Tài liệu Tiểu luận ứng dụng công nghệ sinh thái trong xử lí chất thải hữu cơ nông nghiệp trồng trọt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH THÁI TRONG XỬ LÍ CHẤT THẢI HỬU CƠ NÔNG NGHIỆP TRỒNG TRỌT GVHD: TS. LÊ QUỐC TUẤN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Nam Nguyễn Thị Linh Thảo Nguyễn Thị Xuân Đạt Lâm Thị Thu Thác Nguyễn Thị Thu Huyền MSSV 11157199 12149428 12149018 14163243 12149244 TP. HCM, tháng 11 năm 2015 1 MỤC LỤC I. ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................3 II. NỘI DUNG...................................................................................................................3 II.1. Tổng quan về công nghệ sinh thái...........................................................................3 II.1.1. Khái niệm...............................................................................................................3 II.1.2. Quá trình hình thành và phát triển......................................................................4 II.1.3. Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ sinh thái hiện nay...................................4 II.1.3.1. Công nghệ sinh thái trong nông nghiệp.............................................................4 II.1.3.2. Công nghệ sinh thái bảo vệ môi trường............................................................5 II.1.3.3. Công nghệ sinh thái trong năng lượng..............................................................6 II.1.3.4. Các hoạt động khác của công nghệ sinh thái hiện nay.....................................7 II.2 Tổng quan về chất thải hữu cơ nông nghiệp............................................................7 II.2.1. Khái niệm và nguồn gốc........................................................................................7 II.2.2. Thành phần của chất thải hữu cơ.........................................................................8 II.2.3. Hiêṇ trạng chất thải hữu cơ ơ Viêṭ Nam..............................................................8 II.2.4. Tác đô ̣ng của chất thải hữu cơ............................................................................12 II.2.4.1. Tác đô ̣ng đên môi trường.................................................................................12 II.2.4.2. Anh hương đên con người................................................................................13 II.2.5. Hiêṇ trạng xư ll chất thải hữu cơ nông nghiệp ơ Viêṭ Nam và thê giii...........13 II.2.5.1. Viêṭ Nam............................................................................................................13 II.2.5.2. Thê giii..............................................................................................................16 II.3. Ứng dụng công nghệ sinh thái trong xư lí chất thải hữu cơ nông nghiệp trong trồng trọt......................................................................................................................... 18 II.3.1. Sư dụng chê phẩm sinh học biên rơm rạ thành phân bón hữu cơ...................18 II.3.1.1. Chê phẩm sinh học FITO-BIOMIX-RR.........................................................19 II.3.1.2. Ứng Dụng Chê Phẩm Sinh Học (Nấm Trichoderma).....................................22 II.3.2. Sản xuất ethanol từ rơm rạ.................................................................................27 II.3.2.1. Các loại của tiền xư ll:.....................................................................................29 II.3.2.2. Thủy phân bơi enzim:.......................................................................................38 II.3.3. Sản xuất ethanol từ bã mía..................................................................................41 1 II.3.3.1. Giii thiệu về bã mía..........................................................................................41 II.3.3.2. Nguồn bã mía ơ Việt Nam................................................................................42 II.3.3.3. Quy trình sản xuất ethanol...............................................................................43 