KHOA HỌC CÔNG NGHỆ N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n KỲ 2 TH¸NG 10/2020 117 NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ TỪ PHÂN LỢN ÉP CỦA CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI QUY MÔ LỚN Hoàng Thái Ninh1, 2, Nguyễn Thế[.]
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHÂN BĨN HỮU CƠ TỪ PHÂN LỢN ÉP CỦA CÁC TRANG TRẠI CHĂN NI QUY MƠ LỚN Hồng Thái Ninh1, 2, Nguyễn Thế Hinh2, Trần Văn Quy1 TÓM TẮT Hoạt động chăn nuôi lợn quy mô trang trại cho loại nguyên liệu phân lợn ép trang trại chuyển dần sang sử dụng máy tách phân giúp dễ dàng việc xử lý chất thải chăn ni Nghiên cứu nhằm mục đích xử lý nguồn chất thải rắn sau trình ép tách phân thu gom từ trang trại chăn ni lợn làm phân bón hữu Kết nghiên cứu cho thấy, trộn phân lợn sau ép tách phân với than bùn theo tỷ lệ khối lượng 80:20 bổ sung chế phẩm vi sinh vật Compost Maker với thời gian ủ khoảng 40 ngày thu sản phẩm phân bón có chất lượng đáp ứng yêu cầu theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng phân bón (QCVN 1-189:2019/BNNPTNT), nâng cao giá trị gia tăng cho hoạt động chăn nuôi trang trại Từ khóa: Phân lợn ép, chất thải, trang trại chăn ni lợn, phân bón hữu cơ, chế phẩm vi sinh ĐẶT VẤN ĐỀ6 Chăn ni lợn nghề có truyền thống lâu đời Việt Nam Thời gian gần đây, xu hướng chăn nuôi trang trại trọng phát triển nhiều địa phương có nhiều hình thức từ tự chủ gia cơng cho số tập đồn chăn ni lớn Do chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm điều kiện nguồn nước sẵn có nên tập qn chăn ni Việt Nam có xu hướng sử dụng nhiều nước cho việc tắm rửa cho lợn vệ sinh chuồng trại, gây nên tình trạng nhiễm chất thải chăn ni trầm trọng khó thu gom để xử lý Hiện nay, số trạng trại chăn nuôi lợn Việt Nam bắt đầu áp dụng số biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi như: sử dụng máy tách phân để dễ dàng thu gom, gia tăng giá trị sử dụng tăng thêm thu nhập cho trang trại, tránh gây ô nhiễm môi trường Theo kết điều tra, công nghệ tách ép trục vít cơng nghệ phổ biến hiệu tách chất thải chăn nuôi lợn Tuy nhiên, sản phẩm thu hồi sau trình ép chưa xử lý sử dụng dẫn đến nhiều vấn đề tồn liên quan đến việc xử lý nguồn ô nhiễm môi trường Việc xử lý chất thải rắn sau tách ép trang trại cịn mang tính cục chất thải rắn sau ép tách thường bón trực tiếp cho trồng khuôn viên trang trại, chưa đáp ứng Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn Email: hoangthaininh@gmail.com tiêu chuẩn theo quy định phân bón hữu cơ, phục vụ cho cơng tác thương mại hóa sản phẩm giảm ô nhiễm môi trường Mục tiêu nghiên cứu xử lý chất thải rắn sau tách ép từ trang trại chăn nuôi lợn thịt để làm phân bón hữu đáp ứng yêu cầu theo quy định quản lý phân bón, giúp chủ trang trại có thêm nguồn thu nhập nâng cao hiệu công tác xử lý môi trường chăn nuôi ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chất thải rắn sau trình tách ép chất thải chăn nuôi lợn thịt lấy từ trang trại ông Nguyễn Văn Trinh, xã Nghĩa Sơn, huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định gia công cho Tập đồn CP với quy mơ 2.400 đầu lợn Chất thải từ chuồng trại đươc cho xuống bể lắng có dung tích 45 m3 tách ép hệ thống máy tách phân Criman SM 260 