nghiên cứu một số ứng dụng trong công nghệ sinh học trong cuộc sống

1

Phần I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Tính cấp thiết của vấn đề
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, điều kiện sinh thái
đa dạng, đất đai màu mỡ, nguồn lao động phong phú. Đây là điều kiện thuận
lợi để phát triển nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa với quy mô lớn.
Tuy nhiên nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn, rất đa dạng. Chương trình 1
triệu tấn đường đã để lại hàng chục vạn tấn bã mía, mùn mía và tàn dư phế
thải từ sản xuất, chế biến mía đường. Ngành chế biến xuất khẩu cà phê đã thải
ra môi trường trên 20 vạn tấn vỏ mỗi năm. Hàng năm trên đồng ruộng, nương
rẫy để lại hàng chục triệu tấn phế thải đó là rơm, rạ, lõi ngô, rau quả, thân lá
thực vật… Tất cả nguồn phế thải này một phần được đốt, một phần được xử
lý, phần còn lại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Tập quán đốt rơm rạ, lõi, thân cây ngô, rau quả… trên đồng ruộng
không những làm mất đi một lượng các chất dinh dưỡng của đất mà còn gây ô
nhiễm môi trường do khí độc hại, tro bụi phát tán vào không khí. Mặt khác
nước ta đang hướng sản xuất theo hướng nông nghiệp bền vững – nông
nghiệp hữu cơ là chính vì vậy nhu cầu phân bón hữu cơ ngày càng tăng cao.
Trong khi đó phân hữu cơ từ gia súc như: phân lợn, phân trâu, phân gia
cầm… không đủ cung cấp cho cây trồng.
Chính Lý là một xã thuộc huyện Lý Nhân của tỉnh Hà Nam, có truyền
thống lâu đời với nghề trồng lúa nước. Việc trồng lúa trên quy mô lớn mang
lại hiệu quả cao tuy nhiên song song với đó là lượng phế thải đồng ruộng tạo
ra rất lớn. Vì vậy việc điều tra số lượng, thành phần phế thải sau thu hoạch và
xử lý chúng là rất cần thiết. Nó không chỉ làm sạch đồng ruộng mà còn tạo ra
phân bón hữu cơ trả lại cho đất, giải quyết sự thiếu hụt phân bón hữu cơ hiện
nay, đồng thời giảm bớt chi phí phân bón cho người dân.

2

Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Điều
tra số lượng phế thải đồng ruộng và đánh giá hiệu quả của việc xử lý phế
thải bằng chế phẩm vi sinh vật tại xã Chính Lý, huyện Lý Nhân, tỉnh Hà
Nam”
1.2. Mục đích, yêu cầu
1.2.1.Mục đích
- Điều tra số lượng phế thải đồng ruộng tại xã Chính Lý, huyện Lý
Nhân, tỉnh Hà Nam
- Đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật xử lý tàn dư thực vật tại
địa phương
- Đề xuất một số biện pháp xử lý có hiệu quả phù hợp với đặc điểm của
địa phương
1.2.2.Yêu cầu
- Sử dụng phiếu điều tra để điều tra lượng phế thải đồng ruộng của xã
(90 phiếu)
- Các số liệu điều tra phải chính xác, trung thực, khoa học và phải được
xử lý chính xác
- Các giải pháp đưa ra phải đáp ứng được yêu cầu thực tế
- Tiến hành đống ủ có sử dụng chế phẩm vi sinh vật và phân tích các
chỉ tiêu đống ủ

3

Phần II:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1. Tổng quan về phế thải đồng ruộng
2.1.1. Khái niệm phế thải
2.1.1.1. Định nghĩa
Phế thải là sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trình hoạt động, sản
xuất và chế biến của con người
Phế thải có nhiều nguồn khác nhau:
- Rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị
- Tàn dư thực vật
- Phế thải do quá trình sản xuất, chế biến nông – công nghiệp
- Phế thải từ các nhà máy công nghiệp như: Nhà máy giấy, khai thác
chế biến than, nhà máy đường, nhà máy thuốc lá, nhà máy bia, nước giải khát,
các lò giết mổ, các nhà máy chế biến rau quả đồ hộp…
Phế thải rất đa dạng, nhưng xếp thành 3 nhóm chủ yếu sau: Phế thải
hữu cơ; Phế thải rắn; Phế thải lỏng [11]
2.1.1.2. Phế thải đồng ruộng
Phế thải đồng ruộng: là phế phẩm bỏ đi của quá trình sản xuất nông
nghiệp và tàn dư thực vật như thân, rễ, lá của cây nông sản, cây hoa màu hay
cây rau
Thông thường tàn dư của cây ngũ cốc chứa: 0,5% N, 0,6% P
2
O
5
, 1,5%
K
2

O. Như vậy các loại phế phẩm nông nghiệp đều chứa các nguyên tố N, P,
K, vì thế nếu để trong tự nhiên thì các loại phế thải này cũng có thể tự phân
hủy để tạo thành phân hữu cơ nhưng quá trình đó là rất lâu và phân cũng bị
mất đi nhiều chất dinh dưỡng.

