Tác dụng của tro bay – phế thải của các nhà máy nhiệt điện, phục vụ cho việc cải tạo đất nông nghiệp

Theo báo cáo này tro bay đã được nghiên cứu áp dụng cho việc cải tạo đất nông nghệp khoảng 30 năm và nó đã đem lại hiệu quả tích cực cho ngành trồng trọt như tiết kiệm phân bón, thay thế cho vôi nông nghiệp hay biến đất cát thành đất trồng trọt. Tất nhiên những hạn chế của nó cũng được đề cập. Trong báo cáo cũng nêu một hàm lượng tro bay khoảng 10 – 15 t/ha có bổ sung đạm (N) và phốt pho (P) là hợp lý và có hiệu quả cao. Nếu điều này là hiện thực thì việc giải thể lượng trong xỉ nhiệt điện đang có và sẽ phát sinh của chúng ta (ngoài lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp khác) là không khó khăn và tốn kém. Báo cáo được thực hiện trên cơ sở tham khảo 160 tài liệu của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới cho nên nó mang tính khách quan không thể phủ nhận. Tuy nhiên nó cũng cần có những nghiên cứu ứng dụng để hình thành những quy trình chặt chẽ cho việc áp dụng.

***

Từ nhiều thập kỷ qua, việc quản lý tro bay sẽ vẫn là mối quan tâm lớn của thế kỷ này. Tro bay có tiềm năng lớn trong nông nghiệp do hiệu quả của nó trong việc thay đổi sức khỏe đất và hiệu suất cây trồng. Nồng độ cao của các nguyên tố (K, Na, Zn, Ca, Mg và Fe) trong tro bay làm tăng sản lượng của nhiều loại cây nông nghiệp. Nhưng so với các ngành khác, việc sử dụng tro bay trong nông nghiệp còn hạn chế. Một đánh giá đầy đủ của nhiều nghiên cứu trong bốn thập kỷ qua được tập hợp trong bài báo này, bao gồm tầm quan trọng, phạm vi và những lo ngại về việc sử dụng tro bay trong nông nghiệp. Các tác giả cũng kết luận rằng mặc dù các nghiên cứu đã hình thành một số giải pháp để xử lý các vấn đề về phóng xạ và hàm lượng kim loại nặng trong tro bay, tuy nhiên cần phải có những nghiên cứu dài hạn về vấn đề này. Bài báo này cũng đã xác định một số khu vực, như xử lý thích hợp tro khô trong nhà máy cũng như quản lý trong bãi thải, ao chứa tro (tức là nhanh hơn, tái chế nước, mở rộng theo chiều dọc thay vì ngang), giám sát sức khỏe đất, chất lượng cây trồng và số phận của tro bay trong miền thời gian, nơi mà lực đẩy nghiên cứu là bắt buộc. Ứng dụng vôi nông nghiệp góp phần làm nóng lên toàn cầu như Hội đồng Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) giả định rằng tất cả các-bon trong vôi nông nghiệp cuối cùng được thải ra dưới dạng khí CO2 vào khí quyển. Người ta hy vọng rằng việc sử dụng tro bay thay vì vôi trong nông nghiệp có thể làm giảm phát thải CO2, do đó làm giảm sự nóng lên toàn cầu.

Dùng tro bay trong cải tạo đất

Các đặc tính đất chịu ảnh hưởng khi kết hợp với tro bay đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả [29], [30], [31], [32], [33], [34] và [35] để sử dụng chất thải công nghiệp này như một tác nhan cải tạo nông nghiệp. Các tính chất vật lý và hóa học của đất do sự tham gia của tro bay thay đổi tùy theo tính chất ban đầu của đất và tro bay, và dưới đây là một số khái quát hóa có thể được đưa ra cho hầu hết các trường hợp chung.

Khả năng giữ nước

Ứng dụng tro bay vào đất cát có thể làm thay đổi vĩnh viễn kết cấu đất, tăng tính xốp và cải thiện khả năng giữ nước vì nó chủ yếu bao gồm các hạt có kích thước phù sa. Tro bay thường làm giảm mật độ khối lượng lớn đất dẫn đến cải thiện độ rỗng đất, khả năng làm việc và tăng cường khả năng giữ nước. Sự gia tăng dần hàm lượng tro bay trong đất ruộng bình thường (0, 10, 20 lên đến 100% v/v) được tổng kết đấy là hiệu ứng làm tăng độ rỗng, khả năng giữ nước, độ dẫn điện và khả năng trao đổi cation. Sự cải thiện khả năng giữ nước này là có lợi cho sự phát triển của cây trồng đặc biệt là trong các vùng nông nghiệp có lượng mưa thấp. Với hàm lượng tro bay lên đến 40% cũng làm tăng độ rỗng đất từ 43% lên 53% và khả năng giữ nước từ 39% đến 55%. Tro bay đã được chứng minh là làm tăng lượng nước có sẵn trong đất cát. Chang et al. phát hiện rằng việc cải thiện đất bằng tro bay đã làm tăng khả năng giữ nước của đất cát bụi lên 8%, từ đó dẫn đến cải thiện độ dẫn thủy lực và nhờ đó giúp giảm sự bao phủ bề mặt (?). Khả năng giữ nước của các nguồn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện khác nhau ở miền Đông Ấn Độ đã được so sánh, và ảnh hưởng của kích thước hạt tro đến khả năng giữ nước được xác định trong một nghiên cứu của Sarkar và Rano. Kết quả cho thấy tro bay thu được từ một nhà máy nhiệt điện có lò đốt loại stoker tạo ra khả năng giữ nước cao nhất, tiếp theo tro bay của lò đốt nhiên liệu nghiền bột. Tro bay thu được từ nhà máy nhiệt điện công suất lớn có khả năng giữ nước ít nhất (40,7%). Các hạt thô hơn của tro bay nói chung có khả năng giữ nước cao hơn so với các hạt mịn hơn. Theo Jala và Goyal, Canxi trong tro bay dễ dàng thay thế Na tại các trong thành phần của đất sét và do đó tăng cường sự kết tụ các hạt đất sét, giữ cho đất không đóng chặt, tăng cường khả năng thấm nước và cho phép rễ xâm nhập vào các lớp đất chặt hơn.

