Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý và sử dụng chất thải chăn nuôi lợn thịt quy mô trang trại tại tỉnh nam Định

Nghiên cứu giải pháp côNghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý và sử dụng chất thải chăn nuôi lợn thịt quy mô trang trại tại tỉnh Nam Định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Thái Ninh

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ SỬ DỤNG CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN THỊT QUY MÔ TRANG TRẠI

TẠI TỈNH NAM ĐỊNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội, 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Thái Ninh

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ SỬ DỤNG CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN THỊT QUY MÔ TRANG TRẠI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự giúp đỡ của nhóm cán bộ và đội ngũ tƣ vấn thực hiện đề tài Nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải chăn nuôi và phụ phẩm khí sinh học theo chuỗi giá trị thuộc Dự án Hỗ trợ Nông nghiệp Các bon thấp, vốn vay ADB (L2968-VIE SF) Các số liệu và kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong bản luận án này

Hà Nội, tháng 2 năm 2022

Tác giả

Hoàng Thái Ninh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin cảm ơn sâu sắc PGS TS Trần Văn Quy - Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và TS Nguyễn Thế Hinh - Ban quản lý các dự án Nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin cảm ơn toàn thể cán bộ Ban quản lý dự án và đội ngũ chuyên gia tư vấn thực hiện đề tài Nghiên cứu sản xuất phân bón hữu cơ từ chất thải chăn nuôi và phụ phẩm khí sinh học theo chuỗi giá trị thuộc Dự án Hỗ trợ Nông nghiệp Các bon thấp, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã giúp đỡ, chia sẻ với tôi trong thời gian thực hiện đề tài và luận án

Tôi cũng gửi lời chân thành cảm ơn tới toàn thể các thầy, cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội cùng các bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Và hơn nữa, tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể gia đình và đặc biệt là vợ tôi đã ủng hộ, động viên bao gồm cả tinh thần và vật chất để giúp tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Hà Nội, ngày 24 tháng 1 năm 2022

Tác giả luận án

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN 9

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 12

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12

3.1 Đối tượng nghiên cứu 12

3.2 Phạm vi nghiên cứu 12

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12

Nội dung 1 Nghiên cứu hoạt động chăn nuôi lợn thịt tại Nam Định và các vấn đề môi trường chính 12

Nội dung 2 Nghiên cứu thực trạng các công nghệ xử lý và quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Nam Định 12

Nội dung 3 Nghiên cứu khả năng thu hồi, tuần hoàn các chất có ích từ chất thải 12

Nội dung 4 Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm sau thu hồi làm phân bón 13

Nội dung 5 Đề xuất mô hình tái sử dụng, thu hồi chất thải chăn nuôi lợn 13

5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 13

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 13

6.1 Ý nghĩa khoa học 13

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14

1.1 TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI LỢN VÀ VAI TRÒ CỦA CHĂN NUÔI LỢN NƯỚC TA 14

1.1.1 Tổng quan về chăn nuôi lợn ở nước ta 14

1.1.2 Các hình thức chăn nuôi lợn hiện nay tại Việt Nam 17

1.1.3 Ý nghĩa của việc chăn nuôi lợn 19

1.2 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI LỢN THỊT 21

2

1.2.1 Khối lượng chất thải chăn nuôi lợn 21

1.2.2 Thành phần chất thải chăn nuôi lợn 21

1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ, QUẢN LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN 23

1.3.1 Xử lý bằng phương pháp vật lý 25

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học 32

1.4 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG, TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN 41

1.4.1 Sử dụng chất thải rắn chăn nuôi lợn làm phân bón hữu cơ 41

1.4.2 Sử dụng chất thải lỏng chăn nuôi lợn làm phân bón 44

1.4.3 Sử dụng nước thải sau công trình KSH: 47

1.5 KHÁI QUÁT NGÀNH NÔNG NGHIỆP VÀ HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI CỦA NAM ĐỊNH 50

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU542.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 54

2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 55

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 55

2.3.1 Phương pháp luận nghiên cứu 55

2.3.2 Phương pháp điều tra và thu thập tài liệu 57

2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu nước thải 59

2.3.4 Khảo sát khả năng thu hồi, tuần hoàn các chất có ích từ chất thải 61

2.3.4.1 Xây dựng bể chứa chất thải sau chăn nuôi để hút tách phân 61

2.3.4.2 Lựa chọn máy tách phân 61

2.3.4.3 Nghiên cứu chế tạo sàng rung tích hợp cho máy tách phân 61

2.3.5 Khảo sát khả năng ứng dụng sản phẩm sau thu hồi làm phân bón 63

2.3.5.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phân bón hữu cơ được sản xuất trên nền chất thải rắn 63

2.3.5.2 Thử nghiệm khả năng ứng dụng chất thải lỏng sau khí sinh học làm phân bón 66

3

2.3.6 Đề xuất mô hình tái sử dụng, thu hồi chất thải chăn nuôi lợn 69

2.3.7 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 70

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 71

3.1 HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI LỢN THỊT TẠI NAM ĐỊNH VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CHÍNH 71

3.1.1 Hoạt động chăn nuôi lợn tại tỉnh Nam Định 71

3.1.2 Hiện trạng môi trường chăn nuôi lợn thịt tại tỉnh Nam Định 75

3.2 THỰC TRẠNG CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ QUẢN LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẠI NAM ĐỊNH 80

3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU HỒI, TUẦN HOÀN CÁC CHẤT CÓ ÍCH TỪ CHẤT THẢI 88

3.3.1 Lựa chọn máy tách phân 88

3.3.2 Xây dựng bể chứa chất thải sau chăn nuôi để hút tách phân 92

3.3.3 Chế tạo sàng rung t ch hợp với máy tách phân 99

3.3.3.1 Lựa chọn kích thước sàng và mắt sàng 99

3.3.3.2 Lựa chọn tần số rung và góc nghiêng 102

3.4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SẢN PHẨM SAU THU HỒI LÀM PHÂN BÓN 108

3.4.1 Sản xuất phân bón hữu cơ trên nền chất thải rắn 108

3.4.1.1 Đặc tính chất thải chăn nuôi lợn 108

3.4.1.2 Đặc tính của than bùn sử dụng để làm nguyên liệu phối trộn với chất thải chăn nuôi lợn 112

3.4.1.3 Tỷ lệ than bùn phối trộn với phân lợn ép 114

3.4.1.4 Bổ sung chế phẩm Compost Maker vào đống ủ 114

3.4.2 Ứng dụng chất thải lỏng sau khí sinh học làm phân bón lỏng 117

3.4.3 Lượng vật chất thu hồi và tuần hoàn từ mô hình nghiên cứu 125

3.5 ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TÁI SỬ DỤNG, THU HỒI CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN 129

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

Tài liệu tiếng Việt: 144

Tài liệu tiếng Anh: 151

PHỤ LỤC 158

5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) ĐBSH Đồng bằng sông Hồng

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐVT Đơn vị tính

HDPE Nhựa nhiệt dẻo mật độ cao (High Density Polyethylene) HTX Hợp tác xã

KH&CN Khoa học và Công nghệ KSH Khí sinh học

QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia STD Độ lệch chuẩn (Standard deviation) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total suspended solid) VSV Vi sinh vật

WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World health organization)

6 DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tổng đàn lợn, sản lượng thịt xuất chuồng năm 2018 16

Bảng 2.1 Địa điểm điều tra và lấy mẫu nước thải trước khi thải ra môi trường 59

Bảng 2.2 Công thức thử nghiệm k ch thước mặt sàng và độ rộng mắt sàng 62

Bảng 2.3 Công thức thử nghiệm tần số rung và góc nghiêng mặt sàng 62

Bảng 2.4 Chỉ tiêu và phương pháp phân t ch đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm phân lợn ép ủ 66

Bảng 3.1 Tổng đàn lợn trên địa bàn tỉnh Nam Định qua các năm 71

Bảng 3.2 Quy mô đàn lợn trên địa bàn các huyện của Nam Định từ 2016 - 2019 73

Bảng 3.3 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn thịt quy mô trang trại trước khi thải ra môi trường 77

Bảng 3.4 Đặc điểm nước thải của trang trại nghiên cứu trước và sau công trình khí sinh học 78

Bảng 3.5 Thực trạng thu gom chất thải chăn nuôi lợn tỉnh Nam Định 80

Bảng 3.6 Công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi nói chung trên địa bàn tỉnh Nam Định hiện nay (%) 82

Bảng 3.7 Phương thức sử dụng chất thải chăn nuôi lợn thịt tại tỉnh Nam Định năm 2018 83

Bảng 3.8 Tỷ lệ chất thải chăn nuôi được thu gom sử dụng (%) 84

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của hệ thống máy tách phân khảo sát 89

Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật của các hệ thống máy tách phân được lựa chọn làm thử nghiệm 91

