- DOI:10.22144/ctu.jsi.2017.051 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CUNG CẤP ĐẠM CỦA NƯỚC THẢI BIOGAS CHO ĐẤT Nguyễn Phương Thảo 1 , Trần Đức Thạnh 1 , Bùi Thị Nga 1 và Châu Minh Khôi 2. - Đạm amôn, đạm nitrat, khí cacbonic, nước thải biogas, sự hô hấp vi sinh vật đất. - Thí nghiệm được tiến hành nhằm đánh giá khả năng cung cấp đạm amôn và đạm nitrat cho đất từ nước thải biogas. - Thí nghiệm gồm 4 nghiệm thức: đất được bổ sung 100% nước khử khoáng (đối chứng), bổ sung 50% nước thải biogas và 50% nước khử khoáng, bổ sung 75% nước thải biogas và 25% nước khử khoáng, và bổ sung 100% nước thải biogas.. - Kết quả cho thấy hàm lượng N-NH 4 + và N-NO 3 - trong đất được cung cấp nước thải biogas với thể tích khác nhau đều cao khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng. - Hàm lượng N-NH 4 + và N-NO 3 - trong đất được cung cấp 100% nước thải biogas đạt giá trị tương ứng là 171±5,45 mg/kg và 78,9±3,08 mg/kg. - Khả năng cung cấp đạm tăng tương ứng với sự hô hấp của vi sinh vật đất được thể hiện qua hàm lượng CO 2 tích lũy trong đất, đạt cao nhất ở nghiệm thức 100% nước thải biogas (855 mgCO 2 /kg) và đạt giá trị thấp hơn với các thể tích nước thải biogas bổ sung thấp tương ứng. - Kết quả thí nghiệm cho thấy sự gia tăng hàm lượng đạm có tương quan thuận với sự tích lũy CO 2 trong đất, điều này cho thấy sự hiện diện vi sinh vật trong đất có liên quan với thể tích bổ sung nước thải biogas và lượng đạm hữu dụng trong đất.. - Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm của nước thải biogas cho đất. - Nước thải biogas với hàm lượng chất hữu cơ, tổng đạm, tổng lân khá cao (Nguyễn Thị Kiều Phương, 2011), có thể sử dụng làm phân bón cho sản xuất rau màu (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997). - Chất dinh dưỡng có trong nước thải biogas cao hơn so với phân chuồng và phân ủ theo phương pháp thông thường, ngoài các dưỡng chất như N, P, K, nước thải biogas còn chứa nhiều chất hữu cơ và các nguyên liệu cần thiết cho cây trồng (Nguyễn Hoài Nam, 2014). - Nước thải biogas đã được nghiên cứu tưới cho một số loại cây trồng như cải xanh và rau xà lách (Ngô Quang Vinh, 2010), vạn thọ (Bùi Thị Nga và ctv., 2015), ớt (Phạm Việt Nữ và ctv., 2015) và đậu bắp (Bùi Thị Nga và ctv., 2016). - N-NO 3 - của nước thải biogas cho đất và sự hiện diện của vi sinh vật khi sử dụng nước thải biogas vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu. - Do vậy, “Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm của nước thải biogas cho đất” đã được thực hiện là cần thiết.. - Đất thí nghiệm là loại đất phù sa trồng các loại hoa màu như bắp, đậu xanh và nước thải biogas được thu tại nông hộ Nguyễn Văn Bình, xã Nhơn Nghĩa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ.. - 50% nước thải biogas . - 75% nước thải biogas . - 100% nước thải biogas . - trong đất theo các tỉ lệ nước thải biogas khác nhau. - Nghiệm thức 1 (NT1): đất bổ sung nước khử khoáng (đối chứng). - Nghiệm thức 2 (NT2): đất bổ sung 50% nước thải biogas và 50% nước khử khoáng. - nước thải biogas và 25% nước khử khoáng;. - Nghiệm thức 4 (NT4): đất bổ sung 100% nước thải biogas. - nước khử khoáng và nước thải biogas. - nước thải biogas với thể tích đã xác định bên trên. - Thí nghiệm 2: Khảo sát hàm lượng khí cacbonic (CO 2 ) trong đất theo các tỉ lệ nước thải biogas