Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chăn nuôi tại Việt Nam trong những năm qua đã có bước chuyển dịch từ quy mô gia đình phân tán nhằm phục vụ sức kéo và tự cung tự cấp sang sản xuất hàng hóa tập trung với số lượng lớn. Sự gia tăng quy mô đàn gia súc đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày càng cao của xã hội, nhưng đồng thời tạo ra áp lực lớn đối với công tác bảo vệ môi trường nông thôn. Quá trình thu gom, lưu trữ và xử lý chất thải chăn nuôi chưa đồng bộ khiến nước thải, phân và khí thải phát sinh đe dọa trực tiếp đến chất lượng môi trường sống, gây suy thoái nguồn nước mặt, nước ngầm và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng.

Tại xã Kim Phú, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang, hoạt động chăn nuôi lợn diễn ra phổ biến theo quy mô nông hộ và trang trại nhỏ lẻ. Mặc dù đóng góp vào nguồn thu nhập của người dân, phần lớn các hộ chăn nuôi chưa đầu tư hệ thống xử lý chất thải đạt chuẩn, nước thải và phân tươi thường xuyên xả thẳng ra hệ thống kênh mương, ao hồ hoặc ngấm trực tiếp vào đất, đe dọa các tầng chứa nước giếng sinh hoạt của cư dân xung quanh. Xuất phát từ thực tế này, đề tài "Đánh giá ảnh hưởng của chăn nuôi lợn tại nông hộ đến chất lượng nước mặt và nước ngầm tại xã Kim Phú, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang" được thực hiện nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng và đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Đánh giá ảnh hưởng của hoạt động chăn nuôi lợn đến chất lượng nước mặt và nước ngầm tại địa bàn xã Kim Phú.
  2. Xác định những ảnh hưởng tiêu cực của nước thải chăn nuôi đến sức khỏe người dân và môi trường xung quanh.
  3. Đề xuất các giải pháp khả thi nhằm nâng cao nhận thức, ý thức của người dân trong việc bảo vệ môi trường và cải thiện quy trình xử lý chất thải chăn nuôi lợn tại nông hộ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải chăn nuôi lợn, nguồn nước mặt (ao, hồ, kênh mương thủy lợi), nguồn nước ngầm (nước giếng đào sinh hoạt), cùng các mô hình xử lý chất thải gồm hầm Biogas và chế phẩm vi sinh hữu hiệu (EM).
  • Phạm vi không gian: Địa bàn xã Kim Phú, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang; tập trung khảo sát chi tiết tại 4 xóm đại diện: Xóm 11, Xóm 12, Xóm 18 và Xóm 24.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu thực nghiệm và điều tra thực địa được thu thập từ ngày 16/08/2014 đến ngày 30/11/2014; các dữ liệu thống kê thứ cấp được kế thừa trong giai đoạn 2007 - 2013.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và cơ sở pháp lý

Khóa luận vận dụng hệ thống định nghĩa chuẩn mực từ Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13 và Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 về các khái niệm: môi trường, thành phần môi trường, ô nhiễm môi trường nước, suy thoái nguồn nước, sức chịu tải của môi trường, nước thải chăn nuôi và tiêu chuẩn/quy chuẩn kỹ thuật môi trường.

Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc gia dùng làm căn cứ đối chiếu và phương pháp luận bao gồm:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: QCVN 40:2011/BTNMT (nước thải công nghiệp), QCVN 08:2008/BTNMT (chất lượng nước mặt), QCVN 09:2008/BTNMT (chất lượng nước ngầm) và QCVN 01:2011/BNNPTNT (điều kiện vệ sinh thú y trong cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm).
  • Tiêu chuẩn lấy mẫu và thử nghiệm: TCVN 5992:1995 (ISO 5667-2), TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3), TCVN 5994:1995 (ISO 5667-4 lấy mẫu ao hồ), TCVN 5996:1995 (ISO 5667-6 lấy mẫu sông suối), TCVN 5999:1995 (ISO 5667-10 lấy mẫu nước thải), TCVN 6000:1995 (ISO 5667-11 lấy mẫu nước ngầm), TCVN 6492:2011 (xác định pH), TCVN 6001-1:2008 (xác định BOD5), TCVN 6638:2000 (xác định Nitơ tổng), TCVN 6202:2008 (xác định Photpho tổng).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: Thu thập báo cáo kinh tế - xã hội, báo cáo tổng kết sản xuất nông - lâm nghiệp, số liệu thống kê biến động đàn gia súc gia cầm qua các năm từ UBND xã Kim Phú và Niên giám thống kê huyện Yên Sơn.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Thiết kế phiếu điều tra phỏng vấn bán cấu trúc trực tiếp tại 120 hộ chăn nuôi thuộc 4 thôn (mỗi thôn 30 hộ) nhằm đánh giá quy mô đàn, cơ sở hạ tầng chuồng trại, thời gian chăn nuôi, phương thức quản lý và thu gom phân/nước thải.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Lấy mẫu tại chỗ và phân tích các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh:
    • Đo nhanh tại hiện trường bằng thiết bị cầm tay: pH, DO, TDS, EC, nhiệt độ nước.
    • Phân tích trong phòng thí nghiệm: COD, BOD5, Tổng Nitơ (NTổng), Tổng Photpho (PTổng), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), độ cứng của nước.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê mô tả, tổng hợp và xử lý dữ liệu khảo sát bằng phần mềm Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh chăn nuôi hàng hóa quy mô vừa và nhỏ tăng trưởng nhanh nhưng thiếu hạ tầng xử lý chất thải. Xác định rõ mục tiêu đánh giá hiện trạng ô nhiễm nguồn nước, đề xuất giải pháp kỹ thuật, cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong công tác quản lý môi trường nông thôn.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Hệ thống hóa cơ sở khoa học về chất thải chăn nuôi lợn:

  • Đặc tính chất thải rắn và lỏng: Khối lượng phân lợn bài tiết hàng ngày dao động từ 6 - 8% khối lượng cơ thể (lợn <10kg thải 0,5 - 1 kg phân/ngày; lợn 15 - 45kg thải 1 - 3 kg phân/ngày; lợn 45 - 100kg thải 3 - 5 kg phân/ngày). Phân lợn chứa 83,14% nước, 0,29% N, 0,17% P2O5, 1,00% K2O, cùng mật độ vi sinh vật cao (Coliform từ 4.10^4 - 2.10^6 MPN/100g, E.coli từ 10^5 - 10^7 MPN/100g, chứa từ 2.000 - 5.000 trứng giun sán/kg phân). Nước tiểu chứa hàm lượng đạm hòa tan và ure cao (123 - 196 mol/l).
  • Đặc tính nước thải và khí thải: Nước thải chăn nuôi chứa 70 - 80% chất hữu cơ dễ phân hủy, tải lượng NTổng từ 571 - 1026 mg/l, PTổng từ 39 - 94 mg/l. Quá trình phân hủy kỵ khí phát sinh các khí độc gây mùi hôi như NH3 (ngưỡng tiếp xúc 20 ppm), H2S (10 ppm), CO2 (1000 ppm) và CH4 (1000 ppm).
  • Tình hình chăn nuôi: Thống kê quy mô đàn lợn thế giới (FAO 2009: 887,4 triệu con, trong đó Trung Quốc dẫn đầu với 451 triệu con, Việt Nam đứng thứ 4 với 27,5 triệu con) và tổng đàn lợn Việt Nam qua các năm (đạt 27,4 triệu con năm 2010 với sản lượng thịt hơi xuất chuồng 3,03 triệu tấn).
  • Tổng quan công nghệ xử lý: Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp cơ học (song chắn, lắng), hóa lý (keo tụ phèn nhôm/sắt khử 80 - 90% TSS), sinh học tự nhiên (hồ sinh học, cánh đồng tưới) và sinh học nhân tạo (bể Aeroten, Biogas, chế phẩm sinh học EM).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết đối tượng, địa bàn xã Kim Phú, mốc thời gian thực hiện nghiên cứu, các nội dung điều tra từ điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội đến khảo sát kỹ thuật chuồng trại và quy trình lấy mẫu, phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN/ISO hiện hành.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nội dung chương tập trung vào kết quả phân tích hiện trạng tại xã Kim Phú:

  • Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội: Xã có diện tích 1.927,84 ha (đất nông nghiệp 1.491,16 ha), dân số 11.129 người gồm các dân tộc Kinh (55,5%), Dao (26,6%), Tày (15,3%); cơ cấu lao động nông nghiệp chiếm 89,2%. Hệ thống thủy lợi gồm 11 công trình kiên cố tưới cho 353,8 ha và 84 km kênh mương (đã kiên cố hóa 43,2%).
  • Biến động đàn lợn: Giai đoạn 2007 - 2013 ghi nhận sự biến động mạnh do tác động của thời tiết rét đậm rét hại và dịch bệnh lở mồm long móng:
Năm 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Số lượng lợn (con) 6.774 8.435 2.618 7.563 2.374 7.966 6.287
  • Hiện trạng chuồng trại và quản lý chất thải:
    • Toàn xã có 23 trang trại tập trung (5 trại lợn quy mô 200 - 500 con/lứa, 18 trại gia cầm) và hàng trăm hộ chăn nuôi nhỏ lẻ.
    • Quy mô phổ biến tại các hộ điều tra là 10 - 50 con/hộ; thời gian làm nghề chăn nuôi từ 5 - 10 năm chiếm tỷ lệ cao nhất (56,25%). Mục đích chăn nuôi chủ yếu là bán thú sống (65%).
    • Cơ cấu sử dụng đất chăn nuôi: Chuồng nuôi chiếm 51,6%, sân hoạt động chiếm 24,1%, diện tích chứa chất thải và vật dụng khác chiếm phần còn lại.
    • Kết cấu xây dựng: 83,75% hộ có nền chuồng xi măng, 11,25% nền đất; 78,75% hộ lợp mái ngói và Fibrocimăng.
    • Khoảng cách an toàn môi trường: Tại quy mô 10 - 50 con, có tới 81,25% số hộ xây dựng chuồng nuôi cách nhà ở dưới 5m. Khoảng cách từ hố chứa chất thải đến nhà ở phổ biến từ 5 - 10m.
    • Phương thức vệ sinh: Ở quy mô 10 - 50 con, 66,82% hộ áp dụng phương thức hót phân riêng rồi mới rửa chuồng; trong khi ở quy mô <10 con, 33,33% hộ nhiều ngày mới rửa chuồng một lần hoặc dội phân trực tiếp cùng nước rửa.
  • Đánh giá giải pháp kỹ thuật: Phân tích nguyên lý hầm ủ Biogas (thu hồi khí gồm 2/3 CH4 và 1/3 CO2; 1 m3 khí sinh ra tương đương 6.000 calo) và ứng dụng chế phẩm EM nhằm khử mùi hôi, ức chế vi sinh vật gây bệnh và rút ngắn thời gian ủ phân hữu cơ.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Đưa ra kết luận tổng quát về mức độ ô nhiễm do chăn nuôi nông hộ tại Kim Phú và kiến nghị các giải pháp quy hoạch vùng chăn nuôi tập trung, chính sách hỗ trợ kinh phí xây dựng hầm Biogas và đẩy mạnh ứng dụng chế phẩm sinh học EM.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Khái quát bức tranh chăn nuôi: Hoạt động chăn nuôi lợn tại xã Kim Phú tập trung lớn ở quy mô hộ gia đình (10 - 50 con). Năm 2013, tổng đàn lợn đạt 6.287 con, đàn gia cầm đạt 79.016 con, đàn trâu đạt 386 con.
  • Chỉ ra các điểm nghẽn về hạ tầng vệ sinh chuồng trại:
Tiêu chí khảo sát Hiện trạng ghi nhận tại các nông hộ Tỷ lệ (%)
Thời gian hoạt động Từ 5 đến 10 năm 56,25%
Mục đích chăn nuôi Xuất bán thú sống (thương phẩm) 65,00%
Vật liệu nền chuồng Láng nền xi măng 83,75%
Vật liệu mái che Mái ngói và Fibrocimăng 78,75%
Khoảng cách chuồng - nhà Dưới 5 mét (đối với hộ nuôi 10 - 50 con) 81,25%
Phương thức thu gom phân Thu gom (hót) phân trước, rửa chuồng sau (hộ 10 - 50 con) 66,82%
  • Đánh giá nguy cơ lan truyền ô nhiễm: Khảo sát cho thấy khoảng cách giữa chuồng nuôi, hố chứa phân đến các nguồn nước (giếng đào, ao hồ, kênh thủy lợi) tại nhiều hộ gia đình dưới 5 - 10m, làm tăng nguy cơ thẩm thấu chất hữu cơ (BOD, COD), hợp chất Nitơ, Photpho và các vi khuẩn đường ruột (Coliform, E.coli) vào tầng nước ngầm và phát tán vào nguồn nước mặt.

