Tài liệu Kiểm kê khí thải từ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình và đề xuất các biện pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- Đinh Mạnh Cường KIỂM KÊ KHÍ THẢI TỪ ĐỐT RƠM RẠ NGOÀI ĐỒNG RUỘNG Ở TỈNH NINH BÌNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- Đinh Mạnh Cường KIỂM KÊ KHÍ THẢI TỪ ĐỐT RƠM RẠ NGOÀI ĐỒNG RUỘNG Ở TỈNH NINH BÌNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Chuyên ngành: Mã số: Khoa học Môi trường 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG ANH LÊ Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Qua luận văn này, tôi xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn đến các thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội), đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và rèn luyện trong những năm học vừa qua. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Anh Lê, giảng viên Khoa Môi trƣờng, đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Hoàng Xuân Cơ - Chủ nhiệm đề tài dự án “Điều tra tình hình sản xuất và sử dụng năng lượng sạch khu vực nông thôn Đồng bằng Bắc Bộ kết hợp xây dựng mô hình nông thôn mới xanh, sạch” đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện trong thời gian thực hiện luận văn. Luận văn này đƣợc hoàn thành một phần nhờ sự đồng thuận cung cấp tài liệu, nhất là chƣơng trình tính toán mức phát thải các chất khí từ hoạt động đốt rơm rạ (Atmospheric Brown Cloud Emission Inventory, Workbook version 1.0) từ dự án “Assessment of impacts of the emission reduction measures of short-lived climate forcers on air quality and climate in Southeast Asia”. Kinh phí thực hiện dự án này đƣợc USAID tài trợ, Chủ trì là PGS. TS. Hoàng Xuân Cơ. Ngoài ra, tôi cũng xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Lãnh đạo và các cán bộ huyện trong tỉnh Ninh Bình đã tạo điều kiện giúp đỡ và cung cấp tài liệu, số liệu để luận văn này đƣợc hoàn thành. Cuối cùng, để hoàn thành luận văn này tôi còn nhận đƣợc sự ủng hộ, động viên nhiệt tình của gia đình và bạn bè. Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. i DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................iii MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 2 1.1. Thành phần của rơm rạ và các vấn đề môi trƣờng do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ..................................................................................................... 2 1.1.1. Thành phần và các ứng dụng của rơm rạ ................................................. 2 1.1.2. Vấn đề môi trƣờng do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ................................ 6 1.2. Tình hình nghiên cứu về kiểm kê phát thải do hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam ............................................................ 8 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.......................................................... 12 1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ............................................................... 16 1.3.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................. 16 1.3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ....................................................................... 23 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 29 2.1. Mục tiêu đề tài .............................................................................................. 29 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................... 29 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 29 2.3.1. Phƣơng pháp thu thập, thống kê, tổng hợp số liệu, tài liệu .................... 29 2.3.2. Phƣơng pháp kế thừa ............................................................................. 