Nghiên cứu này với mục tiêu chính là áp dụng mô hình tích hợp công - nông nghiệp không phát thải (Agriculture – Inductry zero emission system: AIZES) bao gồm các thành phần như Vườn - Chuồng – Biogas – Nhà – Trạm (VCBNT) cho vườn xoài và chuồng nuôi heo nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra sinh kế bền vững cho người dân ở vùng nông thôn khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long. Kết quả thực nghiệm cho thấy toàn bộ chất thải phát sinh từ mô hình (vườn cây – chuồng nuôi heo) được tuần hoàn và tái sử dụng lại, giảm phát thải ra mô trường một cách tối ưu nhất.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái Đất Môi trường, 4(2):188-196 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Mơ hình cơng - nơng nghiệp tích hợp hướng đến phát triển bền vững: Mơ hình thí điểm huyện Chợ Mới, An Giang Trần Thị Hiệu* , Trà Văn Tung, Lê Thanh Hải, Lê Quốc Vĩ, Nguyễn Thị Phương Thảo, Trần Trung Kiên, Nghiệp Thị Hồng, Nguyễn Hồng Anh Thư TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Nghiên cứu với mục tiêu áp dụng mơ hình tích hợp cơng - nơng nghiệp không phát thải (Agriculture – Inductry zero emission system: AIZES) bao gồm thành phần Vườn Chuồng – Biogas – Nhà – Trạm (VCBNT) cho vườn xoài chuồng nuôi heo nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sinh kế bền vững cho người dân vùng nông thôn khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long Kết thực nghiệm cho thấy toàn chất thải phát sinh từ mơ hình (vườn – chuồng ni heo) tuần hoàn tái sử dụng lại, giảm phát thải mô trường cách tối ưu Trong mơ hình này, thành phần sinh học (B: composting Biogas) đóng vai trị quan trọng việc chuyển hoá chất thải hữu thải mơi trường thành sản phẩm giá trị hữu ích phục vụ lại mơ hình, nhằm hạn chế tối đa nguồn thải phát thải vào môi trường Đối với thành phần T (T: trạm/hệ thống xử lý nước thải Biochar) mơ hình đóng vai trị quan trọng việc xử lý nước thải sau biogas đạt chuẩn tái sử dụng vào việc tưới tiêu cho vườn cây, thành phần cịn lại có vai trị đóng góp chất thải vào mơ hình để mơ hình vận hành tối ưu (V: cung cấp cây, cành gãy để đốt tạo thành Biochar,…) Khi áp dụng mơ hình AIZES tạo sinh kế bền vững góp phần tăng thêm thu nhập cho hộ 77.100.000 đồng sau năm áp dụng vào vận hành ổn định Từ khố: Vườn, chuồng, mơ hình công nông nghiệp không phát thải, biogas, Biochar MỞ ĐẦU Viện Môi trường Tài nguyên, Đại học Quốc gia TPHCM, Việt Nam Liên hệ Trần Thị Hiệu, Viện Môi trường Tài nguyên, Đại học Quốc gia TPHCM, Việt Nam Email: hieutran.envi@gmail.com Lịch sử • Ngày nhận: 03-03-2020 • Ngày chấp nhận: 15-9-2020 • Ngày đăng: 10-11-2020 DOI : 10.32508/stdjsee.v4i2.523 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Nông nghiệp ngành kinh tế mũi nhọn Việt Nam Theo báo cáo Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn, năm 2018 ngành nông nghiệp Việt Nam đạt giá trị xuất 40,02 tỷ USD Nơng nghiệp góp phần nâng cao chất lượng đời sống cho người nông dân nông thôn, Việt Nam Tuy nhiên, bên cạnh thành đạt ngành sản xuất nơng nghiệp gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng khơng sản xuất cơng nghiệp, theo nghiên cứu công bố Ngân hàng Thế giới (WB) thách