Đặt vấn đề Một trong những thách thức quan trọng nhất mà thế giới của chúng ta sẽ phải đối mặt trong tương lai gần đó là nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều cho sinh hoạt và hoạt động sản xuất. Điều đó đã gây ra sức ép rất lớn đến chất lượng môi trường sống và đòi hỏi con người tìm ra những nguồn năng lượng có khả năng tái tạo mang tính bền vững và thân thiện với môi trường. Một nguồn nguyên liệu sẵn có lại rẻ tiền mà từ đó chúng ta có thể tạo ra năng lượng để đáp ứng cho nhu cầu trong tương lai là xử lý yếm khí sinh khối (ví dụ như chất thải của gia súc) để tạo ra khí đốt sinh học. Ở nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học (biogas) là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn.
Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao. Theo số liệu thống kê năm 2012 thì Việt Nam có trên 26,4 triệu con lợn và lượng phát thải từ phân lợn tính theo khối lượng CO2 tương đương là hơn 3500 tấn (Food and Agricultual Organization of the United Nations (2014) [30]). Vì thế việc quản lý chất thải từ chăn nuôi lợn cần có một giải pháp tổng thể trong đó xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong thực tế quá trình vận hành và sử dụng hệ thống biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên sau quá trình xử lý này một số thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mức rất cao (Vũ Thị Khánh Vân và cs., (2013) [19]; Thien Thu và cs.
Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về giải pháp làm tăng khả năng xử lý chất thải hữu cơ trong bể biogas được công bố, tiêu biểu như: xử lý nguyên liệu trước khi nạp vào bể (Günther Bochmann (2013) [35]); tối ưu hóa quá trình xử lý (Shanmugam và cs., (2009) [52]); bổ sung một số chất phụ gia (Yu Gu và cs. Cùng với đó là những nghiên cứu sử dụng nước thải sau biogas để làm phân bón (Alburquerque và cs., (2012) [21]); nuôi tảo tạo sinh khối (Mason Erkelens và cs., (2014) [43]); chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản (Marianna Garfí và cs. Tuy vậy việc nghiên cứu bổ sung vi sinh vật sinh khí methane có nguồn gốc tự nhiên vào bể biogas cũng như xác định tiềm năng sản sinh khí sinh học còn lại của chất thải sau biogas vẫn chưa có tài liệu nào được công bố. Xuất phát từ đó, chúng tôi tiến hành 2 thực hiện đề tài: Ảnh hưởng của bổ sung chất phụ gia tự nhiên đến khả năng sản sinh khí sinh học (biogas) của phân lợn và chất lượng nước thải sau biogas.
Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng của bổ sung chất phụ gia tự nhiên đến khả năng sản sinh khí sinh học (biogas) của phân lợn. - Nghiên cứu xác định tiềm năng sản sinh khí sinh học còn lại của chất thải sau biogas (digestate) của phân lợn được bổ sung các chất phụ gia tự nhiên. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đây là một nghiên cứu có hệ thống hoàn chỉnh lần đầu tiên được triển khai ở Việt Nam với mục tiêu tìm ra giải pháp khoa học và công nghệ phù hợp nhằm nâng cao năng suất sinh khí biogas và giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở các cơ sở chăn nuôi lợn công nghiệp. Kết quả nghiên cứu là tài liệu khoa học có giá trị giúp cho công tác nghiên cứu và giảng dạy sau này.
Kết quả đề tài góp phần thúc đẩy việc phát triển chăn nuôi sạch trong nước, có sức cạnh tranh với các sản phẩm nước ngoài, giảm thiểu tác động đến môi trường. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tình hình chăn nuôi lợn trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình chăn nuôi lợn trên thế giới Cùng với đà tăng dân số trên toàn cầu nên nhu cầu thực phẩm cung cấp cho cuộc sống hàng ngày của con người cũng tăng lên.