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu - Đánh giá đặc tính chất thải chăn nuôi lợn địa điểm nghiên cứu số trang trại chăn nuôi lợn khác tỉnh Nam Định - Đánh giá đặc tính xác định tỷ lệ phối trộn than bùn với phân lợn ép để làm tăng hàm lượng bon, giảm độ ẩm ngưỡng cho phép tăng số lượng giảm giá thành nguyên liệu phân bón Theo đó, khối lượng phân lợn ép/than bùn thử nghiệm theo tỷ lệ 90:10; 85:15; 80:20 75:25 để đưa độ ẩm 50% tối ưu cho vi sinh vt hot Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 10/2020 117 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ động (Ribeiro N Q et al., 2017; Gajalakshmi S et al., 2008) Bảng Chỉ tiêu phương pháp phân tích đánh giá chất lượng nguyên liệu sản phẩm phân lợn ép ủ Phương pháp phân TT Chỉ tiêu tích Giá trị pH TCVN 5979:2007 Hàm lượng chất khô TCVN 6625:2000 (DM) Độ ẩm (%) TCVN 9297:2012 Hàm lượng chất hữu TCVN 9294:2012 (OM) Hàm lượng bon TCVN 9294:2012 hữu tổng số (OC) Hàm lượng nitơ tổng TCVN 8557:2010 số (Nts) Hàm lượng phốt TCVN8563:2010 tổng số (Pts) Hàm lượng kali tổng số TCVN8562:2010 (Kts) Hàm lượng chì (Pb) TCVN 9290:2018 Hàm lượng cadimi 10 TCVN 9291:2018 (Cd) Hàm lượng thủy ngân 11 TCVN 10676:2015 (Hg) 12 Hàm lượng asen (As) TCVN 11403:2016 13 Mật độ vi khuẩn E coli TCVN 6846:2007 Mật độ vi khuẩn 14 TCVN 10780-1:2017 Salmonella - Bổ sung thêm chế phẩm vi sinh vật nhằm tăng hiệu trình ủ (composting) để xử lý phân lợn ép than bùn thành phân bón hữu Việc ủ phân hữu thực theo quy trình cơng nghệ xử lý chất thải chăn nuôi sử dụng chế phẩm vi sinh Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa dựa sở kết nghiên cứu dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải chăn nuôi dạng rắn làm phân bón hữu sinh học quy mơ cơng nghiệp” (Phạm Văn Toản cs., 2013; Nguyễn Thu Hà cs., 2017) Theo đó, nguyên liệu trộn tạo khối ủ (compost) có kích thước chiều dài rộng khoảng m, cao khoảng 1,5 m để xưởng sản xuất có mái che địa điểm nghiên cứu Chế phẩm vi sinh vật xử lý nguyên liệu giàu xenlulo Compost Maker Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa sản xuất theo Quyết định cơng nhận tiến kỹ thuật số 2421/QĐ-BNN-KHCN ngày 17/8/2004 sử dụng để thực trình 118 thử nghiệm ủ (composting) làm phân bón hữu Liều lượng sử dụng theo khuyến cáo kg chế phẩm phụ gia cho nguyên liệu hữu Chế phẩm vi sinh vật phun trực tiếp q trình đảo Phân bón thành phẩm sau ủ đánh giá chất lượng thông qua tiêu phân tích theo dõi q trình ủ (composting) ngun liệu trình bày bảng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính chất thải chăn ni lợn Kết phân tích chất lượng số mẫu phân lợn thu thập trang trại chăn nuôi thuộc phạm vi nghiên cứu thể bảng Bảng Một số thành phần phân lợn TT Chỉ tiêu ĐVT Giá trị pH Chất khô (DM) Độ ẩm % % 5,5 - 7,5 30,0 - 45,2 50,0 - 75,0 Chất hữu % 26,0 - 55,0 Các bon hữu % 11,8 - 19,5 Nts % 1,00 - 1,70 10 11 12 Pts Kts As Pb Hg Cd % % mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 13 Vi khuẩn E coli MPN/g 0,20 - 0,70 0,50 - 0,90 1,0 - 2,0 10,0 - 15,0 0,10 - 0,30 0,10 - 0,50 1,1x104 4,8x104 14 Vi khuẩn Salmonella CFU/25 g + Các kết phân tích mẫu phân lợn bảng tương tự với công bố khác, cụ thể: Theo IAEA (2008) thành phần chất