Đánh giá hiện trạng và nghiên cứu sử dụng bèo tây xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại thành phố Thái Nguyên

Hầu hết với các trang trại quy mô nhỏ, nước thải chăn nuôi không được xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ mà được thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nguồn nước mặt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -

NGUYỄN THỊ MINH HUỆ

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NGHIÊN CỨU

SỬ DỤNG BÈO TÂY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẠI THÀNH PHỐ

THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2012

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực, đầy đủ, rõ nguồn gốc và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn

Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận văn, trước khoa và nhà trường về các thông tin, số liệu trong đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 09 năm 2012

Người viết cam đoan

Nguyễn Thị Minh Huệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM -

NGUYỄN THỊ MINH HUỆ

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NGHIÊN CỨU

SỬ DỤNG BÈO TÂY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẠI THÀNH PHỐ

Tôi xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên, Viện Khoa học Sự sống đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên khuyến khích và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp

đã quan tâm động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn học viên để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 09 năm 2012

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Minh Huệ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Đối tượng nghiên cứu 2

1.5 Ý nghĩa của đề tài 2

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Khái quát về tình hình chăn nuôi ở Việt Nam 3

1.1.1 Hiện trạng chăn nuôi 3

1.1.2 Định hướng phát triển chăn nuôi tại Việt Nam 3

1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi 5

1.3 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường đến năng suất chăn nuôi 5

1.4 Tổng quan về chất thải và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi lợn 10

1.4.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn 10

1.4.2 Tổng quan về quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới 16

1.4.3 Tình hình về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam 14

1.5 Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi 23

1.5.1 Các phương pháp vật lý xử lý nước thải chăn nuôi 23

1.5.2 Các phương pháp hóa học xử lý nước thải chăn nuôi 23

1.5.3 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải chăn nuôi 23

1.5.4 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thuỷ sinh thực vật 27

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 34

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34

2.1.3 Địa điểm thực hiện của đề tài 34

2.1.4 Thời gian tiến hành 34

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.3 Phương pháp nghiên cứu 34

2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 34

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu từ trang trại chăn nuôi 34

2.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 36

2.3.4 Phương pháp đánh giá mức độ xử lý nước thải chăn nuôi của cây Bèo tây 36

2.3.5 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 36

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của TP Thái Nguyên 37

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 37

3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 38

3.2 Đánh giá hiện trạng chăn nuôi lợn tại khu vực TP Thái Nguyên 41

3.2.1 Tình hình phát triển trang trại chăn nuôi lợn tại Thái Nguyên 42

3.2.2 Hệ thống nông nghiệp trong các trang trại tại Thái Nguyên 44

3.3 Đánh giá thực trạng việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn tại TP Thái Nguyên 45

3.3.1 Lượng chất thải rắn, nước thải trong chăn nuôi lợn tại một số trang trại trên địa bàn TP Thái Nguyên 45

3.3.2 Các biện pháp quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang được áp dụng tại các trang trại TP Thái Nguyên 46

3.3.3 Thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn của một số trang trại tại TP Thái Nguyên 48

3.4 Nghiên cứu sử dụng Bèo tây xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Thái Nguyên 50

3.4.1 Hiệu quả xử lý của Bèo tây khi nuôi trồng trong nước thải chăn nuôi 51

3.4.2 Biện pháp sử dụng Bèo tây xử lý chất thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý bằng Biogas 52

3.4.3 Biện pháp sử dụng bèo tây xử lý chất thải chăn nuôi lợn sau xử lý bằng bể lắng 53

3.4.4 So sánh hiệu quả xử lý của bèo tây với các loại nước thải khác nhau 55

3.5 Đề xuất giải pháp xử lý nước thải tại các trang trại chăn nuôi lợn ở TP Thái Nguyên 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

1 Kết luận 62

2 Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 1.1 Các bệnh điển hình liên quan đến chất thải chăn nuôi 8

Bảng 1.2 Lượng phân và nước tiểu của 1 số gia súc, gia cầm thải ra trong 24h 10

Bảng 1.3 Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm 11

Bảng 1.4 Các loại vi khuẩn có trong phân 12

Bảng 1.5 Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg 13

Bảng 1.6 Số trang trại phân theo địa phương 17

Bảng 1.7 Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu 30

Bảng 1.8 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý 32

Bảng 2.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hoá học trong nước thải 35

Bảng 3.1 Số lượng đàn lợn của TP Thái Nguyên qua các năm 42

Bảng 3.2 Số trang trại và số lượng lợn phân theo phường/xã tại TP Thái Nguyên năm 2011 43

Bảng 3.3 Các hệ thống được áp dụng trong trang trại tại Thái Nguyên 44

Bảng 3.4 Khối lượng chất thải rắn và nước thải bình quân hàng ngày của các trang trại chăn nuôi lợn ở Thái Nguyên 45

Bảng 3.5 Tình hình ứng dụng các phương pháp xử lý chất thải tại các trang trại ở TP Thái Nguyên năm 2011 46

Bảng 3.6 Phương pháp xử lý và sử dụng chất thải lỏng tại các trang trại ở TP Thái Nguyên 48

Bảng 3.7 Kết quả phân tích nước thải theo các hình thức xử lý chất thải chăn nuôi đang áp dụng tại các trang trại ở TP Thái Nguyên 50

Bảng 3.8 Hiệu quả làm sạch của Bèo tây với nước thải chăn nuôi chưa được xử lý 51

Bảng 3.9 Hiệu quả làm sạch của Bèo tây với nước thải chăn nuôi sau xử lý Biogas 53

Bảng 3.10 Hiệu quả làm sạch của bèo tây với nước thải chăn nuôi sau xử lý bằng bể lắng 54

Bảng 3.11 Tính toán lượng thải và xác định dung tích bể Biogas 59

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới 15 Hình 1.2 Phân loại phương pháp xử lý sinh học 25 Hình 1.3 Mô hình xử lý hiếu khí (Aeroten) nước thải chăn nuôi 27 Hình 3.1 Số lượng trang trại lợn phân theo phường/xã tại TP Thái Nguyên năm

2011 44 Hình 3.2 Tỷ lệ ứng dụng các phương pháp xử lý chất thải tại các trang trại ở TP Thái Nguyên năm 2011 47 Hình 3.3 Mục đích sử dụng nước thải chăn nuôi lợn của các trang trại tại TP Thái Nguyên 48 Hình 3.4 Hiệu quả xử lý N tổng số, P tổng số của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi 56 Hình 3.5 Hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi 56 Hình 3.6 Hiệu quả xử lý Pb, Cd, As của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi 57

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 BOD5 Nhu cầu oxy sinh hóa

2 COD Nhu cầu oxy hóa học

3 DO Hàm lượng oxy hòa tan trong nước

4 FAO Tổ chức Nông Lương Thế giới

5 NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

6 QCVN Quy chuẩn Việt Nam

7 TCCP Tiêu chuẩn cho phép

8 TP Thành phố

9 TT Trang trại

10 WHO Tổ chức Y tế Thế giới

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Chăn nuôi cùng với trồng trọt là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp, nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người nông dân hiện nay Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với Việt Nam khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp

Sự gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm ngày càng cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ Những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển khá mạnh về cả số lượng lẫn quy mô Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ, thiếu quy hoạch, nhất là các vùng dân cư đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật

Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, các chi phí phòng trị bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế, sức đề kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh Vì vậy, WHO khuyến cáo phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe các đàn giống Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường do vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh các loại dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1

Theo tính toán thì lượng chất thải rắn mà các vật nuôi có thể thải ra (kg/con/ngày) với bò là 10, trâu là 15, lợn là 2, gia cầm là 0,2 [6] Do vậy, hàng năm đàn vật nuôi Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn và 25 -

30 triệu khối chất thải lỏng Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn), 80% chất thải lỏng (20 – 24 triệu m3) xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Ước tính với cách quản lý,

sử dụng như hiện nay sẽ phát thải vào không khí khoảng 0,24 tấn CO2/ 1 tấn phân

chuồng tươi, quy đổi thì với tổng khối chất thải nêu trên sẽ phát thải vào không khí 17,52 triệu tấn CO2 Các chuyên gia môi trường đã chỉ ra rằng, chất thải trong chăn nuôi gây ra 18% khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên, lớn hơn cả phần do giao thông vận tải gây ra [13]

Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, điều đó tạo nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân ở gần các trang trại Hầu hết với các trang trại quy mô nhỏ, nước thải chăn nuôi không được xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ mà được thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến điều kiện

vệ sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng

Xuất phát từ thực tế đó, tôi tiến hành đề tài: “Đánh giá hiện trạng và nghiên

cứu sử dụng Bèo tây xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại thành phố Thái Nguyên”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Điều tra, đánh giá thực trạng các biện pháp xử lý chất thải tại các trang trại chăn nuôi lợn ở TP Thái Nguyên

- Nghiên cứu biện pháp xử lý chất thải lỏng phù hợp với điều kiện các trang trại chăn nuôi lợn tại Thái Nguyên

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện trên địa bàn thành phố Thái Nguyên

1.4 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải chăn nuôi lợn từ các trang trại

- Thực vật thuỷ sinh: Bèo tây có tên khoa học là Echihornia crassipes

1.5 Ý nghĩa của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát về tình hình chăn nuôi ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng chăn nuôi

Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh Tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn 2001 – 2006 đạt 8,9% Tổng đàn trâu, bò từ 6,7 triệu con năm 2001 tăng lên 9,7 triệu con năm 2007 (tăng 7,4%/năm) Trong đó, đàn bò sữa tăng bình quân 15,0%/năm, đàn bò thịt tăng 9,7%/năm và đàn trâu tăng 1,1%/năm; đàn lợn tăng từ 21,8 triệu con năm 2001 lên 26,6 triệu con năm

2007 (tăng 3,3%/năm); đàn gia cầm trước khi có dịch cúm tăng mạnh từ 218 triệu con năm 2001 lên 254 triệu con năm 2003 (tăng 8,4%/năm)

Chăn nuôi nước ta thời gian qua chủ yếu vẫn là phân tán nhỏ lẻ, tập trung chủ yếu ở các hộ nông dân với 2 - 3 con trâu bò, 5 - 10 con lợn và 20 – 30 con gia cầm/hộ Những năm gần đây, chăn nuôi phát triển theo xu hướng trang trại, tập trung sản xuất hàng hóa Tính đến tháng 10/2006 cả nước có 17.721 trang trại và chủ yếu phát triển ở các tỉnh vùng Đông Nam Bộ, đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng Trong đó: có 7.475 trang trại chăn nuôi lợn, với 2.990 trang trại nuôi lợn nái Số trang trại chăn nuôi gia cầm là 2.837 trang trại Số trang trại chăn nuôi bò là 6.405 trang trại, trong đó 2.011 trang trại chăn nuôi bò sữa Số trang

trại chăn nuôi trâu là 247 trang trại, số trang trại chăn nuôi dê là 757 trang trại [15]

Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO): Ngành chăn nuôi đến năm 2020 vẫn tiếp tục phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm đảm bảo cho sức khỏe cộng đồng và gia tăng dân số Sản xuất chăn nuôi đang có xu hướng chuyển dịch từ các nước phát triển sang các nước đang phát triển, từ phương Tây sang các nước Châu Á Thái Bình Dương Châu Á đã trở thành khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất Sự thay đổi về chăn nuôi ở khu vực này

có ảnh hưởng quyết định đến “cuộc cách mạng” về chăn nuôi trên toàn cầu Nhu cầu tiêu thụ thịt, sữa cho xã hội tăng nhanh ở các nước đang phát triển, ước tính tăng khoảng 7 – 8%/năm Cũng như các nước trong khu vực, chăn nuôi Việt Nam đứng trước yêu cầu vừa phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu

tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu Chăn nuôi phải phát triển bền vững gắn với nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, khả năng cạnh tranh và bảo vệ môi trường là xu hướng tất yếu hiện nay Dự kiến mức tăng trưởng bình quân giai đoạn 2010 – 2015 đạt khoảng 6 – 7% và giai đoạn 2015 – 2020 đạt khoảng 5 – 6% năm [15].

Theo Bộ NN&PTNT, 6 tháng đầu năm 2011, tình hình chăn nuôi trên cả nước đang đi vào ổn định sau thiên tai và dịch bệnh Xu hướng chăn nuôi quy mô lớn đang được quan tâm, chăn nuôi nông hộ giảm dần Hiện ngành nông nghiệp đang chỉ đạo việc quy hoạch phát triển chăn nuôi theo các vùng sinh thái và theo sản phẩm chăn nuôi trên phạm vi cả nước, bảo đảm phát triển chăn nuôi theo hướng bền vững Bên cạnh đó, ngành chăn nuôi vẫn phải đối mặt với rất nhiều khó khăn

do tình hình thiên tai, dịch bệnh xảy ra Trong các đợt rét đậm, rét hại kéo dài từ cuối năm 2010 đến tháng 2/2011 và một số đợt rét đậm bất thường sau đó cho đến cuối tháng 3/2011 đã làm chết gần 100 ngàn trâu, bò và gia súc ăn cỏ Ngoài ra còn xuất hiện trở lại các loại dịch bệnh như dịch lở mồm long móng, dịch cúm gia cầm, dịch tai xanh Theo số liệu thống kê sơ bộ về tình hình sản xuất chăn nuôi, tính đến nay, đàn lợn trên cả nước có khoảng 26,3 triệu con, giảm 3,71% so với cùng kỳ năm 2010; đàn trâu, bò có hơn 8,5 triệu con, giảm 4,6%; đàn gia cầm có 293,77 triệu con, tăng 5,87% so với cùng thời điểm năm trước [2]

1.1.2 Định hướng phát triển chăn nuôi tại Việt Nam

Trong số các nước thuộc khối ASEAN, Việt Nam là nước chịu áp lực về đất đai lớn nhất Tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa đã làm giảm diện tích đất nông nghiệp Để đảm bảo an toàn về lương thực và thực phẩm, biện pháp duy nhất

là thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát triển

Theo “Chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020” thì:

- Phát triển ngành chăn nuôi trở thành ngành sản xuất hàng hóa, từng bước đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu

- Tổ chức lại sản xuất ngành chăn nuôi theo hướng gắn sản xuất với thị trường, bảo đảm an toàn dịch bệnh, vệ sinh thú y, bảo vệ môi trường và cải thiện

điều kiện an sinh xã hội, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả và vệ sinh

Theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 về việc phê duyệt Chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 thì mục tiêu của ngành chăn nuôi đến năm 2020 là:

- Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương thức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu

- Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%, trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%

- Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi

- Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại, công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường

- Đối với ngành chăn nuôi lợn, định hướng phát triển nhanh quy mô đàn lợn ngoại theo hướng trang trại, công nghiệp ở nơi có điều kiện về đất đai, kiểm soát dịch bệnh và môi trường; duy trì ở quy mô nhất định hình thức chăn nuôi lợn lai, lợn đặc sản phù hợp với điều kiện chăn nuôi của nông hộ và của một số vùng

- Tổng đàn lợn tăng bình quân 2,0% năm, đạt khoảng 35 triệu con, trong đó đàn lợn ngoại nuôi trang trại, công nghiệp 37% [22]

1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi

Chất thải chăn nuôi là nguyên nhân gây ô nhiễm lớn cho môi trường tự nhiên

do lượng lớn các khí thải và chất thải từ vật nuôi Các khí thải từ vật nuôi cũng chiếm tỷ trọng lớn trong các khí thải gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo của Tổ

chức Nông Lương Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nitơ oxit (N2O) trong khí quyển Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí

CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 23 lần khí CO2 Theo số liệu ước tính của Cục Chăn nuôi, tổng số chất thải rắn hằng năm từ đàn gia súc, gia cầm ở Việt Nam khoảng 73 - 76 triệu tấn Phần lớn chất thải chăn nuôi được sử dụng làm phân bón Tuy nhiên trước khi đưa vào sử dụng, việc xử lý chất thải chăn nuôi có sự khác nhau theo quy mô chăn nuôi Với quy mô chăn nuôi trang trại và gia trại thì việc xử lý chất thải được coi trọng hơn, còn tại các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ gắn với sản xuất nông nghiệp, chất thải chăn nuôi chủ yếu được vận chuyển trực tiếp từ chuồng nuôi ra ngoài đồng bón cho cây trồng,

số lượng được xử lý rất ít Theo kết quả điều tra chăn nuôi lợn tại 8 vùng sinh thái,

số gia trại, trang trại chăn nuôi lợn có áp dụng các biện pháp xử lý chất thải chiếm khoảng 74%, còn lại không xử lý chiếm khoảng 26%; trong các hộ, các cơ sở có xử

lý thì 64% áp dụng phương pháp sinh học (Biogas, ủ v.v ), số còn lại 36% xử lý bằng phương pháp khác

Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương trong vùng làm nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt (nước giếng trong vùng có váng, mùi hôi tanh), tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẫn ngứa và ghẻ lở cao Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường sống khu dân cư mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến kết quả sản xuất chăn nuôi Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở nhiều nơi trên cả nước Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầu nguồn nước v.v còn khá phổ biến đã làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm chất lượng nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp trên vùng rộng lớn Ô nhiễm môi trường còn làm phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả chăn nuôi Trong hơn mười năm qua, từ 1997 đến nay, dịch lở mồm long móng trên gia súc đã diễn ra thường xuyên và đến nay chưa được khống chế triệt để Từ cuối năm 2003, dịch cúm gia cầm đã bùng phát Từ năm 2003 đến

nay, dịch đã tái phát 5 đợt, đã phải tiêu huỷ trên 51 triệu gia cầm các loại, thiệt hại ước tính lên đến hàng ngàn tỷ đồng Từ đầu năm 2007 đã bùng phát hội chứng rối loạn hô hấp và sinh sản (bệnh tai xanh - PSSR) trên lợn, gây tổn thất lớn cho ngành chăn nuôi, gây mất an toàn thực phẩm và còn có nguy cơ lây nhiễm sang người nguy hiểm không kém bệnh cúm gia cầm, bệnh lở mồm long móng

Rõ ràng ngành chăn nuôi phát triển nếu không đi kèm với các biện pháp xử

lý chất thải sẽ làm môi trường sống của con người xuống cấp nhanh chóng Môi trường bị ô nhiễm lại tác động trực tiếp vào sức khoẻ vật nuôi, phát sinh dịch bệnh, gây khó khăn trong công tác quản lý dịch bệnh, giảm năng suất không thể phát triển bền vững [15]

Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu không có biện pháp thu gom

và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người

Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi gây ra Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức Nồng độ khí H2S và NH3cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa E.coli, COD và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép

Ô nhiễm môi trường khu vực trại chăn nuôi do sự phân huỷ các chất hữu cơ

có mặt trong phân và nước thải của lợn cũng rất phổ biến Khí thải chăn nuôi bao gồm hỗn hợp nhiều loại khí trong đó có trên 40 loại gây mùi, chủ yếu là H2S và

NH3 Trong điều kiện kỵ khí cộng với sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion sunphat (SO42-) thành sunphua (S2-) Trong điều kiện bình thường thì H2S là một trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu

và mùi

Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các

cấp quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như không kìm hãm sự phát triển của ngành [9]

1.3 Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường đến năng suất chăn nuôi

Tình hình dịch bệnh bùng phát trên quy mô rộng ngày càng tăng, dịch bệnh

có nhiều nguyên nhân và từ nhiều nguồn khác nhau: do vius, vi khuẩn, ký sinh trùng Vì vậy để hạn chế các nguyên nhân gây bệnh trên, ô nhiễm môi trường chuồng nuôi là vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay

Chất lượng không khí trong chuồng nuôi rất quan trọng, gia súc hít vào phổi những chất độc hại gây viêm nhiễm đường hô hấp làm ảnh hưởng đến sự tăng trưởng Phân và nước thải không được thu gom xử lý sẽ phân hủy gây ô nhiễm môi trường không khí ảnh hưởng đến năng suất chăn nuôi Môi trường chăn nuôi bao gồm yếu tố: khí amoniac (NH3), hydro sunfua (H2S), nhiệt độ, độ ẩm, bụi và các khí gây mùi hôi thối khác.Nếu những yếu tố này vượt chỉ tiêu sẽ rất nhiều nguy hại [9]

- Khí amoniac (NH3) là chất được sinh ra từ nước tiểu hay đạm dư thừa trong phân, nếu hàm lượng NH3 trong chuồng khoảng 25 phần triệu sẽ gây ra cay mắt, ho, giảm khả năng chống bệnh; 50 phần triệu lợn sẽ giảm tăng trọng 12%, gây nhức đầu; 100 phần triệu giảm tăng trọng 30%, gây rát họng, chảy nước mắt Do vậy hàm lượng tối đa cho phép là 25 phần triệu Để khắc phục khí NH3 phải dọn dẹp vệ sinh,

di chuyển phân hàng ngày đến nơi quy định có hố ủ [25]

- Hydro sunfua (H2S) là chất khí bay hơi, rất độc, có mùi thối đặc trưng (chỉ với hàm lượng nhỏ 0,001 – 0,002 đã phát hiện thấy mùi) H2S là sản phẩm của quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh Thức ăn giàu protein, tiêu hóa kém, H2S sẽ được sinh ra nhiều trong đường tiêu hóa của gia súc Trúng độc H2S nguy hiểm không kém gì trúng độc HCl H2S sau khi xâm nhập vào cơ thể (chủ yếu qua đường hô hấp) sẽ được kiềm hóa trên dịch nhầy niêm mạc thành muối natri sulfit (Na2S) Muối này đi vào máu và được thủy phân để tạo ra H2S gây kích ứng

hệ thần kinh trung ương, làm tê liệt hô hấp, tuần hoàn Trong chuồng nuôi, H2S bền trong không khí ẩm, trên bề mặt ẩm ướt của vách, mái nên rất nguy hiểm cho sức khỏe vật nuôi Ảnh hưởng cục bộ có thể kể đến khí H2S gây viêm giác mạc, kết mạc

mắt, viêm dạ dày, ruột [4].

- Nhiệt độ chuồng nuôi: Lợn có nhu cầu nhiệt độ khác nhau ở các giai đoạn khác nhau, nếu nhiệt độ nóng hoặc lạnh quá mức cho phép sẽ có một số triệu chứng thường thấy ở lợn như đi phân bừa bãi, cắn tai đuôi nhau, lông thô xù, tăng tỷ lệ bệnh và chết Ảnh hưởng của điều kiện cách nhiệt trần nhà và tường chắn, sàn nền chuồng, gió lùa cũng rất rõ rệt với lợn

+ Trường hợp quá lạnh, lợn bị xù lông, nằm chồng đống lên nhau, lợn con bị mất nhiệt, thiếu hụt năng lượng dễ bị tiêu chảy Cứ lạnh quá 10C so với nhiệt độ cho phép lợn sẽ phải ăn thêm một khối lượng thức ăn để chống lạnh Do vậy ta phải có

hệ thống phông rèm để che chắn gió mưa tạt, các cửa phải được đóng kín, đối với lợn con theo mẹ và sau cai sữa tạo ra ô ủ úm và đèn sưởi

+ Trường hợp nóng quá, lợn giảm ăn, giảm tăng trọng và tỷ lệ sinh sản Đối với lợn choai và thịt, cứ 30C tăng hơn so với nhiệt độ thích hợp lợn giảm ăn và giảm tăng trọng 10- 15%; lợn nái nuôi con giảm ăn từ 0,5- 1,8 kg thức ăn, tỷ lệ nái hao mòn cao, giảm trọng lượng con cai sữa và kéo dài thời gian khô nái Với lợn đực giống, nhiệt độ từ 260C trở lên đã phải làm mát cho đực, nóng quá con đực sẽ giảm lượng tinh và chất lượng tinh, tuỳ theo mức độ nóng thời gian bị ảnh hưởng có thể kéo dài từ 2- 7 tuần sau đó [25]

- Độ ẩm chuồng nuôi: Độ ẩm tương đối từ 55 – 85%, mức độ ảnh hưởng đến

cơ thể chưa rõ rệt nhưng khi độ ẩm > 90% sẽ gây ảnh hưởng rất lớn Bất kỳ nhiệt độ không khí cao hay thấp, chuồng trại ẩm ướt đều không tốt Khi nhiệt độ thấp, ẩm độ cao làm tăng sự tỏa nhiệt, gia súc dễ bị nhiễm lạnh làm giảm sức đề kháng Khi nhiệt độ cao, ẩm độ cao sẽ gây trở ngại sự tỏa nhiệt, nhiệt lượng thừa ở lại trong cơ thể gây rối loạn chức năng sinh lý cơ thể [4]

- Bụi chuồng: Nếu nồng độ bụi có trong không khí cao sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của lợn, gây ho, viêm nhiễm đường hô hấp, lợn giảm ăn, giảm tăng trọng Do vậy ta phải thường xuyên điều chỉnh máng ăn hợp lý, sửa chữa máng hỏng, tăng độ thông thoáng, vẩy nước vào máng ăn Mức độ bụi chuồng khuyến cáo ở mức vừa phải tới thấp

