1.2. Tổng quan về phương pháp thu hồi phốt pho trong chất thải chăn nuôi lợn
1.2.2. Phương pháp thu hồi phốt pho từ chất thải chăn nuôi lợn
Ngày nay, đã có nhiều cách tiếp cận rất khác nhau để thu hồi P từ chất thải.
Các cách tiếp cận này khác nhau tùy theo nguồn gốc, loại chất thải và mục đích thu hồi. Hơn 70 nhà máy thu hồi P quy mô hiện đại đang hoạt động ở Châu Âu, Bắc Mỹ và Đông Á [30].
Sau đây là tổng hợp một số phương pháp nổi bật thu hồi P hiện nay:
Phương pháp thu hồi phốt pho từ phân lợn bằng cách ủ phân để phục vụ cho trồng cây
Tận dụng hàm lượng P có trong phân lợn người ta sử dụng phân lợn để cung cấp chất dinh dưỡng cho cây.
Ủ phân là biện pháp cần thiết trước khi đem phân chuồng ra bón cho cây trồng. Bởi vì trong phân chuồng tươi còn có nhiều hạt cỏ dại, nhiều kén nhộng côn trùng, nhiều bảo tử, ngủ nghỉ của nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn và tuyến trùng gây bệnh.
Ủ phân vừa có tác dụng sử dụng nhiệt độ tương đối cao trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ để tiêu diệt hạt cỏ dại và mầm mống côn trùng, bệnh cây vừa thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ, đẩy nhanh quá trình khoáng hoá để khi bón vào đất phân hữu cơ có thể nhanh chóng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây.
Mặt khác, trong phân tươi tỷ lệ công nghệ cao, là điều kiện thuận lợi cho các loài vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ ở các giai đoạn đầu hoạt động mạnh. Chúng sẽ sử dụng nhiều chất dinh dưỡng nên có khả năng tranh chấp chất dinh dưỡng với cây.
Ủ phân làm cho trọng lượng phân chuồng có thể giảm xuống, nhưng chất lượng phân chuồng tăng lên. Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là loại phân hữu cơ được gọi là phân ủ, trong đó có mùn, một phần chất hữu cơ chưa phân huỷ, muối khoáng, các sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ, một số enzym, chất kích thích và nhiều loại vi sinh vật hoại sinh.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta với ẩm độ cao, nắng nhiều, nhiệt độ tương đối cao, quá trình phân huỷ các chất hữu cơ diễn ra tương đối nhanh… Sử dụng phân chuồng bán phân giải là tốt nhất, bởi vì ủ lâu phân ủ sẽ mất nhiều đạm.
Chất lượng và khối lượng phân ủ thay đổi nhiều tuỳ thuộc vào thời gian và phương pháp ủ phân. Thời gian và phương pháp ủ phân ảnh hưởng đến thành phần và hoạt động của tập đoàn vi sinh vật phân huỷ và chuyển hoá chất hữu cơ thành mùn, qua đó mà ảnh hưởng đến chất lượng và khối lượng phân ủ.
Để đảm bảo cho các quá trình hoạt động của vi sinh vật được tiến hành thuận lợi, nơi ủ phân phải có nền không thấm nước, cao ráo, tránh ứ đọng nước mưa. Đống
Formatted: Space After: 0 pt
phân ủ phải có mái che mưa và để tránh mất đạm. Cạnh nơi ủ phân cần có hố để chứa nước từ đồng phân chảy ra. Dùng nước phân ở hố này tưới lại đống phân để giữ độ ẩm cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho tập đoàn vi sinh vật hoạt động mạnh.
Có 3 phương pháp ủ phân: Ủ nóng được thực hiện khi lấy phân ra khỏi chuồng để ủ, phân được xếp thành từng lớp ở nơi có nền không thấm nước, nhưng không được nén. Sau đó tưới nước phân lên, giữ độ ẩm trong đống phân 60 – 70%.
Có thể trộn thêm 1% vôi bột (tính theo khối lượng) trong trường hợp phân có nhiều chất độn. Trộn thêm 1 – 2% supe lân để giữ đạm. Sau đó trát bùn bao phủ bên ngoài đống phân. Hàng ngày tưới nước phân lên đống phân.
