TỔNG QUAN
Ngành chăn nuôi ở Việt Nam
1.1.1 Tình hình phát tri ển chăn nuôi ở Vi ệ t Nam
Theo Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO), Châu Á sẽ trở thành khu vực sản xuất và tiêu dùng sản phẩm chăn nuôi lớn nhất Để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước và tiến tới xuất khẩu, chăn nuôi Việt Nam cần duy trì mức tăng trưởng cao Số lượng đàn vật nuôi, gia súc và gia cầm đã tăng qua các năm, cho thấy sự phát triển tích cực trong ngành chăn nuôi.
Bảng 1.1 Số lƣợng gia súc, gia cầm qua các năm
Tổng số đầu con (triệu con)
Nguồn: Tổng cục thống kê, cục chăn nuôi, 2011
Theo Tổng cục Thống kê, năm 2010, chăn nuôi gia súc và gia cầm đã được đầu tư phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm tăng cao vào cuối năm Đồng thời, công tác phòng, chống dịch bệnh cũng được chú trọng và triển khai kịp thời để giảm thiểu thiệt hại cho đàn gia súc và gia cầm.
Năm 2012, theo số liệu tổng hợp sơ bộ cuộc điều tra 1/4 (năm 2012) của Tổng cục Thống kê, cục chăn nuôi
Chăn nuôi trâu bò đang giảm do hiệu quả thấp và diện tích chăn thả thu hẹp, khiến người chăn nuôi không mặn mà đầu tư Trong khi đó, đàn bò sữa phát triển tốt nhờ giá sữa ổn định và không có dịch bệnh, dẫn đến lợi nhuận cao hơn cho người chăn nuôi Tổng đàn trâu cả nước hiện có 2.658.008 con, giảm 5,14% so với năm 2011; tổng đàn bò là 5.309.560 con, giảm 7%; trong khi đàn bò sữa tăng lên 158.366 con, tăng khoảng 1% Sản lượng thịt trâu đạt 50.375 tấn, tăng 3,68%; thịt bò đạt 174.839 tấn, giảm 1,54%; và sản lượng sữa đạt 203.965 tấn, tăng 14,24% so với năm 2011.
Chăn nuôi lợn tại Việt Nam hiện có tổng đàn lên tới 26.692.037 con, tăng 1,49% so với năm 2011, với sản lượng thịt lợn xuất chuồng đạt 1.936.230 tấn, tăng 4,78% so với năm trước Tuy nhiên, ngành chăn nuôi lợn đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm giá đầu vào tăng cao, giá lợn hơi có xu hướng giảm, và tâm lý người tiêu dùng bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng chất cấm tạo nạc, khiến người chăn nuôi ngần ngại trong việc đầu tư mở rộng đàn.
Chăn nuôi gia cầm ở Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng ấn tượng với đàn gia cầm đạt 310.745 nghìn con, tăng 5,8% so với năm 2011 Sản lượng thịt gia cầm hơi giết bán đạt 439.250 tấn, tăng 13,71%, trong khi sản lượng trứng đạt 4.081.160 nghìn quả, tăng 4,63% so với cùng kỳ năm ngoái Sự phát triển này được thúc đẩy nhờ việc kiểm soát dịch cúm gia cầm và thời gian quay vòng ngắn Tuy nhiên, thời tiết nắng nóng hiện tại có thể ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của đàn gia cầm, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ bùng phát dịch bệnh, do đó người chăn nuôi cần chủ động áp dụng các biện pháp phòng ngừa kịp thời.
1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi
Tại Việt Nam, ô nhiễm môi trường do chăn nuôi đang gia tăng đến mức báo động, với lượng chất thải rắn từ ngành này ước tính ngày càng lớn.
Bảng 1.2 Khối lƣợng chất thải rắn chăn nuôi ở Việt Nam
Tổng chất thải rắn (triệu tấn/năm)
Nguồn: TCTK, cục chăn nuôi, 2011
Hiện nay, nông thôn Việt Nam có khoảng 8,5 triệu hộ chăn nuôi, với gần 6 triệu con bò, gần 3 triệu trâu, 27 triệu con lợn và 300 triệu gia cầm Trong số đó, có 50% hộ nuôi từ 1 đến 5 con lợn, 20% hộ nuôi từ 6 đến 10 con, và 30% hộ nuôi từ 11 con trở lên.
Mặc dù chăn nuôi đang phát triển, nhưng phương thức chăn nuôi vẫn còn lạc hậu và quy mô nhỏ, dẫn đến việc xử lý chất thải chưa được quan tâm, làm gia tăng ô nhiễm môi trường nông thôn Chất thải rắn từ chăn nuôi, bao gồm phân, thức ăn thừa và xác gia súc, là một trong những nguồn ô nhiễm lớn Việc thiếu quy hoạch trong các cơ sở chăn nuôi và lò mổ, cùng với tình hình thị trường nông sản bấp bênh, đã hạn chế đầu tư vào xử lý môi trường Chỉ khoảng 30% lò mổ đáp ứng yêu cầu vệ sinh, trong khi hiện tượng giết mổ lậu và sử dụng nước thải không kiểm soát tiếp tục gia tăng ô nhiễm Ô nhiễm từ chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn, không chỉ làm ô nhiễm không khí mà còn ảnh hưởng đến nguồn nước và tài nguyên đất, gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất chăn nuôi Các hoạt động chăn nuôi thả rông và trên đất dốc vẫn phổ biến, góp phần làm xói mòn đất và suy giảm chất lượng môi trường nông nghiệp.
