Công nghệ xử lý chất thải (biogas)

BIOGAS Khí sinh học Biogas hay gọi khí sinh học hỗn hợp khí sản sinh từ phân hủy hợp chất hữu tác động vi khuẩn môi trường yếm khí Nó chiếm tỉ lệ sau: - CH4: 60-70% - CO2: 30-40% Phần lại lượng nhỏ khí N2, H2, CO, CO2, Trong hỗn hợp khí sinh vật ta thấy CH4 chiếm số lượng lớn khí sử dụng chủ yếu để tạo lượng đốt Lượng CH4 chòu ảnh hưởng trình sinh học loại phân mà ta sử dụng 1.1 Đặc tính khí CH4 Khí CH4 chất khí không màu, không mùi nhẹ không khí CH4 200C, atm, 1m3 khí CH4 có trọng lượng 0,716 kg Khí đốt hoàn toàn 1m3 khí CH4 cho khoảng 5.500 - 6.000 kcal 1.2 Đặc tính khí biogas Đối với khí biogas trọng lượng riêng khoảng 0.9 - 0.94 kg/ m3, trọng lượng riêng thay đổi tỉ lệ CH4 so với khí khác hỗn hợp Lượng H2S chiếm lượng có tác dụng việc xác đònh nơi hư hỏng túi để sửa chữa Gas có tính dễ cháy không khí hòa lẫn với tỉ lệ từ - 25% cháy (vì sử dụng gas có an toàn cao) Nếu hỗn hợp khí mà CH4 chiếm 60% 1m3 gas cần 8m3 không khí Nhưng thường đốt cháy tốt cần tỷ lệ gas không khí từ 1/9 -1/10 (UBKHKT Đồng Nai –1989) Cơ chế tạo thành khí sinh vật hệ thống biogas Sự tạo thành khí sinh vật trình lên men phức tạp xảy nhiều phản ứng, cuối tạo khí CH4 CO2 số chất khác Quá trình thực theo nguyên tắc phân hủy kỵ khí, tác dụng vi sinh vật yếm khí phân hủy từ chất hữu dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, lượng đáng kể chuyển thành khí dạng chất hòa tan Sự phân hủy kỵ khí diễn qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với tham chủng loại vi sinh vật đa dạng Đó phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glycerin, acid béo, acid béo bay hơi, methylamin chất độc hại như: Tomain (Độc tố thòt thối), sản phẩm bốc mùi như: Indol, Scatol (Đặng Ngọc Thanh - 1974) Và cuối liên kết cao phân tử mà không phân hủy dễ dàng vi khuẩn yếm khí lignin, cellulose Tiến trình tổng quát sau: (C6H10 O5)n + n H2O VSV 3nCO2 + 3n CH4 + 4.5cal To = 35oC pH = Một phần CO2 bò giữ lại số sản phẩm trình lên men ion K+, Ca++, NH3+, Na+ Do hỗn hợp khí sinh có từ 60 - 70% CH4 khoảng 30 - 40% CO2 Những chất hữu liên kết phân tử thấp như: đường, protêin, tinh bột cellulose phân hủy nhanh tạo acid hữu Các acid hữu tích tụ nhanh gây giảm phân hủy Ngược lại lignin, cellulose phân hủy từ từ nên gas sinh cách liên tục Tóm lại, trình tạo khí methane diễn theo hai đường đường gồm hai giai đoạn sau: Con đường thứ a Giai đoạn - Sự acid hóa cellulose: (C6H10O5)n + H2O → 3nCH3COOH - Sự tạo muối: Các bazơ diện môi trường (đặc biệt NH4OH) kết hợp với acid hữu CH3COOH + NH4OH → CH3COONH4 + H2O b Giai đoạn - Lên men methane thủy phân muối hữu CH3COONH4 + H2O ⇔ CH4 + CO2 + NH4OH Con đường thứ hai a Giai đoạn - Sự acid hóa (C6H10O5)n + nH2O → 3nCH3COOH - Thủy phân acid tạo CO2 H2 CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 4H2 b Giai đoạn Methane tổng hợp từ số trực khuẩn sử dụng CO2 H2 CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O Như hai đường suất tạo khí methane phụ thuộc vào trình acid hóa Nếu trình lên men nhanh dòch phân có nhiều chất liên kết phân tử thấp dễ dàng bò thủy phân nhanh chóng đưa đến tình trạng acid hóa ngưng trệ trình lên men methane Mặt khác vi sinh vật tham gia giai đoạn trình phân hủy kỵ khí thuộc nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose Nhóm vi khuẩn hầu hết có enzyne cellulosase nằm rải rác họ khác Hầu hết trực trùng có bào tử (Spore) Theo A.R Prevot chúng có mặt họ: + Clostridium + Plectridium + Caduceus + Endosponus + Terminosponus Chúng biến dưỡng điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 số chất tan nước formate, acetate, alcohol, methylique, methylamine Trừ CO2, chất lại có khả cho electron