Bảng 3.11 Hiệu quả thu hồi chất khô của bể lắng 95

Bảng 3.12 Kết quả nghiên cứu xác định k ch thước mặt sàng và mắt sàng trong hiệu quả tách phân 101

Bảng 3.13 Kết quả nghiên cứu độ nghiêng mặt sàng và tần số rung của sàng trong hiệu quả tách chất thải rắn 103

Bảng 3.14 Kết quả thử nghiệm khả năng thu hồi của thiết bị sàng rung 106

7 Bảng 3.19 Tỷ lệ phối trộn và độ ẩm của nguyên liệu sau phối trộn 114 Bảng 3.20 Chất lượng của phân hữu cơ thu được sau 40 ngày ủ phân lợn ép và than bùn 116 Bảng 3.21 Đặc điểm nước thải sau khi được tách phân trước và sau công trình khí sinh học 118 Bảng 3.22 Kết quả đánh giá hiệu quả sử dụng chất thải qua xử lý làm nước tưới dinh dưỡng trên cây rau mồng tơi 121 Bảng 3.23 Kết quả đánh giá hiệu quả sử dụng chất thải qua xử lý làm nước tưới dinh dưỡng trên cây rau muống 123 Bảng 3.24 Kết quả đánh giá hiệu quả sử dụng nước thải qua xử lý làm nước tưới dinh dưỡng trên cây rau dền đỏ 123 Bảng 3.25 Lượng vật chất thu hồi và tuần hoàn 125 Bảng 3.26 Tổng khối lượng phân ép thu được hằng năm theo các kịch bản biến động số đầu lợn khác nhau 135 Bảng 3.27 Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng chế phẩm Compost Maker để sản xuất phân bón hữu cơ từ phân lợn ép 136 Bảng 3.28 Hiệu quả kinh tế của việc ủ phân bón hữu cơ từ sản phẩm phân ép 137 Bảng 3.29 Đánh giá hiệu quả kinh tế của mô hình đề xuất 138

8 DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Số đầu lợn trên một số nước chủ đạo và Việt Nam năm 2017 14

Hình 1.2 Sản lượng thịt lợn một số nước chủ đạo và Việt Nam năm 2017 15

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát phương pháp nghiên cứu 56

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình ủ (composting) xử lý chất thải chăn nuôi 65

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng sử dụng nước thải sau KSH bón cho rau muống, mùng tơi, dền đỏ 67

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng thiết kế sàng rung 105

Hình 3.2 Biến động nhiệt độ đống ủ 115

Hình 3.3 Chu trình luân chuyển chất hữu cơ và dinh dưỡng của mô hình nghiên cứu128Hình 3.4 Sơ đồ đề xuất hệ thống xử lý chất thải của trang trại nghiên cứu 131

9

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Ngành chăn nuôi luôn có tỷ trọng lớn và quan trọng trong sản xuất nông nghiệp Từ năm 2016 trở lại đây, ngành chăn nuôi đã có những bước chuyển dịch rõ ràng theo hướng tích cực, từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia trại, ứng dụng khoa học và công nghệ để tăng hiệu quả kinh tế Theo Tổng cục Thống kê, giá trị sản xuất ngành chăn nuôi năm 2016 đạt 172.438,6 tỷ đồng, tăng 5,4% so với năm 2015 Mức tăng này là do đóng góp của sự gia tăng đàn lợn (+4,8%), đem lại nhiều hiệu quả kinh tế, xã hội cho người nông dân Năm 2019, cả nước có khoảng 15.500 trang trại chăn nuôi lợn trong đó có khoảng hơn 5.000 trang trại có quy mô lớn từ 300 đầu lợn trở lên Với sự gia tăng của sản xuất trang trại chăn nuôi lợn thịt tập trung, vấn đề chất thải đã và đang tạo áp lực ô nhiễm lớn đến môi trường, lây lan dịch bệnh, gây ảnh hưởng ngược lại đến hiệu quả kinh tế và phát triển của ngành chăn nuôi

Chất thải chăn nuôi lợn và phụ phẩm khí sinh học (KSH) rất giàu các dưỡng chất như N, P và có thể được dùng làm phân bón hữu cơ và nước tưới dinh dưỡng cho cây trồng Ở các trang trại chăn nuôi lợn nái, chất thải được thu gom theo hình thức thủ công tương đối đơn giản và chất thải này có hàm lượng dinh dưỡng cao nên sau khi đóng bao có thể dễ dàng bán được để sử dụng làm phân bón cho cây trồng Tuy nhiên, ở các trang trại chăn nuôi lợn thịt, lượng nước trung bình sử dụng cho một đầu lợn lên đến 35 - 50 lít/ngày dẫn đến toàn bộ chất thải bị pha loãng vào nước, khó có thể thu gom để xử lý hoặc sử dụng, làm cho hàng trăm nghìn tấn dưỡng chất bị mất đi và gây ô nhiễm môi trường, lây lan bệnh dịch

Năm 2018, tỉnh Nam Định với đàn lợn gần 800 nghìn con, trong đó có khoảng 200 trang trại chăn nuôi tập trung đã thải ra một khối lượng chất thải

10 rất lớn, gần 2.000 tấn/ngày Việc xử lý chất thải để đảm bảo môi trường trong chăn nuôi lợn luôn là vấn đề hóc búa đối với các trang trại, đặc biệt là các trang trại quy mô lớn Từ trước tới nay, công nghệ làm hầm KSH luôn được xem là giải pháp tốt nhất và được hầu hết các trang trại chăn nuôi áp dụng Do đó, toàn bộ chất thải và nước thải chăn nuôi được đưa qua hầm KSH, sau đó thải ra ao hồ hoặc thải trực tiếp ra môi trường Với các trang trại chăn nuôi lợn thịt có quy mô lớn, việc xử lý triệt để toàn bộ lượng chất thải bằng hầm KSH thường gặp nhiều khó khăn bởi công trình KSH chiếm diện t ch rất lớn mà hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi không cao Nước thải sau công trình KSH vẫn còn đậm đặc, không thể tưới trực tiếp cho cây trồng được, nếu thải ra môi trường thì sẽ gây ô nhiễm đất và nguồn nước Hiện tại chưa có quy định cho phép sử dụng nước thải chăn nuôi tưới cho cây trồng Bên cạnh đó, lượng kh gas sinh ra từ công trình KSH nhiều hơn so với nhu cầu sử dụng của trang trại nên thường không sử dụng hết, chủ trang trại và công nhân không dám đốt bỏ do lo sợ cháy nổ dẫn đến thường phải xả trực tiếp ra môi trường, gây nguy cơ ô nhiễm không kh cao hơn rất nhiều lần

Như vậy, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ để xử lý và sử dụng chất thải chăn nuôi lợn để tạo ra chuỗi giá trị gia tăng mới cho chất thải chăn nuôi và phụ phẩm KSH có ý nghĩa rất lớn Hiện nay đã có một số nghiên cứu về sử dụng một phần phụ phẩm KSH để bón cho cây trồng tạo thêm thu nhập thông qua việc tiết kiệm chi phí mua phân hóa học và cải tạo độ phì nhiêu của đất, tuy nhiên các nghiên cứu đó còn mang t nh chất nhỏ lẻ, cục bộ, khó triển khai rộng rãi trên thực tế Ngoài ra, các nghiên cứu sản xuất phân ủ (compost) thông qua việc trộn phụ phẩm cây trồng với phụ phẩm KSH hoặc phân lỏng có thể giúp các chủ chăn nuôi lợn sản xuất được phân hữu cơ có giá trị Tuy nhiên, việc sản xuất phân ủ thường được triển khai phù hợp hơn ở các trang trại chăn nuôi lợn nái do chất thải chăn nuôi lợn nái dễ thu gom

11 Thời gian gần đây, xu hướng chăn nuôi trang trại tập trung quy mô lớn được chú trọng phát triển ở nhiều địa phương với nhiều hình thức từ tự chủ cho đến gia công cho một số tập đoàn chăn nuôi lớn Đối với các trang trại chăn nuôi lợn thịt quy mô lớn (300 đơn vị vật nuôi trở lên) thường có lượng chất thải lớn, vượt khả năng xử lý của hệ thống KSH nên dẫn đến chất thải sau công trình KSH lại là nguyên nhân chính gây ô nhiễm, ảnh hưởng rất nghiêm trọng tới môi trường nông thôn hiện nay Do tập quán và điều kiện chăn nuôi của Việt Nam nói chung và của tỉnh Nam Định nói riêng là sử dụng rất nhiều nước để tắm cho lợn nhằm mục đ ch giữ cho lợn sạch sẽ, để khử mùi và vệ sinh chuồng trại Đồng thời cũng do chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và điều kiện nguồn nước sẵn có nên việc sử dụng nhiều nước lại càng dễ xảy ra, gây nên tình trạng ô nhiễm chất thải chăn nuôi trầm trọng, vì chất thải lỏng có hàm lượng chất khô thấp (< 1%) nên rất khó thu gom để xử lý Việc thay đổi công nghệ và tập quán chăn nuôi để hạn chế sử dụng nước trong chăn nuôi cũng rất khó khăn do điều kiện khí hậu khó thích ứng và phải đầu tư lại từ đầu rất tốn kém Các trang trại chăn nuôi quy mô lớn ở Nam Định trong những năm gần đây đã bắt đầu sử dụng công nghệ máy ép phân trục v t để xử lý chất thải chăn nuôi nhưng do hàm lượng chất khô trong nước thải chăn nuôi thấp nên công nghệ này thực sự chưa đạt hiệu quả cao như mong đợi, chất khô thu hồi được ít, nước thải sau tách ép thường chỉ được xử lý sơ bộ bằng công nghệ KSH và tiếp tục thải ra ngoài môi trường, không được sử dụng

