TIỀM NĂNG SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TỪ NGUỒN CHẤT THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH NCS, Th S Bùi Thị Hồng Hà TÓM TẮT Cộng đồng khoa học trong và ngoài nước đã chỉ rõ nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường lớn nhất trong nông nghiệp ở Việt Nam là từ trồng trọt và chăn nuôi Hiện nay là chất thải chăn nuôi là một trong những nguồn gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường không khí, nước Hàng năm, lượng chất thải chăn nuôi từ gia súc, gia cầm được thải ra vô cùng lớn, trong đó mới chỉ có một phần nhỏ cá.
TIỀM NĂNG SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TỪ NGUỒN CHẤT THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH NCS, Th.S Bùi Thị Hồng Hà TÓM TẮT Cộng đồng khoa học nước rõ nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường lớn nông nghiệp Việt Nam từ trồng trọt chăn nuôi Hiện chất thải chăn nuôi nguồn gây tình trạng nhiễm mơi trường khơng khí, nước Hàng năm, lượng chất thải chăn ni từ gia súc, gia cầm thải vô lớn, có phần nhỏ trang trại chăn nuôi thực khử mùi chuồng trại khoảng 20% chất thải khai thác sử dụng hiệu vào mục đích khác làm khí sinh học, phân bón,… Chất thải chăn ni có hàm lượng chất hữu cơ, nguyên tố khoáng đa lượng cao có chất trung , vi lượng – nguồn nguyên liệu có giá trị tiềm lớn để sản xuất phân hữu được quản lý, sử dụng hiệu Việc sử dụng chế phẩm vi sinh khử mùi khu vực chuồng trại xử lý phế thải chăn nuôi vừa hạn chế ô nhiễm môi trường nông nghiệp nông thôn vừa rút ngắn thời gian ủ phân đồng thời nâng cao chất lượng phân ủ ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành chăn ni tạo lượng lớn chất thải có chứa chất dinh dưỡng, chất hữu cơ, kim loại nặng mầm bệnh Sử dụng chất thải chăn nuôi bón trả lại đất góp phần tái chế chất dinh dưỡng, tăng chất hữu đất cải thiện điều kiện vật lý đất Mặt khác, vật liệu nguy hiểm kim loại nặng mầm bệnhtrong chất thải chăn ni có khả gây nhiễm môi trường [1] Sự gia tăng trang trại chăn nuôi nhiều địa phương thời gian gần dẫn đến lượng lớn chất thải chăn nuôi thải môi trường Vấn đề đặt với khoảng 85 triệu chất thải rắn từ phân lợn, trâu bị, gia cầm, có 20% chất thải khai thác sử dụng vào mục đích khác làm khí sinh học, phân bón, … lại đa phần chưa xử lý xử lý chưa triệt để, tạo nguy ô nhiễm môi trường (Số liệu thống kê Bộ Nông nghiệp PTNT năm 2017) Chất thải chăn nuôi có chứa nhiều nguyên tố đa, trung, vi lượng – nguồn nguyên liệu quý để sản xuất phân bón Như vậy, tiềm sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp đặc biệt nguồn phế thải chăn nuôi Việt Nam lớn, song thực tế sử dụng chúng để giảm ô nhiễm môi trường tự sản xuất phân bón hữu tạo thu nhập cho nơng dân hạn chế Trong phạm vi viết, tác giả xin trình bày số phần: i) Hiện trạng tiềm sử dụng nguồn phế thải chăn nuôi Việt Nam; ii) Sự phân giải số hợp chất cao phân tử vi sinh vật; iii) Ứng