Tài liệu Nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------- Nguyễn Ngọc Huyền NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP Ủ NƢỚC THẢI SAU BIOGA VỚI RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN NHẰM GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Ngọc Huyền NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP Ủ NƢỚC THẢI SAU BIOGA VỚI RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN NHẰM LÀM GIẢM Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỒNG THỊ KIM LOAN Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................ 4 1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nƣớc và trên thế giới .............. 4 1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trên thế giới ............................. 4 1.1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nước ............................... 7 1.2. Tình hình sử dụng rơm rạ trong nƣớc và trên thế giới ..................................... 12 1.2.1. Tình hình sử dụng rơm rạ trên thế giới ................................................... 12 1.2.2. Tình hình sử dụng rơm rạ trong nước ..................................................... 17 1.3. Ảnh hƣởng của ngành nông nghiệp đến biến đổi khí hậu và môi trƣờng ........... 25 1.4. Hiện trạng sản xuất và sử dụng phân bón ở Việt Nam ..................................... 27 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 30 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................... 30 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 30 2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu ..................................................................... 30 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ...................................... 30 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng ............................................... 32 2.2.4. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu....................................................... 34 2.2.5. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm ............... 34 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 36 3.1. Đặc trƣng khí hậu vùng nghiên cứu ............................................................... 36 3.2. Chỉ tiêu lí, hóa của đất vùng nghiên cứu ........................................................... 38 3.3. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ..................................................... 39 3.3.1. Thời gian, nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm ủ ............................................. 39 3.3.2. Kết quả phân tích nước thải sau bioga và rơm rạ ....................................... 42 3.3.3. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm ủ ................................................... 44 3.4. Kết quả nghiên cứu ngoài đồng ruộng .............................................................. 46 3.4.1. Chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và sinh khối của cây lúa ............................ 46 3.4.2. Chỉ tiêu cấu thành năng suất cây lúa .......................................................... 