GIẢM SỰ KHÍ AMMONIA TỪ CHUỒNG HEO BẰNG CÁCH SỬ DỤNG BÙN HIẾU KHÍ CŨNG NHƯ SỰ TUẦN HOÀN CHẤT LỎNG

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH 2 I. TỔNG QUAN VỀ AMMONIA 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Chu trình nitơ 3 3. Tình hình phát thải ammonia trong chăn nuôi heo 5 3.1. Lượng phát thải ammonia 5 3.2. Nguồn gốc khí ammonia 5 3.3. Biện pháp giảm thiểu 5 II. THÍ NGHIỆM 6 1. Mô hình thí nghiệm 6 1.1. Chuồng heo thí nghiệm 6 1.2. Hệ thống thu chất thải của heo 7 2. Quy trình xử lý 9 2.1. Vận hành 9 2.2. Phân tích hóa học 10 2.3. Đo lượng khí ammonia bay lên 10 2.4. Đánh giá heo nuôi 10 III. KẾT QUẢ THẢO LUẬN 10 1. Hệ thống thu chất thải 10 2. Xử lý chất thải 11 3. Phát thải ammonia 12 3.1. Nhiệt độ 12 3.2. Tốc độ làm thoáng 12 3.3. Nồng độ ammonia 13 3.4. Phát thải ammonia 14 4. Hiệu suất nuôi heo 16 IV. KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

Đề tài 11:

GIẢM SỰ KHÍ AMMONIA TỪ CHUỒNG HEO BẰNG CÁCH SỬ DỤNG BÙN HIẾU KHÍ CŨNG NHƯ SỰ TUẦN

HOÀN CHẤT LỎNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG



GVHD: TÔ THỊ HIỀN NHÓM: 15

Thực hiện bài báo cáo:

TP HCM, tháng 11 năm 2013

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Nồng độ trung bình của ammonia, BOD, COD và pH trong dòng chất

………11

Bảng 2: Hiệu suất nuôi heo ở mỗi đơn vị chuồng

……… 16

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

……… 3

Hình 2: Chu trình chuyển đổi các dạng nitơ trong tự nhiên ………4

Hình 3: Hệ thống drive – out ………7

Hình 4: Hệ thống ống dẫn ………8

Hình 5: Hệ thống rửa ………8

Hình 6: Hệ thống xử lý chất thải ……… 9

Hình 7: Nhiệt độ trong trong hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát ……….12

Hình 8: Tốc độ làm thoáng ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát ……….13

Hình 9: Nồng độ ammonia ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát ……… 13

Hình 10: Phát thải ammonia ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát …… 14

Hình 11: Nhiệt độ, tốc độ làm thoáng, nồng độ ammonia và phát thải ammonia trong hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát ……… 15

Hình 12: Phát thải NH 3 từ hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát, đo trong 280 ngày ……… 16

4

I TỔNG QUAN VỀ AMMONIA

1 Giới thiệu chung

Hình 1: Cấu trúc lập thể của NH 3

đường hô hấp cho người và động vật (400 ppm); gây loét giác mạc (700 ppm), thanh quản và khí quản (Ammonia thường gây nhiễm độc cấp tính) Nếu hòa tan trong nước sẽ gây ngộ độc cho cá và sinh vật

2 Chu trình nitơ

địa quyển, thủy quyển và các hoạt động nhân tạo

5

6

Hình 2: Chu trình chuyển đổi các dạng nitơ trong tự nhiên

3 Tình hình phát thải ammonia trong chăn nuôi heo

- Sự bay hơi ammonia trong chăn nuôi góp khoảng 30% vào quá trình acid

hóa ở Hà Lan, trong đó 25% là phát thải từ chăn nuôi heo

- Lượng ammonia phát thải từ năm 1980 – 2000 đã giảm 70%

- Trong phân và nước tiểu của heo có hàm lượng N, trong đó nước tiểu

chiếm gần 50% (nước tiểu có urê) Khoảng 85% ammonia xuất phát từ

nước tiểu, còn lại là từ phân

ammonia tạo ra nhiều trong môi trường bazơ và ngược lại

-3.3 Biện pháp giảm thiểu

7

5 chuồng heo

3 chuồng

1 fully

1 partly

Flushing system Drain system Drive - out

- Ammonia làm giảm bởi các quá trình xảy ra trong chất thải của heo (phân hủy sinh học) hoặc bằng các biện pháp kỹ thuật như trong quá trình xây chuồng, lưu trữ, trải phủ trong ủ phân Hiện nay, biện pháp được sử dụng nhiều trong chăn nuôi heo là sử dụng lớp đệm lót sinh học (làm từ mùn cưa, trấu, cỏ khô băm nhỏ… có thêm chế phẩm sinh học), vi sinh vật có ích sẽ phát triển và phân hủy chất thải của vật nuôi, làm giảm phát thải