dụng khả phân giải hợp chất hữu số chủng vi sinh vật; iv) Kết sử dụng chế phẩm vi sinh EMUNIV xử lý môi trường chăn nuôi; v) Kết luận kiến nghị Hiện trạng tiềm sử dụng nguồn phế thải chăn nuôi Việt Nam Tác giả tham khả tài liệu sau để đánh giá trạng tiềm sử dụng nguồn phế thải chăn nuôi Việt Nam: 1) Báo cáo Tổ chức Nông Lương giới (FAO); 2) Báo cáo Dự án hỗ trợ nông nghiệp cacbon thấp (LCASP) năm 2015; 3) Một số dự án, tài liệu chuyên ngành khác 1.1 Hiện trạng sử dụng nguồn phế thải chăn nuôi Cộng đồng khoa học nước rõ nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường lớn nông nghiệp Việt Nam từ trồng trọt chăn nuôi Theo báo cáo Tổ chức Nông Lương giới (FAO, chất thải gia súc toàn cầu 65% lượng Nitơ oxit (N2O) khí Đây loại khí có khả hấp thụ lượng mặt trời cao nhất, gấp 296 lần so với khí CO2 Cùng với loại khí khác CO2, CH4, …gây lên hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên Ơ nhiễm mơi trường chăn ni gây nên chủ yếu từ nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không kỹ thuật Một kết kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn chuồng nuôi gia súc cho thấy: tổng số vi khuẩn khơng khí chuồng ni cao gấp 30 – 40 lần so với khơng khí bên ngồi Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) đặc biệt nguy hiểm, làm phát sinh loại dịch bệnh lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm,… Những năm gần đây, chăn nuôi lĩnh vực địa phương trọng phát triển Tuy nhiên, quy hoạch quản lý quy hoạch chưa tốt, người dân tự mở rộng quy mô lại thiếu quan tâm đến cơng trình xử lý chất thải nên chất thải chăn nuôi nhiều nơi chưa xử lý xử lý chưa triệt để, tiềm ẩn nguy cao ô nhiễm môi trường Theo tính tốn lượng chất thải rắn trung bình mà vật ni thải (kg/con/ngày) bò 10 kg, trâu 15 kg, lợn kg, … Ngồi phân khơ, thức ăn thừa cịn thải mơi trường chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu nước rửa chuồng trại) Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn khoảng 80% chất thải lỏng xả thẳng môi trường sử dụng không qua xử lý gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Theo Bộ Nơng nghiệp PTNT, tính đến tháng 4/2017, tổng đàn gia súc gia cầm tập trung Việt Nam có 2.519.411 trâu; 5.496.557 bò;28.312.083 lợn 341.892.000 gia cầm ước tính thải khoảng 85 triệu chất thải rắn (trâu 13 triệu tấn; bò 20 triệu tấn; lợn 26 triệu tấn; gia cầm 26 triệu tấn), có khoảng 20% chất thải khai thác, sử dụng có hiệu [2] Theo thống kê biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi 55/63 tỉnh, thành năm 2013 cho thấy: Trong tổng số 12.427 trang trại điều tra có 729 trang trại làm đệm lót (6,37%), 3.950 trang trại sử dụng biogas (31.79%), 235 trang trại áp dụng ủ compost (1,89%), 6.694 trang trại bán phân (25,615), áp dụng biện pháp khác có 270 trang trại (2,17%) số trang trại chưa áp dụng biện pháp xử lý 781 trang trại (6,28%) Cũng theo kết tổng hợp này, tổng số 5,6 triệu