49 3.4.3. Chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế ........................................................................ 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 60 Kết luận .................................................................................................................. 60 Kiến nghị ................................................................................................................ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả phân tích hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong nƣớc thải sau hầm KSH.... 9 Bảng 1.2. Khoảng dao động của các chất dinh dƣỡng trong phụ phẩm KSH ............... 10 Bảng 1.3. Hàm lƣợng một số KLN trong nƣớc thải KSH ............................................ 10 Bảng 1.4. Các thành tố khác trong nƣớc thải sau hầm KSH ........................................ 11 Bảng 1.5. Kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga ở tỉnh Hà Tây (cũ) năm 2010 .......... 12 Bảng 1.6. Các nguồn sinh khối chính ở Việt Nam năm 2000 ...................................... 18 Bảng 1.7. Thành phần hóa học của rơm rạ giống lúa khang dân tại Việt Nam ............ 19 Bảng 1.8. Một số nghiên cứu, ứng dụng phế phụ phẩm làm phân bón........................ 22 Bảng 1.9. Phát thải khí nhà kính của các nƣớc Khu vực Đông Nam Á và trên Thế giới 27 Bảng 3.1. Kết quả phân tích đất vùng nghiên cứu ....................................................... 39 Bảng 3.2. Thời gian ủ của các sản phẩm và phân chuồng trong phòng thí nghiệm ...... 40 Bảng 3.3. Nhiệt độ của các sản phẩm ủ....................................................................... 41 Bảng 3.4. Kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga ........................................................ 43 Bảng 3.5. Kết quả phân tích thành phần trong rơm rạ ................................................. 44 Bảng 3.6. Kết quả phân tích chất lƣợng sản phẩm ủ .................................................... 45 Bảng 3.7. So sánh số nhánh hữu hiệu và vô hiệu của các công thức hai vụ lúa............ 47 Bảng 3.8. Bình quân năng suất rơm rạ của vụ xuân và vụ mùa năm 2012 ................... 48 Bảng 3.9. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất vụ xuân năm 2012 ................. 50 Bảng 3.10. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất vụ mùa năm 2012 ................ 51 Bảng 3.11. So sánh năng suất lúa lí thuyết của hai vụ xuân và vụ mùa năm 2012 ....... 53 Bảng 3.12. Năng suất lúa thực thu của hai vụ xuân và vụ mùa năm 2012 ................... 54 Bảng 3.13. Lƣợng phân bón sử dụng và giá thành của giống lúa Khang Dân 18 cho 1ha 56 Bảng 3.14. So sánh hiệu quả kinh tế giữa các CT của vụ xuân năm 2012 ................... 57 Bảng 3.15. So sánh hiệu quả kinh tế giữa các CT của vụ mùa năm 2012 .................... 58 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các dự án KSH ở 8 quốc gia cùng tổ chức chiếm 85% tổng dự án KSH........ 5 Hình 1.2. Sản lƣợng và diện tích thu hoạch lúa gạo toàn cầu năm 2000 – 2011 .......... 13 Hình 1.3. Một số hình ảnh đốt rơm rạ tại đồng ruộng.................................................. 