Thái Bình, Nam Định, Hải Dương và Hưng Yên

Tuy nhiên, ngoài giá trị sản lượng đem lại, hoạt động sản xuất trồng trọt cũng được đánh giá là ngành gây phát thải lớn chất thải và đang làm ô nhiễm môi trường trầm trọng do công tác quản lý, sử dụng chất thải trồng trọt chưa hợp lý

Theo đánh giá của Cục Trồng trọt và nhiều nghiên cứu, lượng chất thải từ lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa là cứ sản xuất ra 1 tấn thóc thì lượng phế phụ phẩm

từ lúa cũng tương đương là 1 tấn, khoảng 10-12 tấn phụ phấm/ha; sản xuất 1 tấn ngô thì lượng phế phụ phẩm là 1,2 tấn thân ngô, sản xuất 1 hecta lạc phát thải 11 tấn thân cây lạc, 1 hecta sắn phát thải 7 tấn ngọn và lá sắn tươi Như vậy, với diện tích trồng trọt hiện tại, kết quả ước tính lượng phế phụ phẩm từ trồng trọt của Viện Môi trường Nông nghiệp (2010) đã cho thấy cả nước ta có khoảng 61,43 triệu tấn phế phụ phẩm (gồm 39,9 triệu tấn rơm rạ, 7,99 triệu tấn trấu, 4,45 triệu tấn bã mía, 1,2 triệu tấn thân lá mía, 4,43 triệu tấn thân lõi ngô

Bảng 2.4 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp Nguồn sinh khối nông nghiệp Tiềm năng (triệu tấn) Tỷ lệ (%)

Nguồn: Viện Môi trường Nông nghiệp

Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phát sinh phế phụ phẩm từ trồng trọt là rất lớn sẽ có nguy cơ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường do quá trình phân hủy, sử dụng sai mục đích hoặc đốt rơm rạ tràn lan khi vệ sinh đồng ruộng Trong thực tế cho thấy nguồn hữu cơ từ chất thải trồng trọt có thể tận dụng tái sử dụng, xử lý trở thành nguồn hữu cơ có giá trị vừa đảm bảo vệ sinh môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường cho nông dân nông thôn

2.1.2 Cơ sở thực tiễn

Trong sản xuất nông nghiệp để đạt được năng xuất cao cần nhiều yếu tố khác nhau như lượng mưa, loại giống, và yếu tố không thể bỏ qua là phân bón Phân bón cần được sử dụng cân đối và hợp lý Bón phân cân đối là cung cấp cho cây trồng

đúng các chất dinh dưỡng thiết yếu, đủ liều lượng thích hợp, thời gian bón hợp lý

cho từng đối tượng cây trồng, đất, mùa vụ cụ thể để đảm bảo năng suất cao, chất lượng tốt và an toàn với môi trường sinh thái (Lê Văn Khoa và cs, 1998)[3]

Sử dụng phân bón hợp lý kết hợp hài hòa giữa phân hữu có và phân vô cơ, bón cân đối không những chỉ quan tâm đến tỷ lệ mà còn phải cân đối với lượng hút

để bù lại lượng thiếu hụt do cây trồng lấy đi từ đất (Lê Quang Anh, 2002)[2]

Trong nền sản xuất nông nghiệp hiện nay lượng phân bón hữu cơ đang bị thiếu trầm trọng Trước kia trong canh tác người dân chủ yếu sử dụng phân chuồng

là chủ yếu tuy nhiên lượng phân bón không đủ và nó tốn nhiều thời gian không đáp

ứng được cho việc mở rộng diện tích canh tác, thâm canh và sản xuất nông nghiệp

Hiện nay trong quá trình trồng và thâm canh lúa nước thì sự có mặt tràn lan, mất cân đối của phân hóa học, thuốc bảo vệ thực vật làm cho lượng nông sản giảm Trong những năm gần đây có nhiều nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ đã đạt được nhiều thành công

Phân hữu cơ có thể được sản xuất tại chỗ từ những nguyên liệu sẵn có tại địa phương như rơm rạ, rác sinh hoạt Nông dân có thể tự sản xuất loại phân bón này vừa rẻ tiền nhưng vẫn có hiệu quả cao đối với môi trường

Vì vậy, việc sử dụng phân hữu cơ sản xuất tại chỗ là biện pháp có hiệu quả nhất hiện nay để bổ sung chất hữu cơ cho đất, cải tạo và bồi dưỡng đất, tiến tới nền sản xuất nông nghiệp hữu cơ Giảm ô nhiễm môi trường Đảm bảo cho việc sản xuất được bền vững trên đất trồng lúa

2.1.3 Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu

Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tao quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống , sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên Môi trường tự nhiên bao gồm các nhân tố tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học tồn tại ngoài ý muốn của con người, nhưng ít nhiều chịu tác động của con người

Biến đổi khí hậu là “những ảnh hưởng có hại của biến đổi khí hậu”, là những biến đổi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng

có hại đáng kể đến thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên và được quản lý hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế - xã hội hoặc đến sức khỏe và phúc lợi của con người” (Theo công ước chung của LHQ về biến đổi khí hậu)

Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường Trên thế giới, ô nhiễm môi trường là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khỏe con người, đến sự phát triển của sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường

bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học… gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

và các cơ thể sống khác Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường có thể do tự nhiên hay do con người Ở Việt Nam hiện nay ô nhiễm môi trường đang là vấn đề rất

được quan tâm, ô nhiễm môi trường làm thay đổi cuộc sống người dân nó gây ra

các vấn đề về sức khỏe, lương thực, y tế… Ô nhiếm môi trường ở Việt Nam do các nguyên nhân chính như sản xuất công nghiệp, khai thác khoáng sản, giao thông và sản xuất nông nghiệp

Với nhịp độ tăng dân số và tốc độ đô thị hóa như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng giảm Trong nông nghiệp ô nhiễm đất xuất phát từ việc làm dụng phân bón hóa học và việc sử dụng phân bón không dúng cách của người dân Việc tăng dân số dẫn tới áp lực lương thực ngày càng lớn và phải tăng cường khai thác độ phì nhiêu của đất làm cho đất bạc màu Ngoài ra, các chất bảo vệ thực vật thường là chất độc, khả năng tồn lưu lâu trong

đất, tác động vào môi trường đất, sau đó đến sản phẩm nông nghiệp, đến động vật

và con người, theo kiểu tích tụ, ăn sâu và bào mòn Nitrat là yêu cầu cần thiết cho

sự sinh trưởng và phát triển của cây , tuy nhiên nó cũng là mối đe dọa cho sức khỏe con người và độ trong sạch các nguồn nước tự nhiên Khi bón phân đạm vào đất thục vật chỉ hấp thu khoảng 50 - 60% còn lại đi vào các nguồn khác Ion NO3- gần như không bị hấp thụ mà luôn tồn tại ở trạng thái linh động dễ bị rửa trôi vào nguồn nước Do việc sử dụng, bảo quản chưa đúng quy định nên đã gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và nông sản gây nhiều hậu quả nghiêm trọng

Hiện nay với sự ra tăng của sản lượng lúa gạo việc quản lý sản phẩm phụ của cây lúa đang trở thành một vấn đề đang lưu tâm nhưng nó cũng có thể là một cơ hội Trong truyền thống người nông dân thường dung rơm rạ làm để đun nấu và làm thức ăn cho gia súc Tuy nhiên với sự phát triển kinh tế đời sống được nâng cao người dân đã thay thế nguyên liệu đun nấu từ sử sung rơm rạ sang khí đốt hay nguyên liệu hóa thạch, cùng với đó là ra tăng sản xuất lúa gạo như hiện nay làm lượng phế thải của cây lúa là quá lớn không thể sử dụng hết được, đa số người dân

để rơm rạ tại đồng và đốt

Theo Viện Môi trường nông nghiệp, lượng phát thảu từ hoạt động nông nghiệp mỗi năm trương đương 65 triệu tấn CO2, chiếm trên 43% tổng lượng khí nhà kính của cả nước Nguồn phát thải này chủ yếu là từ canh tác lúa nước, đốt phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi Ngoài ra, dự báo lượng khí thải đến năm 2030 sẽ tiếp tục tăng lên gần 30% Việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng là hoạt

động theo truyền thống nhằm chuẩn bị đất trồng cho mùa sau, loại trừ cỏ dại, cung

cấp chất dinh dưỡng cho mùa vụ sau Tại thời điểm thu hoạch hàm lượng ẩm của rơm rạ thường cao 60% tuy nhiên trong thời tiết khô rơm rạ khô nhanh thì độ ẩm khoảng 10 -20% Hàm lượng tro của rơm ra là trên 22% lượng protein thấp thành phần lienoxenluloza 37,4%, hemicelluloses 44,9%, linhin 4,9%, lượng tro silica cao

9 - 14% Việc đốt ngoài trời là một quá trình đốt không kiểm soát, trong đó khí cacbon dioxit là sản phẩm chủ yếu được giải phóng vào khí quyển cùng với khí cacbon monoxide, khí methane, các oxit nito và lượng nhỏ khí dioxit sunphua Tại châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu cho thấy riêng lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trồng ước tính đạt 0,10 tg SO2, 0,96 Tg NOx, 379Tg CO2, 23 Tg CO

và 0,68 Tg CH4 Việc sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu đun nấu hay đốt tại ruộng là một thói quen đã có từ rất lâu của người nông dân với nhận thức của mình người nông dân không thể hiểu được tách hại của việc đốt rơm rạ gây ra Việc sử dụng rơm rạ để đun nấu thải vào không khí một lượng chất gây ô nhiễm lớn, rơm rạ trên

đông ruộng nếu không được đốt hết hoàn toàn sẽ bị cày lấp làm phân bón cho vụ

sau Tỷ lệ phân hủy kị khí của chúng phụ thuộc vào độ ẩm của đất, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng CH4 được giải phóng từ quá trình này Việc rơm trộn vào đất có thể cung cấp một nguồn dinh dưỡng tốt cho đất nhưng cũng có thể dẫn đến một số bệnh cho cây ảnh hưởng tới sản lượng do tác động bất lợi ngắn hạn của sự bất ổn định nito