dùng để dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh methane (Trần Văn Du – 1984) riêng nhóm vi khuẩn yếm khí methane chuyên biệt nghiên cứu kỹ W.E.Balcl cộng tác viên Mỹ (1979) Nhóm vi khuẩn xếp thành ba (order), bốn họ (family), mười bảy loài (genus) Tất vi khuẩn có hai coenzyne đặc thù: • Coenzyme M (2 mercaptoethan – sulfonic – acid) • Coenzyme F420 (Một loại flavin mononucleotide) Hai coenzyme reductase, nghóa chúng tải electron từ chất cho electron đến chất khác để khử hòa chất Điều đặc biệt người ta tìm thấy hai coenzyme có nhóm vi khuẩn sinh khí methane mà không thấy nhóm khác (Trần Văn Du – 1984) Tóm lại, vi sinh vật sinh methane theo nhiều chế phản ứng khác sau: • H2 + HCO3- + H+ ⇔ CH4 + H2O • CH3CH2OH + CO2 ⇔ CH3COO- + H+ + CH4 • CH3 – CHOH – COO- + H2O • CH3CH2OH → CH3COO- + CH4 + HCO3- + H2O ⇔ CH3COO- + H+ + CH4 + HCO3- • CH3CH2 CH2 COO- + H2O + HCO3- ⇔ CH3COO- + H+ + CH4 • CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3- • HCOOH + H2O → CH4 + HCO3- + H+ • Methanol CH3OH → CH4 + HCO3- + H2O + H+ • Methylamine thủy phân tạo methane CH3NH3+ + H2O → CH4 + HCO3- + NH4+ + H+ (CH3)2NH2+ + H2O → CH4 + HCO3- + NH4+ + H+ (CH3)3NH+ + H2O → CH4 + HCO3- + NH4+ + H+ Cơ chế lên men vi sinh vật yếm khí tóm tắt qua sơ đồ sau: Sơ đồ: Quá trình lên men chất hữu vi sinh vật yếm khí (Large,1983) Protein Amino acid Lipid Carbohydrate Cellulose Starch, sugar Pentosan (Hemicellulose) Methanol Monosacharide Glycerol NH3 Formate CO2 H2 Fatty acid Butyrate Ethanol Lactate Succinate Propionate Acetate CH4 Ghi chú: Hydrolytic tiến trình lên men ( ) Tiến trình Acetogenic ( ) Tiến trình Methanogenic ( ) Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình sinh khí sinh vật 3.1 Điều kiện kỵ khí tuyệt đối Là lên men để phân hủy hợp chất hữu bình ủ đòi hỏi phải điều kiện kỵ khí hoàn toàn Vì có mặt oxygen ảnh hưởng lớn đến khả hoạt động vi sinh vật tạo khí, tạo khí giảm hay ngừng hẳn 3.2 Nhiệt độ Nhiệt độ làm thay đổi đến trình sinh gas bình ủ, nhóm vi khuẩn yếm khí nhạy cảm nhiệt độ Chúng hoạt động tối ưu 310C–360C, 100C nhóm vi khuẩn hoạt động yếu, dẫn đến gas áp lực gas yếu Tuy nhiên, nhiệt độ cho chúng hoạt động thấp nhiệt độ tối ưu trung bình vào khoảng 20 – 300C thuận lợi cho chúng hoạt động Nhóm vi khuẩn sinh khí methane nhạy cảm với thay đổi đột ngột nhiệt độ, nhiệt độ thay đổi cho phép hàng ngày 10C (UBKHKT Đồng Nai – 1989) 3.3 Ẩm độ - Ẩm độ cao 96% tốc độ phân hủy chất hữu giảm, sản lượng gas tạo - Ẩm độ thích hợp cho hoạt động vi sinh vật 91.5-96% 3.4 pH pH póp phần quan trọng hoạt động sống vi khuẩn sinh khí methane Vi khuẩn sinh khí methane pH 4.5 – 5.0 (Young Fu Ctv, 1989) Khi pH > hay pH < hoạt động nhóm vi khuẩn giảm nhanh (Nguyễn Thò Thủy, 1991) 3.5 Thời gian ủ Thời gian ủ dài hay ngắn tùy thuộc vào lượng khí sinh Với nhiệt độ, độ pha loãng, tỷ lệ chất dinh dưỡng thích hợp kéo dài đến 30 - 40 ngày (UBKHKT Đồng Nai – 1989) 3.6 Hàm lượng chất rắn (Vật chất khô) Hàm lượng chiếm 9% hoạt động túi ủ tốt Hàm lượng chất rắn thay đổi khoảng – % phụ thuộc vào khả sinh tốt hay xấu Ở Việt Nam vào mùa khô nhiệt độ cao phân hủy tốt, sinh tốt nên hàm lượng chất rắn bình giảm, nên cung cấp chất rắn cao chấp nhận ngược lại (UBKHKT Đồng Nai – 1989) 3.7 Thành phần dinh dưỡng Để đảm bảo trình sinh khí bình thường, liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sinh trưởng phát triển vi sinh vật Thành phần nguyên liệu C, N Thành phần C dạng Carbonhydrate (C: tạo lượng); N dạng Nitrate, protein, Amoniac (N tham gia cấu trúc tế bào) Để đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt động vi sinh vật kỵ khí cần ý đến tỷ lệ C /N Tỷ lệ thích hợp từ 25/1 đến 30/1 cho