Tổng quan nghiên cứu

Quá trình chuyển dịch cơ cấu nông nghiệp tại Việt Nam ghi nhận khoảng 66,9% dân số sinh sống tại khu vực nông thôn, nơi ngành chăn nuôi đóng vai trò trụ cột kinh tế với tổng đàn lợn cả nước đạt hơn 27,7 triệu con. Cùng với xu thế phát triển kinh tế trang trại tập trung nhằm nâng cao năng suất và giá trị thương phẩm, áp lực chất thải phát sinh chưa qua xử lý triệt để đang trở thành điểm nóng gây ô nhiễm môi trường sinh thái nông thôn. Tại xã Chi Lăng, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh, số lượng đàn lợn đã gia tăng nhanh chóng từ 1.798 con vào năm 2012 lên 3.298 con vào năm 2016, kéo theo sự xuất hiện của các trang trại quy mô vừa và lớn nằm xen kẽ hoặc liền kề khu dân cư.

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu trọng tâm là đánh giá toàn diện thực trạng phát sinh, công tác quản lý và hiệu quả xử lý chất thải rắn cũng như nước thải tại các trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn xã Chi Lăng. Phạm vi nghiên cứu tập trung khảo sát chuyên sâu tại 3 trang trại đại diện cho các phương thức chăn nuôi phổ biến ở các thôn Đô Đàn, Quế Ổ và Thôn Mão trong khung thời gian từ tháng 02/2016 đến tháng 03/2017.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua việc cung cấp bộ dữ liệu thực chứng về tải lượng ô nhiễm, làm cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất hệ thống giải pháp công nghệ và quản lý đồng bộ. Kết quả nghiên cứu hướng đến mục tiêu giảm thiểu tình trạng ô nhiễm hữu cơ với các chỉ số vượt ngưỡng quy chuẩn từ 1 đến 9 lần, bảo vệ nguồn nước mặt phục vụ tưới tiêu và nâng cao chất lượng môi trường sống cho hàng nghìn hộ dân tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp kết hợp với mô hình hệ sinh thái khép kín Vườn - Ao - Chuồng (VAC) và Ao - Chuồng (AC). Về mặt sinh hóa, đề tài dựa trên cơ chế phân giải kỵ khí các chất thải hữu cơ để sinh khí sinh học (Biogas), kết hợp các quá trình nitrat hóa, khử nitrat và oxy hóa sinh hóa nhằm loại bỏ các hợp chất chứa Nitơ, Photpho và Carbon.

Các khái niệm trọng tâm được chuẩn hóa bao gồm:

  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) và Nhu cầu oxy sinh học (BOD5): Thước đo định lượng mức độ ô nhiễm của các hợp chất hữu cơ dễ và khó phân hủy sinh học trong nước thải.
  • Tải lượng phát sinh chất thải chăn nuôi: Khối lượng phân rắn (kg/ngày) và lưu lượng nước thải (m³/ngày) tính toán dựa trên hệ số tiêu chuẩn cho từng đầu lợn theo lứa tuổi.
  • Quy chuẩn kỹ thuật môi trường: Bao gồm QCVN 62-MT:2016/BTNMT về nước thải chăn nuôi và QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp loại B làm căn cứ đối chiếu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình thu thập và phân tích dữ liệu đa nguồn:

