Tính đến năm 2013, trên địa bàn tỉnh Hải Dƣơng số hộ gia đình ở nông thôn có nhà tiêu hợp vê sinh đạt 78,6%, các hộ dân ở khu vực các thị trấn, thị xã và thành phố có hệ thống bể phốt đạt khoảng 98%. Nhƣ minh họa trong mô hình MFA, yếu tố đầu vào các công trình vệ sinh là: phân, nƣớc tiểu và một phần nhỏ của nƣớc thải sinh hoạt, tro của rơm rạ. Quá trình xử lý chất thải sinh hoạt có ba sản phẩm đầu ra: phân hoặc bùn thải trong các bể tự hoại, bể biogas; nƣớc thải và khí thải.
Các thành phần đầu vào của bể tự hoại bao gồm: phân, nƣớc tiểu và một lƣợng nƣớc dội nhất định vào bệ xí.
Các thành phần đầu vào của nhà xí hợp vệ sinh bao gồm chất thải (nƣớc tiểu, phân) và tro rơm. Tro rơm rạ đƣợc bổ sung để hút phần nƣớc thải và tránh mùi hôi thối.
Bể Biogas thì đầu vào thƣờng là phân lợn, trâu bò và phân ngƣời, sản phẩm đầu ra bao gồm bùn, nƣớc thải và khí đốt.
Hình 3.10: Dòng N từ quá trình “công trình vệ sinh” (tấn N/năm)
Từ hình 3.10, cho thấy các nguồn Nitơ chính của quá trình này là phân lợn từ các hộ chăn nuôi cho vào bể Biogas (959,11 tấn N/năm), nƣớc thải sinh hoạt từ các hộ gia đình (3.793 tấn N/năm). Tải lƣợng N trong nƣớc thải sinh hoạt đã qua các công trình vệ sinh đổ vào hệ thống thoát nƣớc (3.530 tấn N/năm), lƣợng phân và
Công trình vệ sinh (2)
0.00
AN1-2Phân WC
AN12-2Phân lợn AN14-2 Tro rơm rạ AN2-17 Khí AN2-16 Nƣớc thải và đất AN 2-0 phân AN2-14 Nƣớc tiểu AN2-3 Nƣớc thải 1.150 31,98 959,11 3.793 0.00 22,3 81,5 3.530
nƣớc tiểu không đƣợc xử lý (nhà tiêu hợp vệ sinh) tiếp tục đƣợc chuyển vào trong quá trình trồng trọt.
3.2.3.3. Quá trình “ Hệ thống thoát nước” (3)
Quá trình này bao gồm việc thu gom và tiếp nhận nhiều loại nƣớc thải (nƣớc chảy ra từ các công trình vệ sinh, nƣớc thải ở chợ, nƣớc thải nhà bếp,…) đổ vào hệ thống sông ngòi kênh rạch, khu vực nuôi trồng thủy sản và một phần thấm vào nƣớc ngầm.
Hình 3.11: Dòng N từ quá trình “Hệ thống thoát nƣớc” (tấn N/năm)
Hình 3.11 chỉ ra rằng nguồn N chủ yếu của quá trình này từ “công trình vệ sinh(2)” (3.530 tấn N/năm). N trong quá trình này có thể đi qua hệ thống thoát nƣớc tới nguồn nƣớc nuôi trồng thủy sản hoặc hệ thống sông ngòi (2.096 tấn N/năm).
3.2.3.4. Quá trình “Thu gom chất thải rắn” (4)
Quá trình này bao gồm việc thu gom rác từ chợ và các hộ gia đình. Lƣợng chất thải rắn đi vào quá trình này tƣơng ứng với tổng lƣợng rác thải hữu cơ đƣợc thải ra từ hộ gia đình và quá trình “chợ”.
