Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên thế giới và Việt Nam
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi toàn cầu đã trải qua nhiều biến động, bao gồm sự thay đổi về tốc độ phát triển, phân bố địa lý và phương thức sản xuất Đồng thời, ngành này cũng đối mặt với nhiều thách thức như ô nhiễm môi trường, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm và sự xuất hiện của nhiều dịch bệnh mới.
Ngành chăn nuôi hiện nay đang phát triển theo hướng trang trại tập trung với quy mô lớn và nhỏ, góp phần tạo công ăn việc làm và đóng góp vào ngân sách quốc gia Tuy nhiên, chất lượng giống lợn còn thấp do chăn nuôi nhỏ lẻ và phát triển tự phát, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Chất thải từ các cơ sở chăn nuôi thường được xả thẳng ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Mặc dù gặp nhiều khó khăn, nhưng với chính sách hỗ trợ từ các quốc gia, ngành chăn nuôi đang phục hồi và phát triển thành ngành sản xuất hàng hóa quy mô lớn Phương thức tổ chức sản xuất chăn nuôi theo quy mô trang trại ngày càng được nhân rộng, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và quản lý kinh tế nhằm tối ưu hóa lợi nhuận Việc sử dụng thức ăn công nghiệp trong các trang trại là giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí lao động và đảm bảo dinh dưỡng cho vật nuôi.
Ngành chăn nuôi toàn cầu đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt từ năm 2010, với số lượng gia súc tăng 21%, từ 207 triệu con lên 251 triệu con.
Phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung và chuyên môn hóa cao là một trong những yếu tố quan trọng trong công nghiệp hóa nông nghiệp Việt Nam Với dân số 91 triệu người vào tháng 4 năm 2015, Việt Nam nằm trong top 10 quốc gia có mật độ dân số cao nhất thế giới Nhu cầu thực phẩm gia tăng do dân số và đời sống nâng cao đã thúc đẩy nhu cầu hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp Diện tích đất nông nghiệp giảm do đô thị hóa và phát triển công nghiệp, do đó, việc phát triển chăn nuôi quy mô lớn là cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng thực phẩm như thịt, trứng và sữa phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Tại Việt Nam, có khoảng 7 triệu hộ chăn nuôi, trong đó 86,4% là hộ chăn nuôi quy mô nhỏ với dưới 10 con Hình thức trang trại chăn nuôi đang chiếm tỷ trọng cao trong tổng số trang trại nông nghiệp và có xu hướng tăng lên trong thời gian gần đây.
Năm 2015, Việt Nam có 11.463 trang trại chăn nuôi, chủ yếu tập trung ở hai vùng Đồng bằng sông Hồng và Đông Nam Bộ Hệ thống chăn nuôi chủ yếu là quy mô nhỏ với mức độ chuyên môn hóa chưa cao, trong khi hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi chưa được chú trọng, dẫn đến lượng chất thải chưa qua xử lý thải ra môi trường vẫn còn lớn (Mai Thế Hào, 2016).
Hình 2.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp thải ra nguồn chất thải rất lớn
Bảng 2.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi của Việt Nam năm 2009
TT Loại gia súc ĐV tính Đầu con Thịt hơi Sản phẩm
2 Bò Ngàn con 6103,3 257779 tấn 278190 tấn
3 Lợn Ngàn con 27627,7 2908,5 ngàn tấn -
6 Gia cầm Triệu con 280,2 518,3 ngàn tấn 5419,4 triệu quả
Nguồn: Tổng cục Thống kê (2011)
Tổ chức FAO đã xác định có 3 hệ thống chăn nuôi chính: hệ thống công nghiệp, hệ thống hỗn hợp và các hệ thống chăn thả
Hệ thống chăn nuôi công nghiệp tách biệt vật nuôi khỏi môi trường tự nhiên, với toàn bộ thức ăn và nước uống do con người cung cấp, cùng hệ thống thu gom chất thải Những hệ thống này đóng góp hơn 50% sản lượng thịt lợn và gia cầm toàn cầu, cũng như 10% thịt bò và cừu Tuy nhiên, chúng cũng thải ra lượng chất thải độc hại, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Hệ thống hỗn hợp kết hợp sản xuất trồng trọt và chăn nuôi, đóng góp 54% sản lượng thịt và 90% sản lượng sữa toàn cầu Đây là mô hình chủ yếu của chăn nuôi nhỏ lẻ tại các quốc gia đang phát triển.