Độ pH

Tùy thuộc vào nguồn, tro bay có thể có tính axit hoặc kiềm, có thể hữu ích để làm thay đổi độ pH đất. Các muối hydroxit và cacbonat cung cấp cho tro bay một trong những đặc tính hóa học có lợi chính của nó, khả năng trung hòa độ axit trong đất. Tro bay đã được chứng minh hoạt động như một vật liệu hạn chế để trung hòa độ chua của đất và cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Hầu hết tro bay được tạo ra ở Ấn Độ có tính chất kiềm; do đó, ứng dụng của nó đối với đất nông nghiệp có thể làm tăng pH đất và do đó trung hòa các loại đất có tính axit. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay như tác nhân hạn chế trong đất axit có thể cải thiện tính chất của đất và tăng năng suất cây trồng. Theo Poykio et al., nồng độ Ca dễ tan (24.5 g/kg (trọng lượng khô) trong tro bay từ lò hơi tầng sôi tại nhà máy điện công nghiệp của Laanilan Voima Oy ở Oulu, Bắc Phần Lan cao hơn 15 lần so với giá trị điển hình là 1.6 g/kg (trọng lượng khô) trong đất canh tác ở miền Trung Phần Lan. Đó là dấu hiệu của thực tế là tro bay là một tác nhân tiềm năng để xử lý đất và cải thiện độ phì nhiêu của đất. Việc sử dụng lượng tro bay quá mức để thay đổi độ pH có thể làm tăng độ mặn của đất đặc biệt là với tro bay mới thu hồi. Một sự thay đổi đáng kể về tính chất lý hóa của đất, tăng pH và tăng năng suất lúa thu được bằng cách trộn lẫn hỗn hợp tro bay, bùn thải của nhà máy giấy và phân chuồng trại.

Tính chất sinh học

Thông tin liên quan đến hiệu quả của việc sửa đổi tro bay trên các tính chất sinh học của đất rất ít [58]. Kết quả của một số thí nghiệm cho thấy việc ứng dụng tro bay mới thu hồi đặc biệt là cho đất cát sẽ làm cản trở hô hấp vi sinh vật, hoạt động lên men và các quá trình tác động của N như nitrat hóa và N khoáng hóa. Những tác động bất lợi này một phần là do sự có mặt của các mức độ muối hòa tan và các nguyên tố vi lượng trong tro bay chưa được xử lý. Tuy nhiên, nồng độ muối hòa tan và các nguyên tố vi lượng khác được tìm thấy giảm do sự phong hóa tro bay trong quá trình lọc tự nhiên, do đó làm giảm các tác động bất lợi theo thời gian. Hơn nữa, việc sử dụng tro bay có độ kiềm cao (pH: 11-12) cũng có thể là lý do cho những tác động bất lợi đó. Việc áp dụng tro bay của than non làm giảm sự phát triển của bảy vi sinh vật gây bệnh trên đất như báo cáo của Karpagavalli và Ramabadran [65], trong khi số lượng các loại vi khuẩn cố định đạm Rhizobium sp. và vi khuẩn hòa tan P được tăng lên dưới đất được điều chỉnh với phân chuồng trại hoặc tro bay riêng lẻ hoặc kết hợp [66]. Gaind và Gaur nhận thấy rằng việc áp dụng tro bay ở 40 tấn/ha kết hợp với chủng Pseudomonas striata (một loại vi sinh vật dưới đất) đã cải thiện năng suất đậu, hấp thụ chất dinh dưỡng bằng ngũ cốc và số lượng vi khuẩn cao nhất trong chuỗi tiêm, mặc dù với hàm lượng tro bay là 40 và 60 t/ha cùng với P. striata dẫn đến cùng lượng P2O5 có sẵn trong đất. Môi trường tro bay - đất phù hợp nhất cho sự gia tăng của các vi khuẩn này, do đó góp phần nâng cao khả năng cung cấp photpho đất. Cải tạo đất bằng tro bay loại F, tro bay bitum thành đất với tỷ lệ 505 Mg/ha (?) không gây ra bất kỳ tác động tiêu cực nào lên cộng đồng vi khuẩn trong đất và cải thiện quần thể nấm, bao gồm nấm arbuscular và vi khuẩn gram-âm được phát hiện từ phân tích các nhóm axit.