Vì vậy, để giải đáp cho việc nâng cao hàm lượng chất khô trong nước thải chăn nuôi, đồng thời, thu gom và sử dụng được nguồn tài nguyên có ích,

đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý và sử dụng chất thải chăn

nuôi lợn thịt quy mô trang trại tại tỉnh Nam Định” sẽ đi theo hướng tiếp cận

mới là không xử lý nước thải chăn nuôi để thải ra ngoài môi trường mà thu hồi và tuần hoàn để sử dụng hết, biến chất thải thành tài nguyên có giá trị Kết quả

12 của nghiên cứu này sẽ góp phần tìm kiếm phương pháp hiệu quả để xử lý và sử dụng triệt để các nguồn chất thải chăn nuôi phù hợp với điều kiện của Việt Nam, góp phần công nghiệp hóa ngành chăn nuôi phát triển bền vững và thân thiện với môi trường

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Đánh giá được thực trạng và các tồn tại về xử lý, sử dụng chất thải chăn nuôi lợn thịt trang trại quy mô lớn tại tỉnh Nam Định;

- Xây dựng được mô hình cải tiến hệ thống thu hồi và tuần hoàn vật chất có ích trong nước thải của trang trại chăn nuôi lợn thịt quy mô lớn;

- Đề xuất được biện pháp sử dụng hiệu quả các sản phẩm thu hồi và đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hỗn hợp nước thải chăn nuôi lợn thịt quy mô trang trại bao gồm nước tiểu, phân, nước tắm cho lợn, nước vệ sinh chuồng trại và thức ăn rơi vãi;

- Hệ thống thu hồi vật chất có ích từ nước thải chăn nuôi

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để xử lý, thu hồi và tuần hoàn vật chất trong toàn bộ hỗn hợp nước thải chăn nuôi lợn thịt để làm phân bón cho cây trồng tại tỉnh Nam Định trong khoảng thời gian từ 2018 đến 2019

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1 Nghiên cứu hoạt động chăn nuôi lợn thịt tại Nam Định và

các vấn đề môi trường ch nh

Nội dung 2 Nghiên cứu thực trạng các công nghệ xử lý và quản lý chất

thải chăn nuôi lợn tại Nam Định

Nội dung 3 Nghiên cứu khả năng thu hồi, tuần hoàn các chất có ch từ

chất thải

13

Nội dung 4 Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm sau thu hồi làm phân bón Nội dung 5 Đề xuất mô hình tái sử dụng thu hồi chất thải chăn nuôi lợn

5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

Đã xây dựng được giải pháp kỹ thuật để xử lý, thu hồi và tuần hoàn các chất có ch trong nước thải chăn nuôi lợn thịt thông qua việc kết hợp 2 phương pháp vật lý (tách ép lỏng rắn) và sinh học (khí sinh học), vật lý trước sinh học sau để đảm bảo được việc sử dụng triệt để chất thải chăn nuôi, không thải ra ngoài môi trường Việc áp dụng sàng rung để nâng cao nồng độ chất khô và khả năng cung cấp ổn định đầu vào cho hệ thống tách phân được vận hành thường xuyên giúp thu hồi tối đa lượng chất khô từ chất thải chăn nuôi (30%) để làm phân bón hữu cơ Đồng thời, việc thu hồi chất khô bằng phương pháp vật lý trước cũng giúp giảm tải cho công trình KSH và làm loãng nước thải sau công trình KSH giúp cho cây trồng có thể sử dụng trực tiếp (tổng lượng thu hồi tới 55,6% N và 72,8% P) Nghiên cứu đã đưa ra được giải pháp đồng bộ để sử dụng được toàn bộ chất thải chăn nuôi, chuyển thành nguồn tài nguyên có giá trị đáp ứng được mục tiêu phát triển kinh tế trang trại bền vững, tuần hoàn, không đánh đổi giá trị môi trường lấy giá trị kinh tế

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

6.1 Ý nghĩa khoa học

Bổ sung thêm cơ sở khoa học trong việc lựa chọn và hoàn thiện giải pháp kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi lợn thịt để nâng cao khả năng thu hồi và tuần hoàn vật chất theo quan điểm phát triển chăn nuôi lợn bền vững

14

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI LỢN VÀ VAI TRÕ CỦA CHĂN NUÔI LỢN NƯỚC TA

1.1.1 Tổng quan về chăn nuôi lợn ở nước ta

Khi nói đến nhu cầu dinh dưỡng, chúng ta không thể không nhắc đến các loại thực phẩm từ chế biến thịt Với tính chất giàu dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất và dễ chế biến, thịt lợn là loại thịt được tiêu thụ và phổ biến nhiều nhất trên thế giới Nhu cầu thịt lợn đã ngày càng tăng cao trong những thập kỷ gần đây do những thay đổi trong định hướng tiêu dùng khi thu nhập tăng nhanh ở các nước đang phát triển Theo đó, ngành chăn nuôi lợn đang là ngành chăn nuôi tăng trưởng nhanh nhất, đặc biệt là các nước đông dân cư và có thói quen ăn thịt lợn như Trung Quốc, Mỹ và Việt Nam Số lượng đầu lợn và sản lượng thịt lợn của Việt Nam so với các nước có ngành chăn nuôi hàng đầu thế giới được thể hiện trên Hình 1.1 và Hình 1.2

Hình 1.1 Số đầu lợn của Việt Nam so với thế giới năm 2017

50100150200250300350400450500

15

(Nguồn: https://www.statista.com và Tổng cục Thống kê 2018)

Hình 1.2 Sản lượng thịt lợn của Việt Nam so với thế giới năm 2017

(Nguồn: https://www.statista.com và Tổng cục Thống kê 2018)

Số liệu ở Hình 1.1 và Hình 1.2 cho thấy chăn nuôi lợn ở nước ta khá phát triển so với trên thế giới Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, tổng đàn lợn của cả nước năm 2017 là 27,4 triệu con, giảm 6% so cùng kỳ năm 2016; tổng số lợn thịt xuất chuồng năm 2017 đạt 49,0 triệu con và sản lượng thịt hơi xuất chuồng đạt trên 3,73 triệu tấn Năm 2018, tổng đàn lợn của cả nước tăng lên 28,2 triệu con và tổng số lợn thịt xuất chuồng đạt 49,7 triệu con, tăng lần lượt 2,7% và 1,5% so với cùng kỳ năm 2017; sản lượng thịt hơi xuất chuồng năm 2018 đạt trên 3,8 triệu tấn, tăng 2,2% so với cùng kỳ năm 2017

100002000030000400005000060000

chuồng (con)

Sản lượng thịt lợn hơi

xuất chuồng

(tấn)

Số con lợn sữa bán giết thịt (con)

Sản lượng lợn

sữa bán giết thịt

(tấn)

Cả nước 28.151.948 49.743.746 3.816.414 2.439.399 19.074 ĐBSH 7.157.632 14.496.735 1.184.755 1.206.773 10.528 Miền núi và

Trung du 7.120.158 9.351.315 613.556 32.005 332 Bắc Trung

bộ & DHMT

5.153.411 9.815.673 697.615 1.103.282 7.352

Tây Nguyên 1.841.566 3.391.997 221.824 50.845 323 Đông Nam

bộ 3.422.825 6.307.490 517.929 17.905 260 ĐBSCL 3.456.357 6.380.536 580.736 28.588 278

(Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2018)

Đồng bằng sông Hồng và Trung du Miền núi phía Bắc là 2 khu vực có tổng đàn lợn lớn nhất, chiếm 50,6% tổng đàn lợn chăn nuôi trên cả nước Tuy nhiên, năm 2017, tất cả các khu vực đều có xu hướng giảm đàn so với năm 2016, mức giảm mạnh nhất phải kể đến là khu vực Bắc Trung bộ và Duyên hải Nam Trung bộ, với mức giảm lần lượt là 8,2% và 8,1%; các tỉnh khu vực Đông Nam bộ có tỷ lệ giảm là 3,4%; tổng đàn lợn quý I/2018 của cả nước giảm khoảng 6,2% so với cùng thời điểm năm 2017