29 2.3.3. Phƣơng pháp điều tra, khảo sát .............................................................. 30 2.3.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm thực tế ................................................... 30 2.3.5. Phƣơng pháp tính toán kiểm kê lƣợng khí thải ...................................... 31 2.3.6. Phƣơng pháp sử dụng công cụ ABC - EIM (Atmospheric Brown Clouds Emission Inventory Manual)...................................................... 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 34 3.1. Khái quát về tình hình sản xuất lúa .............................................................. 34 3.1.1. Sản xuất lúa chất lƣợng cao ................................................................... 34 3.1.2. Diện tích, sản lƣợng trồng lúa ................................................................ 36 3.2. Tình hình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng của các hộ nông dân....................... 38 3.3. Tính toán kiểm kê khí thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng .................. 39 3.3.1. Sản lƣợng rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng của tỉnh Ninh Bình năm 2013 ... 39 3.3.2. Kết quả tính toán lƣợng khí thải từ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình năm 2013 .......................................................... 42 3.4. Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu lƣợng khí thải phát sinh từ hoạt động đốt rơm rạ trên đồng ruộng ........................................................................... 50 3.4.1. Tăng cƣờng sử dụng rơm làm đế trồng nấm .......................................... 50 3.4.2. Sử dụng rơm rạ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh ................................... 53 3.4.3. Bếp hóa khí tiết kiệm năng lƣợng .......................................................... 54 3.4.4. Dùng rơm để sản xuất gỗ ép .................................................................. 56 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ......................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 60 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 63 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp......................................................... 5 Bảng 1.2: Ứng dụng rơm rạ trong lĩnh vực hóa chất ................................................. 6 Bảng 1.3: Lƣợng khí thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Thái Bình năm 2012 .............................................................................. 15 Bảng 1.4: Kết quả thực hiện các chỉ tiêu chủ yếu năm 2013 ................................... 24 Bảng 2.1: Hệ số phát thải của rơm rạ theo ABC - EIM ........................................... 33 Bảng 3.1: Sản lƣợng rơm rạ tƣơi ............................................................................. 40 Bảng 3.2: Sản lƣợng rơm rạ khô ............................................................................. 40 Bảng 3.3: Sản lƣợng rơm rạ tƣơi phân theo huyện, thành phố, thị xã của tỉnh Ninh Bình năm 2013 .............................................................................. 41 Bảng 3.4: Sản lƣợng rơm rạ khô phân theo huyện, thành phố, thị xã của tỉnh Ninh Bình năm 2013 .............................................................................. 41 Bảng 3.5: Lƣợng khí thải phát thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải thấp ..................................................... 42 Bảng 3.6: Lƣợng khí thải phát thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải trung bình............................................ 45 Bảng 3.7: Lƣợng khí thải phát thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải cao ...................................................... 