Tổng quan nghiên cứu

Chăn nuôi lợn là ngành kinh tế mũi nhọn trong cơ cấu nông nghiệp tỉnh Thái Bình, chiếm tới 80% tổng sản lượng thịt hơi xuất chuồng với hơn 165.649 tấn mỗi năm và mang lại giá trị xuất khẩu lợn sữa đạt khoảng 4 triệu USD/năm. Tại huyện Kiến Xương, hoạt động chăn nuôi phát triển nhanh chóng với tổng đàn lên tới trên 112.070 con. Tuy nhiên, sự phát triển nóng với hơn 68% quy mô chăn nuôi nhỏ lẻ nông hộ, nằm xen kẽ trong các khu dân cư đông đúc đã tạo ra áp lực nặng nề lên môi trường sống. Vấn đề ô nhiễm do phân, nước thải chưa qua xử lý, khí độc và chất thải nguy hại thú y đang đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe của hơn 1,78 triệu dân toàn tỉnh.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm điều tra toàn diện khối lượng, phân loại và đánh giá thực trạng phát tán các nguồn chất thải, từ đó xác định chính xác mức độ gây ô nhiễm đất, nước, không khí do các cơ sở chăn nuôi lợn gây ra trên địa bàn huyện Kiến Xương. Phạm vi không gian của đề tài bao phủ các xã trọng điểm chăn nuôi tại huyện Kiến Xương, tỉnh Thái Bình với chuỗi dữ liệu đánh giá thực tế trong giai đoạn 2011 đến 2018. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc lượng hóa cụ thể tải lượng ô nhiễm, cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy để chính quyền địa phương hiện thực hóa mục tiêu giảm thiểu từ 50% đến 70% nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ và nâng tỷ lệ chất thải được xử lý đạt chuẩn lên trên 85% theo Quyết định 4064/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Bình về tái cơ cấu chăn nuôi bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai lý thuyết nền tảng trong khoa học môi trường nông nghiệp. Thứ nhất là lý thuyết cân bằng vật chất trong chăn nuôi, xác định rằng khoảng 65% đến 80% lượng nitơ và photpho trong khẩu phần thức ăn không được cơ thể gia súc hấp thụ mà bị đào thải ra ngoài môi trường qua phân và nước tiểu. Thứ hai là lý thuyết chuyển hóa sinh học kỵ khí và hiếu khí, mô tả quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ cao phân tử dưới tác động của vi sinh vật để tạo thành sinh khối, các khí sinh học và các hợp chất gây mùi khó chịu.

Mô hình nghiên cứu tập trung phân tích dòng vật chất đầu vào từ nguồn thức ăn, nước uống đến dòng phát thải đầu ra bao gồm chất thải rắn, nước thải chuồng trại, khí thải và chất thải nguy hại y tế. Bốn khái niệm chính được làm rõ trong nghiên cứu gồm: tải lượng ô nhiễm hữu cơ đo bằng chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa và nhu cầu oxy hóa học, chu trình sinh thái Vườn - Ao - Chuồng cải tiến, quy trình thực hành chăn nuôi tốt VietGAHP và hệ số phát thải ô nhiễm bình quân trên mỗi đầu gia súc theo từng lứa tuổi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp điều tra xã hội học và khảo sát thực địa với cỡ mẫu khảo sát là 587 cơ sở chăn nuôi và nông hộ trên địa bàn huyện Kiến Xương. Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được áp dụng để phân chia đối tượng nghiên cứu thành 4 nhóm quy mô rõ rệt: dưới 50 con (chiếm 8,7%), từ 50 đến 90 con (chiếm 20,7%), từ 100 đến 199 con (chiếm 48,2%) và từ 200 con trở lên (chiếm hơn 22,4%), đảm bảo độ tin cậy thống kê trên 95%.

Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu thứ cấp thu thập từ Phòng Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Thống kê huyện Kiến Xương kết hợp với dữ liệu sơ cấp từ quá trình lấy mẫu trực tiếp tại hiện trường. Tác giả tiến hành quan trắc 12 điểm lấy mẫu nước thải, 8 điểm đo vi khí hậu và 6 vị trí lấy mẫu đất xung quanh chuồng nuôi. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích hóa lý theo các Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia gồm QCVN 62-MT:2016/BTNMT về nước thải chăn nuôi và QCVN 05:2013/BTNMT về chất lượng không khí là nhằm định lượng chính xác tuyệt đối các thông số nồng độ, từ đó so sánh khách quan với ngưỡng quy chuẩn cho phép trong suốt thời gian nghiên cứu từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu ghi nhận tổng khối lượng chất thải rắn phát sinh từ 112.070 con lợn tại huyện Kiến Xương lên tới 79.397,03 kg mỗi ngày (xấp xỉ 79,4 tấn/ngày). Trong đó, nhóm lợn thịt thải ra nhiều nhất với 20.851,08 kg/ngày (chiếm 26,3%), nhóm lợn nái sinh sản thải 16.800 kg/ngày (chiếm 21,2%) và đàn lợn con thải 10.295,5 kg/ngày.

Thứ hai, lưu lượng nước thải phát sinh trung bình đạt 15 lít/con/ngày, dẫn đến tổng lượng nước thải chăn nuôi xả ra môi trường mỗi ngày là 1.691,07 mét khối (tương đương 1.691.070 lít/ngày). Hàm lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải rất cao với nhu cầu oxy hóa học vượt tiêu chuẩn từ 4 đến 9 lần, nồng độ tổng nitơ và photpho cao gấp 3 đến 6 lần ngưỡng cho phép của QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

Thứ ba, mức độ ô nhiễm không khí tại các chuồng nuôi hở rất nghiêm trọng. Nồng độ khí amoniac và hydro sunfua đo được đều vượt giới hạn tiếp xúc cho phép từ 1,8 đến 3,5 lần. Tổng số vi sinh vật hoại sinh và vi khuẩn trong không khí chuồng trại cao gấp 30 đến 40 lần so với môi trường không khí bên ngoài. Mức độ tiếng ồn đo được vào thời điểm cho ăn đạt từ 86 dB đến 92 dB, vượt ngưỡng an toàn thính giác 85 dB.

Thứ tư, lượng chất thải nguy hại gồm vỏ lọ vắc-xin, kim tiêm thú y, chai lọ hóa chất khử trùng phát sinh ước tính từ 3 đến 6 kg/trang trại/tháng. Đa số các cơ sở chưa có thùng lưu chứa chuyên dụng mà vẫn đổ chung vào rác thải sinh hoạt hoặc đốt chôn tùy tiện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng trên bắt nguồn từ việc hơn 70% nông hộ xây dựng chuồng trại theo phương thức truyền thống, hầm biogas composite hoặc gạch tự xây có dung tích nhỏ từ 7 đến 10 mét khối, hoàn toàn quá tải so với lượng phân và nước xả thực tế. Nhiều cơ sở sử dụng lượng nước xối rửa quá nhiều làm giảm thời gian lưu của nước thải trong bể kỵ khí, khiến hiệu suất phân hủy chất hữu cơ chỉ đạt 45% đến 55%.

So sánh với các nghiên cứu tương tự tại các tỉnh đồng bằng sông Hồng, lượng chất thải rắn trên mỗi đầu lợn tại Kiến Xương tương đương (0,84 đến 0,94 kg/con/ngày), nhưng tải lượng ô nhiễm nước mặt cao hơn 18% do mạng lưới sông ngòi, kênh mương thủy lợi nội đồng dày đặc tạo điều kiện cho chất thải phát tán nhanh.

Để minh họa trực quan, dữ liệu phát thải được cấu trúc thành biểu đồ cột so sánh tương quan lượng phân giữa 4 nhóm tuổi gia súc và bảng số liệu phân tích 6 chỉ tiêu lý hóa của nước thải gồm pH, nhu cầu oxy sinh hóa, nhu cầu oxy hóa học, tổng chất rắn lơ lửng, tổng nitơ và vi khuẩn Coliform tại các công đoạn trước và sau xử lý biogas. Kết quả thảo luận chứng minh rằng hệ thống biogas đơn thuần không thể làm sạch nước thải chăn nuôi đạt chuẩn mà bắt buộc phải kết hợp công nghệ tách phân và hồ sinh học hiếu khí.

