Đề xuất giải pháp quản lý chất thải chăn nuôi theo hướng kỹ thuật sinh thái tại huyện củ chi, tp hồ chí minh

SỰ CẦN THIẾT THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Theo thống kê đến ngày 01/01/2011, diện tích đất nông nghiệp của Việt Nam là 26.226.396 ha, chiếm khoảng 79% tổng diện tích đất tự nhiên Với tỷ lệ này, nền kinh tế Việt Nam chủ yếu phát triển dựa vào nông nghiệp, và nước ta đã trở thành một trong những quốc gia xuất khẩu hàng đầu thế giới về các sản phẩm nông nghiệp như hạt điều, hạt tiêu, gạo và cà phê Ngành chăn nuôi cũng phát triển mạnh mẽ, cung cấp thịt và sữa, đảm bảo nhu cầu thực phẩm thiết yếu cho người dân.

Mặc dù Việt Nam đang hướng tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đặc biệt tại các đô thị lớn, nhưng vẫn chú trọng phát triển nông nghiệp để đảm bảo tự cung cấp lương thực và tạo việc làm cho nông dân Thành phố Hồ Chí Minh, là đô thị công nghiệp lớn nhất cả nước, cũng tập trung phát triển nông nghiệp ở các quận, huyện ngoại thành với quy hoạch bao gồm tất cả các ngành trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, lâm nghiệp và du lịch sinh thái Năm 2011, giá trị sản xuất nông nghiệp tại thành phố ước đạt 8.801,5 tỷ đồng, trong đó ngành chăn nuôi chiếm tỷ lệ cao nhất với 60,4%, chủ yếu là chăn nuôi bò sữa, trâu, heo, chim yến và cá sấu ở các huyện như Cần Giờ và Bình.

Ngành chăn nuôi tại huyện Củ Chi, TP.HCM, chiếm tỷ lệ cao trong tổng số lượng gia súc và gia cầm của toàn thành phố, với trâu 53,2%, bò 52,7%, bò sữa 47%, heo 43,8% và gia cầm 100% Số lượng này đóng góp đáng kể vào nguồn lương thực, thực phẩm cho huyện và thành phố Tuy nhiên, ngành chăn nuôi cũng phát sinh lượng lớn chất thải, gây ô nhiễm môi trường nông thôn.

Theo báo cáo của Trạm Thú y huyện Củ Chi, huyện có 189.639 con heo và 67.176 con bò, dẫn đến tổng lượng chất thải phát sinh hàng ngày ước tính là 1.415 tấn chất thải rắn và 2.153 m³ nước thải Hình thức chăn nuôi chủ yếu hiện nay là tự phát, phân tán và nhỏ lẻ, với chuồng trại xây dựng ngay trong khu dân cư Chất thải chăn nuôi chưa được thu gom và xử lý đúng quy định môi trường, do người dân còn thiếu hiểu biết về quản lý chất thải Hậu quả là chất thải chăn nuôi chưa được xử lý gây ô nhiễm môi trường và tăng nguy cơ dịch bệnh cho gia súc, gia cầm và con người.

Hiện nay, các phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi chủ yếu bao gồm mô hình hầm biogas và mô hình ủ phân compost, giúp giải quyết vấn đề chất thải rắn, lỏng, khí trong chăn nuôi Những phương pháp này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho nông dân thông qua việc sử dụng khí sinh học làm năng lượng và phân compost để bón cây, mà còn góp phần bảo vệ môi trường Tuy nhiên, các mô hình xử lý này chủ yếu chỉ được áp dụng cho các trang trại quy mô lớn, trong khi các hộ chăn nuôi nhỏ vẫn chưa tiếp cận được và hiểu biết về chúng còn hạn chế.

Giải pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi (CTCN) hiện nay còn thiếu tính đồng bộ và chủ yếu tập trung vào việc xử lý tạm thời, mà chưa xem xét toàn diện chu trình tuần hoàn vật chất của CTCN CTCN thực sự là một phần của vòng tuần hoàn tự nhiên, không chỉ đơn thuần là chất thải Việc áp dụng các giải pháp quản lý và xử lý CTCN cần dựa trên nguyên tắc của vòng tuần hoàn tự nhiên để hướng tới phát triển bền vững trong ngành chăn nuôi, đồng thời bảo vệ môi trường và sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả Để đạt được những mục tiêu này, việc ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong quản lý và xử lý CTCN là cần thiết và hiệu quả.

Tác giả thực hiện đề tài “Đề xuất giải pháp quản lý chất thải chăn nuôi theo hướng kỹ thuật sinh thái tại huyện Củ Chi, Tp.HCM” nhằm xác định hiện trạng phát thải chất thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Củ Chi Từ đó, đề xuất các giải pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi theo kỹ thuật sinh thái, tạo ra môi trường hài hòa giữa con người và tự nhiên, hướng tới một nền nông nghiệp bền vững trong tương lai.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng mô hình quản lý tổng hợp CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái tại huyện Củ Chi Nghiên cứu nhằm thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển bền vững, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, bảo tồn tài nguyên và phát triển cân bằng giữa các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường.

 Nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc các mục tiêu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

Nội dung 1 Đánh giá hiện trạng phát thải CTCN trên địa bàn huyện Củ Chi Nội dung này gồm các bước:

- Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên bao gồm: vị trí địa lý, khí hậu, điều kiện khí tƣợng – thủy văn, địa hình – địa chất;

- Thu thập các thông tin về tình hình phát triển kinh tế - xã hội của huyện trong thời gian gần nhất (năm 2011);

- Thu thập các tài liệu về tình hình sản xuất và quy hoạch phát triển chăn nuôi của Tp.HCM nói chung, huyện Củ Chi nói riêng;

- Ƣớc tính tổng lƣợng phát thải CTCN trên địa bàn huyện Củ Chi;

- Tổng hợp, đánh giá hiện trạng phát thải CTCN của huyện Củ Chi

Đề xuất mô hình quản lý và xử lý chất thải công nghiệp (CTCN) tại huyện Củ Chi theo hướng kỹ thuật sinh thái bao gồm các bước cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững trong quản lý môi trường Mô hình này tập trung vào việc áp dụng các giải pháp sinh thái để giảm thiểu tác động tiêu cực của CTCN, đồng thời khuyến khích sự tham gia của cộng đồng và các bên liên quan trong quá trình thực hiện.

- Tổng quan cơ sở lý thuyết về kỹ thuật sinh thái ứng dụng trong quản lý và xử lý

- Thu thập các giải pháp quản lý CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái đã áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam;

- Thu thập các giải pháp quản lý CTCN đã thực hiện ở huyện Củ Chi thông qua các chương trình, giải pháp, kế hoạch đã thực hiện;

- Đề xuất mô hình quản lý CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái

Nội dung 3 Xây dựng kế hoạch triển khai mô hình thí điểm theo hướng kỹ thuật sinh thái đạt đƣợc nghiên cứu

Phương pháp tổng quan tài liệu

Phương pháp nghiên cứu này được thực hiện chủ yếu ở giai đoạn đầu, nhằm tạo cái nhìn tổng quan về tài liệu liên quan và các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước Tác giả thu thập cơ sở dữ liệu ban đầu từ các báo cáo khoa học, bài báo nghiên cứu và tạp chí, đây là nền tảng quan trọng để xây dựng giả thuyết, dữ liệu thông tin và ý kiến Những tài liệu này hỗ trợ tác giả tổng hợp các giải pháp quản lý hiệu quả.

CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái đã được áp dụng cả trong và ngoài nước Bài viết này đề xuất giải pháp quản lý CTCN tại huyện Củ Chi theo phương pháp kỹ thuật sinh thái, nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững trong quản lý tài nguyên.

Phương pháp khảo sát thực tế thu thập dữ liệu

Phương pháp này tập trung vào việc thu thập dữ liệu thực tế về số lượng đàn heo và bò sữa tại huyện Củ Chi, từ đó tính toán tổng lượng khí thải CTCN dựa trên hệ số phát thải của từng loại gia súc Kết hợp với khảo sát môi trường hiện trạng, nghiên cứu sẽ đánh giá tình hình phát thải từ chăn nuôi trong huyện Ngoài ra, việc thu thập thông tin về các hình thức chăn nuôi hiện tại, các biện pháp và chương trình đã được thực hiện, cùng với tài liệu quy hoạch và định hướng phát triển ngành chăn nuôi tại Củ Chi sẽ hỗ trợ cho việc đề xuất các giải pháp quản lý phù hợp.

Phương pháp thống kê, phân tích và so sánh

Các số liệu và thông tin sẽ được tổng hợp qua Word và Excel, sau đó trình bày dưới dạng bảng và biểu đồ Qua quá trình thống kê, các thông tin này sẽ được phân tích và so sánh nhằm đánh giá hiện trạng CTCN của huyện Củ Chi, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả.

CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái, phù hợp với định hướng phát triển ngành chăn nuôi của huyện Củ Chi

Phương pháp lấy ý kiến từ các chuyên gia đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tình hình phát sinh CTCN và tìm kiếm các giải pháp quản lý theo hướng kỹ thuật sinh thái Những giải pháp này sẽ được gửi đến các cán bộ quản lý và nhà khoa học trong lĩnh vực liên quan để nhận được ý kiến đóng góp và bổ sung, từ đó hoàn thiện hơn nữa các giải pháp quản lý CTCN.

Phương pháp kỹ thuật sinh thái

Dựa trên nguyên tắc của kỹ thuật sinh thái, bài viết tập trung vào việc ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong xử lý và quản lý chất thải công nghiệp (CTCN) Đề tài xác định CTCN như một dạng vật chất trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái và trong chu trình tuần hoàn vật chất tự nhiên Việc sử dụng CTCN không chỉ là nguồn tài nguyên và năng lượng phục vụ cho cuộc sống con người mà còn góp phần bảo vệ môi trường sống theo hướng bền vững.