Một thí nghiệm nuôi cấy được tiến hành bởi Garampalli et al. Sử dụng đất vô cơ, phốt pho để nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay ở ba nồng độ khác nhau., 10 g, 20 g và 30 g tro bay tro cho 1 kg đất trên tính lây nhiễm và hiệu quả của Vescicular-arbusculer mycorrhiza (VAM) Glomus aggregatum trong pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) Cv. Maruti. Tất cả ba nồng độ khác nhau của sự thay đổi tro bay trong đất đã được tìm thấy có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ VAM của thực vật bên trong rễ cây và ở nồng độ cao hơn (30 g tro bay trong 1 kg đất); sự hình thành cấu trúc nấm VAM đã bị triệt tiêu hoàn toàn. Trọng lượng khô của cây bồ công anh dưới tro bay được thêm vào trong đất bị nhiễm nấm VAM đã được tìm thấy là ít hơn đáng kể (mặc dù không đủ quan trọng) khi so sánh với cây trồng ở đất mà không có tro bay. Tuy nhiên, việc bổ sung tro bay mà không cần cấy VAM cũng được nghiên cứu để tăng cường sự tăng trưởng của cây trồng so với cây đối chứng (không có tro bay và VAM). Tiwari et al. đã phân lập được 11 chủng vi khuẩn từ vùng Rhizospheric của Typha latifolia và được cấy riêng trong tro bay với nguồn carbon bổ sung để nghiên cứu khả năng tăng sinh khả dụng hoặc cố định kim loại độc như Cu, Zn, Pb, Cd và Mn . Nó đã được tìm thấy rằng hầu hết các chủng vi khuẩn hoặc tăng cường tính linh động động của Zn, Fe và Mn hoặc cố định Cu và Cd với các trường hợp ngoại lệ rằng NBRFT6 tăng cường tính bất động của Zn và Fe và NBRFT2 của Mn. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng NBRFT8 và NBRFT9 tăng cường khả dụng sinh học của Cu và tất cả các chủng cố định Cd. Họ giải thích rằng đó là chức năng cụ thể của các chủng vi khuẩn, gây ra tính linh động/bất động của các kim loại vi lượng từ các thành phần trao đổi tùy thuộc vào một số yếu tố môi trường và thổ nhưỡng. Do đó, dựa trên khả năng trích ly của kim loại từ tro bay, các chủng vi khuẩn có thể được sử dụng để tăng cường khả năng làm sạch kim loại từ tro bay bởi các nhà máy tích lũy kim loại hoặc để ngăn cản sự thấm thấu của chúng vào các nguồn nước.

Tro bay là nguồn dinh dưỡng thực vật

Người ta đã dùng lạo đất nhân tạo bằng hỗn hợp tro bay với dư lượng furfural hữu cơ để giải quyết vấn đề thiếu đất ở các vùng đất lún của các mỏ than. Những đặc tính hóa học chính của đất nhân tạo này đã được kiểm tra bởi Feng et al. Kết quả cho thấy đất nhân tạo là phù hợp cho việc sử dụng cho nông nghiệp sau khi được tưới tiêu và khử mặn. Các chất dinh dưỡng có sẵn trong đất nhân tạo có thể đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của thực vật và độ pH của đất có khuynh hướng về trung hòa. Về mặt hóa học, tro bay chứa các nguyên tố như Ca, Fe, Mg và K, cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nhưng cũng có các nguyên tố khác như B, Se và Mo và kim loại có thể gây độc cho cây trồng. Vôi trong tro bay dễ dàng phản ứng với các thành phần có tính axit trong đất dẫn đến giải phóng các chất dinh dưỡng như S, B và Mo ở dạng và số lượng thuận lợi cho cây trồng. Tro bay chứa lượng không đáng kể muối hòa tan, cacbon hữu cơ và một số lượng K, CaO, MgO, Zn và Mo đáng kể. Tuy nhiên, nó có khả năng gây độc cho cây trồng do hàm lượng B cao (345 mg/kg). Sau khi ứng dụng tro bay, sự di chuyển của chất dinh dưỡng qua cột đất và sự sẵn có của các chất dinh dưỡng cho sự phát triển của cây đã bị giới hạn ở độ sâu 80 cm so với bề mặt đất. Theo Khan và Khan, sự gia tăng dần nồng độ tro bay trong đất ruộng bình thường từ 0, 10, 20 lên đến 100% v/v làm tăng pH, do đó cải thiện sự sẵn có của sulfat, cacbonat, bicarbonate, clorua, P, K, Ca, Mg, Mn, Cu, Zn và B. Họ cũng thấy rằng việc bổ sung tro bay vào đất chua và kiềm làm giảm lượng Fe, Mn, Ni, Co và Pb thải ra khỏi đất axit. Tuy nhiên, việc giải phóng các kim loại này khỏi đất kiềm vẫn không thay đổi. Những thay đổi về tính chất được lựa chọn và hàm lượng kim loại nặng của ba loại đất ở Ấn Độ đã được nghiên cứu bởi Veeresh et al. Các hỗn hợp của đất với tỷ lệ tro bay và bùn khác nhau, một mình hoặc kết hợp, với tỷ lệ ứng dụng tối đa là 52 tấn/ha được ủ trong 90 ngày ở mức độ ẩm tương đương với môi trường. Bùn thải, do tính chất có tính axit và mặn, chất hữu cơ cao và hàm lượng kim loại nặng, ảnh hưởng nhiều hơn đến tính chất của đất so với tro bay. Tro bụi tĩnh điện (ESP) được thu thập trực tiếp từ trạm nhiệt điện ở Bathinda, Ấn Độ, có cấu trúc mịn hơn, độ pH thấp hơn và giàu chất dinh dưỡng hơn tro của các bãi chôn lấp. Tro có tỷ lệ độ ẩm bão hòa cao hơn và mật độ khối lượng thấp hơn so với đất trồng thông thường. Các cation chiếm lượng lớn được tìm thấy là Ca2 + tiếp theo là Mg2 +, Na + và K + ngoài hàm lượng S cao. Trong một nghiên cứu với methi (Trigonella foenum – graecum), Inam áp dụng các liều tro bay cơ bản khác nhau ở 0, 5, 10 và 15 t/ha cùng với hai liều nitơ (40 và 20 kg/ha). Liều cơ bản đồng đều là 30 kg P và 40 kg K/ha cũng được áp dụng. Nhìn chung, tro bay ở mức 10 tấn/ha với 20 kg N/ha tỏ ra tốt hơn, trong khi liều cao của tro bay tỏ ra có hại. Tro bay không được công nhận là nguồn photpho tối ưu vì nó được tìm thấy thấp hơn monocalcium phosphate [78]. Tuy nhiên, nó đẩy nhanh sự hấp thu Ca2 + và Mg2 + của cây họ đậu.

