Nghiên cứu các phương pháp ủ nước thải sau bioga với rơm rạ làm phân bón nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường : Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường: 60 85 02

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

Rơm rạ đƣợc vùi trong đất giúp tăng khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây, và năng
suất lúa. Tại Hoa Kỳ, luật cấm đốt rơm rạ trên ruộng lúa đƣợc ban hành. Việc quản lí
rơm rạ đƣợc khuyến cáo cho nhiều mục đích sử dụng thay thế có ý nghĩa kinh tế - xã
hội và bảo vệ môi trƣờng. Một trong các giải pháp thay thế cho việc không đốt rơm rạ
trên đồng ruộng ở Hoa Kỳ là vùi rơm rạ vào đất: Giúp duy trì nitơ và cacbon trong đất.
Lƣợng nitơ thêm vào sẽ đƣợc giữ lại trong đất và vật chất hữu cơ trong đất trở thành
nguồn dinh dƣỡng quan trọng cho vụ lúa tiếp theo. Vì thế, vùi rơm rạ vào đất có thể trở
thành lợi ích bền vững lâu dài về nguồn cung cấp nitơ.
 Sử dụng rơm rạ để sản xuất than sinh học
Sản xuất than sinh học từ rơm rạ đã đƣợc thực hiện nhiều nơi trên thế giới với các
cây trồng nói chung và đối với rơm rạ nói riêng. Nghiên cứu của Glaser B, Haumaier L
(2001) chỉ ra rằng các vật liệu đƣợc cacbon hóa từ việc đốt cháy không hoàn toàn các
chất hữu cơ (ví dụ than sinh học hay cacbon đen hay cacbon hun) có tác dụng rất tốt
trong việc duy trì lƣợng các chất dinh dƣỡng dễ tiêu và chất hữu cơ trong một loại đất
cổ của vùng Amazon, Brazil.
Bón than sinh học vào đất làm tăng đáng kể tỉ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh
trƣởng, phát triển và năng suất cây trồng. Tỉ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao
cây tăng 24% và sinh khối cũng tăng 13% so với đối chứng (Chidumayo EN, 1994).
Theo nghiên cứu của Mbagwu JSC và Piccolo A (1997), bón than sinh học có thể làm
tăng pH và làm giảm lƣợng nhôm di động trong đất chua, tại các vùng nhiệt đới bị
khoáng hóa mạnh, thâm canh cao. Bón than sinh học làm tăng pH đất đối với rất nhiều
loại đất có thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn vị pH. Than
sinh học không những cải thiện hàm lƣợng dinh dƣỡng dễ tiêu mà còn tăng khả năng
giữ chất dinh dƣỡng trong đất. Các sản phẩm hữu cơ thoái hóa nhƣ tro than hoặc tro
bay thì không có khả năng này. Điều này rất quan trọng với các loại đất bị phong hóa
hấp phụ ion kém. Than sinh học không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà

14

còn ảnh hƣởng tính chất lí học đất nhƣ khả năng giữ nƣớc của đất, hạt kết, và giảm khả
năng xói mòn đất.
 Sản xuất điện từ rơm rạ và phế phẩm nông nghiệp
Ở Thái Lan và Indonesia cũng nhƣ nhiều nƣớc sản xuất gạo trên thế giới, rơm rạ
là mặt hàng phế phẩm sau khi thu hoạch giờ đây đã đƣa lại một số tiền nhất định cho
nông dân địa phƣơng. Tại hai quốc gia này đã xây dựng nhà máy phát điện lấy năng
lƣợng từ rơm rạ. Rơm rạ đốt lên sẽ sản sinh ra một lƣợng hơi nóng dùng để sản xuất
điện. Tro rơm rạ sau khi đốt cũng đƣợc để bán cho các nhà máy xi măng, các nhà máy
đó dùng tro này để làm chất trộn lẫn với xi măng không gây hại cho môi trƣờng (hay
còn gọi là sản phẩm thân thiện với môi trƣờng) với giá rẻ hơn. Gọi là sản phẩm thân
thiện với môi trƣờng vì việc sản xuất xi măng ngày nay đang đóng góp 4% lƣợng phát
thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Do đó việc sản xuất xi măng từ tro sau khi đốt rơm rạ
giảm đƣợc một phần đáng kể của nguy cơ này (Butchaiah Gadde, Sébastien Bonnet
và cộng sự, 2009).
Công nghệ sản xuất không có gì là phức tạp mà chỉ là việc xây dựng nhà máy sử
dụng tuabin đƣợc thiết kế để đốt rơm rạ gần giống nhƣ việc xây dựng nhà máy điện chạy
bằng khí ga, nƣớc hay than đá. Vậy nên nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ ở Thái
Lan dự tính sẽ là tiết kiệm đƣợc 88.000 tấn than đá hay 59 triệu lít chất đốt là dầu [20].
 Đốt trực tiếp rơm rạ
Rơm rạ nếu để tự nhiên sẽ cần thời gian phân hủy rất lâu do tỉ lệ C/N rất cao. Nếu
cày vùi rơm rạ trực tiếp vào đất, sẽ gây hiện tƣợng bất động dinh dƣỡng trong đất,
hoặc trong quá trình phân hủy sẽ gây ra hiện tƣợng ngộ độc hữu cơ cho cây lúa (Martin
và cộng sự, 1978; Elliott, 1981). Do đó đại đa số nông dân thƣờng có tập quán là đốt
bỏ để chuẩn bị đất cho vụ mùa tiếp theo. Theo Ngô Thị Thanh Trúc và Dƣơng Văn Ni
(2004), đốt rơm rạ gây ra sự mất mát 91,3% C, mất gần nhƣ hoàn toàn N, lƣợng P
mất đi khoảng 25%, K mất đi khoảng 20% và S mất từ 5 - 60%. Khi đốt rơm rạ sẽ

