CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 1. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu [16] Chất thải Chất thải là vật chất được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác. Môi trường Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật.
Quy chuẩn kỹ thuật môi trường Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường. Ô nhiễm môi trường “Ô nhiễm môi trường là sự biến đối của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”. Chất gây ô nhiễm “Chất gây ô nhiễm là các chất hóa học, các yếu tố vật lý và sinh học khi xuất hiện trong môi trường cao hơn ngưỡng cho phép làm cho môi trường bị ô nhiễm”. Đặc điểm chất thải chăn nuôi [4] Chất thải chăn nuôi chủ yếu bao gồm: Chất thải rắn – phân Chất thải rắn là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể, phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ.
Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56-83%, tỷ lệ N, P, H cao, chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh trùng có thể gây bệnh cho con người và vật nuôi. Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hóa của gia súc bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa. Vì vậy phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn các loại sinh vật khác như cá, giun… Do thành phần giàu chất hữu cơ của phân nên chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, khi phát tán vào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, con người và các sinh vật khác. Thành phần hóa học của phân bao gồm các thành phần như sau: - Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng.
- Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng). - Nước: là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65-80% khối lượng của phân. Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường. - Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh… - Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài… - Các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa.
- Các thành phần tạp từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuôi dưỡng gia súc (đá, cát, bụi,.) - Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa gia súc hay trong thức ăn. Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi và khẩu phần ăn. Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6 - 8% trọng lượng của vật nuôi (Bảng 1.1: Khối lượng phân và nước tiểu từ lợn thải ra trong 1 ngày đêm Khối lượng lợn (kg) Lượng phân (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày) < 10 0,5 - 1 0,3 – 0,7 15 – 45 1–3 0,7 - 2 45 – 100 3–5 2–4 (Bùi Hữu Đoàn, 2011) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn Chất thải lỏng Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra.
Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi; Thành phần nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, cụ thể: - Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. - Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-… - N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu, trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. - Vi sinh vật gây bệnh: nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Chất thải khí Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4, H2S,.
và hàng loạt các khí gây mùi khác) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, ủ phân, chế biến thức ăn,… Hầu hết các khí thải chăn nuôi có thể gây độc cho gia súc, cho con người và môi trường. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi [19] Độ pH: là thước đo tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước, nhìn chung sự sống tồn tại phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trường nước trung tính có pH=7. Tuy nhiên, sự sống vẫn chấp nhận một khoảng nhất định trên dưới giá trị trung bình (6<pH< 8,5) đôi khi còn rộng hơn và cá biệt cũng có những sinh vật sống ở các pH cực tiểu (0<pH<1) và cực đại pH= 14. Trong tự nhiên luôn luôn tồn tại một hệ đệm do vậy sự thay đổi nồng độ axit (H+) hoặc bazơ (OH-) đến một mức độ nào đó mới dẫn đến sự thay đổi của pH.
Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand -COD): trong hoá học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hoá hoá học được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước phần lớn, các ứng dụng của COD là xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt, COD là phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn bằng đơn vị đo là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn miligam/lit (mg/l), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch, nền tảng cho thử nghiệm COD là gần như mọi hợp chất hữu cơ đều bị ôxy hoá để tạo ra CO2 bằng các chất ôxy hoá mạnh trong các điều kiện axit. Nhu cầu oxy hoá (Biochemical Oxygen Demand - BOD): là lượng oxy thể hiện bằng gam hoặc mg O2 trên một đơn vị thể tích cần cho một vi sinh vật tiêu thụ để oxy hoá sinh học các chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ và thời gian xác định. Giá trị BOD phản ánh lượng các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học có trong mẫu nước, để xác định BOD cần tiến hành ở điêu kiện chuẩn, thường ở nhiệt độ 20 0C trong thời gian 5 ngày.
Vì vậy, giá trị BOD thường được công bố là BOD5, viết tắt là BOD5. Nitơ tổng: là toàn bộ Nitơ có trong các hợp chất hữu cơ nói chung. Sự phân giải các chất sống cuối cùng tạo ra amoniac (NH3) hoà tan tốt trong nước. Trong môi trường kiềm, khí amoniac thoát ra có mùi khai khó chịu, cạnh tranh sự hoà tan của oxy trong nước, đầu độc các động vật thủy sinh.
Trong môi trường trung tính và axit, amoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4-), tạo điều kiện cho rêu tảo phát triển khi có ánh sáng, vì vậy ở các ao hồ bẩn nước thường có màu xanh lục. Khi có oxy và các vi khuẩn tự dưỡng, amoniac được ôxy hoá thành các oxyt của nitơ với các mức độ khác nhau. Các hợp chất này đều độc với người và động vật ở các mức độ khác nhau. Sản phẩm cuối cùng của ôxy hoá amoniac là axit Nitric, tồn tại trong nước dưới dạng anion NO3-.
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS: Turbidity & Suspendid Solids): gồm các hạt chất vô cơ, hữu cơ và những hạt chất lỏng không hòa tan với nước. Các hạt đó là hạt đất sét, phù sa… hoặc các hạt có bản chất vô cơ khác. Cũng có thể là các sợi thực vật, tảo, vi khuẩn… hoặc các hạt có bản chất hữu cơ khác. Chỉ số vi sinh vật: coliform gồm các vi sinh vật hiếu khí và kị khí tuỳ tiện, Gram âm, không sinh bào tử, hình que, lên men đường lactozơ và sinh hơi trong môi trường nuôi cấy lỏng.
Dựa vào nhiệt độ tăng trưởng, nhóm này lại được chia thành 2 nhóm nhỏ là coliform và coliform phân có nguồn gốc từ phân các loài động vật. Trong môi trường, coliform phân được quan tâm nhiều hơn vì coliform phân có nguồn gốc từ ruột người và các động vật máu nóng. Khi coliform phân hiện diện lớn trong mẫu thì có khả năng mẫu bị nhiễm nước phân và có khả năng chứa các vi sinh vật gây bênh hiện diện trong phân. Để định lượng coliform người ta dùng phương pháp MPN (Most Probable Number).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới Việc xử lý nước thải (XLNT) chăn nuôi đã được nghiên cứu triển khai ở các nước phát triển cách đây vài chục năm. Các công nghệ áp dụng cho XLNT có tải trọng ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi rất đa dạng nhưng trong đó chủ yếu là các phương pháp sinh học do chúng có tính bền vững và thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên.
Tại Tây Ban Nha, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng quy trình VALPUREN (được cấp bằng sáng chế Tây Ban Nha số P9900761). Đây là quy trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng được cấp bởi hỗn hợp khí sinh học và khí tự nhiên.