II.4. Lợi ích nông nghiệp, môi trường và kinh tê xã hội..............................................45 II.4.1. Nông nghiệp..........................................................................................................45 II.4.2. Môi trường...........................................................................................................46 II.4.3. Kinh tê và xã hội..................................................................................................46 III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................47 III.1. Kêt luận.................................................................................................................. 47 III.2 Kiên nghị.................................................................................................................47 TÀI LIỆU THAM KHAO..............................................................................................48 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế quan trọng và phức tạp. Nó không chỉ là một ngành kinh tế đơn thuần mà còn là hệ thống sinh học – kỹ thuật, bởi vì một mặt cơ sở để phát triển nông nghiệp là việc sử dụng tiềm năng sinh học – cây trồng, vật nuôi. Nông nghiệp đã chuyển mạnh sang cơ cấu sản xuất hiệu quả hơn và đạt tốc độ tăng trưởng khá cao, an ninh lương thực được bảo đảm. Cơ cấu hộ nông dân theo ngành nghề đang chuyển dịch theo hướng tăng dần số lượng và tỷ trọng nhóm các hộ tham gia sản xuất phi nông nghiệp như công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ. Tỷ trọng phát triển ngành nghề công nghiệp, dịch vụ tăng lên rõ rệt, góp phần tạo việc làm, tăng thu nhập, xóa đói, giảm nghèo cho nông dân. Song song với sự chuyển biến tích cực, nông thôn Việt Nam vẫn còn bộc lộ những hạn chế, yếu kém: phát triển thiếu quy hoạch, tự phát những hạn chế, yếu kém này kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường nông thôn. Một trong những nguyên nhân chính của ô nhiễm môi trường nông thôn là do CTR từ hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi, sự lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón trong sản xuất nông nghiệp, CTR từ hoạt động làng nghề và rác thải từ sinh hoạt. Trong đó, nông nghiệp làm phát sinh một lượng lớn chất thải hửu cơ, từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như: trồng trọt (thực vật chết, tỉa cành, làm cỏ...), thu hoạch nông sản (rơm, rạ, trấu, cám, lõi ngô, thân ngô)… Chất thải nông nghiệp nếu không được xử lý sẽ gây ra ô nhiễm môi trường không khí, môi trường đất, nước, làm mất vẻ mỹ quan , gây nhiều bệnh tật, tác động xấu đến sức khỏe con người, môi trường, đánh mất một nguồn lợi lớn về kinh tế. II. NỘI DUNG II.1. Tổng quan về công nghệ sinh thái II.1.1. Khái niệm Công nghệ sinh thái là sự kết hợp các quy luật sinh thái và công nghệ để giải quyết các vấn đề của môi trường như điều tra ô nhiễm, cải tạo ô nhiễm, xử lý chất thải. 3 Có thể định nghĩa theo cách khác: “Công nghệ sinh thái là các thiết kế dùng cho xử lý chất thải, kiểm soát xói mòn, phục hồi sinh thái và nhiều ứng dụng khác nhằm hướng tới sự phát triển bền vững”. II.1.2. Quá trình hình thành và phát triển Công nghệ sinh thái bắt đầu từ những năm 1960, xuất phát từ việc nghiên cứu các quá trình làm sạch môi trường. Ứng dụng các sinh vật trong xử lý nước thải, chất thải và phục hồi các nguồn tài nguyên đất và tài nguyên nước. HT Odum là người đi đầu trong kỹ thuật sinh thái để ứng dụng cho các mục tiêu. Ông tiến hành các thí nghiệm thiết kế hệ sinh thái lớn tại Port Aranasa, Texa (HT Odum, 1963), thành phốMorehead, Bắc Carolina (HT Odum, 1985, 1989) và Gainesville, Florida (Ewel và HTOdum, 1984). Hiện nay người ta sử dụng các hệ sinh thái tự nhiên để tái tạo tài nguyên; sử dụng hệ sinh thái nhân tạo để xử lý nguồn nước, đất và không khí; phục hồi tài nguyên đất, tài nguyên thực vật cho vùng nông thôn; kiến tạo cảnh quan đô thị. Các hệ sinh thái được ứng dụng hiệu quả trong vệc đóng kín các chu trình sinh địa hóa. II.1.3. Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ sinh thái hiện nay Tuy là lĩnh vực khá mới nhưng sự phát triển và ứng dụng của công nghệ sinh thái rất đáng kể, bao gồm nông nghiệp; công nghiệp; xử lý nước cấp, nước thải, chất thải, khí thải; xử lý kim loại nặng, chất hữu cơ; sử dụng năng lượng; phục hồi tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên rừng… II.1.3.1. Công nghệ sinh thái trong nông nghiệp “Công nghệ sinh thái” là thiết kế lại hệ thống ruộng lúa sao cho đa dạng hóa về thực vật (Flora) và động vật (Fauna). Hay nói cách khác là làm cho các loài trong hệ sinh thái ruộng lúa được phong phú. Từ đó tạo được chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn trong sự biến động nhưng cân bằng còn được gọi là dịch vụ sinh thái (Ecological Services). Từ dịch vụ sinh thái này các thiên địch sẽ tấn công các loài sâu hại và giữ mật số của dịch hại ở mức thấp nhất không gây ra sự mất mát năng suất và chúng ta không cần phải xử lý thuốc trừ sâu. 4 Trồng các loại hoa có phấn hoa và mật hoa trên các bờ ruộng thì các loài thiên địch ở giai đoạn trưởng thành cần ăn thêm mật và phấn hoa để bổ sung năng lượng cho sự sinh sản. Do đó, nếu trên bờ ruộng hay các cây trồng khác xung quanh có nhiều hoa với lượng mật và phấn hoa dồi dào sẽ thu hút chúng đến ăn và rồi cư ngụ ngay trong ruộng lúa để tấn công các loại sâu rầy. Công việc này được hiểu như kiến thiết lại đồng ruộng, đảm bảo được môi trường tự nhiên hay còn được gọi là “Công nghệ sinh thái”(Ecological Engineering).Có nhiều loài cây nhỏ có nhiều hoa và hoa phát triển quanh năm sẽ thu hút nhiều côn trùng có ích. Chúng có thể trồng dễ dàng trên bờ ruộng, ít phải chăm sóc. Những lợi ích mà công nghệ sinh thái mang lại:  Thu hút Ong mật và Ong ký sinh đến bảo vệ ruộng lúa  Giảm chi phí thuốc trừ sâu  Tăng lợi nhuận  Tạo nguồn nguyên, nhiên liệu sạch II.1.3.2. Công nghệ sinh thái bảo vệ môi trường Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, loài người phải bắt đầu tìm cách giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường bằng các biện pháp khác nhau. Trong đó, các biện pháp công nghệ thái học ngày càng tỏ ra ưu việt hơn so với các biện pháp khác. Nói chung, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường được giải quyết theo ba hướng sau:  Phân hủy các độc chất vô cơ và hữu cơ; phục hồi các chu trình trao đổi chất của C, N, P và S trong tự nhiên; thu nhận các sản phẩm có giá trị ở dạng nhiên liệu hoặc các hợp chất hữu cơ.  Xử lý chất thải, như: xử lý sinh học hiếu khí, xử lý bằng lên men phân hủy yếm khí.  Thu nhận các chất có ích từ lên men yếm khí, như: xử lý các dạng nước thải khác nhau và tái sử dụng chúng để phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng.  Xử lý các chất thải công nghiệp như: xử lý chất thải công nghiệp chế biến sữa, xử lý chất thải công nghiệp dệt. 5  Dùng vi sinh vật để khả năng ăn dầu để xử lí các sự cố tràn dầu hay ô nhiễm dầu. II.1.3.3. Công nghệ sinh thái trong năng lượng Như chúng ta đã biết, năng lượng có vai trò rất quan trọng trong đời sống, sinh hoạt và sản xuất của con người. Mọi hoạt động từ nấu ăn, đun nước thường ngày cho đến các hoạt động sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp bắt buộc phải có năng lượng mà chủ yếu là xăng, dầu, gas…đều có nguồn gốc từ năng lượng hóa thạch. Việc sử dụng năng lượng hóa thạch đã mang lại những thay đổi to lớn trong xã hội loài người, nâng cao trình độ phát triển của xã hội, đem lại cuộc sống ấm no hơn. Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây nên sự tàn phá môi trường, khan hiếm các nguồn tài nguyên, biến đổi khí hậu…, đang đặt con người trước những thách thức của sự phát triển. Trước những thách thức này, người ta nhận thấy rằng việc ứng dụng công nghệ sinh thái vào năng lượng là chìa khóa để giải quyết vấn đề, vượt qua các trở ngại của quy luật phát triển. Công nghệ sinh thái sẽ giúp chúng ta khắc phục các nhược điểm của nhiên liệu hóa thạch đó là việc thải ra CO2 một loại khí gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu toàn cầu. Ngoài ra năng lượng hóa thạch không phải là nguồn tài nguyên vô tận, đến một lúc nào đó