16 Hình 1.4. Sản lƣợng lúa gạo và rơm rạ của một số tỉnh thành nƣớc ta ......................... 24 Hình 1.5. Hiện trạng sử dụng rơm tại Việt Nam.......................................................... 24 Hình 1.6. Các nguồn phát thải khí nhà kính toàn cầu .................................................. 25 Hình 3.1. Theo dõi nhiệt độ của các sản phẩm ủ ......................................................... 42 Hình 3.2. Năng suất thực thu của các công thức hai vụ lúa năm 2012 ......................... 55 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CEC Cation Exchange Capacity - Khả năng trao đổi ion CT Công thức CFU Colony Forming Unit - Đơn vị tính khuẩn lạc CV Coefficient of Variation - Hệ số biến động DT Dễ tiêu HH Hữu hiệu IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change - Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu KLN Kim loại nặng KSH Khí sinh học LDL Ly đƣơng lƣợng gam LSD Least Significant Difference - Sai khác nhỏ nhất PPM Part per million - Nồng độ phần triệu QCVN Quy chuẩn Việt Nam SP Sản phẩm TCN Tiêu chuẩn Ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TS Tổng số VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật XK Xạ khuẩn MỞ ĐẦU Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê năm 2010, sản lƣợng lúa trung bình hàng năm khoảng 42 triệu tấn lúa. Trung bình một tấn lúa cho ra 1,2 tấn rơm rạ khô, nhƣ vậy với sản lƣợng lúa nhƣ hiện nay, riêng lƣợng rơm rạ có thể thu gom đƣợc khoảng 50,4 triệu tấn. Trong số lƣợng rơm rạ thải ra đó, có thể tận dụng và dự trữ làm thức ăn cho gia súc, làm nấm rơm, làm phân vi sinh, đun nấu trong các hộ gia đình, hoặc làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy. Vài năm trở lại đây, nhiều nơi trong cả nƣớc đã sử dụng cách đốt rơm rạ ngay tại đồng ruộng. Việc đốt rơm rạ gây lãng phí nguồn hữu cơ lớn cần trả lại cho đất. Rơm rạ đốt trực tiếp ngay trên đồng ruộng thực tế gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn nhiều lần so với việc làm phân bón. Theo Butchaiah Gadde và cộng sự (2009), các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao. Đồng ruộng bị khô, chai cứng và một lƣợng lớn nƣớc bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm rạ. Quá trình đốt rơm rạ là quá trình đốt cháy không thể kiểm soát đƣợc tạo ra các khí nhƣ CO2, N2O, CH4, CO, các hydrocacbon, NOX, SO2, bụi, PAHs, các hợp chất dioxin và các chất khác. Tại các nƣớc Châu Á hàng năm việc đốt các phế phụ phẩm nông nghiệp thải ra 0,1 tấn SO2, 0,96 tấn NOx, 379 tấn CO2, 23 tấn CO và 0,68 tấn CH4. Không những thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính mà việc đốt rơm rạ còn thải ra các khí độc hại nhƣ polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), và cả các hợp chất dioxin nhƣ polyclodibenzo-p-dioxin, PCDDs; polyclodibenzo-furans, PCDFs là các chất rất độc và có khả năng gây ung thƣ (Takashi Korenaga, Xiaoxing Liu, Zuyun Huang, 2001). Hầm bioga (Hầm khí sinh học – KSH) đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới từ rất sớm. Hầm KSH không những giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng từ chất thải 1 trong chăn nuôi và sinh hoạt mà còn đem lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội. Bên