Hình 3.12: Dòng N trong quá trình “Thu gom chất thải rắn” (tấn N/năm)
Nhƣ ta có thể thấy trong hình 3.12, nguồn N chủ yếu của quá trình “thu gom chất thải rắn” là rác thải ở chợ ( 9.137 tấn N/năm). Khoảng 80% lƣợng N trong rác
Thu gom chất thải rắn
(4)
879
AN6-4 Chất thải từ chợ
AN1-4 Chất thải từbếp
AN4-11chất thải rắn AN4-12CTR hữu cơ
7.716 1.049 507,64 9.137 AN3-16 Thoát nƣớc Hệ thống thoát nƣớc (3) 0.00 AN2-3 Dòng thải AN12-3 Phân lợn AN1-3 Nƣớc thải AN3-13, thoát nƣớc AN3-11, Bùn thải AN3-15 Thoát nƣớc AN17-3 Nƣớc mƣa 0,01 1.417 0,01 145,61 3.530 2.096 159,58 0,10
thải đƣợc thu gom và vận chuyển ra các bãi rác tập trung (7.716 tấn N/năm). Lƣợng rác hữu cơ (rau cỏ thừa không sử dụng đƣợc cho con ngƣời) còn lại đƣợc sử dụng cho quá trình chăn nuôi gia súc (1.049 tấn N/năm). Tỷ lệ trữ lƣợng chuyển đổi vật nuôi trong quy trình này là 879 tấn N/năm.
3.2.3.5. Quá trình “ chợ” (6)
Trong quá trình này, các sản phẩm: sản phẩm nông nghiệp, chăn nuôi gia súc gia cầm, nuôi trồng thủy … là nguồn N đầu vào cho quá trình “Chợ”. Do ngƣời dân nhập các hàng hóa: Thức ăn chăn nuôi; phân bón hóa học; thức ăn cho con ngƣời; hóa mỹ phẩm … cho nên nguồn N đi ra từ quá trình này là các sản phẩm đó và một phần chất thải rắn nhƣ: bào bì, sản phẩm bị hỏng…
Hình 3.13: Dòng N trong quá trình “Chợ” (tấn N/năm)
Hình 3.13 chỉ ra rằng lƣợng N mà khu vực nghiên cứu nhập hàng năm là trong thức ăn chăn nuôi cho cá và động vật (22.634 tấn N /năm) và phân bón hóa học (37.923 tấn N/năm). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3.6. Quá trình “bãi rác” (7)
Bãi rác là nơi chứa rác thải từ quá trình thu gom chất thải rắn và bùn của hệ thống thoát. Hiên tại, 7.715 tấn N/năm đƣợc đổ vào trong bãi rác dƣới dạng chất thải rắn từ quy trình thu gom chất thải rắn. Hiện nay, công nghệ xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại tỉnh Hải Dƣơng là chôn lấp, các bãi rác thƣờng có thiết kế nhƣ sau:
(1)Xây bằng gạch và đắp bờ bằng đất sét xung quanh bãi rác để ngăn chặn sự rò rỉ của nƣớc thải trong quá trình phân hủy của rác.
Chợ (6)
-60.025
AN12-6 Thịt gia súc, gia cầm
AN14-6 SP nông nghiệp
AN13-6 cá
AN6-4 Chất thải rắn
AN6-13 Thực phẩm thƣơng mại
AN6-14 Phân hóa học
AN6-12 TĂCN AN6-1 Thức ăn, hóa mỹ phẩm
4.361 7.822 1.609 12.073 9.137 37.923 10.561 4.124
(2)Lót 01 lớp nilon để ngăn nƣớc từ rác thải và chất độc hại ngấm vào bệ mặt và hệ thống nƣớc mặt và nƣớc ngầm gần đó.
(3)Làm rãnh thu gom nƣớc rỉ rác.
Hình 3.14: Dòng N trong quá trình “Bãi rác” (tấn N/năm)
Chúng ta có thể thấy tỷ lệ trữ lƣợng chuyển đổi thực sự cao (gần bằng lƣợng N đầu vào). Vì chất thải rắn tại khu vực nghiên cứu này không đƣợc xử lý và chỉ lƣu trữ tại bãi rác.