Trong đó lợn là loài vật nuôi cung cấp sản phẩm thịt chủ yếu, ngoài việc tăng năng suất thì số lượng lợn được nuôi cũng không ngừng được tăng lên. Số lượng lợn được nuôi trên thế giới phân theo các khu vực trong giai đoạn 5 năm trở lại đây, từ 2009 đến 2013, được trình bày trong bảng 1. Số lượng lợn được nuôi trên thế giới Năm Khu vực 2009 2010 2011 2012 2013 Thế giới 940664638 973065753 967973596 969882338 977020798 Châu Phi 29650523 31520900 32754822 34157129 35098077 Châu Mỹ 160707152 162936468 165761961 165864509 164464254 Châu Á 557657633 584092285 576533805 580601443 588225048 Châu Âu 187346928 189164194 187531206 183974633 184051948 Châu Đại 5302402 5351906 5391802 5284624 5181471 Dương (Nguồn: Food and Agricultual Organization of the United Nations (2014) [30]) Tính đến năm 2013, số lượng lợn được nuôi trên thế giới đã đạt mức xấp xỉ 1 tỷ con. Châu Á là vùng có số lượng lợn được nuôi nhiều nhất sau đó đến Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Phi và Châu Đại Dương.
Số lượng lợn tại Châu Á và Châu Phi không ngừng tăng lên trong khi tại Châu Mỹ, Châu Âu có xu hướng ổn định thậm chí số lượng lợn còn giảm đi ở Châu Đại Dương. Với tổng số trên 588 triệu con lợn, Châu Á là vùng chiếm hơn một nửa số lượng lợn được nuôi trên toàn thế giới. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam Chăn nuôi đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống sản xuất nông nghiệp của Việt Nam, hàng năm đóng góp trên 25% tổng giá trị toàn ngành nông nghiệp. Từ lâu nghề chăn nuôi lợn đã gắn bó với đời sống của người nông dân nước ta và tỷ 4 trọng giá trị của chăn nuôi lợn chiếm 78% của ngành chăn nuôi năm 2010.
Thống kê từ năm 2009 đến năm 2013, số lượng lợn được nuôi tại Việt Nam có xu hướng giảm xuống (hình 1. Nguyên nhân một phần do giá cả trên thị trường không có lợi cho người chăn nuôi và dịch bệnh trên đàn lợn có diễn biến phức tạp. Diễn biến số lượng lợn được nuôi tại Việt Nam từ năm 2009 đến 2013 Bảng 1. Số lượng lợn được nuôi tại các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á Quốc gia 2009 2010 2011 2012 2013 Brunei 1250 1200 1150 1100 1225 Căm Pu Chia 2126304 2057431 2099332 2120000 2150000 Indonesia 6975000 7477000 7525000 7900000 8246000 Lào 2554000 2752000 2650000 2794000 2280000 Malaysia 1831308 1922321 1801247 1798686 1725000 Myanma 8496240 9416208 10497493 10500000 10530000 Philippine 13596400 13397800 12303100 11863021 11843051 Singapo 260000 270000 270000 272000 272000 Thái Lan 7480530 7623730 7785525 7800000 7850000 Đông Ti Mo 403218 330435 345635 350000 360000 Việt Nam 27627700 27373300 27056000 26493922 26261400 Nguồn: EUROPEAN COMMUNITIES9 (2010) [28] 5 Mặc dù số lượng lợn được nuôi đã giảm trong 5 năm trở lại đây nhưng Việt Nam vẫn là quốc gia có đàn lợn nhiều nhất trong khu vực Đông Nam Á (bảng 1.
Năm 2013, nước ta có số lượng lợn chiếm gần 1/3 so với tổng số lợn của khu vực. Đây vừa là một lợi thế tiềm năng cung cấp sản phẩm từ lợn cho các quốc gia xung quanh nhưng đồng thời cũng tạo ra sức ép to lớn đối với môi trường sinh thái trong việc đảm bảo phát triển chăn nuôi lợn bền vững. Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn Theo ước tính của Ủy ban Châu Âu (European Communities (2010) [28]), một lợn nái và các thế hệ con của chúng sẽ thải ra 87 kg N/năm; trong 1m3 phân lợn có chứa 4,2 kg N tổng số, 0,8 kg phospho tổng số và 2,2 kg kali tổng số (Bảng 1. Vì thế, trong một năm mỗi lợn nái và thế hệ con của chúng sẽ thải ra 20,7m3phân/năm.
