Chất thải rắn chăn nuôi bò: phân bò, thức ăn dư thừa, chủng vi sinh vật
2.3. Đối tƣợng nghiên cứu
Chế phẩm Sagi Bio của phòng Vi sinh vật môi truờng - Viện Công nghệ môi trường:
Mật độ vi sinh hữu ích đạt: ≥109
CFU/gam, ml chế phẩm trong đó: + Vi khuẩn thuộc chi Bacillus: ≥109
CFU/gam, ml + Xạ khuẩn Stretomyces: ≥108
CFU/gam, ml
2.4. Các thiết bị sử dụng trong quá trình nghiên cứu
- Tủ hút
- Tủ sấy (ClassII Biohazard Safety Cabitet –Esco) - Nồi khử trùng (SA- 300VF)
- Cân điện tử
- Thiết bị chưng cất đạm - Máy lắc (Shel lab)
- Bộ dụng cụ xác định H2S trong chất thải rắn (Gastec 201H) - Máy đo mật độ quang
2.5. Các phuơng pháp phân tích
2.5.1. Phương pháp xác định nitơ tổng
Cách tiến hành a. Lấy mẫu
Truớc hết chọn mẫu trung bình của phân chuồng từ khối luợng lớn của phân. Từ mẫu trung bình trộn đều lấy mẫu trung bình trộn đều lấy mẫu phân tích của phòng thí nghiệm
Cân 10g mẫu từ mẫu phân tích vào bình 250ml sao cho mẫu không dính vào thành bình
Rót vào 30ml sunfophenol (nếu không cần phân tích NO3 -
thì không dùng phenol) lắc nhẹ đều
Thêm vào 1-2g bột Zn, đun nhẹ trên ngọn lửa và sau đó đun sôi
Khi dịch lỏng trong bình có ánh đỏ thì lấy bình ra khỏi bếp, thêm 0,1g Se bột hay 0,59g CuSO4
Tiếp tục đun sôi cho đến khi dung dịch trong bình trắng hoàn toàn, đun thêm nửa giờ
Lấy bình ra để nguội, thêm một ít nuớc cất và chuyển toàn bộ dung dịch vào thiết bị chưng cất đạm. Thể tích trong bình cất khoảng 300ml, thêm khoảng 2-3 giọt phenolphtalein
Sau đó rót cẩn thận 120ml NaOH 30% vào bình cất đồng thời lấy 75ml H2SO4 0,1N có 2-3 giọt metyl da cam để hấp thụ NH3 thoát ra sau khi cất
Để biết quá trình chưng cất đã kết thúc hay chưa thì lấy vài giọt cuối cùng chảy ra từ ống và thêm vào 1-2 giọt thuốc thử Nestle, nếu có màu vàng thì còn NH3, việc cất NH3 chưa kết thúc.
Sau khi kết thúc thì chuẩn độ luợng thừa H2SO4 còn lại sau khi hấp thụ bằng dung dịch kiềm có nồng độ tiêu chuẩn cho tới khi chuyển màu từ màu đỏ sang hơi vàng (chỉ thị metyl)
b. Pha hóa chất
- Axit sunfophenic: hòa tan 40g phenol tinh khiết (C6H5OH) trong axit H2SO4 (d = 1,84) sau đó định mức đến 1 lít
- Phenolphtalein 1% pha trong ruợu - NaOH 30%
- H2SO4 0,1N - Metyl da cam - Thuốc thử Nestle
- Dung dịch chuẩn NaOH 0,1N c. Tính toán
N (%) = [(V1 X N1 - V2 X N2) X 0,014 X 100] : m
Trong đó V1: số ml H2SO4 0,1N để hấp phụ N1: nồng độ của H2SO4
V2: số nl NaOH tiêu tốn khi chuẩn N2: nồng độ của NaOH
m: khối luợng mẫu lấy phân tích
2.5.2. Xác định Photpho tổng
Photpho tổng được xác định theo TCVN 8563 : 2010. Phân bón – phương pháp xác định phốt pho tổng số
2.5.3. Phương pháp xác định tổng chất hữu cơ
Tổng chất hữu cơ (OM) được xác định theo TCVN 9294 : 2012 (Phân bón – xác định cacbon hữu cơ tổng số bằng phương pháp Walkley – Black)
Cách tiến hành: a. Hóa chất
+ Dung dịch tiêu chuẩn kali dicromat (K2Cr2O7) M/6: Cân 49,040 g K2Cr2O7
(đã sấy khô ở 105 oC trong 2 h, để nguội trong bình hút ẩm) cho vào cốc dung tích 1000 ml, thêm 400 ml nước cất, khuấy tan, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch định mức, lắc đều. Bảo quản kín ở 20 o
C.