Theo điều tra của Cục Chăn nuôi năm 2006 về chăn nuôi lợn tại 7 vùng sinh thái, khoảng 74% gia trại và trang trại chăn nuôi lợn áp dụng biện pháp xử lý chất thải, trong khi 26% không thực hiện Trong số các cơ sở có xử lý, 64% sử dụng phương pháp sinh học như Biogas và ủ, còn lại 36% áp dụng các phương pháp khác như hóa học và vật lý.
Hơn 61 triệu tấn phân các loại vật nuôi được thải ra trong năm 2007 nhưng chỉ khoảng 40% số chất thải này được xử lý, còn lại thường được xả trực tiếp ra môi trường Số phân không được xử lý và tái sử dụng lại chính là nguồn cung cấp phần lớn các khí nhà kính (chủ yếu là CO2, N20) làm Trái Đất nóng lên, ngoài ra còn làm rối loạn độ phì nhiêu của đất, gây ô nhiễm kim loại nặng, ô nhiễm đất, gây phì dưỡng (NH 4 + , PO 4 3- ) và ô nhiễm nước Chưa kể nguồn khí thải CO 2 phát tán do hơi thở của vật nuôi (ước chừng 2,8 tỷ tấn/năm/tổng đàn gia súc thế giới) (Báo cáo hiện trạng ô nhiễm chăn nuôi và giải pháp, cục chăn nuôi)
So sánh khối lượng CTR chăn nuôi của Việt Nam trong 4 năm vừa qua (từ
Từ năm 2007 đến 2010, tổng khối lượng chất thải chăn nuôi duy trì ổn định do số lượng vật nuôi không thay đổi nhiều Ước tính khoảng 40 - 70% chất thải rắn chăn nuôi được xử lý, trong khi phần còn lại được thải trực tiếp ra ao, hồ, kênh, rạch.
1.1.3 M ộ t s ố bi ệ n pháp x ử lý nướ c th ải chăn nuôi
1.1.3.1 Các phương pháp vật lý
Lọc qua lưới chắn rác
Lắng và lọc bỏ cặn kết tụ
Dùng ánh sáng mặt trời làm khô (loại bớt nước)
1.1.3.2 Các phương pháp sinh học
Các phương pháp sinh học dùng để xử lý chất thải trong chăn nuôi được liệt kê trong bảng sau:
Bảng 1.3 Các phương pháp sinh học dùng để xử lý chất thải chăn nuôi
STT Tên phương pháp Đặc điểm cơ bản
(nhiệt sinh vật): Ủ yếm khí
- Không nén chặt ngay mà để xốp vài ngày, chất thải tự sinh nhiệt rồi mới nén chặt
- Có khả năng diệt mầm bệnh cao hơn
3 Phương pháp ủ lạnh - Nén chặt, trát bùn và tưới nước qua lỗ nhỏ để đảm bảo độ ẩm 60 -70%
4 Chế biến phân vi sinh -Ủ với một số loại vi sinh vật làm tăng quá trình vô cơ hóa của phân tươi
Sử dụng công trình khí sinh học (hầm biogas, túi biogas, bể lắng phủ nilon)
-Ủ phân yếm khí trong hầm có sử dụng công nghệ khí sinh học
-Xử lý tương đối triệt để và tận dụng nước thải biogas tưới rau, cỏ
6 Phương pháp hồ sinh học
- Chất thải lắng đọng dần khi chảy qua các hệ thống ao hồ liên tiếp
Phương pháp hồ sinh học được áp dụng cho các cơ sở chăn nuôi lớn, với bể lắng được xây dựng kiên cố Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng các trang thiết bị hỗ trợ như lưới lọc và máy sục khí để nâng cao hiệu quả xử lý.
Xử lý chất thải bằng các chế phẩm sinh học, lên men
- Sử dụng chế phẩm sinh học hoặc men vào thức ăn, nước uống của vật nuôi để hạn chế khí độc do gia súc, gia cầm thải ra
Các chế phẩm hoặc men có thể được sử dụng trực tiếp vào chất thải để thúc đẩy quá trình lên men, hạn chế sự thối rữa và tiêu diệt các vi sinh vật có hại.
9 Tiêu hủy xác Ủ yếm khí hoặc thiêu đốt
10 Một số phương pháp khác
- Trồng một số thực vật thủy sinh vào đường thoát hoặc hồ chứa nước thải
- Pha trộn một vài thuốc nam truyền thống, than tre, vào thức ăn, nước uống của vật nuôi
Nguồn: Báo cáo ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi gia súc, gia cầm tập trung (Cục chăn nuôi)
1.1.3.3 Các phương pháp hóa học
Các phương pháp hóa học được sử dụng để kết tủa và tạo bông cặn nhằm loại bỏ các tác nhân gây ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi Quá trình này diễn ra bằng cách thêm hóa chất vào nước thải để kết tủa các chất hòa tan hoặc chất rắn lơ lửng, sau đó loại bỏ chúng thông qua lắng cặn.