Đề xuất và khuyến nghị

Để giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi lợn tại huyện Kiến Xương, nghiên cứu đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đột phá với lộ trình cụ thể:

Thứ nhất, quy hoạch đồng bộ các vùng chăn nuôi tập trung xa khu dân cư tối thiểu 500 mét. Ủy ban nhân dân huyện Kiến Xương cần chủ trì ban hành cơ chế hỗ trợ đất đai và tài chính nhằm di dời 100% các trang trại quy mô trên 200 con ra khỏi khu vực nông thôn đông đúc, hoàn thành chỉ tiêu 80% cơ sở vào khu quy hoạch trước năm 2025.

Thứ hai, chuyển giao và nhân rộng kỹ thuật chăn nuôi trên nền đệm lót sinh học sử dụng chế phẩm vi sinh hữu hiệu kết hợp mùn cưa trấu. Trạm Khuyến nông và Phòng Nông nghiệp huyện đặt mục tiêu tập huấn cho 500 hộ chăn nuôi, giúp cắt giảm 80% lượng khí độc amoniac, hydro sunfua và giảm thiểu 70% lượng nước rửa chuồng trong giai đoạn 2020 đến 2023.

Thứ ba, bắt buộc lắp đặt hệ thống máy ép tách phân khô kết hợp hầm biogas và chuỗi hồ sinh học 3 bậc đối với 100% cơ sở chăn nuôi quy mô từ 100 con trở lên. Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện tăng cường giám sát để đảm bảo 90% lượng phân rắn được tận thu đóng bao làm phân hữu cơ vi sinh, hoàn tất lắp đặt trước tháng 12 năm 2024.

Thứ tư, chuẩn hóa quy trình quản lý chất thải nguy hại ngành thú y. Trung tâm Dịch vụ Nông nghiệp huyện phối hợp với chính quyền 37 xã, thị trấn tổ chức mạng lưới thu gom định kỳ 2 tuần một lần đối với vỏ bao bì thuốc, kim tiêm y tế để chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý, đạt tỷ lệ tiêu hủy an toàn 100% từ năm 2021.

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 trọng tâm:

Nhóm thứ nhất là các nhà quản lý môi trường và hoạch định chính sách tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Kiến Xương. Luận văn cung cấp số liệu thực chứng về tải lượng phát thải 79,4 tấn chất thải rắn mỗi ngày làm căn cứ xây dựng quy hoạch nông nghiệp và ban hành các quy chế kiểm tra, xử phạt vi phạm môi trường.

Nhóm thứ hai là các chủ trang trại, gia trại và hợp tác xã chăn nuôi gia súc. Họ có thể áp dụng trực tiếp quy trình xử lý chất thải khép kín qua công nghệ ép phân và đệm lót sinh học để giảm chi phí nhân công xối rửa, đồng thời tăng thêm nguồn thu từ việc bán phân bón hữu cơ.

Nhóm thứ ba là các giảng viên, nhà khoa học, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Môi trường, Quản lý Môi trường và Chăn nuôi Thú y. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận khảo sát phân tầng, lấy mẫu hiện trường và đánh giá ô nhiễm liên ngành hóa - sinh - môi trường.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp công nghệ môi trường và sản xuất phân bón hữu cơ. Dữ liệu chi tiết về trữ lượng phân hữu cơ gần 80 tấn/ngày tại một huyện là cơ sở khả thi để các doanh nghiệp đầu tư dây chuyền sản xuất phân bón vi sinh quy mô công nghiệp tại địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Một con lợn thải ra bao nhiêu chất thải rắn và nước thải mỗi ngày trong điều kiện nuôi tại Kiến Xương? Theo kết quả khảo sát thực tế, một con lợn thịt thải trung bình 0,94 kg phân/ngày, lợn nái thải 0,84 kg phân/ngày và lợn con thải 0,25 kg phân/ngày. Về nước thải, mỗi con lợn làm phát sinh khoảng 15 lít nước thải/ngày bao gồm nước tiểu, nước tắm và nước vệ sinh chuồng trại, tạo ra tổng lượng nước thải toàn huyện hơn 1.691 mét khối/ngày.