chúng sẽ bị cạn kiệt, do vậy con người không thể trông đợi mãi vào chúng mà phải tìm ra được nguồn năng lượng mới an toàn hơn, thân thiện hơn để thay thế, mà công nghệ sinh thái có thể giúp chúng ta việc này. Vai trò của công nghệ sinh thái trong năng lượng  Nghiên cứu tạo ra nguồn năng lượng mới, an toàn, thân thiện với môi trường  Khắc phục hậu quả môi trường của việc khai thác và sử dụng năng lượng hiện nay II.1.3.4. Các hoạt động khác của công nghệ sinh thái hiện nay  Công nghệ sạch: liên quan đến sự thay dổi quy trình sản xuất, thay đổi công nghệ và thay đổi nguyên liệu đầu vào. 6  Công nghệ phân hủy sinh học: dùng các cơ thể sống phân hủy các chất độc thành các chất không độc như nước, khí CO2 và các vật liệu khác. Bao gồm công nghệ kích thích sinh học: bổ sung chất dinh dưỡng để kích thích sự sinh trưởng của các vi sinh vật phân hủy chất thải có sẵn trong môi trường, công nghệ bổ sung vi sinh vật vào môi trường để phân hủy chất ô nhiễm, công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại và các chất ô nhiễm khác bằng thực vật và nấm.  Dự phòng môi trường: phát triển các thiết bị dò và theo dõi môi trường, đặc biệt dò nước và khí thải công nghiệp trước khi giải phóng ra môi trường.  Sử dụng các hệ sinh thái tự nhiên để tái tạo tài nguyên  Hệ sinh thái nhân tạo để xử lí nước, đất, không khí  Kiến tạo cảnh quan đô thị, phục hồi tài nguyên đất, tài nguyên thực vật cho vùng nông thôn II.2 Tổng quan về chất thải hữu cơ nông nghiệp II.2.1. Khái niệm và nguồn gốc Chất thải rắn hữu cơ là các chất thải có chứa các hợp chất hữu cơ(C, H, N, S, P) có khả năng dễ dàng phân hủy sinh học (phân hủy trong điều kiện tự nhiên.) VD: rau quả, cơm thừa… hay nói một cách đơn giản: Chất thải rắn hữu cơ là rác thải có nguồn gốc từ sinh vật (thực vật, động vật). Chúng có “tuổi thọ” thấp nhất, tồn tại trong môi trường với thời gian ngắn rồi biến mất. Chất thải rắn hữu cơ trong nông nghiệp là các chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như:  Trồng trọt: gieo cấy, thực vật chết, rơm rạ, vỏ nông sản sau thu hoạch, lá cành qua cắt tỉa, xác bã sau chế biến…  Chăn nuôi: chăm sóc gia súc gia cầm, vệ sinh chuồng trại, các hoạt động giết mổ, phân gia súc gia cầm... 7  Các loại rác thải của vùng nguyên liệu công nghiệp, như: vỏ hạt cà phê, vỏ lạc, bã mía, v.v...  Phế liệu nhà máy giấy, nhà máy sợi  Phế thải của làng nghề chế biến tinh bột Về mặt hóa học, các rác hữu cơ ấy chứa các phân tử lớn mà tuỳ theo loại rác có thể giàu polysaccarit, protein, lipit, hoặc hỗn hợp của chúng, v.v.... II.2.2. Thành phần của chất thải hữu cơ Các thành phần của rác thải hửu cơ, tất cả, đều là từ xác động vật, thực vật hoặc các bộ phận của chúng. Do vậy, rác thải hửu cơ cũng có thành phần hóa học như thành phần cơ thể sống, trong đó các nhóm chất quan trọng (về lượng) là cacbonhydrat, protein và lipit. Tất cả chúng đều là những phần tử lớn (polime) gồm nhiều gốc liên kết với nhau. Cacbonhydrat có thành phần tỷ lệ lớn trong sinh khối rác thải hửu cơ. Những nhóm chính của cacbonhydrat gồm: xenluloza, hemixenluloza, lignin, pectin và tinh bột. II.2.3. Hiêṇ trạng chất thải hữu cơ ơ Viêṭ Nam. Tổng quan Nông nghiệp chiếm một tỉ trọng khá lớn trong nền kinh tế nước ta. Không chỉ cung cấp lương thực cho quốc nội mà còn xuất khẩu một lượng lớn sáng nước ngoải: Sản lượng nông nghiệp năm 2014: Trồng trọt Sản phẩm Lúa gạo Rau Chè Cà phê Chăn nuôi Sản lượng (nghìn tấn) 45000 147,4 132,1 641,7 Sản phẩm Thịt trâu Thịt bò Thịt heo Thịt gia cầm Sản lượng ( nghìn tấn) 86,9 292,9 3400 875 8 Qua đó ta có thể thấy sản lượng các sản phẩm tạo ra từ hoạt độn sản xuất nông nghiệp là vô cùng lớn, ước tính tổng giá trị lên tới 830 nghìn tỉ đồng đem lại nguồn tài chính dồi dào cho nền kinh tế. Tuy nhiên qua quá trình sản xuất chế biến một phần lớn các phụ phẩm (rơm, rạ, chất thải gia súc gia cầm, thực vật chết) đều không được xử lí triệt để hoặc xử lí sơ xài gây ra lãng phí một nguồn tài nguyên năng lượng đáng kể mà còn gây ô nhiễm môi trường.. Nếu như không xử lí triệt để tương lai cho dù tạo ra bao nhiêu sản phẩm, giá trị