MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 2 I. TỔNG QUAN VỀ AMMONIA 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Chu trình nitơ 3 3. Tình hình phát thải ammonia trong chăn nuôi heo 5 3.1. Lượng phát thải ammonia 5 3.2. Nguồn gốc khí ammonia 5 3.3. Biện pháp giảm thiểu 5 II. THÍ NGHIỆM 6 1. Mô hình thí nghiệm 6 1.1. Chuồng heo thí nghiệm 6 1.2. Hệ thống thu chất thải của heo 7 2. Quy trình xử lý 9 2.1. Vận hành 9 2.2. Phân tích hóa học 10 2.3. Đo lượng khí ammonia bay lên 10 2.4. Đánh giá heo nuôi 10 III. KẾT QUẢ THẢO LUẬN 10 1. Hệ thống thu chất thải 10 2. Xử lý chất thải 11 3. Phát thải ammonia 12 3.1. Nhiệt độ 12 3.2. Tốc độ làm thoáng 12 3.3. Nồng độ ammonia 13 3.4. Phát thải ammonia 14 4. Hiệu suất nuôi heo 16 IV. KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG Đề tài 11: GIẢM SỰ KHÍ AMMONIA TỪ CHUỒNG HEO BẰNG CÁCH SỬ DỤNG BÙN HIẾU KHÍ CŨNG NHƯ SỰ TUẦN HỒN CHẤT LỎNG GVHD: TƠ THỊ HIỀN NHĨM: 15 Thực báo cáo: Huỳnh Thị Huệ 1022117 Phạm Thị Kim Trong 1022322 TP HCM, tháng 11 năm 2013 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Nồng độ trung bình ammonia, BOD, COD pH dòng chất thải chảy vào hệ thống xử lí vị chuồng ………………………………………………………………11 Bảng 2: Hiệu suất nuôi heo ………………………………… 16 đơn DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Cấu trúc lập thể NH …………………………………………………… Hình 2: Chu trình chuyển đổi dạng nitơ tự nhiên …………………………4 Hình 3: Hệ thống drive – out …………………………………………………………7 Hình 4: Hệ thống ống dẫn ……………………………………………………………8 Hình 5: Hệ thống rửa …………………………………………………………………8 Hình 6: Hệ thống xử lý chất thải …………………………………………………… Hình 7: Nhiệt độ trong hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm sốt ……….12 Hình 8: Tốc độ làm thống hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm sốt ……….13 Hình 9: Nồng độ ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát ……… 13 Hình 10: Phát thải ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm sốt …… 14 Hình 11: Nhiệt độ, tốc độ làm thoáng, nồng độ ammonia phát thải ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm sốt ………………………………… 15 Hình 12: Phát thải NH3 từ hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát, đo 280 ngày ………………………………………………………………………………… 16 I TỔNG QUAN VỀ AMMONIA Giới thiệu chung - Ammonia có cơng thức hóa học NH3, khí độc khơng màu, có mùi khai N2 + 3H2 → 2NH3 - Cấu trúc phân tử có dạng hình chóp tam giác, góc liên kết 107 Hình 1: Cấu trúc lập thể NH3 - Tác động khí NH3: ammonia có mùi khó chịu (50 ppm), gây viêm đường hô hấp cho người động vật (400 ppm); gây loét giác mạc (700 ppm), quản khí quản (Ammonia thường gây nhiễm độc cấp tính) Nếu hòa tan nước gây ngộ độc cho cá sinh vật Chu trình nitơ Trong tự nhiên, nitơ tồn dạng oxi hóa khác nhau: NH3 (III), N2 (0), N2O (I), NO (II), N2O3 (III), NO2 (IV), N2O5 (V) khí quyển, sinh quyển, địa quyển, thủy hoạt động nhân tạo phân bón Phân bón NO3- Khống chất giải phóng NO3- NO3-, NH4+ từ hợp chất phân hủy (NH2)CO + H2O → OH- + NH3 (NH4+) + CO2 NH3 + H2O → NH4+ + OH• Phương trình nitrite hóa: 2NH4+ + 3O2 → H+ + 2NO2- + 2H2O • Phương trình nitrate hóa: 2NO2- + O2 → 2NO3• Phương trình phản nitrate hóa: 4NO3- + {CH2O} + 4H+ → 2N2 + 5CO2 + 7H2O Tình hình phát thải ammonia chăn nuôi heo 3.1 Lượng phát thải ammonia - Sự bay ammonia chăn ni góp khoảng 30% vào q trình acid hóa Hà Lan, 25% phát thải từ chăn ni heo - Lượng ammonia phát thải từ năm 1980 – 2000 giảm 70% 3.2 Nguồn gốc khí ammonia - Trong phân nước tiểu heo có hàm lượng N, nước tiểu chiếm gần 50% (nước tiểu có urê) Khoảng 85% ammonia xuất phát từ nước tiểu, lại từ phân CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 → 2NH3 + CO2 + H2O - Trong phân heo tồn dạng N ammonia (NH 3) ammonium (NH4+) Dạng tồn nhiều phụ thuộc vào pH nhiệt độ Ví dụ, ammonia tạo nhiều môi trường bazơ ngược lại NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH3.3 Biện pháp giảm thiểu Phát thải chất nhiễm (NO, NO2) Hòa tan NO3-, NH4+, kết tủa Các phương trình chuyển hóa nitơ nước thải • Phương trình amon hóa: Cố định nitơ Hợp chất nitơ từ chất n Hình 2: Chu trình chuyển đổi dạng nitơ tự nhiên - Ammonia làm giảm trình xảy chất thải heo (phân hủy sinh học) biện pháp kỹ thuật trình xây chuồng, lưu trữ, trải phủ ủ phân Hiện nay, biện pháp sử dụng nhiều chăn nuôi heo sử dụng lớp đệm lót sinh học (làm từ mùn cưa, trấu, cỏ khơ băm nhỏ… có thêm chế phẩm sinh học), vi sinh vật có ích phát triển phân hủy chất thải vật nuôi, làm giảm phát thải - khí ammonia (NH3) Chất thải heo nén chặt vào đất với lớp phủ phía Biện pháp cho hiệu giảm lượng khí ammonia phụ II thuộc vào lớp phủ trên, cần thiết kế lớp phủ xác, hợp lý THÍ NGHIỆM Mơ hình thí nghiệm 1.1 Chuồng heo thí nghiệm Drive - out chuồng heo chuồng Drain system fully Flushing system partly - Tại trang trại thí nghiệm chăn nuôi heo Sterksel, chia làm đơn vị chăn nuôi, đơn vị nuôi heo lấy thịt (25 – 110 kg) chia thành dãy chuồng Heo cho ăn lần/ngày vào 7h, 15h, 23h hệ thống cho ăn uống tự động Lượng chất thải sinh ngày 3,5 - L/1 heo Trong đó, dãy có đơn vị tương tự nhau, lớp lót sàn hở (chiếm 63% diện tích), xây dựng hệ thống thu chất thải Dãy có đơn vị: chuồng lót sàn kín với hầm có sức chứa chất thải gần tháng Chuồng thứ lót sàn hở, tương tự chuồng 1, chất thải bên lưu trữ khoảng tuần, sau thải ống dẫn Hai chuồng xem đơn vị có - kiểm sốt Đối với chuồng dùng sàn hở cung cấp nhiệt floor heating additional air heating Đối với sàn kín cấp nhiệt air heating Nhiệt độ bên điều chỉnh thiết bị thơng gió - cưỡng 1.2 Hệ thống thu chất thải heo Có hệ thống: Hệ thống drive – out: (nước rửa chuồng giữ lại) Hình 3: Hệ thống drive – out Có mương đáy phẳng nằm lót sàn 0,40 m, hàng dãy nuôi gia súc có mương, rộng 0,6 m 1,6 m Các mương dẫn kết nối với ống riêng dẫn bên ngồi chuồng heo Có ngưỡng chắn cao 0,1 m giữ cho chất thải đọng lại mương Lượng chất thải đưa nước tuần hoàn (khoảng m 3/lần) bơm