3.3.3. Đánh giá hiệu quả của mô hình
+ Hiệu quả của phân hữu cơ trên cây trồng. + Tính chất của đất.
+ Chất lượng rau.
3.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
Nghiên cứu tài liệu liên quan đến xây dựng mô hình liên kết ứng dụng công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi thành phân bón hữu cơ từ Báo, tạp chí khoa học; Các website, thông tin từ internet; Các ấn phầm nghiên cứu khoa học có liên quan; Sách và tư liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu.
3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi gia súc để sản xuất phân bón hữu cơ nuôi gia súc để sản xuất phân bón hữu cơ
Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ trên cây trồng theo phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng gồm 3 công thức; 3 lần lặp; trồng trong chậu đất 5 kg, bón phân theo nền thâm canh.
+ CT1: Đối chứng.
+ CT2: ½ nền + phân hữu cơ. + CT3: ¼ nền + phân hữu cơ. Trong đó:
- Công thức 1: Sử dụng sử dụng 1,5 kg phân vô cơ.
- Công thức 2: Sử dụng 0,75 kg phân vô cơ; 1,3kg phân hữu cơ.
- Công thức 3: Sử dụng 0,375kg phân vô cơ; 2,6 kg phân hữu cơ.
- Chỉ tiêu theo dõi:
+ Sinh trưởng và phát triển của cây, năng suất, tỉ lệ sâu bệnh bằng đo đếm trực tiếp.
+ Tính chất đất.
+ Chất lượng rau trồng.
3.4.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Phương pháp phân tích đất, chất lượng phân bón theo các phương pháp thông dụng hiện hành theo TCVN.
Bảng 3.1. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Chỉ số Phương pháp TCVN
NO3- Phương pháp so màu TCVN 5247:1990
Asen Dùng phương pháp bạc
Dietyldithiocacbonat
TCVN 7601:2007
Chì phương pháp trắc quang Dithizon TCVN 7602:2007
thủy ngân Phương pháp quang phổ TCVN 7602:2007
Đồng Phương pháp quang phổ TCVN 6541:1999
Coliforms Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 4829:2005
E.coli Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 6846:2007
N% Phương pháp Kjeldah TCVN 8557:2010
N% Phương pháp Kjeldah TCVN 8557:2010
P2O5% Phương pháp so màu TCVN 8563:2010
K2O% Phương pháp quang phổ TCVN 8660:2011
Photpho dễ tiêu Phương pháp Olsen TCVN 8661:2011
Kali dễ tiêu Phương pháp Matslova TCVN 8560:2010
OC% Phương pháp Walkley-black TCVN 9294:2012
Vi sinh vật phân giải xenlulo
Phương pháp khuẩn lạc TCVN 6168:2002
E.coli Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 6846:2007
3.4.4. Phương pháp xử lý thống kê
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH LIÊN KẾT
Hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu xử lý chất thải chăn nuôi khác nhau như xử lý chất thải chăn nuôi thông qua công nghệ ủ Biogas, công nghệ xử lý thông qua bể UASB, công nghệ ép tách phân,... Tuy nhiên, các đề tài nghiên cứu này vẫn dừng lại ở mức riêng lẻ, chuyên biệt chưa có sự liên kết với nhau. Vì vậy, việc xây dựng mô hình liên kết các quá trình xử lý chất thải chăn nuôi lại với nhau có ý nghĩa tích cực giúp quá trình xử lý chất thải chăn nuôi một cách triệt để, tăng hiệu quả xử lý và chất thải chăn nuôi khi đi ra ngoài môi trường sẽ đáp ứng theo Nghị định 108/2017/ND-CP.
Các chất thải được thu gom tại bể thu chất thải, sau đó sẽ được chia ra thành chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí. Từ mỗi quá trình sau khi được phân loại, các chất thải sẽ đi qua các công đoạn xử lý khác nhau như chất thải rắn sẽ được đi qua máy phân tách để xử lý, sản phẩm cuối cùng thu được là các giá thể trồng, phân hữu cơ dạng bột và dạng viên. Đối với chất thải lỏng sẽ được đưa qua tháp xử lý, sau đó qua xử lý tại bể Biogas và được đưa ra môi trường bên ngoài khi đạt chất lượng nước thải loại B.
4.1.1. Thiết kế hệ thống cơ học xử lý chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi cho qua bể lắng, sau đó đến máy phân tách để tách riêng CTR và chất thải lỏng.Chất thải lỏng được tiếp tục xử lý bằng cách dẫn tới hầm biogas.
