Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam; nguồn thải phát sinh, thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất thải chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu; đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi trên địa bàn huyện; đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các khía cạnh năng lượng, môi trường, kinh tế xã hội.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM, TỈNH HÀ NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ HÀ NỘI - 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM, TỈNH HÀ NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số : 60440301 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG ANH HUY PGS.TS. TRẦN VĂN QUY HÀ NỘI - 2017
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình và quý báu của tập thể và các cá nhân. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Anh Huy và PGS.TS. Trần Văn Quy, những người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này Tôi xin chân thành cám ơn tới tất cả các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa học tự nhiên đặc biệt là các giảng viên khoa Môi trường, khoa Đào tạo sau đại học của trường đã dạy bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các đồng chí lãnh đạo và chuyên viên phòng Nông nghiệp và phát triển nông thôn huyện Thanh Liêm; phòng Thống kê huyện Thanh Liêm; phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Thanh Liêm và các hộ trang trại chăn nuôi gia súc trên địa bàn huyện Thanh Liêm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp cận và thu thập những thông tin cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Hà Nam, ngày ...... tháng 02 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Bích Ngọc 2
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cám ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Bích Ngọc 3
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................ 3 1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi ............................................................................ 3 1.1.1. Nguồn phát sinh, đặc tính .................................................................................... 3 1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe ............................... 5 1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi ..................................... 9 1.2. Tổng quan về khí sinh học ......................................................................................... 14 1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học............................................ 14 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH ..................................... 15 1.2.3. Thiết bị khí sinh học ........................................................................................... 18 1.2.4. Tiềm năng Biogas trên thế giới và Việt Nam ..................................................... 22 1.3 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu ........................................ 23 1.3.1 Điều kiện tự nhiên ............................................................................................... 23 1.3.2 Thực trạng môi trường tự nhiên trên địa bàn huyện Thanh Liêm. ..................... 26 1.3.3. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................... 27 CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................... 30 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ....................................................... 30 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 30 2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp ....................................... 30 2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .................................................................. 30 2.2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích .................................................................... 31 2.2.4 Phương pháp so sánh, đánh giá ......................................................................... 33 2.2.5 Phương pháp tổng hợp số liệu ............................................................................ 33 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 34 3.1. Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam ..... 34 3.1.1 Số lượng trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện.............................................. 34 3.1.2 Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên địa bàn ......................................................... 35 3.1.3 Về quy mô chăn nuôi lợn tại các trang trại: ...................................................... 36 3.1.4 Các kiểu hệ thống chăn nuôi lợn trong các trang trại ........................................ 37 3.1.5. Cơ cấu đất đai trong các trang trại ................................................................... 37 3.1.6. Phương thức chăn nuôi tại khu vực huyện Thanh Liêm .................................... 38 3.1.7. Sử dụng thức ăn, nước cho lợn ở các trang trại ................................................ 39 3.2. Nguồn thải phát sinh; thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất thải chăn nuôi trên địa bàn nghiên cứu ....................................................................... 