hộ chăn ni có 1,08% số hộ áp dụng đệm lót sinh học , 4,08% số hộ áp dụng biogas, 6,15% số hộ ủ phân 37,28% số hộ chưa áp dụng biện pháp xử lý chất thải Theo thống kê Cục Chăn nuôi năm 2013 cho thấy: tỷ lệ lượng chất thải sử dụng cho khí sinh học thấp (3,7%), tỷ lệ phân ủ compost cao (10%), tỷ lệ phân không qua xử lý (sử dụng trực tiếp) cao (khoảng 60%), tỷ lệ sử dụng hình thức khác xả ao, mương, kênh, rạch cao (khoảng gần 20%) Ở số địa phương có biện pháp xử lý làm giảm mùi hôi chuồng trại xử lý ủ làm phân bón tỷ lệ xử lý (qua khí sinh học hay ủ compost) thấp (chỉ đạt 13,7%), phần lại khoảng gần 16 triệu phân (86,3%) khoảng 7,2 triệu m 3dùng bón trực tiếp đồng ruộng xả vào kênh, mương, ao, hồ Đây nguồn gây ô nhiễm môi trường lây lan bệnh tật tác động trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng [5] Tóm lại, chăn ni phát triển tạo rủi ro cho môi trường sinh thái nguyên nhân làm trái đất nóng lên đề mơi trường chăn nuôi không quản lý hiệu Tuy nhiên, điều kiện kinh tế xã hội nước ta nay, phát triển chăn nuôi sinh kế cho nhiều người dân Do vậy, vấn đề đặt phát triển chăn nuôi phải bền vững để hạn chế tối đa mức độ gây ô nhiễm, bảo vệ mơi trường sinh thái đồng thời có biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi hiệu quả, mang lại giá trị hiệu kinh tế cho người dân 1.2 Tiềm sử dụng chất thải chăn nuôi a Hàm lượng chất dinh dưỡng chất thải chăn nuôi Dinh dưỡng phân chuồng tươi (phân lợn, gà, trâu, bò, …) chủ yếu nằm dạng hợp chất hữu trồng khó hấp thụ Từ người dân có kinh nghiệm xử lý phân chuồng giúp chuyển hóa chất hữu phân tử lớn thành chất vô phân tử nhỏ chất khoáng dễ tiêu trước đưa bón trực tiếp cho trồng Nguyên lý trình ủ phân chuồng tác động vi sinh vật hiếu khí yếm khí, chất hữu phân tử lớn chuyển thành chất hữu phân tử nhỏ, chất khống khó tiêu thành chất dễ tiêu Theo báo cáo Cục Trồng trọt, giá trị chất lượng số chất thải rắn chăn ni phụ thuộc nhiều vào cách chăm sóc, ni dưỡng, chất liệu độn chuồng cách ủ phân Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng số loại phân chuồng Đơn vị: % Loại phân Lợn Trâu bò Ngựa Gà Vịt H2O 82,0 83,1 75,7 56,0 56,0 N 0,80 0,29 0,44 1,63 1,00 P2O5 0,41 0,17 0,35 1,54 1,40 K2O 0,26 1,00 0,35 0,85 0,62 CaO 0,09 0,35 0,15 2,40 1,70 MgO 0,10 0,13 0,12 0,74 0,35 Trong 10 phân chuồng lấy số nguyên tố vi lượng sau: Bo: – 200 g; Mn: 500 – 2.000 g; Co: – 10 g Cu: 50- 150 g; Zn: 200 – 1.000 g; Mo: - 25 g Và số nguyên tố khác Như vậy, thấy chất thải chăn ni nguồn nguyên liệu quý tái sử dụng để sản xuất phân bón hữu cung cấp cho sản xuất nông nghiệp Mặt khác phân hữu lựa chọn thân thiện với môi trường kinh tế [3] b Lợi ích kinh tế mơi trường sử dụng chất thải chăn nuôi Hàng năm Việt Nam bỏ khoảng tỷ USD cho phân bón hóa học (trong đó, tỷ USD sản xuất nước tỷ USD nhập khẩu) Mặt khác, Việt Nam có tiềm sản xuất phân bón hữu sinh học lớn từ chất thải chăn nuôi (hơn 80 triệu