4

Hoạt động sản xuất nông nghiệp ở các nước trên thế giới nói chung và
ở Việt Nam nói riêng hàng năm đã và đang thải ra một lượng phế thải vô cùng
lớn mà chúng ta đang để lãng phí và vẫn chưa giải quyết được vấn đề này triệt
để, vì thế phế thải nông nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
2.1.2 Thành phần và số lượng phế thải hữu cơ trên đồng ruộng
Phế thải hữu cơ trong tự nhiên có thành phần rất phong phú và đa dạng.
Tuy nhiên, nhìn chung chúng đều thuộc 2 nhóm hợp chất chính là:
-Nhóm 1: Nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon gồm: Xenluloza,
Hemixenluloza, Pectin, Lignin, Tinh bột.
- Nhóm 2: Nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ gồm: Protein, Kitin
Tùy vào vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và hệ thống canh tác mà thành
phần và số lượng các loại phế thải hữu cơ trên đồng ruộng là khác nhau
Bảng 2.1. Lượng chất thải hữu cơ trên thế giới năm 2001
Lo
ại chất thải

S
ố l
ư
ợng( triệu tấn/ năm)

Tàn dư th
ực vật tr

ên đ
ồng ruộng

1200

Bùn th
ải

650

Rác th
ải sinh hoạt

400

Rác vư
ờn

690

Ch
ất thải công nghiệp thực phẩm

420

(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thùy Dương,2001)[5]
Nhìn vào bảng lượng chất thải hữu cơ trên thế giới năm 2001 ta nhận
thấy tàn dư thực vật trên đồng ruộng là loại chất thải chiếm tỷ lệ cao nhất
trong tổng các loại chất thải (1200 triệu tấn / tổng 3360 triệu tấn), bằng 35,7%
tổng chất thải hữu cơ trên thế giới. Tuy đã qua hơn một thập niên, đến nay là

năm 2012 nhưng lượng lượng tàn dư thực vật trên đồng ruộng vẫn dẫn đầu
trong tổng lượng chất thải hữu cơ. Vì vậy vấn đề này đang được rất nhiều nhà
khoa học nghiên cứu để đưa ra những cách xử lý tối ưu nhất.


5

Bảng 2.2. Hàm lượng xenluloza trong một số tàn dư thực vật
trên đồng ruộng
Lo
ại t
àn dư th
ực vật

Xenluloza(%)

Bông


V
ỏ hạt

60

S
ợi

91

G

ỗ thông

41

Rơm


Lúa mì

30,5

Lúa m
ạch

48,34

Ki
ều mạch

42,8

Lúa nư
ớc

43

V
ỏ đậu t
ương

51

Mía


Cây

42

Bã

56,6

Thân ngô

36

C
ỏ

28

(Nguồn : Dẫn theo Nguyễn Thị Hạnh Dung,1996)[2]
Như vậy xenluloza là thành phần chính trong các loại tàn dư thực vật,
nhưng đây lại là một hợp chất hữu cơ khó phân hủy, nếu để chúng tự phân giải
trong điều kiện tự nhiên sẽ mất rất nhiều thời gian, gây ô nhiễm môi trường, và
nhiều vấn đề khác. Nhưng vật chất không tự nhiên sinh ra mà cũng không tự
nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác (định luật bảo toàn
năng lượng). Các hợp chất hữu cơ cũng tuân theo định luật trên, nó cũng luôn
chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố (vật lý,