  • Cỡ mẫu và kỹ thuật chọn mẫu: Đề tài tiến hành điều tra khảo sát với cỡ mẫu gồm 93 phiếu phỏng vấn, bao gồm 90 phiếu thu thập ý kiến người dân xung quanh (30 phiếu trên mỗi khu vực trang trại) và 3 phiếu khảo sát sâu đối với chủ trang trại. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng để lựa chọn 3 trang trại đại diện điển hình cho 3 quy mô: trang trại quy mô nhỏ dưới 100 con áp dụng mô hình Chuồng đơn lẻ (ông Thân Đình Ngưng tại Thôn Mão), trang trại quy mô vừa từ 100 đến 300 con áp dụng mô hình Ao - Chuồng (ông Nguyễn Đức Đoán tại Thôn Quế Ổ) và trang trại quy mô lớn trên 300 con áp dụng mô hình Vườn - Ao - Chuồng (ông Trần Văn Quang tại Thôn Đô Đàn).
  • Thu thập dữ liệu thứ cấp và sơ cấp: Số liệu thống kê được tổng hợp từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, Phòng Nông nghiệp & PTNT huyện Quế Võ và UBND xã Chi Lăng. Số liệu sơ cấp được thu thập thông qua khảo sát thực địa, phỏng vấn bán cấu trúc và lấy mẫu nước mặt, nước thải.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Việc lấy mẫu nước mặt tại các ao chứa và kênh mương được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 5994-1995 ở độ sâu 20 cm bằng phương pháp mẫu hỗn hợp tích hợp từ 3 đến 5 điểm. Lý do lựa chọn các phương pháp đo quang phổ, chuẩn độ và nuôi cấy vi sinh tiêu chuẩn là nhằm định lượng chính xác các thông số nhạy cảm gồm BOD5, COD, NH4+, PO43- và Coliform, đảm bảo độ tin cậy và tính khách quan cao nhất.
  • Tiến độ thực hiện: Quá trình khảo sát, lấy mẫu quan trắc và phân tích thống kê được triển khai liên tục trong vòng 14 tháng (từ tháng 02/2016 đến tháng 03/2017).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã xác lập các phát hiện định lượng quan trọng về tải lượng ô nhiễm và hiệu quả của các công trình xử lý hiện hữu:

  • Tải lượng phát sinh chất thải: Khối lượng phân thải rắn tại 3 trang trại dao động từ 60,9 kg/ngày (quy mô dưới 100 con) đến 768,0 kg/ngày (quy mô trên 300 con). Lượng nước thải xả ra môi trường biến thiên trong khoảng từ 1,35 m³/ngày đến 17,05 m³/ngày dựa trên định mức phát thải trung bình 0,4 m³/con/ngày.
  • Hiệu quả xử lý của bể Biogas: Nước thải sau khi qua hầm Biogas tại cả 3 trang trại vẫn có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ vượt quy chuẩn kỹ thuật cho phép từ 1 đến 6 lần. Điều này chứng minh công nghệ ủ kỵ khí đơn thuần không đủ khả năng xử lý triệt để dòng thải có nồng độ ô nhiễm cao.
  • Mức độ ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận: Mẫu nước mặt tại các ao sinh thái và mương tiêu tiếp nhận chất thải chăn nuôi ghi nhận hàm lượng BOD5, COD, NH4+ và PO43- vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia từ 1 đến 9 lần, tiềm ẩn nguy cơ cao gây phú dưỡng hóa nguồn nước và suy thoái hệ thủy sinh vật.
  • Tác động xã hội: Kết quả phỏng vấn 90 hộ dân cho thấy hơn 75% người dân bày tỏ bức xúc về mùi hôi thối phát tán theo hướng gió và trên 68% lo ngại về nguy cơ thấm lậu gây ô nhiễm tầng nước ngầm dùng cho sinh hoạt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến các chỉ số ô nhiễm sau bể Biogas vượt chuẩn từ 1 đến 6 lần bắt nguồn từ việc tính toán dung tích bể chưa tương xứng với quy mô đàn gia tăng nhanh chóng, dẫn đến thời gian lưu nước không đạt chuẩn. Thêm vào đó, việc thiếu hụt các giai đoạn xử lý thứ cấp như bãi lọc sinh học hiếu khí hoặc hồ thực vật thủy sinh khiến dòng thải xả tràn trực tiếp ra mương tưới tiêu. Kết quả này tương đồng với các báo cáo môi trường nông thôn toàn quốc khi có đến 67% trang trại có hầm Biogas nhưng đa phần vận hành trong tình trạng quá tải.