Sử dụng tro bay trong ủ phân

Trong ủ bùn ủ, vôi được sử dụng để tăng pH và do đó tiêu diệt mầm bệnh và giảm sự sẵn có của các kim loại nặng làm giàu trong bùn. Với loại tro bay kiềm chứa một lượng lớn CaO, nó có thể phục vụ cho mục đích của vôi, vì nó làm giảm sự sẵn có của kim loại nặng bởi sự hấp phụ vật lý và lắng động ở độ pH cao. Hơn nữa, nó cũng rẻ hơn vôi. Co-compost của tro bay ở mức 20% với rơm lúa mì và 2% đá phosphate (theo trọng lượng) trong 90 ngày ghi nhận được tỷ lệ thấp nhất C: N là 16.4: 1 và cao nhất có sẵn và tổng phốt pho. Pha trộn tro bay kiềm với vật liệu có tính axit cacbon cao để làm phân hữu cơ cho xử lý đất cũng đã được đề xuất. Hàm lượng nitơ thấp của tro bay là một trở ngại quan trọng đối với ứng dụng nông nghiệp của nó. Trong một nghiên cứu, Bhattacharya và Chattapadhyaya đã nghiên cứu khả năng cải thiện trạng thái N trong hỗn hợp của tro bay và chất hữu cơ bằng cách thực hiện công nghệ phân hủy sinh học. Sự kết hợp khác nhau của tro bay và phân bò, riêng tro bay, riêng phân bò và tro bay + phân bò ở tỷ lệ 1: 1, 1: 3 và 3: 1 đã được ủ và không có giun đất epigeic (Eisenia foetida) ) trong 50 ngày. Kết quả cho thấy rằng các dạng sinh học có sẵn khác nhau của N, chẳng hạn như NH4 + dễ dàng khoáng hóa và NO3-, các hàm lượng khoáng háo này tăng đáng kể khi có sự tham gia của giun đất. Nó có thể được phần lớn là do hoạt động vi sinh vật tăng cường trong các mẫu vermicomposted và cũng tăng đáng kể nồng độ vi khuẩn N-fixing trong loạt bài này. Trong số ba kết hợp, sự sẵn có cao nhất của N được ghi lại trong hỗn hợp 1: 1 của tro bay phân hủy và phân bò. Đối với tỷ lệ tro bay/bùn thích hợp, tro bay cũng có thể hoạt động như một chất trung hòa nổi bật trong chất thải có tính axit. Sự rửa trôi của các kim loại nặng từ các mẫu phân tích cho kết quả thấp hơn giới hạn cho phép của môi trường trong phạm vi pH từ 3 đến 9.

Fly-ash để cải thiện tăng trưởng và năng suất cây trồng

Một số báo cáo đã được công bố đến việc sử dụng tro bay như là tác nhân cải tạo đất cho một số lượng lớn các loại cây trồng trên đồng ruộng. Việc sử dụng kết hợp bùn/tro bay thải là an toàn và bền vững trên đất nông nghiệp được cho là một nỗ lực có triển vọng cao từ quan điểm môi trường [86]. Tro bay, có cả tính chất cải tạo đất và giàu dinh dưỡng, giúp cải thiện sự tăng trưởng và năng suất cây trồng ở đất laterit axit có độ phì nhiêu thấp [87]. Nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng tro bay giúp tăng năng suất vụ lúa mì (Tritiucm aestivum), cỏ linh lăng (Medicago sativa), lúa mạch (Hordeum vulgare), cỏ bermuda (Cynodon dactylon), cỏ Sabai (Eulaiopsis binata), mung (Vigna unguiculata) và cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) và cải thiện các đặc tính vật lý và hóa học của đất. Furr et al đã chứng minh rằng cỏ linh lăng, lúa miến (lúa miến), ngô ruộng (Zea mays), kê (Echinochloa crusgalli), cà rốt (Daucas carota), hành tây (Allium cepa), đậu (Phaseolus vulgaris), bắp cải (Brassica oleracea), khoai tây (Solanum tuberosum) và cà chua (Lycopersicon esculentum) mọc trên đất hơi chua (pH 6.0) được áp dụng với 125 tấn/ha loại tro bay mới thu hồi và cho thấy hàm lượng As, B, Mg và Se trong các loại cây trồng là cao hơn. Việc ứng dụng tro bay đã được để lâu ở mức 5% dẫn đến tốc độ nảy mầm và chiều dài rễ của rau diếp cao hơn (Lactuca sativa). Phản ứng cây trồng đối với ứng dụng tro bay có thể khác nhau rất nhiều từ lợi ích đến độc hại tùy thuộc vào nồng độ của các nguyên tố khác nhau có trong nó. Ứng dụng chiết xuất tro bay ở dải nồng độ thấp hơn 0.5-1.0% (theo trọng lượng) không có ảnh hưởng đáng kể đến sự nảy mầm và tăng trưởng của cây ngô và đậu tương, trong khi nồng độ tro bay cao hơn có ảnh hưởng có hại đến nảy mầm, khả năng sống sót. , số lượng rễ, chồi và chiều dài rễ, trọng lượng tươi và chất khô của cây giống của cả hai vụ mùa. Sử dụng phân lợn với tro bay làm cân bằng tỷ lệ giữa các cation đơn trị và hai hóa trị (Na + + K + / Ca2 + + Mg2 +), gây bất lợi cho đất và do đó làm tăng tính khả dụng của Ca và Mg. Ứng dụng tro bay ở mức 10 và 20 t/ha cải thiện năng suất lúa từ 1.02 đến 3.83 tấn/ha vào năm 1979 và 4.65 tấn/ ha vào năm 1980. Tương tự, năng suất lúa mì được cải thiện từ 0.57 t/ha (kiểm soát) đến 2.53 t/ha năm 1979 và 2,85 t/ha trong những năm 1980 [99]. Việc sử dụng tro bay lên đến 40% đã cải thiện sự tăng trưởng và năng suất của vụ lúa, trong khi sự suy giảm dần về tăng trưởng thực vật và các thông số năng suất đã được tìm thấy từ 60% đến 100% đất biến đổi tro bay. Tác động bất lợi này là do độ mặn gây ra bởi các mức độ cao hơn của sulfat, clorua, cacbonat và bicarbonate trong đất sửa đổi tro bay. Có độ kiềm và có chứa một số nguyên tố khoáng chất thiết yếu, tro bay than có thể là một thay thế cho việc sửa đổi vôi và một nguồn dinh dưỡng của chất nền chứa để tăng trưởng cây cảnh. Sửa đổi tro bay cũng cải thiện hiệu suất của các loại cây có dầu như hoa hướng dương (Helianthus sp.), Vừng (Sesamum indicum), củ cải (Brassica rapa) và lạc (Arachis hypogaea). Theo Kuchanwar et al., bón 10 tấn tro bay − 1 và 25: 50: 0 kg NPK ha − 1 dẫn đến tăng trưởng tốt hơn và các thuộc tính năng suất dẫn đến năng suất quả cao nhất của lạc. Cây thuốc như cây ngô (Mentha arvensis) và cỏ vetiver (Vetiver zizanoides) đã được trồng thành công trong tro bay trộn với 20% phân chuồng trại và mycorrhiza. Việc sửa đổi các kết hợp tro bay-đất khác nhau dẫn đến năng suất cao của cỏ thơm, đặc biệt là palmarosa (Cymbopogon martini) và sả (Cymbopogon nardus), là do sự gia tăng các chất dinh dưỡng thực vật chính. Lee và cộng sự. [108] áp dụng tro bay ở 0, 40, 80, và 120 Mg/ha (Mg) trong đất lúa để xác định sự hấp thụ boron (B) của gạo và các đặc tính của sự tích tụ B trong đất. Kết quả chỉ ra rằng khi cải tạo đất bằng tro bay, hàm lượng B trong lá lúa và B sẵn có trong đất ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng đều cao hơn so với đối chứng, đồng thời hàm lượng này đều ở dưới mức độc tính. Boron bị ô nhiễm trong sắt và nhôm oxit vô định hình chiếm 20–39% tổng B và không bị ảnh hưởng bởi ứng dụng tro bay. Phần lớn B được tích lũy bằng ứng dụng tro bay là phần B còn lại là dạng thực vật không có sẵn và chiếm > 60% tổng B trong đất. Do đó, có thể nói rằng tro bay có thể là biện pháp cải tạo đất tốt cho sản xuất lúa mà không có độc tính B.