thức ô nhiễm môi trường sản xuất nơng nghiệp Việt Nam Do đó, cần có giải pháp hữu hiệu áp dụng cho hoạt động nông nghiệp nông thôn nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sinh kế bền vững vấn đề ưu tiên hàng đầu cho ngành nông nghiệp Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông thôn, mơ hình nơng nghiệp tích hợp mơ hình Vườn – Ao (VA) , mơ hình Vườn – Chuồng (VC) 4,5 , mơ hình Vườn – Ao – Chuồng (VAC) 6–8 , mơ hình Vườn – Ao – Chuồng – Biogas (VACB) thể vai trị lớn vấn đề tuần hồn dịng vật chất, giảm thiểu nhiễm mơi trường đem lại hiệu kinh tế cao cho khu vực nơng thơn Trong mơ hình này, chất thải tuần hồn tái sử dụng, dịng chất thải thành phần xem nguyên liệu đầu vào cho thành phần khác, đặc biệt mô hình VACB Tuy nhiên mơ hình kết hợp cịn thiếu sót chưa hồn cải thiện mơ hình VA gây tượng phú dưỡng hố 10 , mơ hình VAC hình thành dựa hộ gia đình chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán nên suất không cao, chất thải chăn nuôi xả trực tiếp xuống ao, làm thức ăn cho cá, hay làm phân bón trực tiếp cho trồng 11 , mơ hình VACB có hạn chế định nước thải sau biogas chưa quan tâm xử lý trước thải môi trường Để giải hạn chế nâng cao hiệu mơ hình tích hợp nói trên, mơ hình AIZES, tăng thu nhập tạo sinh kế bền vững cho người nông dân nông thôn đề xuất áp dụng thành công Mơ hình tác giả Lê Thanh Hải đề xuất, mơ hình bao gồm thành Vườn – Ao – Chuồng – Biogas – Nhà – Xưởng – Trạm (VACBNXT) 12 Đây mơ hình giảm thiểu ô nhiễm cải tiến 13–15 dựa kết hợp tối ưu yếu tố V, A, C, N, X với hệ thống xử lý cuối đường ống (T) hệ thống kỹ thuật thu hồi, tái chế sẵn có B, nhằm mục đích giảm thiểu xử lý Trích dẫn báo này: Hiệu T T, Tung T V, Hải L T, Vĩ L Q, Thảo N T P, Kiên T T, Hồng N T, Thư N H A Mơ hình cơng - nơng nghiệp tích hợp hướng đến phát triển bền vững: Mơ hình thí điểm huyện Chợ Mới, An Giang Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 4(2):188-196 188 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái Đất Môi trường, 4(2):188-196 chất thải đạt tiêu chuẩn trước thải mơi trường, giảm chi phí đầu tư hệ thống xử lý vận hành, thu lợi nhuận từ công tác xử lý chất thải Trong nghiên cứu này, mơ hình AIZES bao gồm thành phần VCBNT xây dựng hai thành phần V (vườn xồi) C (chuồng heo) nhằm mục đích tuần hồn dịng vật chất giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sinh kế bền vững cho người dân nông thông khu vực Đồng Sông Cửu Long Nghiên cứu vai trò xử lý tiếp nhận chất thải sau xử lý thành phần mơ hình, phân tích đánh giá hiệu kinh tế, nguồn tạo thêm thu nhập từ mơ hình PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận Dựa điều kiện sẵn có hộ gia đình, với thành phần V C hai thành phần cứng mơ hình AIZES Hình 1: Khung nghiên cứu mơ hình AIZES, trình bày mơ hình AIZES đề xuất nhằm mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi trường tạo sinh kế bền vững cho chủ hộ Nguồn chất thải phát sinh từ chuồng heo nước thải tắm rửa, vệ sinh chuồng heo phân heo thu gom xử lý, chuyển hố thành nguồn sản phẩm hữu ích khác Phân heo thu gom sản xuất compost, phục vụ lại cho vườn trồng xoài Xây dựng bể biogas để thu gom xử lý nước thải từ chuồng heo Khí sinh học