Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi 1. Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi 1. Nguồn phát thải ô nhiễm Chất thải sinh ra do hoạt động chăn nuôi bao gồm chất thải như phân, thức ăn, ổ lót, xác gia súc, gia cầm chết, nước tiểu, nước rửa chuồng…các chất này là chất dễ phân hủy sinh học do chúng chứa các chất chính như carbohydrate, protein, chất béo.
Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ này (nhất là protein trong điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra các chất khí có mùi hôi thối như Indol, H2S, NH3) những chất này hấp dẫn các loại côn trùng như ruồi, nhặng. tụ tập đến gây mất vệ sinh và làm tăng sự ô nhiễm đối với môi trường. [12] Hàng ngày, gia súc và gia cầm thải ra một lượng phân và nước tiểu rất lớn. Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm từ 1,5 – 6% khối lượng cơ thể gia súc.
Các chất thải này chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm. Theo Nguyễn Thị Hoa Lý,1994,các chỉ tiêu ô nhiễm trong chất thải của gia súc đều cao hơn của người theo tỉ lệ tương ứng BOD5 là 5:1, Ntổng là 7:1, TS là 10:1,…[15] Khối lượng chất thải chăn nuôi tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng gia súc và gia cầm. Riêng đối với gia súc, lượng phân và nước tiểu tăng nhanh theo quá trình tăng thể trọng. Nếu tính trung bình theo khối cơ thể thì lượng phân thải ra mỗi ngày của vật nuôi rất cao, nhất là đối với gia súc cao sản.
Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính trên % khối lượng cơ thể Tỷ lệ % phân Loại gia súc so với khối lượng cơ thể Lợn 6–8 Bò sữa 7–8 Bò thịt 5–8 Gà, vịt 5 Nguồn: Lochr,1984 Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, các vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng đóng góp đáng kể làm tăng khối lượng chất thải. Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền dịch bệnh rất nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi trả lại cho môi trường. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày Đơn vị: Kg Chỉ tiêu Khối lượng Tổng lượng phân 84 Tổng lượng nước tiểu 39 TS 11 BOD5 3,1 NH4 – N 0,29 SS 0,027 Nguồn: ASEA standards 1. Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi Trong các hệ thống chuồng trại, phân gia súc, gia cầm nói chung thường tồn tại cả ở dạng phân lỏng hay trung gian giữa lỏng và rắn hay tương đối rắn.
Chúng chứa các chất dinh dưỡng, đặc biệt là các hợp chất giàu nito và phospho, n 6 là nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho cây trồng và làm tăng độ màu mỡ của đất. Vì vậy, trong thực tế thường dùng phân để bón cho cây trồng, vừa tận dụng được nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải phát tán trong môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2010), hàm lượng N tổng số trong phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32g/kg phân. Đây là nguồn dinh dưỡng có giá trị, cây trồng dễ hấp thụ và góp phần cải tạo đất nếu như phân gia súc được sử dụng hợp lý [6].
Theo tác giả Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), thành phần N tổng số, P tổng số của một số gia súc, gia cầm khác như sau: Bảng 1. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm Thành phần hóa học Loại vật nuôi (% Loại vật nuôi trọng lượng vật nuôi) Ntổng số Ptổng số Bò sữa 0,38 0,10 Bò thịt 0,70 0,20 Cừu 1,00 0.Thành phần lỏng từ nước thải chăn nuôi - Nước tiểu: Nước tiểu gia súc là sản phẩm bài tiết của con vật, chứa đựng nhiều độc tố, là sản phẩm cặn bã từ quá trình sống của gia súc, khi phát tán vào môi trường có thể chuyển hoá thành các chất ô nhiễm gây tác hại cho con người và môi trường. Số lượng và thành phần nước tiểu thay đổi tuỳ thuộc loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày Trọng lượng gia súc Lượng nước tiểu (kg/ngày) Dưới 10 kg 0,3 – 0,7 Từ 15 đến 45 kg 0,7 – 2,0 Từ 45 đến 100 kg 2,0 – 4,0 Từ 100 trở lên 4,0 – 5,0 Nguồn: Hill và Toller, 1974 Bảng 1.
Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg Đơn vị: g/kg Chỉ tiêu Giá trị pH 6,77 – 8,19 Vật chất khô 30,9 – 35,9 NH4 0,13 – 0,4 N tổng 4,90 – 6,63 Tro 8,5 – 16,3 Urê 123 - 196 Carbonat 0,11 – 0,19 Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6] - Nước thải: Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi còn 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. Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và các ctv (2010) trên gần 1.000 trại chăn nuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía Nam cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc.
Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước. Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc xử dụng nước tắm n 8 cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước thải sau này [6]. Theo nghiên cứu của nhiều tác giả (A. Rheiheinmer, 1985…) trong phân, vi trùng gây bệnh đóng dấu Erysipelothris insidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Samonella 6 – 7 tháng, virus lở mồm long móng trong nước thải là 100 – 120 ngày.
Riêng các loại vi trùng nha bào Bacillus antharacis có thể tồn tại đến 10 năm, Bacillus tetani có thể tồn tại 3 – 4 năm. Trứng giun sán với các loại điển hình như Fasciola hepatica, Fasciola gigantica, Fasciola buski, Ascarisum, Oesphagostomum sp, Trichocephalus dentatus có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 – 8 ngày và tồn tại 5 – 6 tháng. Các vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới là Samonella typhi và Samonella paratyphi, E. Coli, Shigella, Vibrio comma, gây bệnh dịch tả [38].
Tính chất thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải chăn nuôi gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị Độ đục 420 – 550 mg/l 0 Nhiệt độ 26 – 30 C pH 6,1 – 7,9 mg/l Độ mặn 200 – 500 mg/l COD 5000 – 12000 mg/l DO 0 – 0,3 mg/l Tổng P 36 –72 mg/l Tổng N 220 - 460 mg/l Dầu mỡ 5 - 58 mg/l SS 180 – 450 mg/l NH4+ 15 – 28,4 mg/l E.103 MPN/100ml Trứng giun sán 28 - 280 Trứng/l Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6] n 9 1. Thành phần khí từ chất thải chăn nuôi Chăn nuôi là một ngành sản xuất tạo ra nhiều loại khí thải nhất. Theo Hobbs và cộng sự (1995), có tới trên 170 chất khí có thể sinh ra từ chăn nuôi, điển hình là các khí CO2, CH4, NH3, NO2, N2O, NO, H2S, indol, schatol mecaptan…và hàng loạt các khí gây mùi khác. Hầu hết các khí thải chăn nuôi có thể gây độc cho gia súc, cho con người và môi trường.
Theo Trương Thanh Cảnh (2010), quá trình phân giải chất khí thải gia súc, gia cầm do vi sinh vật như sau: NH3 Indol, Schatol, Phenol Protêin H2S Alcohol Andehyde và Ketone Axit hữu cơ mạch ngắn Cacbohydrat Các Axit hữu cơ H2O, CO2, hydrocacbon mạch ngắn Axit béo H2O, CO2 và CH4 Lipit Alcohol Andehyde và Ketone Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6] Hình 1. Các sản phẩm từ quá trình phân huỷ kỵ khí các chất thải chăn nuôi 1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi. Do đó năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng.
Ô nhiễm môi trường không những ảnh n 10 hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh. Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75-85 triệu tấn phân, với phương thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng [5]. Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp. Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun.
Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu không có biện pháp thu gom và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người [10]. Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức.
Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần. Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa Coliform, E., và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Ô nhiễm môi trường khu vực trại chăn nuôi do sự phân huỷ các chất hữu cơ có mặt trong phân và nước thải của lợn.
Sau khi chất thải ra khỏi cơ thể của lợn thì các chất khí đã lập tức bay lên, khí thải chăn nuôi bao gồm hỗn hợp nhiều loại khí trong đó có trên 40 loại gây mùi, chủ yếu là H2S và NH3.