48 i DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ tỉ lệ các khí ở Thái Lan năm 2007 ................................................ 9 Hình 1.2: Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Indonesia năm 2007 ............................................................................... 10 Hình 1.3: Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Trung Quốc năm 2006 ........................................................................... 12 Hình 1.4: Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng khu vực Đồng bằng sông Hồng năm 2012 ............................................................................. 13 Hình 1.5: Bản đồ hành chính tỉnh Ninh Bình .......................................................... 17 Hình 1.6: Nhiệt độ trung bình tháng trong năm (Trạm Ninh Bình) ......................... 19 Hình 1.7: Số giờ nắng các tháng trong năm (Trạm Ninh Bình) ............................... 19 Hình 1.8: Lƣợng mƣa các tháng trong năm (Trạm Ninh Bình) ............................... 20 Hình 2.1: Thành phần của cây lúa ........................................................................... 31 Hình 3.1: Diện tích, sản lƣợng lúa qua các năm của tỉnh Ninh Bình ....................... 36 Hình 3.2: Diện tích lúa cả năm phân theo cấp huyện, thành phố, thị xã của tỉnh Ninh Bình .............................................................................................. 37 Hình 3.3: Sản lƣợng lúa cả năm phân theo cấp huyện, thành phố, thị xã của tỉnh Ninh Bình .............................................................................................. 37 Hình 3.4: Đốt rơm rạ trên các cánh đồng ở tỉnh Ninh Bình..................................... 38 Hình 3.5: Lƣợng phát thải của các chất ô nhiễm do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải thấp .......................... 44 Hình 3.6: Lƣợng phát thải của các chất ô nhiễm do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải trung bình ................. 47 Hình 3.7: Lƣợng phát thải của các chất ô nhiễm do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình năm 2013 - phát thải cao ............................ 49 Hình 3.8: Bếp khí hóa tiết kiệm nhiên liệu ở Việt Trì - Phú Thọ ............................ 56 ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ABC Atmospheric Brown Cloud BC Black carbon (than đen, muội than, bồ hóng) ĐBSH Đồng bằng sông Hồng HĐND Hội đồng nhân dân NMHC Nonmethane hydrocarbons (hydrocarbon ngoại trừ CH4) ÔNMT Ô nhiễm môi trƣờng UBND Ủy ban nhân dân iii MỞ ĐẦU Diện tích gieo cấy lúa khoảng 80.900 ha, chiếm tới 93% diện tích cây lƣơng thực có hạt của tỉnh Ninh Bình [21]. Trƣớc đây, sau khi thu hoạch, ngƣời nông dân trong tỉnh thƣờng mang rơm rạ về nhà đánh đống để đun nấu, làm thức ăn cho gia súc, lợp nhà, ủ chuồng làm phân bón…Nhƣng trong những năm gần đây, do những biến đổi trong đời sống kinh tế xã hội, một tỷ lệ đáng kể các hộ nông dân đã không còn sử dụng rơm rạ vào những mục đích nhƣ trƣớc mà thay vào đó rơm rạ đƣợc đốt ngay ở ngoài đồng ruộng. Lƣợng rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng ngày càng tăng đã tạo ra lƣợng khí thải lớn, gây ô nhiễm môi trƣờng (ÔNMT). Đồng ruộng do đó bị khô, chai cứng, một lƣợng nƣớc lớn bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm rạ. Quá trình đốt rơm rạ ngoài trời không kiểm soát đƣợc, lƣợng CO2 phát thải vào khí quyển cùng với CO, CH4, NOx và một lƣợng SO2. Những khí này đã góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính làm vấn đề biến đổi khí hậu càng trở nên nghiêm trọng. Ngoài ra, các chất do đốt rơm rạ sinh ra còn gây ô nhiễm không khí, tác động nhiều đến sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên cho đến nay có rất ít những nghiên cứu có liên quan đến vấn đề đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở Việt Nam nói chung, của tỉnh Ninh Bình nói riêng và do vậy tổng lƣợng khí thải phát thải vào môi trƣờng cũng nhƣ những thiệt hại môi trƣờng gây ra từ đốt rơm rạ trong tỉnh là bao nhiêu vẫn là những câu hỏi chƣa đƣợc trả lời. Do đó, việc “Kiểm kê khí thải từ đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng ở tỉnh Ninh Bình và đề xuất các biện pháp giảm thiểu” là rất cần thiết. Tác giả đã nhận thấy đƣợc vấn đề nhƣ vậy cho nên đã mạnh dạn thực hiện luận văn tốt nghiệp thạc sĩ này dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hoàng Anh Lê. Kết quả luận văn nhằm góp phần nâng cao nhận thức về vấn đề ô nhiễm môi trƣờng, tính đƣợc tải lƣợng các chất ô nhiễm phát sinh do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng gây ra. Từ đó đƣa ra một số giải pháp trong việc sử dụng hợp lý rơm rạ ngoài đồng ruộng trong thời gian tới. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Thành phần của rơm rạ và các vấn đề môi trƣờng do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng 1.1.1. Thành phần và các ứng dụng của rơm rạ Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thƣờng đƣợc chuyển dời ra khỏi các cánh đồng khi thu hoạch lúa và đƣợc ngƣời dân đem về nhà đánh đống để đun nấu hoặc làm thức ăn cho gia súc. Trong thời gian gần đây do lƣợng rơm rạ quá lớn, thêm vào đó là sự phát triển về kinh tế - xã hội, ngƣời dân không sử dụng hết nên rơm rạ đƣợc đốt ngay ngoài đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ trên đồng vẫn còn thực hiện ở nhiều nƣớc, nhất là các nƣớc thuộc khu vực Châu Á, ngày càng trở nên phổ biến và là nguy cơ đối với môi trƣờng và sức khỏe. Tại thời điểm thu hoạch, hàm lƣợng ẩm của rơm rạ thƣờng cao tới 60%, tuy nhiên trong điều kiện thời tiết khô hanh rơm rạ có thể trở nên khô nhanh đạt đến trạng thái độ ẩm cân bằng vào khoảng 10 - 12% [6]. Rơm rạ, có hàm lƣợng tro cao (trên 22%) và lƣợng protein thấp. Các thành phần hydrate cacbon chính của rơm rạ gồm lienoxenluloza (37,4%), hemicellulose (bán xenluloza - 44,9%), linhin (4,9%) và hàm lƣợng tro silica (silic dioxyt) cao (9 - 14%), chính điều này gây cản trở việc sử dụng loại phế thải này một cách kinh tế [1]. Thành phần Lienoxenluloza trong rơm rạ khó hủy về mặt sinh học, vì vậy để xử lý đòi hỏi phải có bƣớc tiền xử lý. Có thể tiến hành tiền xử lý rơm rạ bằng các phƣơng pháp cơ học nhƣ xay, nghiền để làm giảm kích thƣớc, hoặc xử lý nhiệt hoặc bằng hóa chất nhƣ sử dụng các axit hay bazơ thƣờng có thể cải thiện đƣợc khả năng phân hủy. Theo truyền thống, rơm rạ sau thu hoạch chủ yếu bao gồm sử dụng để làm chất đốt, làm vật liệu xây dựng, nuôi gia súc và trồng nấm.  Làm mũ, dép, xăng dan, bện dây thừng Ngƣời ta có thể tạo ra nhiều kiểu mũ đƣợc bện từ rơm rạ. Tại Anh, vài trăm năm trƣớc đây, các mũ bện từ rơm rạ đã rất phổ biến. 2 Ngƣời Nhật, Triều Tiên có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, xăng đan, đồ thủ công mỹ nghệ. Tại một số nơi thuộc Đức, nhƣ vùng Black Forest và Hunsruck, ngƣời ta thƣờng đi dép rơm trong nhà hoặc tại lễ hội [2]. Tại nhiều nơi trên thế giới, rơm rạ cho đến nay vẫn đƣợc sử dụng để làm đệm giƣờng nằm cho con ngƣời và làm ổ cho vật nuôi [2]. Nó thƣờng đƣợc sử dụng để làm ổ cho các loại súc vật nhƣ trâu bò (tức là loại động vật nhai lại) và cả ngựa. Nó cũng có thể sử dụng để làm ổ cho các loài động vật nhỏ, nhƣng điều này thƣờng dẫn đến gây thƣơng tổn cho các con vật ở miệng, mũi và mắt do những sợi rơm rất sắc dễ cứa.  Lợp nhà Ở nông thôn, trƣớc đây ngƣời nông dân hay sử dụng rơm rạ cũng nhƣ lau sậy hay các loại vật liệu tƣơng tự để làm các tấm lợp mái nhà nhẹ và không thấm nƣớc. Loại rơm để sử dụng cho mục đích này thƣờng đƣợc trồng riêng và thu hoạch bằng tay hoặc bằng máy gặt bó.  