17

1.1.2 Các hình thức chăn nuôi lợn hiện nay tại Việt Nam

Chăn nuôi lợn của Việt Nam thời gian qua đã đạt được những tiến bộ rất đáng kể, nhiều phương thức và công nghệ tiên tiến đã được áp dụng trong sản xuất Tuy chăn nuôi trang trại và gia trại đã có nhiều phát triển, nhưng hình thức chăn nuôi lợn truyền thống, phân tán nhỏ lẻ trong các nông hộ vẫn là chủ yếu chiếm khoảng 70% tổng đàn lợn

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê (2020) thì đến tháng 4/2019, cả nước có tổng cộng 5.045 trang trại chăn nuôi lợn quy mô lớn có từ 300 đầu lợn trở lên Quy mô từ 100 đến 300 đầu lợn cũng có tới hơn 10.400 trang trại Theo Luật Chăn nuôi 2018, chăn nuôi lợn tại nước ta hiện nay được phân loại theo quy mô như sau:

* Theo quy mô chăn nuôi:

Chăn nuôi nông hộ: là chăn nuôi nhỏ lẻ của các hộ gia đình và có quy mô chăn nuôi dưới 10 đơn vị vật nuôi

Chăn nuôi trang trại: - Trang trại quy mô nhỏ (từ 10 đến dưới 30 đơn vị vật nuôi) là quy mô chăn nuôi thường gắn liền với phương thức chăn nuôi truyền thống của hộ gia đình nông dân Đây là hình thức chăn nuôi khá phổ biến và chiếm tỷ lệ cao hiện nay

- Trang trại quy mô vừa (từ 30 đến dưới 300 đơn vị vật nuôi) Đây là quy mô chăn nuôi gia trại và đang có xu hướng phát triển nhanh trong giai đoạn hiện nay

- Trang trại quy mô lớn (từ 300 đơn vị vật nuôi trở lên) là quy mô chăn nuôi gắn liền với sự đầu tư lớn về chuồng trại, lao động, vốn Đây là hình thức chăn nuôi chưa được phổ biến nhiều nhưng đang được Nhà nước khuyến khích phát triển

* Phân loại theo phương thức chăn nuôi:

18 - Phương thức chăn nuôi truyền thống, tận dụng: là phương thức chăn nuôi khá phổ biến, nhất là ở những vùng kinh tế khó khăn, t có điều kiện tiếp thu khoa học kỹ thuật, chủ yếu tập trung vào những hộ có thu nhập thấp, họ ít đầu tư vào chăn nuôi nên yêu cầu chuồng trại đơn giản, nguồn thức ăn chủ yếu tận dụng thức ăn dư thừa hoặc các phế, phụ phẩm của ngành trồng trọt và chế biến thực phẩm là chính, thức ăn công nghiệp chỉ được sử dụng một tỷ lệ rất t để phối trộn với các loại thức ăn sẵn có khác

- Phương thức chăn nuôi bán công nghiệp: là phương thức chăn nuôi kết hợp giữa kinh nghiệm nuôi truyền thống với áp dụng quy trình chăn nuôi tiên tiến và sử dụng thức ăn được pha chế theo kiểu chế biến công nghiệp Người chăn nuôi chỉ sử dụng một phần thức ăn công nghiệp dạng đậm đặc, còn lại họ phối trộn thức ăn công nghiệp đậm đặc với các loại thức ăn khác như cám gạo, ngô, bột cá,

- Phương thức chăn nuôi công nghiệp: chủ yếu tập trung vào các cơ sở chăn nuôi lớn như trang trại và một số gia trại dựa trên cơ sở thâm canh tăng năng suất sản phẩm, sử dụng hoàn toàn thức ăn công nghiệp đã được chế biến sẵn, chuồng trại chăn nuôi đảm bảo quy trình về mật độ, an toàn vệ sinh dịch bệnh

* Phân loại theo loại hình (đối tượng) chăn nuôi:

- Chăn nuôi lợn thịt: là những cơ sở chuyên chăn nuôi lợn thịt để cung cấp thịt hơi xuất chuồng cho các lò mổ, công ty chế biến thịt, chủ buôn lợn hơi hoặc các đối tượng khác

- Chăn nuôi lợn nái: là những cơ sở chuyên chăn nuôi lợn nái sinh sản để bán lợn con hoặc lợn giống cho người chăn nuôi hoặc bán cho lái buôn, cơ sở chế biến lợn sữa đông lạnh xuất khẩu

- Chăn nuôi lợn hỗn hợp: là loại hình chăn nuôi kết hợp cả 2 loại hình chăn nuôi nói trên

19 Tùy theo từng điều kiện tự nhiên, kinh tế và tập quán sản xuất của mỗi vùng, mỗi địa phương mà hình thức chăn nuôi lợn cụ thể khác nhau Tuy nhiên phương hướng chung trong phát triển chăn nuôi lợn là chuyển dịch cơ cấu chăn nuôi theo hướng giảm dần tỷ trọng phương thức chăn nuôi truyền thống với quy mô nhỏ, manh mún, kỹ thuật lạc hậu, tăng dần tỷ trọng phương thức chăn nuôi bán công nghiệp và công nghiệp

1.1.3 Ý nghĩa của việc chăn nuôi lợn

Ở Việt Nam, bên cạnh hoạt động trồng trọt, chăn nuôi lợn cũng là lĩnh vực xuất hiện sớm và chủ đạo của các nông hộ ở hầu khắp các vùng miền, địa phương trong cả nước Chăn nuôi lợn cũng được coi là quan trọng nhất trong ngành chăn nuôi ở Việt Nam theo khía cạnh kinh tế do thịt lợn được tiêu thụ nhiều nhất trong các loại thịt (chiếm tới trên 70%,) Đối với mỗi một quốc gia, chăn nuôi lợn đều giữ vị trí rất quan trọng trong hệ thống sản xuất nông nghiệp và trong tổng thể nền kinh tế quốc dân Điều này được thể hiện ở các khía cạnh sau:

- Chăn nuôi lợn là nguồn cung cấp phân bón cho cây trồng (Phạm Văn Toản và cs, 2015; Campos và cs, 2019) Trong sản xuất nông nghiệp hướng tới canh tác bền vững không thể không kể đến vai trò của phân bón hữu cơ từ phân lợn Phân lợn là một nguồn phân hữu cơ tốt, có thể cải tạo và nâng cao độ phì của đất, đặc biệt là đất trồng trọt Nếu chỉ sử dụng các chất vô cơ để bón cho đất thì sẽ làm đất bị chai cứng, làm ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển và khả năng cho sản phẩm của cây trồng, giảm năng suất các vụ sau, năm sau Một con lợn thịt trong một ngày đêm có thể thải 2,5 - 4,0 kg phân và nước tiểu, trong đó các chất dinh dưỡng như N, P và K có hàm lượng tương đối cao (Nguyễn Văn Bộ, 2017; Pantelopoulos và cs, 2017)

- Chăn nuôi lợn còn khai thác tối đa sử dụng các nguồn lực như vốn, lao động, đất đai, nhất là nguồn lao động nhàn rỗi trong nông thôn, hạn chế

20 được tính thời vụ trong nông nghiệp

- Chăn nuôi lợn cũng giúp được việc tận dụng các sản phẩm phụ của cây trồng, phế phụ phẩm của công nghiệp chế biến, công nghiệp thực phẩm, tiểu thủ công nghiệp để tạo ra các sản phẩm chăn nuôi có giá trị cho xã hội Phát triển chăn nuôi lợn góp phần tăng thu nhập cho người lao động Ngoài thu nhập từ trồng trọt thì chăn nuôi sẽ giúp người nông dân tăng thu nhập của mình, bởi chăn nuôi không phụ thuộc vào mùa vụ, có thể thực hiện quanh năm, xen canh trồng trọt và các ngành khác mà vẫn đạt năng suất và hiệu quả cao Chăn nuôi lợn là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao do có chu kỳ sản xuất ngắn, giá trị sản phẩm cao

Chính phủ Việt Nam hiện nay cũng đang rất coi trọng việc phát triển các đàn vật nuôi trong cả nước, đặc biệt là phát triển chăn nuôi lợn Theo đó, trong chương trình cơ cấu lại ngành nông nghiệp giai đoạn 2020 -2030, nước ta đang đặt mục tiêu phải đảm bảo cung cấp giống tiến bộ kỹ thuật trong sản xuất chăn nuôi lợn đạt 95%, trong đó tập trung phát triển đa lĩnh vực từ bảo tồn, lưu trữ nguồn gen, nuôi giữ giống gốc, nghiên cứu chọn tạo giống, sản xuất và hoàn thiện hệ thống giống và thương mại giống (Quyết định 703/QĐ-TTg ngày 28/5/2020)