Hoạt động chăn nuôi trên địa bàn Tp.HCM tập trung tại 5 huyện: Cần Giờ, Nhà Bè,

Huyện Củ Chi, thuộc Tp.HCM, có tỷ lệ cao về số lượng gia súc, đặc biệt là heo và bò sữa Ngành chăn nuôi tại đây chủ yếu phát triển hai loại gia súc này, do đó, nghiên cứu sẽ tập trung vào heo và bò sữa tại huyện Củ Chi.

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học Đề tài thực hiện đầu tiên ở huyện Củ Chi, tập trung vào đánh giá hiện trạng CTCN

(đối với heo và bò sữa) đem lại những ý nghĩa khoa học nhƣ sau:

- Đóng góp thêm một mô hình phát triển theo hướng bền vững;

Tăng cường ứng dụng kỹ thuật sinh thái là giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm từ hoạt động chăn nuôi, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường trong lĩnh vực nông nghiệp Việc áp dụng các phương pháp sinh thái không chỉ giúp cải thiện chất lượng môi trường sống mà còn thúc đẩy phát triển bền vững cho ngành nông nghiệp.

- Bổ sung cơ sở dữ liệu trong lĩnh vực kỹ thuật sinh thái

Mục tiêu của đề tài là phát triển một ngành nông nghiệp bền vững tại các huyện ngoại thành Tp.HCM thông qua quản lý CTCN theo hướng kỹ thuật sinh thái Kết quả nghiên cứu không chỉ phù hợp với định hướng phát triển của thành phố mà còn có thể mở rộng ứng dụng ra các huyện ngoại thành và các địa phương khác trên quy mô lớn hơn Đề tài đóng góp vào tiến trình phát triển nông nghiệp bền vững của cả nước và Tp.HCM, thể hiện qua các văn bản pháp lý cụ thể.

Quyết định số 124/QĐ-TTg ngày 02/02/2012 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển sản xuất ngành nông nghiệp đến năm 2020 và tầm nhìn đến 2030, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm nông nghiệp, đảm bảo an ninh lương thực và phát triển bền vững Quy hoạch này định hướng phát triển các lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản, đồng thời khuyến khích ứng dụng công nghệ cao và bảo vệ môi trường.

- Quyết định số 5930/QĐ-UBND ngày 28/12/2009 của UBND Tp.HCM về phê duyệt quy hoạch sản xuất nông nghiệp phát triển nông thôn thành phố Hồ Chí

Minh đến năm 2020 và tầm nhìn 2025;

Quyết định số 13/2011/QĐ-UBND ngày 09/3/2011 của UBND Tp.HCM phê duyệt Chương trình chuyển dịch cơ cấu nông nghiệp theo hướng nông nghiệp đô thị tại thành phố trong giai đoạn 2011 – 2015 nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và phát triển bền vững Chương trình này tập trung vào việc hiện đại hóa các phương thức canh tác, tăng cường ứng dụng công nghệ cao và phát triển các sản phẩm nông sản chất lượng cao phục vụ nhu cầu đô thị.

- Quyết định 2011/QĐ-UBND ngày 07/5/2011 của UBND Tp.HCM về phê duyệt

“đề án phát triển nông nghiệp đô thị trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2025”;

Quyết định số 3178/QĐ-UBND ngày 22/6/2011 của UBND Tp.HCM phê duyệt quy hoạch phát triển chăn nuôi gia súc và gia cầm trên địa bàn thành phố đến năm 2020, với định hướng phát triển đến năm 2025 Quy hoạch này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất chăn nuôi, đảm bảo an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu tiêu thụ thực phẩm của người dân.

Quyết định 4320/QĐ-UBND ngày 12/9/2011 của UBND Tp.HCM phê duyệt chương trình phát triển chăn nuôi bò sữa tại thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2011 – 2015 nhằm nâng cao sản lượng sữa, cải thiện chất lượng giống bò, và đáp ứng nhu cầu tiêu thụ sữa ngày càng tăng của người dân Chương trình này tập trung vào việc hỗ trợ kỹ thuật, đầu tư cơ sở hạ tầng và khuyến khích nông dân tham gia vào ngành chăn nuôi bò sữa.

Đề tài này có ý nghĩa xã hội quan trọng trong việc giải quyết ô nhiễm môi trường do hoạt động chăn nuôi, góp phần bảo vệ môi trường sống và sức khỏe cộng đồng nông thôn Nó cũng nâng cao nhận thức của người nông dân về bảo vệ môi trường, cải thiện sức khỏe của họ, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế gia đình và nâng cao chất lượng cuộc sống.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

KỸ THUẬT SINH THÁI

1.1.1 Khái niệm về kỹ thuật sinh thái

Kỹ thuật sinh thái hiện nay là một lĩnh vực mới mẻ, vì vậy khái niệm về nó vẫn chưa được thống nhất Nhiều định nghĩa về kỹ thuật sinh thái chỉ phản ánh những khía cạnh riêng lẻ của thực tiễn.