có lớn như thế nào thì so với chi phí chi ra để khắc phục hậu quả ô nhiễm môi trường hay việc lãng phí một nuồn nguyên liệu lớn cũng như muối bỏ biển mà thôi. Trồng trọt Trong nông nghiệp trồng trọt có quy mô lớn nhất cũng như tạo ra lượng chất thải và phụ phẩm nông nghiệp phát sinh chim đa số trong chất thải nông nghiệp. Sau đây chúng ta cùng nhìn hiện trạng này thông qua hai ví dụ tiêu biểu: Lúa nưic: là loại cây lương thực chính ở nước ta với khoảng 7, 5 triệu hecta đất trồng lúa mỗi năm tạo ra lượng rơm thải lêm tới 76 triệu tấn. Tuy nhiên lượng rơm thải này hiện nay không được tính toán trong thống kê lượng chất thải phát sinh ở địa phương cũng như trên toàn quốc.bên cạnh đó còn có các phụ phầm khác như vỏ trấu, thực vật chết… Đối với rơm rạ một phần nhỏ thường được sử dụng làm thức ăn cho gia súc hay phân bón, tuy nhiên phần còn lại thường đem đi đốt bỏ ngay tại ruộng. Hiện tượng này ngày càng phổ biến không chỉ ở những vùng quê Bắc Bộ: Hưng Yên, Nam Định, Thái Bình...mà còn cả ở Đồng Bằng sông Cửu Long vựa lúa lớn nhất nước. Nguyên nhân chủ yếu là do ngày nay việc xuất hiện cụng những loại chất đốt nhứ khí gas hay than đã thay thế rơm rạ cho nên phần rơm rạ dư được xử lí sơ xài bằng cách đốt hay thậm chí vứt trực tiếp vào kênh rạch đường xá. Quá trình đốt này rất nguy hiểm bởi chúng tạo ra các loại khí như CO, CO2, NOX, SO2 và một số khí độc hại. Khi không cháy hết chúng tạo ra khí 9 Anđêhit và bụi mịn, đặc biệt vào những ngày nắng nóng chúng kết hợp với lớp không khí sát mặc đất tạo nên khói mù. Hiện nay một số công nghệ nhằm tái sử dụng phụ phẩm của cây lúa đang được áp dụng:  Dùng rơm làm môi trường trồng nấm  Ủ rơm làm thức ăn cho gia súc  Xử lí rơm làm phân bón  Dùng vỏ trấu đốt lò hơi Hình: ứng dụng của rơm rạ. Mía đường: là loại cây công nghiệp quan trọng ở nước ta, Mỗi năm nước ta sản xuất gần 2 triệu tấn mía đường song song đó lượng phụ phẩm từ quá trình này cũng vô cùng to lớn. Tính riêng ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long: Lá mía phế thải (2.47 triệu tấn/ năm), Bã mía (1, 42 triệu tấn/năm). Với số lượng lớn chất thải sau sản xuất như vậy nhưng thực tế là hiện nay phần lớn các nhà máy đều không có nơi chứ hay phương pháp xử lí bã mía sau sản xuất hay có chăng cũng chỉ là nơi chứa rất nhỏ. Phương pháp thường được lựa chọn là đổ trực tiếp ra 10 ngoài môi trường xung quanh hay để chúng tự phân hủy. Điểu này gây tác hại rấ lớn không chỉ gây ô nhiễm môi trường xung quanh mà còn phí phạm một nguồn tài nguyên bã mía rất lớn Như vậy với cách làm hiện nay vô hình chung đã lãng phí một nguồn nguyên liệu vô cùng lớn khi mà bã mía có rất nhiều ứng dụng:  Chất đốt cung cấp nhiệp cho nhà máy điện lò lơi  Sản xuất bột giấy  Đệm lót chuồng trại  Vật liệu lọc nước  Ủ lên men làm thức ăn gia súc phân bón  Giá thể trồng nấm mèo, linh chi Chăn nuôi: Chăn nuôi ở nước ta đang là một trong những ngành có bước phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu lương thực trong nước cũng như xuất khẩu. Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2014 đàn lơn nước ta có khoảng 26, 76 triệu con, đàn trâu bò khỏang 7, 75 triệu con, đàn gia cầm khoảng 327, 69 triệu con. Tính theo số đầu gia súc này lượng chất thải hàng năm là 76 triệu tấn Tuy nhiên với số lượng chất thải khổng lồ như vậy chỉ có khoảng từ 40-70% là được xử lí còn lại là thải trực tiếp ra sông hồ, kênh rạch. Nguyên nhân là đặc điểm nển nông nghiệp nước ta tuy phát triển nhưng phần là chăn nuôi theo hộ gia đình có quy mô nhỏ thường xây dựng gần khu dân cư do đó không những không có nơi nhằm xủ lí chất thải mà còn tang nguy cơ ô nhiễm cho người dân xung quanh. Còn với các trang trại chăn nuôi tuy được xây dựng xa khu dân cư nhưng biện pháp xử kí thường là chôn lấp do thiếu kinh phí công nghệ. Hiện nay những biện pháp chủ yếu được người nông thôn chọn giải quyết là: Xử kí bằng công nghệ khí sinh học (biogas), Ủ làm phân bón cho cây trồng nhưng cũng chỉ 11 được áp dụng ờ một vài địa phương nhất định mà chưa có một chương trình cụ thể cho toàn quốc. II.2.4. Tác đô ̣ng của chất thải