2.2 Tổng quan tình hình sử dụng phế phụ phẩm trên Thế Giới và Việt Nam hiện nay

2.2.1 Tình hình sử dụng phế phụ phẩm trên Thế Giới

Tại Phần Lan tâp đoàn Neste Oil, là ví dụ cho xu hướng ngày cang nhiều doanh nghiệp chế biến các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, cành cây … và chất thải gia đình, nhựa tổng hợp thành nhiên liệu Những thứ mà trước kia bị phí phậm thì nay trở thành nguyên liệu quý giá Theo một nghiên cứu của Boomberg New

Energy Finance, với các phương pháp kỹ thuật mới đến năm 2020, 27 nước EU có thể chế biến chất thải sinh học thành 90mtyr lít ethanol

Trên nhiều vùng của đất nước Liên Xô, đặc biệt là vùng thảo nguyên thường

có nhiều rơm rạ, vỏ trấu và các loại phế thải khác của trồng trọt chưa được sử dụng

Từ những chất phế thải này có thể chế biến thành công một loại phân bón có giá trị cao bằng cách tăng lượng rác chuồng gia súc bằng các chất này, cũng như xếp rơm

rạ xen với các lớp phân chuồng ở nhà chứa phân Phương pháp này được sử dụng chủ yếu vào mùa xuân và mùa thu, khi mà trời mưa nhiều và độ ẩm của phân chuồng vượt mức bình thường Rơm rạ sẽ hút lượng nước thừa của phân và trong

điều kiện có đủ đạm và các chất dinh dưỡng khác trong phân chuồng thì rơm rạ sẽ

phân giải nhanh chóng hơn

Đặc biệt có giá trị là việc dùng rơm rạ dọn lót cho gia súc trong những ổ nhốt tạm ban đêm vào thời kỳ chăn thả trên đồng cỏ Ổ nhốt tạm được rào quanh và lót một lớp rơm rạ dày 20- 30 cm Rơm rạ sẽ hút nước giải, trộn lẫn với phân và

được nén khá chặt Nhờ bị phân ngăn cách không cho nước mưa ngấm xuống đất

mà rơm rạ bắt đầu phân giải nhanh và chỉ khoảng 1,5- 2 tháng sau đã hình thành một lớp phân có giá trị cao ở trong chuồng nhốt tạm gia súc Sau đó người ta chuyển hàng rào sang chỗ khác và dồn phân lại thành đống nén chặt, để phan tiếp tục phân giải nhanh hơn và hầu như không bị mất đạm nhiều ( I.P MAMCHENCOP, 1981)[11]

Trên thế giới than bùn có khoảng 4000 tỷ m3 Phân bố vùng ôn đới như Liên

Xô cũ 60%, Phần Lan 12%, Cannada 9%, Mỹ 5% chiếm 2% trong khối lượng cả trái đất và 3 triệu m2 diện tích bề mặt Trái Đất

Trên thế giới đã có rất nhiều nước đã và đang sử dụng nguồn than bùn vào việc ứng dụng trong cuộc sống Như sử dụng than bùn và mục đích năng lượng và làm phân bón hữu cơ vi sinh

Theo Đào Châu Thu, (2006)[1] cho biết : Ở các nước phát triển như EU -

Mỹ - Nhật Bản - Singapo đều có hệ thông thu gom và phân loại rác tại gia đình, nơi công cộng và các vùng miền nông thôn Sau đó tái chế phần rác thải hữu cơ thành phân bón hữu cơ bón cho cây trồng

Tại các nước đang phát triển của Châu Á như: Thái Lan, Indonesia, Malaysia cũng có chương trình giáo dục và nghiên cứu khoa học về thu gom rác thải hữu cơ tại gia đình và nơi công cộng của thị trấn, thành phố, góp phần làm sạch môi trường

và tạo nguồn phân hữu cơ bằng công nghệ sinh học cho sản xuất nông nghiệp

Tại miền tây Austalia rác thải hữu cơ được xem như nguồn tài nguyên và có thể chế biến thành nhiều sản phẩm hữu ích khác nhau, trong đó sản phẩm phân compost

đang được thị trường rất ưa chuộng, nó góp phần cải tạo và bổ sung một lượng lớn chất

hữu cơ đang thiếu hụt trong đất, đồng thời giảm diện tích đất lớn đang khan hiếm để chôn lấp

Bảng 2.5 Tỷ lệ chất thải rắn xử lý bằng phương pháp khác nhau

ở một số nước trên thế giới

(Đơn vị: % khối lượng)

TT Nước Tái chế Chế biến phân vi

Nguồn: Tạp chí bảo vệ môi trường, 3/2006[7]

2.2.2 Tình hình sử dụng phế phụ phẩm tại Việt Nam

Với đặc điểm của một nước nông nghiệp hằng năm lượng phế thải của quá trình sản xuất nông nghiệp là rất lớn Bên cạnh đó phế phẩm trong chế biến các loại cây công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm… cũng đa dạng Với tiềm năng dồi dào như vậy, nếu có thể tận dụng và tái chế thì có thể tạo thêm nhiều điều kiện việc làm cho nhiều lao động nông thôn mà còn góp phần nâng cao giá trị sản phẩm, bảo vệ môi trường

Hiện nay việc thu gom tái chế phế phẩm nông nghiệp đang gặp rất nhiều khó khăn vì nguồn phế thải nông nghiệp tâp trung chủ yếu ở nông thôn không gần các khu công nghiệp nơi đặt nhà máy tái chế Sản xuất nông nghiệp ở nước ta đang dần

