Tài liệu đánh giá thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi tại thĩ xã phổ yên tỉnh thái nguyên và kiểm soát ô nhiễm bằng cỏ vetiver vetiveria zizanioides l

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––– LÊ THẾ ANH ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG Ô NHIỄM NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI TẠI THỊ XÃ PHỔ YÊN, TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM BẰNG CỎ VETIVER (Vetiveria zizanioides L.) Ngành: Sinh thái học Mã số: 8.42.01.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn: TS. Lương Thị Thúy Vân THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một đề tài nào. Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc./. Tác giả luận văn Lê Thế Anh i LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học là giai đoạn cần thiết đối với mỗi học viên, quá trình học tập và nghiên cứu khoa học sẽ vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, qua đó mỗi học viên ra trường sẽ được hoàn thiện hơn về kiến thức lý luận, phương pháp làm việc, cũng như nâng cao năng lực trong công tác. Xuất phát từ yêu cầu về đào tạo và thực tiễn, được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên, phòng Đào tạo và cô giáo hướng dẫn T.S. Lương Thị Thúy Vân, em tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi tại thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên và kiểm soát ô nhiễm bằng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.)” Để hoàn thành được đề tài, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo T.S. Lương Thị Thúy Vân, sự giúp đỡ của UBND thị xã Phổ Yên. Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn đề tài T.S. Lương Thị Thúy Vân, cùng toàn thể các thầy cô, cán bộ Phòng Đào tạo, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Em xin chân thành cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã động viên khuyến khích, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và năng lực bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2020 Tác giả Lê Thế Anh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... vii DANH MỤC HÌNH............................................................................................ ix ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................... 3 1.1. Nguồn gốc, thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi...................... 3 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi ............................................................................................................. 3 1.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi ......................................... 5 1.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi .............................. 8 1.2.1. Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi ............................................. 8 1.2.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi ở thị xã Phổ Yên, thành phố Thái Nguyên ............................................................................. 11 1.3. Một số giải pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn trên thế giới và Việt Nam...... 13 1.3.1. Trên thế giới ............................................................................................. 13 1.3.2. Tại Việt Nam ............................................................................................ 16 1.4. Cơ sở khoa học của biện pháp xử lý nước thải bằng thực vật .................... 23 1.4.1. Khái niệm về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm môi trường .................. 23 1.4.2. Cơ chế làm sạch môi trường nước của thực vật ...................................... 23 1.4.3. Một số thủy sinh thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi ..... 24 1.5. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver ...................................................... 26 1.5.1. Nguồn gốc và phân loại ........................................................................... 26 1.5.2. Đặc điểm hình thái ................................................................................... 26 iii 1.5.3. Đặc điểm sinh thái ................................................................................... 27 1.5.4. Đặc điểm sinh lý ...................................................................................... 29 1.6. Tình hình nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver trong xử lý nước thải chăn nuôi ..... 29 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................... 29 1.6.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ......................................................... 31 1.7. Điều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội khu vực nghiên cứu .......................... 32 1.7.1. Điều kiện tự nhiên tại khu vực nghiên cứu ............................................. 32 1.7.2. Điều kiện kinh tế, xã hội tại khu vực nghiên cứu.................................... 34 1.7.3. Thực trạng phát triển kinh tế trang trại chăn nuôi tại thị xã Phổ Yên ..... 35 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 38 2.1. Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................. 38 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 38 2.1.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................... 38 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 38 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 38 2.3.1. Đánh giá chất lượng môi trường và ảnh hưởng của các yếu tố xã hội đến môi trường chăn nuôi lợn tại một số trang trại chăn nuôi tại thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên. ........................................................................ 38 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu khả năng giảm thiểu ô nhiễm nước thải chăn nuôi của cỏ Vetiver .................................................................................... 39 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ô nhiễm ..................................................................................................... 40 2.3.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu .................................................. 43 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 44 3.1. Thành phần và tính chất môi trường nước thải tại một số trang trại chăn nuôi lợn tại thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên .................................................. 44 3.1.1. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại đầu vào của hố thu...... 45 iv 3.1.2. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại đầu ra hệ thống biogas ...................................................................................................... 47 3.1.4. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại kênh nước gần trang trại ............................................................................................................. 49 3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố xã hội đến đến môi trường chăn nuôi lợn tại thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên ..................................................................... 52 3.2.1. Kết quả điều tra nhận thức của người dân về mức độ ô nhiễm và việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn ............................................................................. 53 3.2.2. Kết quả điều tra các nguồn tiếp nhận và xử lý nước thải chăn nuôi ....... 