Tài liệu đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện ba vì và đề xuất giải pháp quản lý, xử lý chất thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH HÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BA VÌ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, XỬ LÝ CHẤT THẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. ĐẶNG MINH HẰNG Hà Nội – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện Ba Vì và đề xuất các giải pháp quản lý, xử lý chất thải” dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Đặng Minh Hằng. Luận văn này không phải là bản sao chép của bất kỳ tổ chức nào, cá nhân nào. Nguồn số liệu sử dụng trong luận văn đã được sự đồng ý cho phép của Phòng Tài nguyên và Môi trường – UBND huyện Ba vì. Toàn xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung mà tôi đã trình bày trong luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2017 Người viết cam đoan Nguyễn Thị Thanh Hà LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Đặng Minh Hằng, người đã luôn quan tâm, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy giáo, Cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ môi trường – Đại học Bách khoa Hà Nội, đã dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cán bộ và nhân dân huyện Ba Vì đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, luôn chia sẻ, giúp đỡ tôi có điều kiện để hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2017 Mục Lục MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6 1. Lý do chọn đề tài ...............................................................................................6 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................7 3. Đối tƣợng và phạm vi của đề tài ......................................................................7 4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................7 5. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................8 Chƣơng 1.TỔNG QUAN TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI GIA SÚC TẬP TRUNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN .................................................9 1.1. Tổng quan tình hình chăn nuôi gia súc tập trung tại Việt Nam................9 1.1.1. Tình hình chăn nuôi gia súc tại Việt Nam ..................................................9 1.1.2. Thực trạng chăn nuôi trang trại ở nước ta ..............................................10 1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi gia súc .........................11 1.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi gia súc và hiện trạng quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi tại Việt Nam ...........................................................................11 1.2.1. Khí thải .....................................................................................................12 1.2.2. Nước thải ..................................................................................................13 1.2.3. Chất thải rắn ............................................................................................19 1.3. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .............................................................23 1.3.1. Điện kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Ba Vì ......................................23 1.3.2. Thuận lợi và khó khăn đối với phát triển chăn nuôi huyện Ba Vì............26 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 27 2.1. Đối tƣợng, phạm vi và địa điểm nghiên cứu .............................................27 2.2. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................27 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................27 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .....................................................27 2.3.2. Phương pháp điều tra ...............................................................................27 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu ..............................................................................28 1 2.3.3. Phương pháp phân tích ............................................................................29 2.3.4. Phương pháp so sánh ...............................................................................30 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................30 Chƣơng 3. HIỆN TRẠNG MÔI TRƢỜNG CHĂN NUÔI GIA SÚC TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BA VÌ ...................................................................................... 32 3.1 Thực trạng hoạt động chăn nuôi gia súc trên địa bàn huyện Ba Vì ........32 3.2. Hiện trạng môi trƣờng chăn nuôi gia súc trên địa bàn huyện Ba Vì ......34 3.2.1. Hiện trạng phát sinh chất thải chăn nuôi gia súc ....................................34 3.2.2. Hiện trạng môi trường tại các trang trại chăn nuôi được điều tra..........35 3.2.3. Hiện trạng quản lý môi trường trong chăn nuôi gia súc. ........................42 Chƣơng 4. GIẢI PHÁP HẠN CHẾ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG TRONG CHĂN NUÔI GIA SÚC TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BA VÌ ................................48 4.1. Giải pháp về cơ chế, chính sách và nâng cao nhận thức cộng đồng .......48 4.1.1. Giải pháp về cơ chế, chính sách và ban hành các văn bản pháp luật .....48 4.1.2. Các giải pháp tuyên truyền, giáo dục nâng cao nhận thức cộng đồng về BVMT ..................................................................................................................51 4.1.3. Giải pháp quy hoạch, xây dựng chuồng trại chăn nuôi ...........................51 4.2. Giải pháp về khoa học công nghệ ...............................................................54 4.2.1. Đối với trang trại chăn nuôi nhỏ lẻ (<100con) .......................................54 4.2.2. Đối với trang trại chăn nuôi quy mô (100÷500 con) ...............................56 4.2.3. Đối với trang trại chăn nuôi quy mô >500 con .......................................58 4.2.4. Xử lý xác gia súc chết ...............................................................................61 4.2.3. Xử lý mùi...................................................................................................62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 63 Tài liệu tham khảo ..............................................................................................66 Phụ lục ................................................................................................................70 2 Danh mục từ viết tắt FAO WHO NN&PTNT TCTK TT ĐNB TS QCVN BTNMT ĐVT LĐ CNH-HĐH HĐND UBND CTV MK NT NM NN BVMT ĐDSH HTX :Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc :Tổ chức y tế Thế giới :Nông nghiệp và Phát triển nông thôn :Tổng cục Thống kê :Trang trại :Đông Nam Bộ :Tổng chất rắn :Quy chuẩn Việt Nam :Bộ Tài nguyên Môi trường :Đơn vị tính :Lao động :Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa :Hội đồng nhân dân :Ủy ban nhân dân :Cộng tác viên :Mẫu khí :Nước thải :Nước mặt :Nước ngầm :Bảo vệ môi trường :Đa dạng sinh học :Hợp tác xã 3 Danh mục bảng Bảng 1.1. Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên toàn quốc ..............................................9 Bảng 1.2. Phân bố số lượng chăn nuôi gia súc theo vùng năm ................................10 Bảng 1.3. Số lượng và sự phân bố các trang trại chăn nuôi theo vùng địa lý ...........11 Bảng 1.4. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70-100kg .............14 Bảng 1.5 . Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn ......................................15 Bảng 1.6. Khối lượng phân thải ra tính theo loại gia súc trong ngày .......................20 Bảng 1.7. Thành phần các nguyên tố đa lượng trong phân gia súc ....................21 Bảng 2.1. Phương pháp phân tích mẫu khí và mẫu nước .....................................29 Bảng 3.1 Tình hình phát triển chăn nuôi gia súc ở huyện Ba Vì (2010-2014) .........31 Bảng 3.2. Hiện trạng chăn nuôi gia súc tại 05 xã điều tra ........................................32 Bảng 3.3. Khối lượng phân thải ra tính theo loại gia súc trong ngày ..................33 Bảng 3.4. Ước tính lượng phân thải chăn nuôi gia súc tại các xã nghiên cứu .........33 Bảng 3.5. Ước tính lượng nước thải chăn nuôi gia súc tại các xã nghiên cứu .........34 Bảng 3.6. Kết quả phân tích không khí xung quanh các chuồng trại chăn nuôi… ...35 Bảng 3.7. Kết quả các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải tại các chuồng trại chăn nuôi........................ ....................................................................................................37 Bảng 3.8. Chất lượng môi trường nước mặt các xã điều tra ................................38 Bảng 3.9. Chất lượng môi trường nước ngầm các xã điều tra .................................40 Bảng 3.10. Tỷ lệ xử lý chất thải chăn nuôi theo phương pháp khác nhau ................42 Bảng 3.11. Tỷ lệ các chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép trong nước thải sau xử lý bằng biogas................................................................................................................42 Bảng 3.12. Tỷ lệ các chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép trong nước thải sau xử lý bằng biogas kết hợp ao sinh học… ...........................................................................45 Bảng 4.1. Các thông số thiết kế hồ sinh học..........................................................58 4 Danh mục hình Hình 1.1. Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí chất thải chăn nuôi ................................ 17 Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo bể UASB .......................................................................... 18 Hình 3.1.Biều đồ tỷ lệ xử lý chất thải gia súc 05 xã điều tra .................................... 42 Hình 3.2. Biểu đồ tỷ lệ chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép trong nước thải sau xử lý bằng hầm biogas .................................................................................................. 44 Hình 3.3. Biểu đồ tỷ lệ vượt tiêu chuẩn cho phép trong nước thải sau xử lý bằng hầm biogas kết hợp ao sinh học ................................................................................45 Hình 4.1. Hầm biogas composite cải tiến ................................................................. 54 Hình 4.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi quy mô 100÷500 con ......... 56 Hình 4.3. Sơ đồ công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi trên >500 con ........................ 57 5 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngành chăn nuôi trong những năm gần đây đã có sự phát triển vượt bậc về cả quy mô và số lượng, đang được khuyến khích và đầu tư phát triển mạnh, chủ yếu là mô hình trang trại tập trung, tỷ trọng ngành chăn nuôi trong sản xuất nông nghiệp ngày càng cao. Song song với đó là chất thải ngành chăn nuôi cũng đang trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO): Ngành chăn nuôi tạo ra nhiều khí thải gây hiệu ứng nhà kính hơn ngành giao thông vận tải. Gia súc cũng là một trong các tác nhân chính gây thoái hóa đất nông nghiệp và làm ô nhiễm nguồn nước. Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 85 triệu tấn chất thải đã 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 hóa, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật 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, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt các virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh, dịch cúm ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người. Theo Báo cáo tổng kết của Viện Chăn nuôi, nồng độ khí H2S và NH3 trong chất thải chăn nuôi cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần [2]. Ô nhiễm môi trường khu vực trang trại chăn nuôi do sự phân hủy các chất hữu cơ có mặt trong phân và nước thải. Sau khi chất thải ra khỏi cơ thể của gia súc 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. Trong điều kiện kỵ khí cộng với sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion sunphát (SO42-) thành sunphua (S2-). Trong điều kiện bình thường thì H2S là một trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi. Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các cấp quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như không kìm hãm sự phát triển của ngành. Ba Vì là huyện trung du miền núi chủ yếu vẫn là sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi là một trong hai ngành sản xuất chủ yếu của nông nghiệp, nó có tác dụng kích thích trồng trọt phát triển thông qua tận thu sản phẩm phụ làm phân bón. Chăn 6 nuôi mang lại nguồn thu nhập tiền mặt chính cho các hộ gia đình và tạo ra nhiều sản phẩm có giá dinh dưỡng cao như: thịt, trứng, sữa... Ngành chăn nuôi của huyện đã và đang từng bước phát triển. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó, chất thải chăn nuôi cũng là một vấn nạn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc thù chăn nuôi của huyện Ba Vì cũng giống như các huyện miền núi khác chủ yếu là chăn nuôi hộ gia đình, phân tán trong khu dân cư, các trang trại chăn nuôi qui mô nhỏ phát triển tự phát, chưa có qui hoạch đồng bộ, xây dựng ngay trong vườn nhà, thôn xóm, đặc biệt là các hộ chăn nuôi chưa nhận thức đúng và chưa quan tâm đến xử lý chất thải chăn nuôi, bảo vệ môi trường tự nhiên. Tình trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi, vẫn còn là vấn đề cấp bách cần được quan tâm. Xuất phát từ thực tế nêu trên, tôi đã thực hiện luận văn với đề tài “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện Ba Vì và đề xuất các giải pháp quản lý, xử lý chất thải” 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Đánh giá thực trạng môi trường và hiệu quả áp dụng các công nghệ xử lý chất thải của trang trại, gia trại chăn nuôi gia súc trên địa bàn 05 xã điều tra thuộc huyện Ba Vì. - Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở các loại hình trang trại, gia trại chăn nuôi gia súc trên địa bàn 5 xã điều tra. 3. Đối tƣợng và phạm vi của đề tài Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về hiện trạng ô nhiễm môi trường và các biện pháp quản lý môi trường trong chăn nuôi gia súc qui mô hộ gia đình và trang trại tập trung trên địa bàn huyện Ba Vì. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào trang trại, gia trại chăn nuôi gia súc (trâu, bò, lợn) trên địa bàn 05 xã: Tản Lĩnh, Ba Trại, Vân Hòa, Phú Châu, Cam Thượng 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp - Phương pháp điều tra - Phương pháp lấy mẫu - Phương pháp phân tích - Phương pháp so sánh 7 - Phương pháp xử lý số liệu 5. Nội dung nghiên cứu 5.1. Đánh giá tình hình chăn nuôi gia súc tại 5 xã điều tra Số lượng gia súc tại 5 xã điều tra. Qui mô chăn nuôi gia súc tại 5 xã nghiên cứu. Phương thức chăn nuôi tại 5 xã nghiên cứu. Hiện trạng các biện pháp xử lý chất thải đang được áp dụng tại các trang trại chăn nuôi trên địa bàn 5 xã điều tra. 5.2. Đánh giá hiện trạng môi trƣờng tại các trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện Ba Vì. - - Hiện trạng môi trường không khí - Hiện trạngmôi trường nước thải chăn nuôi - Hiện trạngmôi trường nước mặt - Hiện trạngmôi trường nước ngầm 5.3. Đề xuất biện pháp quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi - Biện pháp Luật chính sách Biện pháp tuyên truyền giáo dục Biện pháp quản lý, quy hoạch Biện pháp công nghệ 8 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI GIA SÚC TẬP TRUNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƢỜNG LIÊN QUAN 1.1. Tổng quan tình hình chăn nuôi gia súctập trung tại Việt Nam 1.1.1. Tình hình chăn nuôi gia súc tại Việt Nam Ngành chăn nuôi ở nước ta luôn được duy trì và phát triển cả về số lượng và chất lượng. Tổng đàn gia súc, gia cầm trên toàn quốc trong những năm qua tương đối ổn định và có xu hướng giảm không nhiều. Hoạt động chăn nuôi phát triển mạnh và tập trung chủ yếu ở khu vực phía bắc, còn khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long chủ yếu là phát