Hệ thống chăn thả là phương pháp chăn nuôi mà hơn 90% thức ăn cho vật nuôi đến từ đồng cỏ và bãi chăn thả, trong khi dưới 10% còn lại được cung cấp từ các nguồn khác Mặc dù chỉ đóng góp 9% tổng sản phẩm thịt toàn cầu, hệ thống này vẫn là nguồn thu nhập chính cho hơn 20 triệu gia đình trên toàn thế giới.
Chăn nuôi công nghiệp đang giảm mạnh tại phương Tây do tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội, trong khi đó lại phát triển mạnh mẽ ở châu Á, nơi các nhà chăn nuôi ít bị can thiệp bởi các phong trào bảo vệ động vật Tại Trung Quốc và nhiều nước đang phát triển, sản xuất nông nghiệp đã chuyển từ hình thức truyền thống sang các trang trại quy mô lớn, với khoảng 60% trứng sản xuất năm 2005 đến từ các trang trại có trên 500 mái đẻ Các trang trại lớn thường nằm gần hoặc trong các thành phố lớn, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, tạo ra thách thức lớn cho thế kỷ 21.
Hiện trạng chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam
Chăn nuôi là một trong những ngành sản xuất gây ra lượng chất thải lớn nhất cho môi trường Chất thải từ chăn nuôi bao gồm nhiều loại hình khác nhau, từ rắn, lỏng đến khí, phát sinh trong quá trình chăn nuôi, lưu trữ, chế biến và sử dụng.
Các chất thải chăn nuôi được phát sinh chủ yếu từ:
- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như phân, nước tiểu, lông, vảy da và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm
Nước thải phát sinh từ hoạt động tắm gia súc, rửa chuồng trại, vệ sinh dụng cụ và thiết bị chăn nuôi, cũng như nước làm mát và từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi cần được xử lý đúng cách để bảo vệ môi trường.
- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình chăn nuôi
- Bệnh phẩm thú y, xác gia súc, gia cầm chết
Bùn lắng từ mương dẫn và hố chứa chất thải chăn nuôi chứa nhiều thành phần gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sự phát triển của gia súc, gia cầm và sức khỏe con người Do đó, việc hiểu rõ thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi là cần thiết để áp dụng biện pháp quản lý và xử lý phù hợp, kiểm soát ô nhiễm, đồng thời tận dụng nguồn chất thải hữu cơ cho mục đích kinh tế.
Chất thải chăn nuôi chủ yếu bao gồm các hợp chất hữu cơ và nước, trong đó các hợp chất hữu cơ khi phân hủy sẽ tạo ra khí gây ô nhiễm như CO2, H2S, CH4, NH3, N2O Những chất thải này đã gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng (Trương Lăng, 2010).
Mỗi ngày, gia súc và gia cầm thải ra một lượng lớn phân và nước tiểu, chiếm từ 1,5% đến 6% khối lượng cơ thể Những chất thải này chứa nhiều chất ô nhiễm, với các chỉ tiêu ô nhiễm trong chất thải của gia súc cao hơn so với con người Cụ thể, tỷ lệ BOD5 là 5:1, tổng Nitơ (Ntổng) là 7:1 và tổng chất rắn (TS) là 10:1, theo nghiên cứu của Mai Thế Hào (2016).
Khối lượng chất thải chăn nuôi phụ thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng của gia súc và gia cầm Đặc biệt, đối với gia súc, lượng phân và nước tiểu tăng nhanh theo sự gia tăng thể trọng Trung bình, lượng phân thải ra mỗi ngày của vật nuôi, đặc biệt là gia súc cao sản, rất cao.
Bảng 2.2 Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính trên % khối lượng cơ thể Loại gia súc Tỷ lệ % phân so với khối lượng cơ thể
Ngoài phân và nước tiểu, các yếu tố như thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng góp phần lớn vào khối lượng chất thải Những chất thải này không chỉ là nguồn ô nhiễm mà còn có khả năng lan truyền dịch bệnh nguy hiểm Do đó, việc xử lý thích hợp trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết.