trở lại mương dẫn Chất thải lấy từ – lần/ngày phụ thuộc vào lượng chất thải thải Trung bình tỉ lệ lượng chất thải thải với thể tích nước tuần hoàn khoảng từ tới 25 - Hệ thống ống dẫn (drain system): hệ thống nạp xả Hình 4: Hệ thống ống dẫn Có mương đáy phẳng nằm lớp lót sàn 0,4 m Các đường ống dẫn lắp vào lớp sàn Các đường ống nối với sàn khoảng m Bình thường, ống bị khóa, chất thải khơng Vào số thời gian ngày đường ống mở để tháo chất thải trọng lực Sau đó, ống bị đóng lại nước tuần hồn (4,5 – 0,5 m3) bơm vào mương dẫn đến 0,1 m Tỉ lệ lượng chất thải thải nước tuần hoàn khoảng từ tới 25 - Hệ thống rửa (flushing system) Hình 5: Hệ thống rửa 10 Trong hệ thống này, mương dẫn chất thải xây nghiêng, dòng nước tiểu dẫn vào mương bên chuồng chảy vào hầm Còn phân giội rửa vào mương có đáy nghiêng Dung dịch nước rửa tuần hồn trữ lại bể, bể xây dựng liền vào tường bên chuồng Nước rửa cung cấp đường ống mà đầu ống phía đáy mương Việc giội rửa với tần số lần/ngày với thể tích 1,25 m Tỉ lệ lượng phân nước tiểu thải với thể tích nước rửa tới 27 Quy trình xử lý 2.1 Vận hành Hình 6: Hệ thống xử lý chất thải Nước thải (bị ammon hóa dùng dung dịch tuần hồn) xử lí qua bước liên tục gồm tách, cấp khí lắng Có sàn lọc rung dùng để tách chất thải khỏi chuồng heo Khoảng – 5% thể tích dòng chảy tách cấu tử rắn với khối lượng vật chất khô từ 12 – 15% Thể tích trung bình cấu tử rắn 840 l/ngày, gần với lượng chất thải sinh ngày Điều có nghĩa lượng nước hồn tồn khơng thay đổi tuần hoàn Phần chất lỏng cấp khí (khuyếch tán khí) nhiệt 11 độ thấp 150C Vì vậy, ammonia chuyển hóa sinh học thành nitrate Sau sục khí, bùn lắng Bùn dư trộn với chất rắn tách giai đoạn trước dùng làm phân bón 2.2 Phân tích hóa học Thực phân tích hóa học phòng thí nghiệm IMAG – DLO Mẫu đưa vào máy li tâm, làm lạnh 40C sau lấy mẫu đến phân tích Mục đích giữ cho ammonium, nitrite, nitrate khơng bị chuyển hóa Các hợp chất vật chất khô, pH, COD, BOD phân tích theo phương pháp Viện tiêu chuẩn hóa Hà Lan 2.3 Đo lượng khí ammonia bay lên Lượng ammonia bay từ hệ thống tách bùn chuồng kiểm soát đo đạc tốc độ cấp khí (làm thống) nồng độ ammonia thải vào dòng khơng khí Nồng độ ammonia đo đạc liên tục máy phân tích NOx dựa nguyên tắc hóa phát quang Ngồi tốc độ cấp khí nồng độ ammonia nhiệt độ bên trong, bên ngồi, độ ẩm khơng khí đo đạc 2.4 Đánh giá heo nuôi Các thông số thức ăn đầu vào, thời gian nuôi, cân nặng bắt đầu nuôi giết thịt phải ghi chép lại Sau giết thịt, heo phân loại thành nhóm: AA (tốt nhất), A, B, C Các phân tích thống kê thực theo mơ hình ngưỡng phân phối đa thức III KẾT QUẢ - THẢO LUẬN Hệ thống thu chất thải 12 Thường hệ thống thu chất thải hoạt động tốt Cấu trúc xây dựng hệ thống rửa thay đổi suốt thí nghiệm Ống dẫn nước làm ngắn lại mở rộng Hố thu nước rửa đặt bên dãy chuồng Điều tạo dòng nước mạnh để chắn phân giội rửa mương dẫn hồn tồn Vì thế, ammonia giảm bị thất thoát Xử lý chất thải Bảng 1: Nồng độ trung bình