Theo ước tính của Tổ chức Nông Lương thế giới (FAO) [30], mỗi năm ngành chăn nuôi lợn của Việt Nam thải ra ngoài môi trường xấp xỉ 110. Với một nguồn chất thải lớn như vậy nếu như không được xử lý phù hợp sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Lượng dinh dưỡng có trong 1m3 chất thải* Nitơ tổng số Phospho tổng số Kali tổng số Loại gia súc (kg) (kg) (kg) Bò 5,0 0,8 - Lợn 4,2 0,8 2,2 Cừu 10,2 1,5 - Gà đẻ 13,7 2,9 - (Nguồn: EUROPEAN COMMUNITIES (2010)[28]) * Dùng để ước tính với giả thiết trong 1m3 chất thải có 1 tấn sinh khối. Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn được tóm lược trong bảng 1.
Tùy thuộc vào từng nghiên cứu cụ thể mà một số thành phần sẽ biến động ít hay nhiều. Chất rắn tổng số dao động trong phạm vi từ 1% đến 10%, với hàm lượng cao các acid béo dễ bay hơi, nitơ tổng số, nitơ ammonia, phospho, kali và COD. Giá trị pH của chất thải chăn nuôi lợn trung bình là 7. Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn Chỉ tiêu Phạm vi giá trị biến động Chất rắn tổng số, % 0,78 ~ 9,95 Tổng số acid béo dễ bay hơi, % 0,30 ~ 8,16 Nitơ tổng số, mg/l 1217 ~ 6698 Nitơ ammonium (NH4+-N), mg/l 540 ~ 3875 Nhu cầu oxy hóa học (COD), mg/l 7138 ~ 174300 Nhu cầu oxy sinh học 5 ngày (BOD5), mg/l 1112 ~ 74700 Phospho tổng số, mg/l 702 ~ 23600 Kali tổng số, mg/l 790 ~ 3530 pH 7,01 ~ 7,91 (Nguồn: Martínez-Suller L.
Hiện trạng và dự báo về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi nói chung và chăn nuôi lợn nói riêng gây ra ở nước ta đang ngày một tăng ở mức báo động vì ngành chăn nuôi hiện đang tạo ra lượng chất thải rất lớn, hàng triệu tấn mỗi năm. Trong khi đó, công tác quản lý môi trường chăn nuôi còn nhiều bất cập, tiêu biểu là ở các mặt sau: - Việc xử lý chất thải chăn nuôi không triệt để. - Quản lý từ đầu nguồn đến hết quy trình chăn nuôi chưa kiểm soát triệt để vấn đề phát thải: từ khâu quy hoạch, kỹ thuật xây dựng, nuôi dưỡng, thu hoạch, giết mổ, chế biến, vận chuyển lưu thông, bảo quản còn chưa tập trung đúng mức đến quản lý môi trường. - Hệ thống thể chế, chính sách chưa đủ, thiếu đồng bộ, ứng dụng trực tiếp vào chăn nuôi còn nhiều khó khăn.
- Công tác nghiên cứu khoa học, hợp tác chưa phát huy được thế mạnh. Nhiều báo cáo nghiên cứu đều đã khẳng định là hầu hết các chất thải trong chăn nuôi đều chưa được xử lý trước khi thải ra môi trường. Số phân không được xử lý và tái sử dụng lại là nguồn cung cấp phần lớn các khí nhà kính (chủ yếu là CH4, CO2 và N2O) làm trái đất nóng lên, ngoài ra còn làm rối loạn độ phì của đất, gây 7 phì dưỡng, ô nhiễm đất và ô nhiễm nước.