Bảng 1.1 Các bệnh điển hình liên quan đến chất thải chăn nuôi

Tên mầm

Đường ô nhiễm

Gây bệnh Ngộ độc

thực phẩm

Vật nuôi Người

Dịch tả lợn Virus Nước, thức ăn - + -

Bệnh ngoài da Nấm, ký sinh trùng Nước, thức ăn

1.4 Tổng quan về chất thải và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi lợn

1.4.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn

Chất thải từ các trại chăn nuôi là nguồn ô nhiễm cho môi trường sống của người và gia súc Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm: Chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí

được, axit amin thoát khỏi sự hấp thu), các khoáng chất dư thừa nhưng cơ thể không

sử dụng được

- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa

- Mô tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và các dịch tiết niêm mạc

- Các vi sinh vật nhiễm trong thức ăn, nước uống, vi sinh vật khu trú trong đường tiêu hóa

- Vật liệu vô cơ dính vào thức ăn (bụi, tro ) [4]

* Lượng phân

Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần ăn và thể trọng của gia súc, gia cầm Lượng phân lợn thải ra trong một ngày đêm là 6 – 8% thể trọng

Lượng phân và nước tiểu thải trung bình trong 24 giờ của một số gia súc, gia cầm được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 1.2 Lượng phân và nước tiểu của 1 số gia súc, gia cầm thải ra trong 24h

Loại gia súc Lượng phân (kg) Nước tiểu (lít)

Lợn (15-45 kg) 1,0 – 3,0 0,7 - 2,0 Lợn (45-100 kg) 3,0 – 5,0 2,0 – 4,0 Trâu 18 - 25 8,0 - 12

Gà 56.0 1.63 0.54 0.85 2.40 0.74

(Nguồn: Trần Mạnh Hải, 2009) [9]

Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Thay đổi theo thành phần chất dinh dưỡng của khẩu phần thức ăn, nước uống

- Thay đổi theo loại gia súc do khả năng tiêu hóa khác nhau

- Thay đổi theo nhu cầu của từng cá thể, nhu cầu cá thể cao thì sử dụng dưỡng chất nhiều nên phân sẽ ít dưỡng chất và ngược lại

- Thay đổi theo sự có mặt của chất độn chuồng ở trong phân [4]

Bảng 1.4 Các loại vi khuẩn có trong phân Loại vi khuẩn Số lượng Gây bệnh

Điều kiện bị diệt Nhiệt độ

( 0 C)

Thời gian (phút)

(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn và cs, 2011) [7]

Trong phân còn chứa nhiều loại vi sinh vật và kí sinh trùng kể cả có lợi và có hại Trong đó, các vi khuẩn thuộc loại Enterobacteriacea chiếm đa số với các loài điển hình như E.coli, Samonella, Shigella, Proteus, Kết quả phân tích của Viện Vệ sinh – Y tế thành phố Hồ Chí Minh năm 2001, nhiều loại vi khuẩn gây bệnh tồn tại từ

5 – 15 ngày trong phân và đất Đáng lưu ý nhất là virus gây bệnh viêm gan Rheovirus, Adenovirus Cũng theo số liệu của viện này cho biết, trong 1 kg phân có thể chứa 2.100 – 5.000 trứng giun sán, chủ yếu là Ascarisium (chiếm 39 – 83%), Oesophagostomum (chiếm 60 – 68,7%) và Trichocephalus (chiếm 47 – 58,3%) Điều kiện thuận lợi cho mỗi loại tồn tại phát triển và gây hại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: quá trình thu gom, lưu trữ và sử dụng phân, các điều kiện môi trường như độ ẩm

không khí, nhiệt độ, ánh sáng, kết cấu của đất, thành phần các chất trong phân [7]

1.4.1.2 Nước phân

Nước phân là nước từ đống phân chuồng chảy ra, phần lớn là nước tiểu của gia súc có hòa lẫn các chất hòa tan của phân nguyên với một phần nước có nguồn gốc từ nước uống, nước tắm gia súc, nước rửa chuồng Vì vậy, nước phân sẽ chứa rất nhiều dưỡng chất có giá trị làm phân bón cho cây trồng

Bảng 1.5 Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg

(Nguồn: Trần Thị Anh Phương, 2007) [21]

Theo Bergmann (1965), trong 1 m3 nước phân có khoảng từ 5 – 6 kg nitơ nguyên chất; 0,1 kg P2O5; 12 kg K2O Có thể thấy nước phân chuồng nghèo lân nhưng giàu đạm và rất giàu kali [4]

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P

và vi sinh vật gây bệnh Nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường Lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải

Đặc điểm của chất thải chăn nuôi:

* Các chất hữu cơ và vô cơ

Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…

* Nitơ (N) và photpho (P)

Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N-tổng

số trong nước thải chăn nuôi là 200 – 350 mg/l, P-tổng số là 60 – 100 mg/l [9]

sử dụng bột cá chế biến từ cá nhiễm các kim loại nặng Các chất khoáng bổ sung vào thức ăn không những gây những tác hại về vệ sinh an toàn thực phẩm mà còn gây tác hại về môi trường

Chẳng hạn, trong chăn nuôi lợn thịt người ta thường đưa thêm đồng vào thức

ăn, đồng có tác dụng kích thích tăng trưởng như kháng sinh Lượng đồng bổ sung vào thức ăn cho lợn có thể cao tới 400 mg/kg thức ăn, chỉ một phần đồng hấp thu được sử dụng vào quá trình chuyển hóa, một phần lớn thải ra ngoài theo phân, gây ô nhiễm đất và nước [8]

1.4.1.3 Khí thải

Trong bầu tiểu khí hậu chuồng nuôi, thành phần không khí có nhiều biến đổi

do khí thể gia súc thở ra làm cho hàm lượng nitơ và cacbonic tăng cao, lượng oxy giảm thấp, hơi nước thì bão hòa Ngoài ra, còn các chất khí độc hại bải tiết ra ngoài

qua đường tiêu hóa như CH4, H2S

Sự phân giải các chất hữu cơ có trong thức ăn thừa, trong phân và nước tiểu của gia súc tạo thành các khí thể độc hại bay hơi như NH3, H2S, CO2 Đó là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu tiểu khí hậu chuồng nuôi [4]

1.4.2 Tổng quan về quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới

Việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn đã được nghiên cứu triển khai ở các nước phát triển từ cách đây vài chục năm Các công nghệ áp dụng cho xử lý nước thải trên thế giới chủ yếu là các phương pháp sinh học Ở các nước phát triển, quy mô trang trại hàng trăm hecta, trong trang trại ngoài chăn nuôi lợn quy mô lớn (trên 10.000 con lợn), phân lợn và chất thải lợn chủ yếu làm phân vi sinh và năng lượng Biogas cho máy phát điện, nước thải chăn nuôi được sử dụng cho các mục đích nông nghiệp

Hình 1.1 Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới

Cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ

Nuôi thả, chuồng hở

Hệ thống nuôi trên sàn

Kho chứa chất thải rắn

Ruộng, cánh đồng

Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua

Tại Đan Mạch, việc kiểm soát ô nhiễm chăn nuôi rất được chú ý Quản lý môi trường chăn nuôi của Đan Mạch tập trung vào 2 nhóm vấn đề, một là luật pháp

và hai là kỹ thuật Về luật pháp, Đan Mạch nhắm vào việc kiểm soát lượng nitơ (N)

và photpho (P) thải vào môi trường đất và nước, kiểm soát lượng khí amoniac (NH3) và mùi hôi phát thải vào không khí của các cơ sở chăn nuôi Để kiểm soát lượng N và P của chất thải thải vào môi trường đất và nước, Đan Mạch quy định số lượng lợn nuôi phải phù hợp với diện tích đất canh tác Ngoài ra, Đan Mạch cũng buộc chủ trang trại nuôi lợn phải có kế hoạch phân bón hàng năm, trong kế hoạch phân bón này chủ trang trại phải tận dụng nguồn phân chuồng và hạn chế dùng phân hóa học Để mùi hôi của trại lợn không gây khó chịu, phiền toái cho người dân, Đan Mạch quy định khoảng cách tối thiểu giữa trại lợn với nơi ở của dân Về kỹ thuật xử

lý chất thải, Đan Mạch tập trung vào các giải pháp xử lý phân và chất thải để giảm thiểu NH3 và mùi hôi phát thải Công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi cũng được Đan Mạch coi trọng [26]