Phát triển chăn nuôi lợn góp phần thúc đẩy sản xuất nông nghiệp phát triển toàn diện và vững chắc Trên thực tế, các vùng sản xuất nông nghiệp có điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế thuận lợi, nếu chỉ chú ý đến phát triển trồng trọt mà không quan tâm đến chăn nuôi thì tốc độ phát triển nông nghiệp ở địa phương đó sẽ bị mất cân đối trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp Bên cạnh đó sự lãng phí trong việc sử dụng các nguồn lực đất đai, lao động, vốn không được sử dụng triệt để Do vậy, việc phát triển chăn nuôi, nhất là chăn nuôi lợn càng phải được chú trọng và quan tâm hơn nữa trong cơ cấu ngành

21 nông nghiệp, tạo nên sự cân đối và phát triển ngành nông nghiệp toàn diện và vững chắc

1.2 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI LỢN

THỊT

1.2.1 Khối lượng chất thải chăn nuôi lợn

Khối lượng chất thải bao gồm cả phân và nước tiểu của lợn được thải ra hàng ngày rất lớn, có thể chiếm từ 4 - 7% khối lượng cơ thể Khối lượng chất thải này tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng của con vật nuôi, tăng nhanh theo quá trình tăng thể trọng, tính trung bình khoảng 2,5 kg/ngày cho cả vòng đời của con lợn

Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, các vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng đóng góp đáng kể làm tăng khối lượng chất thải Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền dịch bệnh rất nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước

khi trả lại cho môi trường

1.2.2 Thành phần chất thải chăn nuôi lợn

Theo Vũ Đình Tôn (2010), thành phần ch nh của chất thải chăn nuôi lợn là chất thải rắn, nước tiểu và nước xả chuồng nuôi được trình bày như sau:

- Chất thải rắn (phân lợn): là chất thải của của lợn sau quá trình tiêu

hoá bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa Phân lợn là chất cải tạo đất và là nguồn dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay các loài sinh vật khác như cá, giun… Tuy nhiên phân lợn lại mang nhiều vi khuẩn gây hại và có thành phần giàu chất hữu cơ nên rất dễ bị phân hủy thành các vật chất mang t nh độc, khi phát tán vào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, cho con người và các sinh vật khác Thành phần hoá học của phân lợn bao gồm: i) các chất hữu cơ: protein, carbonhydrat, chất bột và các sản phẩm trao đổi của chúng; ii) các chất vô cơ: các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng); iii) nước: là thành phần

22 chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65 - 80% khối lượng của phân Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường; iv) dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc bao gồm các thuốc k ch th ch tăng trưởng, các hocmôn hay dư lượng kháng sinh…

Thành phần của phân lợn có thể thay đổi, phụ thuộc vào các yếu tố như chế độ dinh dưỡng, chăm sóc, giống và giai đoạn phát triển

- Nước tiểu: Nước tiểu lợn là sản phẩm bài tiết chứa đựng nhiều độc tố

và cặn bã từ quá trình sống, khi phát tán vào môi trường có thể chuyển hoá thành các chất ô nhiễm gây tác hại cho con người và môi trường Thành phần ch nh của nước tiểu là nước (H2O), chiếm 99% khối lượng Ngoài ra, còn có một lượng lớn nitơ (chủ yếu dưới dạng urê) và một số chất khoáng, các hocmôn, creatin, sắc tố, ax t mật và nhiều sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của lợn Trong tất cả các chất có trong nước tiểu, urê là chất chiếm tỷ lệ cao và dễ dàng bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện có oxy tạo thành kh amoniac gây mùi khó chịu Amoniac là một kh độc và thường được tạo ra rất nhiều từ ngay trong các hệ thống chuồng trại, nơi lưu trữ, chế biến và trong giai đọan sử dụng chất thải Tuy nhiên nếu nước tiểu gia súc được sử dụng hợp lý hay bón cho cây trồng thì chúng là nguồn cung cấp dinh dưỡng giàu nitơ, phốt pho và các yếu tố khác ở dạng dễ hấp thu cho cây trồng Thành phần nước tiểu thay đổi tùy thuộc loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện kh hậu

- Nước thải chăn nuôi: là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm, rửa

chuồng Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân lợn thải ra Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh (2010) tại các trang trại

23 chăn nuôi lợn quy mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh ph a Nam cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hằng ngày… Việc sử dụng nước tắm cho lợn hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước thải sau này

Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các hợp chất chứa nitơ và phốt pho Nước thải chăn nuôi còn chứa rất nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác Do ở dạng lỏng và giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh vật rất cao Chúng có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường đất, nước và không kh

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom (số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại và có gom phân hay không gom phân trước khi rửa chuồng), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh chuồng

24 được thu gom để làm phân hữu cơ vi sinh hoặc ủ yếm kh để tạo năng lượng khí sinh học sử dụng cho máy phát điện Nước thải chăn nuôi cũng được thu gom để sử dụng cho các mục đ ch trồng trọt trong nông nghiệp (Huang và cs, 2014; Luo và cs, 2014; Pantelopoulos và cs 2020)

Việc quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi tốt sẽ hạn chế được ô nhiễm môi trường Chất thải chăn nuôi đặc biệt là phân và nước tiểu, ngay khi thải ra thì khả năng gây ô nhiễm thấp, khả năng này chỉ tăng khi phân và nước tiểu bị để lâu trong môi trường bên ngoài Do đó, để hạn chế khả năng gây ô nhiễm của chất thải cần phải quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi ngay từ lúc mới thải ra môi trường

Phân và nước tiểu mà lợn thải ra phải được thu gom và vận chuyển ra khỏi chuồng trại chăn nuôi càng sớm càng tốt để tránh làm bẩn chuồng trại và cơ thể con vật nuôi, đồng thời tránh tạo mùi hôi thối trong chuồng trại làm thu hút ruồi muỗi tới Việc thu gom và chuyển phân ra khỏi chuồng sớm cũng tạo thuận lợi cho việc dọn rửa chuồng trại và từ đó có thể tiết kiệm điện nước Tùy theo tình trạng của chất thải và điều kiện chăn nuôi để có thể áp dụng kỹ thuật thu gom hoặc bằng cách hót phân rắn hay xịt rửa cho phân trôi theo dòng chảy vào những thời điểm nhất định trong ngày

Việc thu gom vận chuyển chất thải có thể dùng nước bơm xịt, hay thùng chứa, sọt, bao,… Nơi lưu trữ phân phải là hố chứa, bể lắng, thùng đựng được đậy k n hay bao k n để xử lý Khu vực lưu trữ phân phải cách biệt với chuồng trại chăn nuôi để tránh ảnh hưởng đến sức khỏe gia súc

Việc xử lý chất thải chăn nuôi càng quan trọng hơn trong điều kiện diện tích chăn nuôi chật hẹp ở nhiều vùng trong cả nước, đặc biệt là nhiều vùng có các hộ chăn nuôi nằm xen kẽ trong các khu có nhiều dân cư sinh sống Trong điều kiện này, hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi đòi hỏi phải được thiết kế theo các tiêu chuẩn kỹ thuật và hệ thống xử lý chất thải dạng rắn và lỏng để

25 đảm bảo chất thải phải sạch và đạt yêu cầu trước khi đưa ra môi trường Một số phương pháp xử lý đang được áp dụng như sau:

1.3.1 Xử lý bằng phương pháp vật lý

Các phương pháp vật lý thường được dùng để tách chất thải rắn ra khỏi chất thải lỏng để dễ dàng xử lý theo các cách khác nhau Chất thải rắn sau khi tách có thể được xử lý bằng phương pháp ủ hay đốt trước khi làm phân bón Phương pháp đốt chất thải rắn có độ an toàn vệ sinh dịch bệnh cao nhất, đảm bảo diệt được cả bào tử của vi khuẩn Phương pháp này khá đơn giản, chỉ cần đào hố, lót rơm hay mùn cưa ở dưới đáy Sau đó để xác động vật, phân hay chất thải rắn khác lên, tiếp theo đậy lại bằng gỗ rồi đổ nhiên liệu lên và đốt Tuy nhiên, phương pháp này không phổ biến do làm mất chất hữu cơ

Đặc điểm chung của sản xuất chăn nuôi tại các nước phát triển là tập trung, quy mô lớn, đồng bộ và khép kín, mức độ hiện đại hóa, chuyên môn hóa cao ở tất cả các khâu công việc Đặc biệt trong các công đoạn thu gom, xử lý và chế biến chất thải chăn nuôi đã và đang được ứng dụng phát triển nhiều công nghệ, thiết bị hiện đại đồng bộ, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về môi trường, tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích, góp phần đem lại hiệu quả cao cho sản xuất chăn nuôi