3.2.3.7. Quá trình “chăn nuôi” (12)
Hiện nay, khu vực tỉnh Hải Dƣơng chủ yếu chăn nuôi: lợn, gia súc và gia cầm cho nên trong nghiên cứu này chỉ đề cập đến 03 loại vật nuôi này. Nguồn N đầu vào nằm trong khẩu phần thức ăn bao gồm: thức ăn chế biến sẵn; phế phẩm nông nghiệp (rơm khô, cám gạo, cây ngô…) và thức ăn thừa (rau cỏ). Một lƣợng rơm rạ đƣợc sử dụng làm đệm lót sinh học cho vật nuôi. N đầu ra là động vật thành phẩm, chất thải của quá trình này.
Hình 4.15: Dòng N trong quá trình “ chăn nuôi” (tấn N/năm)
3.947 AN12-3 Phân từ thoát nƣớc
AN12-2 Phân lợn
AN12-13 Phân cho thủy sản AN6-12 T.ăn thƣơng mại
AN4-12 CTR hữu cơ AN14-12 T.ăn gia súc (N.N)
AN12-16 Phân gia súc AN12-17
Khí
AN12-14 Phân cho trồng trọt AN12-6 Sản phẩm chăn nuôi 1.764 10.514 6.009 1.037 406,37 152,66 915,95 7.607 4.322 Chăn nuôi (12) -1.555 Bãi rác (11) 7.715 AN4-11 CTR AN3-11 Bùn thải AN11-16 CTR 0,45 00 7.716 0,01
Nhƣ vậy, năm 2013 nguồn N trong thức ăn chăn nuôi đi vào quá trình này là 10.514 tấn N/năm. Thức ăn thừa từ hộ gia đình, phế phẩm nông nghiệp cũng là nguồn N cung cấp của vật nuôi ( 6.009 tấn N/ năm). Nguồn thải ra chủ yếu của quy trình này là phân đƣợc đƣa vào quá trình trồng trọt: 7.607 tấn N/năm. N đƣợc dự trữ trong thịt (gia súc, gia cầm và lợn) chỉ bằng khoảng ¼ tổng hàm lƣợng N trong thức ăn cho lợn với hàm lƣợng lúc đầu là 4.322 tấnN/năm.
3.2.3.8. Quá trình “ Thủy sản (13)”
Do khu vực nghiên cứu, nuôi trồng thủy sản chủ yếu là chăn thả cá, cho nên trong nghiên cứu này chỉ đề cập đến quá trình nuôi cá. Lƣợng N của đầu vào bao gồm N trong thức ăn (thức ăn chế biến sẵn, phân từ quá trình chăn nuôi, phế phẩm nông nghiệp) cũng nhƣ trong nguồn nƣớc chăn nuôi và không khí. Lƣợng N của đầu ra là cá thành phẩm, bùn nạo vét từ hồ cá. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.16: Dòng N trong quá trình “Thủy sản” (tấn N/năm)
Thức ăn chế biến sẵn cho cá là nguồn cung cấp N chủ yếu cho quá trình “thủy sản” (8.462 tấnN/năm). Mỗi năm, tại khu vực nuôi trồng thủy sản có 1.474 tấn N tích tụ trong bùn và 1.829 tấn N thải vào nguồn nƣớc chăn nuôi. Nhƣ vậy, tải lƣợng N thải vào nguồn nƣớc là tƣơng đối cao so với các quá trình khác.