Sau 4 – 6 ngày, nhiệt độ trong đống phân có thể lên đến 60oC. Các loài vi sinh vật phân giải chất hữu cơ phát triển nhanh và mạnh. Các loài vi sinh vật háo khí chiếm ưu thế. Do tập đoàn vi sinh vật hoạt động mạnh cho nên nhiệt độ trong đống phân tăng nhanh và đạt mức cao. Để đảm bảo cho các loài vi sinh vật háo khí hoạt động tốt cần giữ cho đống phân tơi xốp, thoáng.
Phương pháp ủ nóng có tác dụng tốt trong việc tiêu diệt các hạt cỏ dại, loại trừ các mầm mống sâu bệnh. Thời gian ủ tương đối ngắn. Chỉ 30 – 40 ngày là ủ xong, phân ủ có thể đem sử dụng. Tuy vậy, phương pháp này có nhược điểm là để mất nhiều đạm.
Phương pháp ủ nguội thực hiện khi phân được lấy ra khỏi chuồng, xếp thành lớp và nén chặt. Trên mỗi lớp phân chuống rắc 2% phân lân. Sau đó ủ đất bột hoặc đất bùn khô đập nhỏ, rồi nén chặt. Thường đống phân được xếp với chiều rộng 2 – 3 m, chiều dài tuỳ thuộc vào chiều dài nền đất. Các lớp phân được xếp lần lượt cho đến độ cao 1,5 – 2m. Sau đó trát bùn phủ bên ngoài. Do bị nén chặt cho nên bên trong đống phân thiếu oxy, môi trưởng trở nên yếm khí, khí cacbonic trong đống phân tăng. Vi sinh vật hoạt động chậm, bởi vậy nhiệt độ trong đống phân không tăng cao và chỉ ở mức 30 – 35oC. Đạm trong đống phân chủ yếu ở dạng amôn cacbonat, là dạng khó phân huỷ thành amôniăc, nên lượng đạm bị mất giảm đi
nhiều. Theo phương pháp này, thời gian ủ phân phải kéo dài 5 – 6 tháng phân ủ mới dùng được. Nhưng phân có chất lượng tốt hơn ủ nóng.
Phương pháp ủ nóng trước, nguội sau thực hiện khi phân chuồng lấy ra xếp thành lớp không nén chặt ngay. Để như vậy cho vi sinh vật hoạt động mạnh trong 5 – 6 ngày. Khi nhiệt độ đạt 50 – 60oC tiến hành nén chặt để chuyển đống phân sang Trạng thái yếm khí. Sau khi nén chặt lại xếp lớp phân chuồng khác lên, không nén chặt. Để 5 – 6 ngày cho vi sinh vật hoạt động. Khi đạt đến nhiệt độ 50 – 60oC lại nén chặt. Cứ như vậy cho đến khi đạt được độ cao cần thiết thì trát bùn phủ chung quanh đống phân. Quá trình chuyển hoá trong đống phân diễn ra như sau: ủ nóng cho phân bắt đầu ngấm, sau đó chuyển sang ủ nguội bằng cách nén chặt lớp phân để giữ cho đạm không bị mất. Để thúc đẩy cho phân chóng ngấu ở giai đoạn ủ nóng, người ta dùng một số phân khác làm men như phân bắc, phân tằm, phân gà, vịt…
Phân men được cho thêm vào lớp phân khi chưa bị nén chặt.
Ủ phân theo cách này có thể rút ngắn được thời gian so với cách ủ nguội, nhưng phải có thời gian dài hơn cách ủ nóng. Tuỳ theo thời gian có nhu cầu sử dụng phân mà áp dụng phương pháp ủ phân thích hợp để vừa đảm bảo có phân dùng đúng lúc vừa đảm bảo được chất lượng phân.
Phương pháp thu hồi P từ phân lợn bằng quy trình rửa nhanh
Phương pháp này được sử dụng thu hồi P từ phân lợn. Trong quy trình rửa nhanh, P được thu hồi từ chất rắn phân lợn bằng cách sử dụng các polymer hữu cơ.
Sau đó P được thu hồi bằng cách thêm nước vôi và chất điện ly đa hữu cơ vào dịch chiết chất lỏng để tạo thành kết tủa P chứa Ca.