khác nhau. - nước thải biogas, đạt ẩm độ của đất là 60%. - 2.2.2 Phương pháp thu và phân tích mẫu nước Nước thải biogas được thu gom trực tiếp từ đầu ra của túi ủ biogas sau khi dội chuồng khoảng 10 phút, chứa vào xô nhựa 10 lít và khuấy đều, sau đó dùng chai nhựa 1 lít để thu mẫu, trữ lạnh ở 4 0 C, trong vòng 24 giờ.. - gia tăng trong đất bổ sung nước thải biogas được tính theo công thức:. - gia tăng trong đất được bổ sung nước thải B (mg/kg):. - trong đất được cung cấp nước thải biogas ở các nghiệm thức nước thải biogas.. - trong đất không được cung cấp nước thải biogas (nghiệm thức đối chứng).. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính nước thải biogas. - Kết quả phân tích nước thải biogas được trình bày trong Bảng 2. - Trung bình giá trị pH trong nước thải biogas là 7,2±0,11, độ dẫn điện là 2.037±4,5 µS/cm, với độ dẫn điện khá cao cho thấy nước thải biogas giàu ion hòa tan. - Nước thải biogas có hàm lượng COD và TKN khá cao khi bổ sung vào đất với hiện diện của vi sinh vật góp làm tăng lượng đạm hữu dụng cho đất (Võ Thanh Phong và ctv., 2015). - Chất lượng nước thải biogas trong quá trình thí nghiệm có nồng độ N-NH 4 + dao động trong khoảng 138 – 193 mg/L, N-NO 3 - từ mg/L, P-PO 4 3- từ 144 – 167 mg/L.. - Bảng 2: Đặc tính nước thải biogas. - Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải biogas QCVN 62. - QCVN 62-MT: 2016/BTNMT (Cột B): Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. - 3.3.1 Hàm lượng N-NH 4. - Giá trị N-NH 4 + tăng dần theo thể tích nước thải biogas được cung cấp và tất cả các nghiệm thức được cung cấp nước thải biogas với thể tích khác nhau đều có hàm lượng N-NH 4 + cao khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức không được cung cấp nước thải, trong đó nghiệm thức cung cấp 100% nước thải biogas đạt giá trị N-NH 4 + cao nhất (Bảng 4).. - Ở nghiệm thức không tưới nước thải biogas- nghiệm thức đối chứng, hàm lượng N-NH 4 + diễn biến tăng dần và đạt giá trị cao nhất ở ngày thứ 10 là 15,1 mg/kg. - trong đất ở các nghiệm thức tưới nước thải biogas đều tiếp tục tăng đến ngày thứ 20 do sự khoáng hóa đạm diễn ra mạnh sau 2 tuần ủ (Nguyễn Mỹ Hoa, 2013). - Hàm lượng N-NH 4. - thải biogas 71,6±4,24 CDc 77,0±4,43 Cc 90,8±1,49 Bc 93,5±5,49 Bc 105±4,57 Ac 93,7±3,00 Bc 68,5±1,80 Dc 75% nước. - thải biogas 103±2,27 Eb 107±4,90 DEb 125±4,30 Cb 135±9,65 Bb 140±2,85 Ab 127±3,20 Cb 107±2,17 DEb 100% nước. - Sự gia tăng hàm lượng N-NH 4 + trong đất có bổ sung nước thải biogas. - Hàm lượng N-NH 4 + gia tăng ở các nghiệm thức được bổ sung nước thải biogas tăng dần từ ngày 2 và đạt giá trị cao nhất ở ngày 20, với giá trị trung bình lần lượt là 90,8±5,49 mg/kg, 127±3,07 mg/kg và 158±5,57 mg/kg (Bảng 5). - Ở tất cả các đợt theo dõi, hàm lượng N-NH 4 + gia tăng của nghiệm thức tưới 100% nước thải biogas cao khác biệt có ý nghĩa so với các nghiệm thức 75% nước thải biogas và 50% nước thải biogas (p<0,05), điều này cho thấy nước thải biogas có khả năng cung cấp N- NH 4 + trong đất.. - Nhìn chung, lượng N-NH 4 + gia tăng theo thể tích nước thải biogas cung cấp, thể hiện hàm lượng N-NH 4 + trong đất ở nghiệm thức tưới 100% nước thải biogas đạt giá trị cao nhất ở ngày 20 là 171±5,45 mg/kg so với hai nghiệm thức nước thải biogas còn lại là 140±2,85 mg/kg và 105±4,57 mg/kg tương ứng (Hình 1).. - Hình 1: Hàm lượng N-NH 4 + cao nhất tích lũy trong đất được cung cấp nước thải biogas (mg/kg) Thanh sai số trên đồ thị biểu thị sai số chuẩn. - bổ sung 50% nước thải biogas và 50% nước khử khoáng. - NT3: bổ sung 75% nước thải biogas và 25%. - NT4: bổ sung 100% nước thải biogas Bảng 5: Hàm lượng N-NH 4 + (mg/kg) gia tăng trong đất được bổ sung nước thải biogas. - Nghiệm thức. - thải biogas 63,8±4,15 zc 65,0±3,59 zc 75,8±2,9 zb 78,8±5,21 zb 90,8±5,49 za 86,2±2,40 za 61,2±1,27 zc 75% nước. - thải biogas 95,6±2,21 yd 94,8±4,55 yd 110±4,64 yc 118±5,96 yb 127±3,07 ya 119±3,83 yb 99,9±2,37 yd 100% nước. - thải biogas 130±1,96 xd 134±6,99 xd 146±5,02 xc 149±5,15 xbc 158±5,75 xa 155±4,99 xab 134±3,5 xd. - Hàm lượng N-NO 3 - trong đất tăng theo sự gia tăng thể tích nước thải biogas bổ sung cho. - Ở nghiệm thức không tưới nước thải biogas, giá trị N-NO 3 giảm từ ngày 2 đến ngày 5 và tăng cao nhất vào ngày 15 là 20,0 mg/kg và giảm thấp nhất ở ngày 20 (7,60 mg/kg). - thải biogas 20,2±1,11 CDa 19,1±1,16 DEb 21,0±0,75 CDb 22,1±0,94 CDb Cb Bb Ab 75% nước. - thải biogas 21,3±1,12 Fa 23,2±4,33 EFa 25,8±0,94 DEa 29,0±2,05 CDa 31,1±3,30 Ca 39,4±1,28 Ba 74,1±3,31 Aa 100% nước. - thải biogas 20,4±1,22 FGa 23,9±1,66 EFa 26,8±1,16 DEa 29,6±3,37 CDa 33,0±3,85 Ca 41,3±1,57 Ba 78,9±3,08 Aa Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng TB±SD, n=4. - Ở các nghiệm thức tưới nước thải biogas, hàm lượng N-NO 3 - tăng liên tục theo thời gian và tăng theo thể tích nước thải biogas tăng tương ứng. - Hàm lượng N-NO 3 - khoáng hóa trong đất tăng không nhiều trong 15 ngày đầu vì xảy ra sự bất động đạm do vi sinh vật (Trịnh Thị Thu Trang và Nguyễn Mỹ Hoa, 2007) và sau 15 ngày, tiến trình nitrate hóa diễn ra (Chau Minh Khoi, 2000) nên một lượng lớn N- NH 4 + phóng thích từ nước thải biogas đã được chuyển hóa nhanh sang dạng NO 3. - Sự gia tăng hàm lượng N-NO 3 - trong đất được bổ sung nước thải biogas. - Hàm lượng N-NO 3 - gia tăng ở các nghiệm thức được bổ sung nước thải biogas theo thời gian và đạt giá trị cao nhất ở ngày thứ 30 lần lượt là 51,0±5,33 mg/kg mg/kg và 66,2±3,85 mg/kg (Bảng 7). - Nghiệm thức bổ sung 100% nước thải biogas có sự gia tăng hàm lượng N-NO 3 - tương đương so với nghiệm thức bổ sung 75% nhưng khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức bổ sung 50% kể từ ngày thứ 5.. - Bảng 7: Hàm lượng N-NO 3 - (mg/kg) gia tăng trong đất được bổ sung nước thải biogas Nghiệm. - thải biogas 0,50±0,22 yc 4,10±0,72 yc 3,18±1,14 yc 2,10±0,54 yc 17,4±2,44 yb 20,4±1,70 yb 51,0±5,33 ya 75% nước. - thải biogas 1,60±0,8 xe 8,23±1,77 xd 7,95±0,61 xd 9,05±1,42 xd 23,5±2,94 xc 29,1±1,52 xb 61,4±4,42 xa 100% nước. - thải biogas 0,63±0,43 ye 8,88±0,56 xd 8,90±0,62 xd 9,63±0,87 xd 25,4±4,16 xc 31,1±1,94 xb 66,2±3,85 xa Sự nitrat hóa tăng nhanh là do nước thải biogas. - Nghiệm thức giàu chất hữu cơ và giàu đạm hữu cơ dễ phân hủy có lượng đạm khoáng hóa cao hơn so với nghiệm thức có chất hữu cơ trung bình và nghèo (Tất Anh Thư và ctv., 2007) nên lượng đạm tăng theo sự gia tăng thể tích nước thải biogas bổ sung cho đất.. - Hàm lượng N-NO 3 - tích lũy trong đất tăng dần theo thể tích nước thải biogas cung cấp cho đất và khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức, đạt cao nhất ở ngày thứ 30 (Hình 2). - Điều này cho thấy sự nitrat hóa diễn ra trong đất phụ thuộc vào thể tích nước thải biogas bổ sung cho đất.. - Hình 2: Hàm lượng N-NO 3 - cao nhất tích lũy trong đất được cung cấp nước thải biogas. - NT4: bổ sung 100% nước thải biogas.. - Theo kết quả được trình bày trong Bảng 8, hàm lượng CO 2 ở nghiệm thức cung cấp nước thải biogas (NT2, NT3, NT4) tăng lên gần gấp đôi tại ngày 5 cho thấy đã có một lượng lớn CO 2 được sinh ra từ sự phân hủy vật chất hữu cơ trong đất, trong sự phân hủy này có sự khoáng hóa các chất dinh dưỡng, cụ thể là N-NH 4 + và N-NO 3. - Ở giai đoạn từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10, hàm lượng CO 2 của nghiệm thức 75% nước thải biogas (NT3) và 100% nước thải biogas (NT4) tăng cao khác biệt có ý nghĩa so với 50% nước thải bioga (NT2) và 100% nước khử khoáng (NT1). - Điều này cho thấy lượng nước thải biogas được bổ sung càng nhiều làm tăng hoạt động của vi sinh vật trong đất, CO 2 được phóng thích ra tỷ lệ với sự hữu dụng vật chất thêm vào (Luo và Zhou, 2006).. - thải biogas 165±8,98 bG 291±7,78 bF 424±10,0 bE 545±21,3 bD 638±23,1 bC 679±22,2 bB 723±23,1 bA 75% nước. - thải biogas 154±12,7 bG 322±5,50ª F 470±5,50 aE 608±15,6 aD 710±18,8ª C 770±21,1ª B 825±20,1ª A 100% nước. - thải biogas 151±13,8 bG 330±6,35 aF 484±20,1ª E 627±24,4ª D 732±27,5ª C 798±29,7ª B 855±25,9 aA Ghi chú: Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng TB±SD, n=4. - Hàm lượng CO 2 đạt cao nhất ở 2 nghiệm thức bổ sung 100% nước thải biogas (855±25,9 mgCO 2 /kg) và 75% nước thải biogas (825±20,1 mgCO 2 /kg), tiếp đến là nghiệm thức bổ sung 50%. - nước thải biogas (723±23,1 mgCO 2 /kg). - trong đất với các hệ số tương quan ở các nghiệm thức đối chứng, nghiệm thức bổ sung nước thải biogas 50, 75 và 100% lần lượt là R:0,533, R:0,9395. - Tóm lại, khi tăng thể tích nước thải biogas vào đất đã làm tăng hàm lượng CO 2 và tăng hoạt động của vi sinh vật trong đất đồng thời đạm hữu dụng trong đất tăng tương ứng với thể tích nước thải biogas bổ sung cho đất.. - NT2: bổ sung 50% nước thải biogas và 50% nước khử khoáng. - NT3: bổ sung 75% nước thải biogas và 25% nước khử khoáng. - NT4: bổ sung 100% nước thải biogas. - Hàm lượng đạm hữu dụng trong đất gia tăng theo lượng nước thải biogas bổ sung cho đất và gia tăng tương ứng với hàm lượng CO 2 trong đất. - Hàm lượng N-NH 4 + và N-NO 3 - gia tăng ở nghiệm thức bổ sung 100% nước thải biogas đạt cao nhất (lần lượt là 158 mg/kg và 66,2 mg/kg), khác biệt có ý nghĩa với nghiệm thức bổ sung 75% (127 mg/kg và 61,4 mg/kg) và nghiệm thức bổ sung 50% (90,8 mg/kg và 51,0 mg/kg). - Hàm lượng CO 2 trong đất thấp nhất là nghiệm thức không bổ sung nước thải biogas (649 mgCO 2 /kg), tăng dần ở các nghiệm thức còn lại có thể tích nước thải biogas được bổ sung lần lượt là 50% (723 mgCO 2 /kg mgCO 2 /kg) và 100% (855 mgCO 2 /kg).. - Nghiên cứu về cân bằng đạm trong đất có bổ sung nước thải biogas trong quá trình thí nghiệm.. - Sử dụng nước thải mô hình khí sinh học trồng cây vạn thọ (Tagetes patula L. - Nghiên cứu sử dụng nước thải từ mô hình khí sinh học trồng đậu bắp (Abelmoschus esculentus L. - Nghiên cứu sử dụng nước thải túi ủ biogas với nguyên liệu nạp phân heo tưới cho cây vạn thọ (Tagetes patula L. - Đánh giá khả năng hấp thụ đạm và lân trong nước thải biogas bằng. - Sử dụng nước thải túi ủ biogas có vật liệu nạp là phân heo và bèo tai tượng (Pistia stratioes) canh tác cây ớt (Capsicum frutescens L