- Chất thải của heo được nén chặt vào trong đất với một lớp phủ phía trên Biện pháp này cho hiệu quả giảm lượng khí ammonia như thế nào phụ thuộc vào lớp phủ ở trên, vì thế cần thiết kế lớp phủ chính xác, hợp lý

II THÍ NGHIỆM

1 Mô hình thí nghiệm

1.1 Chuồng heo thí nghiệm

- Tại trang trại thí nghiệm chăn nuôi heo của Sterksel, chia làm 5 đơn

vị chăn nuôi, mỗi đơn vị nuôi heo lấy thịt (25 – 110 kg) chia thành 2 dãy chuồng Heo được cho ăn 3 lần/ngày vào 7h, 15h, 23h bằng hệ thống cho ăn uống tự động Lượng chất thải sinh ra mỗi ngày là 3,5 L/1 con heo

- Trong đó, dãy 1 có 3 đơn vị tương tự nhau, lớp lót sàn hở (chiếm 63% diện tích), được xây dựng hệ thống thu chất thải Dãy 2 có 2 đơn vị: 1 chuồng được lót sàn kín với một cái hầm có sức chứa chất thải

8

trong gần 6 tháng Chuồng thứ 2 thì lót sàn hở, tương tự như cái chuồng 1, chất thải bên dưới có thể lưu trữ được khoảng 1 tuần, sau

đó thì được thải ra ống dẫn Hai chuồng này được xem như đơn vị có kiểm soát

- Đối với những chuồng dùng sàn hở sẽ được cung cấp nhiệt bằng floor heating và additional air heating Đối với sàn kín chỉ được cấp nhiệt bằng air heating Nhiệt độ bên trong sẽ được điều chỉnh bằng thiết bị thông gió cưỡng bức

1.2 Hệ thống thu chất thải của heo

Có 3 hệ thống:

- Hệ thống drive – out: (nước rửa chuồng được giữ lại)

Hình 3: Hệ thống drive – out

Có mương đáy phẳng nằm dưới tấm lót sàn 0,40 m, dưới mỗi hàng của dãy nuôi gia súc có 2 mương, rộng 0,6 m và 1,6 m Các mương dẫn này đều được kết nối với một ống riêng và dẫn ra bên ngoài chuồng heo Có 1 cái ngưỡng chắn cao 0,1 m giữ cho chất thải đọng lại trong mương Lượng chất

bơm trở lại mương dẫn Chất thải được lấy ra từ 1 – 4 lần/ngày phụ thuộc vào lượng chất thải thải ra Trung bình thì tỉ lệ lượng chất thải thải ra với thể tích nước tuần hoàn là khoảng từ 1 tới 25

9

- Hệ thống ống dẫn (drain system): hệ thống nạp và xả

Hình 4: Hệ thống ống dẫn

Có mương đáy phẳng nằm dưới lớp lót sàn 0,4 m Các đường ống dẫn được lắp vào dưới lớp sàn này Các đường ống nối với sàn một khoảng 2 m Bình thường, các ống này bị khóa, vì vậy chất thải không thoát ra được Vào một số thời gian trong ngày các đường ống này sẽ mở để tháo chất thải ra bằng trọng lực Sau đó, các ống này sẽ bị đóng lại và nước tuần hoàn (4,5 –

nước tuần hoàn khoảng từ 1 tới 25

- Hệ thống rửa (flushing system)

Hình 5: Hệ thống rửa

10

Trong hệ thống này, mương dẫn chất thải được xây nghiêng, dòng nước tiểu dẫn vào mương ở bên ngoài chuồng và chảy vào hầm Còn phân thì được giội rửa vào mương có đáy nghiêng Dung dịch nước rửa tuần hoàn được trữ lại trong bể, bể này được xây dựng liền vào bức tường bên trong chuồng đó Nước rửa được cung cấp bằng đường ống mà đầu ống ở phía

lệ lượng phân và nước tiểu thải ra với thể tích nước rửa là 1 tới 27

2 Quy trình xử lý

Hình 6: Hệ thống xử lý chất thải

Nước thải (bị ammon hóa được dùng như dung dịch tuần hoàn) được xử

lí qua 3 bước liên tục gồm tách, cấp khí và lắng Có 1 sàn lọc rung dùng để tách chất thải khi ra khỏi chuồng heo Khoảng 3 – 5% thể tích dòng chảy được tách ra là các cấu tử rắn với khối lượng vật chất khô từ 12 – 15% Thể tích trung bình của cấu tử rắn là 840 l/ngày, gần bằng với lượng chất thải sinh ra hằng ngày Điều này có nghĩa là lượng nước hoàn toàn không thay đổi được tuần hoàn Phần chất lỏng được cấp khí (khuyếch tán khí) ở nhiệt