40 3.3 Hiện trạng sử dụng biogas tại các trang trại trên địa bàn ................................... 41 3.4 Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trƣờng trong hoạt động chăn nuôi tại các trang trại trên địa bàn huyện ................................................................................. 42 3.4.1 Nhận thức của người chăn nuôi với công tác vệ sinh môi trường ...................... 42 3.4.2 Nhận thức của người chăn nuôi với sức khỏe con người ................................... 43 3.4.3 Thực trạng chất lượng môi trường ..................................................................... 43 3.5. Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các khía cạnh năng lƣợng, môi trƣờng, kinh tế xã hội ...................................................... 45 3.5.1 Tiềm năng năng lượng của việc thu hồi và sử dụng khí sinh học ....................... 45 4
3.5.2 Lợi ích môi trường .............................................................................................. 46 3.5.3 Lợi ích về năng lượng ......................................................................................... 47 3.5.4. Lợi ích kinh tế .................................................................................................... 48 3.5.5 Lợi ích về nông nghiệp ........................................................................................ 50 3.6 Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lƣợng khí sinh học ................................................................................................................................... 52 3.6.1 Giải pháp quản lý ............................................................................................... 52 3.6.2 Giải pháp kỹ thuật............................................................................................... 53 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................................ 55 Kết luận ........................................................................................................................... 55 Khuyến nghị ................................................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 57 PHỤ LỤC............................................................................................................................ 5
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm 3 Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm 4 Bảng 1.3. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc 6 Bảng 1.4. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm 7 Bảng 1.5. Một số chất men bổ sung 10 Bảng 1.6. Thời gian lưu của các loại nguyên liệu (ở 270C) 16 Bảng 1.7. Tỷ lệ cácbon và nitơ của một số chất 17 Bảng 1.8. Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học 18 Bảng 1.9: Tiềm năng biogas ở Việt Nam 22 Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu trước khi đem phân tích 32 Bảng 2.2: Từng chỉ tiêu và phương pháp phân tích 32 Bảng 3.1: Số trang trại năm 2015 trên địa bàn huyện Thanh Liêm 34 Bảng 3.2. Số lượng gia súc huyện Thanh Liêm từ năm 2010-2015 35 Bảng 3.3. Sản lượng thịt trâu, bò, lợn hơi xuất chuồng huyện qua các năm 36 Bảng 3.4: Mô hình chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại 37 Bảng 3.5: Diện tích đất sử dụng tại các trang trại 37 Bảng 3.6: Phương thức chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại 39 Bảng 3.7: Loại thức ăn được sử dụng tại một số trang trại 40 Bảng 3.8 : Lượng chất thải chăn nuôi từ các hệ thống 40 Bảng 3.9: Tỷ lệ chất thải được xử lý trong các trang trại chăn nuôi 41 Bảng 3.10: Nhận thức của người dân về việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn 42 Bảng 3.11. Chất lượng nước thải sau hệ thống xử lý tại 3 vị trí 44 Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hàm lượng khí độc trong chuồng nuôi tại các trang trại lợn trên địa bàn 45 Bảng 3.13. Tiềm năng khí biogas khi sử dụng hầm biogas 46 Bảng 3.14. Quy đổi khí sinh học ra các dạng năng lượng khác 47 Bảng 3.15. Lựa chọn công suất máy phát điện theo quy mô chăn nuôi và thể tích bể biogas 50 6
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Xây bể KSH composite và túi khí dự trữ 9 Hình 1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học 11 Hình 1.3. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ 12 Hình 1.4.Quá trình lên men tạo Khí sinh học 14 Hình 1.5. Cấu tạo của hầm khí sinh học 19 Hình 1.6: Thiết bị có nắp chứa khí nổi 20 Hình 1.7. Thiết bị nắp cố định 20 Hình 1.8. Thiết bị túi chất dẻo 21 Hình 1.9: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.l 21 Hình 1.10: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.2 22 Hình 1.11: Vị trí địa lý của huyện Thanh Liêm 24 Hình 3.1. Tình hình phát triển số lượng trang trại ở huyện Thanh Liêm 35 Hình 3.2 Khoảng cách từ gia đình tới khu trang trại chăn nuôi lợn 43 Hình 3.3 Bếp gas sinh học của hộ bà Hương - xã Liêm Thuận 48 Hình 3.4 Mô hình lắp đặt máy phát điện hộ gia đình 49 Hình 3.5. Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh 51 7