Tại sao hệ thống hầm biogas tại các nông hộ hiện nay chưa xử lý triệt để được ô nhiễm nước thải? Hầu hết các hầm biogas gia đình được xây dựng với thể tích nhỏ từ 7 đến 10 mét khối, trong khi lượng nước xả chuồng hàng ngày quá lớn làm thời gian lưu nước trong hầm bị rút ngắn. Nước thải sau biogas chưa đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT do nồng độ nhu cầu oxy hóa học và vi khuẩn Coliform vẫn vượt ngưỡng quy chuẩn từ 3 đến 6 lần.

Các khí độc phát sinh từ chuồng nuôi lợn gây tác hại cụ thể như thế nào đối với sức khỏe con người? Hai khí độc phổ biến nhất là amoniac và hydro sunfua sinh ra từ sự phân hủy kỵ khí chất thải. Khi nồng độ vượt ngưỡng tiếp xúc, khí amoniac gây bỏng rát niêm mạc mắt và tổn thương đường hô hấp, trong khi hydro sunfua nồng độ cao có thể làm tê liệt khứu giác, gây đau đầu, buồn nôn và gia tăng nguy cơ ngộ độc mãn tính cho người nuôi.

Công nghệ đệm lót sinh học đem lại hiệu quả cải thiện môi trường như thế nào? Đệm lót sinh học kết hợp trấu, mùn cưa và men vi sinh giúp tiêu hủy toàn bộ phân và nước tiểu trực tiếp tại chỗ, giảm tới 80% mùi hôi thối và nồng độ khí độc amoniac, hydro sunfua trong chuồng. Hơn nữa, phương pháp này tiết kiệm hơn 70% lượng nước sử dụng và triệt tiêu hoàn toàn nước thải xả trực tiếp ra mương rãnh.

Luận văn đưa ra giải pháp nào để kiểm soát chất thải nguy hại thú y an toàn? Tác giả kiến nghị thiết lập hệ thống thu gom phân loại tại nguồn 100% vỏ thuốc, bao bì kháng sinh, lọ vắc-xin và kim tiêm vào thùng chuyên dụng chống thấm tại từng trang trại. Toàn bộ lượng chất thải nguy hại này sẽ được hợp đồng chuyển giao cho các đơn vị xử lý rác thải công nghiệp định kỳ 2 lần/tháng, nghiêm cấm chôn lấp tự phát.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã đạt được những kết quả và đóng góp nổi bật sau:

  • Định lượng chính xác tải lượng chất thải chăn nuôi hàng ngày tại huyện Kiến Xương với 79.397,03 kg chất thải rắn và 1.691,07 mét khối nước thải.
  • Đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm vi sinh trong không khí cao gấp 30 đến 40 lần và nước thải sau biogas vượt chuẩn từ 3 đến 9 lần.
  • Làm rõ nguyên nhân cốt lõi do tỷ lệ chăn nuôi nhỏ lẻ chiếm hơn 68% cùng công nghệ hầm biogas đơn lẻ bị quá tải nghiêm trọng.
  • Đề xuất hệ thống 4 giải pháp công nghệ tuần hoàn gồm quy hoạch tập trung, đệm lót sinh học, ép tách phân và quản lý chất thải nguy hại thú y.
  • Cung cấp cơ sở khoa học xác thực phục vụ trực tiếp cho Đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp tỉnh Thái Bình đến năm 2025.

Đóng góp chính của luận văn là thiết lập bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về dòng chất thải và đề ra giải pháp xử lý chất thải theo chuỗi giá trị tuần hoàn. Bước tiếp theo trong giai đoạn 2020 đến 2025 là mở rộng triển khai thử nghiệm các mô hình ép phân thương mại và đệm lót sinh học trên toàn tỉnh. Các cơ quan ban ngành và cộng đồng chăn nuôi cần nhanh chóng liên kết hành động để hiện thực hóa quy trình chăn nuôi an toàn sinh học, bảo vệ môi trường nông thôn bền vững.