11

độ thấp nhất là 150C Vì vậy, ammonia được chuyển hóa sinh học thành nitrate Sau khi sục khí, bùn sẽ được lắng Bùn dư sẽ được trộn với chất rắn được tách ra ở giai đoạn trước dùng làm phân bón

2.2 Phân tích hóa học

Thực hiện phân tích hóa học tại phòng thí nghiệm IMAG – DLO Mẫu

tích Mục đích là giữ cho ammonium, nitrite, nitrate không bị chuyển hóa Các hợp chất và vật chất khô, pH, COD, BOD được phân tích theo phương pháp của Viện tiêu chuẩn hóa Hà Lan

2.3 Đo lượng khí ammonia bay lên

Lượng ammonia bay hơi từ hệ thống tách bùn và các chuồng kiểm soát được đo đạc bằng tốc độ cấp khí (làm thoáng) và nồng độ ammonia thải vào dòng không khí đó Nồng độ ammonia được đo đạc liên tục bằng máy phân

độ ammonia thì nhiệt độ bên trong, bên ngoài, độ ẩm không khí cũng được

đo đạc

Các thông số như thức ăn đầu vào, thời gian nuôi, cân nặng khi bắt đầu nuôi và giết thịt phải được ghi chép lại Sau khi giết thịt, heo được phân loại thành 4 nhóm: AA (tốt nhất), A, B, C Các phân tích thống kê được thực hiện theo mô hình ngưỡng đối với phân phối đa thức

III KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

1 Hệ thống thu chất thải

12

Thường thì 3 hệ thống thu chất thải đều hoạt động tốt Cấu trúc xây dựng

hệ thống rửa cũng thay đổi trong suốt thí nghiệm Ống dẫn nước làm ngắn lại và mở rộng hơn Hố thu nước rửa được đặt bên trong các dãy chuồng Điều này tạo ra một dòng nước mạnh để chắc chắn rằng phân được giội rửa

ra ngoài mương dẫn hoàn toàn Vì thế, ammonia cũng giảm bị thất thoát

2 Xử lý chất thải

Bảng 1: Nồng độ trung bình của ammonia, BOD, COD và pH trong dòng chất thải chảy vào hệ thống xử lí

Thông số Đơn vị Dòng ra từ

chuồng heo

Dòng vào bể làm thoáng

Dòng ra bể làm thoáng

Nồng độ ammonium, nitrate và pH trong dòng vào bể làm thoáng, sau khi qua bộ phận tách, bằng với nồng độ trong dòng thải từ chuồng heo Cả hai hợp chất trên đều có thể tan được, chỉ chứa một số ít chất rắn và thành phần khác Chất thải sau khi tách chất rắn làm giảm COD, BOD khá thấp tương ứng khoảng 20%, 23% Hiệu quả loại bỏ vật chất thô cũng thấp

Trong quá trình sục khí, tất cả ammonia được chuyển đổi Nitrate được hình thành từ ammonia và mất đi do sự phản nitrate tự nhiên trong mương phía dưới chuồng Một phần vật chất hữu cơ trong chất thải bị oxi hóa khi sục khí, làm giảm 40% BOD, 30% COD Trong quá trình cấp khí pH của

Quá trình lắng cũng không mang lại hiệu quả cao Ngoài ra, chất tạo bông cũng không nâng cao hiệu qua lắng Nồng độ bùn trong bể sục khí được duy trì

13

3 Phát thải ammonia

3.1 Nhiệt độ

Hình 7: Nhiệt độ trong trong hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát

Nhận xét: nhiệt độ ở 5 đơn vị chuồng đều có quy luật thay đổi như nhau,

Đối với hệ thống thu chất thải: nhiệt độ thay đổi tương đương nhau, ổn định nhất là hệ thống rửa (flush system), hệ thống ống (drain system) có sự biến động mạnh hơn