Tại Hà Lan, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng công nghệ SBR (Sequence Batch Reactor: xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục) qua 2 giai đoạn: giai đoạn hiếu khí, giai đoạn kỵ khí Photphat được loại bỏ từ pha lỏng bằng định lượng vôi vào bể sục khí (Willers et al,1994)

Tại Tây Ban Nha, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng quy trình VALPUREN (được cấp bằng sáng chế Tây Ban Nha số P9900761) Đây là quy trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng được cấp bởi hỗn hợp khí sinh học và khí tự nhiên

Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau Biogas là UASB (Upflow Anearobic Sludge Blanket: là công trình xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng Nước thải được đưa vào từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này Một phần khí sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí (CH4, CO2

và một số khí khác) sẽ kết dính với các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng

trong bùn, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí được giải phóng với khí tự do và bùn sẽ rơi xuống Để tăng tiếp xúc giữa nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn trở lại hệ thống [9]

1.4.3 Tình hình về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam

Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn Ô nhiễm chất thải rắn là do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời Các chất này đều là những chất dễ phân hủy sinh học: Carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường Đây

là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy nhất trong các trang trại chăn nuôi tập trung [14]

Mức độ ô nhiễm nguồn nước từ hoạt động chăn nuôi là nặng hay nhẹ tùy thuộc vào lượng thải ngoài môi trường là bao nhiêu và phụ thuộc vào việc xử lý hay không

xử lý lượng nước thải trước khi thải ra ngoài môi trường

Tính đến 01/10/2006, theo báo cáo của 60/64 tỉnh, thành có tổng số 16.012 trang trại (TT), trong đó miền Bắc có 6.101 TT, miền Nam có 9.911 TT (theo tiêu chí của Thông tư liên tịch số 69/2000/TTLT-BNN-TCTK ngày 26/3/2000 của Liên Bộ Nông nghiệp – Tổng cục Thống kê) [23]

Bảng 1.6 Số trang trại phân theo địa phương

Cả nước 114.362 113.699 116.222 120.699 135.437 Đồng bằng Sông Hồng 10.960 15.222 16.085 17.318 20.581 Trung du và miền núi phía Bắc 4.545 3.850 3.835 4.423 4.680 Bắc Trung Bộ và Duyên hải

miền Trung 16.788 17.378 18.015 18.202 20.420 Tây Nguyên 9.623 8.730 9.240 9.481 8.835 Đông Nam Bộ 15.864 14.077 14.024 13.792 15.174 Đồng bằng Sông Cửu Long 56.582 54.442 55.023 57.483 65.747

(Nguồn: Niên giám thống kê năm 2009) [17]

Chăn nuôi trang trại tập trung phát triển chủ yếu là trang trại chăn nuôi lợn và

bò Hai loại hình này chiếm 42,5% và 35,9% trong tổng số trang trại Chăn nuôi gia súc khác như trâu, dê, chỉ chiếm 6,2% Chăn nuôi gia cầm chiếm 15,4% Tuy nhiên, chăn nuôi lợn và chăn nuôi gia cầm phần lớn là các giống công nghiệp cao sản, đầu tư tập trung, thâm canh Trang trại chăn nuôi gia cầm có thể bị giảm sút do ảnh hưởng của

3 năm bị dịch cúm gia cầm Các giống gia súc lớn như bò, trâu, dê, cừu thích ứng với điều kiện chăn thả tận dụng thức ăn tự nhiên thích hợp với các vùng trung du, miền núi

và chủ yếu là chăn nuôi thả đàn, số trang trại tập trung không nhiều [23]

Theo tổ chức FAO: Động vật nuôi thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) Điều này có nghĩa là chăn nuôi gia súc đã được khẳng định là một tác nhân chính làm tăng hiệu ứng nhà kính Chăn nuôi gia súc còn đóng góp tới 64% khí Amoniac (NH3) – thủ phạm của những trận mưa axit Ngoài ra, nhu cầu thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu bãi chăn thả của gia súc cũng đang được coi là một trong những tác nhân chính gây thoái hóa đất nông nghiệp, ô

nhiễm nguồn nước và mất cân bằng hệ sinh thái

Nguyên nhân được FAO nhận định là do nhu cầu thịt và sữa của con người đang ngày một tăng cao và đa dạng trong khi việc quy hoạch chăn nuôi lại tùy tiện, việc xử lý chất thải chăn nuôi không đồng bộ và yếu kém Tại Việt Nam, hiện trạng

ô nhiễm do chăn nuôi gây ra đang ngày một ở mức báo động Xã Trực Thái (Nam Định) có 91,13% hộ nuôi Mức khí độc NH3, H2S ở chuồng nuôi cao hơn mức cho phép 4,7 lần, mức nhiễm khuẩn không khí trong chuồng nuôi trung bình là 18.675

vi sinh vật (cao hơn tiêu chuẩn của Nga 12 lần), nước thải nhiễm E.Coli và 25% số mẫu nhiễm trứng giun với mật độ 4.025 trứng/500ml nước thải Hàm lượng COD là 3.916 mg/l trong khi TCVN quy định mức COD trong chất thải chỉ được phép từ

100 – 400 mg/l

Ô nhiễm do chăn nuôi và đặc biệt là chăn nuôi lợn thì không chỉ làm hôi tanh không khí mà còn ảnh hưởng nặng nề tới nguồn nước và tài nguyên đất Dịch bệnh chưa khống chế, chăn thả tràn lan, chăn nuôi nhỏ lẻ và hầu như không có công nghệ chế biến chất thải là các nguyên nhân làm chăn nuôi là ngành gây ô nhiễm môi trường lớn ở nước ta [11]

Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, giết mổ, chôn lấp, tiêu hủy gia súc không đúng kỹ thuật Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương trong vùng làm nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt, tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẩn ngứa và ghẻ lở cao

Hà Nội hiện có đàn gia súc, gia cầm lớn nhất nước với 17,9 triệu con gia cẩm, 1,52 triệu con lợn và hơn 200.000 con trâu, bò Tính trung bình mỗi năm lĩnh vực chăn nuôi của Hà Nội thải ra môi trường gần 2,2 triệu tấn chất thải các loại Do chăn nuôi còn mang nặng tính tự phát, tỷ lệ chăn nuôi nhỏ lẻ trong khu dân cư chiếm tới trên 60% và thiếu sự quan tâm xử lý chất thải chăn nuôi đúng mức nên chỉ một phần nhỏ số đó được ủ làm phân bón cho cây trồng, còn lại thải trực tiếp ra kênh mương, ao hồ và hệ thống cống rãnh thoát nước trong khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng làm tăng nguy cơ phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm và con người [12]

- Chăn nuôi hộ ở Hà Nam vốn được coi là mũi nhọn, góp phần nâng cao thu nhập, cải thiện đời sống nông dân Tuy nhiên, tình trạng ô nhiễm môi trường trong khu dân cư từ nguồn chất thải, nước thải do chăn nuôi đã ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân

Tuy xã Đồng Hóa, huyện Kim Bảng là xã đa nghề, đất chật, người đông nhưng nghề chăn nuôi lợn vẫn được người dân duy trì, phát triển Với tổng đàn lợn hơn bảy nghìn con, nhưng cả xã chỉ có một khu chăn nuôi tập trung (gồm 20 hộ) còn lại là trong nông hộ và nguồn chất thải chủ yếu được thải thẳng ra các cống, rãnh thoát nước trong khu dân cư Cũng như Đồng Hóa, thôn I, xã Ngọc Lũ, huyện Bình Lục có 200 hộ gia đình thì có đến 90% hộ chăn nuôi lợn, với tổng đàn lợn khoảng năm nghìn con, trong đó có nhiều hộ có quy mô nuôi tới hàng trăm đầu lợn thịt/lứa Song nguồn chất thải chủ yếu vẫn được thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên Thực tế, vấn đề ô nhiễm môi trường từ chất thải trong chăn nuôi, nhất là nuôi lợn ở các làng quê đã trở nên bức xúc và được chính quyền, nhân dân các địa phương quan tâm tìm hướng giải quyết Theo số liệu thống kê từ Chi cục chăn nuôi

tỉnh Hà Nam, tổng đàn lợn của tỉnh có 40 nghìn con, tập trung ở trên 20 nghìn hộ gia đình, trong đó có đến 94% số lợn được nuôi trong nông hộ, 6% được nuôi tại các khu chăn nuôi tập trung Cùng với đó, đàn gia cầm của tỉnh cũng đang duy trì khoảng 3,3 triệu con Từ số lượng gia súc, gia cầm này, mỗi năm thải ra hàng nghìn tấn chất thải rắn và hàng triệu m3 chất thải lỏng (gồm cả lượng nước rửa chuồng trại) Hầu hết lượng nước thải rất lớn này không được xử lý mà xả thẳng ra môi trường tự nhiên Ngoài 30 khu chăn nuôi tập trung được bố trí xa khu dân cư, còn lại phần lớn chuồng trại chăn nuôi vẫn nằm xen kẽ trong các khu dân cư Thực

tế là các hộ chăn nuôi đều đưa chuồng trại ra một khu tách biệt so với nhà ở của gia đình, nhưng lại sát với hộ liền kề Vì thế, ở những nơi chăn nuôi phát triển như xã Nhật Tân huyện Kim Bảng, xã Ngọc Lũ, An Ninh huyện Bình Lục, xã Nhân Chính huyện Lý Nhân gần như toàn bộ hệ thống cống, rãnh, ao, hồ đều chuyển màu đen, mùi hôi thối bốc lên nồng nặc, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đe dọa hàng ngày đến sức khỏe của người dân [20]