Tiết kiệm phân bón hóa học

Sử dụng tro bay cùng với phân bón hóa học và vật liệu hữu cơ một cách tích hợp có thể tiết kiệm phân bón hóa học cũng như tăng hiệu quả sử dụng phân bón (FUE). Theo Mittra et al., tích hợp sử dụng tro bay, phân hữu cơ và vô cơ đã lưu phân bón N, P và K lên lần lượt là 45.8%, 33.5% và 69.6% và cho lượng FUE cao hơn phân hóa học hoặc sử dụng hữu cơ kết hợp và phân hóa học trong hệ thống canh tác lúa-lạc.

Tro bay như thuốc trừ sâu

Theo Narayanasamy, hơn 50 loài côn trùng gây hại của các loại cây trồng chủ yếu khác nhau dễ bị xử lý bằng tro bay. Ông cũng nói rằng bụi của tro bay với hàm lượng 40 kg/ha trên ruộng lúa có thể kiểm soát cả việc nhai và hút sâu bệnh xếp lá, sâu bướm vàng, bọ cánh cứng gai, đầu tai, bọ nâu, bọ đen, châu chấu, phễu nâu và leafhopper. Các loại sâu bệnh đa dạng của bông như Helicoverpa armigera và Spodoptera litura cũng có thể được kiểm soát một cách hiệu quả. Các nhà khoa học từ các trung tâm nghiên cứu khác cũng đã chứng minh rằng tro bay có thể được sử dụng hiệu quả để tránh sâu bệnh từ nhiều loại rau ngắn ngày, đậu bắp, cà chua và súp lơ. Theo Narayanasamy, tro bay kiểm soát ấu trùng của sâu hại cây trồng bằng cách ảnh hưởng đến hệ thống tiêu hóa và đường tiêu hóa của chúng, và nó cũng có thể gây ra sức đề kháng thực vật đối với các bệnh như cháy lá của lúa. Việc bổ sung thêm 5% tro bay vào đất cũng được tìm thấy làm tăng đáng kể sự phát triển của cây cà chua và giảm lượng galling trên rễ gây ra bởi tuyến trùng nút rễ. Việc ứng dụng tro bay 30% làm giảm khả năng thâm nhập và sinh sản của tuyến trùng trên của rễ trên cà chua. Tro bay kiềm được thêm vào phân lợn ở 10% và 20% (trọng lượng/thể tích), và sự phát sinh CO2 được nghiên cứu trong khoảng thời gian 12 ngày. Họ quan sát thấy sự giảm CO2 và kết luận điều này là do ảnh hưởng của giá trị pH cao, gây ra bởi việc bổ sung tro bay, thay vì ức chế hoạt động của vi sinh vật và sự huy động đáng kể của phốt pho vô cơ trong phân chuồng được điều chỉnh tro bay, có lẽ là kết quả của hoạt động của vi sinh vật. Triển vọng sử dụng tro bay như một loại thuốc trừ sâu bụi, tá dược trong công thức thuốc trừ sâu và chất mang trong thuốc trừ sâu cũng được báo cáo. Hiệu quả sinh học của thuốc trừ sâu thảo dược dựa trên tro bay trên một số nhóm côn trùng đã được thử nghiệm bởi Arputha Sankari và Narayanasamy. Trong số tám loại thuốc trừ sâu thảo dược có chứa tro bay và tro, tro bụi + 10% bột củ nghệ và tro bay + 10% bột hạt sầu đâu được phát hiện là có hiệu quả nhất chống lại tất cả côn trùng thử nghiệm, bao gồm Epilachna trên rau ngắn ngày và Spodoptera trên đậu bắp, tiếp theo là tro bụi + 10% bột cây trinh nữ và tro bay + 10% bột Bạch đàn và tro bay + 10% bột húng quế. Thiyagarajan và Narayanasamy đã báo cáo việc sử dụng tro bay thành công như một loại thuốc trừ sâu trong các loại cây trồng làm vườn. Phát triển và sử dụng bốn chế độ tro bay như termiticide (?) đã được thử nghiệm, và kết quả cho thấy rằng tác dụng của tro bay trên mối thợ đã là vượt trội nhất, tiếp theo là bùn tro bay, mùn cưa và tro bay, hỗn hợp tro bay đất ẩm. Các loại sâu cắn lá có tỷ lệ tử vong cao nhất với các tác động của tro bay, tiếp theo là hỗn hợp tro bay với mùn cưa. Tuy nhiên, không có sự thay đổi nào về tác động của tro bay liên quan đến thời điểm khác nhau được ghi nhận. Hiệu quả sinh học của thuốc trừ sâu thảo dược dựa trên tro bay chống lại sâu bệnh của lúa và rau đã được báo cáo. Thuốc trừ sâu dạng bụi với tro bay lên tới 40% là chất phân tán thích hợp để giải quyết vấn đề kết tụ trong trường hợp dùng đất sét trắng nghiền, và hơn thế nữa, nó còn tiết kiệm thời gian, điện, nhân lực, tài nguyên thiên nhiên mà không gây tác động xấu đến lúa , cà chua, rau ngắn ngày và vừng trong các thử nghiệm liên quan đến năng suất và chất lượng.

