- Prebiotics
c, Chất thải khắ
2.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Giảm thiểu vấn ựề ô nhiễm môi trường và mùi ựã và ựang là chủ ựề cấp thiết ở các quốc gia có ngành chăn nuôi lợn công nghiệp phát triển như Hà Lan, đức, đan Mạch... Chiến lược giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát thải mùi có thể ựược phân chia thành hai nhóm chắnh: Giảm thiểu ảnh hưởng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 35
của các hợp chất sau khi nó ựã ựược sinh ra, và ngăn chặn tận gốc quá trình sản sinh các hợp chất gây ô nhiễm môi trường và gây mùi từ trong ruột già của lợn và từ chất thải trong hố phân. Chất thải chăn nuôi là nơi chứa mầm bệnh, các chất hữu cơ, các chất chứa ni-tơ và axit phốt-pho-ric, kim loại nặngẦ, do ựó chúng có thể gây ô nhiễm không khắ, nguồn nước mặt lẫn nước ngầm. Chất thải từ hệ thống chăn nuôi lợn quy mô lớn gây tắch tụ trong ựất và nước, gây ô nhiễm môi trường cũng như phát thải mùi vượt quá khả năng chựu ựựng của con người (Jongbloed và Lenis, 1998a). Hơn thế nữa các hợp chất phát thải từ chất thải của lợn có thể gây nên các bệnh nguy hiểm cho con người, ựặc biệt là các bệnh liên quan ựến ựường hô hấp (Donham, 2000; 1998; Iversonvà cs, 2000). Các hợp chất gây ô nhiễm môi trường và phát thải mùi ựược sản sinh do quá trình chuyển hóa thức ăn bởi vi sinh vật trong ruột già của lợn và quá trình chuyển hóa các tiền chất gây ô nhiễm môi trường và mùi trong phân và nước tiểu bởi vi sinh vật. Protein và các carbohydrates có khả năng lên men là các tiền chất chủ yếu cho việc sản xuất các chất có khả năng ô nhiễm môi trường và gây mùi (Levà cs., 2005a; Mackie và cs., 1998). Các hợp chất gây mùi và ô nhiễm môi trường là tập hợp phức tạp các chất bay hơi khác nhau. Các chất này có thể ựược phân chia thành 4 nhóm chắnh: (1) các hợp chất có chứa S, (2) các hợp chất indoles và phenols, (3) các axit béo bay hơi và (4) amonia và các amine bay hơi (Levà cs., 2005a; Schiffman và cs., 2001). Trong ựó ammonia là hợp chất gây ô nhiễm môi trường và có khả năng làm mất cân bằng hệ sinh thái, ựặc biệt là ựất và nước. Các hợp chất còn lại chủ yếu là các hợp chất gây mùi.
Chăn nuôi lợn công nghiệp có tác ựộng lớn ựến vấn ựề ô nhiễm môi trường. Việc không kiểm soát các khắ phát thải từ phân gia súc (NH3, mùi, CH4) dẫn ựến hậu quả ảnh hưởng nghiêm trọng do mùi thối của chất thải khi các trang trại chăn nuôi gần khu dân cư (Aarnink và Verstegen, 2007), hoặc
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 36
ảnh hưởng ựến vấn ựề hiệu ứng nhà kắnh do khoảng 20% khắ thải CH4 từ chất thải chăn nuôi và gia súc ăn cỏ (Tamminga, 2003). Hậu quả lâu dài và to lớn hơn là do việc thải chất thải từ khu chăn nuôi vào nguồn nước (sông ngòi, kênh, rãnh nước) và bị rửa trôi xuống tầng nước ngầm dẫn ựến rủi ro lớn cho sức khoẻ con người và vật nuôi vì chất thải từ chăn nuôi chứa nhiều mầm bệnh (vi khuẩn, vi rút, ký sinh trùng) vắ dụ Salmonella, Escherichia coli, Campylobacter, Rotavirus, Cryptosporidia có thể truyền cho người, và gây ra bệnh truyền nhiễm cục bộ hoặc lan rộng. Hậu quả, hàng năm có khoảng 1,7 triệu trường hợp bị bệnh sốt tả lỵ và khoảng 600.000 trường hợp tử vong, bệnh ỉa chảy cũng gây nên cái chết cho khoảng 951.000 người ở vùng đông Nam Á. Một trong những lý do của sự lan tràn dịch bệnh là do quản lý chất thải từ chăn nuôi chưa ựúng, chưa hợp lý (thu gom, bảo quản, vận chuyển và khi rải phân). Ở các khu vực chăn nuôi không xử lý chất thải triệt ựể dẫn ựến việc gây ra các mùi khó chịu cho khu vực xung quanh mà còn tạo ra nguồn khắ phát thải, ựóng góp vào sự ấm lên khắ hậu của toàn cầu. Nhằm kiểm soát chặt chẽ vấn ựề ô nhiễm môi trường từ chất thải của các cơ sở chăn nuôi lợn công nghiệp ở châu Âu, Hội ựồng EU ựã ựưa ra những quy ựịnh nghiêm ngặt cho vấn ựề này (Aarnink và Verstegen, 2007). Mặc dù mỗi nước trong cộng ựồng châu Âu có những quy ựịnh riêng cho mỗi nước, nhưng tất cả ựều tuân theo ựịnh hướng về giải quyết vấn ựề môi trường ựược ựề ra bởi EU.