thải chăn ni lợn thịt có hàm lượng N tổng số khoảng 0,72%, NNH4 khoảng 0,42, P tổng số 0,18%, K tổng số 0,6% Theo Vũ Đình Tôn (2010) phân lợn chứa 65-80% nước, 18-23% chất hữu cơ, hàm lượng dinh dưỡng 6,54% P2O5 3,61% N, nhiên hàm lượng K Mg lại thấp, khoảng 1,5% Chất hữu phân lợn đạt tới 80,1% hàm lượng chất khơ, C hữu dễ phân hủy đạt tới 27,3% Hemixenluloza xenluloza phân lợn thấp hàm lượng cht bộo v lignin li cao hn Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Lượng dinh dưỡng mà trồng hấp phụ phân lợn lên đến 70% Theo Zygmunt Kowalski cs (2013) hàm lượng dinh dưỡng phân lợn dao động theo mùa năm sau: N: 4,18 - 7,14 g/kg, P: 0,81 - 1,52 g/kg, hàm lượng chất khô 39,05 - 83,07 g/kg Như vậy, xét góc độ hữu dinh dưỡng phân lợn loại phân bón chất lượng cao Bùi Hữu Đoàn (2011) cho thấy hàm lượng số chất dinh dưỡng thành phần phân lợn thể bảng Bảng Hàm lượng số thành phần phân lợn TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH Chất khô Độ ẩm % % 6,61 ± 0,29 33,0 ± 2,46 55,39 ± 1,47 OM % 29,1 ± 1,01 10 11 12 13 OC Nts C/N Pts Kts As Pb Hg Cd % % % % mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 13,22 + 0,45 1,35 ± 0,52 9,79 ± 0,14 0,22 ± 0,06 0,54 ± 0,08 1,34 ± 0,63 13,39 ± 2,08 0,27 ± 0,12 0,15 ± 0,05 14 E.coli MPN/g (3,81 ± 2,52)x104 15 Salmonella CFU/25 g + Như vậy, chất lượng chất thải chăn nuôi lợn số địa điểm khảo sát có thành phần dinh dưỡng cao, thu gom sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu chất lượng cao Tuy nhiên, tập quán sử dụng nhiều nước chăn nuôi hầu hết trang trại nay, đặc biệt chăn nuôi lợn thịt, làm cho phân lợn bị hịa lỗng khơng thể thu gom Kết điều tra cho thấy hầu hết trang trại sử dụng khoảng từ 25 -30 L nước/đầu lợn cho việc tắm rửa, vệ sinh chuồng trại cho lợn uống Toàn nguồn nước thải chủ trang trại cho xuống hệ thống khí sinh học để xử lý nhằm giải trước mắt nguồn nhiễm Do đó, việc sử dụng máy ép phân nhằm thu hồi lại chất thải rắn từ nguồn nước thải nói để sử dụng làm phân bón hữu giải pháp hữu hiệu mà nhiều trang trại áp dụng Kết phân tích đánh giá số tiêu liên quan tới đặc điểm chất lượng chất thải lỏng trước ép chất thải rắn sau ép số trang trại chăn nuôi lợn thịt tỉnh Nam Định trình bày bảng Bảng Chất lượng chất thải trước sau ép số trang trại tỉnh Nam Định Trước ép Sau ép TT Chỉ tiêu (lỏng) (rắn) Độ ẩm (%) 97,58 - 98,97 53,2 - 56,0 pH 7,52 - 8,01 7,58 - 7,97 OM (%) 28,62 - 31,25 18,7 - 21,2 C hữu 8,5 - 9,63 13,0 - 14,2 tổng số (%) N tổng số (%) 1,82 - 2,02 0,82 - 1,32 P tổng số (%) 0,92 - 3,53 0,85 - 2,73 K tổng số (%) 0,85 - 1,15 0,65 - 0,96 Bảng cho thấy chất lượng chất thải rắn sau ép tách phân trang trại đồng đều, khơng có khác biệt lớn So sánh đặc điểm chất thải trước sau ép lại cho thấy có nhiều thay đổi khác biệt, thể sau: độ ẩm giảm từ 98-99% xuống 53-56%; hàm lượng chất hữu giảm từ 29-31% (mức giàu) xuống cịn 19-21% (mức trung bình); hàm lượng N tổng số giảm từ xấp xỉ 2% xuống 0,8-1,3%; hàm lượng P tổng số K tổng số giảm không đáng kể (khoảng 5-8% so với chất thải lỏng trước ép) Do thấy chất lượng chất thải chăn nuôi bị suy giảm sau qua hệ thống tách phân Nếu sử dụng phân ép để sản xuất phân bón hữu cần phải có điều chỉnh bổ sung hợp lý để nâng