Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.3. Chất lượng môi trường nước mặt tại một số cơ sở chăn nuôi lợn
CHĂN NI LỢN
Nước mặt ao ni trồng thuỷ sản: thường thuộc sở hữu của gia đình chăn nuôi, nước thải và phân thải của gia súc, thuỷ cầm được sử dụng trực tiếp hoặc sau khi xử lý biogas được đưa xuống làm thức ăn cho thuỷ sản. Hình thức ni trồng thuỷ sản thường là thâm canh hoặc bán thâm canh trên diện tích ao ni nhỏ với cơng thức ni đa dạng các lồi cá.
Nước mặt ao hồ công cộng hoặc ao hồ thuộc sở hữu của gia đình nhưng khơng sử dụng cho mục đích khác: thường là các ao hồ nhỏ, tù đọng, chất lượng nước q xấu hoặc diện tích q nhỏ để ni trồng thuỷ sản, thường sử dụng để chăn thả vịt, thả bèo hoặc các loại rau ngập nước làm thức ăn gia súc. Ngoài ra, trên địa bàn nghiên cứu cịn có các ao hồ cơng cộng của thơn, xóm nhưng do nằm ở địa hình trũng nên chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nước thải chăn nuôi.
Nước mặt kênh mương thuỷ lợi: là các hệ thống kênh mương cấp hoặc tiêu nước cho hoạt động canh tác nơng nghiệp trên địa bàn tỉnh, trong đó chủ yếu là các mương đất làm nhiệm vụ tiêu nước canh tác lúa, một phần cấp nước cho hoạt động canh tác vào các thời điểm cấp nước thuỷ lợi. Chúng thường là các kênh mương hẹp (chiều rộng 2 – 15 m) và nông (độ sâu 0,2 – 1,2 m), nước tù đọng trong phần lớn thời gian trong năm, nhận nước thải từ nhiều hoạt động khác nhau tại các khu vực nơng thơn hiện nay.
Kết quả phân tích 25 mẫu chất lượng nước mặt tại bộ phận tiếp nhận cho kết quả như ở Bảng 4.5.
Bảng 4.6. Hiện trạng chất lượng nước mặt tại các tiếp nhận nước thải chăn ni lợn
Chỉ tiêu phân tích Trung bình Min Max QCVN 08-MT:2015 (cột B1)
pH - 6,1 8,8 5,5-9,0 COD (mg/l) 74,92 2,00 454,00 30 BOD5 (mg/l) 49,52 1,03 312,96 15 TSS (mg/l) 95,64 11,09 779,30 50 Tổng N (TN) (mg/l) 12,44 1,08 93,67 10 Tổng P (TP) (mg/l) 5,13 0,05 53,87 0.3 Coliform (MPN/100 ml) 6.047 600 53.000 7.500 Kết quả phân tích (2017) Giá trị pH nước mặt dao động trong khoảng 6,1 – 8,8; nằm ở mức từ trung tính đến hơi kiềm, đáp ứng QCVN 08-MT:2015 BTNMT, cột B1: dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi. Nồng độ trung bình của COD, BOD5 và TSS đều vượt quy chuẩn cho phép; một số mẫu vượt chuẩn tới hơn 100 lần. Tình trạng vượt chuẩn cho phép cũng xảy ra đối với N và P tổng số. Mật độ vi sinh vật trong nước ở mức cao, dao động trong khoảng 600 đến 53.000 MPN/100 ml, trong đó 3/25 mẫu vượt quá tiêu chuẩn chất lượng nước mặt.
Tại các hệ thống tiếp nhận nước thải chăn nuôi: chất lượng nước tốt nhất thuộc về các ao nuôi thuỷ sản thuộc quyền sở hữu hoặc sử dụng của các hộ gia đình có chăn ni. Điều này là do, các hộ chăn nuôi kết hợp ni trồng thủy sản đã có các biện pháp khác để quản lý chất lượng nước thải chăn nuôi tránh gây ảnh hưởng xấu tới năng suất và chất lượng của hoạt động nuôi trồng thuỷ sản.