Làm thức ăn cho động vật Rơm rạ có thể đƣợc sử dụng nhƣ một thành phần thức ăn thô nuôi gia súc để đảm bảo một lƣợng năng lƣợng trong thời gian ngắn. Rơm rạ có một hàm lƣợng năng lƣợng và dinh dƣỡng có thể tiêu hóa đƣợc. Lƣợng nhiệt đƣợc sinh ra trong ruột của các con vật ăn cỏ, vì vậy việc tiêu hóa rơm rạ có thể hữu ích trong việc duy trì nhiệt độ cơ thể trong thời tiết mùa đông lạnh. Do mối nguy hiểm của sự cọ xát mạnh và hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp, nên việc sử dụng rơm rạ làm thức ăn chỉ nên giới hạn ở một phần của chế độ ăn cho gia súc.  Trồng nấm Việc trồng các loại nấm ăn đƣợc bằng các phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ là một quá trình có giá trị gia tăng nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ đƣợc coi là phế thải thành thức ăn cho ngƣời. 3 Trồng nấm đƣợc coi là một trong những phƣơng pháp sinh học tận dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả nhất bởi nguồn đầu mẩu rơm rạ có thể dùng quay vòng lại đƣợc. Nấm rất giàu protein và là loại thực phẩm ăn ngon. Sản lƣợng trồng nấm tại các nƣớc trồng lúa liên tục gia tăng trong những năm gần đây. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc trồng nấm bằng rơm rạ kết hợp với hạt bông mang lại hiệu quả chuyển hóa sinh học cao nhất, đạt 12,82% (đƣợc xác định bằng tỷ lệ phần trăm chuyển hóa chất nền thành thân cây nấm trên cơ sở trọng lƣợng khô) [10]. Trồng nấm là một trong những phƣơng pháp thay thế để giảm nhẹ các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng liên quan đến các phƣơng pháp xử lý hiện nay nhƣ đốt ngoài trời hay cho cày xới với đất. Trồng nấm trên nền rơm rạ còn mang lại những biện pháp khuyến khích kinh tế đối với nghề nông, coi nguồn phế thải nhƣ một nguồn nguyên liệu có giá trị và có thể phát triển các cơ sở kinh doanh sử dụng chúng để sản xuất các loại nấm giàu chất dinh dƣỡng. Với hiệu suất chuyển hóa sinh học 10% và 90% hàm lƣợng ẩm ở nấm tƣơi, một tấn rơm rạ khô có thể cho sản lƣợng khoảng 1000 kg nấm sò [1]. Vì vậy việc trồng nấm có thể trở thành một nghề nông mang lại lợi nhuận cao, có thể tạo ra thực phẩm từ rơm rạ và giúp thanh toán loại phế thải này theo cách thân thiện môi trƣờng. Rơm rạ còn có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, ví dụ nhƣ trong ngành hóa chất rơm rạ đƣợc sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất. 4 Bảng 1.1: Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp Phủ đất Phủ một lớp vật liệu chết (không hoạt động) lên bề mặt đất Phân ủ Quá trình phân giải để khôi phục một phần các chất dinh dƣỡng và thành phần hữu cơ Lót ổ cho gia súc Phổ biến trong chăn nuôi gia súc Chất nền trong trồng trọt Các khối kiện rơm rạ có thể sử dụng trong sản xuất nhiều loại cây trồng, dƣa chuột, cà chua, cây cảnh,... Chống sƣơng giá Thƣờng đƣợc ứng dụng kết hợp với phƣơng pháp phủ đất và phân ủ trong khí hậu giá rét. Nuôi giun Sử dụng làm phƣơng tiện nuôi giun Gieo hạt trong nƣớc Rơm rạ nghiền sợi đƣợc sử dụng trong gieo hạt nƣớc - một quy trình gieo trồng dọc theo các bờ dốc đứng nhằm chống xói mòn. Trồng cây cảnh Rơm thô hoặc nghiền đều có thể sử dụng trong nghề trồng cây cảnh Làm ổ gia cầm Ổ gia cầm bằng rơm có thể sử dụng trong hệ thống ổ ráp nối Trộn bùn thải Làm vật mang trong ủ và phân hủy bùn cống. 5 Bảng 1.2: Ứng dụng rơm rạ trong lĩnh vực hóa chất Quy trình xử lý Thủy phân Sản phẩm Pentoza, glucoza và linhin, các thành phần tan trong nƣớc. Các quá trình nhiệt phân Khí tổng hợp Xử lý kết hợp Tấm xơ ép và alcohol. Hòa tan xenluloza nhớt Sợi nhân tạo tổng hợp Linhin bột Chất keo dán Thủy phân axit - lên men Glucoza, xenlobioza hay xiro xyloza Lên men vi sinh Protein đơn bào (Single cell