cạnh sản phẩm chính là năng lƣợng phục vụ đời sống, sản phẩm phụ nhƣ nƣớc thải sau bioga đƣợc đánh giá là nguồn phân hữu cơ sạch đối với cây trồng. Tuy nhiên, sử dụng nƣớc thải sau bioga bón cho cây trồng làm nguồn phân hữu cơ giảm sút nghiêm trọng. Giải pháp của ngƣời nông dân là bón tăng phân bón hóa học. Điều này làm ảnh hƣởng đến phát triển nông nghiệp bền vững, hàm lƣợng hữu cơ trong đất sẽ ngày càng cạn kiệt, độ phì nhiêu của đất sẽ giảm xuống nhanh chóng cùng với sự giảm xuống về sức sản xuất của đất. Mặt khác, một số nghiên cứu của Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa và Viện Môi trƣờng Nông nghiệp đã xác định chất lỏng thải ra sau quá trình sản xuất bioga có chứa nhiều chất hữu cơ cùng các hợp chất chứa nitơ, photpho và lƣu huỳnh. Nếu không đƣợc tiếp tục xử lí, chất thải sau hầm bioga trở thành tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Từ những lí do trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường”. Đề tài thực hiện sẽ giải quyết đƣợc cả ba vấn đề trên: việc sử dụng rơm rạ cùng với nƣớc thải sau bioga làm phân hữu cơ sẽ góp phần giảm thiểu việc đốt rơm rạ, tránh ô nhiễm môi trƣờng do chất thải sau bioga và ngƣời nông dân có phân hữu cơ để bón nhằm bổ sung nguồn hữu cơ cho đất. Đề tài đƣợc thực hiện với các mục tiêu và nội dung nghiên cứu sau:  Mục tiêu nghiên cứu: - Xây dựng đƣợc phƣơng pháp ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga làm phân bón cho cây lúa nhằm trả lại nguồn hữu cơ cho đất và giảm ô nhiễm môi trƣờng cũng nhƣ giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính do đốt rơm rạ. - Nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trƣờng của phân bón hữu cơ đƣợc sản xuất từ rơm rạ và nƣớc thải bioga đối với cây lúa so với các loại phân bón hữu cơ và vô cơ khác. 2  Nội dung nghiên cứu: - Thu thập thông tin khí hậu vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu thành phần các nguyên liệu sản xuất phân hữu cơ . - Nghiên cứu phƣơng pháp ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga. Thực hiện ủ rơm rạ với nƣớc thải sau bioga và so sánh với các biện pháp ủ khác bằng các chế phẩm vi sinh và các phụ gia khác để đánh giá khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ. Các chỉ tiêu so sánh gồm: + Nhiệt độ ủ và độ ẩm. + Thời gian phân giải hợp chất hữu cơ. + Chất lƣợng sản phẩm phân bón hữu cơ sau khi ủ. - Nghiên cứu hiệu lực của sản phẩm ủ Thực hiện các thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu lực của các sản phẩm ủ đối với cây lúa trên từng cơ cấu đặc trƣng của vùng nghiên cứu. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nƣớc và trên thế giới 1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trên thế giới Nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng theo sự phát triển của xã hội. Các nƣớc càng phát triển nhu cầu sử dụng năng lƣợng càng cao. Chỉ riêng Hoa Kỳ đã chiếm 25,8% và Trung Quốc là 11,4% nhu cầu sử dụng năng lƣợng trên thế giới [14]. Các dạng năng lƣợng truyền thống nhƣ than, dầu mỏ, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt. KSH là một trong những nguồn năng lƣợng tái tạo có thể thu hồi đƣợc từ việc xử lí chất