được hiện đại hóa bằng cách đưa máy móc vào trong quá trình sản xuất để góp phần

giả phóng sức lao động, khi sử dụng máy móc để thu hoạch nông sản thì các phụ phẩm kèm theo sẽ bị băm nhỏ để lại đồng ruộng điều này làm cho việc thu gom các

chế phẩm nông nghiêp trở lên khó khăn hơn Bên cạnh đó đặc thù sản xuất nông nghiệp của nước ta mang tính nhỏ lẻ, phân tán manh mún tự phát nên phân loại và tái chế khó khăn

- Phế phẩm từ lúa gạo.Phế phẩm từ lúa gạo gồm có rơm, rạ, vỏ trâu.Rơm rạ

là phần thân và gốc của cây lứa sau khi tách hạt Vỏ trấu và phần vỏ bên ngoài của hạt lúa Với vị thế là nước thứ hai về xuất khẩu gạo trên Thế Giới thì lượng phể phẩm từ cây lúa của Việt Nam là tương đối lớn Phần lớn rơm, rạ được bỏ đốt trực tiếp tại đồng ruộng gây lãng phí và ảnh hưởng tới môi trường Nếu biết tận dụng nguồn rơm rạ này sẽ có ý nghĩa về nhiều mặt

Trong nông nghiệp rơm rạ được người dân tận dụng chế biến thành phân bón cho cây trồng bằng cách ủ với phân gia súc làm phân chuồng hay làm thức ăn cho giun Ngoài ra rơm rạ là nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình sản xuất nấm rơm, nấm rạ nó cung cấp nguồn dinh dưỡng cao cho quá trình phát triển của nấm đồng…

Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại, rơm rạ được chế biến làm ván ép để sản xuất đồ nội thất, tường ngăn thay thế cho gỗ Tại Việt Nam đã có nghiên cứu để

xử lý rơm rạ, trấu thành Ethanol - nguồn nhiên liệu sinh học thân thiện môi trường thay thế cho xăng dầu( công trình nghiên cứu của tiến sỹ Nguyễn Hoàng Dũng - trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh)

Tại thôn Lộc Đông, xã Hòa Thanh, huyện Đông Hòa, Phú Yên có sáng chế sản xuất vật liệu chất đốt bằng việc tái chế vỏ trấu, củi trấu này có đặc điểm chắc hơn gỗ củi thông thường tàn tro của củi trấu sau đốt có chứa 80% là silic oxyt , có thể tận dụng trong việc cải tạo đất Củi trấu có thể sử dụng cho lò trấu truyền thống, bếp than, bếp than đá rất dễ bắt lửa nhanh, không có khói và cháy có mùi dễ chụi

Vì vậy, sử dụng trấu để sản xuất thành củi trấu và giải pháp vừa kinh tế vừa góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Có thể nói rơm rạ là nguồn tài nguyên rất quý giá nhưng nay giá trị sử dụng của nó đã bị bỏ qua Việc đốt rơm, rạ sau mỗi vụ thu hoạch đang là hiện tượng phổ biến ở nhiều nơi, gây ô nhiễm môi trường và hết sức lãng phí Theo thống kê của Tổ chức phát triển Hà Lan, mỗi năm Việt Nam sản xuất xấp xỉ 40 triệu tấn sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo, bao gồm 32 triệu tấn rơm rạ và 8 triệu tấn trấu Tổng năng lượng

lý thuyết tiềm năng từ phụ phẩm lúa gạo tương đương 13,34 Mtoe ( trong đó toe là

đơn vị tính năng lượng lý quy đổi trương đương với 1 tấn dầu) So với tổng tiêu thu

năng lượng sơ cấp của Việt Nam năm 2010 là 47 Mtoe, thì riêng rơm rạ và trấu có thể đáp ứng 28% Tuy nguồn sinh khối dồi dào, nhưng thiếu sự quan tâm, do đó những năm gần đây, sau mỗi vụ thu hoạch lúa, tại các đô thị lớn chứng kiến cảnh

khói bay mù mịt từ những cánh đồng ven đó Nguyên nhân là do nông dân đốt rơm

rạ Hiện tượng này ngày càng phổ biến

Người dân cho rằng việc đốt rơm rạ lấy tro để bổ xung dinh dưỡng cho đất Nhưng thực tê, việc đó không cải thiện tình trạng đó là bao mà còn ảnh hưởng tới môi trường và tài nguyên đất tại nơi đốt Nó khiến đất tại vị trí đốt bi nóng, ảnh hưởng tói sinh vật trong đất, một số thành phần cơ giới trong đất bịn thay đổi khiến

đất bị trai lì Nguồn năng suất mất dần kiến cho năng suất giảm

Vỏ trấu trước kia thường hay được sử dụng làm chất đốt hay trộng với đất sét làm vật liệu xây dựng… Không những được sử dụng làm chất đốt trong sinh hoạt mà nó còn được sử dụng như là nguồn cung cấp nguyên liệu thay thế cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ Cũng như rơm rạ vở trấu có rất nhiều ở Việt Nam chúng không được sử dụng hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu hủy