chất thải chăn nuôi/ năm) nên thay phần phân bón hóa học phân hữu sinh học tiết kiệm tiền nhập phân bón hóa học hàng năm Bên cạnh giá trị kinh tế, việc sử dụng chất thải chăn ni cịn giúp tiết kiệm khoản kinh phí cho xử lý nhiễm mơi trường chăn ni [4] Theo báo cáo Dự án hỗ trợ nông nghiệp cacbon thấp (LCASP) năm 2015, sử dụng phụ phẩm trồng trọt chất thải chăn ni kết hợp vưới phụ phẩm khí sinh học sản xuất phân ủ compost Nếu sử dụng lượng phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu tiềm sản xuất 20 triệu phân ủ compost Với giá phân ủ compost khoảng 2,5 triệu đồng/tấn thu 50 nghìn tỷ đồng Sự phân giải số hợp chất hữu cao phân tử vi sinh vật 2.1 Sự phân giải hợp chất cacbon Hợp chất cacbon tồn chất thải chăn nuôi chủ yếu cellulose Cellulose glucan mạch thẳng gồm 8.000 – 12.000 phân tử glucose, nối với qua liên kết β-1,4 glucozit Các sợi cellulose cạnh xếp song song gắn với nhờ liên kết hydro nhóm –OH chúng Việc thủy phân cellulose thực phương pháp hóa học sinh học Phương pháp hóa học địi hỏi trang thiết bị tốn khó thu sản phẩm tinh khiết, hiệu kinh tế thấp Trong đó, vi sinh vật sinh trưởng nhanh, nuôi dễ, sinh enzyme đặc nên thu sản phẩm tinh khiết nhiệt độ áp suất thường Theo hướng này, trước hết cellulose đượcc thủy phân glucose, từ glucose làm thức ăn cho người, gia súc lên men tạo thành dung môi, chất dẻo cồn Enzyme thực trình phân giải cellulose cellulase Các vi sinh vật có khả phân giải cellulose như: Nhóm vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Cellulomonas,…; Nhóm xạ khuẩn: Streptomyces, Actinomyces, Micromonospora, …; Nhóm nấm: Trichoderma viride, Penicillium pinophinum,… 2.2 Sự phân giải hợp chất nitơ Các protein phức tạp vi sinh vật phân giải thành axit amin nhờ enzyme protease, trình diễn bên tế bào Vi sinh vật hấp thụ axit amin phân giải tiếp tạo lượng Khi mơi trường thiếu cacbon thừa nitơ vi sinh vật khử axit amin, sử dụng axit hữu làm nguồn cacbon Enzyem thực trình phân giải protein protease Các vi sinh vật có khả sinh enzyme protease như: Nhóm vi khuẩn có Bacillus mesentericus, B subtilis; Nhóm nấm mốc Aspergillus oryzae, A flavus; Nhóm xạ khuẩn Streptomyces fradiae, S griseus, S rimosus; … Ứng dụng khả phân giải hợp chất hữu số chủng vi sinh vật Các chủng vi sinh vật có khả phân giải chất hữu ứng dụng nhiều đời sống dạng chế phẩm vi sinh hay chế phẩm sinh học nói chung (probiotic) Một tập hợp chủng vi sinh vật với khả khác kết hợp với tạo loại chế phẩm sinh học đa cơng dụng Hiện nay, có nhiều chế phẩm vi sinh, chế phẩm sinh học có thị trường với mục đích xử lý mơi trường chăn ni Tuy nhiên, Phịng Vi sinh nơng nghiệp – Trung tâm Nông nghiệp hữu cơ, Học viện Nông nghiệp Việt Nam tìm hiểu, lựa chọn phát triển ứng dụng chế phẩm vi sinh EMUNIV nhiều mô hình mẫu với mục đích xử lý mơi trường chăn nuôi Giới thiệu phẩm vi sinh EMUNIV: sản phẩm đề tài “Nghiên cứu chất vi sinh vật chế phẩm EM nghiên