sinh từ bể biogas cung cấp cho hoạt động nấu nướng phục vụ sinh hoạt nhà dùng gas để nấu rượu, tiết kiệm chi phí từ việc mua gas bình trước Xây dựng ao thu gom chứa nước thải sau biogas, phía có bọc lớp nylon trắng nhằm mục đích tránh nước mưa xâm nhập vào bể chứa vào mùa mưa Tại đây, nguồn nước thải sau biogas thu gom diệt khuẩn từ ánh sáng mặt trời Sau đó, nguồn nước xử lý hệ thống lọc nước Biochar Biochar sản xuất từ lá, cành khơ vườn xồi Nước thải sau biogas xử lý hấp phụ bể lọc Biochar tái sử dụng cho mục đích tưới vườn Nước sau lọc Biochar cung cấp nước cho vườn mà cung cấp nguồn dinh dưỡng sẵn có đó, giúp xồi sinh trưởng phát triển tốt, giúp giảm lượng phân bón vơ để bón vào theo định kỳ Biochar sau hấp phụ hoàn toàn thu hồi chuyển vào ủ compost phân heo Thành phần dinh dưỡng hấp thu từ nước thải sau biogas Biochar chuyển hoá tạo thành nguồn dinh dưỡng trực tiếp cho trồng Ngồi ra, Biochar đóng góp vào việc cung cấp dinh dưỡng, cải tạo đất trồng, giúp xoài vườn sinh trưởng phát triển tốt Phần bã hèm từ nấu rượu 189 sử dụng làm nguồn thức ăn cho heo trước Các nguồn chất thải hữu hàng ngày từ hoạt động sinh hoạt gia đình thu gom ủ phân compost với phân heo Vườn xoài nơi tiếp nhận nguồn thải biogas sau xử lý phân bón hữu sản xuất từ phân heo thành phần hữu khác nguồn cung cấp nước dinh dưỡng cho xồi q trình sinh trưởng phát triển Bên cạnh công tác tái sử dụng chất thải giảm thiểu nhiễm mơi trường, mơ hình AIZES giúp tăng thêm thu nhập từ hoạt động mô hình tạo sinh kế bền vững cho chủ hộ Việc giảm chi phí đầu tư như: mua gas cho hoạt động nấu nướng gia đình, giảm chi phí đầu tư phân bón vơ cho vườn xồi, bán phân compost cho hộ dân xung quanh nguồn tăng thu nhập nhập cho chủ hộ Các cơng trình đầu tư xây dựng thêm phục vụ mơ hình AIZES Để tái sử dụng tất nguồn phát thải phát sinh mơ hình với thành Vườn Chuồng, thành phần phụ khác đầu tư xây dựng thêm bao gồm hạng mục cơng trình sau: • Một bể biogas với thể tích 9m3 đầu tư lắp đặt Xây dựng ao thu gom nước thải sau biogas với thể tích khoảng 14 m3 bao quanh nylon nhằm tránh nước thải sau biogas thấm vào đất gây nhiễm nguồn nước ngầm Có vai trị xử lý chất thải chăn ni, chất thải thực vật hữu thành lượng sinh học cho trình sản xuất, phân cho trồng trọt đồng thời giảm tải lượng chất ô nhiễm vào hệ thống xử lý • Một lị đốt Biochar đầu tư với thể tích buồng đốt 0,1m3 Rác vườn, lá, cành khơ gom cho vào lị, nguyên liệu đốt phải đặt thiết kê viên gạch lị đốt Đậy kín nắp lị để lỗ thơng phía Khi có khói trắng từ lỗ thơng phía ngưng mồi lửa Để cháy âm ỉ tạo thành tượng nung than Sau 2h, mở nắp lò đốt phía ra, đảo lên bỏ thêm nhiều rác vô để tận dụng việc nung than lị Sau đậy nắp lị lại bịt kín lỗ thơng nắp lị tạo thành nhiệt đốt xung quanh thân lị Việc giúp q trình đốt than trở nên thu sản phẩm 100% than sinh học • Một bể lọc Biochar thiết kế lắp đặt Với vai trò cung cấp vật liệu lọc, khử mùi nước thải sau biogas than sau đốt bón vào tăng độ ẩm cho đất Nước thải sau Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái Đất Mơi trường, 4(2):188-196 Hình 1: Khung nghiên cứu mơ hình AIZES qua bể lắng di chuyển chảy vào bể lọc biochar với nguyên liệu than sinh học từ rác