Quá trình rửa nhanh tạo ra hai sản phẩm: phân rắn ít P; và nguyên liệu P thu hồi.
Comment [oh4]: Xem sửa thống nhất trên toàn bài
Quy trình rửa nhanh có thể thu hồi tới 90% lượng P từ phân lợn trong khi vẫn giữ lại phần lớn N. Do đó, Phần chất rắn có thành phần tỉ lệ N : P phù hợp cho việc trồng cây vì vậy an toàn với môi trường đất khi bón phân.
Hình 1.6. Phương pháp thu hồi P bằng quy trình rửa nhanh [31]
Thu hồi P trong nước thải chăn nuôi lợn
Hiện nay nước thải chăn nuôi lợn sau biogas thì chưa được tận dụng triệt để.
Việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữa cơ, N và P. Đa số nước thải sau biogas hiện nay là thải ra các nguồn tiếp nhận như: ao, kênh…một số được sử dụng cho tưới cây,tưới hoa màu. Phương pháp thu hồi P trong nước thải hiện nay chủ yếu thu hồi bằng phương pháp kết tủa muối phốt phát.
Có một số công trình nghiên cứu như sau:
Trong một nghiên cứu nước thải chăn nuôi lợn ở Bắc Kinh, Trung Quốc về việc thu hồi P trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp kết tủa. Nồng độ P trước khi xử lý là 60,6mg P/l, nồng độ P đầu ra sau xử lý chỉ còn 0,03mg/l, khả năng thu hồi có thể lên đến 99,96% [31] Nước thải chăn nuôi lợn được loại bỏ P bằng cách kết tủa dưới dạng canxi phốt phát. Xử lý sinh học nước thải để loại bỏ amoniac và cacbonat và tăng độ pH của nước thải bằng hợp chất chứa kim loại kiềm thổ để kết tủa P. N trong amoniac chủ yếu được chuyển thành NO3- hoặc N2, pH
Chiết xuất phốt pho chọn lọc
Tăng cường thu hồi phốt
pho Thu hồi phốt
pho Phân
lợn, nước axit
Tách Chất rắn/
Chất lỏng Chất lỏng
Phân rắn ít phốt pho
Kiềm Polyme hữu cơ
Phốt pho Khử nước Thu hồi phốt pho
Nước thải
tăng không loại bỏ đáng kể N. Lượng P được loại bỏ. Do đó, tỷ lệ N: P của nước thải, có thể được điều chỉnh trong quá trình này để phù hợp nhu cầu cây trồng. Tác giả đã thử nghiệm ba quy trình công nghệ trên các trang trại lợn cho thấy kết quả phù hợp. Ngoài việc thu hồi P, độ pH cao giúp tiêu diệt mầm bệnh trong nước thải.
Sản phẩm cuối cùng là canxi phốt phát có có khả năng tái sử dụng làm phân bón hoặc chế biến để sản xuất phốt phát cô đặc [31].
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu
Chất thải (chất thải rắn, nước thải) phát sinh từ các hoạt động chăn nuôi lợn tại xã Đỗ Động, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội.
2.1.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện tại 2 trang trại chăn nuôi lợn thịt trên địa bàn xã Đỗ Động, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội. 2 trang trại được lựa chọn nghiên cứu là trang trại của Ông Nguyễn Mạnh Hùng ở Thôn Trình Xá và trang trại của ông Nguyễn Xuân Long ở thôn Động Giả.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu
Thu thập các số liệu, dữ liệu và tổng hợp tài liệu liên quan đến các nội dung nghiên cứu:
- Các số liệu ghi trên nhãn mác bao bì sản phẩm, các số liệu thống kê về tình hình chăn nuôi lợn tại Việt Nam và trên thế giới thu thập từ các cơ quan chức năng như: Tổng cục thống kê, Cục chăn nuôi, Sở nông nghiệp và phát triển nông thôn Hà Nội, Báo cáo khoa học, Thống kê của Ban chăn nuôi thú y xã Đỗ Động,…
- Các bài báo, tài liệu trong nước và quốc tế về hàm lượng P đầu vào, P đầu ra trong hoạt động chăn nuôi lợn, và quá trình áp dụng phân tích dòng vật chất MFA.