cứu sản xuất EM Việt Nam” - Đề tài đặc biệt EM/KHCN năm 1997-2000 Thành phần chế phẩm: tập hợp vi sinh vật chọn lọc kỹ gồm chủng vi sinh vật sau: + Bacillus subtilis Bacillus lichemiformis: có khả sinh Enzyme phân giải chất hữu bao gồm: cellulase phân giải cellulose, amylase phân giải tinh bột, protease phân giải protein + Bacillus megaterium : có khả chuyển hóa phophat khó tan thành dễ tan, đồng thời sinh chất kháng sinh chống vi khuẩn gây bệnh héo (Ralstonia celanacearum), chống nấm gây bệnh thối cổ rễ (Fusarium oxysporum) đồng thời sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật (IAA – acid indol acetic) + Lactobacillus plantarum Lactobacillus acidophilus: có khả sinh acid lactic bacteriocin, cạnh tranh gây ức chế sinh trưởng số vi khuẩn gây bệnh + Streptomyces sp: có khả sinh enzyme cellulace phân giải cellulose mạnh chất kháng sinh chống số nấm gây bệnh thực vật + Saccharomyes cerevisiae: lên men cồn, cung cấp nguồn thức ăn cacbonhidrat cho sinh vật khác + Nitrosomonas sp Nitrobacter sp: có khả sinh enzyme oxidoreductase giúp chuyển hóa hoàn toàn nitơ hợp chất hữu thành NO3- Chế phẩm vi sinh EMUNIV có ưu điểm như: 1) Có khả sinh Enzyme phân giải nhanh chất hữu (rác thải, phế thải sau thu hoạch, phân gia súc gia cầm); 2) Sinh trưởng tốt mơi trường nghèo chất dinh dưỡng; 3) Có sức cạnh tranh với vi sinh vật bất lợi, ví dụ vi sinh vật gây thối nên giảm rõ rệt mùi hôi thối từ đống phế thải; 4) Có khả sinh chất kháng khuẩn, ức chế số vi sinh vật gây bệnh cho trồng; 5) Một số chủng có khả nâng sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật (ví dụ IAA – axit indol axetic); 6) An tồn người, vật ni, trồng môi trường sinh thái Các vi sinh vật chế phẩm thuộc loại an toàn cấp Chế phẩm vi sinh EMUNIV sử dụng với nhiều mục đích khác như: xử lí rác thải, phế thải sau thu hoạch, phân gia súc, gia cầm để làm phân bón hữu cơ,… dựa kết đề tài “Nghiên cứu phân huỷ rác làm phân bón hữu thức ăn chăn nuôi biện pháp vi sinh vật” - Đề tài cấp Nhà nước, mã số 52D - 04 - 01, 1987-1990 Các kết ứng dụng chế phẩm vi sinh EMUNIV xử lý mơi trường chăn ni nhóm tác giả thực mục Kết sử dụng chế phẩm vi sinh EMUNIV xử lý môi trường chăn nuôi 4.1 Xử lý môi trường chăn nuôi bị sữa Mộc Châu Trong q trình ni, bị thải khối lượng chất thải lớn, chúng chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh, có hại cho đàn bò người, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người dân xung quanh Vì cần xử lý tốt vấn đề môi trường Các hộ ni bị sữa Thị trấn nơng trường Mộc Châu đầu tư xây dựng hệ thống xử lý chất thải khép kín Tất chất thải như: phân bò, nước tiểu, nước rửa chuồng thu gom vào bể xử lý Toàn chất thải rắn gom lại vào bể riêng ủ để làm phân bón.Cịn nước thải nước tiểu, nước rửa chuồng… cho vào bể lắng (được ngăn thành bể riêng biệt), xử lý qua bước: Bước 1, toàn nước thải từ chuồng bò thu hết vào bể; Bước 2, cho nước thải chảy