Xử lý chất thải chăn nuôi bằng phương pháp vi sinh vật dựa trên cơ sở sử dụng các loại vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản, các hợp chất đơn giản này có thể sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải chất thải chăn nuôi bao gồm: vi sinh vật phân hủy xenlulo, protein, lignin, các hợp chất béo... Một số phương pháp vi sinh thường được sử dụng như sau:
Phương pháp ủ nóng: là quá trình ủ để nhiệt độ lên thật cao, quá trình phân giải thật mạnh. Muốn được như vậy, phải ủ xốp để cho đống phân được thoáng khí và tưới đủ ẩm (60-70%). Phương pháp này làm cho phân chóng hoai, diệt được cỏ dại và các mầm bệnh khác, nhưng mất nhiều nitơ. Vì vậy, thường áp dụng phương pháp này áp dụng trong trường hợp dùng để diệt cỏ và chống bệnh truyền nhiễm.
Phương pháp ủ nóng trước, ủ nguội sau: Ủ nóng trong 5-7 ngày để nhiệt độ lên 50-600C, rồi nén chặt, ủ lớp khác lên trên. Phương pháp này vừa diệt được cỏ dại và mầm bệnh, vừa mất ít nitơ hơn.
Phương pháp ủ nguội: là phương pháp nén chặt và tạo thành đống to để chất thải chăn nuôi chặt xuống trên vùng đất cao ráo và trát bùn kỹ đống ủ.
Trong quá trình ủ, dưới tác động của vi sinh vật: các chất hữu cơ được chuyển thành amino axit, NH3, CO2, axit hữu cơ; các chất hydratcacbon chuyển thành axit hữu cơ, cacbonic...
2.2. Phương pháp hóa học
Thành phần của anolit trung tính gồm các hoạt chất oxy hóa. Các tế bào của cơ thể người và động vật có hệ thống cấu tạo bảo vệ chống oxy hóa nhờ sự có mặt của các lipoprotein 3 lớp có chứa các cấu trúc nối đôi. Các vi khuẩn, virút không có hệ thống bảo vệ để chống ôxy hóa nên dung dịch anolit trung tính là chất cực độc đối với chúng. Hơn nữa, mức độ khoáng hóa thấp của anolit và khả năng hydrat hóa cao của nó làm tăng mức độ thẩm thấu của màng tế bào vi khuẩn đối với các chất oxy hóa. Các vi bọt khí mang điện được tạo ra trong vùng tiếp xúc với polyme sinh học cũng góp phần làm chuyển dịch mạnh mẽ các chất oxy hóa vào trong tế bào vi khuẩn. Vì thế anolit có tác dụng diệt khuẩn mạnh nhưng lại ít gây hại tế bào cơ thể người và động vật.
Anolit trở thành nước muối loãng sau vài ngày kể từ khi được điều chế nên không để lại dư lượng hóa chất sau khi sử dụng. Có thể sử dụng anolit để phun trực tiếp vào chuồng ngay cả khi có mặt vật nuôi mà không hề gây ra tác dụng có hại đối với chúng.
1. Chuẩn bị dung dịch khử trùng: Dung dịch Anolit có nồng độ clo hoạt tính
>250 mg/l được trộn với cồn theo tỉ lệ 100:1 ta được dung dịch khử trùng A.
Chú ý: Dung dịch Anolit chỉ có hiệu quả sát khuẩn mạnh trong vòng 48 giờ sau khi sản xuất.
2. Khử trùng môi trường trước khi bắt gia cầm: Trước khi bắt gia cầm trong trại nuôi cần khử trùng môi trường trong trại để giảm thiểu khả năng nhiễm virút sang người.
Phun dung dịch A trong trại nuôi (tốt nhất là dùng máy phun sương), kể cả vật nuôi, tường nhà và không khí với liều lượng 2-3 lít cho 10m3 không khí.