+ Dung dịch muối Mohr [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] nồng độ khoảng 0,5 M: Cân 196 g [FeSO4(NH4)2SO4.6H2O] vào cốc dung tích 1000 ml, thêm 50 ml axit
H2SO4đặc, thêm 450 ml nước cất, khuấy tan, chuyển vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch định mức, lắc đều, để cho lắng trong, nếu đục phải lọc. Bảo quảnkín trong lọ màu nâu ở 20oC, tránh xâm nhập của không khí.
+ Dung dịch chỉ thị màu ferroin O. phenanthrolin: Cân 0,695 g sắt hai sunphat (FeSO4.7H2O) và 1,485 g O.phenanthrolin monohydrate (C12H8N2. H2O), hòa tan trong 100 ml nước cất.
+ Dung dịch chỉ thị màu bari diphenylamin sunfonat 0,16%:Cân 0,16 g bari diphenylamin sunfonat, hòa tan trong 100 ml nước cất.
+ Dung dịch chỉ thị màu axit N – phenilanthranilic:Cân 0,1 g axit N- phenylanthranilic và 0,1 g Na2CO3 trộn đều với một ít nước cất, sauhòa tan thành 100 ml.
b. Chuẩn bị mẫu thử
+ Mẫu đem đến phòng thí nghiệm được đảo trộn đều, trải phẳng trên khay nhựa hoặctấm ni lông, lấy mẫu trung bình theo phương pháp đường chéo góc, trộn đều, lấy hai phầnđối diện và loại bỏ dần cho đến khi còn khoảng 500 g.
+ Chia mẫu trung bình thành hai phần bằng nhau, cho vào hai túi PE, buộc kín, ghimã số phân tích, ngày, tháng, tên mẫu (và các thông tin cần thiết), một túi làm mẫu lưu,một túi làm mẫu phân tích.
+ Nghiền mịn mẫu rồi qua rây 0,2 mm, trộn đều làm mẫu phân tích.
+ Các mẫu có độ ẩm cao có thể cân một lượng mẫu xác định, sấy khô ở nhiệt độ 70oC, xác định độ ẩm, nghiền mịn mẫu khô qua rây 0,2 mm làm mẫu phân tích. Lưu ý khitính kết quả phải nhân với hệ số chuyển đổi từ khối lượng mẫu khô sang khối lượng mẫuthực tế ban đầu.
+ Các mẫu không thể xử lý có thể lấy một lượng mẫu khoảng 20 g,nghiền thật mịn làm mẫu phân tích.
+ Cân khoảng 0,1 g đến 0,2 g mẫu đã được xử lý chính xác đến 0,0001 g, cóhàm lượng không quá 50 mg các bon, cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml.
+ Thêm 20,0 ml dung dịch tiêu chuẩn K2Cr2O7 M/6
+ Thêm nhanh 40 ml H2SO4 đậm đặc từ ống đong, lắc nhẹ, trộn đều. + Đặt lên tấm cách nhiệt, để yên trong thời gian 30 phút.
+ Thêm 100 ml nước cất và 10 ml H3PO4 85%, để nguội đến nhiệt độ trong phòng.
+ Tiến hành đồng thời 2 mẫu trắng, cùng cách chuẩn bị như mẫu thử c. Tính toán
+ Hàm lượng các bon hữu cơ theo phần trăm (% OC) khối lượng phân được tính theo công thức:
Trong đó:
V: Thể tích dung dịch K2Cr2O7 sử dụng tính bằng mililit (ml);
a: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu trắng tính bằng mililit (ml); b: Thể tích dung dịch muối Mohr chuẩn độ mẫu thử tính bằng mililit (ml); m: Khối lượng mẫu cân để xác định tính bằng gam (g);
3: Đương lượng gam của các bon tính bằng gam (g);
100/75: Hệ số quy đổi (do phương pháp này có khả năng oxy hóa 75% tổng lượng các bonhữu cơ).