Về mặt trực quan hóa, bức tranh ô nhiễm có thể được biểu diễn rõ ràng qua biểu đồ cột kép so sánh nồng độ thực tế của COD, BOD5, NH4+ sau xử lý Biogas với giới hạn cho phép của QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Đồng thời, một biểu đồ phân bổ hình tròn sẽ minh họa trực quan tỷ lệ phát sinh chất thải rắn giữa 3 mô hình trang trại, giúp các nhà quản lý nhanh chóng nhận diện điểm nóng ô nhiễm cần ưu tiên can thiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả khảo sát thực tế, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường chăn nuôi:

  1. Nâng cấp hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ lọc sinh học tích hợp: Tiến hành xây dựng bổ sung cụm bể phản ứng kỵ khí ABR kết hợp mô-đun lọc sinh học thiếu khí - hiếu khí và bãi lọc thực vật thủy sinh (sử dụng bèo lục bình hoặc cỏ vetiver). Mục tiêu cắt giảm từ 85% đến 90% hàm lượng COD, BOD5 và tổng Nitơ trong nước thải trước khi xả ra môi trường. Lộ trình triển khai trong vòng 6 đến 12 tháng, do các chủ trang trại trực tiếp đầu tư dưới sự hướng dẫn kỹ thuật của Trạm Khuyến nông huyện Quế Võ.
  2. Ứng dụng quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh từ chất thải rắn: Thu gom 100% lượng phân rắn phát sinh hàng ngày (từ 60,9 đến 768 kg/ngày) kết hợp với đệm lót sinh học và chế phẩm vi sinh ưa nhiệt để sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng cao. Thời gian chuyển giao công nghệ trong vòng 3 đến 6 tháng, do các tổ hợp tác nông nghiệp và hộ chăn nuôi phối hợp thực hiện.
  3. Lắp đặt hệ thống khử mùi chuồng trại bằng công nghệ oxy hóa: Áp dụng kỹ thuật phun sương dung dịch siêu oxy hóa thân thiện với môi trường tại các dãy chuồng kín và bán kiên cố nhằm giảm trên 70% nồng độ khí độc NH3, H2S và mùi hôi phát tán. Thời gian thực hiện ngay trong quý tiếp theo, chủ trì bởi các chủ cơ sở chăn nuôi.
  4. Tăng cường thanh tra và quy hoạch vùng chăn nuôi an toàn: UBND xã Chi Lăng phối hợp với Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Quế Võ rà soát 100% cơ sở chăn nuôi trên địa bàn, yêu cầu 100% trang trại quy mô trên 100 con phải hoàn thiện hồ sơ cam kết bảo vệ môi trường và xây dựng lộ trình di dời các chuồng trại xen lẫn khu dân cư ra vùng quy hoạch tập trung trước năm 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Chủ trang trại và gia trại chăn nuôi lợn: Nắm bắt phương pháp tính toán tải lượng phát thải thực tế, từ đó chủ động lựa chọn mô hình xử lý chất thải (VAC, AC) phù hợp với quy mô đàn, giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư và tận dụng phụ phẩm làm phân bón hữu cơ.
  • Cán bộ quản lý môi trường và chính quyền địa phương: Khai thác bộ số liệu khảo sát thực tế tại xã Chi Lăng để làm cơ sở xây dựng kế hoạch quản lý môi trường, hoạch định chính sách hỗ trợ vốn và quy hoạch các vùng chăn nuôi tập trung xa khu dân cư tại cấp xã, huyện.
  • Kỹ sư môi trường và chuyên viên công nghệ sinh học: Tham khảo các thông số vận hành thực tế của bể Biogas và các chỉ số ô nhiễm đặc trưng để thiết kế các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi cải tiến dạng mô-đun chi phí thấp.
  • Học viên, sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Khoa học Môi trường, Nông nghiệp: Sử dụng phương pháp luận, hệ thống bảng hỏi điều tra 93 mẫu và quy trình đánh giá tác động môi trường nông thôn làm tài liệu tham khảo học thuật phục vụ các công trình nghiên cứu tương đồng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nước thải chăn nuôi sau khi qua bể Biogas vẫn gây ô nhiễm môi trường? Bể Biogas thông thường chỉ thực hiện quá trình phân hủy kỵ khí sơ cấp đối với chất hữu cơ dễ phân hủy. Do tải lượng nạp chất thải tại các trang trại nghiên cứu quá lớn, nước thải sau Biogas vẫn chứa hàm lượng chất ô nhiễm cao, khiến các chỉ số COD, BOD5, NH4+ và PO43- vượt quy chuẩn kỹ thuật cho phép từ 1 đến 6 lần.