Khi so sánh chất lượng nước mặt tại nguồn tiếp nhận nước thải đã qua xử lý và nước thải chưa qua xử lý. Kết quả cho thấy: khơng có sự khác biệt đáng kể về chất lượng nước hai nguồn tiếp nhận này. Trong khi đó, chất lượng nước có dấu hiệu xấu hơn tại các ao hồ và kênh mương tiêu, thoát nước. Nguyên nhân, các đối tượng này thường có diện tích nhỏ, tiếp nhận nước thải từ nhiều nguồn thải khác (trồng trọt, sinh hoạt, sản xuất tiểu thủ công nghiệp…).
4.4. PHÂN BỐ KHƠNG GIAN CỦA DỊNG PHÁT THẢI CHĂN NI LỢN 4.4.1. Phân bố khơng gian của các nguồn phát thải
Bản đồ che phủ đất có phân lớp “khu dân cư” được tạo ra từ ảnh vệ tinh (Hình 4.2). Dựa trên vị trí các khu dân cư và số liệu thống kê (Bảng 4.4), bản đồ
phân bố các hộ chăn nuôi lợn thể hiện bằng 4.274 điểm được tạo ra và gán thuộc tính về số lượng lợn thịt và lợn nái.
Hình 4.3. Bản đồ sử dụng và che phủ đất huyện Yên Dũng (2017)
4.4.2. Phát tán dòng thải
Đặc điểm dòng chảy quyết định rất lớn tới sự phân tán chất thải trên bề mặt địa hình. Bản đồ phân dịng chảy đã được tạo ra từ mơ hình số độ cao (DEM) như trong Hình 4.5.
Hình 4.5. Bản đồ các tiểu lưu vực tạo ra từ mơ hình số độ cao
Dựa vào mơ hình DEM và bản đồ phân dịng chảy chúng tơi xác định được vùng tích lũy nước thải theo các hộ chăn ni. Kết quả tính tốn trên phần mềm ArcGIS vẽ được ranh giới của trên 100 tiểu vùng gom nước (drainage basins). Theo quy luật dòng chảy (mưa – dòng chảy), chất thải phát sinh từ các hộ chăn nuôi được tập trung trong các tiểu vùng trước khi phát tán ra bên ngồi. Vì vậy, những ranh giới này được xem là các vùng gom nước thải cục bộ của các hộ chăn nuôi lợn nằm trong phạm vi của tiểu vùng.
Tải lượng chất thải chăn ni xả ra mơi trường bên ngồi phụ thuộc vào mức độ thu gom và xử lý của các hộ. Tại khu vực nghiên cứu, hầu hết chất thải từ nuôi lợn được xả thải ra kênh mương. Hình thức xử lý phân chủ yếu là bể biogas. Theo thông tin điều tra, khả năng áp dụng bể biogas của các hộ phụ thuộc vào số lượng lợn và điều kiện của gia đình. Dự án phát triển biogas thường hỗ trợ các hộ vay vốn làm bể nên cũng có vai trị quyết định. Tuy nhiên, khi cấp vốn dự án cũng lại xét tới số lượng lợn và điều kiện kinh tế của các hộ.
Mơ hình dự báo xác suất các hộ sử dụng biện pháp xử lý hầm biogas (với giả thuyết quyết định của người dân phụ thuộc vào số lượng lợn, diện tích đất đai, lực lượng lao động, mức thu nhập, trình độ văn hóa của chủ hộ v.v.) đã được thiết lập theo hàm phân tích hồi quy đa biến (Multinomial Logistic regression). Kết quả phân tích thống kê theo phương pháp Stepwise Backward Elimination chọn ra được 3 biến số là số lượng lợn thịt, lợn nái và diện tích đất với các hệ số như sau:
Y = 0,049 x Số lượng lợn thịt + 0,461 x Số lượng lợn nái – 0,0003 x Diện tích đất – 0,252
Xác suất các hộ lựa chọn biện pháp biogas = Exp(Y)/[1+exp(Y)]
Mơ hình có mức ý nghĩa cao, p = 0,002 và hệ số tương quan McFadden R2 = 0.202. Theo McFadden (1979), nếu những mơ hình dự báo hành vi mà có giá trị R2 nằm trong khoảng 0,2 – 0,4 thì được xem là lý tưởng. Dựa trên kết quả trên, bản đồ về tỷ lệ hộ áp dụng xử lý biogas được lập theo các tiểu lưu vực như ở Hình 4.6.