Đề xuất và giải pháp kỹ thuật

  1. Áp dụng mô hình hầm ủ Biogas: Khuyến khích xây dựng hầm Biogas yếm khí kín bằng gạch bê tông hoặc bạt nhựa HDPE/túi PE để xử lý phân và nước rửa chuồng; tận dụng khí mêtan làm chất đốt sinh hoạt, vừa giảm phát thải khí nhà kính vừa giảm nồng độ ô nhiễm trong nước xả thải.
  2. Sử dụng chế phẩm vi sinh hữu hiệu (EM): Đưa chế phẩm EM vào quy trình phun xịt chuồng trại định kỳ để ức chế vi sinh vật gây mùi (giảm nồng độ khí NH3, H2S), xử lý nước thải và tăng tốc độ hoai mục của phân ủ phục vụ sản xuất nông nghiệp an toàn.
  3. Quản lý và quy hoạch chuồng trại: Tuyên truyền người dân giãn cách cự ly chuồng nuôi và hố chứa chất thải xa khu vực nhà ở và giếng nước (đảm bảo >10 - 20m); thực hiện quy trình thu gom phân khô triệt để trước khi dội rửa nhằm hạn chế phát sinh thể tích nước thải lớn.

Đóng góp của khóa luận

Khóa luận cung cấp tập số liệu khảo sát thực địa chi tiết về hạ tầng kỹ thuật và phương thức quản lý chất thải chăn nuôi nông hộ tại xã Kim Phú, làm cơ sở dữ liệu thực tiễn phản ánh mối tương quan giữa quy mô chăn nuôi quy mô hộ gia đình với nguy cơ ô nhiễm nguồn nước cục bộ tại địa bàn trung du miền núi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Hạn chế: Thời gian thực hiện nghiên cứu thực địa diễn ra trong thời gian ngắn (từ tháng 8/2014 đến tháng 11/2014); phạm vi khảo sát điều tra phiếu bảng tập trung tại 4 xóm trên địa bàn xã Kim Phú nên tính khái quát cho toàn bộ các vùng sinh thái khác nhau của huyện Yên Sơn còn giới hạn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Cần mở rộng quan trắc chất lượng nước mặt và nước ngầm theo chuỗi thời gian liên tục qua các mùa (mùa khô và mùa mưa) nhằm đánh giá biến động lan truyền chất ô nhiễm theo mùa nước; đồng thời tiến hành các thử nghiệm đo đạc định lượng hiệu suất xử lý COD, BOD5, Nitơ và vi sinh vật của các mô hình hầm Biogas kết hợp chế phẩm EM trên quy mô nông hộ cụ thể.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên: Chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Nông nghiệp và Chăn nuôi - Thú y trong việc tham khảo phương pháp điều tra hiện trạng ô nhiễm nông thôn và phương pháp tiếp cận đánh giá chất thải chăn nuôi.
  • Cơ quan quản lý địa phương: Cán bộ địa chính - môi trường, Trạm Thú y và UBND xã Kim Phú làm căn cứ tham khảo để xây dựng kế hoạch kiểm tra vệ sinh môi trường, quy hoạch vùng chăn nuôi tập trung và triển khai các dự án hỗ trợ hầm khí sinh học Biogas.
  • Nông hộ chăn nuôi: Cung cấp thông tin thực tế về nguy cơ gây ô nhiễm từ chuồng trại, giúp người dân nhận thức được tầm quan trọng của việc thu gom phân khô và áp dụng chế phẩm sinh học bảo vệ nguồn nước ngầm của chính gia đình.