Quá trình khử chất rắn lơ lửng trong nước thải là cần thiết để giảm BOD, đặc biệt khi có sự biến động lớn về SS và BOD Nước thải cần đạt giá trị BOD và SS nhất định trước khi vào quy trình xử lý sinh học, đồng thời hỗ trợ các quá trình lắng trong bể lắng sơ cấp và thứ cấp Các hóa chất phổ biến được sử dụng trong quá trình này bao gồm phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O và muối FeCl3.
Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 3CaSO 4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl 2 + 2Fe(OH)3
Trong nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng PO4 3- lớn ta có thể dùng phèn, natri aluminat … để loại bỏ:
3- → AlPO 4 2- + SO4 pH tối ưu: 5,6 – 6
Tổng quan về phân bón chậm (magie amoni photphat-khoáng Struvite)
1.2.1 Sơ lược về phân bón
Phân bón là hợp chất bổ sung cho đất, cung cấp dưỡng chất thiết yếu cho cây trồng, giúp thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của chúng Các chất dinh dưỡng chính trong phân bón bao gồm nitơ, phốt pho, kali, magie và canxi, thường được thêm vào với lượng nhỏ Phân bón có thể được rải trực tiếp lên đất hoặc phun qua lá để cung cấp dinh dưỡng hiệu quả hơn.
Trong thực tế, thường gặp các loại phân bón như sau:
Các loại phân vô cơ: chứa nhiều nguyên tố đa lượng như đạm (N), lân (P), kali (K) và các nguyên tố vi lượng như S, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Mo…
Phân hữu cơ và phân hữu cơ sinh học được sản xuất từ các chất thải nông nghiệp như phân rác, phân bò, phân heo và phân mùn, thông qua các biện pháp sinh học Về mặt hóa học, chúng chứa các hợp chất hữu cơ chủ yếu là nhóm chất mùn như humic và fulvic, cùng với các nguyên tố đa lượng và vi lượng tương tự như phân vô cơ, mặc dù thành phần cụ thể vẫn chưa được phân tích rõ ràng.
1.2.2 Gi ớ i thi ệ u v ề phân bón ch ậ m
Phân bón chậm phát huy tác dụng sau 4-6 tuần khi vào đất, giúp cây trồng sử dụng dinh dưỡng một cách liên tục và lâu dài Nhờ vào việc phóng thích dinh dưỡng từ từ, cây không bị thiếu hụt dinh dưỡng, từ đó phát triển khỏe mạnh và duy trì màu xanh bền lâu hơn so với việc sử dụng phân bón tan nhanh Phân bón chậm được xử lý bằng các chất phụ gia nhằm giảm tốc độ tan, vì vậy sau một thời gian bón, chúng ta có thể thấy dấu vết hạt phân, nhưng thực tế dinh dưỡng đã được cây trồng hấp thụ hoàn toàn.
Bảng 1.4 Các lợi điểm của phân bón chậm tan
Dưỡng chất cung cấp cho cây trồng có hiệu lực kéo dài, đảm bảo sự phát triển liên tục và bền vững Chẳng hạn, Woodace (WA) có hiệu lực trung bình lên đến 2 năm, trong khi Nurseryace (NA) có thể kéo dài tới 8 năm.
12 tháng và IB-S1 khoảng 4 tháng
Đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường là rất quan trọng, đặc biệt trong việc ngăn chặn thất thoát dưỡng chất vào môi trường Việc sử dụng đạm hiệu quả cao nhờ vào tính phân giải Nitơ vào đất chậm và đều, giúp duy trì sự bền vững cho hệ sinh thái.
Dễ dàng, tiện lợi và tiết kiệm chi phí bón phân
Chỉ cần đếm số viên và đặt phân gần rễ con của cây Số lượng phân giảm nhiều nên tiện lợi cho sự khuân vác khi bón phân
1.2.3 Khoáng struvite (magie amoni photphat, MAP )- một phân chậm tan
Struvite hay MAP (magie amoni photphat) là một tinh thể thường gặp trong tự nhiên với sự kết hợp khác nhau về nồng độ của Mg 2+ , NH4
Struvite có hằng số pKs từ 12.6 đến 13.26, cho phép hình thành và tách biệt dạng không tan của nó khỏi pha nước Việc lợi dụng sự kết tinh của MAP có thể giúp xử lý hiệu quả các chất dinh dưỡng N và P có trong nước thải.
