Tổng quan nghiên cứu

Chăn nuôi lợn là ngành kinh tế mũi nhọn trong sản xuất nông nghiệp tại tỉnh Hưng Yên, địa phương có tổng đàn lợn đạt 1.193,6 nghìn con vào năm 2017 và đứng thứ 5 toàn quốc. Tại xã Đông Tảo, huyện Khoái Châu, ngành chăn nuôi phát triển vượt bậc với tốc độ tăng trưởng kinh tế trung bình đạt gần 10% mỗi năm, trong đó giá trị sản xuất chăn nuôi chiếm tới 76% tổng thu nhập toàn ngành nông nghiệp, tương đương 48,5 tỷ đồng. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng về số lượng đàn lợn đã tạo ra sức ép nặng nề lên hạ tầng môi trường nông thôn.

Hàng năm, hoạt động chăn nuôi trên địa bàn xã làm phát sinh khoảng 1.813 tấn chất thải rắn và 37.250 m³ nước thải từ 250 hộ chăn nuôi nhỏ lẻ cùng 20 cơ sở trang trại, gia trại tập trung. Lượng chất thải khổng lồ này hầu như chưa được xử lý triệt để mà thải trực tiếp ra hệ thống mương thủy lợi và sông Cửu An, gây suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước mặt, ô nhiễm không khí và đe dọa trực tiếp đến đời sống của 7.199 nhân khẩu. Vấn đề ô nhiễm này đang trở thành rào cản lớn nhất trong tiến trình hoàn thiện tiêu chí môi trường để xây dựng nông thôn mới tại địa phương.

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh chất thải, phân tích hiệu quả các mô hình xử lý hiện hành và đo lường diễn biến chất lượng môi trường chăn nuôi lợn tại xã Đông Tảo trong thời gian từ tháng 3/2017 đến tháng 5/2018. Trên cơ sở khoa học và thực tiễn, đề tài đề xuất hệ thống giải pháp công nghệ và quản lý nhằm giảm thiểu từ 50% đến 70% tải lượng ô nhiễm hữu cơ phát tán ra môi trường, hướng tới bảo vệ sức khỏe cộng đồng và thúc đẩy kinh tế nông nghiệp phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Khung lý thuyết của nghiên cứu được xây dựng dựa trên nguyên lý chuyển hóa sinh học kỵ khí (Anaerobic Digestion) và mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn sinh thái VAC (Vườn - Ao - Chuồng). Quá trình phân hủy kỵ khí là nền tảng để chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp trong phân và nước tiểu gia súc thành hỗn hợp khí sinh học biogas có giá trị năng lượng cao, trong đó khí mê-tan (CH4) chiếm từ 60% đến 70% và khí các-bô-níc (CO2) chiếm từ 30% đến 40%. Phần bã thải sau phân hủy kỵ khí đóng vai trò như nguồn phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng, cung cấp khoáng chất cải tạo độ phì nhiêu cho đất canh tác.

Các khái niệm môi trường cốt lõi được áp dụng để đo lường mức độ ô nhiễm bao gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và mật độ vi sinh vật chỉ thị Coliform. Hệ thống đánh giá tuân thủ nghiêm ngặt các văn bản quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành, bao gồm QCVN 62-MT:2016/BTNMT quy định về nước thải chăn nuôi khi xả ra nguồn tiếp nhận, QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) về chất lượng nước mặt phục vụ tưới tiêu thủy lợi và QCVN 01-79:2011/BNNPTNT về quy trình kiểm tra vệ sinh thú y đối với cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp và điều tra sơ cấp thực địa trong suốt 12 tháng. Nguồn dữ liệu thứ cấp được kế thừa từ các báo cáo thống kê giai đoạn 2014 - 2017 của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Hưng Yên, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Khoái Châu và UBND xã Đông Tảo.