Hình 4.6. Bản đồ tỷ lệ hộ áp dụng bể biogas tạo ra từ phân tích hồi quy
Từ số lượng lợn của các hộ, hệ số phát thải (Bảng 3.1), tỷ lệ hộ xử lý biogas, hiệu quả xử lý sau biogas (COD = 81%; BOD5 = 86%), tải lượng chất ô nhiễm của các hộ theo từng tiểu lưu vực riêng rẽ đã được tính cho 4 thơng số mơi trường cơ bản như trong Hình 4.7.
Hình 4.7. Bản tải lượng ơ nhiễm từ chăn nuôi lợn theo các tiểu lưu vực
Theo Hình 4.7, tải lượng chất ơ nhiễm tập trung cao tại các tiểu lưu vực thuộc địa phận xã Đồng Phúc và Tân Liễu, nằm phía nam và tây-bắc của huyện; Tải lượng COD và BOD5 tại đây đạt mức 10 – 60 và 7 – 34 kg/ha/năm. Nếu xét theo ranh giới hành chính thì mật độ lợn tại các xã này chỉ ở mức trung bình và thấp nhưng do sự tập trung của dịng chảy bề mặt trong khi tỷ lệ hộ áp dụng biogas thấp (Hình 4.6) nên tải lượng ơ nhiễm tại các tiểu lưu vực này đạt mức cao nhất.
Tải lượng ô nhiễm ở các tiểu lưu vực thuộc các xã Tân Phong, Nham Sơn, Đồng Việt, Trí n và thị trấn Neo có mức thấp; COD và BOD5 dưới ngưỡng 2 kg/ha/năm. Đây đều là những vùng có địa hình cao và mật độ lợn thấp.
Kết quả mô phỏng cho thấy rất rõ quy luật chất thải được gom về những vùng trũng và cuối các dịng chảy. Ở những vùng có mật độ lợn cao nhưng nếu tỷ lệ áp dụng biogas cao thì mức độ ơ nhiễm chỉ ở ngưỡng trung bình. Ngược lại, ở các tiểu lưu vực có mật độ lợn cao, tỷ lệ xử lý biogas thấp thì ơ nhiễm là khá nghiêm trọng.
Như vậy, việc tính tốn tải lượng theo các vùng gom nước và ranh giới hành chính có sự khác biệt nhiều. Các vùng gom nước thể hiện thực tế phân phối của dòng chảy nên quyết định tới sự tập trung và phân tán của chất thải. Vùng gom nước vì vậy khơng lệ thuộc vào ranh giới và những thống kê hành chính.
4.4.3. Kiểm chứng kết quả
Kết quả mơ hình được so sánh với các mẫu nước lấy trong các vùng tiếp nhận tại các tiểu lưu vực khác nhau. Như đã giải thích ở phần phương pháp, số liệu quan trắc có đơn vị đo là nồng độ (mg/l), kết quả mơ hình là tải lượng
(kg/ha/năm) nên chúng tôi không so sánh trực tiếp mà sử dụng phép kiểm định Bayesian như trình bày trong mục phương pháp nghiên cứu.
Căn cứ vào bản đồ phân bố chất thải, mỗi phân nhóm tiểu lưu vực được lấy 3 mẫu quan trắc chất lượng nước (Hình 4.8). Kết quả phân tích mẫu và giá trị tính tải lượng ơ nhiễm (COD và BOD5) của các tiểu lưu vực tương ứng với vị trí các điểm lấy mẫu được trình bày ở Bảng 4.7.