hóa học, sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên. Do

6

đó, trong vấn đề xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng người ta thường tập
trung nghiên cứu phương pháp để quá trình phân giải, chuyển hóa các hợp chất
cacbon khó phân giải (chủ yếu là xenluloza) diễn ra thuận lợi nhất.
2.2 Tác động của phế thải nông nghiệp đến môi trường và cuộc sống con
người
Sau khi người dân thu hoạch nông sản, lượng phế thải bị bỏ lại ruộng
không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Nếu phế thải được đem đốt sẽ tạo ra khói bụi, vì phế thải nông nghiệp
có chứa các hợp chất hữu cơ nên đốt sẽ tạo ra khí CO
2
, góp phần tăng một
lượng nhất định khí gây hiệu ứng nhà kính. Khói bụi của việc đốt phế thải
cũng ảnh hưởng rất lớn đến cuộc của con người, gây bệnh về đường hô hấp,
bệnh về mắt. Ngoài ra còn gây cản trở tầm nhìn của người tham gia giao
thông nếu phế thải được đốt ở gần đường, dễ gây tai nạn cho người đi đường,
gây cho con người cảm giác khó chịu vì khói, đốt phế thải còn có thể gây hư
hỏng các công trình công cộng như cầu cống, đường xá.
Nếu phế thải không được đốt mà được để tràn lan trên ruộng thì sẽ gây
mất mĩ quan, mặt khác nếu ở gần nguồn nước, phế thải trong quá trình phân
giải sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, đống phế thải còn là nơi trú ngụ của nhiều
sinh vật gây bệnh cho cây trồng giảm năng suất, ảnh hưởng tới kinh tế của
người dân.
Dù được xử lý theo cách đốt hay để tự phân giải thì phế thải đồng
ruộng cũng có những ảnh hưởng không tốt đến môi trường và sức khỏe con
người. Ngoài ra nếu phế thải được xử lý như 2 cách trên thì sẽ làm thất thoát
một lượng lớn chất hữu cơ trên đồng ruộng, đất sẽ bị thiếu chất dinh dưỡng dễ

bị mất các tính chất tốt làm cho năng suất cây trồng không cao, người nông
dân sẽ không có lãi nhiều khi làm nông nghiệp. Vì vậy nếu xử lý tàn dư thực
vật một cách hợp lý sẽ mang lại nhiều nguồn lợi cho con người.

7

2.3. Các hình thức xử lý phế thải đồng ruộng hiện nay
Theo Nguyễn Xuân Thành (2003) thì có 4 phương pháp chính như sau [11]:
2.3.1. Biện pháp chôn lấp
Chôn lấp là biện pháp lưu giữ các chất thải trong một hố đào, phía trên
có phủ một lớp đất. Sau một thời gian phế thải hữu cơ được chuyển hóa thành
mùn, đất có thể đưa vào sử dụng. Thực chất của phương pháp này là tạo ra
môi trường yếm khí để hệ VSV yếm khí hoặc bán hảo khí hoạt động phân giải
chuyển hóa các hợp chất hữu cơ. Đây là biện pháp xử lý lâu đời, cổ điển và
đơn giản nhất.
Tuy nhiên, phương pháp này theo Willison và ctv (1980) [dẫn theo
Nguyễn Xuân Thành, 2003] phương pháp này có những nhược điểm:
• Đòi hỏi nhiều diện tích đất
• Làm giảm thể tích phế thải ít và thời gian xử lý lâu
• Có mùi hôi thối, sinh ra các khí độc như CH
4
, H
2
S, NH
3
và nước rác
rò rỉ làm ô nhiễm môi trường xung quanh và mạch nước ngầm gây ảnh hưởng
đến sức khỏe con người, động vật và cây trồng.
• Chịu ảnh hưởng của thời tiết
Một số nước trên thế giới, người ta đã xây dựng những bể lớn hoặc lót

đáy bằng những vật liệu dẻo không thấm nước, hoặc kết hợp xử lý với chế
phẩm VSV như EM để tránh rò rỉ nước từ bãi chôn lấp ra vùng lân cận và
xuống nước ngầm đồng thời làm giảm mùi hôi và đẩy nhanh quá trình phân
giải phế thải. Mặc dù vậy, đây vẫn là biện pháp không thân thiện với môi
trường và sức khỏe cộng đồng.
2.3.2. Biện pháp đốt
Ở các nước phát triển và kém phát triển biện pháp được dùng phổ biến
là đốt lộ thiên, nó mang tính tự phát cao. Khi lượng phế thải tồn dư với một
lượng lớn mà người nông dân không sử dụng để đun nấu, làm thức ăn gia súc
hay vào mục đích gì khác thì biện pháp đốt luôn được họ lựa chọn. Biện pháp