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) DO Nồng độ ôxy hòa tan (Dissolved Oxygen) KSH Khí sinh học QCVN Quy chuẩn Việt Nam SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) Tổng N Tổng ni-tơ (Total Nitrogen) Tổng P Tổng phốt-pho (Total Phosphogen) VSV Vi sinh vật 8
MỞ ĐẦU Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng sạch. Việc khai thác sử dụng nguồn năng lượng này nhằm góp phần bảo vệ môi trường của trái đất và đặc biệt là bổ sung, thay thế dần cho những nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt là xu thế tất yếu, là một nhiệm vụ khoa học công nghệ được ưu tiên và đã mang tính chiến lược lâu dài đối với tất cả các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Với lợi thế nước ta là nước nông nghiệp (Hơn 70% dân số sống ở vùng nông thôn), đời sống của người dân ở đây phụ thuộc vào nghề trồng trọt và chăn nuôi. Nguồn phát thải phát sinh từ trồng trọt và chăn nuôi chính là nguồn nguyên liệu để sản sinh ra khí sinh học (biogas). Việc khai thác và sử dụng công nghệ Biogas - một nguồn năng lượng sạch, đã đóng góp phần quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Đặc biệt, đối với vùng nông thôn, miền núi của chúng ta, việc nghiên cứu phát triển công nghệ Biogas là việc làm thiết thực góp phần cải thiện môi trường sống, thay đổi tập tục sinh hoạt và cải thiện đời sống của người nông dân, góp phần giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường ở nông thôn, hạn chế dịch bệnh và bảo vệ cho nguồn nước trong sạch. Năng lượng Biogas còn được sử dụng phát điện ở quy mô gia đình, bảo đảm cung cấp một phần điện năng, góp phần đáng kể cho sự phát triển ổn định, bền vững của hệ thống điện ở nước ta. Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí. Vi sinh vật phân huỷ các chất tổng hợp và khí được sinh ra. Biogas là một hỗn hợp bao gồm CH4, CO2, N2 và H2S. Thành phần chủ yếu là CH4 chiếm 60-70% và CO2: 30-40%, các khí này có thể đốt cháy được. Chất khí thoát ra bao gồm 2/3 khí metan, 1/3 khí CO2 và năng lượng khoảng 4500-6000 calo/m3. 1m3 khí với mức 6000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2 kWh điện năng. Có thể hy vọng Biogas sẽ là nguồn năng lượng chính trong tương lai nhằm giải quyết chất đốt sinh hoạt, bảo vệ môi trường và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường bao gồm việc nâng cao sức khoẻ cho cộng đồng dân cư và phục vụ trực tiếp cho sản xuất nông nghiệp, ngoài ra còn có thể sử dụng cho các mục đích khác như: Lò sấy, đèn thắp sáng, máy sấy chuồng gia súc, dùng cho hệ thống đun 1
nước nóng, các tủ lạnh chạy bằng gas, chạy máy phát điện... Theo Quy hoạch phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-2010 có xét đến năm 2030 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016, cần ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện. Thanh Liêm là huyện bán sơn địa, trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế của huyện dịch chuyển theo hướng tích cực: tỷ trọng nông nghiệp giảm, tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ tăng. Ngành chăn nuôi có xu hướng tăng về tỷ trọng trong cơ cấu nông nghiệp, cùng với đó là việc phát triển số bể biogas trên địa bàn. Tuy nhiên cho đến nay vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể. Chính vì vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài “Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam” là cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá được tiềm năng nguồn năng lượng khí sinh học từ hoạt động chăn nuôi lợn tại các trang trại trên địa bàn huyện Thanh Liêm, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này. Nội dung nghiên cứu: - Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam; - Nguồn thải phát sinh, thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất thải chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu; - Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi trên địa bàn huyện; - Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các khía cạnh năng lượng, môi trường, kinh tế xã hội. - Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lượng khí sinh học. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 1.1.1. Nguồn phát sinh, đặc tính a. Chất thải rắn và lỏng * Phân: Là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể. Trong phân chứa một lượng lớn các chất như Nitơ, Phốt pho, Kali, Kẽm, Đồng. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân. Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau cả về khối lượng lẫn thành phần. Gia súc ở những độ tuổi khác nhau có khả năng tiêu hoá và nhu cầu cơ thể khác nhau. Do vậy, lượng phân thải ra trong một ngày đêm sẽ không giống nhau, cụ thể được thể hiện trong Bảng 1.1 Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm Loại gia súc Phân, kg/con.ngđ Nƣớc tiểu, l/con.ngđ Trâu 18 – 25 8,0 – 12,0 Bò 15 - 20 6,0 – 10,0 Ngựa 12 - 18 4,0 – 6,0 Lợn < 10kg 0,5 – 1,0 0,3 – 0,7 Lợn 15-45kg 1,0 – 3,0 0,7 – 2,0 Lợn 45-100kg 3,0 - 5,0 2,0 – 4,0 Dê 1,5 – 2,5 0,6 – 1,0 (Lăng Ngọc Huỳnh, 2001) Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm… và được nêu cụ thể trong Bảng 1.2 3
Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm Đơn vị: % Phân loại gia súc, Mức Nitơ P2O5 K2O C/N gia cầm Tối đa 0,358 0,205 1,600 20 Trâu Tối thiểu 0,246 0,115 1,129 18 Trung bình 0,306 0,171 1,360 19 Tối đa 0,380 0,294 0,992 19 Bò Tối thiểu 0,302 0,164 0,424 17 Trung bình 0,341 0,227 0,958 18 Tối đa 1,200 0,900 0,600 22 Lợn Tối thiểu 0,450 0,450 0,350 20 Trung bình 0,840 0,850 0,580 21 Tối đa 2,000 0,950 1,720 17 Gà Tối thiểu 1,800 0,450 1,210 15 Trung bình 1,900 0,850 1,421 16 (Nguyễn Đức Lượng và ctv, 2003) Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân lợn nói riêng còn chứa các loại vi rút, vi khuẩn, trứng giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức khỏe của con người và vật nuôi * Xác súc vật chết Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi. * Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ,… * Nước thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh gia súc, chuồng trại. Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…). 4
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành công nghiệp khác (axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người. Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, axít amin, chất béo, hydrat cacbon. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, amonium. [7] b. Khí thải Khí thải chuồng được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu gia súc, thức ăn dư thừa…Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, mật độ nuôi, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm. Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của vật nuôi. NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do các vi sinh vật gây mùi hôi, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ nước tiểu [7]. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi. Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2 1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe a. Ô nhiễm môi trường nước Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá trình hô hấp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động xấu đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất cân bằng sinh thái, cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ. Con người, động vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu. Nhiều khu vực chăn nuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý mà thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài (Kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung của khu vực). Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện 5
Công nghệ Môi trường Hà Nội [18] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại lợn khu vực phía Bắc là rất cao. Bảng 1.3. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc COD T-N N-NH4+ T-P SS pH T0C (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) Vĩnh Phúc 7,32 29 4590 967,3 870 295 9520 Hưng Yên 7,87 30,5 3584 202 158 54,9 1880 Thái Bình 7,3 30 2575 425 425 102 800 Hà Nội 7,5 32 7219 247 237 120 3200 (Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012) Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng hoặc trứng giun sán. Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những động vật khác. Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần chuồng nuôi. Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, giàu Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất như: Axít amin, axít béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc hại. Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm. Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể trong việc gây ô nhiễm môi trường nước. b. Ô nhiễm môi trường không khí Những khí thải trong chăn nuôi: NH3, H2S, CH4 và CO2 tạo nên mùi hôi thối trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, sức khỏe con người và các loài động vật khác. * Ảnh hưởng của khí NH3 [15] Trong chăn nuôi lợn, lượng nước tiểu sinh ra chủ yếu là khí NH3. Chất khí này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng tăng tiết dịch, hay gây phỏng do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt, gây co thắt 6
khí quản và gây ho. Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu, lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu, NH3 bị ôxy hóa tạo thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận chuyển ôxy đến các cơ quan, làm cho trẻ bị xanh xao, trường hợp nặng có thể gây thiếu ôxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong . Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm được thể hiện trong Bảng 1.4 Bảng 1.4. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm [15] Đối tƣợng Nồng độ NH3 Tác hại Liên tục tiếp xúc > 6 – Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp 20 ppm 100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc 400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng Người 1720 ppm ( 10 ppm Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho Lợn 50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 -13% 61 ppm Giảm 5% lượng ăn > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và thịt Gà 30 ppm Gây hội chứng viêm phổi (Dương Nguyên Khang, 2004) * Ảnh hưởng của khí H2S H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kị khí chất thải. H2S là khí kích thích và gây ngạt. Các phản ứng kích thích trực tiếp vào mô gây viêm màng kết. Hít phải H2S sẽ gây kích thích đối với toàn bộ cơ quan hô hấp và có thể mắc các bệnh về phổi. Ở 1.500 - 3.000 mg/m3 , H2S sẽ hấp thụ từ phổi vào máu gây 7