thải. KSH có sự khác biệt so với các nguồn năng lƣợng tái tạo khác ở các điểm: công nghệ này không những giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do chất thải của chăn nuôi, mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội quan trọng khác nhƣ: sử dụng khí làm chất đốt, thắp sáng, sƣởi ấm cho gia súc, sử dụng chất thải làm phân bón, làm thức ăn cho cá, giảm bớt sức lao động cho ngƣời phụ nữ khi phải nấu ăn bằng các chất đốt truyền thống nhƣ rơm rạ, củi, than đá,... Do vậy, năng lƣợng tạo ra từ các nguồn sinh khối nhƣ KSH đã và đang đƣợc quan tâm. Có những bằng chứng cho thấy rằng KSH đã đƣợc dùng để đun nƣớc tắm từ năm thứ 10 trƣớc công nguyên ở Assyria. Công trình KSH đầu tiên trên Thế giới là ở Bombay, Ấn Độ năm 1859. Hiện nay công trình KSH đã phát triển ở nhiều nƣớc. Số lƣợng các dự án KSH cao nhất tập trung ở 5 quốc gia là: Thái Lan, Ấn Độ, Trung Quốc, Malaysia và Philippin. Năm 2010 có khoảng 32 triệu hộ gia đình trên toàn thế giới nhận đƣợc năng lƣợng dùng trong chiếu sáng và nấu ăn từ KSH đƣợc sản xuất trong quy mô hộ gia đình, trong đó 4 triệu hộ gia đình ở Ấn Độ và 27 triệu hộ gia đình ở Trung Quốc [43]. 4 Nguồn: UNEP, Risoe, 2009 Hình 1.1. Các dự án KSH ở 8 quốc gia cùng tổ chức chiếm 85% tổng dự án KSH Trên thế giới cho đến nay phụ phẩm KSH đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp. Một số nghiên cứu sử dụng phụ phẩm KSH trên thế giới:  Tận dụng phụ phẩm khí sinh học làm phân bón cho cây trồng Các kết quả nghiên cứu trên thế giới (Trung Quốc, Ấn Độ, Philipin, v.v) cho thấy: phụ phẩm KSH là loại phân hữu cơ khi sử dụng lâu dài cho đất sẽ có các tác dụng sau: - Cải thiện khả năng canh tác của đất. - Tăng hoạt động của hệ VSV đất (nhất là VSV háo khí) thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, tăng cƣờng và duy trì độ phì nhiêu của đất. - Cải thiện cấu trúc và tính chất lí học của đất: Cải thiện chế độ không khí trong đất làm đất tơi xốp hơn, giảm độ nén chặt, đất mềm, làm tăng khả năng giữ nƣớc, thấm nƣớc, đất dễ vỡ có lợi cho việc canh tác. - Làm giảm sự xói mòn do gió và nƣớc. - Tăng năng suất cây trồng và giảm sâu bệnh. 5 Phụ phẩm KSH cũng đã đƣợc nghiên cứu làm phân bón ở nhiều nƣớc nhƣ Trung Quốc, Ấn Độ và nhiều nƣớc trong khu vực Nam Á. Tại Ấn Ðộ, ngƣời nông dân đã thử nghiệm bón kết hợp nƣớc xả và phân hóa học có so sánh với bón phân chuồng kết hợp với phân hóa học cho đậu, muớp, đậu tƣơng và ngô. Kết quả cho thấy, với cùng lƣợng phân hóa học nhƣ nhau, khi bón bằng nuớc xả, năng suất tăng 19% với đậu, 14% với mƣớp, 12% với đậu tƣơng và 32% với ngô so với lô bón phân chuồng kết hợp phân hóa học. Theo tài liệu “Công nghệ KSH tại Trung Quốc” của Trung tâm nghiên cứu và đào tạo KSH của Trung Quốc (1991): Nƣớc xả: trong 1m3 nƣớc xả có khoảng 0,16 - 1,05 kg N tƣơng đƣơng với 0,35 - 2,3 kg đạm urê. So với phân chuồng thì nƣớc xả có hàm lƣợng đạm tƣơng đƣơng. Bã cặn: trong 100kg bã cặn có: + 0,01 - 1,3 kg N tƣơng đƣơng 0,02 - 2,8 kg urê. + 0,6 - 1,3 kg P2O5 tƣơng đƣơng với 3 - 6 kg supe lân. + 0,02 - 3,1 kg K2O tƣơng đƣơng với 0,04 - 6,2 kg clorua kali. Hàm lƣợng đạm dễ tiêu trong bã cặn chiếm khoảng 60% N tổng số.  