- Các tiêu chuẩn trong lấy mẫu và bảo quản mẫu theo các tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng (TCVN 6663-1:2011; TCVN 6663-3:2016)
Formatted: Centered
2.2.2. Phương pháp điều tra, phỏng vấn, khảo sát thực địa
Điều tra thông tin về tình hình chăn nuôi lợn tất cả các cơ sở trên địa bàn được thu thập từ Ban chăn nuôi thú y xã Đỗ Động, từ đó đánh giá và lựa chọn 2 trang trại chăn nuôi lợn thịt mang tính đại diện cho khu vực để tiến hành lấy mẫu phân tích gồm: phân thải, nước thải, nguồn nước sử dụng cho chăn nuôi lợn và phỏng vấn chủ trang trại, nội dung phỏng vấn gồm những nội dung chính như sau:
Lượng thức ăn, lượng nước uống, lượng nước tắm rửa vệ sinh chuồng trại, lượng phân thải, lượng nước thải phát sinh, phương thức thu gom chất thải, liều lượng và cách thức sử dụng của thuốc thú y, vacxin trong hoạt động chăn nuôi, thời gian chăn nuôi… Kết quả điều tra được thể hiện ở phụ lục số 01.
2.2.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích mẫu - Hai trang trại được tiến hành lấy mẫu như sau:
Việc lấy mẫu chất thải là phân tích hàm lượng P trong đó. Lượng thức ăn cho lợn theo từng giai đoạn quyết định quan trọng đến hàm lượng P trong chất thải nên ta tiến hành lấy mẫu ở 3 giai đoạn tăng trưởng của lợn với nhu cầu về thức ăn khác nhau như sau: Giai đoạn từ 10 - 15 kg (nhu cầu thức ăn dưới 1kg thức ăn/con/ngày), giai đoạn từ 15 - 50 kg (nhu cầu thức ăn trên 1kg thức ăn/con/ngày), giai đoạn trên 50 kg (nhu cầu thức ăn trên 2kg thức ăn/con/ngày). Cụ thể mỗi một trang trại lấy mẫu ở 3 giai đoạn tăng trưởng của lợn như trên. Mỗi giai đoạn lấy 3 mẫu nước thải tại tại cùng một vị trí mương thu gom nước thải và 3 mẫu phân tươi tại tại cùng một vị trí chuồng nuôi để tiến hành phân tích P tổng.
- Lấy 2 mẫu nước giếng khoan sử dụng cho lợn uống, tắm và rửa chuồng trại tại 2 trang trại để tiến hành phân tích P tổng (độ sâu giếng khoảng 30-40 mét).
- Mẫu được lấy tuân theo hướng dẫn lấy mẫu và bảo quản mẫu, mẫu được đựng trong hộp nhựa sạch không có chứa hóa chất, bọc trong túi nilon đen.
Comment [oh5]: Có phụ lục câu hỏi phỏng vấn thì ghi ở đây để người đọc biết mà tìm
- Mẫu được bảo quản thường và vận chuyển ngay về phòng thí nghiệm (Phòng Công nghệ cao và Phân tích chất lượng môi trường, Công ty Cổ phần kỹ thuật môi trường Đại Việt – Giấy chứng nhận đủ điều kiện quan trắc và phân tích có số hiệuVimcerts 237). Phân tích trong vòng 7 ngày kể từ khi lấy mẫu. Phương pháp phân tích mẫu thực hiện theo các tiêu chuẩn sau:
+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6202:2008 về chất lượng nước – xác định P – phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat [23]
+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9466:2012 về chất thải rắn – Hướng dẫn lấy mẫu từ đống chất thải [24]
+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8904:2011 về chất lượng đất – xác định P tổng – phương pháp so màu [25]