Sơ đồ quá trình hình thành MAP trong tự nhiên như sau
MAP được hình thành từ tỷ lệ Mg:N:P và giá trị pH trong quá trình phản ứng, giúp giảm lượng Mg từ nước ót và loại bỏ chất dinh dưỡng như phốt pho và nitơ trong nước thải Được mô tả bởi các nhà khoa học Đức và Mỹ vào năm 1960, độ tan thấp của MAP trong nước và dung dịch đất cho phép giải phóng chậm struvite, cung cấp nguồn P, N và Mg hiệu quả cho cây trồng qua bón lá hoặc đất Khi được nghiền ở kích thước phù hợp, struvite có thể được áp dụng vào đất với tốc độ cao mà không gây hại cho hệ thống rễ, mở rộng phạm vi ứng dụng và thúc đẩy sự sinh trưởng nhanh chóng của cây trồng.
Khoáng Struvite có thể được sử dụng trong trồng trọt như một loại phân bón thông thường Bột Struvite có khả năng chuyển đổi thành các hạt nhỏ, giúp việc áp dụng phân bón trở nên dễ dàng hơn Ở dạng hạt, phân bón này không bị đóng bánh trong môi trường ẩm ướt, mang lại nhiều ưu điểm cho cây trồng.
- Sinh học : các chất dinh dưỡng trong khoáng Struvite có thể dễ dàng hấp thụ bởi cây
- Chậm tan : do tính hòa tan thấp, khoáng Struvite đảm bảo cung cấp chất dinh dưỡng ổn định cho cây trồng
- Tinh khiết cao : chất gây ô nhiễm ( các kim loại nặng…), có thể có mặt trong nước, không kết tủa với khoáng Struvite
1.2.4 Các công trình nghiên cứu tổng hợp MAP từ các nguồn nước thải
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tổng hợp MAP từ các nguồn nước thải giàu chất dinh dưỡng như nước thải chăn nuôi lợn và nước thải từ lò giết mổ, đồng thời bổ sung magie clorua hoặc magie sulfat, hoặc magie từ nước ót, với các điều kiện pH và tỷ lệ mol khác nhau.
Nghiên cứu của nhóm thuộc Đại học Timisoara, Romania, tập trung vào việc loại bỏ ion amoni và phosphate trong nước thải, đồng thời tổng hợp sỏi Struvite-MAP thông qua quá trình tạo kết tủa với magnesium sulfate Thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với bốn loại nước thải có nồng độ amoni ban đầu từ 0,08 đến 1,6 g/L và phosphate từ 0,4 đến 8 g/L, với tỷ lệ mol Mg²⁺: NH₄⁺ được kiểm soát chặt chẽ.
3- = (1 : 1 : 1; 2 : 1: 1) và các giá trị pH khác nhau của phản ứng từ 6-11 Kết quả thu được là sản phẩm rắn MAP được tận dụng làm phân bón.
Giới thiệu về nước ót
Nước ót là dung dịch còn lại trên ruộng muối sau khi muối đã kết tinh, thường được tháo ra và chuyển vào bể chứa để "trả về" biển Nước ót 30 độ Bômê chứa các thành phần như NaCl, MgCl, MgSO, KCl, NaBr và một số nguyên tố vi lượng khác, với nồng độ muối manhê đạt tới 23% Để sản xuất 1 tấn muối, sẽ thải ra khoảng 2m³ nước ót 30 độ Bômê.
Mỗi năm, Việt Nam sản xuất khoảng 900.000 tấn muối, dẫn đến việc thải ra hơn 1.800.000 m³ nước ót, gây ô nhiễm môi trường biển Chỉ riêng 4 xí nghiệp tại Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận đã thải từ 400.000 đến 500.000 m³ nước ót có nồng độ cao, làm tăng mức độ muối trong các vùng ven biển, dẫn đến sự chết chóc của cá và tôm, cũng như hủy hoại các hệ sinh thái như san hô và rong biển Nếu nước ót không được xử lý đúng cách, nồng độ muối manhê sẽ gia tăng, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác muối ăn Tuy nhiên, nếu biết khai thác nước ót một cách hợp lý, chúng ta có thể giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn lợi từ nó.
Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ xi măng manhê như tấm lợp, tấm ốp tường, trần nhà và nền nhà đang tăng cao, với hàng triệu mét vuông tấm lợp được tiêu thụ hàng năm tại Việt Nam Ngoài ra, ngành công nghiệp gốm sứ và thủy tinh cũng cần một lượng đáng kể MgO và MgCl, có thể được chế từ nước ót Vật liệu xây dựng từ xi măng manhê có nhiều ưu điểm như khả năng cách nhiệt, cách âm tốt, cường độ chịu lực cao, không thấm nước, đa dạng màu sắc và không chứa amiăng, đảm bảo an toàn cho cả người sản xuất và người tiêu dùng Nguyên liệu chính để sản xuất các sản phẩm này bao gồm oxyt magie, clorua magie, sợi thủy tinh và các phụ gia khác.