ammonia, BOD, COD pH dòng chất thải chảy vào hệ thống xử lí Thơng số Đơn vị Ammonium-N Nitrate - N BOD COD pH mg/l mg/l mg/l mg/l Dòng từ chuồng heo 200 2500 30000 7,7 Dòng vào bể làm thống 180 2000 23000 7,7 Dòng bể làm thống 150 1200 20000 8,0 Nồng độ ammonium, nitrate pH dòng vào bể làm thống, sau qua phận tách, với nồng độ dòng thải từ chuồng heo Cả hai hợp chất tan được, chứa số chất rắn thành phần khác Chất thải sau tách chất rắn làm giảm COD, BOD thấp tương ứng khoảng 20%, 23% Hiệu loại bỏ vật chất thô thấp Trong q trình sục khí, tất ammonia chuyển đổi Nitrate hình thành từ ammonia phản nitrate tự nhiên mương phía chuồng Một phần vật chất hữu chất thải bị oxi hóa sục khí, làm giảm 40% BOD, 30% COD Trong q trình cấp khí pH nước tăng nhẹ chuyển đổi acid béo khí CO2 Q trình lắng khơng mang lại hiệu cao Ngồi ra, chất tạo bơng khơng nâng cao hiệu qua lắng Nồng độ bùn bể sục khí trì 13 Phát thải ammonia 3.1 Nhiệt độ Time (hours) Time (hours) Hình 7: Nhiệt độ trong hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát Nhận xét: nhiệt độ đơn vị chuồng có quy luật thay đổi nhau, cao khoảng thời gian 14 – 23 (20 – 23 0C) thấp vào lúc – sáng (16 – 180C) ngày Đối với hệ thống thu chất thải: nhiệt độ thay đổi tương đương nhau, ổn định hệ thống rửa (flush system), hệ thống ống (drain system) có biến động mạnh Đối với đơn vị kiểm soát: nhiệt độ thay đổi hai chuồng gần đồng đều, chuồng sàn kín có nhiệt độ cao chuồng sàn hở khoảng – 20C 3.2 Tốc độ làm thoáng Time (hours) Time (hours) Hình 8: Tốc độ làm thống hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát 14 Nhận xét: đơn vị chuồng có tốc độ làm thoáng thay đổi theo ngày đêm, ban ngày nhỏ ban đêm Ở hệ thống thu chất thải: tốc độ làm thoáng hệ thống ống cao nhất, đặc biệt vào ban đêm, đạt giá trị cao m 3/h/1000 Còn hai hệ thống thay đổi đồng Ở đơn vị kiểm soát: tốc độ làm thoáng sàn hở thấp so với sàn kín khoảng – m3/h/1000 3.3 Nồng độ ammonia Time (hours) Time (hours) Hình 9: Nồng độ ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát Nhận xét: nồng độ chất thải đơn vị kiểm soát cao so với chuồng có hệ thống thu chất thải Ở hệ thống thu chất thải: nồng độ ammonia chất thải hệ thống không cao (0,5 – mg/m3) Tuy nhiên, hệ thống ống ổn định Hệ thống drive – out có nồng độ ammonia cao (3 mg/m 3) khoảng 10 – 12 trưa ngày Hệ thống rửa có nồng độ ammonia thay đổi liên tục qua Ở đơn vị kiểm soát: nồng độ ammonia chất thải cao (3,8 – mg/m3) biến thiên mạnh Đơn vị sàn hở có nồng độ 15 ammonia lớn nhất, đạt giá trị cao mg/m 3, khoảng từ sáng đến 12 trưa 3.4 Phát thải ammonia Hình 10: Phát thải ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát Nhận xét: phát thải ammonia đơn vị kiểm soát cao so với chuồng có hệ thống thu chất thải Ở hệ thống thu chất thải: phát thải khí ammonia tăng dần từ hệ thống ống < hệ thống rửa < hệ thống drive – out Phát thải ammonia ba hệ thống cao vào lúc 13 – 24 ngày Giá trị cao 15 g/h, thấp g/h Ở đơn vị