- Tại Đồng Nai, theo ước tính của ngành môi trường, mỗi ngày có khoảng 5 tấn phân lợn, phân gà và 12.000 m3

nước thải chăn nuôi trên địa bàn thành phố Biên Hoà được thải trực tiếp ra sông Đồng Nai Các trại không có hệ thống xử lý nước thải và tất cả đều được đổ ra dòng suối Săn Máu đã và đang dần giết chết dòng sông này, những bao phân tươi được đặt ngay trên đường đi, khiến cho môi trường không chỉ trong các khu chăn nuôi bị ô nhiễm nặng nề, mà còn gây mùi hôi thối nồng nặc ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân vùng lân cận Theo số liệu thống kê Biên Hoà hiện có khoảng 140.000 đầu lợn và 1 triệu con gia cầm được nuôi trong hơn 8000

hộ chăn nuôi quy mô lớn ở Tân Hoà, Tân Biên, Tân Phong nhưng trong đó chỉ có khoảng 15% số hộ sử dụng hầm Biogas để tận dụng chất thải làm nguồn năng lượng

chất đốt, còn lại đều thải ra môi trường xung quanh [18]

- Tại TP Hồ Chí Minh theo Cục trồng trọt (Bộ NN&PTNT) [18], chất thải từ

hệ thống chăn nuôi tập trung đang ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khoẻ con người Cụ thể, với chất thải rắn, tổng lượng phân tươi lưu trữ là 26%, sử dụng làm hầm Biogas 21%, thải ra đất và nguồn nước 19%, ủ 10% còn đối với chất thải lỏng,

có tới 60% được thải trực tiếp ra đất hoặc nguồn nước, 12% là chất trực tiếp vào ao

cá, trong khi đó chất thải chăn nuôi sử dụng làm phân bón cây trồng đang có chiều hướng giảm Do vậy, một nghiên cứu mới đây cho thấy, chất thải chăn nuôi có mức BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép 500mg/l, có chứa số lượng vi khuẩn E.coli và trứng ký sinh trùng ở mức cao không thể chấp nhận được, lượng vi khuẩn tăng nhanh trong nước ngầm

Hiện nay Việt Nam đang đứng trước một thực trạng đó là ô nhiễm môi trường

do hoạt động chăn nuôi từ các trang trại tập trung gây ra Chủ yếu là chất thải trong chăn nuôi lợn bao gồm phân, nước tiểu, chất độn chuồng, thức ăn rơi vãi và nước làm

vệ sinh chuồng trại [18]

Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất thấp Vì vậy cần

có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra

1.4.3.1 Đối với chất thải rắn

Công tác quản lý trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn, việc sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn bị hạn chế do phân lợn không giống phân bò hay gia cầm khác Phân lợn ướt và hôi thối nên khó thu gom và vận chuyển, phân lợn là phân “nóng” khó sử dụng, hiệu quả không cao và có thể làm chết hoặc mất năng suất cây trồng (sầu riêng mất mùi, nhãn không ngọt ) Trong thực tế, chất thải rắn chăn nuôi chủ yếu được xử lý bằng ủ nóng và hầm Biogas Sau khi xử lý, phân được đem sử dụng hoặc được buôn bán có thể trực tiếp hoặc qua các chợ Khoảng

40 – 70% chất thải rắn được ủ, đóng gói bán làm phân bón tùy từng vùng Khoảng

30 – 60% (tùy vùng) chất thải rắn còn lại thường được xử trực tiếp ra ao nuôi cá, ra môi trường kênh, rạch, mương, đất ) hoặc ủ cùng nước thải trong hầm Biogas Hầu hết các cơ sở chăn nuôi không có nhà xử lý phân hoàn chỉnh Các chất thải rắn khác ngoài phân (một số dụng cụ chăn nuôi, vật tư thú y, ) hầu như chưa được xử

lý trước khi thải vào môi trường [10]

Theo điều tra tình hình quản lý chất thải chăn nuôi ở một số huyện thuộc thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh lân cận [1] chỉ có 6% số hộ nuôi lợn có bán phân cho các đối tượng sử dụng để nuôi cá và làm phân bón, khoảng 29% số hộ

chăn nuôi lợn sử dụng phân cho bể biogas và 9% hộ dùng phân lợn để nuôi cá

Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung ở Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi khi là xác gia súc, gia cầm chết Kết quả điều tra hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi cho thấy 100% số

cơ sở chăn nuôi đều chưa tiến hành xử lý chất thải rắn trước khi chuyển ra ngoài khu vực chăn nuôi Các cơ sở này chỉ có khu vực tập trung chất thải ở vị trí cuối trại, chất thải được thu gom và đóng bao tải để bán cho người tiêu thụ làm phân bón hoặc nuôi cá Các bao tải này được tái sử dụng nhiều lần, không được vệ sinh tiêu độc nên nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và lây nhiễm lan truyền dịch bệnh từ trang trại này sang trang trại khác là rất cao Đối với phương thức nuôi lợn trên sàn bê tông phía dưới là hầm thu gom thì không thu được chất thải rắn Toàn bộ chất thải, bao gồm phân, nước tiểu, nước rửa chuồng được hòa lẫn và dẫn về bể biogas

1.4.3.2 Đối với chất thải lỏng

Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:

- Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là 30-50 lít nước/1con/ngày đêm

- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung quanh

Trên thực tế, nước thải lỏng trong chăn nuôi được xử lý như sau:

- Khoảng 30% lượng nước thải lỏng này được xử lý qua hầm Biogas

- Khoảng 30% lượng nước thải được xử lý bằng hồ sinh học

- Khoảng 40% dùng trực tiếp để tưới hoa màu, nuôi cá hoặc đổ thẳng vào các

hệ thống thoát nước chung của cộng đồng [10]

Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải của các

cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước tắm rửa cho lợn Cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều có chỉ có hệ thống xử

lý chất thải lỏng bằng công nghệ Biogas Kết quả điều tra của cho thấy hệ thống xử

lý nước thải tại các trang trại trên là: Nước thải  bể Biogas  hồ sinh học  thải

ra môi trường Hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn khác cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên [9]

1.5 Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi

Có thể áp dụng các phương pháp sau để xử lý nước thải chăn nuôi:

1.5.1 Các phương pháp vật lý xử lý nước thải chăn nuôi

Các phương pháp áp dụng các quá trình vật lý như: sàng lọc, tách cơ học, trộn, khuấy, nhằm loại bớt một phần cặn ra khỏi nước thải chăn nuôi, tạo điều kiện cho quá trình xử lý hóa học và sinh học ở phía sau được thực hiện tốt hơn Phương pháp vật lý thường được kết hợp với các phương pháp sinh học hay hóa học để tăng hiệu quả của các quá trình chuyển hóa và tách các chất cặn, chất kết tủa [7]

1.5.2 Các phương pháp hóa học xử lý nước thải chăn nuôi

Là phương pháp dùng các tác nhân hóa học để loại bỏ hoặc chuyển hóa làm thay đổi bản chất chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi Các quá trình hóa học có thể áp dụng là: trung hòa, sử dụng các chất oxy hóa khử, kết tủa hay tuyển nổi hóa học, hấp phụ hóa học, tách bằng màng và khử trùng hóa học Xử lý hóa học thường gắn với phương pháp xử lý vật lý hay xử lý sinh học Phương pháp xử lý hóa thường hạn chế sử dụng trong thực tế do có một số bất lợi:

- Việc sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý có thể tạo ra các ô nhiễm thứ cấp, đặc biệt là trong thành phần bùn thải sau xử lý, gây tốn kém phát sinh của hậu

xử lý nước thải

- Giá thành xử lý cao do chi phí về hóa chất, năng lượng, thiết bị của hệ thống phức tạp hay bị hỏng hóc, khó vận hành, bảo trì hệ thống và tiêu tốn nhiều năng lượng

Trong nước thải chăn nuôi thường chứa nhiều thành phần hòa tan hay các hạt

có kích thước nhỏ, không thể tách khỏi dòng nước thải bằng phương pháp vật lý Cho nên để tách các chất này ra khỏi nguồn nước người ta thường sử dụng các tác

nhân tạo keo tụ như phèn sắt, phèn nhôm, polyme hữu cơ để tăng tính tủa, lắng hay tuyển nổi của các hạt rắn và keo trong hỗn hợp phân lỏng và cuối cùng tách chúng ra khỏi dòng thải

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2002) ở trại chăn nuôi lợn 2 – 9 thành phố Hồ Chí Minh [7], trong một hệ thống được điều khiển tự động bằng một chương trình máy tính dựa trên chỉ tiêu tổng chất rắn (TS) đầu vào, có công suất xử lý khoảng 70 m3/ngày, nước thải từ chăn nuôi lợn được xử lý keo tụ hóa học bằng FeSO4.7H2O hoặc điện hóa học Kết quả phân tích nước thải sau xử lý cho thấy 74%

và 95% chất rắn lơ lửng được loại bỏ bằng các phương pháp tương ứng trên Keo tụ điện hóa học có thể là một phương pháp đơn giản để xử lý nước thải chăn nuôi

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải, tuy nhiên do chi phí đầu tư xây dựng và giá thành vận hành cao nên chỉ được áp dụng cho các hộ chăn nuôi có diện tích trang trại hẹp và yêu cầu chất lượng nước thải ra nguồn cao

Ngoài ra ở một số cơ sở chăn nuôi có nguồn tiếp nhận nước thải đòi hỏi mức

độ sạch sinh học cao, người ta còn sử dụng các chất oxy hóa mạnh như clo để oxy hóa các chất ô nhiễm trong nước thải hay để khử trùng nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Phương pháp này thường gặp nhất là diệt trùng nước thải sau xử lý sinh học trước khi xả ra nguồn tiếp nhận [7]

1.5.3 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải chăn nuôi

Đây là nhóm phương pháp thường được sử dụng rộng rãi hơn so với các phương pháp khác trong xứ lý nước thải chăn nuôi do nước thải chăn nuôi giàu thành phần hữu cơ cho nên dễ áp dụng phương pháp xử lý sinh học Phương pháp sinh học xử lý nước thải chăn nuôi là các phương pháp dùng các tác nhân sinh học như: tảo, vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật, thực vật nước hay các động vật như

cá, nhuyễn thể… hay thực vật nước để phân hủy, chuyển hóa và chuyển dạng các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi Trong các hệ thống xử lý sinh học, cộng đồng các sinh vật khai thác năng lượng từ các chất thải để duy trì hoạt động và tăng trưởng nhờ hệ thống enzyme sinh học Dựa vào khả năng này của vi sinh vật, người

ta sử dụng vi sinh vật nhằm chuyển hóa các chất thải sinh học mà thường là các chất

ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi sang dạng không ô nhiễm hay loại bỏ chúng ra khỏi dòng thải

- Ưu điểm của các phương pháp sinh học là phương pháp rẻ tiền, an toàn cho môi trường so với phương pháp hóa học Ngoài lợi ích về môi trường, phương pháp

xử lý sinh học còn có khả năng tạo các sản phẩm phụ có giá trị kinh tế như khí sinh học (biogas), phân vi sinh hay nhiều sản phẩm khác…

- Tuy nhiên phương pháp xử lý sinh học thường phụ thuộc vào một số các yếu tố môi trường như: thời tiết, nhiệt độ, thời gian xử lý khá lâu, đòi hỏi mặt bằng rộng và có thể tạo mùi hay các khí nếu không che phủ kín và quản lý tốt chúng có thể phát tán vào môi trường

Người ta có thể sử dụng nhiều quá trình sinh học khác nhau trong xử lý nước thải chăn nuôi Hình 1.2 là một số các quá trình sinh học thường áp dụng trong xử

lý nước thải chăn nuôi

Hình 1.2 Phân loại phương pháp xử lý sinh học Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Là phương pháp xử lý chất ô nhiễm trong nước thải bằng con đường oxy hóa khử sinh học với sự tham gia của các tác nhân sinh học như: virus, vi khuẩn, xạ

Xử lý sinh học

Quá trình kỵ khí Quá trình hiếu khí

Lọc sinh học Quá trình thiếu khí

Hồ sinh học

Quá trình kết hợp

khuẩn, tảo, nấm…(chủ yếu là vi sinh vật) hiếu khí Ở phương thức này, trong các hệ thống xử lý diễn ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan hay các hợp chất cao phân tử sinh học như: carbohydrate, protein, chất béo hay lipit trong nước thải chăn nuôi hay trong khối bùn hoạt tính đến sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O và một lượng đáng kể bùn dư Bùn hoạt tính là tập hợp của các vi sinh vật khoáng hóa có khả năng hấp phụ bề mặt các chất hữu cơ có trong nước thải Bùn dư từ quá trình xử

lý hiếu khí nước thải chăn nuôi có thể là một loại phân vi sinh có giá trị Ngoài ra còn có một lượng nhỏ NH3 và H2S được hình thành do quá trình phân hủy các axit amin chứa lưu huỳnh hay axit amin có cấu trúc mạch vòng

Trong các hệ thống xử lý hiếu khí, oxy có thể được cung cấp bằng phương pháp bơm sục khí hoặc khuấy sục khí Tuy nhiên trong thực tế xử lý nước thải chăn nuôi người ta thường dùng phương pháp bơm sục khí mà ít khi sử dụng phương pháp khuấy Nguyên nhân là do bể hiếu khí thường là bể kín để tránh sự bốc hơi các khí tạo mùi vào môi trường không khí Phương thức cung cấp oxy khác nhau sẽ dẫn tới sự khác nhau về khả năng vận chuyển oxy vào hệ thống và khả năng tách CO2 ra khỏi hệ thống Việc tách CO2 ra khỏi hệ thống là rất cần thiết để ngăn giảm pH và duy trì nhiệt độ thích hợp của hệ thống

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể diễn ra trong điều kiện nhân tạo hoặc

tự nhiên Ở phương pháp xử lý nhân tạo có thể sử dụng bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aeroten), lọc sinh học hiếu khí (biofilter) hay đĩa quay sinh học RBC (rotating biological contactor) hay một số phương pháp khác… Ở phương pháp xử lý tự nhiên

có thể là cánh đồng tưới, hồ sinh học hay dùng thực vật các vùng đất ngập nước

* Bể Aeroten

Bể Aeroten là dạng bể kỹ thuật truyền thống và đuợc ứng dụng nhiều trong

xử lý hiếu khí nước thải do kỹ thuật đơn giản, dễ vận hành và chi phí thấp Hệ thống

xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi Arden và Lockett năm 1914 tại Anh

Vi khuẩn dính bám lên các bông cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng,

tế bào vi sinh vật, động vật nguyên sinh qua đó nước thải được làm sạch

Các tác nhân sinh học tham gia vào quá trình bao gồm một tập hợp các nhóm

– Nguyên sinh động vật (protozoa)

Hình 1.3 Mô hình xử lý hiếu khí (Aeroten) nước thải chăn nuôi

Oxy có thể cung cấp thông qua một trong các phương thức: Khuấy cơ học, thổi không khí hay nén không khí và nạp thông qua bộ phận khuếch tán khí ngâm trong nước thải

Với hình thức xử lý nước thải này, số lượng và chất lượng quần thể vi sinh vật phụ thuộc vào một số yếu tố như: khả năng bám dính của vi sinh vật ở lớp vật liêu lọc, thành phần nước thải, lượng oxy hòa tan trong dòng nước thải, Ở bề mặt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng, các cặn bẩn được giữ lại Sau đó, chất hữu cơ được phân hủy hiếu khí, oxy không khí đuợc nạp vào bể lọc bằng cách nạp tự nhiên