3.2.3.9. Quá trình “Trồng lúa và các loại cây trồng khác” (14)
Hiện nay, diện tích đất trồng lúa chiếm đến 80% tổng diện tích đất trồng trọt, ngƣời dân thƣờng cấy hai vụ lúa: vụ chiêm; vụ mùa. Ngƣời nông dân chủ yếu bón lúa bằng phân bón hóa học (urê) và nguồn nƣớc tƣới cho trồng lúa từ hệ thống sông
AN15-13 Nƣớc cấp 1.397 AN13-6 Cá thƣơng phẩm AN13-17 Khí 0,13 Thủy sản (13) 9.401 AN6-13 T.ăn thƣơng mại
AN12-13 Phân gà AN3-13 Thoát nƣớc AN1-13 Nƣớc đen AN13- 16 Bùn thải AN13-15 Nƣớc thải 8.462 3.947 1.829 712,43 1.474 1.880 29,5
Bắc Hƣng Hải qua hệ thống kênh tƣới tiêu nội đồng. Thóc sẽ đƣợc bán ở chợ và phế phẩm nông nghiệp hay rơm rạ sẽ đƣợc sử dụng làm thức ăn cho động vật.
Hình 4.17: Dòng N trong quy trình “Trồng trọt” (tấn N/năm)
Nhƣ có thể thấy trong hình 4.17, nguồn cung cấp N chủ yếu của quá trình sản xuất nông nghiệp nhƣ: phân bón hóa học; phân của quá trình chăn nuôi và phân từ các hộ gia đình; lƣợng N từ không khí thông qua nƣớc mƣa. Hiện tại, 37.923 tấn N trong phân bón hóa học đƣợc bón vào cánh đồng lúa mỗi năm, tuy nhiên lƣợng N thất thoát vào không khí do quá trình phân hủy urê và bốc hơi của NH3 khoảng 21.995 tấnN/năm. Mặt khác, lƣợng N thải vào nƣớc mặt mỗi năm khoảng 4.930 tấnN/năm.
3.2.4 Đánh giá các thông số trong mô hình MFA
Từ các báo cáo của địa phƣơng, dữ liệu thống kê và tài liệu khoa học, các thông số thô đầu tiên đã đƣợc thu thập. Hơn thế nữa, độ không chắc chắn của dữ liệu cần đƣợc tính toán, giá trị thông số đƣợc coi nhƣ xác xuất những thông số này sau đó đƣợc đánh giá lại bởi các chuyên gia và đƣợc so sánh tiêu chuẩn phù hợp (phần 3.2.5), việc đánh giá thông số là một quy trình lặp đi lặp lại liên tục. Sau khi nhận số liệu đầu ra đầu tiên từ số liệu đầu vào là những thông số thô đầu tiên, những thông số độ nhậy nhất định đƣợc tìm ra và đánh giá lại một cách chính xác hơn.
Trông lúa và các loại cây trồng khác (14) 9.226 AN17-14 Nƣớc mƣa
AN6-14 Phân hóa học
AN12-14 Phân từ chăn nuôi
AN2-14 Phân từ HGĐ AN15-14 Nƣớc mặt AN14-16 nƣớc thấm AN14-15 Nƣớc thải AN14-17 Khí
AN14-6 SP nông nghiệp
AN14-2 Tro rơm rạ
AN14-12 Thức ăn vật và làm đệm lót cho động vật 37.923 7.607 81 5.783 3.034 4.930 6.010 32 7.822 1.711 21.995
3.2.5 Phân tích độ nhạy của các thông số trong mô hình MFA
Phân tích độ nhạy cho phép quyết định những thông số độ nhạy cao nhất gây ra biến đổi lớn, để lựa chọn những thông số yêu cầu có sự đánh giá chính xác hơn và để giảm độ không đảm bảo đo trong mô hình. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định những thông số có tác động lớn tới các nguồn bên dƣới:
+ Lƣợng N thải vào nƣớc mặt
+ Lƣợng N thải vào hệ thống thoát nƣớc
3.2.5.1 Dòng N chảy vào nước mặt
Vai trò quan trọng của các công trình vệ sinh, lƣợng phân bón của quá trình trồng trọt và quá trình chăn nuôi đối với sự ô nhiễm nƣớc mặt đƣợc minh họa trong phần này. Có ba nguồn N chính từ địa điểm nghiên cứu tới nƣớc mặt: Nƣớc thải từ hệ thống thoát nƣớc (A3-15), nƣớc thải từ nuôi trồng thủy sản (AN13-15) và nƣớc thải từ ruộng lúa (AN14-15). Mặt khác, nƣớc thải trong hệ thống thoát nƣớc chảy ra từ nƣớc thải của hộ gia đình (A1-3), nƣớc thải của công trình vệ sinh (A2-3) và nƣớc thải chăn nuôi gia súc (A12-3). Bên cạnh đó, nƣớc thải trong nuôi trồng thủy sản bắt nguồn từ thức ăn công nghiệp (AN6-13), phụ phẩm nông nghiệp và phân (AN12-13). Nhƣ vậy, phƣơng trình cho tổng N trong nƣớc thải của địa điểm nghiên cứu xả vào nƣớc mặt là:
AN (nƣớc mặt) = AN3-15 + AN13-15 + AN14-15
Tác động của các thông số về việc xả N vào nƣớc mặt đƣợc đánh giá bằng cách tăng 10% của các thông số tƣơng ứng trong khi vẫn giữ nguyên các thông số khác. Các kết quả đƣợc thể hiện trong hình. 3.18.
Hình 3.18: Ảnh hƣởng của việc tăng 10% của các thông số đối với dòng N chảy vào nƣớc mặt
Nhƣ minh họa trong hình 3.18, các thông số chính xác nhất là: hàm lƣợng N trong thức ăn chế biến sẵn cho cá (CN, fish_feed), tỷ lệ chuyển đổi thức ăn cho cá (r fer_fish) và sản lƣợng cá (cá y). Những thông số này cao hơn những thông số khác ít nhất 2,1 lần. Các thông số chính xác nhất là N bình quân trên đầu ngƣời trong nƣớc xám (aN_grey), tỷ lệ nƣớc đen xám vào bể tự hoại (rgrey_ST) và tỷ lệ nƣớc xám chảy vào hệ thống nuôi trồng thủy sản (rgrey_AC) với tỷ lệ phần trăm nhỏ hơn 0,01%. N trong phân lợn (rNlosses_man_pigs), kết quả của các thông số đối với dòng N vào nƣớc mặt chứng minh cho tỷ lệ âm (-0,22%). Ảnh hƣởng của vật nuôi đối với dòng N dòng nhỏ hơn 12 lần so với sản xuất nông nghiệp ( 0.48%) và nuôi trồng thủy sản ( 5.86%).
Theo hình 3.18, lƣợng thức ăn chế biến sẵn cho cá (CN, fish_feed), sản lƣợng cá (y fish), diện tích trồng lúa gạo (S_rice), cũng nhƣ lƣợng phân bón (aN_fer) có tác động lớn hơn những thông số khác. Kiểm soát diện tích trồng lúa gạo ( S_rice) và nuôi trồng thủy sản (CN, thức ăn cho cá và sản lƣợng cá) là một cách để kiểm soát lƣợng N thải vào nƣớc mặt.