Đối với đơn vị kiểm soát: nhiệt độ thay đổi ở hai chuồng gần như đồng

Hình 8: Tốc độ làm thoáng ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát

14

Time (hours) Time (hours)

Nhận xét: 5 đơn vị chuồng đều có tốc độ làm thoáng thay đổi theo ngày

và đêm, ban ngày nhỏ hơn ban đêm

Ở hệ thống thu chất thải: tốc độ làm thoáng ở hệ thống ống là cao nhất,

kia thay đổi khá đồng đều

Ở đơn vị kiểm soát: tốc độ làm thoáng ở sàn hở thấp hơn so với sàn kín

Hình 9: Nồng độ ammonia ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát

Nhận xét: nồng độ trong chất thải ở đơn vị kiểm soát cao hơn so với chuồng có hệ thống thu chất thải

Ở hệ thống thu chất thải: nồng độ ammonia trong chất thải ở cả 3 hệ

khoảng 10 – 12 giờ trưa trong ngày Hệ thống rửa có nồng độ ammonia thay đổi liên tục qua các giờ

Ở đơn vị kiểm soát: nồng độ ammonia trong chất thải khá cao (3,8 – 9

15

Time (hours) Time (hours)

ammonia lớn nhất, đạt giá trị cao nhất 9 mg/m3, trong khoảng từ 5 giờ sáng đến 12 giờ trưa

Hình 10: Phát thải ammonia ở hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát

Nhận xét: phát thải ammonia ở đơn vị kiểm soát cao hơn so với chuồng

có hệ thống thu chất thải

Ở hệ thống thu chất thải: phát thải khí ammonia tăng dần từ hệ thống ống

< hệ thống rửa < hệ thống drive – out Phát thải ammonia của ba hệ thống đều cao nhất vào lúc 13 – 24 giờ hằng ngày Giá trị cao nhất là 15 g/h, thấp nhất là 4 g/h

Ở đơn vị kiểm soát: phát thải ở 2 chuồng khá tương đồng, giá trị phát thải cao (16 – 28 g/h)

16

Hình 11: Nhiệt độ, tốc độ làm thoáng, nồng độ ammonia và phát thải

ammonia trong hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát

Cả 5 đơn vị chuồng đều có cùng quy luật, với nhiệt độ và tốc độ làm thoáng cao thì nồng độ ammonia trong chất thải giảm và phát thải ammonia lớn

17

Hình 12: Phát thải NH 3 từ hệ thống thu chất thải và đơn vị kiểm soát,

đo trong 280 ngày

Ở chuồng có sàn kín cho mức độ phát thải ammonia cao nhất (100%), thấp nhất là hệ thống thu chất thải dạng ống (drain system) khoảng 39% Như vậy, chuồng nuôi heo có hệ thống thu chất thải cho phát thải ammonia thấp

4 Hiệu suất heo nuôi

Bảng 2: Hiệu suất nuôi heo ở mỗi đơn vị chuồng

Drive – out system Drain system Flushin g system Fully slatted Partly system

18

Mortality (number) 6 2 0 1 7 Carass classification:

%AA

%A

%B and C

13,1 72,3 14,6

10,7 66,4 22,9

8,1 67,2 24,7

6,9 68,3 24,8

8,0 71,9 19,1

Từ bảng, ta thấy heo lớn đều ở các đơn vị chuồng nuôi Tuy nhiên, ở chuồng nuôi có hệ thống thu chất thải có phần trăm heo đạt loại tốt nhất (AA) cao hơn so với 2 chuồng đơn vị kiểm soát Trong đó, chuồng có hệ thống drive – out cho phần trăm heo đạt loại tốt cao nhất

IV KẾT LUẬN

trong chăn nuôi heo Nhiệt độ và tốc độ làm thoáng cao thì phát thải nhiều

chuồng làm sàn kín và sàn hở Trong đó, chuồng có hệ thống ống phát thải

Từ đó, ta có thể thiết kế chuồng nuôi heo có hệ thống thu chất thải để làm

19

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 P Hoeksma, N Verdoes, J Oosthoek, J A M Voerman, 1992 Reduction of ammonia volatilization from pig houses using aerated slurry as recirculation liquid Livestock Production Science 31, 121 – 132

2 I Vermeij, J Enting, H.A.M Spoolder Effect of slatted and solid floors and permeability of floors in pig houses on environment, animal welfare and health and food safety; a review of literature Animal Sciences Group, 2009.

20