Thạc Sĩ Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi cá tra làm phân bón

LỜI NÓI ĐẦU

Ngay từ thời cổ đại, con người đã phát hiện và biết cách dùng phân bón – bắt đầu từ phân hữu cơ. 1.500 năm trước công nguyên, nông dân Trung Quốc, Hy Lạp, La Mã cổ đại đã biết sử dụng cỏ, tro đốt, thân lá cây đậu và sau đó là phân chuồng để bón ruộng. Đến tận thế kỷ 18 loài người vẫn cho rằng cây hút thức ăn từ mùn trong đất vì vậy chỉ cần bón phân hữu cơ cho cây [3].
Sự hiểu biết hiện đại về dinh dưỡng cây trồng bắt đầu vào thế kỷ 19 sau những nghiên cứu của Justus von Leibig – nhà bác học người Đức – học thuyết của Leibig bác bỏ thuyết mùn mà khẳng định vai trò của muối khoáng trong dinh dưỡng thực vật, đồng thời đề ra lý thuyết cần thiết phải bón trả lại tất cả những chất khoáng mà cây trồng đã lấy đi mới đảm cho thu hoạch mùa màng [49]. Việc khẳng định phân hữu cơ không cung cấp trực tiếp dinh dưỡng cho cây mà phải gián tiếp qua các chất khoáng – sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ đã tạo ra tiền đề vững chắc cho các công trình nghiên cứu sau này, làm bùng nổ nền công nghiệp phân bón hóa học trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, sau hơn nữa thế kỷ sử dụng rộng rãi đến mức lạm dụng phân hóa học, các nước tiên tiến trên thế giới bắt đầu nhận ra mặt trái của vấn đề là các chất hóa học dùng trong nông nghiệp đã gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, khi bón nhiều và lâu dài xuống ruộng, các chất hóa học đã phá hủy môi trường sinh thái đất, tồn dư trong đất làm vô cơ hóa đất và gây tồn lưu dư lượng hóa chất trong rau xanh, ngũ cốc.
Để khắc phục được các nhược điểm của phân hóa học, nền nông nghiệp thế giới mở ra theo hướng nông nghiệp hữu cơ mà hạt nhân là ứng dụng công nghệ sinh học. Phân hữu cơ sinh hóa ra đời và phát triển, đó là một sản phẩm sinh học được chế biến trên nền các nguyên liệu, phụ phế phẩm có nguồn gốc hữu cơ, một loại phân bón tổng hợp cả về mặt hóa học và sinh học, nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của cây trồng và đất trồng. Phân hữu cơ sinh hóa tự nó mang trong mình tính chiến lược của giai đoạn phát triển nền nông nghiệp hiện nay, nó là hướng phát triển tất yếu cho nhu cầu của sản xuất nông nghiệp của thế kỷ 21. Vì vậy, ngay sau thành công của “cuộc cách mạng về công nghiệp phân hóa học” thì cuộc “cách mạng về công nghệ sinh học” đang phát triển trên quy mô toàn cầu, ứng dụng công nghệ vi sinh để sản xuất phân bón đã tạo ra một hướng đi mới trong chiến lược quản lý dinh dưỡng cây trồng tổng hợp.
Theo quyết định số 102/2008/QĐ-BNN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ngày 17/10/2008 về việc phê duyệt quy hoạch phát triển sản xuất và tiêu thụ cá tra vùng đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020 thì tốc độ tăng trưởng diện tích trong vùng trong các năm tới trung bình khoảng 4,2%/năm. Cụ thể đến năm 2015 diện tích nuôi cá tra của vùng đạt 11.000 ha tập trung chủ yếu ở Đồng Tháp 2.550 ha, An Giang với 2.450 ha, và Cần Thơ. Đến năm 2020 diện tích nuôi cá tra của vùng là 13.000 ha và sản lượng nuôi đến năm 2020 sẽ có thể đạt 1,8 triệu tấn. [4]
Sự gia tăng liên tục về qui mô diện tích, mật độ nuôi và sản lượng cá tra, vấn đề về môi trường nuôi, chất thải sẽ là vấn đề tất yếu song hành cùng việc phát triển nhanh về diện tích ao nuôi và kỹ thuật thâm canh. Và đấy cũng chính là mối lo lớn của các nhà quản lý ngành nuôi trồng thủy sản cùng các nhà chuyên môn liên quan đến vấn đề môi trường. Nếu không được kiểm soát và không có biện pháp xử lý thích hợp thì việc nuôi cá tra thâm canh sẽ trở thành vấn đề rất phức tạp đối với sự phát triển bền vững của nghề nuôi.