triển chăn nuôi bò và gia cầm. Theo thống kê của Cục Chăn nuôi – Bộ NN&PTNT (2016) tình hình chăn nuôi cả nước trong tháng 10/2016 phát triển ổn định. Đàn trâu, bò có xu hướng hồi phục do có thị trường tiêu thụ, nguồn thức ăn tự nhiên dồi dào. Theo số liệu của TCTK, so với cùng kỳ năm 2015 ước tính tổng số trâu cả nước giảm 1%, đàn bò tăng khoảng 2-2,5% so với cùng kỳ năm 2015. Đàn lợn phát triển tương đối ổn định do dịch bệnh không xảy ra và giá bán duy trì ở mức có lợi cho người chăn nuôi. Số lượng hộ nuôi nhỏ lẻ có xu hướng giảm và quy mô nuôi theo hình thức gia trại, trang trại đang phát triển. Theo số liệu của TCTK, ước tính tổng số lợn của cả nước vào tháng 10/2016 tăng 3,7 – 4% so với cùng kỳ năm 2015 [13]. Bảng 1.1. Hiện trạng chăn nuôi gia súctrên toàn quốc [7]÷[13] Năm Số lƣợng gia súc (nghìn con) Chỉ số phát triển so với năm trƣớc(%) Trâu Bò Dê, cừu Lợn Trâu Bò Dê, cừu Lợn 2009 2.886,6 6103,3 1375,1 27627,7 99,6 96,3 92,7 103,5 2010 2.877,0 5808,3 1288,4 27373,1 99,7 95,2 93,7 99,1 2011 2.712,0 5436,6 1267,8 27056,0 94,3 93,6 98,4 98,8 2012 2.627,8 5194,2 1343,6 26494,0 96,9 95,5 106,0 97,9 2013 2.559,5 5156,7 1466,3 26264,4 97,4 99,3 109,1 99,1 2014 2.511,9 5234,3 1668,9 26761,6 98,1 101,5 113,8 101,9 Tỷ lệ phân bố gia súc theo các vùng miền không giống nhau, tập trung chủ yếu ở trung du và miền núi phía Bắc (chiếm 56%) và khu vực Bắc Trung Bộ và Duyên hải Miền Trung (chiếm 32%). Khoảng 41% tổng số bò của cả nước tập trung ở khu vực Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung, đây là vùng cung cấp bò cày cho vùng 9 đồng bằng sông Cửu Long và vùng đồng bằng châu thổ Sông Hồng. Khoảng 59% số lượng đàn bò được phân bố trên 5 vùng sinh thái khác nhau của đất nước, là nguồn sức kéo chủ yếu của nông nghiệp cho các vùng trên. Tây Nguyên là vùng đất rộng lớn, có nhiều đất đai và đồng cỏ phù hợp cho chăn nuôi bò nhưng tại đây số lượng bò chỉ chiếm khoảng 13% tổng số bò của cả nước [13] Bảng 1.2. Phân bố số lƣợng chăn nuôi gia súctheo vùng năm 2014 [13] Vùng Trâu Bò Lợn (con) (con) (con) Đồng bằng sông Hồng 134,3 492,8 6.824,8 1.401,0 909,1 6.626,4 Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung 803,5 2.119,5 5.207,5 Tây nguyên 88,7 673,7 1.742,4 Đông Nam Bộ 49,4 361,3 2.890,1 35 677,9 3.470,4 Trung du và miền núi phía Bắc Đồng bằng sông Cửu Long 1.1.2. Số lượng và sự phân bố trang trại chăn nuôi Khoảng 10 năm gần đây, ngành chăn nuôi đã có sự chuyển đổi từ chăn nuôi tự cung, tự cấp, manh mún, nhỏ lẻ phân tán sang chăn nuôi trang trại tập trung, tiếp cận dần tới công nghiệp hóa chăn nuôi. Chăn nuôi trang trại phát triển sẽ đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng nhiều và đa dạng của người dân về sản phẩm chăn nuôi, nâng cao tính cạnh tranh năng suất, chất lượng sản phẩm chăn nuôi, tăng cường khả năng tiếp thu công nghệ, tiến bộ khoa học mới, là nhân tố sức mạnh thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Chăn nuôi theo quy mô trang trại đã và đang là xu hướng phát triển tất yếu của ngành chăn nuôi. Bởivì chăn nuôi trang trại mới cho được số lượng sản phẩm lớn, mới đủ khả năng và thông số mẫu đủ lớn để áp dụng các tiến bộ khoa học, các công nghệ phục vụ chăn nuôi cao sản, kiểm soát dịch bệnh dễ dàng hơn so với chăn nuôi phân tán nhỏ lẻ. Từ đó nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm chăn nuôi hàng hóa trên thị trường. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê (vào cuối năm 2014), toàn quốc có 12.642 trang trại chăn nuôi, trong đó miền Bắc là 7.303 trang trại, chiếm 58%; miền Nam là 5.339 trang trại, chiếm 42% [13]. Theo báo cáo của Tổng cục Thống kê năm 10 2009 toàn quốc có 1.761 TT chăn nuôi [7], như vậy, sau 5 năm số lượng trang trại chăn nuôi tăng hơn 15.960 TT, bình quân mỗi năm tăng 3.192 TT, tăng 58,7%/năm. Bảng 1.3. Số lƣợng và sự phân bố các trang trại chăn nuôi theo vùng địa lý [13] Vùng Số lƣợng trang trại chăn Tỷ lệ % nuôi Đồng bằng sông Hồng 4851 38,37 Trung du và miền núi phía Bắc 1184 9,36 Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung 1268 10,03 Tây nguyên 759 6 Đông Nam Bộ 3256 25,75 Đồng bằng sông Cửu Long 1324 10,49 1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng trong chăn nuôi gia súc Ngành nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của nước ta, những năm gần đây chăn nuôi phát triển khá mạnh về cả số lượng lẫn quy mô. Tuy nhiên, chăn nuôi nước ta còn manh mún, nhỏ lẻ, chưa có quy hoạch đồng bộ, gây ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi gia súc do sự phân hủy các chất hữu cơ có mặt trong phân và nước thải. Trong điều kiện kỵ khí cộng với sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion sunphát (SO42-) thành sunphua (S2-). Trong điều kiện bình thường thì H2S là một trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi. Ô nhiễm môi trường chăn nuôi chủ yếu từ nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, xác gia súc chết chôn lấp, thiêu hủy không đúng kỹ thuật. Hiện nay, trên cả nước với tổng đàn gia súc hơn 37 triệu con gia súc, mỗi năm nguồn chất thải thải ra môi trường lên đến 84,5 triệu tấn. Đây là một trong những nguồn thải lớn có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường nông thôn và ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người dân. Chất thải chăn nuôi gây ô nhiễmnguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp bị ô nhiễm, là nguyên nhân chính 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 hiệu quả 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 11 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. 1.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi gia súc và hiện trạng quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi tại Việt Nam Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm: + Chất thải rắn:Phân, lông,chất độn chuồng, xác gia súc chết... + Chất thải lỏng: Nước tiểu, nước rửachuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ, cácdụng cụ… + Chất thải khí: Từ quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ tạo ra các khí CO2, NH3, CH4, H2S… 1.2.1. Khí thải Khí thải chăn nuôi phát sinh từ 3 nguồn chính: + Khí thải từ hệ thống chuồng trại chăn nuôi: Lượng phát thải các khí ô nhiễm từ chuồng nuôi phụ thuộc một số yếu tố: loại hình chăn nuôi, trình độ quản lý, cách thu gom (thu phân rắn chung hay tách khỏi chất thải lỏng) và dự trữ phân (mương dẫn, hầm chứa chất thải…), mức độ thông gió của hệ thống chuồng nuôi (chuồng kín hay mở).…Lượng khí phát thải từ hệ thống chuồng nuôi còn phụ thuộc vào thời gian, ví dụ ban ngày khi gia súc hoạt động thường phát tán nhiều khí thải hơn ban đêm, hay mùa hè phát thải khí cao hơn mùa đông, do vận động của con vật hay nhiệt độ cao làm tăng khả năng phân hủy chất thải của vi sinh vật [1] + Khí ô nhiễm phát thải từ hệ thống lưu trữ chất thải chăn nuôi: Tùy thuộc vào loại hình bể chứa, hệ thống thu gom, xử lý… (hố có nền xi măng hay hố đào dưới đất). Bể chứa bằng xi măng kín thường hạn chế phát thải khí ô nhiễm. + Khí ô nhiễm phát thải từ đồng ruộng, vườn cây… được bón phân gia súc hay từ ao cá sử dụng phân gia súc làm thức ăn. Lượng phân, trạng thái của phân hay kỹ thuật bón phân đều ảnh hưởng đến lượng khí phát thải từ phân. Nếu bón phân ủ đúng kỹ thuật sẽ giảm khí gây mùi. Bón phân lỏng sẽ dễ phân giải tạo khí hơn phân rắn. Bón phân lấp kín sẽ hạn chế việc tạo và phát thải khí vào môi trường… * Tác hại 12 - Các khí kích thích Các khí thuộc nhóm gây kích thích bao gồm NH3, H2S, phenol, mercaptant… ở nồng độ bán cấp tính. Các khí này gây tổn thương đường hô hấp và phổi, đặc biệt là gây tổn thương niêm mạc đường hô hấp. Ngoài ra, NH3 còn gây kích thích thị giác, giảm thị lực… - Các khí gây ngạt Các khí gây ngạt đơn giản như CH 4, CO2, CO… trơ về mặt sinh lý nhưng nếu hít vào với nồng độ cao sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận oxy, gây nên hiện tượng ngạt thở. Khí gây ngạt hóa học (như CO) sẽ kết hợp với hemoglobin của hồng cầu máu, làm ngăn cản sự thu nhận oxy hay làm giảm quá trình sử dụng oxy của mô bào. - Các khí gây mê Là các hợp chất carbonhydrate có