Đối với dữ liệu sơ cấp, phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được áp dụng để khảo sát 60 cơ sở chăn nuôi, bao gồm 40 hộ nhỏ lẻ (10 hộ tại mỗi thôn trong 4 thôn toàn xã) và 20 cơ sở trang trại. Nhóm tác giả lựa chọn nghiên cứu chuyên sâu tại 5 trang trại đại diện với các dải quy mô từ dưới 100 con đến trên 500 con, đồng thời phỏng vấn trực tiếp người dân xung quanh thông qua 105 phiếu điều tra xã hội học nhằm thu thập đánh giá cộng đồng.

Quy trình lấy mẫu nước mặt và nước thải chăn nuôi sau bể biogas được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999:1995 trong 2 đợt quan trắc: đợt 1 vào tháng 9/2017 (mùa mưa) và đợt 2 vào tháng 1/2018 (mùa khô). Việc phân tích các chỉ tiêu COD theo TCVN 6491:1999 và BOD5 theo TCVN 6001-2:2008 được lựa chọn vì tính chuẩn hóa cao, giúp phản ánh chính xác nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan và tải lượng vi sinh vật gây bệnh trong các điều kiện thủy văn khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực địa đã làm sáng tỏ 4 phát hiện quan trọng về hiện trạng chăn nuôi và ô nhiễm môi trường tại xã Đông Tảo:

Thứ nhất, quy mô đàn lợn toàn xã đạt 5.563 con, bao gồm 250 hộ chăn nuôi nhỏ lẻ với 749 con (trung bình 3 con mỗi hộ) và 20 trang trại nuôi 4.814 con. Khối lượng chất thải phát sinh hàng năm ước tính lên tới 1.813 tấn chất thải rắn và 37.250 m³ nước thải chăn nuôi, tập trung mật độ cao tại các thôn Đông Tảo Đông và Dũng Tiến.

Thứ hai, hiệu quả vận hành của các công trình khí sinh học tại địa phương còn rất hạn chế. Mặc dù tỷ lệ trang trại xây dựng hầm biogas đạt 47,62% với thể tích hiệu dụng trung bình 18,05 m³, nhưng tỷ lệ xử lý chất thải thực tế chỉ đạt mức bình quân 51,75%. Có tới 60% số trang trại xả thẳng nước thải sau biogas ra môi trường kênh rạch tự nhiên mà không qua bất kỳ khâu xử lý bổ sung nào.

Thứ ba, chất lượng nước thải sau xử lý biogas không đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định. Kết quả phân tích trong cả 2 đợt quan trắc cho thấy: hàm lượng COD vượt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT từ 1,3 đến 1,6 lần (mẫu cá biệt gấp 6 lần), chỉ số BOD5 vượt từ 2,56 đến 5 lần, nồng độ Sunfat (S-SO4) vượt từ 10 đến 20 lần và mật độ Coliform vượt từ 4 đến 6 lần ngưỡng cho phép.

Thứ tư, tác động tiêu cực đến môi trường không khí và cộng đồng dân cư là vô cùng rõ rệt. Có tới 80% người dân sinh sống lân cận đánh giá hoạt động chăn nuôi gây ô nhiễm không khí ở mức xấu và rất xấu do mùi hôi thối nồng nặc phát tán từ chuồng trại và tiếng ồn trong quá trình nuôi nhốt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm vượt chuẩn là do tập quán sử dụng nước vệ sinh chuồng trại quá mức của các chủ cơ sở, với định mức trung bình lên đến 0,4 m³/con/ngày, tương đương tỷ lệ pha loãng từ 20 đến 49 kg nước cho mỗi kg chất thải bài tiết. Lưu lượng nước rửa chuồng quá lớn đã làm rút ngắn thời gian lưu nước trong các hầm biogas có thể tích nhỏ (chỉ từ 10 đến 50 m³), khiến quá trình lên men kỵ khí diễn ra không triệt để. Hơn nữa, việc thiếu công đoạn tách phân thô ban đầu khiến các chất hữu cơ lơ lửng đi thẳng vào hầm ủ, gây hiện tượng quá tải sinh học và đóng váng bề mặt.