Theo Phó giáo sư - Tiến sĩ Ngô Quốc Bưu, Phân viện trưởng Phân viện Khoa học Vật liệu tại Nha Trang, nước ót từ đồng muối có nồng độ từ 33 độ Bômê trở lên có thể thay thế clorua manhê trong sản xuất vật liệu xi măng manhê Quy trình công nghệ đề xuất yêu cầu mỗi tấm lợp xi măng manhê cần 2,5 kg clorua manhê hoặc 5 lít nước ót 33 độ Bômê Các đồng muối ở Vĩnh Hảo, Cà Ná, Phương Cựu thải ra 280.000-350.000 m3 nước ót trên 30 độ Bômê mỗi năm Với khí hậu khô và số giờ nắng cao, nước ót có thể đạt 33-35 độ Bômê nhờ bay hơi tự nhiên, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất Tuy nhiên, nhiều cơ sở vẫn phải nhập clorua manhê từ Trung Quốc với giá cao, trong khi nước ót từ đồng muối trong nước vẫn chưa được khai thác hiệu quả, gây ô nhiễm môi trường.
Theo tài liệu của Công ty xuất nhập khẩu vật tư kỹ thuật Rexco, nước ót sau khi xử lý tạo ra muối đắng, là nguyên liệu chính (80%) cho sản xuất phân bón trung vi lượng Hàng năm, bốn xí nghiệp muối có thể cung cấp khoảng 200.000 m³ nước ót trên 35 độ Bômê và 100.000 tấn nguyên liệu phân bón trung vi lượng Nhu cầu sản xuất nông nghiệp Việt Nam lên tới hàng trăm ngàn tấn loại phân này mỗi năm (theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2011) Đầu tư khai thác nước ót đồng muối không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu hóa chất phong phú cho sản xuất trong nước, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khảo sát khả năng loại bỏ amoni và photphat của nước thải chăn nuôi thông qua việc tổng hợp khoáng struvite
Tận dụng magie từ nguồn nước ót sản xuất muối ăn để thu phân bón chậm magie amoni photphat
2.2.1 Phương pháp thu thậ p tài li ệ u
Tiến hành điều tra và thu thập thông tin liên quan đến đối tượng nghiên cứu, bao gồm việc phân tích tài liệu từ sách, báo chí và giáo trình trong và ngoài nước về quy trình khảo sát và sản xuất phân bón chậm.
2.2.2 Kh ả o sát th ực đị a Đây là phương pháp để đánh giá hiện trạng ô nhiễm và lấy mẫu nghiên cứu từ thực tế Mẫu nước thải được lấy từ khu vực ao chứa nước thải tại các trang trại chăn nuôi khu vực nông thôn của Hải phòng và nước ót được lấy từ khu vực làm muối ven biển Đồ Sơn
2.2.3.Các phương pháp nghiên cứ u trong phòng thí nghi ệ m
Các nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành tại Phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Công nghệ Môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Hóa chất dụng cụ cho nghiên cứu được liệt kê trong bảng 2.1 dưới đây
Bảng 2.1 Các dụng cụ, thiết bị và hóa chất
Dụng cụ và thiết bị H óa chất
+ Pipet các loại 1ml, 2ml, 5ml, 10ml
+ Bình định mức 25ml, 50ml, 100ml,
+ Natri nitro pruxit + Đệm oxy hóa + Thymol + MgCl 2 6H 2 O; MgSO 4 + KH 2 PO 4 ; Na 2 HPO 4 + NH 4 Cl
+ Amoni molipdap 2,5 % + Dung dịch EDTA 0,05N + Chỉ thị ET-OO
+ Dung dịch đệm NH 4 OH + NH 4 Cl
2.2.3.1 Nghiên cứu loại bỏ nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi
Việc loại bỏ nitơ và photpho trong nước thải chăn nuôi có thể thực hiện thông qua phản ứng tạo magie amoni photphat (MAP) MAP là một tinh thể tự nhiên, được hình thành từ sự kết hợp của các nồng độ khác nhau của Mg2+ và NH4+.
3- vượt quá giới hạn tan của chúng
Trong phòng thí nghiệm, hợp chất MAP (Mono Ammonium Phosphate) là một dạng tinh thể vô cơ có khả năng sử dụng làm phân bón Quá trình tinh thể hóa MAP chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ photphat, amoni, magie, giá trị pH và tỷ lệ N/Mg/P Do đó, các nghiên cứu tại đây tập trung vào những yếu tố này để tối ưu hóa quy trình sản xuất phân bón.
-Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ mol NH 4 + : Mg 2+ : PO4
3- đến hiệu quả hình thành MAP và loại bỏ N, P của nước thải
-Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hình thành MAP và loại bỏ N,
2.2.3.2 Nghiên cứu tận dụng magie từ nước ót sản xuất muối ăn vào việc tổng hợp MAP
Các nghiên cứu được thực hiện dựa trên tỷ lệ Mg đã được chọn, nhưng thay vì sử dụng dung dịch magie giả, nước ót được sử dụng để tổng hợp MAP dưới các điều kiện pH khác nhau Nghiên cứu này tập trung vào tỷ lệ mol của Mg trong nước ót và tỷ lệ mol của N trong nước thải.