-Phế phẩm từ ngô Phế phẩm từ ngô gồm lõi ngô, lá và thân ngô.Thông thường, lõi ngô và lá ngô sau khi thu hoạch được sử dụng làm thức ăn gia súc khi còn tười hoặc làm chất đốt khi đã khô Nhiệt lượng mà chúng cung cấp tương đối lớn tuy nhiên hiện nay hầu hết các hộ gia đình đều không sử dụng các phế phẩm từ nông nghiệp để làm chất đốt cho nên phế phẩm từ cây ngô dang bị bỏ không gây lãng phí

- Phế phẩm từ những nguồn khác Ngoài phế phẩm từ lúa, ngô còn có các nguồn phế phẩm từ cây mía, cây lạc, cà phê, đậu tương… hằng năm, lượng phế phẩm từ những nguồn này là tương đối lớn và chúng ta không thể tận dụng hết chúng được thải bỏ ra ngoài môi trường gây ô nhiễm môi trường và lãng phí

2.2.3 Tình hình thu gom, xử lý rơm rạ trên địa bàn nghiên cứu

Rơm rạ là nguồn phụ phẩm có khối lượng lớn và có thể ứng dụng, chế biến thành nhiều sản phẩm có hiệu quả kinh tế, như làm phân bón hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu, nguyên liệu, nguyên liệu sản xuất giấy… Việt Nam hằng năm có hơn 20 triệu tấn rơm rạ, là nguồn thức ăn thô quan trọng cho trâu bò, đặc biệt là vào mùa khô và mùa đông nhưng lượng rơm sử dụng hiện nay vẫn chưa nhiều

Hiện nay, việc xử lý và sử dụng rơm rạ chưa được quan tâm đúng mức, còn mang tính tự phát, việc thu gom rơm rạ trên đồng hoàn toàn bằng phương pháp thủ công Lương rơm rạ thu gom được không đáng kể đại bộ phận vứt trên đồng và đốt chúng Đây là một sự lãng phí lớn phụ phẩm nông nghiệp

Tại Hải Dương đa số người dân sử dụng máy gặt lúa nó giúp cho người dân không phải mất nhiều sức lao động, thu hoạch nhanh và hiệu quả Tuy nhiên, với kiểu thu hoạch bằng máy thì việc thu hoạch rơm rạ trở nên khó khăn, vì khi máy gặt lúa thóc tách hạt lúa ra khỏi bông thì số rơm còn lại sẽ bị băm và được phun ra tại ruộng

Theo khảo sát tại địa bàn thực hiện dự án đa số dân ở khu vực không có ý

định sẽ thu gom rơm rạ Lý do người dân đưa ra là ngày nay rơm rạ không còn

nhiều tác dụng trong đời sống, mặt khác người dân đã sử dụng máy gặt để giảm thời gian lao động nhưng việc gặt máy làm cho rơm rạ khó thu gom hơn vì bị máy băm nhỏ phun rải rác ra ruộng Một số ít gia đình để rơm rạ khô tại ruộng sau đó đem về chất đống ở nhà dùng vào các mục đích khác nhau

2.3 Sử dụng phân bón bền vững trong sản xuất nông nghiệp

Sản xuất là hướng phấn đấu của ngành nông nghiệp tại nhiều nước trên thế giới hiện nay Tiêu chí của sản xuất nông nghiệp bền vững có nhiều vấn đề tập trung là tạo sản phẩm sạch, an toàn, bảo vệ môi trường Khai thác và sử dụng phân hữu cơ là 1 giải pháp bảo tồn tài nguyên đất giảm thiểu ô nhiễm đất trong sản xuất nông nghiệp góp phần giảm ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu

2.3.1 Phân hữu cơ

2.3.1.1 Định nghĩa phân hữu cơ

Phân hữu cơ là phân chứa chất dinh dưỡng dưới ở dạng những hợp chất hữu

cơ như: phân chuồng, phân xanh, phân xanh, phân than bùn, phụ chế phẩm nông nghiệp, phân rác…

-Phân chuồng: là hỗm hợp chủ yếu của phân, nước tiểu gia súc và chất độn

Nó không những cung cấp thức ăn cho cây trồng mà còn bổ sung chất hữu cơ giúp tơi xốp, tăng độ phì nhiêu, tăng hiệu quẩ sử dụng các loại phân bón khác

-Phân rác: là phân hữu cơ được chế biến từ cỏ dại, rác, thân lá cây xanh, rơm rạ… ủ với một số phân men như phân chuồng, lân, vôi… đến khi mục thành phân (thành phần dnh dưỡng thấp hơn phân chuồng)

-Phân xanh: là phân hữu cơ sử dụng các loại cây là tươi bón ngay vào đất không qua quá trình ủ do đó chỉ dùng để bón lót Cây xanh thường được dùng là các cây họ đậu như điền thanh, muồng, keo đậu, cỏ Stylo,…

-Phân vi sinh: là chế phẩm phân bón được sản xuất bằng cách dùng các loại

vi sinh vật hữu ích cấy vào môi trường là chất hữu cơ (như bột than bùn) Khi bón

cho đất các chủng vi sinh vật sẽ phát huy vai trò của nó như phân giải chất dinh dưỡng kho tiêu thành dễ tiêu cho cây hấp thụ hoặc hút đạm tự nhiên để bổ sung cho