Hình 4.2. Hệ thống cơ học xử lý chất thải chăn nuôi
- Máy phân tách: Đây là loại máy chuyên dùng tách chất thải rắn – chất thải lỏng của các chất thải chăn nuôi gia súc. Chất thải rắn sau khi phân tách được khử nước hoặc ủ lên men thành phân hữu cơ compost bón cho cây trồng. Chất lỏng được xử lý thành phân hữu cơ dạng lỏng hoặc xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường (theo yêu cầu). Đặc tính của máy được mô tả theo bảng 3.35. Máy tách phân sử dụng trang trại chăn nuôi quy mô vừa và nhỏ.
Công suất xử lý tùy chọn phù hợp từng trang trại chăn nuôi.
- Máy bơm hút nước thải chuyên dụng: 3 cái; một cái dùng để bơm từ
bể biogas sang bể sau biogas, lưu lượng 8 m3/h, một cái dùng để bơm nước
thải lên bình khuấy lưu lượng 5m3/h,một cái dùng để bơm lên bình chứa từ
bể lắng lưu lượng :5m3/h. Công suất máy bơm 1,5Kw.
Chất thải chăn nuôi
Bể lắng
Máy phân tách
Chất thải rắn Chất thải lỏng
Hầm biogas UASB Tháp Ủ phân
Bảng 4.1. Máy tách phân
Model MC-180
Công suất động cơ 4kw 3kw (bơm) Tốc độ quay 45 vòng/ phút 1450 vòng/ phút (bơm) Điệp áp (3 pha) 380V
Công suất làm việc 5-7m3/h
Đặc tính kỹ thuật xử lý từng loại chất thải:
Lợn/ heo 5-15m3/h
Bò sữa 4-6 m3/h
Gà 2-4 m3/h
Thời gian làm việc liên tục: 20h
Trọng lượng 500kg
Xuất xứ: China
4.1.2. Hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi dạng lỏng Bể xử lý chất thải thành phân hữu cơ lỏng bao gồm: Bể xử lý chất thải thành phân hữu cơ lỏng bao gồm:
- Hệ thống khuấy gồm: Động cơ khuấy,cánh khuấy,thùng khấy,van xả tự động, khung giá đỡ cho hệ thống khuấy và hệ thống điều khiển bao gồm: Bộ biến đổi tốc độ, biến đổi thời gian, tủ điện điều khiển. Tốc độ khuấy 380v/phút, công suất động cơ: 1.5 Kw. Cánh khuấy hình cánh tạo xoắn.
- Bể lắng: sau khi khuấy nước được xả xuống bể lắng.
- Hệ thống lọc gồm: 1 bình chứa nước thải sau khi lắng có dung tích 1500 lít được bơm lên từ bể lắng và 3 bình lọc sử dụng biochar, cát sinh học và sỏi, sử dụng biochar để giảm bớt mùi; mỗi bình có dung tích 1000 lít.
Với dung tích bình khuấy 1000 (L) có thể xử lý được 100m3 nước thải/ngày, do vậy sử dụng bình có dung tích này sẽ khắc phục được trường hợp
lượng nước thải vượt quá 80m3 hoặc cần phải tăng thêm thời gian lắng do độ đục
của nước thải tăng cao. Thời gian khuấy theo tính toán là 10 phút và thời gian lắng dao động từ 5 đến 15 phút.
giá chất trợ lắng Al2(SO4)3
- Bình 1000L: dùng để chứa lúc bơm lên cho tràn sang bình lọc. Trong bình có 3 lớp vật liệu lọc, trên cùng là lớp biochar, tiếp đến là lớp cát vàng và dưới cùng là lớp sỏi.Sử dụng bình Tân Á inox được gia cố cắt miệng bình để dễ dàng thay đổi lớp vật liệu lọc biochar.
- Đường kính ống nối giữa các bình lọc: Ф76
Máy bơm 8 m3/h Máy bơm 5m3/h Máy bơm 5 m3/h
Hình 4.3. Hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi dạng lỏng Máy phân tách
Bể Biogas
Bể sau Biogas Bể khuấy Bể lắng
Bể lọc chậm
Bể chứa dung dịch sau lọc và được sử dụng là nguyên liệu thô sản xuất thành
-Xử lý chất thải chăn nuôi thành dịch dinh dưỡng: -
Hình 4.4. Xử lý chất thải chăn nuôi dạng lỏng
Chất thải chăn
nuôi Bể lắng Máy phân tách (5-7m3/h)
Chất thải rắn Chất thải lỏng sau phân tách đi vào hầm biogas
Lọc qua bể lọc để loại bỏ chất rắn lơ lửng
Bổ sung các chất phụ gia (1g/l)
Sử dụng nhiệt để bay hơi cô đặc dung dịch
Dung dịch sau khi cô đặc được điều chỉnh môi trường tùy theo yêu cầu của sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như pH, hàm lượng các chất - Nhiệt độ ≤ 800C
- Điều chỉnh pH 5-7 bằng các dung dịch kiềm hoặc axit
- Hàm lượng chất dinh dưỡng N:P:K khoảng 5:1:3
- Lọc bằng bể lọc chậm gồm cát thạch anh, sỏi và đá dăm và một lớp gốm dạng hình trụ, chiều dài 1,5cm và đường kính 8mm trên bề mặt - Sử dụng màng lọc để loại bỏ các chất rắn lơ lửng > 24 µm
- 1 bình chứa nước thải: 1500 (l); 3 bình lọc sử dụng biochar, 1000l/ bình.