phân hủy kỵ khí tốt (UBKHKT Đồng Nai – 1989) Bảng 2.1: Tỷ lệ C/N số loại phân Loại phân Tỉ lệ C/N Trâu bò 25/1 Heo 13/1 Gà 5/1 – 10/1 Cừu 29/1 Ngựa 24/1 Người 2,9/1 3.8 Các chất gây trở ngại trình lên men Vi khuẩn sinh methane dễ bò ảnh hưởng độc tố hợp chất vô Theo nghiên cứu Nguyễn Việt Năng, hàm lượng chất sau ức chế trình lên men vi khuẩn kỵ khí Bảng 2.2 Nồng độ chất gây ức chế trình lên men vi khuẩn kỵ khí Tên hóa học Hàm lượng SO42- 5.000 ppm NaCl 40.000 ppm NO2 - mg/100 ml Cu 100 mg/l Cr 200 mg/l Ni 200 – 500 mg/l CN- 25 mg/l ABS (*) 20 – 40 ppm NH3 1.500 – 3.000 mg/l Na 3.000 – 5.500 mg/l K 2.500 – 4.500 mg/l Ca 2.500 – 4.500mg/l Mg (*): Alkyl benzen sulfonate 1.000 – 1.500mg/l 3.9 Một số yếu tố khác Ngoài yếu tố trình bày trên, số lượng gas tạo nhiều hay phụ thuộc số yếu tố sau: - Chiều dài chiều rộng bình biogas Yếu tố có liên quan đến thời gian lưu lại dòch phân ngắn hay dài số lượng phân phù hợp với kích cở bình - Tổng thể tích phân nước cho vào ngày tỉ lệ phân nước - Từng loại phân khác cho số lượng gas khác - Tỷ lệ phân nước: dòch phân loãng lượng phân không đủ để phân hủy, ngược lại dòch phân đặc gây cứng bình, tạo lớp váng bề mặt bình gây cản trở trình sinh khí Ngoài yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật ảnh hưởng lớn đến khả tạo gas 3.10 Một số đặc điểm vi sinh vật danh ô nhiễm nước Vi sinh vật danh ô nhiễm nước nhóm vi sinh vật mà diện chúng cho biết nguồn nước bò ô nhiễm, nói cách khác nước có ô nhiễm nhân tố gây bệnh Bản thân nhóm vi sinh vật không gây bệnh dễ phát loại vi sinh vật khác nên chúng dùng để đánh giá chất lượng nước Sức đề kháng vi khuẩn danh ô nhiễm nước tốt nhiều so với vi trùng gây bệnh nha bào như: Salmonella, Shigella • E coli: trực khuẩn đường ruột, sống thường xuyên ruột người, gia súc theo phân gieo rắc Nó trực khuẩn Gram (-) đầu tròn có lông quanh thân nên di động được, không hình thành nha bào, tồn phân tươi với pH = 62 ngày • Coliform: trực khuẩn đường ruột Gram (-), không nha bào, phát triển môi trường muối mật Theo đònh nghóa coliform gồm: Escherichia, Klebsiella, Citrobacter, Enterobarter 10 Trong chất thải chăn nuôi tồn lượng lớn vi sinh vật hoại sinh Nguồn gốc thức ăn chúng chất hữu cơ, vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan tạo sản phẩm vô cơ: NO2, NO3, SO3, CO2 trình xảy nhanh không tạo mùi thối Nếu lượng chất hữu có nhiều vi sinh vật hiếu khí sử dụng hết lượng oxy hòa tan nước làm khả hoạt độäng phân hủy chúng kém, gia tăng trình phân hủy yếm khí tạo sản phẩm CH4, H2S, NH3, H2, Indol, Scortol… tạo mùi hôi nước có màu đen có vàng, nguyên nhân làm gia tăng bệnh đường hô hấp, tim mạch người động vật *Bụi không khí chuồng nuôi Bụi không khí chuồng nuôi có nguồn gốc từ thức ăn, vật liệu lót chuồng chất thải khác Tác hại bụi thường kết hợp với yếu tố khác vi sinh vật, endotoxin khí độc, bụi bám vào niêm mạc gây kích ứng giới, gây khó chòu làm tổn thương niêm mạc đường hô hấp Bụi gây dò ứng kích thích tiết dòch ho, làm tăng sinh tế bào biểu mô có lông, tế bào goblet Nếu kích thích kéo dài màng nhầy bò teo, tuyến nhờn suy kiệt, bụi không đồng hóa gây kích ứng mãn tính, tổn thương phổi, gây bệnh đường hô hấp mãn tính người vật nuôi Các kích thích tổn thương làm giảm sức đề kháng niêm mạc, mở đầu cho việc nhiễm vi sinh vật gây bệnh tạo điều kiện cho vi sinh vật hội gây bệnh Do tác hại bụi phụ thuộc nhiều yếu tố nhiệt độ ẩm độ không khí, di chuyển không khí, thông thoáng, mật dộ nhốt vận nuôi tình trạng vệ sinh chuồng Theo Jellen 1984, Muller 1987 trích dẫn Hartung 1994 Thì hàm lượng bụi không khí chuồng nuôi gà cao nhất, đặc biệt gà nuôi chuồng có chất độn chuồng, không khí chuồng nuôi trâu bò có hàm