hữu cơ. II.2.4.1. Tác đô ̣ng đên môi trường. Hiện nay nước ta chưa có một quy trình xử lí chất thải nông nghiệp cụ thể nào do thiếu thốn về phương tiện kĩ thuật, nhân lực. Biện pháp thường được chọn để giải quyết là chôn lấp và đốt bỏ điều này đã gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường:  Không khí: - Do việc xử lí bằng đốt bỏ đã thải vào môi trường các loại khí như CO, CO2 khói và tro bụi tang lên nhanh chóng góp phần tạo hiện tượng nóng lên toàn cầu. - Khi vân chuyển và lưu giữ các chất thải sẽ phát sinh mùi do quá trình phân hủy như NH3, H2S, Phenol, Cl2…gây ô nhiễm không khí. Bên cạnh đó là mùi hôi thối của chất thải động vật từ các cơ sở chăn nuôi gần khu dân cư cũng làm ô nhiễm không khí  Nước: Việc xử lí chất thải bằng cách đổ trực tiếp vào sông hồ gây ô nhiễm nước, là tắc nghẽn đường nước lưu thông, giảm diện tích tiếp xúc của nước với không khí dẫn tới giảm DO trong nước. Chất thải hữu cơ phân hủy gây mùi hôi thối, gây phú dưỡng hóa làm hệ thủy sinh suy yếu.  Tại tỉnh Hà Nam: Nước thải chăn nuôi mang theo chất thải rắn chảy ra ao hồ của thôn đã khiến 100% diện tích ao hồ bị ô nhiễm không sử dụng được,gần 28% ao hồ bị phú dưỡng hóa.  Đất đai: Trong hoạt đông nông nghiệp việc phun thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật đã dân tới ô nhiễm môi trường đất, trong đất tồn tại lượng lớn chất hóa học gây chết hệ vi sinh vật dưới đất tạo điều kiện cho nấm và sâu bệnh hại phát triển gây bệnh cho cây. 12 II.2.4.2. Anh hương đên con người. Ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí gây tác động không nhỏ đến sức khỏe và điều kiên sống của người dân:  Việc các hộ chăn nuôi gần khu dân cư khiến mùi hôi thối từ các chất thài do những hộ này phát gây ảnh hưởng tới chất lượng sống cùa họ. Trong một điều tra tại Thái Nguyên với 113 hộ gia đình chăn nuôi 20 con lợn trở lên thì 50% các hộ có nhà xây gần chuồng hoặc gần giếng nước gần chồng lợn thì tỷ lệ nhiễm giun đũa, giun tóc, giun móc, trứng giun của người chăn nuôi cao gấp hai lần so với người chăn nuôi , và có sự tương quan tỉ lệ thuận giữa tỉ lệ nhiễm ký sinh trùng đường rột với ký si trùng trong đất.( Đại học Y khoa Thái Nguyên,2008).  Các chất thải hữu cơ khó phân hủy tồn dư trong đất do chôn lấp có khả năng tích lũy trong nông sản, ttrong mô tế bào động vật có thể gây hàng loạt bệnh nguy hiểm cho con người như vô sinh quái thai, dị tật, tim mạch, thần kinh, ung thư và có thể di chứng cho thế hệ sau.  Ô nhiểm không khí do khói bụi từ việc đốt rác thải nông nghiệp gây các bênh về viêm đường hô hấp hay thậm chí là ung thư phổi  Chưa có một số liệu cụ thể nhưng nếu xem lượng chất thải nông nghiệp là những nguồn năng lượng, nguyên liệu đáng lẽ có thể tái chế nhằm sử dụng cho các hoạt động khác thì mỗi năm thiệt hại kinh tế của chúng ta là không hề nhỏ. II.2.5. Hiêṇ trạng xư ll chất thải hữu cơ nông nghiệp ơ Viêṭ Nam và thê giii. II.2.5.1. Viêṭ Nam. Các quá trình xử lý sinh học rác hữu cơ do con người thực hiện chính là sự bắt chước những gì diễn ra trong tự nhiên. Nói cách khác, xử lý sinh học rác thải hữu cơ dựa vào hoạt động phân huỷ của vi sinh vật nhằm phân hủy chất hữu cơ của rác. Các biện pháp: 13 Ủ đống (composting) Đây là hình thức xử lý được coi là đơn giản nhất và với quy mô nhỏ nhất. Rác được ủ thành đống hoặc luống, nổi trên mặt đất hoặc chìm dưới hố, hoặc nửa nôỉ nửa chìm. Đống ủ có thể được trát kín bằng bùn. Trong trường hợp này, suốt quá trình ủ, oxy sẽ được tiêu thụ dần đến hết, và điều kiện chuyển từ hiếu khí sang kị khí; nhiệt độ có thể tăng lên đến 60-70oC. Nếu đống ủ không được trát kín, nó cũng có thể được đảo xới định kỳ để được cung cấp oxy vào bên trong. Hình thức ủ đóng có thể được áp dụng không những với rác thải sinh hoạt mà còn với rác thải sản xuất của làng nghề, loại giàu tinh bột (chế biến sắn, làm bún, miến, v.v...), với phế thải công nghiệp: công nghiệp cà phê (vỏ hạt cà phê), công nghiệp đường (bã thân cây mía), công nghiệp giấy (phế liệu từ thực vật), phế thải nông nghiệp (rơm, rạ), và với phế thải chăn nuôi (phân và nước tiểu gia súc và gia