Hầu hết các chất dinh dưỡng trong chất thải lỏng đều ở dạng khó tiêu, hàm lượng đạm nhỏ hơn 3%. Đạm trong chất thải lỏng sẽ được các vi sinh vật phân hủy thành dạng dễ tiêu cung cấp cho cây.
- Các chất rắn lơ lửng trong chất thải hữu cơ lỏng sẽ được loại bỏ bằng phương pháp lọc để tránh tình trạng khi sử dụng bị tắc khi phun hoặc làm tắc vòi tưới. Hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong dung dịch hữu cơ sau lọc không lớn hơn 1200 ppm. Các chất rắn lơ lửng lớn hơn 24 µm sẽ bị lọc ra. Sử dụng màng lọc để lọc các chất rắn huyền phù sau khi đã lọc bằng sàng lọc cơ giới.
- Cô đặc dung dịch hữu cơ bằng nồi bay hơi của công ty “Veolia Water Solutions and Technologies (Cary, N.C.)”. Nhiệt độ trong quá trình bay hơi
không vượt quá 80oC.
- Sử dụng các chất axit hoặc kiềm hữu cơ để điều chỉnh pH của dung dịch hữu cơ lỏng sau khi cô đặc. Sử dụng các chất phụ gia để tối thiểu hóa việc mất đạm trong quá trình cô đặc.pH thích hợp của dung dịch hữu cơ biến động từ 5-7, thích hợp nhất là 6,5.
4.1.3. Xử lý chất thải chăn nuôi dạng rắn
Chất thải chăn nuôi dạng rắn được xử lý theo phương pháp bán hảo khí có đảo trộn. Sử dụng lượng 30 kg chất thải chăn nuôi để bố trí công thức thí nghiệm. Chất thải được đánh thành đống tại vị trí có mái che, không bị trũng nước và không bị hắt nước mưa.Xử lý có bổ sung chế phẩm sinh học. Chế phẩm sinh học rắc đều (chế phẩm sinh học EM) và phun đều (chế phẩm dạng dịch thể) lên đống ủ, sau đó đảo trộn thật đều. Bổ sung thêm nước để đảm bảo độ ẩm từ 60-65%.
Dùng bạt phủ kín đống ủ để tránh các tác nhân từ bên ngoài.Kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm hàng ngày, ghi lại diễn biến nhiệt độ trong đống ủ, đồng thời duy trì độ ẩm 60-65% trong suốt quá trình ủ để đạt hiệu quả ủ cao nhất.
Sau khoảng 7-10 ngày, bỏ bạt và tiến hành đảo trộn đống ủ. Sau khi đống ủ đã được trộn đều và đảm bảo độ ẩm, phủ bạt kín lại như cũ.Tiếp tục thường xuyên kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm
Hình 4.5. Quy trình xử lý chất thải rắn
Theo dõi chỉ tiêu cảm quan trong suốt quá trình ủ 1 lần/tuần bằng phương pháp quan sát và đo đạc trực tiếp. Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm: mùi, màu sắc, độ hoai mục, hình dạng.