Hình 4.8. Sơ đồ vị trí lấy mẫu kiểm chứng mơ hình
Bảng 4.7. Kết quả phân tích mẫu quan trắc và kết quả mơ hình
Ký hiệu mẫu
Quan trắc thực tế
(mg/l)
Kết quả mơ hình
(kg/ha/năm)
COD BOD5 COD BOD
NM1-1 292,50 250,38 7,228 4,199 NM1-2 310,02 257,33 8,738 4,924 NM1-3 262,70 245,00 8,738 4,924 NM2-1 252,71 191,16 4,458 2,640 NM2-2 228,65 166,52 4,458 2,640 NM2-3 254,99 186,72 4,609 2,711 NM3-1 454,00 310,20 14,596 9,209 NM3-2 318,23 278,10 19,221 10,547 NM3-3 463,24 339,18 19,221 10,547 NM4-1 230,36 178,80 1,284 0,801 NM4-2 257,13 188,40 1,509 0,897 NM4-3 185,92 130,60 1,532 0,910 NM5-1 295,90 237,80 4,968 3,075 NM5-2 360,00 256,00 4,968 3,075 NM5-3 398,67 262,08 6,695 3,875
Kết quả phân tích thống kê trên phần mềm SPSS cho thấy giá trị COD dự báo nằm trong vùng tin cậy (95%) so với giá trị chuẩn (Fit) tính dựa vào tương quan Bayesian theo 15 điểm quan trắc. Tương tự, giá trị BOD5 từ mơ hình cũng được kiểm chứng và cho kết quả nằm trong khoảng tin cậy (Hình 4.9).
Hình 4.9. Kết quả kiểm chứng mơ hình trên phần mềm thống kê SPSS
Như vậy, kết quả phân tích thống kê chứng minh mơ hình có khả năng phản ánh quy luật phân tán chất ô nhiễm sát với thực tế, đạt mức tin cậy thống kê cho phép.
4.5. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TỪ CÁC CƠ SỞ CHĂN NUÔI LỢN CÁC CƠ SỞ CHĂN NUÔI LỢN
4.5.1. Nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống biogas
Kết quả mô phỏng cho thấy chất thải được gom về những vùng trũng và cuối các dòng chảy tại các tiểu lưu vực thuộc địa phận xã Đồng Phúc và Tân Liễu với mức tải lượng COD và BOD5 đạt mức 10 – 60 và 7 – 34 kg/ha/năm. Đây là những khu vực tập chung ít dân cư và có nhiều diện tích ao hồ, đất trống. Chính vì vậy, giải pháp ngắn hạn được thực hiện cụ thể trên các tiểu lưu vực thuộc địa phận xã Đồng Phúc và Tân Liễu rất phù hợp là : nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống biogas hiện có, giảm áp lực tải lượng chất thải đi vào hệ thống biogas; xây mới kết hợp với hệ thống thu hồi chất thải từ hệ thống biogas. Giải pháp dài hạn có thể tiến tới việc sử dụng các công nghệ kết hợp vừa tách phân để có thể sản xuất sản phẩm phân bón hữu cơ, vừa giảm tải lượng cho hệ thống biogas.
4.5.1.1. Với quy mô chăn nuôi nhỏ lẻ
Tổng lượng nước thải chăn nuôi không nhiều (80% nước rửa chuồng, có tác dụng pha lỗng phân, giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải) các hộ gia đình thường thải trực tiếp ra mơi trường ngồi qua kênh, mương, sông.
Giải pháp đề xuất là sử dụng phương pháp xử lý hồ/ao sinh học: các hộ gia đình nên thải nước thải ra hồ/ao, trong ao thả cá (để làm tăng q trình hịa tan oxy khơng khí vào nước) nhất là cá rơ phi (phân lợn là 1 trong những nguồn thức ăn của cá rô phi); thả bèo tấm, bèo hoa dâu, lục bình (để tăng quá trình xử lý, lục bình cịn là nguồn thức ăn cho lợn). Sau khi bán lợn con, tiến hành tát ao, nạo bùn, nạo vét chất cặn lắng đọng dưới đáy ao, rắc vôi khử trùng. Rồi tiếp tục thả cá, bèo tấm, bèo hoa dâu, lục bình và thải nước thải của lợn nái xuống ao để quá trình xử lý vẫn tiếp tục xảy ra. Như vậy 1 năm các hộ gia đình có thể tát ao, thu hoạch cá ít nhất 2 lần (sau khi xuất đàn lợn con).