Kết quả nghiên cứu này có tính tương đồng cao với các công bố khoa học tại nhiều địa phương thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, nơi có khoảng 85,7% hộ chăn nuôi vẫn áp dụng phương thức xử lý truyền thống sơ sài. Dữ liệu thực nghiệm của đề tài có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ cột kép so sánh nồng độ COD, BOD5 và Coliform giữa 2 đợt quan trắc (tháng 9/2017 và tháng 1/2018) với ngưỡng giới hạn quy định trong QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột B. Đồng thời, bảng ma trận tương quan giữa quy mô đàn lợn và thể tích hầm biogas sẽ làm nổi bật sự thiếu hụt công suất xử lý tại 5 trang trại đại diện.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường chăn nuôi tại xã Đông Tảo, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

Thứ nhất, áp dụng đồng bộ kỹ thuật tách phân khô cơ học kết hợp ủ phân vi sinh compost. Mục tiêu thu gom trên 85% lượng chất thải rắn trước khi đưa vào hệ thống lỏng, giúp giảm tải từ 40% đến 45% hàm lượng BOD5 và COD đầu vào. Lộ trình thực hiện từ năm 2018 đến 2020, do các chủ trang trại phối hợp cùng Hợp tác xã Nông nghiệp Đông Tảo triển khai thực hiện.

Thứ hai, nâng cấp công nghệ xử lý nước thải sau bể biogas bằng hệ thống hồ sinh học kết hợp bãi lọc thực vật thủy sinh (sử dụng bèo lục bình và cỏ vetiver). Mục tiêu đảm bảo 100% nước thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột B trước khi xả ra sông Cửu An. Thời gian hoàn thiện các mô hình điểm trong vòng 6 đến 12 tháng, do các hộ gia trại chủ trì với sự hướng dẫn kỹ thuật của Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Khoái Châu.

Thứ ba, quy hoạch di dời 20 trang trại chăn nuôi xen kẹt ra khỏi khu dân cư tập trung, đưa vào các phân khu chăn nuôi tập trung xa khu dân cư tối thiểu 500 mét. Mục tiêu chấm dứt hoàn toàn ô nhiễm mùi hôi khu dân cư và hoàn thành tiêu chí số 17 về môi trường nông thôn mới. Timeline thực hiện trong giai đoạn 2020 - 2025, do UBND huyện Khoái Châu và UBND xã Đông Tảo điều hành quản lý.

Thứ tư, ban hành chính sách hỗ trợ tín dụng ưu đãi từ 30 đến 50 triệu đồng cho mỗi hộ chăn nuôi đầu tư công trình xử lý chất thải đạt chuẩn, đồng thời yêu cầu 100% cơ sở chăn nuôi ký cam kết bảo vệ môi trường. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Hưng Yên cùng Ngân hàng Chính sách Xã hội định kỳ thanh tra, giám sát hàng năm để đảm bảo tính thực thi nghiêm minh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu thực nghiệm trong luận văn mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, cán bộ quản lý tài nguyên môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hưng Yên, UBND huyện Khoái Châu và các xã nông nghiệp. Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu quan trắc tin cậy phục vụ công tác thanh tra, thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và xây dựng quy hoạch chăn nuôi cấp huyện.

Thứ hai, các chủ trang trại, gia trại và hộ chăn nuôi gia súc quy mô thâm canh. Tài liệu cung cấp giải pháp tách phân thô và kỹ thuật vận hành bể biogas khoa học, giúp tận dụng nguồn phân ủ hữu cơ đóng bao bán với giá 10.000 đến 16.000 đồng/bao, tạo thêm nguồn thu và tiết kiệm chi phí xử lý nước thải.

Thứ ba, học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường Nông nghiệp. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận nghiên cứu phân tầng, kỹ thuật lấy mẫu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn TCVN và quy trình xử lý dữ liệu điều tra thực địa.