Sử dụng phụ phẩm KSH làm thức ăn cho lợn và cá Vào những năm 1980, nhiều thí nghiệm đối chứng đã đƣợc thực hiện rộng rãi ở Trung Quốc và kết quả cho thấy lợn đƣợc cho ăn khẩu phần có chứa phụ phẩm KSH đều ăn và ngủ tốt hơn, tăng trọng nhanh hơn, lông da óng mƣợt hơn. Ðiều này thấy rất rõ ở lợn giai đoạn vỗ béo và ở những lợn đƣợc nuôi với thức ăn chất lƣợng thấp. Trại Phú Sơn (Trung Quốc) cho biết lợn thí nghiệm (thức ăn trộn nƣớc xả KSH) đã tăng trọng hơn lợn đối chứng 100 - 132g/ngày và nuôi một đời lợn thịt có thể tiết kiệm đƣợc 25kg thức ăn tinh. Từ năm 1970 đến nay nhiều công trình nghiên cứu, thực nghiệm tại Trung Quốc, Ấn Ðộ, Philipin... đều khẳng định tính hơn hẳn về lợi ích của phụ phẩm KSH (nƣớc xả và bã cặn) so với phân tƣơi khi dùng làm phân bón cho ao cá. Viện nghiên 6 cứu KSH tỉnh Giang Tô, Trung Quốc chỉ ra rằng, dùng phụ phẩm KSH làm thức ăn cho cá làm tăng so với dùng phân lợn tƣơi là 96,3kg/mẫu trên ao hồ (một mẫu của Trung Quốc bằng 660m), tăng so với đối chứng là 27,1%. Khi trộn phụ phẩm KSH với các loại lƣơng thực (nhƣ cám, bột, thức ăn hỗn hợp...) làm thức ăn cho cá tiết kiệm đƣợc 30-40% lƣợng thức ăn này, cá lớn nhanh hơn, thời gian nuôi ít hơn. Tại trại Phú Sơn (Hàng Châu – Trung Quốc) sử dụng nƣớc xả làm thức ăn cho cá từ năm 1988. Theo dõi và tính toán thấy năng suất mỗi mẫu tăng từ 266kg cá năm 1988 lên 437kg năm 1991, tiết kiệm đƣợc 27 nghìn kg thức ăn và lợi nhuận hàng năm đạt 18.300 tệ (tƣơng đƣơng 36 triệu đồng Việt Nam). 1.1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm khí sinh học trong nước Công nghệ KSH đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những năm đầu của thập niên 60. Đặc biệt sau năm 1975 chƣơng trình quốc gia về năng lƣợng mới và tái tạo (Chƣơng trình 52C) ra đời góp phần thúc đẩy phong trào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ KSH. Đến nay, công nghệ KSH đã đƣợc phát triển rộng khắp ở Việt Nam, ƣớc tính có khoảng 30.000 công trình đã đƣợc xây dựng, lắp đặt trong đó đa số là loại túi nilông. Công tác nghiên cứu và ứng dụng công nghệ KSH phát triển mạnh từ sau năm 1995. Các cơ quan tham gia vào hoạt động nghiên cứu và triển khai công nghệ KSH là Viện Năng lƣợng, Viện Chăn nuôi, Viện Thổ nhƣỡng Nông hoá, Trung tâm nghiên cứu Năng lƣợng, trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội, Đại học Khoa học tự nhiên, Viện Nghiên cứu Mỏ, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Nông lâm tp Hồ Chí Minh,… Hiện cả nƣớc đã có trên 500 nghìn công trình khí sinh học sản xuất ra khoảng 450 triệu m3 khí gas/năm, tiềm năng sẽ giảm khoảng 22,6 triệu tấn CO 2 và tiết kiệm khoảng 1.200 tỷ đồng chất đốt/năm [3]. Hiện nay số lƣợng các hộ gia đình sử dụng hệ thống bể bioga đang phát triển rất nhanh chóng, các hộ nông dân có quy mô chăn nuôi trung bình trở lên (>10 con lợn) hầu hết sử dụng hầm bioga nhằm xử lí chất thải, giảm ô nhiễm môi trƣờng và cung cấp 7 khí đốt phục vụ sinh hoạt. Khi số lƣợng hầm bioga phát triển, một vấn đề nảy sinh là lƣợng phân chuồng bón cho ruộng bị giảm xuống nghiêm trọng, trong khi đó phế thải sau bioga thƣờng không sử dụng mà thải ra các hệ thống cống rãnh, chỉ có một số ít hộ sử dụng để tƣới cho cây ăn quả, rau trong vƣờn. Mặc