Ảnh hưởng của tro bay đến sự hấp thu chất dinh dưỡng và các yếu tố độc hại và chất lượng sản lượng cây trồng

Nồng độ cao của các nguyên tố như K, Na, Zn, Ca, Mg và Fe trong tro bay làm tăng năng suất của cây trồng nông nghiệp. Tuy nhiên, ứng dụng tro bay mới thu hồi có thể có xu hướng tích lũy các nguyên tố như B, Mo, Se và Al, ở mức độ độc hại gây tác động làm giảm năng suất cây trồng và do đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật. Ứng dụng tro bay cũng có thể làm giảm sự hấp thu của các kim loại nặng bao gồm Cd, Cu, Cr, Fe, Mn và Zn trong các mô thực vật, có thể là do pH tăng của tro bay được dùng để cải tạo đất. Theo El-Mogazi et al, nguồn cung As từ tro bay đến thực vật có thể là ngắn hạn. Phương pháp xử lý dinh dưỡng tích hợp liên quan đến tro bay ở 10 tấn/ha, chất thải hữu cơ và phân hóa học dẫn đến sự hấp thu N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn và Cu trong hạt gạo cao hơn so với chỉ sử dụng phân bón hóa học do đó năng suất lúa cao hơn. Họ cũng quan sát thấy nồng độ Cd và Ni thấp hơn ở cả hạt và rơm của lúa và lý do có thể là sự gia tăng độ pH của đất do trộn thêm tro bay cho cây lúa đã làm kết tủa Cd và Ni tự nhiên. Trong hệ thống canh tác lúa, sự hấp thu của N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn và Cu bằng cây mù tạc sau vụ lúa đã cao hơn khi dùng tro bay ở 10 t/ha + rơm rạ, ở 5 t/ha + phân hóa học hoặc 10 t/ha + phân chuồng trại tại 5 t/ha + phân hóa học hoặc tro bay ở 10 t/ha + phân xanh ở 2.5 t/ha + phân hóa học khi được so sánh với sử dụng phân hóa học hoặc tro bay một mình. Theo Mittra et al., sự hấp thu Zn, Cu, Cd và As của gạo và đậu phộng từ đất có tro bay là nằm trong giới hạn an toàn như được đưa ra bởi Đạo luật phòng chống thực phẩm (1997). Ứng dụng bùn -tro bay đã ổn định vào đất bùn chua làm tăng đáng kể năng suất ngô cũng như làm giảm sự hấp thụ các kim loại nặng bao gồm Cu, Zn, Ni và Cd có trong bùn. Topac et al. đã sử dụng tro than non như một chất phụ gia trong ba quá trình ổn định kiềm khác nhau và đã thử nghiệm tác động lên một số tính chất hóa học của bùn thải. Kết quả cho thấy rằng bùn bổ sung 40% tro bay (trọng lượng khô) không gây ra sự khác biệt đáng kể về tính chất bùn; tuy nhiên, ứng dụng tro bay 80% và 120% làm giảm nồng độ NH4-N, No3 – N, P và B hòa tan trong bùn. Giảm đáng kể các dạng N và P có sẵn và tăng đáng kể độ pH trong các quá trình ổn định kiềm (10–15% vôi sống + 40–120% tro bay) và thanh trùng kiềm (10–15% vôi sống + 40 -120% tro bay + ủ nhiệt ở 70 ° C trong 30 phút).