Hiện nay, giải pháp công nghệ được ứng dụng phổ biến và hiệu quả trong xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới là công nghệ hầm ủ KSH, tuy nhiên, đối với sản xuất chăn nuôi lợn có lượng chất thải lớn, sử dụng nhiều nước, tạo ra sự quá tải, vượt quá khả năng xử lý của hầm ủ Để giải quyết vấn đề này, trong quy trình công nghệ xử lý chất thải của hầu hết các cơ sở chăn nuôi tập trung quy mô lớn trên thế giới đã bổ sung công đoạn phân tách hỗn hợp chất thải dưới dạng chất thải rắn và lỏng trước khi chuyển xuống hầm ủ Hỗ trợ cho công đoạn xử lý này là hệ thống máy, thiết bị và công nghệ phân tách pha rắn - lỏng chất thải gồm bơm hút, máy tách pha lỏng - rắn, máy

26 khuấy chìm Cho tới nay, công nghệ và hệ thống máy, thiết bị xử lý chất thải chăn nuôi đã được cải tiến, nâng cấp và hoàn thiện, có khả năng làm việc ổn định, năng suất đạt 70 m3

/giờ, lọc được chất thải rắn có k ch thước tới 0,1 mm, thu hồi chất thải rắn đạt tỷ lệ 25 - 30% và độ ẩm chất thải rắn 55 - 60% (Hjorth và cs, 2010; Australian Pork Limitted, 2015; Chastain, 2019)

Theo Chastain (2019), mục đ ch ch nh của việc tách chất lỏng rắn là tách và loại bỏ hoặc thu hồi các chất rắn lơ lửng và một số chất rắn hòa tan trong phân lỏng Một số phương pháp có thể tách chất rắn khỏi chất lỏng hiện nay là:

- Phương pháp lắng (chất rắn lắng xuống dưới do/bởi trọng lực) - Phương pháp tách cơ học

Đây là hai phương pháp phổ biến nhất được sử dụng cho mục đ ch tách chất rắn - lỏng trong nước thải Ngoài ra còn có một số phương pháp khác như sau:

- Phương pháp hồ bốc hơi: Các hồ này có thể sử dụng hiệu quả ở các vùng khô hạn, nơi lượng nước được loại bỏ do bốc hơi lớn hơn lượng nước bổ sung do mưa So với các hệ thống xử lý và sử dụng nước thải để tưới, việc sử dụng các hồ này bị giới hạn bởi cần quy mô/diện t ch lớn hơn cũng như đòi hỏi phải được quy hoạch và đáp ứng các quy định về môi trường

- Phương pháp làm khô (làm mất nước): Phương pháp sử dụng nhiệt để loại bỏ độ ẩm là không phổ biến vì kinh ph đầu tư ban đầu lớn, chi ph bảo trì và năng lượng cao

- Phương pháp tạo tủa đông tụ: Là phương pháp tương đối mới dùng để tách chất rắn - lỏng trong nước thải có sử dụng hóa chất để gắn kết các chất rắn lơ lửng, tạo kết tủa đông tụ các hạt lơ lửng và chuyển đổi chúng thành các đám kết tủa lớn và lắng xuống

Theo Hamilton (2006), Hjorth và cs (2010), Chastain (2019), một số

27 công nghệ dùng để phân tách chất rắn từ nước thải chăn nuôi đã được nghiên cứu và phổ biến sau:

- Công nghệ ly tâm (sieve centrifuge): Hỗn hợp chất thải được đưa vào

lồng quay ly tâm tốc độ nhanh để tách riêng chất thải lỏng và rắn bằng lực ly tâm Ưu điểm của phương pháp này là có thể tách được chất rắn ra khỏi hỗn hợp ở dạng rất lỏng, không yêu cầu độ đậm đặc cao trong chất thải Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí cao, vận hành phức tạp

- Công nghệ sàng quay (rotary screen): Hỗn hợp được đưa vào lồng

quay tốc độ chậm để tách riêng phần nước và phần rắn thông qua lỗ sàng Ưu điểm của phương pháp này là có thể tách được chất rắn ra khỏi hỗn hợp ở dạng rất lỏng, không yêu cầu độ đậm đặc cao trong chất thải; nhược điểm là chất thải rắn sau khi tách vẫn có độ ẩm rất cao, khó vận chuyển, chưa thể đưa vào ủ ngay được

- Công nghệ trục lăn (roller press): Hỗn hợp được đưa vào ép dạng con

lăn, nước sẽ thông qua kẽ lưới thoát ra ngoài và phần rắn được giữ lại và thoát ra ngoài Ưu điểm của phương pháp này chỉ áp dụng chủ yếu cho phân dạng sệt, dẻo, chứa nhiều rơm rạ, cỏ nên chủ yếu được dùng trong việc tách ép phân bò thịt; nhược điểm là chất thải rắn sau khi tách ép vẫn còn độ ẩm cao

- Công nghệ sàng rung (Vibrating bed): Hỗn hợp được đưa vào sàng

rung, phần nước thoát ra qua khe sàng rung, phần rắn được giữ lại và chuyển ra ngoài Ưu điểm của phương pháp này chỉ áp dụng chủ yếu cho phân dạng sệt, dẻo, t rơm rạ, cỏ nên chủ yếu được dùng trong việc tách ép phân bò sữa; Nhược điểm: chất thải rắn sau khi tách ép vẫn có độ ẩm cao

- Công nghệ băng tải (Belt separator): Hỗn hợp được đưa vào băng tải,

sau đó đi qua các rulo ép tách nước Ưu điểm của phương pháp này là tách được hỗn hợp chất thải loãng; nhược điểm: chi phí cao, vận hành rất phức tạp

28

- Công nghệ ép trục vít (Screw press separator): Hỗn hợp được đưa

vào máy ép dạng trục vít, lực nén sẽ ép tách riêng phần nước và phần rắn Ưu điểm của phương pháp này là phần rắn sau ép rất khô, độ ẩm từ 65-70% Vận hành đơn giản Nhược điểm: không hoạt động được khi hỗn hợp đưa vào quá loãng dưới 3% (Chastain, 2019)

Theo Sweeten (2014) và Chastain (2019), công nghệ tách ép trục vít là công nghệ phổ biến, hiệu quả và dễ vận hành nhất được sử dụng trong tách chất thải chăn nuôi lợn, vì vậy trong thời gian qua, nhiều sản phẩm máy tách phân được các hãng chế tạo máy nổi tiếng trên thế giới giới thiệu như: Hãng Bauer của Áo và Đức hợp tác với các sản phẩm: Germany Series 1.2-780; Germany Series 1.2 -520, Solidry; Hãng Criman của Ý với các sản phẩm: Criman Type MSU, SM260 Professional, SM260 Basic, SM 260 Mini; hoặc máy tách phân Hàn Quốc với các sản phẩm: KJ2-255, KJP-255 Bên cạnh đó, còn có một số loại máy do Trung Quốc sản xuất như: Weifang, Sinoder, Jhejiang, Xinxiang, Sunsine có đặc điểm giá thành thấp nhưng hoạt động không ổn định, chất lượng làm việc và tuổi thọ máy không cao Phần lớn các loại máy do Trung Quốc sản xuất được thiết kế theo mẫu của các hãng chế tạo máy châu Âu

Theo Auvermann và cs (2013), máy phân tách lỏng rắn chất thải chăn nuôi được sử dụng phổ biến hiện nay có bộ phận công tác dạng vít xoắn, hoạt động theo nguyên lý ép lọc phân tách hỗn hợp chất thải thải thành dạng rắn và lỏng Máy được thiết kế, chế tạo với các bộ phận sau:

- Máy tách chất thải rắn, bao gồm 1 ống thép dài, bên trong có 1 trục thép gắn các bản thép xoắn ruột gà, máy có “hệ thống sàng” thu giữ chất thải rắn Sau đó, chất thải rắn được ép bớt nước và được đẩy ra ngoài “Sàng” là các tấm thép không rỉ, có k ch thước “mắt sàng” là 0,25; 0,35; 0,5 mm hoặc 0,75; 1,0 mm

29 - Máy bơm chuyên dụng: được gắn vào 1 đường ray có thể chuyển động lên xuống, máy có thể bơm được chất thải chăn nuôi có hàm lượng chất rắn 2-15%; máy cần có “lồng chắn rác” để chống tắc bơm

- Máy khuấy: được gắn vào 1 đường ray có thể chuyển động lên xuống cho thích hợp với lớp bã cặn dày hay mỏng Máy khuấy là thiết bị rất quan trọng vì máy tách chất thải rắn chỉ hoạt động có hiệu quả khi nước thải được khuấy đều và có hàm lượng chất rắn ổn định Máy khuấy có thể được lắp cố định hoặc di động