3.2.5.2 Dòng N chảy vào hệ thống thoát nước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nƣớc thải của hệ thống thoát nƣớc bao gồm nƣớc thải sinh hoạt của các hộ gia đình, nƣớc thải từ công trình vệ sinh và phân lợn đi vào hệ thống thoát nƣớc. Do đó, N chảy vào hệ thống thoát nƣớc có thể đƣợc tính toán theo công thức:
AN (thoát nƣớc) = AN1-3 + AN2-3 + AN12-3
Các thông số sau đây có ảnh hƣởng quan trọng đối với N chảy vào hệ thống thoát nƣớc: số lƣợng dân cƣ (n), N trong nƣớc thải (aN, màu đen), N bình quân trên đầu ngƣời trong chất thải (aN_excreta), tỷ lệ ngƣời dân đƣợc trang bị bể tự hoại (rST), nhà vệ sinh không có bể phốt (rPF), nhà vệ sinh có hệ thống bể biogas (rBG), yếu tố tần xuất của bể tự hoại và nhà vệ sinh đƣợc làm sạch phân bùn, hệ số chuyển đổi N trong bùn từ bể tự hoại và nhà vệ sinh (kN (ST), fs và kN (PF), fs), số lợn (n lợn), tỷ lệ nƣớc thải vào bể phốt (rgrey_ST), tỷ lệ nƣớc thải chảy vào hệ thống nuôi trồng thủy sản (rgrey_AC), tỷ lệ khí N mất đi: N trong phân lợn (rNlosses_man_pigs), tỷ lệ phân lợn đi vào hệ thống thoát nƣớc và khí sinh học (r man_drain, man_biogas r), N tải trong phân lợn (aN, man), và tỷ lệ nƣớc thải bể phốt xả vào hệ thống thoát nƣớc (rSTeffluent_drain)
Tác động của các thông số về việc xả N vào hệ thống thoát nƣớc đƣợc đánh giá bằng cách tăng 10% của các thông số tƣơng ứng trong khi vẫn giữ nguyên các thông số khác. Các kết quả đƣợc thể hiện trong hình 3.19.
Hình 3.19: Ảnh hƣởng của việc tăng 10% của các thông số đối với dòng N chảy vào hệ thống thoát nƣớc
Hình 3.19 cho thấy các thông số nhạy nhất là: số lƣợng dân cƣ (n), N tải trong chất thải (aN, chất thải), tỷ lệ hộ gia đình sử dụng bể tự hoại (rST) và tỷ lệ nƣớc thải bể phốt xả vào hệ thống thoát nƣớc (rSTeffluent_drain) với tỷ lệ phần trăm ít nhất là 4,13%. Mặt khác, các thông số bao gồm: tỷ lệ nƣớc thải vào bể phốt (rgrey_ST), tỷ lệ nƣớc thải vào nuôi trồng thủy sản (rgrey_AC), yếu tố tần số hút bùn thải của bể tự hoại và nhà vệ sinh (fFR), hệ số chuyển đổi N trong phân bùn từ bể tự hoại và nhà vệ sinh (kN (ST), fs và kN (PF), fs), N trong nƣớc xám (aN, màu xám) có ảnh hƣởng ít nhất đến dòng N chảy vào hệ thống thoát nƣớc với giá trị tuyệt đối nhỏ hơn 0,05%.
Bên cạnh đó, hệ số chuyển đổi N trong phân bùn từ bể tự hoại và nhà vệ sinh (kN (ST), fs và kN (PF), fs) và tỷ lệ N mất đi: N trong phân lợn (rNlosses_man_pigs) có tác động tiêu cực làm giảm lƣợng N chảy vào hệ thống thoát nƣớc. Trong nhóm này, N trong phân lợn (rNlosses_man_pigs) có tác động lớn nhất với tỷ lệ phần trăm là -1,43%.
Tăng tỷ lệ hộ gia đình đƣợc trang bị bể tự hoại và tỷ lệ nƣớc thải bể phốt xả vào hệ thống thoát nƣớc sẽ làm tăng lƣợng N chảy vào hệ thống thoát nƣớc. Kết
quả là, giảm tỷ lệ của nƣớc thải bể tự hoại là một cách hiệu quả để giảm N vào môi trƣờng.
3.2.6 Mô hình MFA với N cho Hải Dương
Từ các kết quả thu đƣợc ở trên, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình MFA xác định tải lƣợng N trong các quá trình chuyển hóa cho khu vực tỉnh Hải Dƣơng tại hình 3.20. Ở hình này, chúng tôi chỉ thể hiện các dòng chảy N có tải lƣợng