Bảng 2.3 Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày
Chỉ tiêu Khối lượng (kg)
Nguồn: Mai Thế Hào (2016) 2.2.2 Thành phần chất thải chăn nuôi
Phân gia súc là sản phẩm thải của quá trình tiêu hóa, được bài tiết qua đường tiêu hóa và chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho cây trồng và các sinh vật khác như cá, giun Tuy nhiên, với thành phần giàu chất hữu cơ, phân dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc hại, có thể gây ô nhiễm cho môi trường, ảnh hưởng đến vật nuôi, con người và các sinh vật khác Thành phần hóa học của phân rất đa dạng và cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.
- Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng
- Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng)
Nước chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phân, khoảng 65-80% khối lượng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển nhanh chóng của vi sinh vật Với hàm lượng nước cao và giàu chất hữu cơ, phân trở thành môi trường lý tưởng cho quá trình phân hủy, nhưng cũng có thể sản sinh ra các sản phẩm độc hại cho môi trường.
- Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh…
- Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài…
- Các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hoá
- Các thành phần tạp từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuôi dưỡng gia súc ( cát, bụi,…)
- Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hoá gia súc hay trong thức ăn
Thành phần của phân có thể thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chế độ dinh dưỡng của gia súc, gia cầm
Tỷ lệ tiêu hóa thức ăn của gia súc và gia cầm thường thấp, dẫn đến một lượng lớn chất dinh dưỡng bị thải ra qua phân và nước tiểu Việc thay đổi khẩu phần ăn sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của phân, từ đó có thể ngăn ngừa ô nhiễm từ chăn nuôi Điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh chế độ dinh dưỡng, tăng cường quá trình tích lũy dinh dưỡng trong sản phẩm chăn nuôi và giảm thiểu bài tiết qua phân (Từ Thị Linh, 2013).
- Loài và giai đoạn phát triển của gia súc gia cầm
Nhu cầu dinh dưỡng và khả năng hấp thu thức ăn của gia súc, gia cầm thay đổi theo từng giai đoạn phát triển Cụ thể, khi gia súc lớn lên, hệ số tiêu hóa giảm và lượng thức ăn thải ra qua phân tăng lên Do đó, thành phần và khối lượng phân cũng khác nhau ở các giai đoạn phát triển của chúng.
Bảng 2.4 Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 –100 kg Đặc tính Đơn vị Giá trị
Các axit mạch ngắn g/kg 3,83 – 4,47 pH 6,47 – 6,95
Trong giai đoạn tăng trưởng, nhu cầu dinh dưỡng của vật nuôi cao và khả năng đồng hóa thức ăn tốt, dẫn đến lượng chất thải ít Ngược lại, khi gia súc trưởng thành, nhu cầu dinh dưỡng giảm và khả năng đồng hóa thức ăn kém, làm gia tăng lượng chất thải, đặc biệt ở các gia súc sinh sản, gia súc lấy sữa và thịt.
Trong hệ thống chăn nuôi, phân gia súc và gia cầm tồn tại dưới dạng lỏng hoặc tương đối rắn, chứa nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là hợp chất giàu nito và phospho Những chất này là nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho cây trồng và giúp tăng độ màu mỡ của đất Việc sử dụng phân bón không chỉ tận dụng nguồn dinh dưỡng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường Nghiên cứu của Từ Thị Linh (2013) cho thấy hàm lượng N tổng số trong phân heo đạt từ 8,99 - 9,47 g/kg, cho thấy giá trị dinh dưỡng cao và khả năng hấp thụ tốt của cây trồng Nguyễn Lân Dũng (2007) cũng đã chỉ ra thành phần Nito và Photpho tổng số của một số loại gia súc, gia cầm khác.
Bảng 2.5 Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm
Thành phần hóa học (% trọng lượng vật nuôi)
Phân chứa nhiều loại vi sinh vật và ký sinh trùng, bao gồm cả vi khuẩn có lợi và có hại, trong đó nhóm Enterobacteriaceae như E.coli, Salmonella, Shigella, và Proteus chiếm ưu thế Theo nghiên cứu của Viện Vệ sinh – Y tế công cộng TP Hồ Chí Minh năm 2001, nhiều vi khuẩn gây bệnh có thể tồn tại từ 5 đến 15 ngày trong phân và đất, đặc biệt là virus viêm gan như Rheovirus và Adenovirus Một kg phân có thể chứa từ 2.100 đến 5.000 trứng giun sán, chủ yếu là Ascarisium, Oesophagostomum và Trichocephalus Sự phát triển và tồn tại của các loại vi sinh vật này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quy trình thu gom, lưu trữ, sử dụng phân, cũng như các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng và thành phần chất trong phân.