protein - SCP) Quá trình Gulf đƣờng hóa Sản xuất ethanol song song và lên men (SSF) Metan hóa hay sinh yếm khí Metan và cacbon đioxit cùng với các khí khác. 1.1.2. Vấn đề môi trường do đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng Theo đánh giá của một số công trình nghiên cứu, trung bình hàng năm ở châu Á tổng cộng có 730 Tg (1 teragram = 109 kg) lƣợng sinh khối đƣợc xử lý bằng cách đốt ngoài trời (open field burning), trong đó có 250 Tg có nguồn gốc từ nông nghiệp [2]. Việc đốt ngoài trời các phế thải từ cây trồng là một hoạt động theo truyền thống của con ngƣời nhằm chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau, loại trừ những đầu mẩu dƣ thừa, cỏ dại và giải phóng các chất dinh dƣỡng cho chu kỳ trồng trọt sau. Việc đốt rơm rạ ngoài trời là một thực tiễn phổ biến ở những nơi có thời gian ngắn để chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau. 6 Đốt sinh khối bao gồm các hoạt động đốt nhiên liệu sinh khối, đốt phụ phẩm và rác thải nông nghiệp và cả đốt cho mục đích nấu ăn. Đây là một trong những nguồn đóng góp vào ô nhiễm không khí toàn cầu với các chất thải đặc trƣng bao gồm bụi mịn (particulate matter: PM2,5, PM10), SO2, NOx, CO, CO2, NH3, CH4, các hydrocarbon ngoại trừ CH4 (NMHC). Trong các thành phần vật chất của bụi thì muội than, hay còn gọi là black carbon (BC, gồm cả EC, OC), là một trong những hợp phần đƣợc quan tâm nhất bởi khả năng hấp thụ ánh sáng của nó. Chính vì vậy, ngày nay BC đƣợc xem là một trong những nhân tố chính làm nóng bầu khí quyển, chỉ đứng sau tác nhân CO2 [9]. Các chất phát thải do đốt sinh khối gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trƣờng, biến đổi khí hậu và suy giảm sức khỏe con ngƣời. Tại châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu cho thấy, hàng năm nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ƣớc tính đạt 0,37 Tg SO2; 2,8 Tg NOx; 1100 Tg CO2; 67 Tg CO và 3,1 Tg CH4. Riêng lƣợng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trồng theo ƣớc tính đạt: 0,10 Tg SO2; 0,96 Tg NOx; 379 Tg CO2; 23 Tg CO và 0,68 Tg CH4 [12]. Từ lâu những ngƣời dân ở vùng nông thôn thƣờng hay sử dụng rơm rạ để đun nấu mặc dù với số lƣợng không nhiều, gần đây do sản lƣợng lúa gia tăng kéo theo lƣợng phế thải từ rơm rạ, việc đốt rơm rạ ngoài trời trên đồng ruộng và dùng để đun nấu đều có thể dẫn đến phát xạ các khí gây ÔNMT. Một phần rơm rạ còn sót lại một cách không kiểm soát trên đồng ruộng và chƣa đốt hết dần dần sẽ đƣợc cày lấp vào trong đất để làm phân bón cho vụ mùa sau. Tỷ lệ phân hủy kỵ khí của chúng phụ thuộc vào hàm lƣợng ẩm trong đất hay độ ƣớt của đất trong vụ mùa sắp tới, điều này ảnh hƣởng trực tiếp đến khối lƣợng CH4 đƣợc giải phóng ra từ quá trình này. Mặc dù việc rơm đƣợc trộn vào với đất có thể cung cấp một nguồn chất dinh dƣỡng cho vụ mùa sau, nhƣng nó cũng có thể dẫn đến một số bệnh cho cây và thƣờng ảnh hƣởng đến sản lƣợng do tác động bất lợi ngắn hạn của sự bất ổn định hàm lƣợng nitơ. Đây là một trong những nguyên nhân giải thích tại sao việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng lại thƣờng đƣợc tiến hành để xử lý nguồn phế thải này. 7 Bụi mịn là một trong sáu nhân tố chính gây ô nhiễm không khí và đƣợc xem là nhân tố gây ô nhiễm trầm trọng nhất ở các nƣớc đang phát triển. Tác hại của bụi chủ yếu phụ thuộc nhiều vào kích thƣớc, thành phần và bản chất nguồn phát thải ra nó [9]. Trong những năm gần đây, thực tiễn cho thấy việc đốt cháy ngoài trời các phế thải từ cây trồng góp phần làm phát xạ các chất gây ô nhiễm không khí, điều này có thể dẫn đến những tác động nguy hại đến sức khỏe con ngƣời, trong đó có các chất nhƣ polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), cũng nhƣ polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) đƣợc coi