Khái niệm đầu tiên về kỹ thuật sinh thái xuất hiện vào năm 1962 của Howard W

Odum định nghĩa kỹ thuật sinh thái là việc con người sử dụng một lượng nhỏ năng lượng từ tự nhiên để đạt hiệu quả cao trong sản xuất Ông cũng nhấn mạnh rằng con người có thể sử dụng một lượng nhỏ năng lượng bổ sung từ môi trường để kiểm soát hệ thống, trong khi nguồn năng lượng chính vẫn đến từ tự nhiên Năm 1971, trong cuốn sách “Môi trường, năng lượng và xã hội”, Odum đã mở rộng khái niệm này, cho rằng quản lý tự nhiên là kỹ thuật sinh thái, kết hợp sự hỗ trợ từ các lĩnh vực khác nhau với các kỹ thuật thương mại, nhằm duy trì mối quan hệ thân thiết với tự nhiên.

Mitsch và Jørgensen định nghĩa “kỹ thuật sinh thái là thiết kế của xã hội loài người phù hợp với môi trường tự nhiên để phục vụ lợi ích cho cả hai.” Định nghĩa này được mở rộng thành “kỹ thuật sinh thái là thiết kế những hệ thống bền vững dựa trên các nguyên lý sinh thái, hòa hợp giữa xã hội con người với môi trường tự nhiên và đảm bảo lợi ích cho cả hai.” Mistch cho rằng mục tiêu của kỹ thuật sinh thái là phục hồi những hệ sinh thái bị tàn phá do hoạt động của con người và phát triển hệ sinh thái bền vững mới, có lợi cho cả con người và tự nhiên.

1.1.2 Các nguyên tắc của kỹ thuật sinh thái

Nhiều tác giả đã nghiên cứu và đề xuất nhiều khái niệm về nguyên tắc của kỹ thuật sinh thái nhƣ sau [9]:

- Odum đề xuất 20 khái niệm sinh thái và các yêu cầu thiết kế;

- Straskraba mô tả 7 nguyên tắc hệ sinh thái và 17 quy tắc thực hành;

- Mitsch trình bày 8 nguyên tắc thiết kế vùng đất ngập nước;

- Todd và Todd đề xuất 9 quy tắc sinh thái;

- Van der Ryn và Cowan đề xuất 5 nguyên tắc thiết kế sinh thái;

- Holling cũng đề ra các đặc điểm hệ sinh thái có ý nghĩa đối với thiết kế;

- J rgensen và Neilsen đề xuất 12 nguyên tắc cho các ứng dụng sinh thái nông nghiệp;

- Zalewski xác định 3 nguyên tắc cho việc nghiên cứu thủy sinh

Các nguyên tắc này là sự tổng hợp từ các giải pháp và kiến nghị, thể hiện sự thống nhất chung Năm nguyên tắc này đánh dấu sự khởi đầu cho thời kỳ của kỹ thuật sinh thái.

- Nguyên tắc 1: Dựa trên khả năng tự thiết kế của hệ sinh thái

Khả năng tự thiết kế là một đặc tính quan trọng của hệ sinh thái, liên quan đến việc tự tổ chức nhằm tạo ra và bảo tồn chúng Nguyên tắc này giúp con người xây dựng hoặc duy trì các hệ sinh thái, đảm bảo sự hài hòa giữa các yếu tố nhân tạo và tự nhiên.

- Nguyên tắc 2: Tuân theo nguyên tắc lý thuyết của kỹ thuật sinh thái

Lý thuyết sinh thái là nền tảng về ngôn ngữ và thực tiễn của kỹ thuật sinh thái

Nó cung cấp các kỹ thuật cho việc nghiên cứu nền tảng về sinh thái và phát triển các lĩnh vực của sinh thái học;

- Nguyên tắc 3: Dựa trên phương pháp tiếp cận hệ thống tổng hợp

Kỹ thuật sinh thái yêu cầu một cái nhìn tổng quát hơn về quản lý hệ sinh thái, tập trung vào việc phân tích toàn bộ hệ sinh thái thay vì chỉ chú ý đến từng loài riêng lẻ Điều này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ và tương tác giữa các thành phần trong hệ sinh thái.

- Nguyên tắc 4: Bảo tồn các nguồn năng lượng không tái tạo

Kỹ thuật sinh thái tận dụng năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng chủ yếu của các hệ sinh thái, giúp giảm thiểu chi phí nhờ sử dụng ít nguồn năng lượng tái tạo Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần giải quyết các vấn đề về môi trường và tài nguyên.

- Nguyên tắc 5: Hỗ trợ việc bảo tồn sinh học

Kỹ thuật sinh thái là việc chúng ta cộng sinh với tự nhiên để phục vụ cuộc sống và đồng thời bảo tồn nó

Ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong nông nghiệp dựa trên 5 nguyên tắc cơ bản và tuân theo các nguyên tắc phù hợp hơn trong lĩnh vực này Jørgensen và Neilsen đã đề xuất 12 nguyên tắc ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong nông nghiệp, nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững trong sản xuất nông nghiệp.