Để giảm ô nhiễm nguồn nước, Luật Môi trường ban hành năm 1995 nghiêm cấm việc thải trực tiếp nước thải chưa qua xử lý vào sông rạch. Người vi phạm sẽ bị phạt hoặc cơ sở sản xuất bị đóng cửa cho đến khi họ khắc phục được. Việc thải bùn vào sông rạch cũng bị nghiêm cấm theo luật định. Tuy vậy, dường như ít có ai chấp hành luật lệ. Chấp hành đúng theo luật mà không tính đến hiệu quả kinh tế của việc xử lý và tái chế sẽ gây ảnh hưởng khó khăn cho ngành nuôi thuỷ sản. Việc đề ra chiến lược hữu hiệu cho người nuôi cá, để họ có thể xử lý nước và chất thải rắn đạt tiêu chuẩn mà không cần chi phí cao là điều cực kỳ cần thiết.
Trong một vài trường hợp thì chất thải được bơm vào ruộng lúa, nhưng trong thực tế việc sử dụng trực tiếp chất thải rắn ao cá lúa có khuynh hướng bị đỗ ngã kết quả là làm cho năng suất lúa bị giảm sút. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp nếu biết cách sử dụng chất thải một cách hợp lý và cân bằng với lượng phân vô cơ có thể làm cho năng suất lúa gia tăng. Giải pháp kết hợp nuôi thủy sản vào hệ thống sản xuất nông nghiệp hiện có được biết là làm gia tăng sức sản xuất, bền vững về sinh môi, và cải thiện độ phì của đất do tái chế chất thải (Bartone & Arlosoroff (1987)) [2], [61].
Hơn thế nữa việc sử dụng hợp lý phân hữu cơ có thể làm giảm nhu cầu sử dụng phân hóa học (Falahi-Ardakani et al. (1987)) [64]. Bùn đáy ao nuôi cá giàu dinh dưỡng có hàm lượng carbon hữu cơ cao và các dưỡng chất (Pillay (1992)) [67] đặc biệt là đạm, lân và kali [2], [19], [70]. “Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi cá tra làm phân bón” nhằm mục đích tái chế chất thải rắn tận thu nguồn dinh dưỡng và hàm lượng chất hữu cơ, tái chế chất thải rắn – là phương pháp khá phổ biến ở những nước phát triển – từ ao nuôi cá thâm canh tạo sản phẩm phục vụ con người nhằm giảm tải ô nhiễm môi trường sinh thái cụ thể là giảm tải ô nhiễm nguồn nước mặt do việc xả chất thải ao cá.
Mục tiêu của nghiên cứu đề tài nhằm:
- Xử lý bùn thải ao nuôi cá tra làm phân bón nhằm giảm thiểu nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường.
Nội dung nghiên cứu lần lượt được thực hiện:
- Phân tích, đánh giá sơ bộ thành phần tích tụ trong chất thải ao nuôi cá.
- Xử lý, ổn định chất lượng nguyên liệu trước khi tiến hành giai đoạn ủ phân.
- Tối ưu hóa các điều kiện trong quá trình sử dụng chế phẩm sinh học BIOVINA phân giải bùn thải xử lý mẫu nguyên liệu được xử lý sơ bộ với vật liệu phối trộn.
- Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm với tiêu chuẩn qui định hiện hành.

Mục Lục

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Danh mục bảng
Danh mục biểu đồ
Danh mục sơ đồ
Danh mục hình
LỜI MỞ ĐẦU
PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 1
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài . 1
1.2 Điều kiện phát triển của sản phẩm cá tra . 3
1.2.1 Thị trường trong nước . 3
1.2.2 Thị trường thế giới 3
1.2.3 Khả năng cạnh tranh trong nước, khu vực và quốc tế . 4
1.3 Thực trạng nghề nuôi cá tra tỉnh Đồng Tháp 5
1.3.1 Hiện trạng và định hướng quy hoạch phát triển nghề nuôi cá tra tỉnh Đồng Tháp . 5
1.3.2 Vấn đề môi trường từ nghề nuôi cá tra thâm canh 10
1.3.3 Vấn đề chất thải rắn trong quá trình nuôi cá tra thâm canh 12
1.3.4 Các giải pháp hạn chế tác động của nghề nuôi đến môi trường 16
1.3.5 Các tồn tại, hạn chế trong công tác quy hoạch và quản lý môi
trường tỉnh Đồng Tháp 18
1.4 Tổng quan về phân hữu cơ sinh hóa . 19
1.4.1 Khái niệm về phân bón 19
1.4.2 Phân hữu cơ sinh hóa – Một hướng đi chiến lược cho sản xuất
nông nghiệp . 20
1.4.2.1 Khái niệm phân hữu cơ sinh hóa . 20
ii
1.4.2.2 Vai trò của phân hữu cơ sinh hóa 20