2.2.2.2 Thức ăn thừa, ổ lót chuồng và các chất thải khác
Trong chăn nuôi, người nuôi thường sử dụng rơm, rạ và các chất độn khác để lót chuồng Sau một thời gian, những vật liệu này sẽ được thải bỏ, mặc dù khối lượng không lớn nhưng vẫn là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng Chất thải này có thể mang theo phân, nước tiểu và mầm bệnh, do đó cần phải được thu gom và xử lý một cách hợp vệ sinh Việc vứt bỏ chất thải ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm mà còn tạo điều kiện cho mầm bệnh lây lan.
Các biện pháp và công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi
Quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi hiệu quả là cách quan trọng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường Phân và nước tiểu từ chăn nuôi có khả năng gây ô nhiễm thấp ngay khi mới thải ra, nhưng nguy cơ này gia tăng khi chúng bị để lâu trong môi trường Do đó, việc xử lý chất thải chăn nuôi ngay từ khi phát sinh là cần thiết để hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường.
Việc thu gom và vận chuyển phân và nước tiểu gia súc ra khỏi chuồng trại chăn nuôi sớm là rất quan trọng để tránh ô nhiễm chuồng trại và gia súc, cũng như ngăn ngừa mùi hôi thu hút ruồi muỗi Thực hiện thu gom kịp thời không chỉ giúp vệ sinh chuồng trại dễ dàng hơn mà còn tiết kiệm điện nước Tùy thuộc vào tình trạng phân và điều kiện chăn nuôi, có thể áp dụng các kỹ thuật thu gom phù hợp, như hót phân rắn hoặc xịt rửa để phân trôi theo dòng chảy vào những thời điểm nhất định trong ngày.
Việc thu gom và vận chuyển chất thải có thể thực hiện bằng cách sử dụng nước bơm xịt, thùng chứa, sọt hoặc bao Nơi lưu trữ phân cần được đặt trong hố chứa, bể lắng hoặc thùng đựng được đậy kín để đảm bảo an toàn trong quá trình xử lý Quan trọng là khu vực lưu trữ phân phải cách biệt với chuồng trại chăn nuôi nhằm bảo vệ sức khỏe cho gia súc.
Việc xử lý chất thải chăn nuôi ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong những khu vực chăn nuôi chật hẹp, gần khu dân cư Hệ thống xử lý chất thải cần được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật, bao gồm cả thiết bị xử lý chất thải rắn và lỏng ở giai đoạn cuối trước khi thải ra môi trường (Từ Thị Linh, 2013).
2.3.1 Phương pháp xử lý vật lý
Các phương pháp vật lý được sử dụng để tách chất thải rắn khỏi chất thải lỏng nhằm xử lý hiệu quả Sau khi tách, chất thải rắn có thể được xử lý bằng phương pháp ủ hoặc đốt trước khi làm phân bón Đốt chất thải rắn là phương pháp an toàn vệ sinh dịch bệnh nhất, giúp tiêu diệt cả bào tử vi khuẩn Quy trình thực hiện đơn giản, chỉ cần đào một hố, lót rơm hoặc mùn cưa ở đáy, sau đó cho xác động vật, phân hoặc chất thải rắn khác vào, đậy lại bằng gỗ, đổ nhiên liệu và đốt Một phương pháp khác để xử lý chất thải chăn nuôi là sử dụng hầm Biogas, hay còn gọi là hệ thống khí sinh học.
Tùy thuộc vào từng địa điểm và quy mô trang trại, việc lựa chọn loại hầm Biogas phù hợp là rất quan trọng Hệ thống khí sinh học không chỉ giúp xử lý chất thải chăn nuôi hiệu quả mà còn giảm thiểu khí thải methane, một trong những tác nhân gây hiệu ứng nhà kính, đồng thời sản xuất năng lượng sạch cho các nhu cầu sử dụng.
Tính đến năm 2014, cả nước đã có hơn 500.000 công trình khí sinh học, sản xuất khoảng 450 triệu m³ khí gas mỗi năm Hiện nay, hầm Biogas đang thu hút sự quan tâm của người chăn nuôi nhờ vào lợi ích bảo vệ môi trường, thay thế chất đốt và cung cấp năng lượng cho máy phát điện, phục vụ nhu cầu điện sinh hoạt gia đình và trang trại.