cầm). Thời gian ủ dài hay ngắn là tuỳ thuộc vào quy mô đống ủ, tuỳ nguyên liệu ủ và điều kiện hiếu khí hay kị khí. Có thể kết hợp một giai đoạn hiếu khí với một giai đoạn kị khí. Sản phẩm của sự ủ đống được gọi là phân ủ (compost), cũng giống như của quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong tự nhiên, là hỗn hợp của các chất hữu cơ đơn giản (các sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp) và các chất vô cơ. Hỗn hợp này tương đương với mùn trong tự nhiên, vì thế có thể được dùng làm phân bón hữu cơ, dùng cho trồng trọt. Khi bón vào đất, chúng được các nhóm vi sinh vật đất phân huỷ tiếp tới các chất vô cơ mà cây hấp thụ được. Trong quá trình ủ đống nói trên, nếu đảm bão giữ được nhiệt sinh ra (tới 60-70oC) thì hầu hết vi sinh vật gây bệnh (vốn không sinh bào tử), và cả trứng giun, sán bị giết chết, nên phân ủ nói chung không đáng lo ngại về mặt vệ sinh. Trong một số trường hợp, để tăng cường quá trình phân huỷ trong đống ủ, người ta bổ sung các chế phẩm vi sinh vật gồm các tế bào sống đã được lựa chọn. Đó có thể là chế 14 phẩm đơn chủng, hoặc đa chủng có những hoạt tính mong muốn, ví dụ phân huỷ một loại chất nhất định, ở điều kiện hiếu khí, hay kị khí, hoặc vi hiếu khí. Hình: Quy trình ủ rơm rạ. Một số chủng đã được dùng làm chế phẩm là thuộc các chi Cellulomonas, Trichoderma, Aspergillus, và Penicillium. Tại Viện Công nghệ môi trường (Viện KH - CN Việt Nam) đã nghiên cứu và sản xuất thành công, một loại chế phẩm vi sinh mới dùng để xử lý phế thải hữu cơ thành phân bón hữu cơ: Cụ thể, Viện đã phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật ưa nhiệt bao gồm 30 chủng xạ khuẩn ưa nhiệt thuộc nhóm xạ khuẩn Streptomyces và 20 chủng vi khuẩn ưa nhiệt thuộc giống Bacillus. Các xạ khuẩn và vi khuẩn này có ưu điểm là sinh enzym (men)có tác dụng phân hủy mạnh các chất hữu cơ trong chất thải như rác thải sinh hoạt, rơm rạ, bả rong riềng than bùn, phân gia súc, gia cầm… ở nhiệt độ cao (từ 50 - 60 độ C trở lên) thành phân bón hữu cơ.Trong một gam chế phẩm có chứa hàng chục tỷ tế bào vi sinh vật hữu hiệu. Tất cả các chủng vi sinh vật tuyển chọn dùng để sản xuất các chế phẩm vi sinh vật đều đã được nghiên cứu kỹ các đặc điểm sinh học để khẳng định được chúng không độc hại cho con người, vật nuôi và môi trường. Sau khi xử lý phế thải bằng vi sinh vật đã tạo ra được sản phẩm phân hữu cơ sạch, an toàn. Các loại rau, củ, quả như cà chua, cà rốt, bắp cải, đậu tương sinh trưởng nhanh, năng suất cao, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt hơn (so với cây trồng đối chứng chỉ bón đơn thuần bằng phân hóa học hoặc phân tươi không qua ủ), không có ký sinh trùng gây bệnh như giun, sán… Sản xuất nhiên liệu từ trấu: than trấu, củi trấu là lựa chọn tối ưu để thay thế nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt ở nước SX nông nghiệp như Việt Nam. Làm nguyên liệu sản xuất than tổ ong: thành phần có 60% chất thải hữu cơ từ làng nghề và 40% than cám thông thường. Than hữu cơ đã cháy hết có thể tái tạo sử dụng làm phân bón. II.2.5.2. Thê giii. Sản xuất điện năng từ rơm: 15 Các nhà nghiên cứu đã phát triển một nhà máy khí sinh học chưa từng có chạy hoàn toàn bằng phế thải nông nghiệp: Rơm. Nhà máy sẽ sản xuất ra nhiều khí sinh học hơn 30% so với những nhà máy trước đây. Viện công nghệ gốm sứ và hệ thống IKTS tại Dresden (CHLB Đức) đã triển khai một nhà máy khí sinh học chưa từng có. “Tại nhà máy thử nghiệm của chúng tôi, chúng tôi chỉ dùng phế liệu của nông nghiệp là lõi ngô và rơm lúa mì mà không dùng đến hạt. Bằng nguồn nguyên liệu ít giá trị này chúng tôi đã sản xuất được khí sinh học với hiệu suất cao hơn các công nghệ truyền thống tới 30%” – Michael Steller. Chủ nhiệm khoa IKTS nói. Hình: Nguyên liệu rơm hoặc lõi ngô. Thời gian để phân huỷ phế liệu (quá trình ủ) tại nhà máy có thể giảm từ 50 đến 70%. Sinh khối thường lưu giữ trong các thiết bị lên men để tạo ra khí sinh học trong 80 ngày. Nhờ tìm ra được phương pháp tiền xử lý, việc ủ trong các nhà máy thử nghiệm của nhóm các nhà khoa học nói trên chỉ mất 30 ngày. “Lõi ngô (hoặc rơm) chứa xenlulôz không bị lên men trực tiếp. Nhưng tại nhà máy của chúng tôi, xenlulôz bị men phân huỷ trước khi ủ”. Steller giải thích. 