Thứ tư, các kỹ sư công nghệ môi trường và doanh nghiệp tư vấn giải pháp xử lý chất thải nông thôn. Số liệu về tải lượng phát thải từ 5 mô hình trang trại đại diện giúp tối ưu hóa việc thiết kế các module xử lý sinh học chi phí thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế nông hộ tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động chăn nuôi lợn tại xã Đông Tảo phát sinh bao nhiêu chất thải mỗi năm? Theo kết quả tính toán định lượng, hoạt động chăn nuôi của 250 hộ gia đình và 20 trang trại trên địa bàn xã làm phát sinh khoảng 1.813 tấn chất thải rắn và 37.250 m³ nước thải mỗi năm. Lượng phát thải tập trung này vượt xa năng lực tự làm sạch tự nhiên của hệ thống kênh mương và sông Cửu An.

Tại sao nước thải sau hệ thống biogas tại các trang trại vẫn vượt quy chuẩn cho phép? Nguyên nhân là do lượng nước vệ sinh chuồng trại quá lớn (0,4 m³/con/ngày) làm loãng nồng độ chất thải và rút ngắn chu kỳ lưu kỵ khí trong hầm biogas thể tích chỉ khoảng 18,05 m³. Tải lượng nạp chất hữu cơ vượt thiết kế khiến chỉ số COD sau xử lý vẫn vượt quy chuẩn từ 1,3 đến 6 lần.

Giải pháp tách chất thải rắn trước khi vào hầm biogas mang lại lợi ích gì? Kỹ thuật tách phân thô giúp thu hồi tới 85% lượng phân đặc để ủ compost, tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ bán cho nhà vườn với giá từ 10.000 đến 16.000 đồng/bao. Quy trình này vừa nâng cao hiệu quả kinh tế, vừa giảm tải hơn 40% nồng độ ô nhiễm hữu cơ cho hệ thống xử lý nước thải.

Mức độ ảnh hưởng của ô nhiễm chăn nuôi đối với cộng đồng dân cư xung quanh như thế nào? Điều tra xã hội học từ 105 phiếu khảo sát cho thấy có 80% người dân địa phương nhận định chăn nuôi lợn ảnh hưởng xấu đến môi trường không khí. Khí độc phát sinh từ chuồng trại gây mùi hôi nồng nặc, tiếng ồn liên tục và làm gia tăng nguy cơ lây lan các bệnh truyền nhiễm đường hô hấp trong khu dân cư.

Nghiên cứu sử dụng những quy chuẩn môi trường nào để đánh giá mức độ ô nhiễm? Nghiên cứu căn cứ vào QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột B để đánh giá các chỉ tiêu nước thải chăn nuôi xả thải, QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 để kiểm soát chất lượng nguồn nước mặt tiếp nhận và QCVN 01-79:2011/BNNPTNT nhằm đánh giá điều kiện vệ sinh thú y đối với môi trường không khí chuồng trại.

Kết luận

  • Toàn xã Đông Tảo phát sinh khối lượng chất thải rất lớn với 1.813 tấn chất thải rắn và 37.250 m³ nước thải mỗi năm từ 270 cơ sở chăn nuôi tập trung và nhỏ lẻ.
  • Công nghệ xử lý khí sinh học biogas đơn thuần chỉ đáp ứng 51,75% hiệu suất thực tế, khiến các chỉ số COD, BOD5 và Coliform trong nước thải sau xử lý vượt quy chuẩn từ 1,3 đến 6 lần.
  • Môi trường không khí và chất lượng nguồn nước sông Cửu An bị suy thoái nghiêm trọng, gây ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe và sinh hoạt của 80% người dân lân cận.
  • Luận văn đã đóng góp cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm tin cậy và đề xuất hệ thống 4 giải pháp công nghệ sinh học tuần hoàn kết hợp quản lý quy hoạch phân vùng chăn nuôi.
  • Lộ trình thực hiện từ năm 2018 đến năm 2025 cần sự phối hợp chặt chẽ giữa chính quyền địa phương và các chủ trang trại nhằm giải quyết dứt điểm ô nhiễm môi trường, hoàn thiện tiêu chí nông thôn mới bền vững.