3. Khử trùng sau khi chôn lấp: Trước khi chôn lấp đất gia cầm, phun dung dịch A lên hố chôn vơi liều lượng 1lít/m2 và môi trường chung quanh ở liều lượng 200 lít/m2. Sau đó lấp đất như đã được hướng dẫn.
2.3. Công trình khí sinh học (Biogas)
Công trình khí sinh học được dùng để xử lý chất thải chăn nuôi và tạo ra khí gas phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Đây là một mô hình mới vừa để xử lý ô nhiễm môi trường do nguồn chất thải chăn nuôi tạo ra vừa đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực đặc biệt cho những hộ chăn nuôi gia súc tận dụng được nguồn chất thải gia súc và triệt tiêu mùi hôi hám khó chịu.
Khí sinh học là sản phẩm của quá trình lên men trong môi trường yếm khí từ các chất hữu cơ và phế liệu nông nghiệp cùng với nước trong hầm kín; là hỗn hợp của khí mê tan, cacbonic và một phần rất nhỏ hydro, oxy, nitơ.
Theo các chuyên gia khi sử dụng hầm Biogas thì lượng vi khuẩn gây hại trong phân và chất thải chăn nuôi bị phân hủy thành khí gas và nước, năng suất gas đạt từ 0,5 – 0,6m3/m3 dịch phân hủy/ngày đêm. Khí gas từ hầm Biogas là hoàn toàn bình thường và không hề ảnh hưởng gì tới sức khỏe con người. Nước thải của hệ thống đã diệt được 99% trứng giun sán, tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới sau sạch, mang lại nguồn phân bón an toàn cho canh tác, hạn chế côn trùng phát triển qua đó giúp giảm dịch hại từ 70-80%, bảo vệ sức khỏe người nông dân. Hiện nay hầm Biogas đã được triển khai xây dựng rộng rãi ở nhiều tỉnh thành trong cả nước. Theo ước tính của chương trình mục tiêu quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn hiện có khoảng 7% chuồng trại chăn nuôi có xử lý chất thải. Tuy nhiên để hầm Biogas hoạt động hiệu quả nhất và bảo đảm các tiêu chuẩn kỹ thuật người dân khi xây dựng cần phải được hướng dẫn cụ thể hoặc thuê đội ngũ xây dựng chuyên nghiệp trong lĩnh vực này.
Nguyên lý chung quá trình phân giải yếm khí
Quá trình phân huỷ phân và nước thải xảy ra tại hầm trong điều kiện không có không khí, nhờ sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật yếm khí sống trong đó. Người ta thấy trong tất cả các bể sinh khí metan đều có một số loài sinh vật hoạt động, những loài sinh vật này được chia thành hai nhóm như sau:
+ Nhóm vi khuẩn biến dưỡng (Non - methane producing) thuộc các họ khác nhau: Clotridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosporus... Sản phẩm phân giải của các nhóm này trong điều kiện yếm khí thường là các hợp chất trung gian của sự phân huỷ chất xơ, chất đạm, chất béo và một ít CO2, H2, NH3. Nhóm vi khuẩn này tạo môi trường dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan hoạt động.
+ Nhóm vi khuẩn sinh khí metan
Nhóm vi khuẩn này hoạt động rất chuyên biệt và sản phẩm phân giải của nhóm vi khuẩn này là khí methane (CH4), CO2, H2O.
Quá trình lên men có thể chia thành 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Phân hữu cơ được ủ trong các bể hở (hoặc để thành đống) có không khí lẫn vào. Ở giai đoạn này do có hiện tượng thủy phân nên các phân tử hữu cơ lớn được chuyển hóa thành các phân tử hữu cơ nhỏ như axit béo, axit amin.
Giai đoạn 2: Đây là giai đoạn của quá trình yếm khí. Do tác động của các vi khuẩn lên men ở trong chất hữu cơ phân tử nhỏ trong môi trường có nước, lúc này các chất hữu cơ phân tử nhỏ được phân giải thành các axit béo, nhẹ và chuyển hóa thành khí sinh học gồm CH4 và CO2. Giai đoạn này xảy ra trong hầm kín gọi là hầm khí sinh học.