Nguyên lý 1 của hệ sinh thái nhấn mạnh rằng cấu trúc và chức năng của nó được xác định bởi sự vận động của hệ thống Hệ sinh thái hoạt động như một hệ thống mở, cho phép trao đổi sinh khối và năng lượng với môi trường xung quanh Các hoạt động nông nghiệp của con người không chỉ ảnh hưởng đến các thành phần của hệ sinh thái nông nghiệp mà còn tác động tới các hệ sinh thái liền kề.

Nguyên lý 2 về tính tự cân bằng của hệ sinh thái nhấn mạnh sự cần thiết phải có sự phù hợp giữa chức năng sinh học và các thành phần hóa học Chức năng sinh hóa của sinh vật sống quyết định thành phần hóa học của chúng Việc lạm dụng hóa chất trong hệ sinh thái, nếu không được kiểm soát, có thể gây ra tác động tiêu cực đến các hệ sinh thái khác và làm ảnh hưởng trở lại chính hệ sinh thái đó.

Hình 1.1 Mô hình nông nghiệp sinh thái

Nguyên lý 3 nhấn mạnh tầm quan trọng của nông nghiệp sinh thái trong quản lý môi trường, nhằm tạo ra sự cân bằng trong chu trình tuần hoàn và tỷ lệ giữa các hệ sinh thái, từ đó giảm thiểu tác động ô nhiễm Các quá trình sinh thái nông nghiệp liên quan đến việc tính toán nồng độ dinh dưỡng giữa đầu vào (như phân bón, thức ăn gia súc) và sản phẩm đầu ra (bao gồm thịt, sữa, ngũ cốc), đây là phương pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu ô nhiễm.

Nguyên lý 4 nhấn mạnh rằng hệ sinh thái hoạt động như một hệ thống tự thiết kế, trong đó càng nhiều hệ thống được thiết kế tự nhiên, thì càng giảm thiểu chi phí năng lượng để duy trì Nếu một hệ sinh thái không được thiết kế theo cách tự nhiên, sẽ gây ra nhiều tác động tiêu cực đến các hệ sinh thái khác, đồng thời tạo ra phản ứng ngược làm tổn hại đến hệ sinh thái hiện có.

Nguyên lý 5 nhấn mạnh rằng quy trình của hệ sinh thái có đặc tính không gian và thời gian, do đó cần được quy hoạch trong quản lý môi trường Quy hoạch môi trường phải xem xét yếu tố không gian để bảo tồn đa dạng sinh học và yếu tố thời gian nhằm phát triển bền vững hệ sinh thái, từ đó mang lại nhiều lợi ích cho con người và môi trường.

Nguyên lý 6 nhấn mạnh rằng tính đa dạng hóa học và sinh học trong hệ sinh thái là yếu tố then chốt giúp tăng cường khả năng tự bảo vệ và tự thiết kế của nó Việc sử dụng nhiều loại thành phần hóa học và sinh học không chỉ duy trì khả năng tự thiết kế mà còn tạo ra một vùng đệm đủ lớn để giảm thiểu tác động tiêu cực từ ô nhiễm do con người gây ra.

Nguyên lý 7 nhấn mạnh vai trò quan trọng của loài chuyển tiếp sinh thái và vùng chuyển tiếp, tương tự như màng tế bào trong hệ sinh thái Những vùng chuyển tiếp này đóng góp đáng kể trong việc giảm thiểu sự phát tán ô nhiễm từ các khu vực canh tác ra môi trường xung quanh.

LÝ THUYẾT VỀ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI

CTCN bao gồm chất thải rắn, lỏng và khí, cụ thể nhƣ sau:

- Chất thải rắn: phân, chất độn, thức ăn thừa,…

- Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc,…

Chất thải khí như CO2, NH3, và CH4 phát sinh từ quá trình phân hủy chất thải rắn và lỏng, cũng như từ sự ợ hơi của bò, đều có đặc điểm chung là chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, nitơ, photpho và các nguyên tố vi lượng, dễ dàng phân hủy sinh học Bên cạnh đó, chất thải còn chứa vi sinh vật và trứng ký sinh trùng, không chỉ ảnh hưởng đến năng suất vật nuôi mà còn có thể gây bệnh cho con người Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng được trình bày rõ ràng trong tài liệu.

Bảng 1.1 Thành phần dinh dƣỡng của phân chuồng (đơn vị: %)

1.2.2 Tác động của chất thải chăn nuôi đến môi trường

 Ô nhiễm môi trường không khí

Chất thải khí từ chăn nuôi phát sinh chủ yếu từ hô hấp và tiêu hóa của động vật, cũng như quá trình ủ phân và chế biến thức ăn Các loại khí phát thải bao gồm CO2, NH3, CH4, H2S, methyl mercaptan, và lượng vi khuẩn trong chất thải này cao gấp 30 – 40 lần so với không khí xung quanh.