8

này không những gây ô nhiễm môi trường không khí, là nhân tố tăng lượng
khí nhà kính (CO
2
), gây ra các bệnh về đường hô hấp và mắt mà còn làm mất
đi một lượng hữu cơ rất lớn có thể bù trả lại cho đất.
2.3.3. Biện pháp đổ ra ao hồ, sông ngòi và biển
Hiện tượng này hay xảy ra ở những vùng có biển, ao hồ hay sông ngòi.
Những người nông dân sau khi thu hoạch nông sản xong còn phần phế thải họ
không dùng đến thì mang đổ ra biển, sông ngòi, kênh rạch để đỡ tốn nhiều
công phải xử lý. Trước kia biện pháp này thường được sử dụng vì môi trường
nước vẫn còn sạch và còn khả năng đồng hóa chất thải của con người nhưng
giờ đây khi mật độ dân số tăng cao, diện tích đất canh tác của chúng ta cũng
lớn nên lượng phế thải con người đổ vào môi trường đã vượt qua khả năng
làm sạch của nó. Vì vậy đã dẫn đến ô nhiễm môi trường, môi trường nước bị
ô nhiễm do phế thải đổ vào làm cho hệ sinh thái nước bị mất cân bằng, môi
trường không khí bị ô nhiễm do các khí trong quá trình phân hủy phế thải bốc
lên. Những điều này đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động

vật đồng thời tăng nguy cơ lan truyền ô nhiễm ra diện rộng. Bởi vậy biện
pháp này hiện nay không được khuyến khích sử dụng.
2.3.4 Biện pháp sinh học
2.3.4.1. Biện pháp làm phân ủ
Từ xa xưa loài người đã biết ủ lá cây, phân gia súc thành phân hữu cơ
để bón cho cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên việc làm và sử
dụng phân ủ chỉ theo những kinh nghiệm dân gian, chưa có các nghiên cứu
đầy đủ về phương pháp này. Vào những năm đầu của thế kỷ 20 nhiều nhà
sinh học đã bắt đầu nghiên cứu những yếu tố tác động vào quá trình ủ, rút
ngắn thời gian và nâng cao chất lượng phân ủ
Hutchinson và Richards (1921) là những người đầu tiên nghiên cứu quá
trình ủ phân. Sau đó Horward đã đưa ra phương pháp Indoroe – phương pháp
hữu cơ với nguyên lý là trộn xác hữu cơ với phân gia súc theo tỷ lệ 3: 1 có

9

đảo trộn thường xuyên. Ông đã phát triển phương pháp ủ trên các loại nguyên
liệu khác nhau theo từng lớp có đảo trộn nhằm tạo điều kiện hiếu khí (dẫn
theo Nguyễn Xuân Thành) [10]
Từ đó trở đi đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp ủ
phân của các nhà khoa học trên thế giới và tại Việt Nam. Nhờ đó kỹ thuật ủ
đã ngày càng hoàn thiện, đáp ứng nhu cầu chế biến các chất thải công- nông
nghiệp và sinh hoạt nhằm kiểm soát ô nhiễm môi trường và tăng thêm nguồn
phân bón nhờ đó kỹ thuật ủ đã ngày càng hoàn thiện, đáp ứng nhu cầu chế
biến các chất thải công- nông nghiệp và sinh hoạt nhằm kiểm soát ô nhiễm
môi trường và tăng thêm nguồn phân bón hữu cơ phục vụ cho nhu cầu sản
xuất nông nghiệp.
-Phương pháp ủ phế thải thành đống ủ có đảo trộn:
Phế thải được chất thành đống có chiều cao từ 1,5 – 2m đảo trộn hàng
tuần. Nhiệt độ trung bình trong quá trình ủ là 55 – 60

o
C, độ ẩm duy trì từ 50
– 60%, thời gian kết thúc quy trình ủ là 4 – 5 tuần. Trong quá trình ủ, các loại
nấm mốc và xạ khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ thành mùn. Phương pháp
này đơn giản, dễ thực hiện nhưng mất vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp này thường được áp dụng ở các nước châu Á như Trung Quốc,
Ấn Độ, Thái Lan, Việt Nam …
-Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn có thổi khí:
Phế thải được chất thành đống có chiều cao 2 -2,5m, phía dưới đống
phế thải có lắp đặt một hệ thống phân phối khí. Do có quá trình thổi khí
cưỡng bức mà nhiệt độ trong bể ủ được ổn định, giúp cho hệ vi sinh vật sinh
trưởng phát triển thuận lợi, các quá trình chuyển hóa diễn ra nhanh hơn, ít ô
nhiễm. Phương pháp này do Viện nghiên cứu Nông nghiệp thực nghiệm
Belsville của Mỹ thực hiện trên cơ sở của các phương pháp xử lý nước thải,
yêu cầu trình độ công nghệ vừa phải, rất thích hợp trong điều kiện nước ta.

Ban dang xem mot so trang mau. Vui long download file day du ve de xem!