+ Công thức chuyển đổi từ OC sang OM
% OM = % OC x 2,2
2,2: Hệ số chuyển đổi các bon hữu cơ sang chất hữu cơ
2.5.4. Phương pháp xác định khí H2S và NH3 phát sinh từ quá trình ủ xử lý chất thải rắn thải rắn
Phương pháp lấy mẫu và phân tích khí H2S và NH3 trong mẫu không khí tuân theo tiêu chuẩn ngành 10 TCN 676-2006 và 10TCN 677-2006 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn.
- Lấy mẫu phân tích nồng độ khí H2S bằng cách hấp thụ vào dung dịch cadimi hydroxit. Máy bơm lấy mẫu khí SKC Universal PCXR4 (hình 2 trên đây) được sử dụng ở tốc độ hút 1l/phút. Thời gian hút mẫu khí trong buồng cô lập là 10 phút còn trong không gian chuồng nuôi là 20 phút.
- Sau khi hiện màu bằng phản ứng với N, N-dimetyl-p-phenylendiamin sunfua và clorua Fe(III), dung dịch được đo quang trên máy DR 2500 (HACH- Mỹ) ở bước sóng 670nm.
- Lấy mẫu khí NH3 bằng cách hấp thụ trong dung dịch H2SO4 0,1 N. Máy bơm lấy mẫu khí SKC Universal PCXR4 được sử dụng ở tốc độ hút 1l/phút. Sau khi hiện màu bằng thuốc thử salicylat và hypoclorit cùng natri nitroprusside dung dịch được đo quang ở bước sóng 630 nm trên máy đo DR 2500 (HACH- Mỹ).
Tính toán nồng độ khí H2S và NH3 (X) trong không khí theo biểu thức: X ( mg/m3 ) = (A x B) x 103 /C xV0
Trong đó:
- A là nồng độ H2S (hay NH3) trong dung dịch hấp thu (mg/l) - B là tổng thể tích dung dịch mẫu thử (ml)
- C: Thể tích dung dịch lấy để phân tích (ml)
- V0 là thể tích khí đã được hút qua dung dịch hấp thu tính theo điều kiện tiêu chuẩn (lit).
2.5.6. Phương pháp vi sinh vật
Phƣơng pháp xác định Coliform
Phương pháp nhiều ống với chỉ số MPN để kiểm tra số luợng E.coli trong đất, nuớc và thực phẩm khác.
Chuẩn bị môi trường nuôi cấy (phần phụ lục). Phần dung dịch môi truờng đã chuẩn bị vào các ống nghiệm có chứa sẵn các ống Durham, mỗi ống chứa 4,5ml (hoặc 9ml) môi trường, khử trùng, đuổi hết bọt khí trong ống ra
Lấy 10g mẫu chất thải rắn cho vào bình nón chứa 90ml dung dịch đệm đã vô trùng lắc cho mẫu tan đều. Khi đó đựơc mẫu pha loãng đến nồng độ 10-1
Sử dụng pipet hút 1ml mẫu đã pha loãng ở nồng độ 10-1 vào ống nghiệm chứa 9ml dung dịch đệm đã vô trùng, ta đưọc độ pha loãng 10-2. Tiếp tục cho đến khi dung dịch mẫu đuợc pha loãng tới nồng độ thích hợp.
Bổ sung 0,5ml dung dịch mẫu đã pha loãng vào các ống nghiệm chứa môi trường coliform
Làm ở 3 nồng độ liên tiếp, mỗi nồng độ lặp lại 10 lần
Ở mỗi nồng độ: nuôi 5 ống ở 37oC (xác định coliform tổng số), 5 ống ở 45oC. Sau 24 giờ lấy ra quan sát khả năng sinh hơi(lên men) trong các ống nghiệm, ghi lại các ống duơng tính(các ống sinh hơi lên men lactoza) ở các nồng độ khác nhau, đối chiếu với bảng chỉ số MPN để xác định số luợng E.coli xuất hiện trong 1g mẫu nghiên cứu.