Trên cơ sở việc thúc ựẩy phát triển chăn nuôi và giảm thiểu vấn ựề ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi, các ựịnh hướng này tập trung vào một số ựiểm sau: (1) Kiểm soát chặt chẽ và phòng tránh các vấn ựề ô nhiễm (ITCC Directive 96/61/EC); (2) kiểm soát mức ựộ nitrate trong nước ngầm (Directive 96/671/EEC); (3) kiểm soát mức ựộ ô nhiễm không khắ (NEC Directive 2001/81/EC). Như vậy mục tiêu là giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ ựất, nước và không khắ và ựồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên. Hội
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 37
ựồng EU ưu tiên tập trung vào các cơ sở chăn nuôi quy mô công nghiệp (>750 lợn nái; >2000 lợn thịt; >40.000 gà), (Aarnink và Verstegen, 2007).
Trong quy ựịnh thì các cơ sở chăn nuôi công nghiệp này cần phải ựảm bảo ựủ các ựiều kiện về cơ sở vật chất và trang thiết bị ựể giảm thiều mức ựộ ô nhiễm. Việc kiểm soát mức ựộ nitrate trong nước bề mặt và trong nước ngầm do ảnh hưởng của dư thừa hàm lượng Nitơ trong chất thải ựược quy ựịnh nghiêm ngặt. Mức ựộ nitrate trong nước ngầm không ựược vượt quá 50mg/l và việc bón phân tươi không vượt quá 170kg/ha/năm. Ngoài ra NEC cũng ựưa ra quy ựịnh mức tối ựa cho phép trong việc kiểm soát SO2, NOx,và NH3.
Việc quản lý chăm sóc nuôi dưỡng cũng có ảnh hưởng tắch cực ựến việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.Tại các nước Châu Âu, ngành chăn nuôi lợn công nghiệp ựang phải ựương ựầu vấn ựề là một lượng lớn các khắ ựộc hại thải ra ngoài môi trường (Aarnink và Verstegen, 2007). Một số nhóm giải pháp ựã ựược ựề cập như chổi sinh học và lọc sinh học ựể loại bỏ các chất gây ô nhiễm, hoặc sử dụng các chất phụ gia sinh học và hóa học ựể trung hòa hay chuyển hóa các chất khác không gây ô nhiễm. Tuy nhiên các giải pháp Ộchữa cháyỢ này ựược ựánh giá là ựắt ựỏ và không thực sự bền vững (Le và cs., 2005a; Sutton và cs., 1999). Trên thực tế, những loại khắ thải bay hơi như NH3, CH4 và các mùi chất thải bị thất thoát. Aarnink & Verstegen (2007) ựã ựưa ra ựịnh hướng nhằm giảm thiểu tác ựộng của việc ựào thải N, từ chất thải của lợn liên quan ựến (1) sử dụng khẩu phần ăn theo giai ựoạn, (2) bổ sung các amino acid (AA) thiết yếu trong khẩu phần và (3) bổ sung phytase vào khẩu phần ăn cho lợn. Nhằm làm giảm ựào thải NH3 ra ngoài môi trường thì giải pháp là (1) giảm protein ăn vào kết hợp bổ sung các AA thiết yếu, (2) hạn chế việc ựào thải Nitơ từ nước tiểu bằng việc sử dụng trong khẩu phần các nguồn xơ dễ lên men; (3) sử dụng các muối acid trong khẩu phần nhằm làm
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 38
giảm pH trong nước tiểu; (4) sử dụng nguồn xơ dễ lên men trong khẩu phần nhằm làm giảm pH trong phân.