vườn, nước thải xử lý phương pháp hấp phụ, khử màu mùi Hạn chế ruổi muôĩ phát sinh khu vực • Một khu vực ủ phân compost sử dụng bạt nylon che chắn xung quanh có mái che Hệ thống sản xuất phân compost có vai trò xử lý chất thải rắn sinh hoạt, rác vườn hữu dễ phân huỷ sinh học xử lý phân heo thành phân bón nhằm nâng cao giá trị chất thải đồng thời giảm tải lượng chất ô nhiễm vào hệ thống xử lý nước thải (nhất hợp chất N, P), đảm bảo hệ thống xử lý nước thải hoạt động hiệu Phương pháp phân tích Phương pháp phân tích đo đạc mẫu Phương pháp khảo sát đo đạc lấy mẫu trường phân tích mẫu phịng thí nghiệm: thực theo yêu cầu chuẩn hóa theo ISO 17025:2005 (VILAS 159) VEMCERT phịng thí nghiệm thuộc Viện Môi trường Tài nguyên – Đại học Quốc gia TP.HCM Các tiêu pH, BOD5 , COD, TSS, Total N, P, K, coliform and E.coli đươc phân tích theo Standard Methods for Examination of Water and Wastewater Phương pháp phân tích hệ thống: • Phân tích hoạt động, khía cạnh, tác động… • Phân tích cơng đoạn tác động tới mơi trường • Phân tích ngun nhân - hậu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mô tả khu vực nghiên cứu Mơ hình thí điểm thực nhà chủ hộ Huỳnh Thị Tốt Địa chỉ: ấp Bình Qưới, xã Bình Phước Xuân, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang Hộ gia đình có 10 nhân khẩu, có nhân lao động chính, cịn lại 05 trẻ em Chủ hộ có vườn xồi trồng giống xoài Đài Loan giai đoạn thu hoạch với diện tích vườn 10.000 m2 Một chuồng ni heo với diện tích 80 m2 , số lượng heo chuồng thường xuyên 20 (7 heo nái, 13 heo hơi) Mỗi ngày sử dụng 50 kg gạo để nấu rượu, thành phẩm 30 – 40 lít rượu gạo Chủ hộ dùng củi để nấu rượu, bã hèm sau nấu rượu dùng làm thức ăn cho heo Nước thải từ tắm rửa, vệ sinh chuồng heo thải trực tiếp mương/kênh sau nhánh sơng bên hơng 190 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Trái Đất Môi trường, 4(2):188-196 nhà dẫn sông Tiền Phân heo thu gom bón trực tiếp cho xoài Như khả gây mầm bệnh cho từ việc bón phân heo chưa qua xử lý cao Ngồi ra, q trình phân huỷ phân heo giải phóng lượng nhiệt lớn làm ảnh hưởng đến rễ xoài Để giải trạng ô nhiễm môi trường tại, mơ hình Vườn – Chuồng tích hợp cho chủ hộ đề xuất tiến hành xây dựng mô hình Hình 2: Mơ hình cân vật chất cho chủ hộ Huỳnh Thị Tốt Hình 3: Mơ hình Vườn – Chuồng tích hợp Mơ hình hộ trung tâm có thành phần gồm Nhà, Chuồng, Vườn, Mương Mơ hình dựa tảng mơ hình VACBNXT, nhiên mơ hình khơng có thành phần: X (xưởng), T (trạm xử lí nước thải), A ( ao) Các dòng vật chất, lượng thành phần ln chuyển, quay vịng tạo thành mơ hình khép kín với thơng số đầu vào Bảng Bảng 1: Các Thông số đầu vào STTThông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Số heo N1 20 Con Số người N2 10 Người Hố chứa nước sau biogas S1 14 m2 Mương S2 400 m2 Chiều sâu mực nước ao H 1,5 m Trồng xoài S2 10000 m2 Hiệu xử lý phân heo làm phân compost (Nguồn: Số liệu điều tra thu thập) Đánh giá khả giảm thiểu ô nhiễm môi trường mô hình AIZES Đánh giá hiệu xử lý nước thải phát sinh từ chuồng heo Ước tính lượng nước thải sử dụng hàng ngày để tắm rửa heo 0,75m3 Toàn lượng nước thải sau vệ sinh chuồng heo thu gom vào bể biogas Lượng nước thải sau biogas hàng ngày 0,7m3 /ngày Như