lượng bụi thấp trình bày bảng 1.8 10 Bảng 1.8: Hàm lượng bụi không khí chuồng nuôi gia súc khác Vật nuôi Heo Bò sữa Hàm lượng bụi (mg/m3) - 22 0,6 Gà đẻ (nuôi chuồng) - 51 Gà thòt (nuôi chuồng) 6,2 Nguồn: Hồ Thò Kim Hoa (2003) *Ammonia (NH3) Sinh từ khử amine protein chất thải, chất không màu, mùi khai, dễ tan nước gây kích ứng, NH3 nhẹ không khí (d = 0,59) Nếu chuồng trại thông thoáng tốt ảnh hưởng không đáng kể NH3 tiếp xúc với niêm mạc mắt, mũi, đường hô hấp gây tiết dòch, co thắt khí quản ho Trường hợp NH3 không khí cao kéo dài gây viêm phổi, gây hoại tử đường hô hấp NH3 từ phổi vào máu lên não gây nhức đầu dẫn đến hôn mê Trong máu NH3 bò oxy hóa tạo thành NO2 gây nên tượng Met - Hb Nồng độ NH3 không khí chuồng nuôi không nên vượt 25 – 35 ppm Trên heo NH3 làm chậm dậy động hớn heo nái dự bò NH3 hấp thu bụi di chuyển sâu vào đường hô hấp mở đường cho bệnh đường hô hấp Trên heo nồng độ NH3 cao không khí (< 50 ppm) làm tăng tỷ lệ bệnh viêm phổi viêm teo xương mũi heo, cho gà tiếp xúc với virus gây bệnh Newcastle điều kiện NH3 không khí tỷ lệ nhiễm bệnh 40%, nồng độ NH3 không khí 20 ppm 100% gà bò nhiễm bệnh Nồng độ ammonia không khí cao 30 ppm làm tăng khả nhiễm virus Marek Mycoplasma Sự diện NH3 làm sinh tính gây bệnh E.coli đường hô hấp 11 Đối với công nhân trại chăn nuôi heo, ammonia không khí dẫn đến bệnh đường hô hấp viêm phổi, ho, nặng ngực, thở ngắn, thở khò khè, nồng độ NH3 cao (> 25 ppm) làm tăng khả viêm khớp, abcesses Tác động NH3 bụi vi sinh vật không khí đến sức khỏe người vật nuôi thường kết hợp với Bảng 1.9: Tác hại ammonia đến sức khỏe suất gia súc, gia cầm Vật nuôi Nồng độ NH3 Nồng độ > 10 ppm Heo 50 – 100 ppm 61 ppm Gà > 30 ppm 30 ppm Tác hại Gia tăng tỷ lệ gia súc bò ho Giảm tăng trọng/ngày: 12 - 13% Giảm 5% lượng thức ăn Giảm sản lượng trứng thòt Gây hội chứng bệnh viêm phổi Nguồn: Hồ Thò Kim Hoa (2003) *Hydrogen Sulphide (H2S) H2S loại khí độc sinh từ phân hủy phân gia súc, sản phẩm hợp chất chứa lưu huỳnh, nặng không khí (d = 1,19) dễ hòa tan nước, lượng nhỏ gây tử vong Nồng độ H2S chuồng nuôi không nên vượt – 10 ppm H2S thấm vào niêm mạc tạo thành Na2S dễ dàng vào máu Trong máu H2S giải phóng trở lại để theo máu lên não gây phù hay hoại tử tế bào thần kinh, làm tê liệt trung khu vận động, trung khu vận mạch gây rối loạn hô hấp, H2S phá hủy Hemoglobin (Hb) gây thiếu máu hay kết hợp với sắt Hb làm khả vận chuyển oxy Hb Ngoài H2S làm rối loạn hoạt động số men vận chuyển điện tử chuỗi hô hấp mô bào 12 Cơ chế gây độc chủ yếu H2S kích ứng màng nhầy, phù đường hô hấp, tích lũy K2S, Na2S, ức chế Cytochrome oxidase, làm suy thoái chuyển hóa tế bào tác động lên hệ thần kinh trung ương Ngoài việc tích lũy hai chất khí trên, không khí chuồng nuôi tích lũy số khí khác CO2 khí có mùi hôi thối Tác hại khí thải chăn nuôi ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe gia súc, gia cầm mà ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người công nhân Triệu chứng thường gặp người công nhân số tiêu chuẩn nồng độ khí độc mùi chuồng nuôi (Bảng 1.11) Bảng 1.10: Nồng độ NH3 H2S cho phép Chỉ tiêu H2S NH3 Khu dân cư 0,008 mg/m3 # 0,0052 ppm 0,2 mg/m3 # 0,262 ppm Khu sản xuất mg/m3 # 1.3176 ppm 10 mg/m3 # 13.176 ppm Nguồn: TCVN (1995) Trích Nguyễn Hà Mỹ (2002) Bảng 1.11: Triệu chứng thấy công nhân nuôi heo có khí độc chăn nuôi Triệu chứng Tỷ lệ quan sát Ho 67% Đàm 56% Đau họng 54% Chảy mũi 45% Đau mắt (xốn mắt, chảy nước mắt) 39% Nhức đầu 37% Tức ngực 36% Thở ngắn 30% Thở khò khè 27% Đau nhức 25% Nguồn: Donham Gustafson (1992) Trích Nguyễn Chí Minh (2002) 13 Bảng 1.12: Nồng độ cho phép số khí mùi chuồng nuôi Chất khí Mùi Giới hạn (mg/l) Allyl mercaptan Mùi khó chòu 