đất và cây

-Phân sinh học hữu cơ: là loại phân có nguồn gốc hữu cơ được sản xuất bằng công nghệ sinh học (như lên men vi sinh) và phối trộn thêm một số hoạt chất khác

để làm tăng độ hữu hiệu của phân, hoặc khi bón vào đất sẽ tạo môi trường cho các

quá trình sinh học trong đất diễn ra thuận lợi góp phần làm tăng năng suất cây trồng

Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các vi sinh vật và thiết kế của hệ thống

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều khiển quá trình ủ rơm rạ Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55 - 650C, vì ở nhiệt

độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Nhiệt độ

tăng trên ngưỡng này, sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý

-Độ ẩm

Độ ẩm (nước) là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật trong quá

trình chế biến phân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình hoà tan dinh dưỡng vào nguyên sinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân rơm, rạ nằm trong khoảng 50-60% Các vi

sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy rơm rạ thường tập trung tại lớp nước mỏng trên bề mặt của phân tử rơm rạ Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ hạn chế hoạt động của vi sinh vật, còn khi độ ẩm quá lớn (> 65%) thì quá trình phân

hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò

rỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có nhiệt

dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào Độ ẩm cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn

-Kích thước hạt

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hat, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao

và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng

3 - 50mm Kích thước hạt tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền

và sàng vật liệu thô ban đầu

-Độ xốp

Độ xốp là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến phân hữu cơ Độ

xốp tối ưu sẽ thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến phân Thông thường, độ xốp cho quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35 - 60%, tối ưu là 32 - 36%

Độ xốp của rơm rạ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết

cho sự trao đổi chất, hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí và sự oxy hóa các phần tử hữu cơ hiện diện trong các vật liệu ủ Độ xốp thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ

lệ trộn hợp lý

-Kích thước và hình dạng của hệ thống ủ phân

Kích thước và hình dạng của các đống ủ có ảnh hưởng đến sự kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cũng như khả năng cung cấp oxy

-Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để vi sinh vật

sử dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kị khí, gây mùi hôi

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách: + Đảo trộn

Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất Tuy nhiên, lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn

đến chi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo

an toàn vì có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại, nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổi khí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5 -10m3 khí/tấn nguyên liệu/h

•Các yếu tố hóa sinh

-Tỷ lệ C/N

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do vi sinh vật: trong đó cacbon và nitơ là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; Photpho (P) là nguyên tố quan trọng kế tiếp; Lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và các nguyên tố vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào

Khoảng 20% - 40%C của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiết cho quá trình đồng hoá thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hoá thành CO2 Cacbon cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng

tế bào vi sinh vật Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid nucleic, acid amin,

enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào

-Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân Khi

vi sinh vật oxy hóa carbon tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra Khi không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi như mùi trứng gà thối của khí H2S

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ

oxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác hiếu khí

-Dinh dưỡng

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu, là cần thiết cho sự chuyển hóa của vi sinh vật Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có giới hạn bởi chúng hiện diện phong phú trong các vật liệu làm nguồn nguyên liệu cho quá trình ủ phân rơm rạ

-pH

Giá trị pH trong khoảng 5,5 - 8,5 là tối ưu cho các vi sinh vật trong quá trình

ủ phân rơm rạ Các vi sinh vật, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid

hữu cơ Trong giai đầu của quá trình ủ phân, các acid này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH, kìm hãm sự phát triển của nấm và vi sinh vật, kìm hãm sự phân hủy lignin

và cellulose Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá trình ủ phân Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật

- Vi sinh vật

Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau Vì sinh vật trong quá trình chế biến phân hữu cơ bao gồm: actinomycetes và vi khuẩn Những loại vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ, có thể bổ sung thêm vi sinh vật từ các nguồn khác để giúp quá trình phân hủy xảy ra nhanh và hiệu quả hơn

-Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tuỳ theo thành phần, kích thước, tính chất của chất hữu cơ Chất hữu cơ hoà tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hoà tan Lignin và ligno - cellulosics là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 2.6 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

1 Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước rơm rạ khoảng

25 -75mm

2 Tỉ lệ C/N

Tỉ lệ C:N tối ưu dao động trong khoảng 25 - 50

- Ở tỉ lệ thấp hơn, dư NH3, hoạt tính sinh học giảm

- Ở tỉ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

không được vượt quá 8,5

2.3.1.3 Sơ đồ chế biến rơm rạ thành phân hữu cơ

Hình 2.1 Sơ đồ đồ chế biến rơm rạ thành phân hữu cơ

2.3.1.4 Tính cần thiết của phân hữu cơ

- Cải thiện cơ cấu đất: Phân hữu cơ vi sinh khi bón vào đất làm cho nơi có

đất sét bạc màu, đất quánh được rã ra rồi khi gặp đất cát lại làm cho cát rời dính lại

với nhau tạo ra đất thông khí dễ dàng

- Cân bằng độ pH trong đất: phân hữu cơ vi sinh chứa nito7, phospho, lân, magie, kali, lưu huỳnh Trong quá trình sinh trưởng cây hấp thu các chất dinh dưỡng trong đất sau khi được thu hoạch phế phẩm của chúng được chế biến thành phân hữu cơ và trả lại đất những chất dinh dưỡng đã mất