Sau khoảng 30-35 ngày, kiểm tra chất lượng đống ủ. Nếu nhiệt độ đống ủ giảm xuống bằng với nhiệt độ bên ngoài thì quá trình ủ đã kết thúc. Phân hữu cơ tạo thành được kiểm tra chất lượng theo tính chất của Nghị định 108/2017/NĐ-CP. 4.2. HIỆU QUẢ CỦA MÔ HÌNH
4.2.1. Chất lượng phân hữu cơ
4.2.1.1. Chất lượng phân hữu cơ dạng bột
- Tính chất của chất thải chăn nuôi trước khi xử lý
Chất thải chăn nuôi
Đống ủ (bán hảo khí)
Đảo trộn
Phân hữu cơ
30-35 ngày 7-10 ngày/lần
Kiểm tra chất lượng (NĐ 108/2017/NĐ-CP)
Sử dụng Độ ẩm: 60-65%
Bảng 4.2. Tính chất của chất thải chăn nuôi lợn Mẫu Tinh bột Xellulo Protein thô VSV TS (x 109) E.coli (x 106) Staphyllococcus (x 104) (%) (CFU/g) M1 15,48 4,07 4,34 12,14 5,60 5,27 M2 12,41 5,53 5,14 7,08 4,80 3,13 M3 7,89 8,36 3,35 9,22 2,23 6,04
Ghi chú: M1: Phế thải chăn nuôi Lợn với nguồn thức ăn chủ yếu là cám tăng trọng M2:Phế thải chăn nuôi Lợn với nguồn thức ăn chủ yếu là rau xanh kết hợp cám
M3:Phế thải chăn nuôi Lợn với nguồn thức ăn chủ yếu là rau, chuối rừng
Thành phần và lượng dinh dưỡng còn lại trong phế thải chăn nuôi Lợn là khá lớn. Trong đó, thành phần tinh bột còn đáng kể (chiếm từ 7,89- 15,48%), xellulo và protein cũng chiếm một tỷ lệ không nhỏ; tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phân giải và chuyển hóa. Sở dĩ như vậy là do ngoài nguyên thức ăn chủ yếu là cám, rau và chuối rừng, trong quá trình chăn nuôi, người dân địa phương còn bổ sung thêm một số loại thức ăn vốn là thực phẩm thừa và thải loại từ sinh hoạt gia đình (theo khảo sát). Đặc biệt, số lượng vi sinh vật tồn tại trong phế thải khá lớn, trong đó còn tương đối nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng gây bệnh. Vì vậy, phế thải chăn nuôi này cần phải được xử lý triệt để, tránh gây ô nhiễm môi trường và phát tán nguồn bệnh dịch cho người và vật nuôi.
-Chất lượng chế phẩm vi sinh sử dụng:
Chế phẩm vi sinh sử dụng bao gồm 7 chủng VSV: gồm 2 giống vi khuẩn (Bacillus, subtilis, Bacillus polmyxa) 2 giống xạ khuẩn (Streptomyces sp1, Streptomyces sp2) 2 giống nấm men (Saccaromyces sp1, Saccaromyces sp2) và1
giống nấm mốc (Penicillium mali) có khả năng phân hủy chuyển hóa chất hữu cơ
cao và khử mùi tốt để làm giống sản xuất chế phẩm sinh học trên nền chất mang thanh trùng là mùn hữu cơ, cám và trấu.
Bảng 4.3. Chất lượng của chế phẩm vi sinh sử dụng TT Chỉ tiêu Chế phẩm sinh học TCVN 6168 – 2002 1 pHKCl 7,34 6 ≤ pH ≤ 8 2 Độ ẩm (%) 33,05 20 – 35
3 Mật độ vi sinh vật hữu ích (x 108 CFU/ml) 89,0 ≥ 108
4 VSV tạp (%) 0,49 ≤ 5%
Kết quả bảng trên cho ta thấy chất lượng chế phẩm vi sinh sử dụng đều đáp ứng theo TCVN 6168-2002. Các chỉ tiêu chất lượng chế phẩm vi sinh vật hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trọng Nam (2014), chỉ
tiêu pHKCl dao động trong khoảng 6-8 là hoàn toàn phù hợp về độ trung tính của
chế phẩm (6,9-7,1), mật độ vi sinh vật hữu ích lớn đạt 89x108 CFU/ml dịch thể
giúp cho quá trình tác động của chế phẩm lên đống ủ được mạnh hơn. Các vi sinh vật tạp có số lượng nhỏ giúp hạn chế các tác động làm giảm quá trình chuyển hóa của đống ủ.
-Kết quả theo dõi nhiệt độ:
0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 N hi ệt đ ộ Ngày Nhiệt độ không khí (0C) Đối chứng Thử nghiệm
Hình 4.6. Sự thay đổi nhiệt độ đống ủ theo thời gian
Trong suốt quá trình ủ, nhiệt độ liên tục thay đổi theo các giai đoạn khác nhau. Nhiệt độ đống ủ là yếu tố quan trọng cần theo dõi bởi các quá trình phân
giải chất hữu cơ của vi sinh vật gây bệnh như E.coli, Salmonella. Nhiệt độ càng cao chứng tỏ tổ hợp vi sinh vật sử dụng làm chế phẩm có khả năng phân hủy tốt các chất hữu cơ, đồng thời quá trình ủ sẽ kết thúc nhanh chóng. Trong 10 ngày đầu tiên nhiệt độ lên cao và diễn biến nhanh chóng, đống ủ được theo dõi và đo nhiệt độ 1 ngày 1 lần. Sau 10 ngày thì đo nhiệt độ 5 ngày 1 lần. Kết quả theo dõi đống ủ sau 30 ngày được thể hiện ở hình 4.6.
Qua hình sự thay đổi nhiệt độ của đống ủ theo thời gian trên cho thấy quá trình ủ phân được thực hiện trong 30 ngày và diễn biến thay đổi nhiệt độ theo các