Câu hỏi thường gặp

1. Số lượng đàn lợn tại xã Kim Phú biến động như thế nào trong giai đoạn 2007 - 2013 và nguyên nhân chính là gì?

Số lượng đàn lợn có sự biến động lớn: Đạt 6.774 con năm 2007, tăng lên 8.435 con năm 2008, giảm mạnh xuống 2.618 con năm 2009, tăng lên 7.563 con năm 2010, giảm sâu còn 2.374 con năm 2011, sau đó tăng lên 7.966 con năm 2012 và đạt 6.287 con năm 2013. Nguyên nhân sụt giảm mạnh trong các năm 2009 và 2011 là do ảnh hưởng của các đợt rét đậm rét hại kéo dài kết hợp với sự bùng phát của dịch bệnh lở mồm long móng.

2. Thành phần hóa học và tải lượng ô nhiễm trong phân và nước tiểu của lợn gồm những gì?

Theo số liệu tổng quan trong khóa luận, phân lợn chứa 83,14% nước, 0,29% N, 0,17% P2O5, 1,00% K2O, 0,35% CaO, 0,13% MgO. Nước tiểu lợn (loại 70 - 100kg) chứa 30,9 - 35,9 g/kg vật chất khô, 4,90 - 6,63 g/kg Nitơ tổng số và 123 - 196 mol/l Ure. Nước thải chăn nuôi lợn có hàm lượng NTổng từ 571 - 1026 mg/l và PTổng từ 39 - 94 mg/l.

3. Khảo sát thực tế 120 hộ tại 4 xóm xã Kim Phú cho thấy hiện trạng khoảng cách chuồng nuôi tới nhà ở như thế nào?

Kết quả khảo sát cho thấy phần lớn chuồng nuôi đặt rất gần nhà ở. Đối với các hộ có quy mô chăn nuôi 10 - 50 con, tỷ lệ chuồng nuôi cách nhà ở dưới 5m chiếm tới 81,25%, khoảng cách từ 5 - 10m chiếm 10,42%, khoảng cách từ 10 - 20m chỉ chiếm 8,33%.

4. Kết cấu chuồng trại của các hộ chăn nuôi tại xã Kim Phú chủ yếu sử dụng vật liệu gì?

Khảo sát ghi nhận 83,75% số hộ sử dụng nền xi măng chắc chắn, 11,25% là nền đất và 5% là dạng nền sàn. Về mái che, 78,75% số hộ sử dụng mái lợp ngói và tấm Fibrocimăng, 16,25% sử dụng mái tôn và 5% sử dụng mái lá.

5. Phương pháp hầm ủ Biogas và chế phẩm EM mang lại lợi ích gì trong việc xử lý chất thải chăn nuôi?

Hầm Biogas phân hủy kỵ khí chất hữu cơ, tạo ra hỗn hợp khí sinh học gồm khoảng 2/3 CH4 và 1/3 CO2 có nhiệt trị 6.000 calo/m3 dùng làm năng lượng đun nấu, giảm ô nhiễm hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính. Chế phẩm EM bổ sung tập hợp vi sinh vật hữu hiệu giúp tăng tốc độ phân giải chất hữu cơ, khử mùi hôi chuồng trại (NH3, H2S) và ức chế các vi khuẩn gây bệnh đường ruột.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Thị Thùy Dung đã phản ánh bức tranh thực tế về hoạt động chăn nuôi lợn nông hộ tại xã Kim Phú, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang. Đề tài làm rõ nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm bắt nguồn từ việc chuồng trại xây sát khu dân cư, nền hố chứa chưa bảo đảm và việc xả thải trực tiếp thiếu qua xử lý. Các phân tích về cơ sở lý thuyết cùng định hướng ứng dụng hầm Biogas và chế phẩm sinh học EM cung cấp luận cứ kỹ thuật hữu ích phục vụ công tác quản lý và cải thiện vệ sinh môi trường nông thôn.