Hình 2.3 Xây dựng hầm Biogas composite và túi khí dự trữ
2.3.3 Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học
Từ đầu thập kỷ 80, chế phẩm EM (Effective Microorganisms) đã được áp dụng trong chăn nuôi nhằm giảm ô nhiễm môi trường Ban đầu, các chất men này được nhập khẩu, nhưng hiện nay đã được sản xuất rộng rãi trong nước với nhiều loại phong phú, phù hợp với điều kiện tự nhiên và khí hậu Việt Nam Men sinh học được sử dụng đa dạng, bao gồm bổ sung vào nước thải, phun vào chuồng nuôi, xử lý chất thải để giảm mùi hôi, và trộn vào thức ăn cho gia súc.
Chăn nuôi trên đệm lót sinh học sử dụng phế thải từ chế biến lâm sản và phụ phẩm nông nghiệp như phôi bào, mùn cưa, thân cây ngô, rơm, và vỏ cà phê, được cắt nhỏ và bổ sung chế phẩm sinh học Chế phẩm này chứa các vi sinh vật hữu ích như Bacillus, Lactobacillus, và Aspergillus, nhằm phát triển hệ vi sinh vật có lợi trong đệm lót chuồng Mục tiêu là tạo ra vi sinh vật có lợi cho đường ruột, sản sinh chất ức chế vi sinh vật có hại, và phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hình 2.4 Chăn nuôi trên đệm lót sinh học 2.3.4 Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ (Compost)
Xử lý chất thải bằng phương pháp ủ phân hữu cơ (Compost) chủ yếu sử dụng bã phế thải thực vật và phân động vật, thông qua hoạt động của vi sinh vật để tạo ra phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng cho cây trồng Quy trình bắt đầu bằng cách chọn đất không ngập nước, trải lớp rác dày khoảng 20cm, sau đó lót lớp phân gia súc hoặc gia cầm từ 20-50% so với rác, và tưới nước để đạt độ ẩm 45-50% Tiếp tục trải thêm lớp rác cho đến khi đống ủ đạt chiều cao mong muốn, sau đó che kín bằng ni lông hoặc bạt Định kỳ một tuần, đảo đều và bổ sung nước để duy trì độ ẩm, giúp quá trình ủ diễn ra tự nhiên, tiêu diệt mầm bệnh và phân hủy cả xác động vật chết khi có đủ lượng phế thải thực vật.
Hình 2.5 Xử lý chất thải chăn nuôi bằng phương pháp ủ phân hữu cơ
2.3.5 Xử lý bằng công nghệ ép tách phân Đây là công nghệ hiện đại được nhập vào nước ta chưa lâu nhưng rất hiệu quả và đang được nhiều nhà chăn nuôi quan tâm áp dụng Dựa trên nguyên tắc “lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất rắn mà có các lưới lọc phù hợp Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất rắn được giữ lại, ép khô và ra ngoài để xử lý riêng còn lượng nước theo đường riêng chảy ra ngoài hoặc xuống hầm Biogas để xử lý tiếp Độ ẩm của sản phẩm (Phân khô) có thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng Quá trình xử lý này tuy đầu tư ban đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một trong những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi lợn, trâu bò theo hướng công nghiệp hiện nay
2.3.6 Xử lý nước thải bằng oxy hóa
2.3.6.1 Xử lý bằng sục khí
Nước thải tiếp xúc nhiều với không khí giúp quá trình ô xy hóa diễn ra nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời kích thích quá trình lên men hiếu khí, chuyển hóa các chất hữu cơ và giảm thiểu khí độc hại Sau khi lắng lọc, nước thải không chỉ giảm ô nhiễm môi trường mà còn có thể được sử dụng để tưới cho ruộng đồng, góp phần bảo vệ môi trường.
2.3.6.2 Xử lý bằng Hidro peroxit (H2O2)
Hidro peroxit H2O2 được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như tẩy rửa vết thương y tế, làm chất tẩy trắng trong công nghiệp, chất tẩy uế và chất ôxi hóa Ngoài ra, H2O2 cũng có thể được bổ sung vào nước thải để xử lý môi trường H2O2 phân hủy tự nhiên thành nước và khí oxy thông qua phản ứng tỏa nhiệt.