là các dẫn xuất đioxin mang tính độc hại cao. Các chất gây ô nhiễm không khí này mang tính độc hại nghiêm trọng và đáng chú ý là có tiềm năng gây ung thƣ. Ô nhiễm không khí không chỉ gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng mà còn tác động dán tiếp đến nền kinh tế của một nƣớc. Chính vì vậy mà cộng đồng quốc tế đã bắt đầu chú ý đến việc tìm kiếm các phƣơng pháp xử lý và tận dụng rơm rạ theo cách an toàn, thân thiện môi trƣờng nhằm giúp làm giảm đƣợc khối lƣợng rơm rạ đốt ở ngoài đồng ruộng. Ngoài ra các loại khí thải khác nhƣ SOx, NOx có thể tích tụ trong khí quyển gây ra tình trạng mƣa axít cũng nhƣ gây ra các bệnh liên quan đến đƣờng hô hấp nhƣ khó thở, hen suyễn, viêm phế quản. Chính vì vậy hạn chế tình trạng đốt rơm rạ bừa bãi sẽ đóng góp vai trò quan trọng trong việc giảm lƣợng khí thải độc hại, hạn chế tình trạng ÔNMT, tình trạng biến đối khí hậu cũng nhƣ giảm thiểu những tác động tiêu cực đến sức khỏe ngƣời dân. 1.2. Tình hình nghiên cứu về kiểm kê phát thải do hoạt động đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.2.1.1. Thái Lan Thái Lan là một quốc gia dựa vào nông nghiệp với các loại cây trồng chính, bao gồm: lúa, sắn, mía [16]. 8 Năm 2007, sản lƣợng lúa của nƣớc này đạt hơn 30 triệu tấn, tạo ra một lƣợng rơm rạ khổng lồ để lại trên đồng ruộng. Hầu hết, những ngƣời nông dân thƣờng đốt phế phụ phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch ngay tại đồng ruộng để chuẩn bị cho vụ mùa sau, tạo ra một lƣợng thải lớn các chất gây ô nhiễm không khí. Theo nghiên cứu, lƣợng khí thải do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp ở Thái Lan năm 2007 đƣợc thể hiện qua hình 1.1 (a). Trong đó đốt rơm rạ đóng góp lớn nhất trong tổng phát thải khí (80%), đặc biệt là vào mùa khô và ở trung tâm Thái Lan hình 1.1 (b) [19]. Hình 1.1: Biểu đồ tỉ lệ các khí ở Thái Lan năm 2007 Chú giải: Số liệu trong ngoặc đơn: Số thứ nhất chỉ lượng khí thải (đơn vị: Gg), số thứ 2 thể hiện tỉ lệ % các khí. Hoạt động kiểm kê phát thải khí do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp tại đất nƣớc này đƣợc nghiên cứu theo cả không gian và thời gian. Theo không gian, phát thải ban đầu đƣợc phân tách theo địa giới hành chính của tất cả 76 tỉnh ở Thái Lan để có đƣợc khí thải hàng năm của từng tỉnh. Phần trung tâm của nƣớc này có phát thải khí cao nhất, tiếp theo là Đông Bắc, phía Bắc và phía Nam đồng bằng, đây là những khu vực trồng lúa chiếm ƣu thế ở trung tâm (dọc theo sông Chaopraya). Lƣợng khí thải này thƣờng cao hơn ở xung quanh các tỉnh, đô thị lớn nhƣ Bangkok, Khonkaen và Chiang Mai. 9 Theo thời gian, nghiên cứu của các chuyên gia cho thấy lƣợng khí thải cao là vào mùa khô (tháng 10 - tháng 4) và đạt cực đạt vào tháng 11, tháng 12 khi lúa và các cây trồng khác đang thu hoạch. Thực tế cho thấy mùa khô là mùa ô nhiễm không khí với mức độ cao hơn do một số nguyên nhân nhƣ không khí bị ứ đọng, thiếu độ ẩm và tăng cƣờng sự vận chuyển khí thải ở phạm vi xa hơn từ các vùng ở đầu hƣớng gió [19]. 1.2.1.2. Indonesia Sản xuất nông nghiệp ở Indonesia tạo ra một lƣợng lớn phế phụ phẩm và những phế phụ phẩm này thƣờng đƣợc đốt cháy trên đồng ruộng sau mỗi vụ thu hoạch. Tại những nƣớc đang phát triển ở châu Á, đặc biệt là ở Indonesia việc đốt cháy phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải rắn đô thị thƣờng diễn ra ở khu vực đông dân. Vì vậy mà nó ảnh hƣởng nghiêm trọng đến chất lƣợng không khí và sức khỏe của ngƣời dân nơi đây. Theo ƣớc tính của các chuyên gia ở Indonesia (năm 2007), lƣợng khí thải do đốt sinh khối ngoài trời đƣợc thể hiện qua hình 1.2. Trong đó đốt rơm rạ trên đồng ruộng đóng góp lớn nhất vào tổng lƣợng khí thải do đốt sinh khối. Cụ thể: 92% đối với CO, PM2.5 và NOx; 81% với SO2 và 84% với BC. Nhƣ vậy trên 80% khí