Tên đề tài: “Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than tre (Bambusa blumeana) và than tràm (Melaleuca cajuputi).

Tác giả: Phạm Ngọc Thoa, Khóa: 2017

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước ; Mã số: 62440303. Nhóm ngành: Khoa học tự nhiên.

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Tình trạng ô nhiễm bởi các hoạt động nông nghiệp đang trở thành vấn đề cấp thiết tại Đồng bằng sông Cửu Long. Hiện nay, nguồn nước thải sau biogas được tạo ra trong các hầm kỵ khí có chứa nồng độ các ion hòa tan cao và khoảng 60% khí metan. Do đó, chúng  có tiềm năng gây ô nhiễm nguồn nước rất lớn và có thể dẫn đến nguy cơ làm gia tăng lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm: (1) Đánh giá khả năng hấp phụ của than sinh học tre và tràm đối với ion NH₄⁺ và NO₃^- trong nước thải sau biogas; (2) Đánh giá tiềm năng làm giảm sự phát thải khí CH₄ và N₂O trên đất trồng lúa và đất trồng hoa màu của than tre và than tràm. Hàng loạt các thí nghiệm được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2018-2020 bao gồm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm trong nhà lưới tại trường Đại học Cần Thơ. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp chính quy phổ biến hiện hành. Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học tre và tràm hấp phụ hiệu quả ion NH₄⁺ trong điều kiện dung dịch hấp phụ có pH=8, với thời gian hấp phụ là 15 phút, và liều lượng than sinh học sử dụng là 1 g/L. Dung lượng hấp phụ NH₄⁺ cực đại của than tre và than tràm tương ứng là 3,24 đến 5,4 mg/g. Đồng thời, than tre và than tràm hấp phụ hiệu quả ion NO₃^- trong điều kiện dung dịch hấp phụ có pH= 4, lượng than sinh học sử dụng là 1 g/L và thời gian hấp phụ trong15 phút. Khả năng hấp phụ nitrate tối đa của hai loại than sinh học từ 8,1 (than tre) đến 15,5 mg/g (than tràm). Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt như mô hình Langmuir và mô hình Freundlich. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng bổ sung than sinh học tre và tràm vào đất trồng lúa đã giúp làm giảm đáng kể lượng khí thải CH₄ trong khi vẫn duy trì sản xuất lúa. Lượng phát thải CH₄ ở tất cả các nghiệm thức có bổ sung than sinh học đều giảm đáng kể từ 23,6% đến 47,1% so với đối chứng. Bên cạnh đó, việc bổ sung than sinh học cũng làm giảm đáng kể lượng khí thải khí N₂O trên đất trồng hoa màu đến 60% so với nghiệm thức được bón urê.

2. Những kết quả mới của luận án

Lần đầu tiên tại vùng nghiên cứu đã có các thành công: (1)  Tạo được than sinh học đạt tiêu chuẩn trong môi trường khí trơ (N₂), không lẫn O₂ trong điều kiện nhiệt độ có kiểm soát.  (2) Xác định được khả năng hấp phụ ammonium và nitrate từ than sinh học tre và tràm trên nước thải sau biogas ở vùng nghiên cứu (3) Xác định được mức độ giảm phát thải của than sinh học tre và tràm với CH₄ trên ruộng lúa nước và N₂O trên đất trồng rau màu ở vùng nghiên cứu.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Than sinh học tre, tràm có khả năng xử lý nước thải trong các lĩnh vực sản xuất nông nghiệp như mô hình VACB (vườn-ao-chuồng-biogas). Các chất dinh dưỡng được hấp phụ trong than sinh học có thể được sử dụng như một nguồn phân bón hữu cơ. Bên cạnh đó, bổ sung than sinh học vào đất trồng lúa và cây trồng cạn vừa giúp cải thiện các đặc tính lý hóa của đất, đồng thời làm giảm phát thải các loại khí nhà kính như CH₄ và N₂O.

Cần mở rộng quy mô sản xuất than sinh học để đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Thesis title: "The capacity of bamboo (Bambusa blumeana) and melaleuca (Melaleuca cajuputi) biochar to absorb nutrients and reduce greenhouse gas emissions"

Specialization: Land and Water Environment                                      Code: 62440303

Full name of PhD student: Pham Ngoc Thoa                           

Full name of scientific supervisor: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Huu Chiem

Training facilities: Can Tho University

1. Content of thesis summary

Agricultural pollution is becoming an urgent issue in the Mekong Delta. Currently, biogas effluent created from anaerobic digesters contains high concentrations of dissolved ions and about 60% methane. As a result, they have a high potential to pollute water and increase greenhouse gas emissions. As a result, this study was carried out to: (1) assess the adsorption capacity of bamboo and melaleuca biochar for NH₄⁺ and NO₃^- ions in wastewater after biogas; and (2) assess the potential of bamboo and melaleuca biochar to reduce CH₄ and N₂O emissions on rice and cash crops. A series of experiments were carried out between 2018 and 2020, including laboratory experiments and greenhouse experiments at Can Tho University. All experiments were performed according to the prevailing conventional method. The results showed that bamboo and melaleuca biochar effectively adsorbs NH₄⁺ ions in the condition that the adsorption solution has pH=8, with an adsorption time of 15 minutes, and the dose of biochar used is 1 g.L^-1. The maximum NH₄⁺ adsorption capacity of bamboo biochar and melaleuca biochar is 3.24 to 5.4 mg.g^-1, respectively. Additionally, bamboo and melaleuca biochar effectively adsorbed NO₃^- ions in the condition that the adsorption solution had pH=4, the amount of biochar used was 1 g.L^-1  and the adsorption time was 15 minutes. The maximum nitrate adsorption capacity of the two biochars ranged from 8.1 (bamboo biochar) to 15.5 mg.g^-1 (melaleuca biochar). Experimental data were consistent with isothermal adsorption models such as the Langmuir model, and Freundlich model. The study results also showed that adding bamboo and melaleuca biochar to rice soil significantly reduced CH₄ emissions while maintaining rice production. CH₄  emissions in all treatments with biochar were significantly reduced from 23.6% to 47.1% compared with the control. In addition, the addition of biochar also significantly reduced N₂O emissions on cropland by 60% compared with the treatment treated with urea.

2. The thesis's new features

For the first time in the study area, there were successes in: (1) producing standard biochar under controlled temperature conditions in an inert gas (N₂) environment free of O₂. (2) determine the ability of bamboo and melaleuca biochar to adsorb ammonium and nitrate from wastewater after biogas in the study area. (3) Determine the extent to which bamboo and melaleuca biochar reduce emissions of CH₄ in wet rice fields and N₂O on vegetable land in the study area.

3. Application prospect and suggestions for further study

Bamboo and melaleuca biochar can help treat wastewater in agricultural production sectors such as the VACB model (garden-pond-pig style-biogas). Nutrients absorbed in biochar can be used as a source of organic fertilizer. Besides that, adding biochar to a rice paddy and upland crops can also help to improve soil physicochemical properties while reducing greenhouse gas emissions such as CH₄ and N₂O.

It is necessary to expand a big scale of biochar production to cope with the market demands.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)