Trong quá trình phân hủy, oxy nguyên tử được tạo ra và tồn tại trong thời gian ngắn trước khi chuyển thành khí O2 Oxy nguyên tử có tính oxy hóa mạnh, giúp oxy hóa các chất hữu cơ, diệt khuẩn và khử mùi hiệu quả trong dung dịch chất thải.
Việc sử dụng H2O2 trong xử lý nước thải mang lại hiệu quả cao, mặc dù có chi phí hơi tốn kém Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần lưu ý đến phương pháp bảo quản H2O2 khi bổ sung vào quy trình xử lý môi trường.
H2O2, liều lượng, chất xúc tác… và nồng độ đủ thấp để an toàn Nếu nồng độ cao dễ xảy ra cháy, nổ hoặc ngộ độc nguy hiểm
2.3.7 Xử lý bằng bể UASB
Tình hình nghiên cứu xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam
2.4.1 Cơ sở khoa học của việc xử lý chất thải chăn nuôi bằng chế phẩm vi sinh
Chất thải chăn nuôi chứa nhiều hợp chất từ thức ăn, và việc sử dụng chế phẩm vi sinh có thể tăng cường tốc độ phân giải các hợp chất này.
Xenlulo (glucan) là một hợp chất cao phân tử được hình thành từ các gốc β-D-glucozo qua quá trình polymer hóa với liên kết β-1,4-glucozơ Hợp chất này có khả năng tự dưỡng dưới ánh sáng mặt trời và là thành phần chính trong rơm rạ, nhưng rất khó phân hủy Quá trình phân hủy xenlulo diễn ra nhờ một hệ enzyme phối hợp chặt chẽ, giúp bẻ gãy mạch xenlulo và tạo ra đường glucose.
Hệ sinh vật phân hủy xenlulo bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc, với khả năng tiết ra enzyme thủy phân xenlulo vào môi trường.
Hệ enzyme này gồm 3 enzym là endoglucanaza, exoglucanaza và β – glucozidaza Quá trình thủy phân glucan theo trình tự sau:
Xenlulozơ endogluana za Xenlulozơ exoglucana za Xenlobiozơ xenlobiaza Glucozơ tự nhiên hoạt động
Enzym endogluanaza là một loại enzyme không đặc hiệu, có chức năng thủy phân cellulose tự nhiên thành các chuỗi cellulose ngắn hơn Quá trình này tiếp tục được enzyme exoglucanaza phân cắt, tạo ra các đường tan như xenlobiozo và cuối cùng chuyển hóa thành glucose.
Nấm là vi sinh vật quan trọng trong việc phân hủy polysaccarit, chủ yếu là glucan (xenlulozơ), tạo ra mùn Trong số đó, Tricoderma viside (reesei) được nghiên cứu nhiều nhất vì khả năng tiết ra lượng lớn enzym, đặc biệt là xenlulaza, giúp phân hủy xenlulo Ngoài nấm, các vi sinh vật khác như vi khuẩn (Cytophaga, Sporocytophaga, Clostridium, Bacillus, Bacteroides, Cellulomonas, Pseudomonas) và nấm sợi (Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus) cũng tham gia vào quá trình thủy phân xenlulo Bên cạnh đó, xạ khuẩn như Actinomyces, Streptomyces, Actinopolysprora và Pseudonocardia cũng đóng góp vào việc phân hủy này (Nguyễn Trọng Nam, 2014).
Hemixenlulo (xylan) là một phức hệ bao gồm Endo-1,4-β-D-mannaza và 1,4-β-D-xylozidaza Enzym mannaza có vai trò thủy phân xylan thành các oligosaccarit hòa tan trong nước, trong khi enzym xylozidaza tiếp tục quá trình thủy phân này Kết quả cuối cùng của quá trình này là xyloza và mannozo.
Enzym hemixenlulo (xylanaza) rất phổ biến trong tự nhiên và được sản sinh bởi vi sinh vật trong đất, nước và trong dạ cỏ của động vật nhai lại Các chủng vi sinh vật như nấm (Tricoderma, Aspergillus, Fusarium) đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất enzym này Đặc biệt, nấm Tricoderma khi phát hiện trên xác thực vật có khả năng sinh ra một lượng lớn xylanaza, giúp phân hủy không chỉ xylan mà còn cả glucan, cacbonxy-metyl-xenlulozo, P-nitrophenyl-β-glucozit và xylosligome.