thải do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp là từ rơm rạ, chỉ còn lại 10 - 20% là đóng góp của các cây trồng khác [11]. Hình 1.2: Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Indonesia năm 2007 Chú giải: Số liệu trong ngoặc đơn: Số thứ nhất chỉ lượng khí thải (đơn vị: Gg), số thứ 2 thể hiện tỉ lệ % các khí. 10 Khí thải do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Indonesia đƣợc nghiên cứu theo cả không gian và thời gian. Theo không gian thì lƣợng khí thải đƣợc thấy rõ nhất ở Đông Jave và nam Sumatra, đây là những khu vực canh tác nông nghiệp chủ yếu ở Indonesia. Lƣợng khí thải tƣơng đối cao cũng đƣợc tìm thấy phía Bắc Sumatra, tất cả các phần của Java, Bali, Tây và Nam Kalimanta, Bắc và Nam Sulavesi. Còn phía Đông của Indonesia (Papua, Maluka...) lƣợng khí thải thấp hơn bởi vì lúa không phải là cây lƣơng thực chủ yếu của vùng. Theo thời gian thì lƣợng khí thải do đốt phế phụ nông nghiệp ngoài trời lớn nhất xảy ra vào mùa khô (tháng 8 - 10). Tháng 8 - 10 ở Indonesia đƣợc coi là thời gian mà lƣợng khí thải do đốt rơm rạ trên đồng ruộng ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng vì thời gian này hầu hết rơm rạ đƣợc đốt ngay tại đồng ruộng để chuẩn bị cho vụ gieo trồng sau [11]. 1.2.1.3. Trung Quốc Với tốc độ tăng trƣởng dân số và kinh tế nhanh chóng, Trung Quốc đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí nghiêm trọng trong nhiều thập kỉ, đặc biệt là trong khu vực đô thị với nồng độ bụi cao. Kết quả ô nhiễm chủ yếu từ đốt phế phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng [17], điều này dẫn đến một số hậu quả nghiêm trọng nhƣ nhiều sân bay và đƣờng cao tốc phải ngừng hoạt động do sƣơng khói dày đặc. Hơn nữa khí thải CO, NOx còn làm giảm nồng độ của OH- ở tầng đối lƣu [14]. Để hạn chế vấn đề này, chính phủ Trung Quốc đã ban hành các luật và quy định cấm đốt phế phụ phẩm nông nghiệp. Nông dân đƣợc khuyến khích là vùi phụ phẩm vào đất để tạo ra nguồn phân bón hữu cơ. Tuy nhiên hoạt động này làm tăng lao động, chi phí và một số tác dụng phụ lên cây trồng. Do đó, nó không đƣợc thông qua bởi hầu hết nông dân và một tỉ lệ lớn các phế phụ phẩm nông nghiệp vẫn bị đốt cháy trên đồng ruộng [17]. Trƣớc những ảnh hƣởng do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp đến môi trƣờng, các nhà nghiên cứu đã tiến hành kiểm kê phát thải khí do hoạt động này gây ra và Suquian với 4523 km2 tổng diện tích đất canh tác đã đƣợc chọn là một khu vực để nghiên cứu, nơi mà lúa mì đƣợc trồng nhiều nhất. 11 Dựa trên dữ liệu của sản lƣợng nông sản từ năm 2001 - 2005, trung bình hàng năm khối lƣợng phế phụ phẩm nông nghiệp đƣợc tạo ra ƣớc tính là 3,04 triệu tấn. Khoảng 82% lúa mì và 37% lúa gạo đƣợc đốt tại cánh đồng, do đó tỉ lệ phế phụ phẩm đốt trên đồng ruộng là khoảng 43%. Kết quả kiểm kê phát thải do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp ở Trung Quốc năm 2006 đƣợc thể hiện qua hình 1.3. Trong đó khoảng 78% các khí đƣợc phát thải từ vụ hè. Trong suốt vụ hè từ 4 - 13 tháng 6 năm 2006, do ảnh hƣởng của đốt phế phụ phẩm nông nghiệp, nồng độ trung bình hằng ngày của PM10, NO2, SO2 lần lƣợt là 0,226; 0,051 và 0,063 mg/m3. Trong đó nồng độ trung bình của PM10 vƣợt quá 0,25 mg/m3 (Tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng không khí xung quanh của Trung Quốc). Hình 1.3: Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Trung Quốc năm 2006 Chú giải: Số liệu trong ngoặc đơn: Số thứ nhất chỉ lượng khí thải (đơn vị: Gg), số thứ 2 thể hiện tỉ lệ % các khí. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Việt Nam là nƣớc có nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp với cây trồng chính là lúa nƣớc. Vì vậy mà hằng năm một lƣợng lớn rơm rạ đƣợc tạo ra và đốt ngay tại đồng ruộng [8]. 12