1.5 Tổng quan về các quá trình hóa học – vi sinh vật học chính xảy
ra trong quá trình ủ nguyên liệu . 22
1.5.1 Thành phần nguyên liệu ủ . 23
1.5.2 Sự chuyển hóa vật chất trong quá trình phân giải các chất hữu cơ . 24
1.5.2.1 Quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn 24
1.5.2.2 Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ (vô cơ hóa) . 26
i- Hydratcarbon . 26
ii- Protein 28
iii- Chất béo . 29
1.5.2.3 Quá trình mùn hóa . 31
1.5.3 Quá trình phát triển vi sinh vật học . 35
PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP . 38
2.1 Địa điểm nghiên cứu . 38
2.2 Vật liệu . 38
2.2.1 Đối tượng thí nghiệm 38
2.2.2 Các vật liệu độn . 38
2.2.3 Chế phẩm sinh học 39
2.2.4 Các môi trường, thuốc thử . 39
2.3 Nội dung thực hiện 40
2.3.1 Xác định thành phần hóa học cần thiết (trong ứng dụng làm
phân) tích tụ trong bùn thải ao nuôi cá 40
2.3.2 Xử lý bùn với chất độn trước khi ủ với chế phẩm sinh học 40
2.3.3 Ủ mẫu bùn xử lý sơ bộ bằng chế phẩm sinh học BIOVINA . 40
2.3.4 Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm 41
2.4 Phương pháp thực hiện 41
2.4.1 Phương pháp lấy mẫu bùn đáy ao ban đầu 41
2.4.2 Phương pháp lựa chọn vật liệu độn . 41
2.4.2.1 Khảo sát mức ảnh hưởng của các vật liệu độn khác nhau đến hàm lượng nước tự nhiên trong bùn đáy ao cá 41
2.4.2.2 Khảo sát tỉ lệ phối trộn thích hợp giữa bùn với vật liệu độn . 42
2.4.2.3 Tối ưu thông số thời gian ủ với chất độn . 42
2.4.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình ủ với chế phẩm sinh học 42
2.4.3.1 Ảnh hưởng thời gian đến quá trình ủ lên men . 42
2.4.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ giống đến quá trình ủ lên men . 42
2.4.3.3 Ảnh hưởng pH đến quá trình ủ lên men 42
2.4.4 Phương pháp ủ mẫu . 43
2.4.5 Phương pháp xác định tổng số vi sinh vật . 43
2.4.6 Phương pháp hóa học 46
2.4.6.1 Phương pháp xác định pH . 46
2.4.6.2 Xác định chất khô và hàm lượng nước theo khối lượng
– Phương pháp khối lượng . 46
2.4.6.3 Xác định hàm lượng tro và tổng cacbon hữu cơ 47
2.4.6.4 Phương pháp xác định nitơ tổng số . 49
2.4.6.5 Các phương pháp khác 50
2.5 Phương pháp xử lý số liệu 51
2.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm 51
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 52
3.1 Đánh giá hàm lượng các thành phần hóa học cần thiết trong ứng dụng làm phân trên mẫu bùn đáy ao cá tra thâm canh . 52
3.2 Khảo sát sự thay đổi độ ẩm mẫu bùn đáy ao trong quá trình xử lý chất độn . 54
3.2.1 So sánh mức ảnh hưởng của các vật liệu độn khác nhau đến độ ẩm mẫu bùn đáy ao trong quá trình phối trộn 54
3.2.2 Khảo sát thông số độ ẩm trong mẫu bùn theo thời gian và tỉ lệ phối trộn bùn với mạt dừa 56
3.2.2.1 Khảo sát tỉ lệ phối trộn giữa bùn với mạt dừa . 56
3.2.2.2 Tối ưu hóa thông số thời gian trong quá trình phối trộn sơ bộ với chất độn mạt dừa 58
3.2.3 Khảo sát các thành phần hóa học cần thiết trong mẫu bùn nguyên liệu (bùn trộn mạt dừa) để đưa vào ủ với chế phẩm vi sinh vật . 60
3.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình ủ với chế phẩm vi sinh vật . 61
3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men . 62
3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ giống đến quá trình lên men 65
3.3.3 Ảnh hưởng pH đến quá trình lên men . 67
3.4 Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm 69
3.4.1 Một số chỉ tiêu hóa học trong mẫu bùn đáy ao cá sau quá trình xử lý . 69
3.4.2 So sánh thành phẩm với sản phẩm thương mại trên thị trường 71
PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72
4.1 Kết luận . 72
4.2 Đề nghị 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
PHỤ LỤC