0,00005 Ammonia Mùi khai 0,037 Benzyl mercaptan Mùi khó chòu 0,00019 Crotyl Mùi chồn hôi 0,000029 Ethyl Mùi bắp cải thối 0,00019 Ethyl Sulphide Mùi gây ói 0,00025 Hydrogen Sulphide Mùi trứng thối 0,0011 Methyl mercaptan Mùi bắp cải thối 0,0011 Methyl Sulphide Mùi rau cải thối 0,0011 Skatole Mùi phân 0,0012 Sulphur dioxide Mùi cay hăng 0,009 Thiocrezol Mùi khét, mùi chồn hôi 0,0001 Nguồn: Sullival (1969) Trích dẫn Nguyễn Chí Minh (2002) 1.5.2 Ô nhiễm đất Chất thải chăn nuôi không xử lý mang sử dụng cho trồng trọt tưới, bón cho cây, rau, củ, quả, dùng làm thức ăn cho người động vật không hợp lý Nhiều nghiên cứu cho thấy khả tồn mầm bệnh đất, cỏ gây bệnh cho người gia súc, đặc biệt bệnh đường ruột thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa, sán lá… Khi dùng nước thải chưa xử lý người ta thấy có Salmonella đất độ sâu 50 cm tồn năm, trứng ký sinh trùng khoảng năm Mẫu cỏ sau tuần ngưng tưới nước thải có 84% trường hợp có Salmonella vi trùng đường ruột khác, phân tươi cho vào đất có E coli tồn 62 ngày 14 khoáng kim loại nặng bò giữ lại đất với liều lượng lớn gây ngộ độc cho trồng Bên cạnh việc sử dụng nhiều kháng sinh, chất diệt trùng, chất kích thích sinh trưởng ảnh hưởng đến môi trường sống người gia súc 1.5.3 Ô nhiễm nguồn nước Khi lượng chất thải chăn nuôi không xử lý cách thải vào môi trường lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô nước, làm giảm mức lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước, nguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật tồn tại) ảnh hưởng đến sức khỏe người, động vật môi trường sinh thái Hai chất dinh dưỡng nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước nitơ (nhất dạng nitrat) photpho Trong nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn vi sinh vật gây bệnh trứng ký sinh trùng Thời gian tồn chúng nước thải lâu Theo số liệu nghiên cứu cho thấy: Erysipelothrise insidiosa 92 - 157 ngày, Brucella 105 - 171 ngày, Mycobacterium 475 ngày, virus lở mồm long móng 190 ngày, Leptospira 21 ngày, trứng ký sinh trùng đường ruột 12 - 15 tháng nguồn truyền bệnh dòch nguy hiểm So với nước bề mặt, nước ngầm bò ô nhiễm Tuy nhiên với quy mô chăn nuôi ngày tập trung, lượng chất thải ngày nhiều, phạm vi bảo vệ không đảm bảo lượng chất thải chăn nuôi thấm nhập qua đất vào mạch nước ngầm làm giảm chất lượng nước Bên cạnh đó, vi sinh vật nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi xâm nhập nguồn nước ngầm Ảnh hưởng có tác dụng lâu dài khó loại trừ 15 1.6 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI Quản lý xử lý chất thải chăn nuôi nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường Chất thải chăn nuôi đặc biệt phân nước tiểu gia súc sau thải khả ô nhiễm thấp, khả tăng phân nước tiểu gia súc để lâu môi trường bên Do để giải kòp thời khả ô nhiễm cần phải quản lý xử lý chất thải chăn nuôi từ lúc thải môi trường số biện pháp như: - Thu gom, vận chuyển - Lưu trữ - Xử lý Phân nước tiểu sau gia súc thải phải thu gom vận chuyển khỏi chuồng trại chăn nuôi sớm tốt để tránh vấy bẩn chuồng trại gia súc đồng thời tránh tạo mùi hôi thối chuồng nuôi làm thu hút ruồi muỗi tới, thuận tiện cho việc dọn rửa chuồng trại, tiết kiệm điện nước Tùy theo tình trạng phân mà ta thu gom cách hốt phân rắn hay xòt cho phân trôi theo dòng chảy vào thời điểm đònh ngày Việc thu gom vận chuyển chất thải dùng nước bơm xòt trôi theo đường cống thoát Hay dùng thùng chứa (phân lỏng) dùng sọt, bao, thùng xe để vận chuyển phân rắn Nơi lưu trữ phân phải hố chứa, bể lắng, thùng đựng đậy kín hay bao kín để xử lý chuyên biệt, nơi 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 chấp nhận điều kiện chăn nuôi tự phát