Các bộ phận chính của hầm khí sinh học
+ Vật liệu xây dựng: có thể xây hầm bằng gạch cùng với xi măng, cát hoặc các tấm bê tông đúc sẵn sau đó ghép lại với nhau thành một hầm hoàn chỉnh.
Các ống dẫn nạp nguyên liệu và chất thải cặn bã bằng sành hoặc bê tông, nhựa cứng.
Hầm khí sinh học gồm 3 phần cơ bản:
- Phần nạp nguyên liệu gồm: bể trộn và ống nạp nguyên liệu.
- Hầm ủ lên men và lưu giữ khí sinh học, ở trên có nắp và ống dẫn khí đến nơi tiêu dùng.
- Hố thu bã và nước thải, hỗ chứa nước tràn và cửa thoát bã.
Vận hành hầm khí sinh học
Phân hữu cơ và nước được trộn với nhau thành hỗn hợp nhão tại bể trộn sau đó được đưa vào hầm qua ống dẫn. Nguyên liệu đưa vào hầm ủ chiếm 90- 95% thể tích của hầm. Tại hầm ủ sẽ xảy ra quá trình lên men phân giải các chất hữu cơ thành khí sinh học nhưng sản lượng ít. Sau 7 ngày sẽ có khí để sử dụng nhưng với luợng ít. Khi sử dụng áp suất khí sinh học giảm nên nước từ
hố thu thông ngược trở lại vào hầm ủ để tạo sự cân bằng áp lực. Do hầm vận hành liên tục nên hàng ngày cần bổ sung thêm phân và nước để vi sinh vật hoạt động liên tục.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí sinh học:
- Môi trường kỵ khí:
Quá trình lên men khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong đó các vi khuẩn sinh metan là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn này, vì vậy cần đảm bảo điều kiện yếm khí tuyệt đối của môi trường lên men.
- Nhiệt độ: Hoạt động của vi sinh vật trong hầm biogas chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ. Nhiệt độ lý tưởng để vận hành hầm đơn giản là 350C.
- Độ pH: Độ pH tối ưu với các hoạt động của vi khuẩn là 6,8-7,5 tương ứng với môi trường hơi kiềm.
- Đặc tính nguyên liệu:
Hàm lượng chất khô thích hợp cho quá trình lên men là 7-9%. Tuy nhiên, chất thải chăn nuôi ban đầu thường có lượng chất khô cao hơn nên cần phải pha thêm nước, tỷ lệ pha thích hợp là 1-3 lít nước cho 1kg phân tươi.
- Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu
Vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ các bon nhiều hơn nitơ khoảng 30 lần. Tỷ lệ C/N quá cao (lớn hơn 30/1) thì quá trình phân hủy bị chậm, tỷ lệ này quá thấp thì phân hủy bị ngừng trệ.
- Thời gian lưu:
Trong thực tế quá trình phân hủy của nguyên liệu trong một thời gian nhất định. Trong điều kiện Việt Nam thời gian lưu phù hợp trong mùa đông là từ 40- 60 ngày.
Sử dụng khí sinh học:
Khí sinh học cung cấp năng lượng phục vụ sinh hoạt cho con người: đun nấu, thắp sáng, sưởi ấm.
TÓM TẮT CHUYÊN ĐỀ 8 1. Chuồng trại cho bò đảm bảo:
- Bò được được an toàn, thoải mái, dễ chịu khi ăn uống nghỉ ngơi, di chuyển.
- An toàn, thuận tiện cho người chăn nuôi trong quản lý chăm sóc, nuôi dưỡng.
- Thoáng mát về mùa hè và ấm áp về mùa đông.
- Thời gian sử dụng lâu dài, ổn định và giảm thiểu các chi phí vận hành sản xuất.
2. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng biện pháp hóa học, vi sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
3. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas giảm thiểu được ô nhiễm môi trường và tạo khí gas phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt.
Phần 2
ĐỀ CƯƠNG GIẢNG DẠY