dù nƣớc thải sau bioga đã giảm đáng kể ô nhiễm về mùi nhƣng do hàm lƣợng các chất đa trung và vi lƣợng trong nƣớc thải còn khá cao vì vậy khả năng ô nhiễm do phú dƣỡng đạm, lân và các chất trung vi lƣợng là rất cao. Một số nghiên cứu và ứng dụng của phụ phẩm KSH tại Việt Nam:  Sử dụng phụ phẩm KSH làm phân bón cho cây trồng Theo một nghiên cứu của Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa năm 2004, khi sử dụng 60m3 nƣớc thải hòa với nƣớc theo tỷ lệ 1/1 để bón bổ sung cho 1 ha bắp cải đã làm cho năng suất bắp cải tăng 24% so với lô chỉ bón bằng NPK (liều lƣợng: 200kg N, 100kg P 2O5, 100kg K2O). Trần Thị Tâm và cộng sự (2005), khi phân tích dinh dƣỡng trong nƣớc thải sau bioga của phân bò cho thấy hàm lƣợng N, P, K và các chất trung vi lƣợng khá cao. Khi bón nƣớc thải này cho cây bắp cải với lƣợng 10 – 40 m3/ha đã làm tăng năng suất bắp cải 8 – 24%. Chất thải lỏng thƣờng đƣợc lƣu trữ trong các hố, bể chứa (có nắp đậy hoặc không có) trong thời gian từ vài ngày đến hàng tuần trƣớc khi bón cho cây trồng. 8 Bảng 1.1. Kết quả phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải sau hầm KSH Nguồn nạp là phân lợn N P2O5 K2 O Ca Mg Zn Mn Cu Fe Nguồn (g/l) (mg/l) 0,7 0,13 0,85 106,1 28,7 1,08 1,13 0,52 2,69 (1) 0,7 0,24 1,22 62,11 43,64 0,56 0,54 0,18 2,33 (2) 0,09 0,40 0,073 1,28 (3) 0,73 0,077 79 0,05 0,097 32,24 - (4) Nguồn nạp là phân bò 0,5 0,08 1,03 6,04 95,39 2,13 2,62 1,09 0,11 (1) 0,35 2,12 (1) Nguồn nạp là phân bò và phân lợn 0,85 0,1 0,97 50,4 46,43 0,96 9 0,46 Ghi chú: (1) Phân tích của viện Thổ Nhƣỡng Nông Hóa. (2) Phân tích của Đại học Nông nghiệp I. (3) Phân tích của viện Chăn nuôi. (4) Phân tích của viện Khoa học Kĩ thuật Nông nghiệp miền Nam. Nhƣ vậy các chất dinh dƣỡng N,P,K trong phụ phẩm KSH có hàm lƣợng dao động trong khoảng sau: Bảng 1.2. Khoảng dao động của các chất dinh dưỡng trong phụ phẩm KSH Thành phần N (g/l) P2O5 (g/l) K20 (g/l) Nƣớc thải sau hầm KSH 0,077 0,05 – 0,24 0,097 – 1,22 Các nghiên cứu cũng đƣa ra kết quả phân tích về một số chỉ tiêu về hàm lƣợng KLN trong nƣớc thải sau hầm KSH. Bảng 1.3. Hàm lượng một số KLN trong nước thải KSH* Nguồn Pb (mg/l) As(mg/l) Hg (mg/l) Cd (mg/l) (1) 0,0627 0,045 0,003 0,009 (2) KPH 0,0013 KPH KPH (3) ≤ 0,1 0,05 – 0,1 ≤ 0,001 0,005 – 0,01 Ghi chú: * Phân tích theo phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS (1) Phân tích của viện Chăn Nuôi (2) Phân tích của viện Khoa học Kĩ thuật Nông nghiệp miền Nam 10 (3) TCVN cho nƣớc tƣới (TCVN 6773-2000) (4) KPH – Không phát hiện Kết quả ở bảng 1.3 cho thấy hàm lƣợng các KLN trong nƣớc thải sau hầm KSH (trừ Hg ở kết quả phân tích của Viện Chăn nuôi, năm 2008) đều thấp hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6773-2000 dành cho nƣớc tƣới. Bảng 1.4. Các thành tố khác trong nước thải sau hầm KSH (đơn vị: ppm) N P K Ca Mg Cu Fe Zn Mn B Co 555,0 112,9 769,3 397,6 125,8 0,662 9,87 2,558 3,309 0,362 0,046 Cr Sr Ti Ac Ni F Ba Li v-B2 vB12 0,148 0,397 0,469 4,97 0,117 0,476 0,668 0,06 0,065 0,85 Nhƣ vậy, trong phụ phẩm KSH chứa khá đầy đủ các nguyên tố khoáng đa lƣợng (Ca, P, K, Mg...) và các nguyên tố khoáng vi lƣợng (Fe, Cu, Zn, Mn, Bo...). Thành phần và hàm lƣợng các chất khoáng phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nguyên liệu nạp và các chất khoáng đều không tham gia vào phần cấu tạo nên KSH.  