khoảng không gian khu chăn nuôi khu dân cư bò thu hẹp hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi phải thiết kế tiêu chuẩn kỹ thuật phải có thiết bò sử dụng phế thải dạng rắn lỏng công đoạn 16 cuối sau thải vào môi trường tùy theo điều kiện kinh tế sở hộ chăn nuôi mà đưa vào áp dụng cụ thể như: 1.6.1 Sản xuất phân bón hữu từ phân gia súc Phương pháp sản xuất phân bón hữu từ phân gia súc có từ lâu phương pháp ủ phân hiếu khí (composting) Phương pháp dựa trình phân hủy chất hữu có từ phân tác dụng vi sinh vật có thành phần phân, tính chất giá trò phân bón phụ thuộc vào trình ủ phân, phương pháp ủ kiểu ủ *Ủ phân hiếu khí (Composting) Nhằm xử lý nguồn chất thải rắn chăn nuôi, áp dụng chăn nuôi công nghiệp với số lượng chất thải lớn Trong ủ phân có nhiều vi sinh vật tiến hành công phá chất cellulose, glucose, protein, lipid có thành phần phân chuồng Quá trình gồm hai kiện: phá vỡ hợp chất không chứa N khoáng hóa hợp chất có chứa N Chính phân hủy mà thành phần phân chuồng bò biến đổi, có nhiều loại khí như: H2, CH4, CO2, NH3… nước thoát làm cho đống phân ngày giảm khối lượng Quá trình ủ gồm có giai đoạn biến đổi: - Giai đoạn phân tươi - Giai đoạn phân hoai dang dở - Giai đoạn phân hoai - Giai đoạn phân chuyển sang dạng mùn Các cách ủ phân: - Ủ nóng (ủ tơi): Phân để thành đống cho tơi, xốp, thoáng khí, giữ ẩm 50 - 60%, ẩm độ nhiệt độ đống ủ lên cao 60 - 70oC, phân mau hoai, diệt cỏ dại, diệt mầm bệnh nhiều N 17 - Ủ nguội (ủ chặt): phân đổ thành đống nén chặt đảm bảo đống phân tiến hành ủ điều kiện yếm khí, ẩm độ 50 - 60% nhiệt độ đống phân không lên cao 35oC Trong điều kiện CO2 thoát kìm hãm hoạt động vi sinh vật, phân lâu hoai, không diệt mầm bệnh cỏ dại giữ N - Ủ hỗn hợp (ủ nóng trước sau ủ nguội): Đối với phân chuồng có nhiều rác độn, hạt cỏ dại, mầm bệnh cần ủ tơi xốp - ngày để nhiệt độ lên đến 60 - 70oC, phân mau hủy sau nén chặt lại nhiệt độ hạ xuống dần khoảng 35oC hạn chế N Khi ủ cần trộn thêm Super P để giữ NH3: Ca(H2PO4) + 4NH3 + H2O -> 2(NH4)2 HPO4 + Ca(OH)2 dùng tro trấu độn với phân chuồng ủ, tro trấu có chứa SiO2 có khả giữ NH3 Trong trình ủ phân không nên dùng tro bếp trộn với phân chuồng tạo chất kiềm mạnh CaO, K2O + H2O -> Ca(OH)2, KOH Nếu sử dụng phân không đối tượng làm ảnh hưởng đến sức sinh trưởng sức sản xuất trồng làm biến đổi tính chất đất theo chiều hướng xấu Theo Nguyễn Quý Mùi (1997) phương pháp ủ hiếu khí có đặc điểm sau: - Nguồn phân có ẩm độ vừa phải 56 - 83% - Nguồn cung cấp carbon làm tăng tỷ lệ C/N khoảng 25/1 Điều thúc đẩy trình phân hủy tránh thất thoát nguồn đạm làm giảm hợp chất khí chứa Nitơ - Dụng cụ chứa phân ủ phải đảm bảo hiếu khí cho toàn khối phân - Chất mới: Thông thường phân hủy hoàn toàn xảy khoảng 40 - 60 ngày, để tăng hiệu ủ phân rút ngắn thời gian người ta bổ sung chất hữu 18 để tăng hoạt động vi sinh vật bổ sung trực tiếp vi sinh vật ủ phân, thời gian ủ phân rút ngắn 20 - 40 ngày Ủ phân kích thích vi sinh vật hoạt động làm nhiệt độ tăng đáng kể khoảng 45 - 70oC sau - ngày đầu vào lúc pH acid khoảng - 4,5 Với nhiệt độ pH vi sinh vật gây bệnh hầu hết chòu nhiệt dễ dàng bò tiêu diệt, trứng ký sinh trùng, hạt cỏ dại bò phá hủy, trình ủ làm thoát lượng lớn nước khí CO2 môi trường, thoát khí nhiều hay phụ thuộc vào diện tích đống ủ Quá trình kết thúc hợp chất hữu bò phân hủy trở nên xốp, màu nâu sậm mùi khó ngửi Ủ phân hiếu khí biện pháp sử dụng nhiều việc chế biến, xử lý phân động vật, trình phân hủy sinh học chất rắn điều kiện hiếu khí Hợp chất hữu sau xử lý dùng làm phân bón cách an toàn, làm ô nhiễm môi trường so với phân tươi thải môi trường khu phố 2, Phường Long Bình nói riêng nhiều nơi chăn nuôi khác đòa bàn Tỉnh Đồng Nai