4.5.1.2. Với quy mô gia trại
Tổng lượng nước thải chăn nuôi rất lớn trong đó 86.7% là nước rửa chuồng, biogas xử lý chưa cao. Giải pháp đưa ra là tăng hiệu suất xử lý của biogas. Hỗ trợ các gia trại về vốn, kiến thức chuyên môn vận hành bể biogas, khắc phục các hạn chế để nâng cao hiệu quả xử lý. Các gia trại có thể tham khảo mơ hình xử lý nước thải chăn nuôi của “Trang trại nông nghiệp tổng hợp” tại thôn Suối Dài, xã Ngọc Vân, huyện Tân Yên, Bắc Giang.
Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải trong chăn ni hiện có của trang trại (400-500 đầu lợn):
Hình 4.10. Sơ đồ giải pháp cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại:
Nước thải chăn nuôi từ chuồng trại gồm nước tiểu, nước rửa máng ăn, nước rửa chuồng trại được thu gom theo đường dẫn xuống bể chứa phân có thể tích 15m3 với kích thước (4m × 2,5m × 1,5m). Sau đó nước thải được chảy vào hệ thống hồ biogas. Tại đây nước thải được xử lý do các vi sinh vật kỵ khí. Hệ thống biogas là một cơng trình đồng thời làm hai chức năng: thu gom và phân hủy cặn lắng, chất lắng. Hồ biogas có thể tích 5775m3 với kích thước (15m x 55m x 7m), có cấu tạo gồm các bộ phận: hồ phân giải, ngăn chứa khí, ống dẫn khí, cửa nạp nguyên liệu (ống lối vào), cửa xả (ống lối ra). Hồ được thiết kế xây bằng gạch chỉ đặc với vữa xi măng, cát vàng, dưới đáy hồ biogas được đổ bê tông cốt thép dày 6cm, sau đó được lót 1 lớp chống thấm bằng bạt HDPE dày 0,5mm, thành hồ biogas được trát xi cát, đánh bóng bằng xi măng, nắp hồ biogas được phủ kín bằng bạt chống thấm HDPE dày 1mm. Thời gian lưu nước trong hồ biogas là 103 ngày.
+ Cặn và phân được giữ lại trong hồ biogas, dưới tác động của các vi sinh vật kỵ khí, các chất hữu cơ bị phân hủy, một phần tạo thành các chất khí hữu cơ như CH4, NH3, CO và một phần tạo thành các chất vơ cơ hịa tan. Hồ biogas loại bỏ được hàm lượng BOD5, COD khoảng 30 ÷ 35% so với ban đầu.
Nước qua hồ biogas được tiếp tục được dẫn qua bể lắng dung tích 1350m3 với kích thước (15m × 15m × 6m) để lắng chất rắn lơ lửng, tại đây hàm lượng chất rắn lơ lửng được giảm đáng kể trước khi đi vào hồ sinh học nuôi thả cá. Nước thải từ chăn nuôi Đường dẫn thu gom Bể chứa phân Hồ biogas (5775m3) Ngịi thốt nước Thông Thốc Hồ sinh học nuôi thả cá (7200m2) Bể lắng (1350m3)
Nước thải sau khi được loại bỏ phần lớn chất rắn lơ lửng được đưa vào hồ sinh học thả cá có diện tích 7200m2. Do chủ trang trại có kết hợp nuôi cá trắm, cá chép, cá chim, cá rô phi,…tại hồ nên lượng chất hữu cơ có trong nước thải được cá lấy làm thức ăn và làm giảm đáng kể chất hữu cơ có trong nước thải. Sau đó nước thải sau khi qua hồ sinh học nuôi thả cá được chảy qua ống tràn có song chắn rác kích thước (1m×1m) theo hệ thống cống ngầm ra ngồi ngịi Thông