vậy, thời gian lưu nước thải sau biogas bể chứa 20 ngày Trong thời gian này, nước thải sau biogas khử trùng nhờ tia nắng mặt trời trải qua trình phân huỷ sinh học sau biogas Bảng 2: trình bày thành phần tính chất nước thải trước sau xử lý trình biogas trình lọc Biochar Kết thực nghiệm cho thấy, nước thải sau biogas chứa thành phần ô nhiễm hàm 191 lượng dinh dưỡng cao nên sử dụng trực tiếp để tưới vào vườn xoài Chất lượng nước thải sau xử lý lọc Biochar giảm nhiều dù chưa đáp ứng thông số kỹ thuật sử dụng cho tưới tiêu theo tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu pha trộn nước thải sau xử lý với nước sông sử dụng vào việc tưới tiêu Kết thực nghiệm cho thấy rằng, xoài xanh tươi so với tươi nước sông trước Sau thời gian ngày chất lượng xử lý hấp thu Biochar giảm Do đó, Biochar bể lọc thu hồi thay Biochar Biochar sau sử dụng lọc trộn chung với phân heo ủ compost để sản xuất phân compost hữu Kết so sánh từ bảng cho thấy, tiêu BOD5, COD, TSS, coliform e.coli giảm nhiều sau qua lọc Biochar sau: + BOD5: từ 1751 mg/L xuống 140 mg/L (giảm 12.5 lần so với ban đầu) + COD: từ 2932 mg/L xuống 375 mg/L (giảm 7.8 lần so với ban đầu) + TSS: từ 1131 mg/L xuống 92 mg/L (giảm 12.2 lần so với ban đầu) + Coliform: từ 1,2 x 105 vi khuẩn/100mL xuống 1000 vi khuẩn/100mL (giảm 160 lần so với ban đầu) Tổng lượng phân heo phát sinh hàng ngày 60 kg rác hữu phát sinh hàng ngày kg Toàn lượng hữu thu gom ủ compost điều kiện hiếu khí có đảo trộn Bảng : trình bày thành phần tính chất phân heo kết hợp với rác hữu sinh hoạt hàng ngày trước sau ủ compost Kết thực nghiệm cho thấy rằng, sau trình ủ phân compost thành phần dinh dưỡng đa lượng P K tăng lên so với ban đầu, kết q trình khống hố xảy q trình ủ giải phóng khỏi hợp chất hữu bền Bên cạnh đó, hàm lượng dinh dưỡng đa lượng hữu hiệu tăng lên rõ rệt sau trình ủ Điều giúp cho chất dinh dưỡng tan nước dễ thấm vào đất giúp xoài dễ hấp thu Mặc dù tổng thành phần dinh dưỡng C, N, P K thấp so với tiêu chuẩn phân bón hữu theo tiêu chuẩn Việt Nam (QCVN01189/2019/BNNPTNT thành phần N, P, K dễ tiêu (Khi bón cho đất chủng loại vi sinh vật phát huy vai trò phân giải chất dinh dưỡng khó tiêu thành dễ tiêu cho hấp thụ, hút đạm khí trời để bổ sung cho đất cây) đạt tiêu chuẩn phân bón hữu sử dụng cung cấp cho trồng Như vậy, phân compost sử dụng để Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái Đất Môi trường, 4(2):188-196 Hình 2: Mơ hình cân vật chất cho chủ hộ Huỳnh Thị Tốt Hình 3: Mơ hình Vườn – Chuồng tích hợp (Đường nét liền q trình tuần hồn dịng vật chất mơ hình Đường gạch nối nguồn thu nhập cho chủ hộ) 192 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái Đất Môi trường, 4(2):188-196 Bảng 2: Thành phần tính chất nước thải từ chuồng heo trước sau xử lý Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải từ chuồng heo Nước thải sau biogas Nước thải xử lý sau hấp thu Biochar QCVN 62MT:2016/BTNMT pH - 6,92 8,23 7,65 6-9 BOD5 mg/L 1751 1751 140 40 COD mg/L 2932 2932 375 100 TSS mg/L 1131 1131 92 50 TOC mg/L 493 818 201 - Tổng N mg/L 252 257 198 50 Tổng P mg/L 135 112 27 - Tổng K mg/L 2875 2753 583 - CFU/100mL 12*104 16*106 2 Tổng K % 0,62 0,67 >2 N dễ tiêu mg/kg 0,82 14,4 ≥8