Tro bay kiềm cũng được báo cáo là tác nhân liên kết để cố định kim loại nặng và chất dinh dưỡng trong chất thải và các chất hữu cơ. Một số nhà khoa học đã sử dụng tro bay biến tính để loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nước và nước thải, đồng thời nó được sử dụng như chất hấp phụ cho việc cải tạo nước thải. Độc tính của Boron là vấn đề chính trong việc sử dụng tro bay trong nông nghiệp. Việc áp dụng một chất nền hữu cơ dễ bị oxi hóa có thể ngăn cản sự ức chế vi khuẩn B gây ra sự hô hấp của vi sinh vật. Tăng tích lũy selen trong các mô thực vật với các ứng dụng tro bay tăng để kiểm tra chặt chẽ và sử dụng lượng tro bay phong hóa thích hợp tùy thuộc vào việc sử dụng cuối cùng của sinh khối sản xuất. Rios et al. quan sát thấy rằng tro bay của than đá có thể được sử dụng để loại bỏ các kim loại nặng như Fe, As, Pb, Zn, Cu, Ni, Cr từ nước thải axit của các mỏ. Goodarzi và Hower đã thử nghiệm tro bay được sản xuất từ các nhà máy điện của Canada sử dụng than nghiền và lò đốt tầng sôi để xác định hàm lượng carbon của chúng nhằm xác định khả năng thu giữ Hg và đã không xác định được số lượng Hg bị phát hiện. Các loại carbon như đẳng hướng và đẳng hướng vitrinitic, đẳng hướng và đẳng hướng Petcoke, hàm lượng halogen, các loại thiết bị kiểm soát tro bay, và nhiệt độ của các thiết bị điều khiển tro bay cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nắm bắt Hg. Wang et al. thử nghiệm đơn và đồng hấp phụ của kim loại nặng và axit humic (HA) trên tro bay và quan sát thấy rằng đối với hệ thống ô nhiễm đơn, hấp thụ Pb2 + là 18 mg/g, Cu2 + ở 7 mg/g và HA ở mức 36 mg/g, trong trường hợp đồng hấp phụ, sự có mặt của HA trong nước sẽ cung cấp các vị trí gắn kết bổ sung cho kim loại nặng, dẫn đến tăng hấp thụ Pb2 + và Cu2 + đến 37 và 28 mg/g, tương ứng, cho các hệ thống Pb – HA và Cu – HA, tương ứng, ở pH 5,0 và 30 ° C. Họ đã xác định rằng các ion kim loại nặng có mặt trong hệ thống cạnh tranh với sự hấp thụ HA trên tro bay, do đó làm giảm sự hấp phụ HA.

Tác nhân phóng xạ trong tro bay

So với đất hoặc đá phổ biến, phần lớn tro bay chứa không đáng kể các nguyên tố phóng xạ hoặc phóng xạ liên quan [140]. Trong khi dưới 10% thori được chứa trong các khoáng vật phosphate như monazit hoặc apatit, nồng độ uranium tự nhiên có thể thay đổi từ 14 đến 100 mg kg-1, và trong những trường hợp đặc biệt, nó có thể cao tới 1500 mg/kg và nó tập trung nhiều hơn trong các hạt có kích thước nhỏ hơn của tro bay. Tro bay có chứa ô nhiễm phóng xạ của loạt uranium và thorium cùng với các chất ô nhiễm phóng xạ khác như 222Ru và 220Ru. Mặc dù một số báo cáo về sự hiện diện của các hạt nhân phóng xạ trong tro bay có sẵn, các nghiên cứu về tác động của chúng là ít. Kết quả phân tích phóng xạ cho thấy mức độ hoạt động của gamma phát ra hạt nhân phóng xạ 40K, 226Ra, 228 và Ac nằm trong giới hạn cho phép và việc trộn tro bay với đất ở mức 24% (theo thể tích) là không gây tác hại. Mathur et al đã nghiên cứu tốc độ phát ra radon trong các mẫu than và tro bay từ các nhà máy nhiệt điện tại Kolaghat (WB, Ấn Độ) và Kasimpur (UP, Ấn Độ) bằng kỹ thuật kín có thiết bị dò LR-115 loại II. Họ quan sát thấy tỷ lệ phát ra radon từ các mẫu tro bay từ Kolaghat cao hơn so với mẫu than và nồng độ hoạt động của hạt nhân phóng xạ trong tro bay đã được tăng lên sau khi đốt than, trong khi các mẫu tro bay từ Kasimpur cho thấy không có sự thay đổi đáng kể trong phát ra radon. Papastefanou đã kiểm tra sự phóng xạ của than và tro bay ở Hy Lạp và thấy rằng nồng độ hoạt động của than nằm trong khoảng từ 117 đến 435 Bq/kg cho 238U, từ 44 đến 255 Bq/kg cho 226Ra, từ 59 đến 205 Bq(a)/kg cho 210Pb, từ 9 đến 41 Bq/kg cho 228Ra và từ 59 đến 227 Bq/kg cho 40K. Ông đã công bố rằng các mức này là có thể so sánh với loại than của các quốc gia khác nhau trên toàn thế giới. Nồng độ hoạt động của tro bay được sản xuất trong các nhà máy nhiệt điện than từ 263 đến 950 Bq/kg cho 238U, từ 142 đến 605 Bq/kg cho 226Ra, từ 133 đến 428 Bq/kg cho 210Pb, từ 27 đến 68 Bq/kg cho 228Ra và từ 204 đến 382 Bq/kg cho 40K. Các kết quả này chỉ ra rằng có sự gia tăng của hạt nhân phóng xạ trong tro bay so với than do quá trình đốt cháy và các yếu tố làm giàu dao động từ 0.60 đến 0.76 cho 238U, từ 0.69 đến 1.07 cho 226Ra, từ 0.57 đến 0.75 cho 210Pb, từ 0.86 đến 1.11 cho 228Ra và từ 0.95 đến 1.10 cho 40K. Mittra et al. phát hiện rằng đất được bổ sung tro bay ở 40 t/ha cho thấy phóng xạ cao hơn (Bq/kg) của 226Ra, 228Ac và 40K so với tro bay và cho 137C, xu hướng ngược lại. Họ cũng báo cáo rằng phóng xạ do việc bổ sung tro bay là do hiệu ứng pha loãng của đất, mặc dù các biến thể biên này nằm trong giới hạn an toàn. Kumar et al. quan sát thấy rằng tỷ lệ thoát ra radon từ tro bay ít hơn so với đất và than đá, mặc dù tro bay có hàm lượng uranium cao hơn so với đất điển hình.

(a): Bq là đơn vị của độ phóng xạ (giải thích của người dịch).