nói chung Ủ phân thực quy mô công nghiệp, trại chăn nuôi lớn, phân sau ủ đóng gói bán thò trường Ở quy mô gia đình phương pháp ủ sử dụng rộng rãi nhằm tận thu nguồn phân urê hữu sẵn có để làm phân bón vườn 1.6.2 Bể lắng Cấu tạo vận hành: Nước thải chảy qua lưới lọc x hay 1,5 x 1,5 để loại bỏ cặn lớn Sau đó, nước thải cho chảy vào bể lắng ngăn (thường xây xi măng) có ngăn sâu 2,5 – m Ngăn thứ sâu 1,2 - 1,5 m ngăn sâu < 1m Nước luân chuyển theo kiểu tràn Chức bể lắng giảm phần lớn phần rắn nước thải giải không triệt để tác nhân gây bệnh nước thải 19 Trung bình m3 xử lý cho 10 heo trưởng thành, 50 heo Yêu cầu vận hành: Đònh kỳ lấy bùn lắng bể (2 - lần/tháng) sử dụng làm phân bón 1.6.3 Hồ sinh học Từ năm 50, nước như: Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Philippine, Mỹ nghiên cứu ứng dụng hồ sinh học việc xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Ở Việt Nam nhiều nông hộ áp dụng mô hình kinh tế VACB (vườn, ao, chuồng, khí sinh học) sản phẩm thu làm thức ăn cho người gia súc Các trình diễn hồ sinh học tương tự trình tự rửa sông hồ tốc độ nhanh hiệu Trong hồ có nhiều loại thực vật nước, tảo, vi sinh vật, phiêu sinh vật, nấm… sinh sống phát triển hấp thụ chất ô nhiễm quần thể động thực vật đóng vai trò quan trọng trình vô hoá hợp chất hữu nước thải Trước tiên vi sinh vật công phá chất hữu phức tạp thành chất hữu đơn giản vô Tảo, thực vật sử dụng chất vô làm nguồn dinh dưỡng, đồng thời trình quang hợp chúng lại giải phóng oxy cung cấp cho phiêu sinh vật vi sinh vật, tảo oxy hoà tan cung cấp cho vi khuẩn hoại sinh tăng phân hủy vật chất hữu cơ, tảo, phiêu sinh làm thức ăn cho cá, cá bơi lội khuấy trộn nước có tác dụng tăng tiếp xúc oxy tác nhân xúc tác thúc đẩy hoạt động phân hủy vi sinh vật Cứ hồ sinh học tạo cân vững cá hồ phát triển bình thường tốc độ lớn nhanh Phẩm chất thòt không thay đổi Quy trình có ưu điểm công nghệ vận hành đơn giản giá thành rẻ có nhược điểm xử lý không triệt để khí thải mùi hôi đặc biệt cần diện tích rộng để sử lý đạt hiệu 20 1.6.4 Thùng sục khí (Aerotank) Sau nước thải cho qua bể lắng, nước thải chuyển vào thùng sục khí tạo thành trình lên men hiếu khí Quá trình làm giảm lược phần lơ lửng nước, giảm số vi sinh có hại Ưu điểm thiết kế gọn, cần diện tích vận hành nhỏ giá thành cao 1.6.5 Khử mùi hôi chuồng trại Sự hình thành khí chuồng nuôi chủ yếu trình thối rữa phân vi sinh vật gây thối, trình NH3 H2S có số khí trung gian hình thành góp phần vào việc tạo mùi hôi cho chuồng nuôi Hiện thò trường có nhiều chế phẩm để khử mùi hôi trongg chăn nuôi, ngày chế phẩm vi sinh sử dụng nhiều chăn nuôi thân thiện với môi trường Bảng 1.13: Các loại chế phẩm khử mùi hôi chăn nuôi STT Tên sản phẩm Deodorase Desarsaponi 30 Bản chất sản phẩm Chất trích từ Yucca Chất trích từ Yucca EM Tổ hợp vi sinh đa chủng EMC Thảo mộc khoáng chất thiên nhiên Kemzym Enzym tiêu hoá Pyrogreen Yeasac Lavedoe Hoá sinh tự nhiên Tế bào men Saccharomyces Hoá chất Manure management Hoá chất Nguồn: Bùi Xuân An ctv (2000) Tác dụng Giảm khả sinh NH3 Giảm khả sinh NH3 Tăng hấp thu thức ăn, giảm tiết dưỡng chất Giảm sainh NH3,H2S, SO2 giải độc ống tiêu hoá Tăng hấp thu thức ăn, giảm tiết dưỡng chất Giảm khả sinh NH3 Tăng hấp thu thức ăn, giảm tiết dưỡng chất Diệt dòi phân Thúc đẩy phân hủy chất thải giảm thiểu mùi hôi, ruồi nhặng Xuất xứ Thái Lan, Đức Hoa Kỳ Nhật Bản Việt Nam Thái Lan, Đức Đại Hàn Đức Thái Lan, Đức Việt Nam 21 1.6.5.1 Giới thiệu Multienzym manure management Đây công nghệ men vi dưỡng Nó sản phẩm lên men sản xuất đóng gói Công ty TNHH NÔNG VIỆT Đòa A4 Ung Văn Khiêm P.25 Quận Bình Thạnh Tp HCM Manure management sản phẩm hữu bao gồm thành phần hữu 25%, thành phần