Theo Auvermann và Sweeten (1992), để có thiết kế hệ thống máy tách phân phù hợp, hiệu quả, cần có thiết kế phù hợp với quy mô chăn nuôi, nguồn điện, nhận thức của người dân, khắc phục nhược điểm và linh hoạt trong việc cải tiến áp dụng sẽ mang lại hiệu quả cao

Máy phân tách chất thải chăn nuôi là bộ phận tích hợp trong hệ thống thiết bị phục vụ sản xuất chăn nuôi tập trung quy mô lớn, có vai trò rất quan trọng, quyết định đến chất lượng và hiệu quả công việc xử lý, chế biến chất thải chăn nuôi thành các sản phẩm hữu ích và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Công nghệ và hệ thống máy, thiết bị trên thường xuyên được cải tiến, nâng cấp và hoàn thiện để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về năng suất, chất lượng của sản xuất chăn nuôi Các hướng nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện t nh năng, nâng cao chất lượng công việc phân tách, tăng tỷ lệ chất thải rắn, giảm mật độ chất thải lỏng, hạ thấp độ ẩm còn lại của chất thải rắn Bên cạnh đó là các nghiên cứu về vật liệu và công nghệ chế tạo nhằm nâng cao độ bền, độ tin cậy và tuổi thọ máy, tích hợp ứng dụng công nghệ điều khiển tự động để giảm công lao động, nâng cao hiệu quả trong khai thác, sử dụng máy

Như vậy, có thể thấy hệ thống máy, thiết bị phân tách chất thải chăn nuôi của các nước phát triển là rất hoàn thiện cả về kết cấu, t nh năng, thông số kỹ thuật Việc tiếp cận và thực hiện các vấn đề liên quan thông qua các

30 nghiên cứu ứng dụng phát triển, trao đổi thông tin hoặc chuyển giao công nghệ là rất cần thiết nhằm tiến tới làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo với các

chi phí hợp lý

Pantelopoulos và Aronsson (2020) đã kết hợp sử dụng 2 giai đoạn phân tách chất thải chăn nuôi bao gồm dùng máy tách trục vít và máy tách quay ly tâm sau đó xử lý nước thải bằng quá trình axit hóa Nghiên cứu được thực hiện tại 1 trang trại quy mô lớn ở Ba Lan cùng thời điểm với nghiên cứu của luận án này Kết quả của hệ thống nghiên cứu này đã thu hồi được 52,6% lượng chất rắn; 14,4% N tổng số và 73,8% P tổng số trong phần chất rắn thu được Lượng chất rắn và dinh dưỡng thu hồi được nhiều là do chăn nuôi tại trang trại này hầu như không sử dụng nước cho việc tắm rửa và vệ sinh chuồng trại Tổng lượng nước sử dụng chỉ khoảng 6-7 L/con/ngày

Tại Việt Nam, trước các yêu cầu cấp bách về xử lý môi trường và tạo ra sản phẩm hữu ích từ chất thải chăn nuôi cho các cơ sở chăn nuôi tập trung quy mô lớn hiện nay, nhiều đề tài, dự án nghiên cứu đã và đang được thực hiện để xác định các giải pháp khả thi, hiệu quả cho vấn đề này, trong số các giải pháp đang được thực hiện thì công nghệ hầm ủ KSH được triển khai ứng dụng phổ biến nhất

Năm 2015, Sở KH&CN Vĩnh Phúc đã chủ trì thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ tách rắn, lỏng để xử lý chất thải chăn nuôi” và đã thử nghiệm hệ thống máy phân tách chất thải chăn nuôi của Hãng Criman trên 2 mô hình tại 2 trang trại chăn nuôi lợn thuộc xã Hoàng Lâu, huyện Tam Dương, Vĩnh Phúc cho kết quả rất khả quan Trung bình mỗi giờ máy có thể xử lý từ 10 đến 15 m3 chất thải chăn nuôi ở dạng lỏng (phân lẫn nước) Đáp ứng việc xử lý phân cho các trang trại nuôi lợn có quy mô từ 3.000 đến 20.000 con Ngoài ra, máy có thể được ứng dụng cho các hộ chăn nuôi bò thịt, bò sữa Chất thải trong chăn nuôi ở dạng lỏng được đưa qua máy ép và tách thành hai phần rắn

31 và lỏng riêng biệt Phần rắn có bột khô, độ ẩm khoảng 55%, mùi hôi thối giảm rất nhiều Sau đó được đóng bao để tận dụng làm phân bón cho cây trồng Phần lỏng đã tách hết các cặn bã được đưa vào bể xử lý yếm kh Tuy nhiên chi ph đầu tư và lắp đặt cho hệ thống máy khá cao, khoảng 300 triệu VNĐ

Các công ty Âu Lạc, Kim Phát, Minh Châu, Song Long, Agri-Machine là các doanh nghiệp chuyên về sản xuất và thương mại các máy móc và hệ thống, dây chuyền thiết bị công nghiệp đã đầu tư nghiên cứu chế tạo lắp ráp thiết bị xử lý chất thải chăn nuôi gia súc bằng công nghệ tách ép phân Các loại máy phân tách chất thải chăn nuôi do các doanh nghiệp trên sản xuất chủ yếu theo hình thức lắp ráp linh kiện, phụ tùng nhập từ Trung Quốc, có giá thành rẻ (từ 150 - 200 triệu VNĐ) nhưng chất lượng máy chưa cao, hoạt động không ổn định

Từ năm 2014, nắm bắt được nhu cầu sử dụng máy tách ép chất thải chăn nuôi của các cơ sở chăn nuôi tập trung quy mô lớn trong cả nước, các nhà khoa học của Viện Phát triển Công nghệ Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam trên cơ sở tiếp cận, kế thừa và phát triển các kết quả nghiên cứu và hệ thống máy thiết bị hiện có trong và ngoài nước, đã thiết kế chế tạo, thử nghiệm và ứng dụng thành công hệ thống thiết bị công nghệ xử lý hỗn hợp chất thải chăn nuôi theo phương pháp tách ép Hệ thống máy đã được triển khai ứng dụng tại một số cơ sở chăn nuôi lợn quy mô lớn của Việt Nam, kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống thiết bị hoạt động ổn định, tin cậy, các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu và đặc biệt là giá thành chế tạo, lắp đặt vận hành thấp hơn nhiều so với thiết bị cùng loại nhập ngoại Tuy nhiên, sản phẩm máy phân tách chất thải chăn nuôi của Viện vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu cải tiến, nâng cấp và hoàn thiện để có thể đạt được các tiêu chuẩn chất lượng của châu Âu

32

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này vừa đơn giản, hiệu quả lại t tốn kém Phân lợn sau khi được xử lý hoai mục sẽ trở thành nguồn dinh dưỡng rất tốt cho cây trồng và đặc biệt là phân gần như không còn mùi hôi thối, nhất là sau khi đã được ủ đủ lâu Cả chất rắn và chất thải rắn sau khi tách khỏi chất thải lỏng đều có thể được ủ Phương pháp này dựa trên quá trình phân hủy bởi vi sinh vật tới các chất hữu cơ có trong chất thải T nh chất và giá trị của sản phẩm phụ thuộc vào quá trình ủ phân, phương pháp ủ và hình thức ủ Xử lý chất thải bằng phương pháp ủ này có thể vừa cung cấp được chất dinh dưỡng cho cây trồng, vừa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm cho con người và hạn chế sự lây lan của một số bệnh hại nguy hiểm

Phương pháp ủ phân cũng có thể xử lý được một lượng chất thải lớn, thường được áp dụng đối với chăn nuôi công nghiệp Trong quá trình ủ, các vi sinh vật sẽ phân hủy các chất xenlulô, glucô, protêin, lipit có trong thành phần của chất thải thông qua quá trình phá vỡ các hợp chất chứa N và quá trình khoáng hóa các hợp chất có chứa N Ch nh do sự phân hủy này mà thành phần phân chuồng thay đổi, phát sinh ra nhiều loại kh như H2, CH4, CO2, NH3 và hơi nước thoát ra làm cho khối lượng phân ủ ngày càng giảm

Chất thải chăn nuôi được chia ra thành 3 nhóm: i) chất thải rắn, bao gồm: phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ ; ii) chất thải lỏng, bao gồm: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ, các dụng cụ…; iii) chất thải khí, bao gồm: CO2, NH3, CH4…

i) Xử lý chất thải rắn: đã có nhiều phương pháp, kỹ thuật được giới

thiệu để xử lý chất thải rắn trong chăn nuôi, cho các quy mô chăn nuôi khác nhau nhưng phổ biến nhất vẫn là các phương pháp ủ phân (composting) để giải quyết sự gia tăng nhanh chóng của phân gia súc (Hoitink, 2000), giảm khối lượng chất thải, tiêu diệt mầm bệnh và làm ổn định hàm lượng dinh

33 dưỡng trong phân sau quá trình ủ (Michel et al, 1996) Theo Nguyễn Văn Bộ

(2017), có một số phương pháp ủ phổ biến như: Ủ Indian Bangalore: thường sử dụng để ủ phân bắc (phân người) và rác thải hữu cơ; Ủ thụ động: thường dùng để ủ phân gia súc; Ủ Indian Indore: thường dùng để ủ phụ phẩm nông nghiệp, nước tiểu và phân gia súc, đất, tro và nước; Ủ phân của nông dân Trung Quốc: dùng để ủ phân trong các hố, đánh thành từng lớp; Ủ windrow: dùng để ủ trộn thường xuyên và ủ hảo kh thụ động; Ủ nhanh Berkley: thường dùng cho ủ đống với thời gian ngắn khoảng 2 - 3 tuần; Ủ nóng của Đại học North Dakota State: thường dùng cho ủ đống to và có kết hợp đảo trộn; Sử dụng chế phẩm EM (effective micro-organisms): thường dùng để sản xuất phân hữu cơ quy mô nhỏ; Ủ nhanh IBS: sử dụng nấm phân hủy xenlulô để làm tăng khả năng phân hủy các nguyên liệu hữu cơ; Ủ nhanh bằng cách tạo các ống cung cấp khí cho đống ủ: áp dụng trong trường hợp đống ủ không được đảo, trộn; Ủ in-vessel: thường áp dụng để ủ phân trong nhà, thùng hoặc

ống chứa nguyên liệu ủ có máy thổi kh hoặc hệ thống cung cấp kh tạo điều

kiện háo kh tối ưu để làm tăng quá trình phân hủy hữu cơ; Ủ nhanh bằng giun: dùng để kết hợp lấy thịt giun làm thức ăn chăn nuôi, thức ăn cho cá…

Với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì sử dụng phương pháp ủ hỗn hợp” là tốt nhất (Nguyễn Văn Bộ và cs, 2017) để tránh mất nhiều đạm và đảm bảo cho các quá trình hoạt động của vi sinh vật Tuy nhiên việc thu gom chất thải hiện nay đang gặp nhiều khó khăn do cần phải tiến hành phân tách được nguồn phân thải và nước thải sử dụng để rửa chuồng và tắm cho lợn Để làm được điều này thì cần phải thay đổi quy trình rửa và thiết kế chuồng trại một cách hợp lý (Nguyễn Thế Hinh, 2017)

ii) Xử lý chất thải lỏng: là loại chất thải t được sử dụng và khó quản

lý do lượng nước thải lớn, hay có mùi hôi thối nên khó vận chuyển đi xa để sử dụng hoặc cũng không thể sử dụng hết cho diện t ch đất canh tác xung quanh

34 Ngược lại, nếu được xử lý và quản lý hợp lý thì chất thải lỏng sẽ trở thành nguồn phân bón có giá trị (Bùi Văn Ch nh, 2017) Chất thải chăn nuôi lỏng ở Việt Nam thường được xử lý bằng công nghệ KSH sau đó lưu trong các bể lắng, hồ lắng hoặc xử lý bằng phương pháp hiếu kh để đảm bảo tiêu diệt các mầm bệnh Chất thải lỏng đã xử lý có thể được sử dụng cho tất cả các loại cây trồng và mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên, việc vận chuyển chất thải lỏng thường rất khó khăn do cần phải có hệ thống bơm, ống dẫn đến đồng ruộng hoặc xe bồn chuyên chở gây phát sinh các chi phí

Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua Tại Hà Lan nước thải chăn nuôi được xử lý bằng công nghệ SBR (bể phản ứng làm việc theo mẻ bằng bùn hoạt tính) Bể BSR sẽ hoạt

động theo chu kỳ khép kín, gồm 5 pha chính trong đó có 4 pha chính làm đầy,

sục khí, lắng, rút nước và 1 pha nghỉ (Willers và cs., 1994)

Tại Tây Ban Nha nước thải chăn nuôi thường được xử lý bằng quy trình Valpuren, là quy trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng được cấp bởi hỗn hợp khí sinh học và khí tự nhiên

Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau KSH là UASB (công trình xử lý sinh học kỵ kh ngược dòng) Nước thải được đưa vào từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn kỵ kh lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này Một phần khí sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí (CH4, CO2 và một số khí khác) sẽ kết dính với các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bùn, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí được giải phóng với khí tự do và bùn sẽ rơi xuống Để tăng tiếp xúc giữa

35 nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn trở lại hệ thống

Xử lý chất thải lỏng thông thường có 3 biện pháp chính như sau: (i) xử lý yếm khí bằng công nghệ KSH, (ii) xử lý bằng các bể lắng hay các hồ lắng và tách chất thải rắn làm phân hữu cơ, (iii) xử lý hiếu khí bằng phương pháp thổi không kh vào nước thải

* Xử lý yếm khí bằng công nghệ KSH:

Việc xử lý nước thải chăn nuôi trong môi trường yếm kh để tạo KSH là một trong những phương pháp có giá thành thấp nhưng mang lại hiệu quả cao trong việc phục vụ đun nấu, cung cấp nhiệt năng và ánh sáng hoặc chạy các loại máy động cơ đốt trong Công nghệ KSH đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ qua (Burton và Tuner, 2003; IAEA, 2008; Tong Boitin, 2014), có khả năng làm giảm nhanh BOD và COD trong nước thải chăn nuôi, đồng thời xử lý rất tốt tất cả các mầm bệnh và trứng giun sán, tránh gây truyền nhiễm bệnh tật cho mọi người xung quanh Đối với chăn nuôi quy mô lớn thường sử dụng công nghệ phủ bạt HDPE, nước thải chăn nuôi khi cho vào hầm KSH được lên men tạo KSH và khi trời nắng nóng ánh sáng chiếu trực tiếp lên bề mặt hầm nâng nhiệt độ trong hầm lên cao nên có thể giúp tiêu diệt các mầm bệnh (Burton và Tuner, 2003; WHO, 2006; Eschoborn, 2008; Tong Boitin, 2014)

Tại Việt Nam, xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình KSH đang được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm phát thải khí nhà kính và sản xuất năng lượng sạch Theo Cục Chăn nuôi năm 2018 đã có hơn 500.000 công trình KSH trên cả nước trong đó có tới 336.000 công trình KSH thay thế than đun nấu vùng đồng bằng và 224.000 công trình KSH thay thế củi đun nấu vùng miền núi nên có thể sản xuất ra khoảng 450 triệu m3 khí/năm Tuy nhiên, đối với phương pháp xử lý bằng bể KSH thì cần phải lưu ý đến việc đưa lượng phân vừa đủ để bảo đảm hầm KSH hoạt động tốt Nếu lượng phân

36 thải quá lớn thì phải mở rộng thể tích hầm hoặc kết hợp các biện pháp xử lý

khác để giảm đầu vào, tránh quá tải cho các hầm KSH Đối với nước thải và

chất thải rắn sau KSH thì có thể sử dụng để bón cho cây trồng, bón ruộng hoặc đưa xuống ao làm thức ăn cho cá (Mai Văn Trịnh và cs, 2017)

Lượng phân nạp phù hợp cho hầm KSH ở điều kiện 20 - 35º

C có thể t nh theo phương pháp đơn giản như sau: Cứ 1 m3

bể KSH cần nạp chất thải của 1 con lợn thịt có khối lượng khoảng 50-60 kg; nhưng với bể KSH có thiết bị khuấy và cung cấp nhiệt ổn định ở 50-550 C, lượng chất thải nạp sẽ cao hơn 15-20 lần (Burton và Tuner, 2003; Natural Resources Conservation Service, 2003; Tong Boitin, 2014)

Kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn nuôi (2014) về các trang trại chăn nuôi lợn có quy mô lớn tập trung ở Hà Nội, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi khi là xác gia súc, gia cầm chết Kết quả điều tra này cũng cho thấy 100% số cơ sở chăn nuôi đều chưa tiến hành xử lý chất thải rắn trước khi chuyển ra ngoài khu vực chăn nuôi Các cơ sở này chỉ có khu vực tập trung chất thải ở vị trí cuối trại, chất thải được thu gom và đóng bao tải để bán cho người tiêu thụ làm phân bón hoặc nuôi cá Các bao tải này được tái sử dụng nhiều lần, không được vệ sinh tiêu độc nên nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và lây nhiễm lan truyền dịch bệnh từ trang trại này sang trang trại khác rất cao Đối với phương thức nuôi lợn trên sàn bê tông ph a dưới là hầm thu gom thì không thu được chất thải rắn Toàn bộ chất thải, bao gồm phân, nước tiểu, nước rửa chuồng được hòa lẫn và dẫn về hầm KSH Hệ thống xử lý nước thải tại các trang trại trên chủ yếu là nước thải chảy thẳng xuống hầm KSH rồi ra hồ sinh học, sau đó thải ra môi trường