Vi khuẩn, đặc biệt là Bacillus, có khả năng sinh xylanaza tổ hợp, enzym này giúp thủy phân rơm rạ, với cơ chất chủ yếu là arabinoxylan Sản phẩm chính của quá trình này là xylobiozo và một lượng nhỏ xylooligosaccarit có độ trùng hợp cao Enzym phân hủy xylan từ rơm rạ và gỗ thông rụng lá theo phương thức endoxylanaza, giải phóng xylobiozo và xylozo Các loài xạ khuẩn cũng tham gia vào quá trình này, tạo ra xylobiozo trong giai đoạn đầu của thủy phân Tiếp theo, xylooligosaccarit có độ trùng hợp thấp sẽ tiếp tục phân hủy thành xylobiozo và xylozo (Nguyễn Trọng Nam, 2014).
Pectin là một polygalacturonic, một hợp chất cao phân tử phổ biến trong quả, củ, hạt và thân thực vật Quá trình phân giải pectin dẫn đến sản phẩm cuối cùng là axit D-galacturonic.
Pectin không tan → pectin hòa tan → axit pectin + rượu metylic → acid D galacturonic
Pectin được phân giải bởi enzym pecticnaza, enzym này do một số loài vi khuẩn và nấm mốc sản sinh Trong quá trình xử lý xác thực vật, nấm đóng vai trò chủ yếu trong việc phân hủy pectin, trong khi vi khuẩn đảm nhiệm vai trò này trong điều kiện kị khí Một số vi sinh vật gây bệnh thực vật như Botrytis cinnerea, Fusarium oxysporum và F Lycopersici tiết enzym hòa tan pectin, trong đó Erwvinia caratovora làm tan mô ở các loại rau như xà lách và cà rốt Số lượng vi sinh vật phân hủy pectin trong đất rất lớn, lên đến 10^5 tế bào/gam đất, với Bacillus macerans và Bacillus polimisa là những vi khuẩn sinh bào tử mạnh mẽ nhất trong việc phân hủy pectin (Nguyễn Trọng Nam, 2014).
Quá trình thủy phân lipid do vi sinh vật sản sinh enzym lipaza nội tại bắt đầu với phản ứng thủy phân, trong đó lipit được phân giải thành glyxerin và axit béo Glyxerin sau khi được photphorin hóa sẽ được chuyển hóa qua đường Embden-Meyerhof-Panas để tích lũy năng lượng ATP Các axit béo được đồng hóa qua quá trình β-oxy hóa, giải phóng nhiệt làm ấm môi trường cho vi sinh vật ưa nhiệt và giải phóng CO2, cung cấp cho quá trình quang hợp.
Protein là hợp chất cao phân tử chứa nito, chiếm khoảng 15-17% trong thành phần nguyên sinh Chúng bị phân hủy bởi các enzym ngoại bào thành các oligopeptit và axit amin, sau đó được vi sinh vật hấp thụ qua hệ thống vận chuyển đặc hiệu Các oligopeptit này tiếp tục bị phân hủy bởi proteaza nội bào thành axit amin, được sử dụng để tổng hợp protein mới hoặc tham gia vào các quá trình trao đổi chất, nơi chúng có thể bị oxi hóa hoàn toàn.
Protein → Polypeptit → Oligopepetit → Axit amin → NH3
Microorganisms capable of protein degradation include bacteria such as Bacillus mycoides, B mesentery, B subtilis, Proteus vulgaris, and Chromobacterium prodigiosum Additionally, actinomycetes like Streptomyces griseus and S rimosus contribute to this process Fungi involved in protein breakdown include Aspergillus oryzae, A terreus, A niger, Penicillium camemberti, and Mucor (Nguyễn Xuân Thành et al., 2015).
Tinh bột là một hợp chất hydratcacbon cao phân tử có mặt chủ yếu trong hạt ngũ cốc và rơm rạ, bao gồm hai thành phần chính là Amylose (25%) và Amylopectin (75%) Việc phân giải tinh bột diễn ra nhờ các vi sinh vật sản sinh enzyme amylaza ngoại bào, giúp chuyển hóa tinh bột thành các hợp chất đơn giản hơn như dextrin, đường maltozo và gluco Enzyme amylaza thường có mặt trong các hạt củ mầm và trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật chứa tinh bột, với các vi sinh vật như nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn có khả năng sản xuất amylaza.