2.2.3.3 Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu a) Phân tích dịch lọc sau nghiên cứu tổng hợp MAP
Phân tích amoni: Phản ứng của amoni và hypochlorite với sự có mặt của xúc tác thymol tạo thành hợp chất indothymol màu xanh
- Hút 2ml dung dịch cần phân tích cho vào bình 100ml, định mức, được dung dịch pha loãng có tỷ lệ (1 : 50)
- Lấy Vml dung dịch pha loãng cho vào ống nghiệm
Thêm 5ml nước cất định mức, sau đó lần lượt thêm 1 giọt natri nitroprusside và 1 giọt đệm oxy hóa, lắc đều Chờ 1 phút, tiếp theo thêm 2 giọt thymol và lắc đều một lần nữa Sau 3 phút, tiến hành đo quang tại bước sóng 694nm.
Phân tích orthophosphate sử dụng amoni molypdate và kali antimonyl tartrate trong môi trường axit trung bình sẽ tạo ra molydo phosphoric Sau đó, axit này sẽ được khử thành màu xanh molybden dưới tác dụng của axit ascorbic.
- Dùng pipet hút Vml dung dịch cần phân tích cho vào bình 25ml, định mức có tỷ lệ pha loãng (1 : 10)
- Sau đó lấy Vml dung dịch pha loãng cho vào bình 25ml+ 1ml dung dịch amonimolypdate 2,5% + 1ml axit ascorbic 1%
Tia nước cất lên 1/2 bình đun sôi và có màu xanh dương để nguội định mức lên 25ml đem đo quang ở bước sóng 829nm
Phân tích Magie được thực hiện thông qua chuẩn độ tạo phức với dung dịch nước muối dinatri của EDTA ở pH = 10, sử dụng chỉ thị ET – OO Để xác định nồng độ Magie, mức tối thiểu cần đạt là 0,05 mmol/l.
- Dùng pipet lấy 50ml dung dịch mẫu vào bình nón dung tích 250ml
- Thêm 4ml dung dịch đệm (dung dịch NH 4 Cl + NH4OH)
- Vài tinh thể ET-OO Dung dịch có màu tím hồng
Tiến hành chuẩn độ EDTA bằng cách sử dụng buret, lắc đều và thực hiện chuẩn độ nhanh ở giai đoạn đầu, sau đó chậm lại khi gần đến điểm cuối Tiếp tục thêm EDTA cho đến khi dung dịch chuyển màu từ tím hồng sang xanh.
Để thực hiện quá trình chuẩn độ, lấy 50ml mẫu vào bình nón và thêm một thể tích EDTA nhỏ hơn 0,5ml so với thể tích tiêu tốn ban đầu Tiếp theo, bổ sung 4ml dung dịch đệm và một vài tinh thể ET-OO Cuối cùng, tiến hành chuẩn độ bằng EDTA cho đến khi đạt điểm cuối.
- Nếu thể tích EDTA tiêu tốn trong chuẩn độ nhỏ hơn 4,5ml thì tăng thể tích mẫu thử và tăng dung dịch đệm tương ứng
- Nếu thể tích EDTA tiêu tốn trong chuẩn độ lớn hơn 20ml thì giảm phần thể tích mẫu thử và thêm nước đến 50ml b) Phân tích kết tủa MAP
Lấy 1g kết tủa dùng 5ml HCl 5% để hòa tan sau đó định mức vào bình 25ml
Lấy Vml dung dịch hòa tan MAP đem pha loãng tỷ lệ (1:2,5) dùng để phân tích nồng độ PO 4 3- trong kết tủa
Lấy Vml dung dịch hòa tan MAP đem pha loãng tỷ lệ (1:50) dùng để phân tích nồng độ NH 4 + và Mg 2+ trong kết tủa
Các quy trình phân tích amoni, photpho, magie làm theo quy trình tại mục 2.2.3.3.a) đã nêu ở trên
Phân tích một số đặc tính vật lý của sản phẩm
- Hình thái sản phẩm (phương pháp kính hiển vi điện tử quét, SEM:
Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) là công cụ nghiên cứu hiệu quả, cho phép phân tích hình thể, kích thước và hình dạng của vi tinh thể với độ phóng đại cao, tạo ra hình ảnh rõ nét và chi tiết.
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét
Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng chùm electron thứ cấp phát ra từ mẫu vật được chiếu sáng bằng chùm electron năng lượng cao (0,5 ÷ 35kV) Khi chùm electron quét lên bề mặt mẫu, chúng va chạm và tạo ra hạt thứ cấp hướng tới detector Tại đây, hạt thứ cấp được chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó được khuyếch đại và gửi tới ống tia catot để tạo ra hình ảnh.
Phương pháp SEM giúp xác định kích thước trung bình và hình dạng của các tinh thể, cùng với các vật liệu có cấu trúc tinh thể khác.
- Cấu trúc tinh thể của sản phẩm(nhiễu xạ tia X, XRD)
Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cung cấp thông tin quan trọng về các pha tinh thể, độ hoàn thiện và kích thước hạt trong mẫu Đặc biệt, đối với vật liệu nano, XRD là phương pháp nhanh chóng, không gây hư hại cho mẫu và đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu.
Kết quả và thảo luận
3.1.1 Tình hình chăn nuôi ở hải Phòng
Các trang trại chăn nuôi quy mô lớn tại Hải Phòng mang lại cơ hội chuyển đổi sản xuất cho nông dân ngoại thành Tuy nhiên, quy hoạch trang trại chưa hợp lý và thiếu tính bền vững đang gây ra ô nhiễm môi trường, làm gia tăng những vấn đề hiện có ở khu vực nông thôn.