kiểm soát: phát thải chuồng tương đồng, giá trị phát thải cao (16 – 28 g/h) Nhận xét chung 16 Hình 11: Nhiệt độ, tốc độ làm thoáng, nồng độ ammonia phát thải ammonia hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát Cả đơn vị chuồng có quy luật, với nhiệt độ tốc độ làm thống cao nồng độ ammonia chất thải giảm phát thải ammonia lớn 17 Hình 12: Phát thải NH3 từ hệ thống thu chất thải đơn vị kiểm soát, đo 280 ngày Ở chuồng có sàn kín cho mức độ phát thải ammonia cao (100%), thấp hệ thống thu chất thải dạng ống (drain system) khoảng 39% Như vậy, chuồng ni heo có hệ thống thu chất thải cho phát thải ammonia thấp Hiệu suất heo nuôi Bảng 2: Hiệu suất nuôi heo đơn vị chuồng Number of pigs Starting weight (kg) Slaughter weight (kg) Daily gain (kg) Feed intake (kg/day) Feed conversion (kg/kg) Drive – out Drain system system 320 320 24,5 23,6 106,2 102,7 0,769 0,751 2,09 2,02 2,71 2,70 18 Flushin Fully g system slatted 320 320 23,9 23,5 106,1 107,5 0,748 0,763 2,06 2,10 2,76 2,75 Partly system 320 23,5 108,5 0,772 2,11 2,73 Mortality (number) Carass classification: %AA %A %B and C Lean meat (%) 13,1 72,3 14,6 52,6 10,7 66,4 22,9 52,9 8,1 67,2 24,7 52,4 6,9 68,3 24,8 52,0 8,0 71,9 19,1 52,1 Từ bảng, ta thấy heo lớn đơn vị chuồng ni Tuy nhiên, chuồng ni có hệ thống thu chất thải có phần trăm heo đạt loại tốt (AA) cao so với chuồng đơn vị kiểm sốt Trong đó, chuồng có hệ thống drive – out cho phần trăm heo đạt loại tốt cao IV KẾT LUẬN Nhiệt độ tốc độ làm thống có ảnh hưởng mạnh đến phát thải khí NH chăn nuôi heo Nhiệt độ tốc độ làm thống cao phát thải nhiều khí NH3 Chuồng có hệ thống thu chất thải phát thải khí NH3 so với chuồng làm sàn kín sàn hở Trong đó, chuồng có hệ thống ống phát thải NH3 chuồng lót sàn kín phát thải NH3 nhiều Từ đó, ta thiết kế chuồng ni heo có hệ thống thu chất thải để làm giảm lượng NH3, giảm ô nhiễm khơng khí 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO P Hoeksma, N Verdoes, J Oosthoek, J A M Voerman, 1992 Reduction of ammonia volatilization from pig houses using aerated slurry as recirculation liquid Livestock Production Science 31, 121 – 132 I Vermeij, J Enting, H.A.M Spoolder Effect of slatted and solid floors and permeability of floors in pig houses on environment, animal welfare and health and food safety; a review of literature Animal Sciences Group, 2009 20 ... nhiên - Ammonia làm giảm trình xảy chất thải heo (phân hủy sinh học) biện pháp kỹ thuật trình xây chuồng, lưu trữ, trải phủ ủ phân Hiện nay, biện pháp sử dụng nhiều chăn nuôi heo sử dụng lớp... phát thải ammonia chăn ni heo 3.1 Lượng phát thải ammonia - Sự bay ammonia chăn ni góp khoảng 30% vào q trình acid hóa Hà Lan, 25% phát thải từ chăn nuôi heo - Lượng ammonia phát thải từ năm 1980... chuyển hóa Các hợp chất vật chất khơ, pH, COD, BOD phân tích theo phương pháp Viện tiêu chuẩn hóa Hà Lan 2.3 Đo lượng khí ammonia bay lên Lượng ammonia bay từ hệ thống tách bùn chuồng kiểm soát