ảnh hưởng ít hoặc không ảnh hưởng đến phổi, nhưng nếu hít vào với một lượng lớn sẽ được hấp thu vào máu và sẽ có tác dụng như dược phẩm gây mê. - Nhóm chất vô cơ hay hữu cơ dễ bay hơi Nhóm này có thể bao gồm các nguyên tố hay hợp kim loại độc dễ bay hơi. Chúng tạo ra nhiều chất khí có tác dụng khác nhau khi vào cơ thể, chẳng hạn H2S ở nồng độ cấp tính. Phân gia súc thải ra trong vài ngày đầu, mùi sinh ra ít do tốc độ phân hủy vi sinh vật chưa cao, số lượng vi sinh vật còn thấp. Những ngày tiếp sau đó, cùng với việc tăng sinh các loại vi sinh vật, quá trình phân hủy chất thải diễn ra nhanh chóng, nồng độ mùi sẽ tăng thêm nhiều do các loại khí gây mùi được tạo ra ngày càng tăng, đặc biệt là ở những chuồng ẩm thấp, kém thông thoáng, có điều kiện cho vi sinh vật hoạt động. Các khí này gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của gia súc, gia cầm và sức khỏe của con người. Tác hại của chúng càng lớn khi các khí này tồn tại lâu trong môi trường không khí chuồng nuôi hay khu vực xung quanh. Mỗi khí sinh ra có một mùi đặc trưng để nhận biết và có một ngưỡng tiếp xúc gây kích ứng cho cơ thể. Sau đây là một số đặc điểm của một số khí thải chính chiếm tỷ trọng lớn trong các khí chăn nuôi. * Biện pháp xử lý áp dụng 13 - Ức chế sự hình thành mùi: các chất gây mùi nói chung là sản phẩm của sự phân giải sinh học các chất thải, cho nên về nguyên lý, để kiểm sóat ô nhiễm mùi cần ức chế quá trình phân giải vi sinh vật theo hướng giảm các quá trình tạo khí sinh mùi. Kiểm soát cácyếu tố môi trường như giảm nhiệt độ, độ ẩm... của khu vực chăn nuôi và lưu trữ chất thải hay sử dụng các chất ức chế khác như điều chỉnh pH, bổ sung các men vi sinh, các chủng vi sinh vật....[1] - Giảm sự phát tán mùi vào không khí: Biện pháp đơn giản nhất để hạn chế sự phát tán các chất gây mùi là thu gom nhanh chóng và triệt để chất thải ngay sau khi thải ra, tránh sự ứ đọng chất thải trên nền chuồng nuôi, trên mặt đất. Cần che kín các bể chứa chất thải, giảm mặt thoáng giữa 2 pha lỏng và khí trong các thiết bị lưu trữ nước thải nhằm hạn chế sự trao đổi qua lại các chất gây mùi giữa bề mặt thoáng của bể chứa nước thải với môi trường không khí [1] - Sử dụng các chế phẩm vi sinh vật đang được ứng dụng rộng rãi để phun trên chất lót chuồng hoặc trộn vào phân, nhằm tăng quá trình phân huỷ hiếu khí, hạn chế quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các khí có mùi hôi. Hiện nay trên thị trường có nhiều chế phẩm sinh học sử dụng các vi khuẩn lên men sinh acid được dùng trộn vào thức ăn gia súc/gia cầm, nhằm cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột, giảm pH môi trường trong ruột, ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh như EM, Balasa NO1…. 1.2.2. Nước thải Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng nuôi. Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súcthải 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 (2006) 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 hàng ngày… Việc sử dụng nước tắm 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. Bảng 1.4. Thành phần hóa học nƣớc tiểu lợn có khối lƣợng 70-100kg [1] Chỉ tiêu TT 1 Đơn vị Giá trị g/kg 6,77 – 8,19 pH 14 2 Vật chất khô g/kg 30,9 – 35,9 3 NH4+ g/kg 0,13 – 0,4 4 Ntổng g/kg 4,90 – 6,63 5 Tro g/kg 8,5 – 16,3 6 Ure g/kg 123 - 196 7 Carbonat g/kg 0,11 – 0,19 Trong tất cả các chất có trong nước tiểu, urê là chất chiếm tỷ lệ cao và dễ dàng bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện có oxy tạo thành khí amoniac gây mùi khó chịu. Amoniac là một khí rất độc và thường được tạo ra rất nhiều từ ngay trong các hệ thống chuồng trại, nơi lưu trữ, chế biến và trong giai đọan sử dụng chất thải. Tuy nhiên nếu nước tiểu gia súc được sử dụng hợp lý hay bón cho cây trồng thì chúng là nguồn cung cấp dinh dưỡng giàu nitơ, photpho và các yếu tố khác ở dạng dễ hấp thu cho cây trồng. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom (số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại và có hốt phân hay không hốt phân trước khi rửa chuồng), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh chuồng trại… Bảng 1.5 Một số chỉ tiêu của nƣớc thải chăn nuôi lợn [1] Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ TT 1 Độ màu Pt-Co 350-870 2 Độ đục mg/l 420-550 3 BOD5 mg/l 3.500-9.800 4 COD mg/l 5.000-12.000 5 SS mg/l 680-1.200 6 PTổng mg/l 36-72 7 NTổng mg/l 220-460 8 Dầu mỡ mg/l 5-8 Do chất thải chăn nuôi có nồng độ chất hữu cơ cao nên khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ô xy hòa tan trong nước, gây thiếu oxy cho quá trình hô hấp và quang hợp của hệ thủy sinh. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi 15 trường yếm khí (<2 mgO2/l) sinh ra các hợp chất độc và các loài tảo độc tác động lớn đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị cạn kiệt sẽ gây mất cân bằng sinh thái, làm mất đi quá trình tự làm sạch của sông hồ nhờ các vi sinh vật có lợi do đó môi trường nước mặt ngày càng bị xuống cấp trầm trọng. * Biện pháp xử lý áp dụng - Phƣơng pháp xử lý sinh học kỵ khí Phương pháp sinh học kỵ khí là phương pháp xử lý chất ô nhiễm trong nước thải nhờ các vi sinh vật kỵ khí, không có sự tham gia của oxy như một tác nhân oxy hóa các chất hữu cơ. Ở điều kiện kỵ khí hoàn toàn, các chất thải sinh học hữu cơ trong phân rắn hay nước thải chăn nuôi bị phân hủy từng bước và cuối cùng hình thành các sản phẩm như CH 4, CO2, NH3, và H2S. Sự phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ cao phân tử (polymer) hay các đơn vị cấu tạo của chúng bằng các con đường thủy phân, lên men, sinh acetate và sinh metan nhờ tác động của hệ thống vi sinh vật kỵ khí bao gồm vi khuẩn lên men, vi khuẩn sinh acetate và vi sinh vật sinh metan hay khử sulfate. [24]. Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ bằng các vi sinh vật trong bể kỵ khí diễn ra theo 2 pha chính như sau: Pha axit: bao gồm các giai đoạn thủy phân các hợp chất hữu cơ do các enzyme ngoại bào của vi sinh vật và lên men. Các vi sinh vật sinh axit bao gồm cả nhóm vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vật kỵ khí tùy nghi. Chúng chuyển hóa các sản phẩm phân hủy trung gian từ các polymer hữu cơ thành các axit hữu cơ bậc thấp. Đầu tiên các vi sinh vật phân hủy các polimer sinh học như protein, polysacchride và lipid thành các đơn vị cấu tạo như axit amin, các monosaccharide và axít béo. Sau đó, các chất này được chuyển hóa tiếp thành các chất đơn giản hơn, chủ yếu là axít hữu cơ (chiếm 99%), gồm axít butyric, acetic, các aldehyde, alcohol và một số chất vô cơ đơn giản như NH4OH, H2S, CO2… Do các sản phẩm axit làm cho pH môi trường trở nên axit nên gọi là giai đoạn lên men axít. Pha sinh metan: đây là pha bao gồm các giai đoạnacetate hóa và metan hóa. Ở pha này hoạt động của nhóm vi sinh vật sinh metan tăng lên mạnh mẽ. Đây là quá trình kị khí, chuyển hóa các axit, sản phẩm của pha 1 thành khí CH4 là chủ yếu. Để bể lên men đạt hiệu quả cao, một số các thông số môi trường cần phải được đảm bảo như nhiệt độ tối ưu vào khoảng từ 30÷50 0C, lượng chất hữu cơ 16 hay tỷ lệ C/N thích hợp (25/1), tăng cường khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và vi sinh vật bằng cách khuấy vàxáo trộn đều. Hiệu quả xử lý của quá trình kỵ khí được đánh giá dựa trên 2 thông số cơ bản là chất lượng nước sau xử lý và lượng khí đốt sinh ra trên một đơn vị chất hữu cơ được xử lý. Chất thải sinh học Protein Carbohydrate Lipit Thủy phân (Hydrolysis ) Đường Glycerol Axit amin Lên men (Fermentation ) H2, CO2, Acetate Axit béo Sinh acetate (Acetogenesis) H2, CO2, Acetate Sinh metan (Hydrolysis) Biogas CH4+ CO2 Hình 1.1. Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí chất thải trong chăn nuôi Các loại công trình kỵ khí thƣờng áp dụng trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi + Bể tự hoại (bể phân hủy kỵ khí đơn giản) Điển hình của lọai hình này là dạng hầm cầu (septic tank), là loại bể xử lý kỵ khí nước thải đơn giản nhất. Ở đó, các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phân giải cơ chất cơ trong nước thải cho mục đích năng lượng và tăng sinh tế 17