Các khí này gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gia súc tùy vào nồng độ chất ô nhiễm và thời gian phơi nhiễm

Hoạt động chăn nuôi không chỉ tạo ra chất thải khí mà còn là nguồn phát thải khí nhà kính, đóng góp 18% lượng khí nhà kính tương đương CO2, vượt qua cả ngành giao thông vận tải Ngành chăn nuôi phát thải 37% khí CH4 do con người tạo ra, chủ yếu từ quá trình lên men trong đường tiêu hóa của động vật nhai lại như bò sữa Ngoài ra, chăn nuôi còn phát thải 65% khí N2O, một khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp 296 lần CO2, chủ yếu từ phân gia súc.

Chăn nuôi cung cấp phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng cho cây trồng, nhưng việc sử dụng chất thải chăn nuôi chưa qua xử lý cho tưới tiêu hoặc bón cây là không hợp lý Hành động này có thể gây ra mầm bệnh cho con người và gia súc, đặc biệt là các bệnh đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa và sán lá, trong đó thương hàn do vi khuẩn Salmonella gây ra.

CTCN chứa hàm lượng các chất khoáng, kim loại nặng và độc chất hữu cơ; nếu tích tụ trong đất với liều lượng lớn, chúng có thể gây suy thoái môi trường đất, dẫn đến ngộ độc cây trồng và giảm năng suất nông nghiệp.

Khi lượng CTCN không qua xử lý thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận, nó sẽ làm thay đổi thành phần và tính chất của nước, dẫn đến gia tăng hàm lượng hữu cơ và vô cơ, giảm lượng oxy hòa tan, và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nước mặt cũng như hệ vi sinh vật nước Sự gia tăng nồng độ các chất dinh dưỡng nitơ và photpho trong nước có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa.

Nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng, với thời gian tồn tại trong nước khá lâu Cụ thể, Erysipelothrix insidiosa có thể sống từ 92-157 ngày, Brucella từ 105-171 ngày, Mycobacterium lên đến 475 ngày, virus lở mồm long móng tồn tại 190 ngày, và Leptospira sống được 21 ngày Trứng ký sinh trùng đường ruột cũng có thời gian tồn tại dài trong môi trường nước.

Nước thải chăn nuôi ít ảnh hưởng đến nước ngầm trong khoảng thời gian 12-15 tháng Tuy nhiên, khi chất thải xâm nhập vào đất, nó không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn kéo theo vi sinh vật gây tác động lâu dài, khó xử lý.

1.2.3 Các giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi

Với đặc điểm hàm lượng SS cao và nồng độ chất hữu cơ lớn trong CTCN, phương pháp xử lý sinh học được ưa chuộng nhờ tính tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và khả năng tạo ra sản phẩm phụ có giá trị như khí sinh học (biogas) và phân vi sinh Các phương pháp xử lý sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và xử lý chất thải hiệu quả.

Phương pháp kỵ khí là quá trình mà các vi sinh vật kỵ khí lên men nhanh chóng các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu tạo ra các khí hữu cơ.

- Phương pháp hiếu khí: sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ;

Phương pháp kết hợp hiếu khí và kỵ khí sử dụng các loại thực vật thủy sinh nhằm nâng cao hiệu quả xử lý chất thải công nghiệp Bên cạnh đó, việc áp dụng chế phẩm sinh học EM cũng góp phần quan trọng trong quá trình xử lý chất thải này.

Một số phương pháp xử lý sinh học CTCN được trình bày cụ thể như sau:

Phương pháp xử lý khí thải

Phương pháp hạn chế mùi hôi trong chăn nuôi phổ biến là sử dụng chế phẩm EM, được áp dụng trong nhiều giai đoạn như phun khử mùi chuồng trại và hỗ trợ phân hủy chất thải chăn nuôi Mặc dù chế phẩm EM được sử dụng rộng rãi, việc áp dụng nó để xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam vẫn chưa phổ biến Mục tiêu chính của việc sử dụng EM là khử mùi hôi, phân hủy chất hữu cơ thành các thành phần có lợi và bảo vệ môi trường, từ đó đảm bảo phát triển bền vững Ngoài ra, giun quế cũng được sử dụng để xử lý mùi hôi từ chất thải rắn chăn nuôi và các chất ô nhiễm có trong đó.

Phương pháp xử lý chất thải rắn

Xử lý CTCN bằng cách nuôi giun quế

Giun quế là sinh vật có ích trong việc xử lý chất thải công nghiệp (CTCN), với nguồn thức ăn chính là CTCN Chúng có khả năng xử lý hiệu quả các chất thải hữu cơ, đồng thời tăng cường hàm lượng khoáng chất trong đất, cụ thể là phốt pho (P) tăng từ 0,3% đến 0,6% và kali (K) tăng 0,09%.