Theo nghiên cứu mới ựây cho thấy việc phối hợp ựồng bộ các giải pháp trên cho kết quả làm giảm tới 70% khắ NH3 thải ra môi trường trên lợn thịt vỗ béo (Aarnink và Verstegen, 2007). Thực tế, việc ựào thải nguồn Nitơ và ra ngoài môi trường chủ yếu qua ựường phân và nước tiểu. Nghiên cứu của Van der Peet-Schwering và cs. (1999) ước ựoán việc ựào thải Nitơ là do ảnh hưởng của thức ăn ăn vào, biến ựộng từ 38% ựối với lợn cai con sau cai sữa, 63% ựối với lợn thịt và 75% ựối với lợn nái. Cơ sở ựể làm giảm ựào thải Nitơ là cân ựối protein/AA trong khẩu phần và ựáp ứng ựủ nhu cầu cho gia súc.
Rất ắt các nghiên cứu tập trung ngăn chặn tận gốc quá trình sản sinh ra các chất gây ô nhiễm và mùi. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường và mùi tại gốc nơi nó sinh ra bằng cách thay ựổi thức ăn của lợn, thay ựổi hoặc hạn chế các cơ chất (có trong thức ăn) tạo ra các hợp chất ô nhiễm môi trường và mùi, hay bằng cách chọn lọc các giống lợn theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn có một tiềm năng rất lớn, tuy nhiên ựây là một lĩnh vực còn mới mẻ và chưa ựược nghiên cứu nhiều (Le và cs., 2005a). Một số nghiên cứu cho thấy ứng với mỗi một % giảm mức protein thô trong khẩu phần thức ăn cho lợn có thể làm giảm 10% phát xạ ammonia trừ phân lợn (Suttonvà cs., 1997; Kay và Lee, 1997; Le và cs., 2007a), hay giảm thiểu các axit amin chứa S trong khẩu phần có thể làm giảm ựến 80% phát xạ mùi từ phân lợn (Le và cs., 2006). Aarnink & Verstegen (2007) cũng ựề xuất giải pháp nhằm làm giảm mùi là (1) giảm lên men protein ở ruột già bằng việc cân bằng giữa protein và xơ dễ lên men trong khẩu phần và (2) hạn chế việc ựào thải AA gốc chứa lưu huỳnh. Bên cạnh ựó sự phát xạ các chất gây ô nhiễm môi trường và mùi cũng như hiệu quả của các giải pháp giảm thiểu các chất phụ thuộc vào hệ thống chăn nuôi lợn cụ thể là các yếu tố như con giống, chuồng trại, hệ thống xử lý
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 39
chất thải và các yếu tố lý hóa của môi trường (Le và cs., 2005b; Le và cs., 2005a). Do vậy cần có các nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm môi trường và mùi cụ thể cho từng hệ thống sản xuất.
Việc xử lý chất thải chăn nuôi cũng làm giảm ựáng kể mùi khó chịu từ chất thải và giảm bớt ô nhiễm môi trường. Theo Rudrum (2005), ủ phân là một trong những giải pháp quản lý chất thải trong chăn nuôi lợn công nghiệp, giảm thiểu mùi phát tán trong không khắ và giảm chi phắ cho vận chuyển phân vì phân ủ nhẹ hơn phân tươi. Trong quá trình ủ phân, vi sinh vật phân huỷ vật chất hữu cơ thành CO2, nước và NH3. Thêm vào ựó việc phát triển tạo nguồn năng lượng sạch, rẻ tiển từ nguyên liệu chất thải chăn nuôi sử dụng hầm lên men yếm khắ ựã và ựang ựược nghiên cứu rộng khắp, những ưu ựiểm của hệ thống này không chỉ góp phần sử dụng một cách hiệu quả khắ methane (CH4) phục vụ nhu cầu ựun nấu trong sinh hoạt của con người, ựồng thời giảm tác ựộng ựến bầu khắ quyển của trái ựất, giảm ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước bề mặt, tăng các chất dinh dưỡng trong phân bón cho cây trồng.. Việc sử dụng hầm lên men yếm khắ ựể sản xuất khắ CH4 vào các mục ựắch khác như nguồn chất ựốt sạch thay thế cho việc mua dầu ựốt hoặc dùng củi ựể ựun nấu (Lansing và cs., 2008), hoặc ựể sản xuất ựiện (Lansing và cs., in press) và cho các mục ựắch khác như hệ thống nước nóng, hoặc chạy máy làm lạnh. Sau quá trình lên men yếm khắ trong hầm biogas thì các mầm bệnh bị giảm ựi ựáng kể, 50-90% hợp chất hữu cơ bị giảm (San Thy và Ly, 2003).