vô 14% Nó không độc hại với người, gia súc, sinh vật biển, động thực vật Hiện Manure management sử dụng khử mùi thân thiện với môi trường chất thải chăn nuôi Việt Nam 1.6.5.2 Công dụng Manure management + Kiểm soát loại côn trùng nhỏ Manure management hoạt động chất kiểm soát hữu hiệu loại trừ ruồi, muỗi, ve, nhặng loại côn trùng nhỏ khác mang mầm bệnh việc phun xòt chung quanh chuồng nuôi, vũng nước, bể lắng, nơi lưu trữ chất thải làm giảm mức độ ảnh hưởng loại côn trùng + Kiểm soát mùi hôi Manure management loại trừ mùi hôi thối cách biến đổi mặt hoá học chất như: Amonia, Hydrogensulphid, Phenol Acid béo dễ bay khác + Gia tăng tiến trình phân hủy vi sinh vật Manure management phân hủy chất thải từ chuồng trại chăn nuôi hiệu quả, tiến trình phân hủy diển cách tự nhiên đảm bảo giá trò phân bón phân chuồng nước thải chăn nuôi đảm bảo phân hủy tối đa cải thiện môi trường chăn nuôi + Lợi ích Manure management xử lý môi trường - Thúc đẩy phân hủy chất thải chăn nuôi theo tiến trình tự nhiên - Gia tăng giá trò phân bón - Giảm thiểu mùi hôi ruồi nhặng 22 - Chi phí cho công tác vệ sinh môi trường 1.6.6 Xử lý hệ thống Biogas Nhằm xử lý tốt nguồn nước thải chăn nuôi, cung cấp nước tưới phân bón tốt cho trồng trọt bên cạnh tận dụng nguồn khí metan làm khí đốt cho gia đình, góp phần nâng cao kinh tế cho nhà nông 1.6.6.1 Giới thiệu Biogas Ở Việt Nam đến cuối thập niên 70 khí sinh học ý, tình hình thiếu hụt lượng xu hướng tìm nguồn lượng mới, có phát triển khí sinh học từ hầm ủ đặc biệt ý Tuy nhiên đến năm gần túi ủ khí làm nilon thực phát triển áp dụng rộng rãi nước ưu điểm giá thành rẻ dễ lấp đặt phù hợp với mô hình chăn nuôi hộ gia đình số hộ chăn nuôi khu phố phường Long Bình áp dụng Quá trình sản xuất Biogas loạt trình phân hủy chất hữu phức tạp điều kiện môi trường oxy thành chất hữu đơn giản tác dụng vi khuẩn kỵ khí 1.6.6.2 Các sản phẩm thu từ hệ thống Biogas Qua hệ thống Biogas ta thu sản phẩm hữu ích như: Khí đốt, phân bón thức ăn cho cá Phân nước tiểu Hệ thống Biogas Phân bón thức ăn cho cá Khí sinh học Sơ đồ 1.1: Sản phẩm thu từ hệ thống Biogas 23 + Khí đốt Thành phần khí đốt hệ thống Biogas bao gồm 60 – 75% CH4; 25 – 40% CO2 nguồn nguyên liệu thay phần than, củi, dầu… không để lại muội than tro bếp nên việc làm vệ sinh dụng cụ nấu nướng dễ dàng hơn, nâng cao chất lượng sống cho người + Phân bón Thành phần cặn nước thải sau qua Biogas có chất dinh dưỡng thấp để làm phân bón làm thức ăn cho cá Đặc biệt theo nghiên cứu tác giả Nguyễn Thò Hoa Lý [4] số lượng ấu trùng trứng giun sán giảm rõ rệt so với phân tươi, an toàn dùng nước thải để tưới Bảng 1.14: Hiệu xử lý phân hệ thống Biogas Chỉ tiêu Trước xử lý Sau xử lý 7,4 7,9 – COD (mg/l) 32.000 5.800 - 6.600 BOD (mg/l) 10.600 3.400 - 3.900 Ecoli (MPN/ ml) 15,76 x 107 12 - 15,26 x 104 Coliform (MPN/l) 18,97 x 1010 12,3 x 103 - 25,74 x 105 54,5 x 106 0,31 - 2,7 x 102 2.750 105 - 175 pH Streptococcus (MPN/l) Trứng ký sinh trùng (trứng/g) Nguồn:Nguyễn Thò Hoa Lý (1994) Trích dẫn Nguyễn Hà Mỹ (2002) ... CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TÚI Ủ PHÂN LÀM CHẤT ĐỐT CHO CHĂN NUÔI Báo cáo viên: ThS Dương Nguyên Khang Khoa Chăn nuôi Thú Y, Đại học Nông Lâm TP HCM XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI Ủ làm phân bón cho trồng... pha loãng, tỷ lệ chất dinh dưỡng thích hợp kéo dài đến 30 - 40 ngày (UBKHKT Đồng Nai – 1989) 3.6 Hàm lượng chất rắn (Vật chất khô) Hàm lượng chiếm 9% hoạt động túi ủ tốt Hàm lượng chất rắn thay... QUẢ KINH TẾ – XÃ HỘI Lợi ích - Rẻ, hiệu kinh tế - Dể thiết kế, dễ thay - Sinh gas ổn đònh - Xử lý chất thải hoàn hảo - Thích hợp cho nông hộ nhỏ Trở ngại - Dễ thủng túi - Lão hóa nắng mặt trời