cao chất lượng nguyên liệu sản phẩm Phân tích chất lượng phân ép địa điểm nghiên cứu cho kết tương tự (Bảng 5) Kết phân tích bảng cho thấy phân lợn ép địa điểm nghiên cứu có hàm lượng chất hữu cao 38%, Nts khoảng 1,16%, Pts khoảng 1,38%, Kts khoảng 1,19%, kim loại nặng nằm ngưỡng cho phép, phù hợp để làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng phân bón (QCVN 1189:2019/BNNPTNT) Tuy nhiên, phân lợn sau ép bị ảnh hưởng vi khuẩn E coli Salmonella, gây hại mơi trường Ngồi ra, hàm lượng chất hữu phân lợn ép mức Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 10/2020 119 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ thấp so với giá trị 20% quy định QCVN 01189:2019/BNNPTNT tỉ lệ C/N mức thấp, xấp xỉ 15 Do đó, việc nghiên cứu sản xuất phân bón hữu từ phân lợn ép cần phải tập trung đến ứng dụng công nghệ ủ hoai (composting) để xử lý, triệt tiêu vi sinh vật gây hại độc tố thành phần nguyên liệu phân lợn ép lựa chọn nguyên liệu bổ sung nhằm tăng hiệu trình ủ (composting) xử lý phân lợn ép thành phân hữu cơ, ưu tiên lựa chọn số nguyên liệu có hàm lượng chất hữu cao, kích thước nhỏ như: than bùn, mùn cưa, than sinh học tro lò Bảng Chất lượng phân lợn ép địa điểm nghiên cứu TT Chỉ tiêu Đơn vị Phân lợn ép 6,02±0,11 pH Chất khô 33,0±2,46 % (DM) 60,05±2,41 Độ ẩm % 38,0±0,65 OM % 17,27±0,29 OC % 1,16±0,05 Nts % 1,18 ±0,12 Pts % 0,96±0,05 Kts % 1,34±0,63 As mg/kg 13,39±2,08 10 Pb mg/kg 0,27±0,12 11 Hg mg/kg 0,15±0,05 12 Cd mg/kg 13 14 E coli Salmonella MPN/g 5,6.104 CFU/25 g + Ghi chú: Các giá trị biểu thị kết phân tích trung bình 10 mẫu khác (n = 10) ± với độ lệch chuẩn STD; dấu (+) tương ứng với phép thử dương tính có tồn mẫu thử 3.2 Đặc tính than bùn sử dụng làm nguyên liệu phối trộn với chất thải chăn nuôi lợn Than bùn nguyên liệu chứa chất hữu tạo thành từ xác loài thực vật lắng đọng vùng đầm lầy lâu năm mơi trường yếm khí Mặc dù chất dinh dưỡng than bùn than bùn lại có độ xốp cao chứa nhiều axit humic, fulvic giúp sinh trưởng, phát triển chống chịu tốt với điều kiện khắc nghiệt Than bùn giúp làm tăng hàm lượng hữu phân điều chỉnh độ ẩm đống ủ mức tối ưu cho vi sinh vật hoạt động Theo quy trình cơng nghệ xử lý chất thải 120 chăn nuôi sử dụng chế phẩm vi sinh Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa với tính trên, than bùn lựa chọn để làm nguyên liệu phối trộn với phân lợn ép để sản xuất phân bón hữu Kết phân tích số tiêu đặc tính mẫu than bùn thể bảng Bảng Đặc điểm than bùn sử dụng nghiên cứu TT Tên tiêu Đơn vị Giá trị phân chất lượng tính tích 4,75±0,19 pH Chất khơ (DM) Độ ẩm OM 10 11 12 13 14 15 OC Nts C/N Pts Kts As Pb Hg Cd VK E coli VK Salmonella % 51,87 ±1,51 % 20,05±1,39 % 26,50±2,19 % % % % mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg MPN/g CFU/25 g 12,05±0,34 0,27±0,08 44,61±2,34 0,13±0,03 0,19±0,05 2,6±0,37 32,04±1,34 0,40±0,07 0,51±0,07 - Ghi chú: Các giá trị biểu thị giá trị trung bình ± với độ lệch chuẩn STD với số mẫu n=5; dấu (-) tương ứng với phép thử âm tính khơng tồn Kết phân tích mẫu than bùn lựa chọn cho thấy nguyên liệu có số đặc điểm chính, bao gồm: Hàm lượng chất hữu mức cao, đạt khoảng 26,5% Do vậy, việc phối trộn nguyên liệu với phân lợn ép giúp tạo sản phẩm