0,23), Ca tăng 0.51 – 0.79%) và chuyển chúng thành các dạng dễ hấp thu với cây trồng (nhƣ NH4

-) Bên cạnh đó, nhờ có khả năng xử lý của giun quế làm giảm đáng kể hàm lượng NH3 trong phân (giảm 9,17 lần ở hỗn hợp 50% phân bò tươi và

Phân heo tươi có hiệu suất giảm 14,98 lần so với phân trâu bò và 50,61 lần so với phân heo, giúp hạn chế ô nhiễm môi trường Sản phẩm từ quá trình nuôi bao gồm phân và thịt giun quế, trong đó phân giun quế là nguồn phân bón hữu cơ tuyệt vời cho cây trồng, còn thịt giun quế cung cấp nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho vật nuôi như cá, gia súc và gia cầm, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế.

Xử lý chất thải công nghiệp (CTCN) bằng phương pháp ủ phân hiếu khí (composting) là quá trình phân hủy sinh học CTCN dễ phân hủy dưới sự kiểm soát của con người, tạo ra sản phẩm giống như mùn gọi là compost Quá trình này tương tự như phân hủy tự nhiên nhưng được tối ưu hóa để tăng tốc hoạt động của vi sinh vật Trong giai đoạn đầu, nhiệt độ đạt khoảng 45 – 70 oC và pH từ 4 – 4,5 giúp tiêu diệt hầu hết vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng Sau khi hoàn tất, hợp chất hữu cơ trở nên xốp, màu nâu sậm và có mùi đất Việc ủ phân compost từ CTCN không chỉ giảm ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên.

Xử lý CTCN bằng phương pháp ủ phân kỵ khí (hầm ủ biogas)

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM LIÊN

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Có nhiều phương pháp xử lý chất thải công nghiệp, nhưng phương pháp sinh thái, gần gũi với tự nhiên, đang được ưa chuộng ở nhiều nơi trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam.

D.L Anderson, O.H Tuovinen, A, Faber, I Ostrokowski đã nghiên cứu “Việc sử dụng các chất bổ sung vào đất để giảm sự rửa trôi phospho từ đất có chứa phân gia súc làm ô nhiễm nguồn nước mặt” ở Florida, USA [16] Đề tài thực hiện nghiên cứu thêm vào đất chứa phân gia súc: canxi cacbonate, thạch cao, nhôm sulfate và sắt sulfate, ảnh hưởng của điều kiện phân hủy kỵ khí và hiếu khí đến sự rửa trôi phospho Kết quả đề tài cho thấy thạch cao có thể giảm hàm lƣợng phospho hòa tan và giảm hàm lƣợng C hữu cơ phân hủy bằng cách ngăn cản quá trình vi khuẩn khoáng hóa trong phân gia súc

Việc sử dụng thực vật thủy sinh được ứng dụng nhiều để xử lý nước thải chăn nuôi

Nghiên cứu tại Okeechobee, Florida đã chỉ ra rằng một số loại thực vật thủy sinh nhỏ và thực vật cạn có khả năng loại bỏ phospho (P) trong nước thải chăn nuôi Đặc biệt, cây lục bình và bèo tấm cho thấy khả năng hấp thụ P bị ảnh hưởng bởi mùa trong năm và thời gian lưu nước (HRT).

Tốc độ hấp thu phosphorus (P) của cây lục bình đạt tối đa 200 mgP/m².ngày vào tháng 7, trong khi bèo tấm chỉ xử lý được 20 mgP/m².ngày trong cả tháng 2 và tháng 7 Khi xem xét ảnh hưởng của thời gian lưu (HRT) lên khả năng hấp thụ P, nồng độ P tổng trong nước thải giảm từ 7,3 mgP/l xuống còn 0,2 mgP/l khi sử dụng cây lục bình, và giảm còn 2,4 mgP/l khi xử lý bằng bèo tấm ở HRT 7 ngày.

Phương pháp sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi thông qua vùng đầm lầy (wetland) đã được nghiên cứu bởi Robert L Knight và cộng sự Đề tài “Xây dựng vùng đầm lầy để quản lý nước thải chăn nuôi” đã tổng hợp dữ liệu từ Quỹ bảo trợ Vịnh Mêxico (GMP), cho thấy wetland có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm như BOD5, COD, TSS, N-NH4+, N tổng, P tổng và coliform trong nước thải chăn nuôi, với hiệu quả xử lý trung bình đạt 65% BOD5.

COD, 53% TSS, 48% N-NH4+, 42% N tổng và 42% P tổng phụ thuộc vào nồng độ nước thải đầu vào và thời gian lưu nước Wetland được thiết kế hiệu quả cần đảm bảo bảo vệ môi trường sống cho quần thể sinh vật và diện tích đủ lớn để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn đầu ra Phương pháp sử dụng wetland đã được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải tại các trang trại chăn nuôi ở Ireland, Cộng hòa Séc và Mỹ.

Kỹ thuật sinh thái không chỉ ứng dụng các yếu tố tự nhiên trong xử lý chất thải công nghiệp (CTCN) mà còn tập trung vào việc thu hồi năng lượng và sản phẩm tái sử dụng, mang lại lợi ích cho con người và môi trường Dưới đây là một số mô hình xử lý CTCN hiệu quả đã được áp dụng.