Bảng 2.1. Danh sách phân tích mẫu phốt pho tổng của 2 trang trại Giai đoạn Kí hiệu mẫu
trang trại 1
Kí hiệu mẫu trang trại 2
Loại mẫu Vị trí lấy mẫu
Giai đoạn lợn từ 10- 15 kg
P(n) 1.1 P(n) 2.1
Phân tươi
Phân tươi được lấy trong
chuồng/
Nước thải được lấy tại
mương thu nước thải trong chuồng P(n) 1.2 P(n) 2.2
P(n) 1.3 P(n) 2.3 N(n) 1.1 N(n) 2.1
Nước thải N(n) 1.2 N(n) 2.2
N(n) 1.3 N(n) 2.3
Giai đoạn lợn từ 15- 50 kg
P (g) 1.1 P(g) 2.1
Phân tươi P(g) 1.2 P(g) 2.2
P(g) 1.3 P(g) 2.3 N(g) 1.1 N(g) 2.1
Nước thải N(g) 1.2 N(g) 2.2
N(g) 1.3 N(g) 2.3
Giai đoạn lợn trên 50 kg
P(x) 1.1 P(x) 2.1
Phân tươi P(x) 1.2 P(x) 2.2
P(x) 1.3 P(x) 2.3 N(x) 1.1 N(x) 2.1
Nước thải N(x) 1.2 N(x) 2.2
N(x) 1.3 N(x) 2.3 Nước cho lợn
uống, tắm rửa vệ G1 G2 Tại nguồn
nước cấp
sinh chuồng trại
2.2.4. Phân tích dòng vật chất MFA với phần mềm STAN - Phần mềm STAN được sử dụng là phiên bản 2.6.801 [37]
- Các thông số đầu vào đầu ra:
+ Đầu vào: Thức ăn, thức ăn thừa, nước, dược phẩm
+ Đầu ra: Phân thải, nước thải, xác lợn chết, thất thoát vào môi trường
- Phần mềm STAN dựa trên các số liệu tính toán từ bốn loại công thức tính toán:
+ Công thức tính toán cân bằng:
∑đầu vào = ∑đầu ra + thay đổi tổn thất
+ Công thức tính toán dựa trên hệ số luân chuyển:
đầu ra x = hệ số luân chuyển đến đầu ra x + ∑đầu vào + Công thức tính toán tổn thất:
tổn thấtgiai đoạn i+1 = tổn thấtgiai đoạn + thay đổi tổn thấtgiai đoạn i
+ Công thức tính toán dựa trên nồng độ vật chất:
Khối lượngvật chất = khối lượnghàng hóa + nồng độvật chất
Dựa trên bốn công thức trên, những dữ liệu cần thiết sẽ được sử dụng tính toán và những dữ liệu không sử dụng trong tính toán sẽ được tự động sử dụng để kiểm chứng các dữ liệu chưa biết (dữ liệu đối chiếu). Tất cả các dữ liệu hiện có trong các lớp và chu kỳ sẽ được sử dụng một cách đồng thời. Do đó, các lỗi trong quá trình tính toán sẽ được tự động phát hiện thông qua các phép kiểm tra xác suất.
Bảng 2.2. Các thông số trong tính toán nghiên cứu Stt Thông số
P tổng (P)
Các tính toán Ghi chú
1 P trong thức ăn
Tính toán dựa vào số liệu thu thập được từ bao bì sản phẩm
Các dòng có P tổng < 0,1% so với tổng lượng P thì coi như = 0 trong quá trình tính toán
2 P trong thức ăn thừa
Tính toán dựa theo khảo sát lượng thức ăn thừa thực tế
3 P trong nước giếng (uống, tắm, rửa chuồng)
Tính toán dựa vào số liệu phân tích mẫu nước giếng khoan
4 P trong dược phẩm
Tính toán dựa vào số liệu thu thập được từ bao bì sản phẩm
5 P trong phân thải
Tính toán dựa vào số liệu phân tích phân thải
6 P trong nước thải
Tính toán dựa vào số liệu phân tích nước thải
7 P tích trữ ở
lợn Nghiên cứu tài liệu tham khảo
8 P trong lợn chết
Vì thời gian có hạn và dịch bệnh kéo dài tại thời điểm thực hiện luận văn nên tác giả không có điều kiện để nghiên cứu chi tiết thông số này. Trong tính toán coi như không có lợn chết P = 0
9 P thất thoát
Tính toán dựa vào cân bằng vật chất:
Tổng vào = Tổng ra + thay đổi tổn thất (nếu có)