Tuần hoàn bùn hoạt tính

khí đồng thời cùng với dòng nước thải khi tưới, nạp khí qua các khe hở bố trí ở thành bể hoặc qua hệ thống thu nước phân bố trong khối vật liệu lọc Để bể sinh học hoạt động tốt, đạt hiệu quả cao cần phải phân phối đều nước thải trên bề mặt lọc, thông gió, cung cấp oxy đầy đủ cho các vi sinh vật hoạt động với tải lượng, tốc độ thích hợp Tuy nhiên phương pháp lọc sinh học thường ít được sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi do lớp vật liệu lọc thường nhanh chóng bị bão hòa cơ chất, đặc biệt là đối với nước thải chăn nuôi có độ đậm đặc cao

* Cánh đồng lọc và cánh đồng tưới

Cánh đồng lọc hay tưới có tác dụng vửa là phương thức kết hợp vừa tưới nước, cung cấp dinh dưỡng cho đất và kết hợp xử lý nước thải Thực chất của quá trình xử lý nước thải trên cánh đồng tưới hay cánh đồng lọc là dùng hệ thống lọc tự nhiên là đất, thường được thiết kế thành các cánh đồng lọc Khi nước thải được tưới hay lọc qua đất, các chất rắn lơ lửng trong nước thải bị giữ lại tạo thành các màng vi sinh vật bao bọc xung quanh các hạt đất Chúng hình thành nên khối vi sinh vật hiếu khí kết dính với hạt đất Nhờ đó mà chúng có thể hấp phụ và chuyển hóa các chất hữu cơ từ dòng nước thải Nguồn cung cấp oxy là của không khí phân bố trong đất

và không khí được nạp từ bề mặt đất theo dòng nước tưới Hệ vi sinh vật hiếu khí trong đất có khả năng khoáng hóa vi sinh vật hay phân giải các chất hữu cơ trong nước thải thành các chất hữu cơ đơn giản dễ hấp thụ cho sinh vật đất hay cây trồng, đồng thời có thể loại bỏ các chất chứa nitơ dưới dạng nitrat hóa Thực tế, quá trình

xử lý nước thải qua lớp đất bề mặt chỉ diễn ra ở độ sâu 0,5 - 1,5m Vì vậy cánh đồng tưới và cánh đồng lọc thường được thiết kế xây dựng chỉ đến độ sâu 0,5 - 1,5 m tính

từ mặt đất Biện pháp xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được bốn mục tiêu: xử lý nước thải, tưới nước cho cây, sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải và nạp lại nước cho các túi nước ngầm So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc hay tưới rẻ tiền hơn, ít tiêu tốn năng lượng do ít sử dụng các thiết bị cơ khí Việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc chỉ cần năng lượng để vận chuyển và tưới nước thải lên đất, trong khi xử

lý nước thải bằng biện pháp nhân tạo cần năng lượng để vận hành toàn bộ hệ thống

như: khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn… Tuy nhiên, việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích đất lớn, phụ thuộc vào cấu trúc đất và có thể làm khuyếch tán các chất ô nhiễm vào nguồn nước dưới đất nếu như tải lượng hữu cơ trong nước thải quá cao hay có thể sinh các khí gây mùi phát tán vào không khí…

Hồ sinh học

Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương như quá trình tự làm sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn Trong hồ có thể nuôi trồng thủy thực vật, tảo, vi sinh vật, cá để tăng hiệu quả xử lý Quần thể động thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ của nước thải Đầu tiên vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, đồng thời trong quá trình quang hợp chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho động thực vật Cá bơi khuấy trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy với nước, thúc đẩy sự hoạt động, phân hủy của vi sinh vật

Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh học còn có các lợi ích: nuôi trồng thủy sản và cây trồng, điều hòa lưu lượng, dự trữ nước cho các mục đích sử dụng nước khác, điều hòa vi khí hậu trong vùng

Căn cứ vào đặc tính tồn tại của các nhóm vi sinh vật và cơ chế xử lý mà có thể chia ra các loại hồ: hồ hiếu khí, hồ hiếu kỵ khí, hồ kỵ khí

- Hồ hiếu khí: Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu

khí Người ta phân biệt loại hồ này làm 2 nhóm: Hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

+ Hồ làm thoáng tự nhiên: Oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (rong, tảo, ) Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, chiều sâu của hồ phải bé ≤

30 – 40 cm Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo BOD khoảng 250 – 300 kg/(ha.ngày) Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 – 12 ngày Do độ sâu bé, thời gian lưu nước dài nên diện tích hồ lớn Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp việc xử lý nước thải với việc nuôi trồng thủy sản cho mục đích chăn nuôi và công nghiệp

+ Hồ làm thoáng nhân tạo: Nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinh học là

bằng các thiết bị như bơm khí nén hoặc máy khuấy cơ học Vì được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 – 4,5 m Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400 kg/(ha.ngày) Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 – 3 ngày Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo, do chiều sâu hồ lớn, mặt khác việc làm thoáng cũng khó đảm bảo toàn phần, vì thế phần lớn chúng làm việc như là hồ hiếu khí – kỵ khí

- Hồ hiếu kỵ khí: Là loại thường gặp trong điều kiện tự nhiên Phần lớn các

ao hồ của chúng ta là những hồ hiếu kỵ khí Hiện nay nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các hồ sinh học Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song: quá trình oxy hóa hiếu khí chất hữu cơ và quá trình phân hủy mêtan cặn lắng Đặc điểm của loại hồ này xét theo chiều sâu của nó có thể chia ra làm 3 vùng: lớp trên là vùng hiếu khí, lớp giữa là vùng trung gian, còn lớp dưới là vùng kỵ khí

Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong hồ chủ yếu nhờ quang hợp của rong, tảo dưới tác dụng của bức xạ mặt trời và khuếch tán qua mặt nước dưới tác dụng của sóng, gió Hàm lượng oxy hòa tan vào ban ngày nhiều hơn ban đêm Do sự xâm nhập của oxy hòa tan chỉ có hiệu quả ở độ sâu 1 m nên nguồn oxy hòa tan chủ yếu cũng ở lớp nước phía trên

Quá trình phân hủy kỵ khí lớp bùn ở đáy hồ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt

độ Quá trình này làm giảm tải trọng hữu cơ trong hồ và sinh ra các sản phẩm lên men đưa vào trong nước

- Hồ kỵ khí: Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh học

tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh kỵ khí Loại hồ này thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, còn ít dùng để xử lý nước thải sinh hoạt, vì nó gây mùi thối khó chịu Hồ kỵ khí phải đặt cách xa nhà và

xí nghiệp thực phẩm 1,5 – 2 km

Để duy trì điều kiện kỵ khí và giữ ẩm cho hồ trong mùa đông thì chiều sâu

hồ phải lớn, thường từ 2,4 – 3,6 m [16]

1.5.4 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thuỷ sinh thực vật

Trong xử lý nước thải, thực vật thủy sinh có vai trò rất quan trọng Thực vật thủy sinh tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh Trong quá trình xử lý nước thải thì sự phối hợp

chặt chẽ giữa thực vật thủy sinh và các sinh vật khác (động vật phù du, tảo, vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên sinh, nhuyễn thể, ấu trùng, côn trùng…) có ý nghĩa quan trọng Vi sinh vật tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu

cơ và tạo nguyên liệu dinh dưỡng (N, P và các khoáng chất khác…) cho thực vật sử dụng Đây chính là cơ chế quan trọng để thực vật thủy sinh loại bỏ các hợp chất vô

cơ N, P

Thuỷ sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó

có thể gây bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn gia súc có thể giảm thiểu bất lợi gây ra bởi chúng còn thu thêm nhiều lợi nhuận

Các loại thuỷ sinh chính:

- Thuỷ thực vật sống chìm: Loài thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ

có thể phát triển được ở nguồn nước có đủ ánh sáng Chúng gây nên tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước Do

đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải

Ví dụ: rong xương cá (Potamogeton crispus), rong đuôi chó (Littorella umiflora)

- Thuỷ thực vật sống trôi nổi: Rễ của loài thực vật này không bám vào đất mà lở lửng trên mặt nước Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và theo dòng nước Rễ của chúng

tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải Ví dụ: sậy (Pharagmites

communis), lau (Cirpus lacustris)

- Thuỷ thực vật sống nổi: Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và

lá phát triển trên mặt nước Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều

ổn định Ví dụ: bèo tấm (Lemna minor), bèo Nhật bản (Eichhornia crassipes)