  2. Lượng chất thải phát sinh trung bình hàng ngày tại mỗi trang trại chăn nuôi lợn là bao nhiêu? Theo tính toán thực nghiệm tại xã Chi Lăng, mỗi trang trại phát sinh từ 60,9 đến 768,0 kg chất thải rắn mỗi ngày và từ 1,35 đến 17,05 m³ nước thải mỗi ngày, biến thiên tỷ lệ thuận theo quy mô đàn từ dưới 100 con đến hơn 300 con.

  3. Mô hình xử lý chất thải chăn nuôi nào đang mang lại hiệu quả cao nhất tại địa phương? Mô hình tuần hoàn Vườn - Ao - Chuồng (VAC) kết hợp chuỗi xử lý: Bể Biogas lắng sơ cấp, bãi lọc sinh học và ao thực vật thủy sinh mang lại hiệu quả cao nhất, giúp tái sử dụng tối đa nguồn nước tưới và giảm thiểu trên 80% áp lực xả thải ra hệ thống mương chung.

  4. Giải pháp nào giúp kiểm soát triệt để mùi hôi chuồng trại phát tán ra khu dân cư lân cận? Ứng dụng công nghệ phun sương dung dịch siêu oxy hóa kết hợp chế phẩm vi sinh xử lý đệm lót chuồng nuôi là giải pháp khả thi nhất, cho khả năng triệt tiêu trên 70% khí mùi phát tán với chi phí vận hành thấp và dễ áp dụng tại cấp hộ.

  5. Các trang trại chăn nuôi lợn cần tuân thủ những quy chuẩn xả thải môi trường nào? Nước thải sau xử lý từ các trang trại bắt buộc phải đáp ứng các ngưỡng giới hạn thông số hóa lý quy định tại QCVN 62-MT:2016/BTNMT về nước thải chăn nuôi hoặc QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp trước khi thải ra nguồn tiếp nhận công cộng.

Kết luận

  • Luận văn đã phản ánh chính xác bức tranh phát sinh chất thải tại các trang trại chăn nuôi lợn xã Chi Lăng với lượng phân rắn lên đến 768 kg/ngày và nước thải lên đến 17,05 m³/ngày mỗi cơ sở.
  • Nghiên cứu chỉ rõ hạn chế của hệ thống Biogas đơn lẻ khi nước thải đầu ra vẫn vượt quy chuẩn từ 1 đến 6 lần và nguồn nước tiếp nhận vượt từ 1 đến 9 lần các chỉ tiêu BOD5, COD, Nitơ và Photpho.
  • Đóng góp hệ thống dữ liệu thực nghiệm giá trị từ 93 đối tượng khảo sát, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch phát triển chăn nuôi bền vững tại huyện Quế Võ, Bắc Ninh.
  • Đề xuất giải pháp công nghệ đa tầng kết hợp xử lý kỵ khí ABR, bãi lọc sinh học, ủ phân hữu cơ vi sinh và phun sương khử mùi đạt hiệu suất giảm thiểu ô nhiễm trên 70%.
  • Kế hoạch hành động khuyến nghị các cơ quan ban ngành và chủ trang trại khẩn trương áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật trước năm 2020 nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên nước và đảm bảo sức khỏe cộng đồng nông thôn.