- Duy trì độ ẩm ướt cho đất: Phân ữu cơ có 6 phần trọng lượng là nước, các chất hữu cơ trong phân khi hòa tan vào đất đã trở thành một miếng xốp hút nước rồi luân chuyển nước trong đất để nuôi cây

- Tại môi trường tốt cho các vi khuẩn có lợi cho đất sinh sống: Phân hữu cơ

có khả năng tạo ra các chất bồi dưỡng tốt cho các loại cơ cấu sinh trong đất môi trường sống cho các loại côn trùng và những loại vi sinh chống lại các tuyến trùng làm hỏng rễ cây cũng như tiêu diệt các loại côn trùng phá hại đất đai gây bệnh tật

- Trung hòa độc tố trong đất: Các nghiên cứu quan trọng gần đây chỉ ra rằng cây phát triển trong đất có bón phân hữu cơ hấp thụ chì, kim loại nặng và chất ô nhiễm

Rơm Rạ

Ủ Phân

Phân Thành Phẩm Nước, Phân NPK

- Dự trữ Nito: Phân vi sinh là kho chứa nito, vì nó bị ràng buộc trong quá trình phân hủy, nito có thể hòa tan trong nước không bị thấm đi hay oxy hóa vào không khí trong khoảng thời gian từ 3 - 6 tháng

- Thông khí: Cây có thể đạt được 95% chất dinh dưỡng cần thiết từ không khí, anh sáng và nước Đất chồng không chặt, khỏe mạnh giúp cho sự khuyếch tán không khí vào trong đất và trao đổi chất dinh dưỡng và độ ẩm

- Đất cung cấp cho con người thực phẩm , là nơi con người sinh sống, cung cấp độ phì nhiêu cho đất cũng là cung cấp nguồn sống đảm hiệu quả chất lượng cho con người

2.3.2 Than sinh học

2.3.2.1 Khái niệm

Than sinh học (TSH) là thuật ngữ dùng để chỉ cacbon đen ( black carbon)

được tạo ra qua quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường không có

hoặc nghèo oxy để không xảy ra phản ứng cháy Nó đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới ví như “vàng đen” cho ngành công nghiệp Than sinh học có đặc tính xốp, cacbon trong than bền vững, khó bị biến đổi thành khí nhà kính (CO2, CH 4) do vậy nó vừa có thể giúp đất giữa nước, dưỡng chất và bảo vệ vi khuẩn có lợi cho đất, tăng sức sản xuất cho đất trồng vừa đóng vai trò như bể chứa carbon tự nhiên trong môi trường đất

Theo các nghiên cứu gần đây thì biochar có các tác dụng như sau:

-Biochar tăng năng suất cây trồng

Bón Biochar vào đất làm tăng đáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trưởng phát triển và năng suất cây trồng Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng 24% và sinh khối cũng tăng 13% so với đối chứng (Chidumayo, 1994)[8] Kishimoto and Sugiura (1985)[12] cho thấy nếu bón 0,5 tấn Biochar/ha thì chiều cao của cây sẽ tăng thêm 1,26 đến 1,35 lần và sản lượng tăng 2,3 đến 2,4 lần Với cây hàng năm năng suất có thể tăng 200% nếu được bón lượng Biochar cao Ngoài việc Biochar cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết, các axít humic còn chứa các hóc môn có khả năng tăng trưởng cây trồng Tất nhiên để tìm ra lượng Biochar tối ưu bón cho cây trồng thì cần phải xác định cho từng loại đất và cây trồng nhất định Một số nghiên cứu gần đây còn cho thấy tác dụng của Biochar đối với sinh trưởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếu bón kết hợp với phân khoáng (Lehmann et al 2002)[14]

-Biochar cải thiện dinh dưỡng dễ tiêu cây trồng

Bón Biochar có thể làm tăng pH và giảm nhôm di động trong đất chua, tại các vùng đất nhiệt đới bị khoáng hóa mạnh thâm canh cao (Cochrane and Sanchez 1980; Mbagwu and Piccolo 1997)[9][13] Bón Biochar làm tăng pH đất đối với rất

nhiều loại thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn vị pH (Mbagwu and Piccolo 1997)[13] Thậm chí vẫn còn có thể nhận ra pH tăng ở các công thức bón Biochar (pH=6,3) so với đối chứng (pH=5,8) sau 3 năm bón Biochar (Kishimoto and Sugiura 1985)[12] Theo Tryon (1948)[27] thì pH sẽ tăng cao hơn ở những đất cát và thịt và tăng thấp hơn ở đất sét Kết quả là độ no bazơ tăng đến tận

10 lần so với trước khi bón Biochar, còn CEC thì tăng đến 3 lần bởi vì khi bón Biochar thì cũng là bổ sung thêm các nguyên tố kiềm K, Ca, Mg vào dung dịch đất, tăng pH đất và tăng dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng trong đất Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng kể cả lượng Biochar nhỏ bón vào đất thì cũng tăng một cách