Ảnh hưởng của tro bay đến nguồn nước dưới đất

Các đặc tính vật lý và hóa học của tro bay và các điều kiện khí hậu và nước dưới đất của bãi đổ thải là những yếu tố chính xác định ảnh hưởng của tro lên nguồn nước ngầm. Tro bay đã lưu trữ có hàm lượng muối hòa tan cao hơn; do đó, sự lưu trữ tro do tác động của nước và thời tiết các muối được hòa tan gây ra nhiều ô nhiễm nước ngầm. Trong trường hợp tro bay mới thu hồi, nhìn chung có một lượng muối hòa tan cao hơn, nhưng nó giảm nhanh chóng theo thời gian. Khi nước bão hòa, tro bị phong hóa trong hồ lắng, các loại muối hòa tan được lắng đọng trong bãi chôn lấp, bang cách thu hồi các nước chiết này làm giảm nhanh chóng lượng muối hòa tan thấp, trong khi có thể mất một năm hoặc lâu hơn để tro khô chưa hấp thụ đủ độ ẩm để làm cho các muối hòa tan thoát ra.

Tro bay có chứa các kim loại nặng, dễ dàng thấm xuống trong các hồ chứa được lót bằng đất thông thường. Độ hòa tan của kim loại nặng có trong tro bay là < 10%. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của Natusch cho thấy rằng 5-30% các nguyên tố độc hại đặc biệt là Cd, Cu và Pb đều có khả năng lọc được. Hơn nữa, nồng độ của các nguyên tố này trong tro bay rất thấp; do đó, sự rửa trôi của các nguyên tố này vào nước ngầm là không đáng kể. Tuy nhiên, việc quan trắc chặt chẽ khía cạnh này là cần chú ý. Các thí nghiệm được tiến hành tại Viện Nghiên cứu Nhiên liệu Trung ương (CFRI), Dhanbad, Ấn Độ cho thấy không có ảnh hưởng tiêu cực của việc sử dụng tro bay đối với chất lượng nước ngầm và hàm lượng kim loại độc hại nằm trong giới hạn cho phép. Khả năng sử dụng tro bay từ nhà máy điện đốt than để loại bỏ Zn (II) và Ni (II) khỏi các dung dịch nước đã được báo cáo bởi Cetin và Pehlivan. Một nghiên cứu được tiến hành trên đất từ khu mỏ của Ý bị ô nhiễm nặng với kim loại nặng cho thấy hàm lượng kim loại nặng trong nước chiết giảm hơn khi đất được trộn với tro bay, điều này cho thấy thực tế là tro bay có tác dụng cố định các ion kim loại nặng trong đất.

Sử dụng tro bay và sự ấm lên của trái đất

Nông nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong trong việc kiểm soát các loại khí gây hiệu kính toàn cầu như carbon dioxide, oxit nitơ và mêtan. Nhiều nghiên cứu cho rằng bằng cách thay đổi trong thực tiễn nông học có thể làm giảm GWP (tiềm năng nóng lên toàn cầu). Với giả định của Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), tất cả các-bon trong vôi nông nghiệp (CaCO3) cuối cùng được thải ra dưới dạng khí CO2, EPA của Mỹ ước tính 9 Tg (Teragram = 1012 g = 106 metric tonne) CO2 được phát ra từ khoảng 20 Tg vôi nông nghiệp đã sử dụng vào năm 2001. Theo ước tính khác, chỉ trong nông nghiệp Hoa Kỳ, lượng vôi nông nghiệp được sử dụng là 20–30 Tg/năm và cũng trong nghiên cứu này ước tính có 4.4 – 6.6 Tg CO2 được thải ra vào năm 2001. Bernoux ước tính lượng CO2 thải ra từ việc bón đất nông nghiệp ở Brazil trong giai đoạn 1990–2000. Việc tính toán dựa trên phương pháp được đề xuất bởi IPCC, nhưng được tiến hành riêng biệt cho năm khu vực hành chính của Brazil. Lượng phát thải CO2 hàng năm tổng hợp cho Braxin dao động từ 4.9 đến 9.4 Tg CO2/năm với giá trị trung bình là 7.2 Tg CO2/năm. Nhưng vôi nông nghiệp có thể là nguồn hay bồn chứa CO2, tùy thuộc vào phản ứng của nó xảy ra với axit mạnh hay axit cacbonic. Một nghiên cứu cho thấy rằng nước thấm (thâm nhập) vào có xu hướng chỉ ra sự hấp thu CO2, cũng như nước thoát ra từ các ống thoát và các kênh thoát ra khỏi các lưu vực nông nghiệp. Khi nồng độ nitrat tăng lên trong nước thâm nhập, vôi chuyển từ bể CO2 sang nguồn, ngụ ý quá trình nitrat hóa là quá trình chính trong chu trình axit hóa. Một nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng 1 tấn tro bay có thể cô lập tới 26 kg CO2, tức là dùng 38.18 tấn tro bay sẽ có 1 tấn CO2 được cô lập. Điều này khẳng định khả năng sử dụng dư lượng kiềm trong tro bay để giảm thiểu CO2. Sử dụng tro bay như là chất cải tạo đất thay cho vôi có thể dẫn đến giảm lượng khí thải CO2, góp phần giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu.

Kết luận

Để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và do đó làm tăng công suất phát điện, sự phụ thuộc vào than để phát điện và xử lý tro bay sẽ tiếp tục tăng cùng với các vấn đề không thể tránh khỏi khác nhau. Hơn nữa, giữ quan điểm về các vấn đề phát triển như tang dân số, nhu cầu lương thực ngày càng tăng, thu hẹp tài nguyên thiên nhiên, cần duy trì sản lượng cây trồng cũng như sức khỏe đất một cách thân thiện với môi trường. Do đó, nó đòi hỏi phải đưa tro bay vào tham gia một cách hiệu quả hơn trong lĩnh vực nông nghiệp để khai thác hoàn toàn các tính chất vật lý và hóa học của nó một cách đầy đủ, có lợi cho sức khỏe đất và cây trồng.