Sử dụng phụ phẩm KSH làm thức ăn cho cá và lợn Dự án “Chƣơng trình KSH cho ngành chăn nuôi Việt Nam” trong năm 2005 và 2006 đã tạo điều kiện cho một số nông hộ ở Tiền Giang, Bình Ðịnh, Hải Dƣơng xây dựng mô hình trình diễn, sử dụng phụ phẩm KSH để nuôi cá giống, cá thịt. Khi sử dụng phụ phẩm KSH cho vào ao cá đã giảm đƣợc 25 - 30% lƣợng thức ăn hỗn hợp cần cung cấp cho ao cá giống và giảm tới 40 - 50% lƣợng thức ăn hỗn hợp ở ao nuôi cá thịt. Phụ phẩm KSH chứa nhiều loại chất dinh dƣỡng cần thiết cho vật nuôi nhƣ các nguyên tố Ca, P, N... một số nguyên tố khoáng vi lƣợng nhƣ Cu, Zn, Mn, Fe... nhiều loại protein, AA (trong đó có cả 9 axit amin thiết yếu đối với vật nuôi). Phụ phẩm KSH còn chứa nhiều enzim có tác dụng làm tăng tính thèm ăn, tăng hiệu quả chuyển hoá thức ăn của vật nuôi [2]. 11  Thải trực tiếp nƣớc thải sau bioga ra môi trƣờng Ở một số nơi phần lớn chất thải lỏng của các trang trại điều tra đƣợc thải trực tiếp ra môi trƣờng mà không thông qua hình thức xử lí nào. Bảng kết quả phân tích nƣớc thải sau bioga của tỉnh Hà Tây (cũ) của viện Môi trƣờng Nông nghiệp cho thấy các chỉ tiêu BOD, COD vƣợt QCVN 40-2011/BTNMT (loại B) nhiều lần. Cụ thể chỉ tiêu BOD vƣợt ngƣỡng cho phép từ 3 đến 13 lần; chỉ tiêu COD vƣợt ngƣỡng cho phép từ 2 đến 8 lần. Điều này dẫn đến hiện tƣợng phú dƣỡng ở các thủy vực do hàm lƣợng chất dinh dƣỡng vƣợt quá khả năng tự làm sạch của thủy vực. Bảng 1.5. Kết quả phân tích nước thải sau bioga ở tỉnh Hà Tây (cũ) năm 2010 1.2. STT COD (mg/l) BOD5 (mg/l) 1 416 272 2 176 128 3 304 184 4 384 240 5 320 240 6 400 280 7 1280 660 8 520 338 9 880 540 QCVN 40-2011/BTNMT (loại B) BOD5: 50 mg/l COD: 150 mg/l Tình hình sử dụng rơm rạ trong nước và trên thế giới 1.2.1. Tình hình sử dụng rơm rạ trên thế giới Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Mỹ - USDA (2010), dự báo sản lƣợng lúa gạo toàn cầu niên vụ 2011/12 đạt 465,4 triệu tấn, tăng 2,65 triệu tấn. Khối lƣợng rơm 12 rạ tỉ lệ với sản lƣợng lúa gạo toàn cầu. Trung bình một tấn lúa cho ra 1,2 tấn rơm rạ khô, nhƣ vậy với sản lƣợng lúa nhƣ hiện nay, riêng lƣợng rơm rạ có thể thu gom đƣợc khoảng trên 558 triệu tấn rơm rạ mỗi năm. Hình 1.2. Sản lượng và diện tích thu hoạch lúa gạo toàn cầu năm 2000 – 2011 Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là đối với rơm rạ. Một số nghiên cứu trên thế giới về sử dụng rơm rạ:  Vùi rơm rạ vào trong đất Rơm rạ là nguồn cung cấp hữu cơ quan trọng cho đất, cung cấp lƣợng lƣu huỳnh, lân, kali, silic, kẽm và các chất khác cho cây trồng. Cây trồng hấp thu đƣợc khoảng 40 – 45% lƣợng lƣu huỳnh và lân trong rơm rạ khi vùi vào đất (Butchaiah Gadde và cộng sự, 2009). Khi vùi rơm rạ vào đất với lƣợng 5 tấn/ha sẽ làm thay đổi hàm lƣợng cacbon trong đất, thay đổi từ 5,2 – 5,5 g/kg đất. Hàm lƣợng lân và kali dễ tiêu cũng có chiều hƣớng thay đổi tƣơng ứng từ 33,45 – 38,79 kg/ha và 154,90 – 158,83kg/ha (Gangwar K.S và cộng sự, 2005). Dinh dƣỡng trong rơm rạ trung bình chứa khoảng 0,6% N, 0,1% P, 0,1% S, 1,5% K, 5% Si và 40% C,... (Ponnamperruma, 1984). 13