từ bể sang bể thứ để nuôi cấy vi sinh Loại vi sinh nuôi cấy thùng phi khoảng tuần sau đem đổ vào bể nước thải, chúng có tác dụng khử mùi, giảm hàm lượng chất rắn; Bước 3, bể chứa thứ nước thải đảo sục khí để vi sinh vật phát triển Khi nước thải qua xử lý, đạt đến độ an toàn định, chúng lấy quay trở lại làm phân bón tưới cho đồng cỏ, vườn rau cối… a Phương pháp thực Xử lý môi trường chăn ni bị sữa Mộc Châu quy mơ 17.000 bò / 600 trại (mỗi trại 30 – 2.000 bị), gồm cơng đoạn: Khử mùi chuồng trại xử lý chất thải chăn nuôi + Thực khử mùi chuồng trại: Chuẩn bị dịch vi sinh thức cấp, pha loãng phun dịch lên bề mặt chuồng nuôi + Thực xử lý chất thải dạng rắn: chọn kiểu ủ theo lớp bể thu gom chất thải, nghĩa lớp chất thải dày 20 – 25 cm đến lớp chế phẩm vi sinh, lại lớp chất thải + Thực xử lý chất thải dạng lỏng: chọn kiểu bổ sung chế phẩm vi sinh vật theo ngày, nghĩa chất thải thu gom bể xử lý hàng ngày bổ sung vào bể lượng chế phẩm vi sinh vật b Kết thực Khử mùi chuồng trại Theo đánh giá hộ chăn ni bị sữa, quy trình khử mùi chuồng trại đơn giản, dễ thực hiện, an toàn cho sức khỏe vật nuôi mang lại hiệu cao Xử lý chất thải dạng rắn Kết đánh giá cảm quan khứu giác trực tiếp hộ chăn nuôi: Khu vực bể thu gom xử lý chất thải khơng có mùi mùi nhẹ, giảm tượng ruòi muỗi Sản phẩm phân ủ hồn tồn khơng cịn mùi sau đưa độ ẩm 30 – 40% Đánh giá kết phân tích thể bảng sau: Bảng 2: Kết phân tích số tiêu phân bò sữa trước sau ủ chế phẩm EMUNIV Chỉ tiêu Mẫu Mẫu Mẫu Tiêu chuẩn PBHC Thời gian xử lý Phân tươi 30 ngày 45 ngày Ghi Phụ lục VIII TTư 41/2014/TT BNNPTNT pH Nito (%) Photpho (%) Hữu – OM 5,83 0,374 0,203 21,23 (%) Cu (mg/kg) Hg (mg/kg) Cd (mg/kg) Pb (mg/kg) Vi khuẩn E.Coli (CFU/g) 5,98 3,06 2,08 6,32 2,96 2,57 ≥ 2,0 - 22,45 22,1 ≥ 20,0 2,07 0,27 1,1 48,1 2,62 0,21 1,04 35,7 2,0 5,0 200 2,4 x 105 390 350 1,1 × 103 ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT Từ kết phân tích phân bị sữa trước sau ủ số hộ chăn ni bị sữa thuộc Cơng ty Cổ phần Giống bò sữa Mộc Châu cho thấy: + Phân ủ có pH trung tính, phù hợp sử dụng làm phân bón cho trồng + Chất hữu OM: qua trình ủ phân, hàm lượng chất hữu tăng lên + Hàm lượng nitơ tổng số (N ts), hàm lượng lân tổng số (P2O5 ts), hàm lượng kali tổng số (K2O ts) phân ủ tăng lên qua trình xử lý vi sinh vật + Các tiêu vi sinh phân ủ gồm E coli, Salmonella phát mức cho phép mẫu phân ủ Xử lý chất thải dạng lỏng: 10 Kết đánh giá cảm quan khứu giác trực tiếp chủ hộ chăn nuôi: nước thải sau xử lý khơng có mùi Đánh giá kết phân tích thể bảng sau: Bảng 3: Kết phân tích số tiêu nước thải chăn ni bị sữa trước sau xử lý Kết Trước Sau Chỉ tiêu pH BOD5 (20C) COD TSS NH4+ - N Tổng Photpho Coliform TDS Đơn vị - xử lý xử lý 7,8 7,55 mg/L 1500 158,5 mg/L mg/L mg/L 3080 2380 125,41 223,5 112 17,2 mg/L 35,9 6,7 11×105 3600 2800 1976 MPN/100 mL mg/L Nước tưới Xả thải QC 39: QC62-MT: 2011/BTNM 2016/BTNMT T 5,5 - 5,5 - 100 300 150