15

giải phóng các khí gây ô nhiễm môi trƣờng và gây hiệu ứng nhà kính, các loại khí
chính sẽ thoát ra khi đốt rơm rạ gồm: CO, CO 2, NO, NOx, SO2. Khi đốt 1 tấn rơm rạ,
khối lƣợng khí thoát ra gồm khoảng 1.067,6 kg CO2 và 12,6 kg NOx.
Trung Quốc là một nƣớc nông nghiệp lớn và sở hữu một trong các nguồn tài
nguyên rơm rạ phong phú nhất trên thế giới. Tại Trung Quốc hơn một nửa sử dụng rơm
rạ vào mục đích đun nấu, thậm chí 100% ở một số vùng nông thôn nghèo. Đốt trực tiếp
sinh khối là cách truyền thống của việc sử dụng năng lƣợng sinh khối tại quốc gia này
(Xianyang Zeng, 2007). Ở các quốc gia trồng lúa khác nhƣ Ấn Độ và Philipin, rơm rạ
đƣợc đốt ngay tại đồng ruộng với số lƣợng lớn tại Ấn Độ là 13,92 tấn và Philipin là
10,15 tấn trong năm 2009.

Hình 1.3. Một số hình ảnh đốt rơm rạ tại đồng ruộng
 Sản xuất ethanol từ rơm rạ
Tại Hoa Kỳ, quy định về môi trƣờng của một số tiểu bang không cho phép nông
dân đốt rơm rạ một cách tự do trên đồng ruộng. Phƣơng pháp mới và rẻ tiền để dọn sạch
rơm rạ do công ty của ông Bowers đề xuất. Công ty này đã giúp tháo gánh nặng cho

16


nông dân khi chuyển từ sự bất lợi thành một lợi ích thông qua chế biến 35.000 mẫu Anh
rơm rạ thành một khối lƣợng lớn (12.5 MMgy) ethanol và 33 triệu pao (pounds =0,454
kg) silicat sodium. Xem xét giá trị chƣa đƣợc thừa nhận của ngƣời trồng lúa, giá trị các
sản phẩm của công ty này có thể so sánh nhƣ vàng.
 Dùng rơm rạ vào mục đích khác
Rơm rạ đƣợc trộn chung với chất thải từ con ngƣời, động vật và các chất hữu cơ
khác theo tỉ lệ nhất định, khí sinh học có thể thu đƣợc trong điều kiện kị khí. Rơm rạ
còn làm thức ăn gia súc nơi mà thức ăn gia súc khan hiếm. Ở Trung Quốc, có tới trên
28% lƣợng rơm rạ đƣợc tận dụng làm thức ăn cho gia súc (Xianyang Zeng, 2007).
Ngoài ra rơm rạ còn có thể đƣợc tận dụng để sản xuất giấy. Enter Al Wong (2000), đã

nghiên cứu thành công một công nghệ để biến rơm rạ của nông dân thành giấy. Ông
có 10 năm kinh nghiệm trong việc biến phụ phẩm nông nghiệp nhƣ rạ lúa mì trở thành
giấy chất lƣợng cao. Rơm rạ cũng có thể sử dụng vào các mục đích khác nhƣ tận dụng
để lót ổ cho gia súc, gia cầm.
1.2.2. Tình hình sử dụng rơm rạ trong nước
Cây lúa là cây trồng chính ở Việt Nam, sản lƣợng lúa trung bình hàng năm
khoảng 42 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2011). Bảng 1.6 cho thấy tiềm năng rất lớn
của rơm trong việc sử dụng làm nguồn nguyên liệu. Rơm chiếm 62,6% trong tổng
khối lƣợng sinh khối ở Việt Nam năm 2000.

17


Bảng 1.6. Các nguồn sinh khối chính ở Việt Nam năm 2000
STT

Nguồn sinh khối

Tiềm năng (triệu
tấn)

Năng lƣợng
chứa đựng (GJ)

Phần trăm (%)

1

Gỗ thải từ nhà

3,1

35,960

2,6

2

May cƣa

12,4

186,000

13,4

3

Gỗ đốt

0,015

57

0

4

Rơm

61,9

866,600

62,6

5

Trấu

5,6

63,840

4,6

6

Vỏ bắp

4,8

60,000

4,3

7

Bã khoai mì

0,6

7,500

0,5

8

Phế phẩm cây mía

1,5

18,750

1,4

9

Bã mía

5,0

36,050

2,6

10

Vỏ đậu

0,1

1,250

0,1

11

Xơ và lá dừa

5,8

104,400

7,5

12

Vỏ hạt cà phê

0,3

4,670

0,3

13

Tổng

101,1

1,385,077

100

Nguồn: Bùi Thế Bảo (2000).
Thành phần hóa học chủ yếu của rơm rạ gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin
và một số hợp chất khác. Thành phần của rơm rạ đƣợc trình bày ở bảng 1.7.

18