Các enzym amylaza gồm có α – amylaza, β – amylaza và γ – amylaza (gluco – amylaza)
α – amylaza thủy phân tinh bột cho các chất dextrin là sản phẩm chính và một ít đường maltozơ hoặc gluco, chủ yếu làm loãng hồ tinh bột
β – amylaza thủy phân tinh bột cho các sản phẩm chính là maltozơ (đường mạch nha)
γ – amylaza thủy phân tinh bột thành gluco
Amylaza ở thực vật thường chỉ có α và β – amylaza, ở nấm mốc có cả 3 enzym, ở vi khuẩn giàu α – amylaza (Nguyễn Trọng Nam, 2014).
Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Mô hình liên kết ứng dụng công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi gia súc có hiệu quả, đạt tiêu chuẩn theo Nghị định 108/2017/ND-CP.
Phạm vi nghiên cứu
- Chất thải chăn nuôi: Lợn
- Cây trồng: Rau xà lách (Lactuca sativa)
- Địa điểm nghiên cứu: Học viện nông nghiệp Việt Nam
- Thời gian: Từ tháng 4/2017 đến tháng 5/2018.
Nội dung nghiên cứu
3.3.1 Xây dựng mô hình liên kết ứng dụng công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi gia súc để sản xuất phân bón hữu cơ
+ Thiết kế hệ thống cơ học xử lý chất thải chăn nuôi lợn
+ Hệ thống xử lý chất thải lỏng
+ Phương pháp xử lý chất thải rắn
3.3.2 Đánh giá chất lượng phân hữu cơ bột và phân hữu cơ lỏng
3.3.3 Đánh giá hiệu quả của mô hình
+ Hiệu quả của phân hữu cơ trên cây trồng
Phương pháp nghiên cứu
3.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
Nghiên cứu tài liệu liên quan đến việc xây dựng mô hình liên kết ứng dụng công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi thành phân bón hữu cơ từ các nguồn như báo, tạp chí khoa học, website, thông tin trên internet, các ấn phẩm nghiên cứu khoa học và sách, tư liệu liên quan đến vấn đề này.
3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi gia súc để sản xuất phân bón hữu cơ Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ trên cây trồng theo phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng gồm 3 công thức; 3 lần lặp; trồng trong chậu đất 5 kg, bón phân theo nền thâm canh
+ CT2: ẵ nền + phõn hữu cơ
+ CT3: ẳ nền + phõn hữu cơ
- Công thức 1: Sử dụng sử dụng 1,5 kg phân vô cơ
- Công thức 2: Sử dụng 0,75 kg phân vô cơ; 1,3kg phân hữu cơ.
- Công thức 3: Sử dụng 0,375kg phân vô cơ; 2,6 kg phân hữu cơ.
+ Sinh trưởng và phát triển của cây, năng suất, tỉ lệ sâu bệnh bằng đo đếm trực tiếp
3.4.3 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Phương pháp phân tích đất, chất lượng phân bón theo các phương pháp thông dụng hiện hành theo TCVN
Bảng 3.1 Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Chỉ số Phương pháp TCVN
NO3 - Phương pháp so màu TCVN 5247:1990
Asen Dùng phương pháp bạc
Chì phương pháp trắc quang Dithizon TCVN 7602:2007 thủy ngân Phương pháp quang phổ TCVN 7602:2007 Đồng Phương pháp quang phổ TCVN 6541:1999
Coliforms Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 4829:2005
E.coli Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 6846:2007
P2O5% Phương pháp so màu TCVN 8563:2010
K2O% Phương pháp quang phổ TCVN 8660:2011
Photpho dễ tiêu Phương pháp Olsen TCVN 8661:2011
Kali dễ tiêu Phương pháp Matslova TCVN 8560:2010
OC% Phương pháp Walkley-black TCVN 9294:2012
Vi sinh vật phân giải xenlulo
Phương pháp khuẩn lạc TCVN 6168:2002
E.coli Phương pháp đếm khuẩn lạc TCVN 6846:2007
3.4.4 Phương pháp xử lý thống kê
+ Sử dụng phầm mềm Excel và phần mềm IRISTAT để xử lý thống kê.