16 Các nhà nghiên cứu cũng tối ưu hoá được quy trình chuyển hoá khí sinh học thành điện năng, Họ chuyển khí đến một pin nhiên liệu nhiệt độ cao với hiệu suất chuyển hoá thành điện năng lên tới 40 đến 55%. Trong khi đó, các động cơ khí thường dùng cho mục đích này chỉ thực hiện được hiệu suất trung bình 38% vì nhiệt rất khó chuyển hoá thành điện năng. Ngoài ra, vì pin nhiên liệu vận hành ở 850 độ C, nên có thể tận dụng trực tiếp nhiệt năng để làm nóng hoặc cung cấp cho mạng lưới sưởi ấm tại các thành phố. Nếu cộng gộp cả hiệu suất điện và nhiệt, thì pin nhiên liệu sẽ đạt được hiệu suất chung lên tới 85%, trong khi hiệu suất như vừa nói của động cơ đôt thông thường không vượt dược quá 38%. Nhà máy thử nghiệm có công suất 1,5 kilowatt, đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của một hộ gia đình. Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày quan niệm và kết quả nghiên cứu đầy triển vọng của họ tại Hội chợ Hanover tổ chức từ 20 đến 24 Tháng Tư năm nay. Giai đoạn kế tiếp của Dự án, theo các nhà khoa học là phối hợp với các đối tác công nghiệp để nâng quy mô thử nghiệm lên công suất 2 megawatt. II.3. Ứng dụng công nghệ sinh thái trong xư lí chất thải hữu cơ nông nghiệp trong trồng trọt. II.3.1. Sư dụng chê phẩm sinh học biên rơm rạ thành phân bón hữu cơ. Hình: rơm rạ đốt trên đồng ruộng. Theo phân tích, thành phần hóa học của rơm rạ tính theo khối lượng khô gồm xenluloza, đạm hữu cơ, chất béo. Nếu tính theo nguyên tố thì carbon (C) chiếm 44%, 17 hyđrô (H)- 5%. Oxygen (O)- 49%, N- khoảng 0,92%, và một lượng rất nhỏ photpho (P), lưu huỳnh (S), kali (K). Đó là điều gây cản trở việc sử dụng rơm, rạ một cách kinh tế. Đề góp phần giảm thiểu ô nhiễm sử dụng chế phẩm sinh học biến rơm rạ thành phân bón hữu cơ thử nghiệm thành công tại nhiều địa phương khác nhau (Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa, Hòa Bình, Hưng Yên, Hà Nội...) đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, được các chuyên gia nông nghiệp và bà con nông dân đánh giá cao. Như chúng ta biết, trong tự nhiên, tất cả các chất hữu cơ tự nhiên đều bị nhóm này hay nhóm khác của vi sinh vật phân huỷ, trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí. Chất hữu cơ càng phức tạp bao nhiêu thì sự phân huỷ nó càng phải trải qua nhiều giai đoạn, do nhiều nhóm vi sinh vật kế tiếp nhau phân huỷ, trước khi tới sản phẩm cuối cúng là các chất vô cơ. Tuỳ theo loại chất hữu cơ bị phân huỷ, các sản phẩm cuối cùng có thể là CO 2, CH4, H2O, NH3, NO2, H2S, v.v... Như vậy một sản phẩm của phản ứng phân huỷ nào đó có thể tích luỹ trong môi trường tự nhiên nơi nó được sinh ra, cũng như có thể được phân huỷ trong một phản ứng tiếp theo, nhờ một nhóm vi sinh vật khác. II.3.1.1. Chê phẩm sinh học FITO-BIOMIX-RR Thành phần lignocellulose trong rơm, rạ khó phân hủy sinh học. Chế phẩm có tên là Fito-Biomix RR, bao gồm các vi sinh vật hữu ích: nấm men, nấm mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn,…Chế phẩm Fito-Biomix RR là một hỗn hợp vi sinh vật xử lý rơm, rạ và vi sinh vật kháng bệnh cho cây trồng có mật độ ≥ 107 CFU/g, các nguyên tố khoáng, vi lượng… có tác dụng phân giải triệt để rơm, rạ sau thu hoạch thành phân bón hữu cơ vi sinh giàu dinh dưỡng phục vụ sản xuất nông nghiệp. Chế phẩm sinh học FITO-BIOMIX-RR được sử dụng phổ biến nhất do Công cổ phần công nghệ sinh học Hà Nội sản xuất đã được cấp Bằng đô ̣c quyền giải pháp hữu ích số HI-2010 của Cục Sở hữu trí tuê ̣ - Bô ̣ Khoa học và Công nghê ̣. o Chuẩn bị xử lý:  Xác định lượng rơm rạ cần xử lý. 18  Lựa chọn địa điểm ủ: Địa điểm ủ xử lý gần nguồn nguyên liệu (rơm rạ).  Thuận tiện và hợp lý với nguồn nước khi bảo quản xử lý theo quy mô hộ gia đình nên tập trung để tiện quản lý kỹ thuật  Chuẩn bị đủ lượng chế phẩm sinh học, phân hóa học bổ sung và một số vật tư cần thiết. o Quy trình biến rơm rạ thành phân bón hữu cơ được thực hiện thông qua các bước Hình: quy trình chuyển hóa rơm rạ thành phân. 19