Hệ thống xử lý CTCN từ nông trại bò sữa tại Mỹ

Tại nông trại 400 con bò sữa ở Durham, bang California, mô hình xử lý chất thải chăn nuôi (CTCN) đã được triển khai, áp dụng công nghệ phân hủy kỵ khí để thu hồi khí sinh học Công nghệ này không chỉ cung cấp điện mà còn tạo ra nhiệt cho nông trại, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và bảo vệ môi trường.

Phân và nước thải, bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng và thức ăn thừa, sau khi được tách các vật chất lớn qua song chắn rác, sẽ được đưa vào bể khuấy trộn Tại đây, nước được bổ sung để pha loãng dung dịch và khuấy trộn nhằm ổn định lượng phân và nước tiểu Hỗn hợp này sau đó được chuyển vào bể phân hủy kỵ khí, nơi diễn ra quá trình phân hủy tạo ra hỗn hợp khí.

Khí CH4 chiếm tỷ lệ lớn trong lượng khí thu gom tại nông trại, được xử lý và chuyển hóa thành điện năng, cung cấp nhiệt cho các hoạt động trong nông trại Quá trình này không chỉ hiệu quả trong việc khử COD mà còn tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất nông nghiệp.

BOD đạt từ 75% đến 90% [15] Hỗn hợp bùn và nước sau khi xử lý được đưa qua bể lắng, nước thải sau quá trình này sẽ được thải ra nguồn tiếp nhận, trong khi lượng bùn thải sau khi tách nước sẽ được sử dụng làm phân compost để bón cho cây trồng.

Hệ thống xử lý CTCN từ hoạt động chăn nuôi tại Ấn Độ

Mô hình xử lý CTCN bằng bể xử lý kỵ khí nhằm thu hồi khí sinh học đƣợc áp dụng khá rộng rãi

Bể phân hủy kỵ khí

Bể lắng Nguồn tiếp nhận

Thu hồi khí sinh học Nước

Bể tách nước Làm compost

Cung cấp nhiệt, điện cho nông trại

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi tại Durham, bang California, Mỹ [33]

Bể phân hủy kỵ khí

Hồ sinh học Nguồn tiếp nhận

Thu hồi khí sinh học

Cung cấp điện cho nông trại Làm compost Bùn

Công nghệ này thu gom một lượng lớn phân sống để ủ lên men, tạo ra phân bón Đồng thời, phân và nước thải được đưa vào bể điều hòa để xử lý hiệu quả.

CTCN và quy trình thu hồi khí gas được sử dụng để chuyển hóa thành điện năng, cung cấp nguồn điện cho nông trại Công nghệ này tương tự với phương pháp xử lý CTCN đang được áp dụng tại Durham, bang.

Tại California, Mỹ, công nghệ xử lý nước thải nổi bật nhờ vào việc áp dụng nguyên lý xử lý bậc cao ở giai đoạn cuối thông qua hồ sinh học Sau khi tách bùn, nước thải được đưa vào hồ sinh học, nơi đạt hiệu quả khử BOD từ 80% đến 95% Cuối cùng, nước thải đã được xử lý sẽ được thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận.

Hệ thống kết hợp heo – biogas – vườn trong nhà kính tại Trung Quốc

Hệ thống heo – biogas – vườn trong nhà kính (PBVGS) tại Laiwu, tỉnh Shandong, Trung Quốc, là một mô hình sinh thái hiệu quả về kinh tế, xã hội và sinh thái PBVGS kết hợp chuồng nuôi heo, hầm biogas và vườn rau, trong đó phân chuồng được sử dụng để sản xuất khí biogas và phân hữu cơ Khí biogas cung cấp năng lượng cho nhà kính, giúp tăng cường ánh sáng và nhiệt độ, tạo điều kiện vi khí hậu lý tưởng cho rau, trong khi phân hữu cơ cung cấp dinh dưỡng cho vườn rau và cải thiện chất lượng đất Hệ thống này mang lại hiệu quả cao từ chăn nuôi heo, sản xuất khí biogas và thu hoạch rau, với thu nhập trung bình hàng năm đạt 10.900 nhân dân tệ.

58% so với hệ thống không kết hợp Khối lƣợng heo tăng trung bình 0,82 kg/ngày, tăng 227,6%; năng suất dƣa leo tăng 18,4% và năng suất cà chua tăng 17,8%

PBVGS là một chu trình sinh thái sạch, tạo nên chu trình dinh dƣỡng và dòng năng lƣợng đạt hiệu quả cao [22]

Ngoài ra, mô hình trang trại sinh thái cũng đƣợc áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới nhƣ Hà Lan, Mỹ, Costa Rica, Pháp, Đức,…

- Trang trại sinh thái Ecofarm Brazil đƣợc xây dựng bởi gia đình ông José Neto

HIỆN TRẠNG PHÁT THẢI CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN CỦ CHI

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT THẢI THEO HƯỚNG KỸ THUẬT SINH THÁI