Phƣơng pháp xác định tổng Salmonella:
Môi trường: SS agar (Merck)
Pha loãng mẫu vật nghiên cứu đến một mức độ nhất định trong các ống nghiệm chứa 9ml nước vô trùng. Lấy 0.1 ml dịch mẫu đã pha loãng ở 3 nồng độ khác nhau cho vào các hộp peptri chứa môi trường vô trùng đã chuẩn bị trước. Dùng que trang, trang đều trên bề mặt thạch. Nuôi trong tủ ấm ở 370
C trong vòng 48 h.
Quan sát, đếm các khuẩn lạc hình thành trong các hộp thạch ở các nồng độ khác nhau (chỉ đếm các khuẩn lạc tâm có màu đen).
Mật độ vi sinh vật được xác định theo công thức sau: X = a xb x10 (CFU/g)
a: trung bình số khuẩn lạc có tâm màu đen trên đĩa thạch b: nghịch đảo nồng độ pha loãng
2.6. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
2.6.1. Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải rắn chăn nuôi bò sữa thành phân bón hữu cơ của chế phẩm vi sinh vật hữu ích Sagi Bio quy mô pilot
Lấy mẫu phân bò theo phương pháp lấy mẫu đuờng chéo (mẫu đuợc lấy ở nhiều vị trí khác nhau, sau đó trộn đều và đem bố trí thí nghiệm)
Bố trí thí nghiệm:
+ Mẫu đối chứng (ĐC): 100kg phân bò
+ Mẫu thí nghiệm (TN): 100kg phân bò+ 100g chế phẩm vi sinh Sagi Bio Các mẫu được ủ trong điều kiện tự nhiên trong nhà ủ, dùng nilong phủ kín đống ủ để giữ nhiệt độ.Các mẫu thí nghiệm đuợc kiểm tra định kì 1 tuần 1 lần và đảo trộn. Tiến hành lấy mẫu 7 ngày 1 lần để xác định nitơ tổng số, photpho tổng số và một số nhóm vi sinh vật. Còn nhiệt độ, NH3, H2S được đánh giá theo ngày. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần.
Hình 2.1.Mô hình ứng dụng chế phẩm Sagi Bio để xử lí chất thải rắn chăn nuôi bò sữa quy mô pilot
2.6.2. Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải rắnchăn nuôi bò sữa thành phân bón hữu cơ của chế phẩm vi sinh vật hữu ích Sagi Bio quy mô gia trại
+ Mẫu đối chứng (ĐC): sử dụng 2000 kg chất thải rắn từ nuôi bò sữa và không bổ sung chế phẩm Sagi Bio
+ Mẫu thí nghiệm (TN): sử dụng 2000 kg chất thải rắn từ nuôi bò sữa + 2kg chế phẩm vi sinh Sagi Bio
Các mẫu thí nghiệm được ủ thành đống có chiều rộng 2m, chiều dài 3m, chiều cao 1,5 m, dùng nilong phủ kín, mỗi tuần đảo trộn 1 lần. Lấy mẫu định kỳ để đánh giá khả năng xử lý (Hình 2.2).
Hình 2.2. Quy cách đống ủ xử lý chất thải rắn từ chăn nuôi bò sữa
Tiến hành lấy mẫu 7 ngày 1 lần để xác định nitơ tổng số, photpho tổng số và một số nhóm vi sinh vật. Còn nhiệt độ, NH3, H2S được đánh giá theo ngày.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Điều tra khảo sát hiện trạng chất thải rắn vàxử lýchất thải rắntrong chăn nuôi bò sữa tại các nông hộ huyện Ba Vì
Chất thải rắn chăn nuôi bò sữa
Kết quả điều tra khảo sát thực tế các hộ nuôi bò sữa tại xã Vân Hòa, Ba Vì cho thấy, tần suất thu gom phân thải 2 lần/ngày trước khi rửa chuồng để vắt sữa vào các thời điểm: sáng (6h) - chiều (17h). Đối với chăn nuôi bò sữa, phân thải và thức ăn thừa được các hộ thu gom riêng (86 hộ), hót và đem đi bón trực tiếp cho trồng cỏ voi làm thức ăn cho bò, đem đổ ra nơi khác để ủ phân sinh học, bán hoặc cho người khác sử dụng.