phân ủ cuối có hàm lượng chất hữu lớn 20% Độ ẩm giá trị pH thấp, pH đạt 4,75 độ ẩm khoảng 20% giúp thuận lợi cho trình giảm độ ẩm phối trộn với phân lợn ép Hàm lượng kim loại nặng than bùn thấp, nằm ngưỡng cho phép Vi sinh vật gây hại E coli, Salmonella không xuất thành phần than bùn 3.3 Tỷ lệ than bùn phối trộn với phân lợn ép Than bùn phân lợn ép trộn với theo tỷ lệ phối trộn khác để xác định độ ẩm hỗn hợp nguyên liệu sau phối trộn Kết thử nghiệm trỡnh by Bng Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 10/2020 KHOA HC CÔNG NGHỆ Bảng Tỷ lệ phối trộn độ ẩm nguyên liệu sau phối trộn Tỷ lệ phối trộn Độ ẩm Công (% khối lượng) hỗn hợp than thức bùn phân Phân Than lợn ép (%) lợn ép bùn ĐC 100 60 CT1 90 10 56,5 CT2 85 15 53,5 CT3 80 20 50,0 CT4 75 25 47,5 Kết bảng cho thấy cơng thức thí nghiệm CT3, tương ứng với tỷ lệ phân lợn ép than bùn 80:20 tạo hỗn hợp nguyên liệu có độ ẩm đạt 50% độ ẩm thích hợp cho q trình ủ (composting) xử lý nguyên liệu Do vậy, tỷ lệ chọn để tiến hành trình nghiên cứu ủ phân (composting) 3.4 Bổ sung chế phẩm vi sinh Compost Maker vào đống ủ 3.4.1 Sự biến động đống ủ Kết thực nghiệm cho thấy việc bổ sung chế phẩm vi sinh Compost Maker giúp nâng cao hiệu q trình ủ (composting) thơng qua việc tăng đáng kể nhiệt độ đống ủ phân lợn ép than bùn Cụ thể, đống ủ công thức đối chứng (chỉ gồm hỗn hợp nguyên liệu than bùn phân lợn ép, không bổ sung chế phẩm VSV), nhiệt độ tăng nhẹ so với nhiệt độ môi trường dao động từ 31 45,5º0C Trong đó, nhiệt độ gia tăng rõ rệt đống ủ bổ sung chế phẩm Compost maker, dao động khoảng 62,0 - 64,5º0C giúp tiêu diệt đa số vi sinh vật có hại vi khuẩn E coli, Salmonella Bên cạnh đó, độ ẩm phân ủ giảm đáng kể sau bổ sung chế phẩm Compost maker Sau thời gian 40 ngày ủ, độ ẩm phân trộn giảm từ 50,5 xuống 33% Kết theo dõi trình ủ cho thấy giá trị pH nguyên liệu ủ có chiều hướng gia tăng cơng thức thí nghiệm có bổ sung chế phẩm VSV cơng thức đối chứng Giá trị pH có xu hướng tăng nhanh thời gian đến 16 ngày sau ủ từ 6,05 đến 7,40, sau lại giảm xuống giá trị trung tính từ 6,92 đến 7,11 Do đó, việc bổ sung chế phẩm vi sinh trình ủ (composting) phân lợn than bùn giúp nâng cao hiệu việc điều chỉnh pH nguyên liệu ủ đến giá trị trung tính sau 40 ngày ủ Đây giá trị pH phù hợp việc sử dụng nguyên liệu làm phân bón hữu Thể tích khối ủ sau bổ sung chế phẩm vi sinh vật 40 ngày giảm rõ rệt so với công thức đối chứng (không bổ sung chế phẩm vi sinh vật), giảm 56% so với thể tích ban đầu cịn 65% so với khối lượng ban đầu 3.4.2 Chất lượng phân ủ (compost) Chất lượng phân sau ủ (compost) từ nguyên liệu phân lợn ép than bùn thêm chế phẩm vi sinh Compost Maker trình bày bảng Bảng Chất lượng phân hữu thu sau 40 ngày ủ phân lợn ép than bùn Phân trộn + QCVN 1Chỉ tiêu Đơn vị Phân trộn Compost 189:2019 Maker 7,2±0,25 7,11±0,28 ≥5 pH DM % 34,0± 2,46 41,84±1,25 nd Độ ẩm % 40,23±0,49 33,0±0,45 ≤30 OM % 30,1±0,21 21,12±0,18 ≥20 OC % 13,60±0,15 9,06±0,22 nd Nts % 1,35±0,11 1,02±0,07 nd C/N - 10,80±0,14 9,03±0,14 ≤12 Pts % 0,22±0,06 0,25±0,06 nd Kts % 0,54±0,08 0,29±0,05 nd As mg/kg 1,34±0,63 2,6±0,37 ≤ 10 Pb mg/kg 13,39±2,08 32,04±1,34 Hg mg/kg 0,27±0,12 0,40±0,07 ≤2 Cd mg/kg 0,15±0,05 0,41±0,09 ≤5 2,1.10 -