Trong những năm gần đây, các huyện Tiên Lãng và Vĩnh Bảo đã dẫn đầu trong phong trào phát triển kinh tế trang trại, với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng và quy mô Từ năm 2006 đến 2009, huyện Vĩnh Bảo đã thêm 195 trang trại, trong đó có 86 trang trại chăn nuôi và nhiều trang trại thủy sản, tổng hợp Các xã như Vĩnh An, Việt Tiến (Vĩnh Bảo) và Quang Phục, Khởi Nghĩa (Tiên Lãng) đã chứng kiến sự bùng nổ của các trang trại chăn nuôi lợn, với nhiều hộ đầu tư quy mô từ 100 đến 300 con, thậm chí có trang trại nuôi đến 600 - 800 con lợn siêu nạc Một số trang trại lớn đã đầu tư hàng tỷ đồng vào cơ sở vật chất hiện đại, bao gồm chuồng trại, hầm bioga lớn và máy phát điện công suất cao phục vụ cho hoạt động chăn nuôi.
Tính đến năm 2009, thành phố có 1.831 trang trại, bao gồm 618 trang trại chăn nuôi, 745 trang trại thủy sản và 217 trang trại tổng hợp Trong đó, trang trại chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản là hai lĩnh vực phát triển mạnh nhất Gần đây, kinh tế trang trại đã hình thành các vùng chuyên môn hóa, như trang trại chăn nuôi tại Tân Thành, Hải Thành (quận Dương Kinh) và Trấn Dương, Hòa Bình (huyện Vĩnh Bảo) Ngoài ra, vùng trang trại tổng hợp tại Đặng Cương, Lê Lợi, Đồng Thái (An Dương) cũng kết hợp giữa chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và trồng cây ăn quả, cùng với các khu vực chăn nuôi tập trung tại Tú Sơn (Kiến Thụy) và Tân Liên, Vĩnh An, Việt Tiến (Vĩnh Bảo).
3.1.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải do chăn nuôi:
Tại một số địa phương, khu vực phát triển kinh tế trang trại chưa được quy hoạch tập trung, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do chất thải từ các trang trại, đặc biệt là chăn nuôi lợn Ở các xã như Quang Phục, Khởi Nghĩa (Tiên Lãng) và Việt Tiến (Vĩnh Bảo), nhiều trang trại vẫn tồn tại trong khu dân cư mà không có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn, gây ra ô nhiễm do bùn thải và chất thải rắn như phân và thức ăn thừa được xả trực tiếp ra môi trường.
Nguồn ô nhiễm từ hoạt động chăn nuôi chủ yếu xuất phát từ phân thải, nước tiểu và nước rửa chuồng, với nước thải chăn nuôi có hàm lượng chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ (COD và BOD) cao Phân thải thường được trộn với nước tiểu và nước rửa chuồng, dẫn đến nồng độ tạp chất trong nước thải chuồng trại cao hơn từ 50-150 lần so với nước thải đô thị, với nồng độ nitơ tổng lên tới 1.500 – 15.200 mg/L và phospho từ 70 – 1.750 mg/L Hoạt động chăn nuôi lợn đặc biệt gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm, với nồng độ NH4+ quan trắc dao động từ 0,98 – 6,34 mg/L, vượt quá tiêu chuẩn nước uống của Việt Nam.
Hàm lượng COD trong nước thải từ các cơ sở chăn nuôi dao động từ 314-542 mg/l, vượt mức cho phép từ 1,57-2,71 lần, trong khi hàm lượng BOD từ 182,5-406,4 mg/l cũng vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,22-2,7 lần Với nồng độ ô nhiễm cao như vậy, phân thải và nước thải chăn nuôi trở thành nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được quản lý và xử lý hiệu quả.
Môi trường tại các làng và khu dân cư thường xuyên bị ô nhiễm với mùi hôi tanh do quá trình phân hủy chất thải từ phân, nước tiểu và thức ăn thừa của vật nuôi Cường độ mùi này phụ thuộc vào mức độ vệ sinh chuồng trại, thành phần thức ăn và điều kiện môi trường xung quanh các trang trại chăn nuôi lợn Nguồn nước tại các ao hồ, kênh rạch cũng bị ô nhiễm nặng, gây ra sự bất bình trong cộng đồng địa phương, dẫn đến việc người dân thường xuyên phản ánh tình trạng này.
3.1.3 Kết quả điều tra ô nhiễm nguồn nước do chăn nuôi
Kết quả phân tích mẫu nước thải tại các ao hồ ở trang trại chăn nuôi ngoại thành Hải Phòng cho thấy nồng độ amoni đạt 1,577 g/L và photphate là 5,373.10 -3 g/L, đều vượt mức quy định trong QCVN 01-14:2010/BNNPTNT.