thở gấp và kìm hãm hoạt động hô hấp [15]. Ở nồng độ cao hơn, H2S ngay lập tức làm tê liệt trung tâm hô hấp. Thông thường nạn nhân sẽ chết do ngạt thở trừ khi được hô hấp nhân tạo kịp thời. Đây là ảnh hưởng độc hại đáng chú ý nhất của độc tính cấp của Hydrosulphur theo đường hô hấp cao, sự kích thích mắt xảy ra ở nồng độ 15-30 mg/m3 [15]. * Ảnh hưởng của khí CH4 Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi. CH4 là khí không màu, không mùi, có thể cháy. Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở do thiếu ôxy. Nếu tiếp xúc với CH4 ở nồng độ 40000 mg/m3 sẽ dẫn đến tai biến cấp tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm… Khi hít thở CH4 với nồng độ lên đến 60000 mg/m3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong. Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng làm nguồn năng lượng [15]. * Ảnh hưởng của CO2 CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy. Trong không khí, nồng độ CO2 khoảng 0,3 – 0,4%. Nồng độ CO2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ, độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải. Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể ngất. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị giác. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập. Khi nồng độ CO2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong [15]. * Ảnh hưởng của bụi Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gia súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo các chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh. Khi người tiếp xúc với bụi sẽ bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (Hạt bụi 8
nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối loạn hô hấp và tổn thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể người [15]. c. Ô nhiễm môi trường đất Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,…Những thực phẩm này làm thức ăn cho người và động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,… 1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi.. Trong đó, việc quy hoạch và giám sát quy hoạch cả tổng thể và chi tiết chăn nuôi là biện pháp quan trọng có tầm chiến lược. Kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi là áp dụng các phương pháp lý học, hóa học và sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường [23] a. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas (Hệ thống khí sinh học). Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng loại hầm (công trình) khí sinh học cho phù hợp. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch. Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại. Hình 1.1. Bể KSH composite và túi khí dự trữ Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau: 9
Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng; Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống; Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng phân từ phụ phẩm KSH thay thế phân bón hóa học. Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà lượng lớn chất thải chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả. b. Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học. * Xử lý môi trƣờng bằng men sinh học: Dùng bổ sung vào nước thải, dùng phun vào chuồng nuôi, vào chất thải để giảm mùi hôi, dùng trộn vào thức ăn… Một số men bổ sung làm giảm ô nhiễm trong chăn nuôi được thể hiện trong Bảng 1.5 Bảng 1.5. Một số chất men bổ sung TT Chất men Bản chất Tác dụng Xuất xứ 1 Deodorase Chất tách từ thảo Giảm khả năng sinh NH3 Thái Lan, mộc Đức 2 EM Tổ hợp nhiều loại vi Tăng hấp thụ TA. giảm bài Nhật Bản sinh vật tiết chất DD qua phân 3 EMC Thảo mộc, khoáng Giảm sinh NH3, H2S, SO2, Việt Nam chất thiên nhiên giải độc đường TH 4 Kemzym Enzym tiêu hóa Tăng hấp thụ TA. giảm bài Thái Lan, tiết chất DD qua phân Đức 5 Pyrogreen Hóa sinh thiên Giảm khả năng sinh NH3 Hàn Quốc nhiên 6 Yeasac Tế bào men Tăng hấp thụ TA. giảm bài Đức, Thái Sacharomyces tiết chất DD qua phân Lan 7 Lavedae Hóa chất Diệt dòi phân Thái Lan, 10
Đức 8 DK, Chất chiết từ thảo Giảm khả năng sinh NH3 Hoa Kỳ Sarsapomin 30 mộc * Chăn nuôi trên đệm lót sinh học Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản (Phôi bào, mùn cưa…) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (Thân cây ngô, đậu, rơm, rạ, trấu, vỏ cà phê… ) cắt nhỏ để làm đệm lót có bổ sung chế phẩm sinh học. Sử dụng chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu” với mong muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và tiêu diệt vi sinh vật có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hình 1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ. Tuy nhiên điều đáng lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát, tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm. c. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ (Compost). Xử lý chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu bã phế thải thực vật, phân của động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật phân hủy và làm tăng cao chất lượng của sản phẩm, tạo nên phân bón hữu cơ giàu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng. Người ta chọn chỗ đất không ngập nước, 11