Việc khảo sát khối lượng chất thải rắn thải ra hàng ngày tại 3 chuồng bò khác nhau trong 3 ngày, để tính được trung bình khối lượng chất thải rắn chăn nuôi bò sữa bình quân (con/ngày) được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Lƣợng chất thải rắn trung bình của 1 con bò sữa trong 1 ngày tại các hộ nuôi bò sữa Chuồng Số lƣợng (con/chuồng) Ngày 1 (kg) Ngày 2 (kg) Ngày 3 (kg) Lƣợng chất thải rắn trung bình 1 ngày/1 con bò sữa (kg/ngày)
Chuồng 1 9 199 197 200 22,1
Chuồng 2 12 266 265,6 268 22,2
Chuồng 3 15 335 329 336 22,2
Trung bình 22,2
Số liệu khảo sát thực tế tại các hộ nuôi bò sữa tại Ba Vì cho thấy lượng chất thải rắn phát sinh trung bình của mỗi con bò sữa trưởng thành là 22,2 kg/ngày.
Kết quả điều tra các hình thức xử lý chất thải rắn tại các hộ nuôi bò sữa được tổng hợp tại bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các hình thức xử lý chất thải rắn chăn nuôi bò sữa qua điều tra của các hộ chăn nuôi tại huyện Ba Vì
Hình thức xử lý Số phiếu (phiếu) Phần trăm (%)
Bón trực tiếp cho cây trồng 54 60
Ủ phân 67 74,4
Phân tươi cho/bán 72 80 Biogas (nước thải) 89 98,9
Hình thức khác 9 10
- Thu gom lại một ngày rồi đem bón trực tiếp cho cỏ voi (bón khoảng 100kg/25m2)
- Ủ phân bón: Thường ủ 500-1000 kg/lần trong khoảng thời gian từ 2-3 tháng.Sau khi ủ xong phân được bón cho cỏ hoặc được đem bán với giá 1500- 2000 đồng/kg.
- Bán phân tươi: cho hoặc bán cho các hộ nuôi cá hoặc sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp.
- Đẩy xuống hố biogas để tạo ra khí biogas phục vụ sinh hoạt.
Hầu hết các hộ nuôi bò sữa không sử dụng các chế phẩm vi sinh vật trong quá trình ủ xử lý chất thải rắn, nên thời gian ủ thường kéo dài khoảng 3 tháng. Có 01 hộ sử dụng chế phẩm EM và chế phẩm Trichodermar để ủ cho quá trình trồng rau hữu cơ. Nhưng thời gian ủ vẫn kéo dài tới 2 tháng, phân sau ủ vẫn bị bết.
Để đánh giá thực trạng ô nhiễm chất thải rắn của các gia trại chăn nuôi bò sữa tại huyện Ba Vì, các mẫu chất thải rắn chăn nuôi bò sữa được lấy mẫu tại các gia trại chăn nuôi bò sữa tập trung trên địa bàn của huyện. Sau đó, các mẫu thu được chúng tôi tiến hành phân tích, đánh giá để từ đó đưa ra các phương án xử lý phù hợp với tình hình cụ thể.
Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Hàm lƣợng
Tổng hữu cơ (OM), % 60 – 70
P tổng số % 1,2 – 1,3 N tổng số % 1,5- 1,6 Độ ẩm % 75 - 80 VSV tổng số hiếu khí CFU/g 108- 109 VSV tổng số kỵ khí CFU/g 105 - 106 Xạ khuẩn CFU/g 101- 102 Salmonella CFU/g 101 -103 Nấm mốc CFU/g 101 - 2.103 Total coliform MPN/g 104- 105 Fecalcoliform MPN/g 102-103
Đặc điểm của chất thải rắn chăn nuôi bò sữa là có hàm lượng chất hữu cơ cao 70 – 80%, độ ẩm 75 – 80%, N tổng số 1,5 – 1,6%; P tổng số 1,2 – 1,3%. Bên cạnh đó, các số liệu được trình bày trên bảng 3.3 cũng cho thấy mật độ của các vi sinh vật trong mẫu chất thải rắn chăn nuôi bò sữa là rất cao như VSV tổng