3.2 kết quả nghiên cứu loại bỏ N và P trong nước thải chăn nuôi
3.2.1 K ế t qu ả nghiên c ứ u v ề các y ế u t ố ảnh hưởng đế n ph ả n ứ ng k ế t t ủ a
3.2.1.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến việc loại bỏ amoni
Chúng tôi đã thực hiện thí nghiệm xử lý amoni với các điều kiện pH và tỷ lệ mol N:Mg:P khác nhau Dịch lọc sau đó được phân tích theo quy trình đã trình bày tại mục 2.2.3.3 Kết quả phân tích nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng được thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 3.1.Kết quả phân tích hàm lƣợng NH 4 + trong dịch lọc
Khối lượng kết tủa MAP (g)
Thể tích dịch lọc (ml)
Dựa vào bảng trên, các mẫu 3a, 3b, 3c sử dụng các hóa chất thử nghiệm NH4Cl, MgCl2.6H2O, Na2HPO4 với điều kiện tỷ lệ mol và thể tích dung dịch giống nhau, chỉ khác nhau ở pH Kết quả cho thấy nồng độ NH4+ trong dịch lọc ở mẫu 3a (pH = 9) là 1,123 mg, thấp nhất, trong khi mẫu 3b (pH = 10) có nồng độ NH4+ cao nhất là 1,21 mg So sánh giữa ba mẫu, mẫu 3a ở pH = 9 đạt hiệu quả xử lý amoni cao nhất với tỷ lệ 91,09%.
Các mẫu 4 và 5 sử dụng hóa chất thử nghiệm NH4Cl, MgSO4, KH2PO4 với điều kiện pH khác nhau Cụ thể, mẫu 4 ở pH = 9 có nồng độ NH4+ trong dịch lọc là 1,1013 mg, thấp hơn so với mẫu 5 với nồng độ NH4+ là 1,124 mg Điều này cho thấy việc sử dụng hóa chất thử nghiệm khác nhau không ảnh hưởng đến kết quả tổng hợp MAP hay hiệu quả xử lý amoni.
So sánh tỷ lệ N : Mg : P giữa mẫu 3a và mẫu 4 với cùng điều kiện pH cho thấy mẫu 4 (1 : 1 : 1) có nồng độ NH4+ (1,1013mg) thấp hơn mẫu 3a (1 : 0,78 : 1) với nồng độ NH4+ là 1,1225mg Do đó, tỷ lệ N : Mg : P cần được lựa chọn dựa trên kết quả này.
Mg : P là 1 : 1 : 1 để nghiên cứu loại bỏ amoni là tốt nhất
3.2.1.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến chất lượng dòng thải P sau kết tủa (MAP)
Chúng tôi đã tiến hành phân tích nồng độ PO4 3- trong dịch lọc theo quy trình đã mô tả tại mục 2.2.3.3 Kết quả phân tích nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 3.2 Kết quả phân tích hàm lƣợng PO 4 3- trong dịch lọc
Thể tích dịch lọc (ml)
Giữa các mẫu 3a và 3b, cũng như mẫu 4 và 5, đều có tỷ lệ mol và thể tích dung dịch giống nhau, chỉ khác nhau ở giá trị pH Kết quả khảo sát cho thấy tại pH=9, hàm lượng PO4 3- trong dịch lọc đạt mức thấp nhất.
- Trong tất cả các mẫu nghiên cứu đều cho thấy nồng độ PO4
3- trong dịch lọc nhỏ hơn so với nồng độ PO4 3- đầu vào Như vậy có thể đi đến kết luận việc nghiên cứu tổng hợp MAP không làm ảnh hưởng tới ô nhiễm nguồn nước cần xử lý
3.2.2 K ế t qu ả lo ạ i b ỏ N và P trong nướ c th ải chăn nuôi
3.2.2.1.Kết quả loại bỏ nitơ
Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xử lý amoni trong điều kiện pH = 9 – 9,5, với tỷ lệ N:Mg:P = 1:1:1 Kết quả xử lý đạt được như sau:
Bảng 3.3 Kết quả phân tích hàm lƣợng NH 4 + trong dịch lọc
Khối lượng kết tủa (MAP) (g)
Thể tích dịch lọc (ml)
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1 Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011
2 Báo cáo ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi gia súc, gia cầm tập trung và giải pháp (cục chăn nuôi)
3 Giáo trình công nghệ môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội
4 Hồ Thị Lam Trà, Cao Trường Sơn và Trần Thị Loan (2008) ảnh hưởng của chăn nuôi lợn tại hộ gia đình tới chất lượng nước mặt Tạp chí nông nghiệp và phát triển nông thôn Số 10 tháng 10/2008 trang 56-60
5 Hương An (2010), Khởi sắc kinh tế trang trại-đi cùng nỗi lo ô nhiễm, báo Hải Phòng cuối tuần
6 Lương Đức Phẩm (2009) công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học NXB Giáo Dục Việt Nam
7 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-14:2010/BNNPTNT, QCVN 01-15:2010/BNNPTNTvề điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học
8 Tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi ở Việt Nam
9 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam thời gian qua và định hướng phát triển chăn nuôi đến năm 2010, cục chăn nuôi
10 Tình hình phát triển chăn nuôi ở Việt Nam, tổng cục thống kê, cục chăn nuôi.