đáng kể lượng cation kiềm trong đất, kể cả lượng đạm tổng số và lân dễ tiêu cũng

tăng hơn so với đối chứng

-Biochar cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng

Biochar không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng cả khả năng giữ dinh dưỡng trong đất Các sản phẩm hữu cơ thoái hóa như tro than hoặc tro bay thì không có khả năng này Điều này rất quan trọng với các loại đất bị phong hóa hấp phụ ion kém Nếu trộn một lượng lớn Biochar từ cây gỗ cứng vào

đất thì CEC có thể tăng 50% so với đối chứng (Tryon 1948; Mbagwu and Piccolo

1997)[17][13] nhưng với một lượng Biochar nhỏ thì vẫn tăng CEC trong đất trong khi đó bón tro than hoặc tro bay thì cũng không tăng khả năng giữ dinh dưỡng của

đất Điển hình, Fujita et al (1991) đã tính được khả năng hấp phụ anion của Biochar

nguyên chất là 88,2 cmolc kg-1 và Lehmann et al (2002)[14] thì chỉ ra rằng sự rửa trôi NH4+ trên đất Ferralsol khi bón nhiều Biochar, điều đó cho thấy rằng NH4+

được Biochar hấp phụ và lượng đạm được cây lúa hút khi bón kết hợp phân bón và

Biochar cũng có sự ảnh hưởng đến việc giữ NH4+ Khả năng giữ dinh dưỡng cũng

có thể đạt được do khả năng giữ dinh dưỡng trong các khe hở lớn và nhỏ Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra bón Biochar vào đất thì tăng khả năng giữ ion trong đất

và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng hữu cơ

-Biochar cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất

Biochar không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hưởng tính chất lý học đất như khả năng giữ nước của đất và hạt kết (Piccolo et al 1996)[15] Những tác dụng này có thể nâng cao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng

và giảm xói mòn đất (Mbagwu and Piccolo 1997; Piccolo et al 1997)[13] Những

đặc tính lý hóa học của các loại đất nghèo hữu cơ thường được cải thiện bằng các

hình thức canh tác gắn liền với việc sử dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than Một nhược điểm rất lớn của việc sử dụng tàn dư

hữu cơ là phải bón một lượng rất lớn từ 50 đến 200 tấn ha-1 thì mới cải thiện được một phần đặc tính của đất Đáp ứng được lượng bón lớn như vậy là không thực tế (Piccolo et al 1996) Trong khi đó Mbagwu and Piccolo (1997)[] cho thấy chỉ cần bón một lượng nhỏ (1.5 tấn ha-1) than giàu axít humic cũng làm tăng từ 20 đến 130% hạt kết ổn định, trong khi phải cần đến một lượng 50-200 tấn ha-1 sản phẩm hữu cơ chưa phân hủy để tăng đáng kể lượng hạt kết bền trong đất Hơn nữa chất thải hữu cơ lại có thể chứa rất nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ

-Biochar làm giảm mức độ thấm sâu của các chất trong đất

Biochar có thể hạn chế sự thấm sâu của các chất gây ô nhiễm trong đất nông nghiệp Điều này có thể do bởi khả năng hút bám của Biochar đối với các chất hòa tan như là Al3+, NO3-, PO43- và các ion hòa tan khác Nghiên cứu cho thấy rằng lượng các chất khoáng N, K, Ca và Mg thấm sâu tích lũy lại trong đất đen vùng Amazon (đất được bón TPI) tương ứng bằng 24, 45,79 và 7% so với lượng tích lũy trong đất ferralsols Với khả năng này, than sinh học nên được nghiên cứu để ứng dụng vào việc hạn chế rửa trôi dinh dưỡng bề mặt ở các lưu vực và hạn chế ô nhiễm nước ngầm gây ra bởi sự thấm sâu của các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp

-Biochar giúp cố định carbon trong môi trường

Trong việc chuyển hóa C từ sinh khối cây trồng thành C ổn định trong đất thì vai trò của đất là một bể chứa trong quá trình cố định CO2 trong không khí Thông thường các phương pháp tăng quá trình cố định C được khuyến cáo như trồng cỏ, nông lâm kết hợp, và bỏ hóa cho chăn nuôi với đất nhiệt đới thông qua việc làm tăng độ dày của tầng rễ hoặc không đốt C bị biến đổi thành CO2 rất nhiều sau khi bón các loại phân hữu cơ phân giải nhanh như bùn thải hoặc phân chuồng trong một thời gian ngắn Thậm chí trong các hệ thống đốt nương làm rẫy, hầu hết C bị thải trở lại không khí sau khi đốt và một phần rất nhỏ còn lại ở dạng Biochar Trên phạm

vi toàn cầu ước tính khoảng 4-8 triệu tấn sinh khối bị đốt cháy trong đó 1,3 đến 1,7 triệu tấn là đi vào không khí do đốt và chỉ có 0,5 đến 0,7 triệu tấn được chuyển thành Biochar (Seiler and Crutzen 1980)[26] Do đó giúp cho C đi vào đất ở dạng Biochar là một cách rất tốt để cố định CO2 không khí và rất quan trọng cho việc cố

định C toàn cầu bởi vì hệ số thu hồi C của phương pháp hun là rất cao đến 50% so

với chỉ 3% của kỹ thuật đốt truyền thống Do đó bón Biochar vào đất có thể gọi là một biện pháp chứa CO2 dài hạn