54 3.3. Khả năng giảm thiểu ô nhiễm nước thải chăn nuôi của cỏ Vetiver trong mô hình thí nghiệm ............................................................................................ 58 3.3.1. Khả năng sinh trưởng phát triển của cỏ Vetiver ...................................... 59 3.3.2. Khả năng cải thiện chất lượng nước của cỏ Vetiver ................................ 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 75 PHỤ LỤC v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tiếng Việt 1 BNNPTNT 2 BOD Nhu cầu oxy sinh hóa 3 BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá trong 5 ngày 4 BTNMT 5 COD 6 CNMT 7 cs 8 DO Nồng độ oxy hòa tan 9 FAO Tổ chức Nông lương thế giới 10 GDP Tổng sản phẩm quốc nội 11 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 12 TCCP Tiêu chuẩn cho phép 13 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 14 TSS Tổng chất rắn lơ lửng 15 UBND Uỷ ban nhân dân 16 WHO Tổ chức Y tế Thế giới Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn Bộ Tài nguyên Môi trường Nhu cầu oxy hóa học Công nghệ môi trường Cộng sự vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hàng ngày tính trên % khối lượng cơ thể ......................................................................................... 4 Bảng 1.2. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày ........................... 5 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm .................................... 6 Bảng 1.4. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày ....................................................... 6 Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg ............ 6 Bảng 1.6. Tính chất, thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải chăn nuôi gia súc ................................................................................. 8 Bảng 1.7. Bảng kết quả phân tích một số chỉ tiêu của nước thải sau biogas ...... 11 Bảng 1.8. Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu ..................................................... 24 Bảng 1.9. Nhiệm vụ của thực vật thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý ..........25 Bảng 1.10. Các loại trang trại tại thị xã Phổ Yên ................................................ 36 Bảng 2.1. Phương pháp bảo quản mẫu trước khi phân tích ................................ 41 Bảng 2.2. Các phương pháp phân tích và tiêu chuẩn phân tích .......................... 41 Bảng 3.1. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại đầu vào của hố thu ................................................................................................. 45 Bảng 3.2.Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại đầu ra hệ thống biogas ....................................................................................... 47 Bảng 3.3. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn tại kênh nước gần trang trại ...................................................................................... 49 Bảng 3.4. Nhận thức của người dân về mức độ ô nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn tại địa phương ...................................................................... 53 Bảng 3.5. Các nguồn tiếp nhận và xử lý nước thải chăn nuôi ............................. 54 Bảng 3.6.Hiệu quả xử lý nước thải theo các hình thức xử lý bằng biogas đang áp dụng tại 4 trang trại chăn nuôi lợn thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên ...................................................................................... 55 vii Bảng 3.8. Khả năng sinh trưởng phát triển của cỏ Vetiver trong một tháng thí nghiệm .......................................................................................... 59 Bảng 3.10. Khả năng cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi lợn tại đầu vào hố thu của cỏ Vetiver .................................................................. 61 Bảng 3.10. Khả năng cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi lợn tại đầu ra hệ thống biogas của cỏ Vetiver.......................................................... 64 Bảng 3.9. Khả năng cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi lợn tại kênh nước gần trang trại của cỏ Vetiver..................................................... 67 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cỏ Vetiver trồng ở cánh đồng lọc ..................................................... 14 Hình 1.2. Hầm biogas nắp cố định .................................................................... 15 Hình 1.3. Hệ thống Reed bed dòng chảy ngang ................................................ 16 Hình 1.4. Hệ thống Reed bed dòng chảy dọc .................................................... 16 Hình 1.5. Bể lọc sinh học .................................................................................. 17 Hình 1.6. Bể biogas dạng vòm .......................................................................... 19 Hình 1.7. Bể biogas dạng bể nhiều ngăn nắp kín .............................................. 20 Hình 1.8. Cấu tạo hồ phủ bạt ............................................................................. 21 Hình 1.9. Cấu tạo bể UASB .............................................................................. 22 Hình 1.10. Mô hình xử lý chất thải kết hợp hầm biogas và hồ sinh học ........... 22 Hình 3.1. Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi của trang trại 1 .............................. 51 Hình 3.2. Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi của trang trại 2 .............................. 52 Hình 3.3. Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi của trang trại 3 và 4....................... 52 Hình 3.4. Sự thay đổi giá trị hàm lượng các thông số ô nhiễm khi trồng cỏ Vetiver ............................................................................................. 62 Hình 3.5. Sự thay đổi giá trị hàm lượng các thông số ô nhiễm khi trồng cỏ Vetiver ............................................................................................. 65 Hình 3.6. Sự thay đổi giá trị hàm lượng các thông số ô nhiễm khi trồng cỏ Vetiver ............................................................................................. 68 ix ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhiều năm gần đây ngành chăn nuôi nước ta rất phát triển về cả số lượng lẫn quy mô. Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ, thiếu quy hoạch, nhất là các vùng dân cư đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, năng suất bị giảm, tăng các chi phí phòng trị bệnh, hiệu quả kinh tế của chăn nuôi không cao,… Theo tính toán thì lượng chất thải rắn mà các vật nuôi có thể thải ra (kg/con/ngày) là: Bò 10, trâu 15, lợn 2, gia cầm 0,2, do vậy hàng năm, đàn vật nuôi Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn (phân khô, thức ăn thừa) và 25 - 30 triệu khối chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu và nước rửa chuồng trại). Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn), 80% chất thải lỏng (20-24 triệu m3) xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ước tính một tấn phân chuồng tươi với cách quản lý, sử dụng như hiện nay sẽ phát thải vào không khí khoảng 0,24 tấn CO2 quy đổi thì với tổng khối chất thải nêu trên sẽ phát thải vào không khí 17,52 triệu tấn CO2. Các nhà nghiên cứu đã ước tính được rằng chăn nuôi gây ra 18% khí gây hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên (biến đổi khí hậu toàn cầu), lớn hơn cả phần do giao thông vận tải gây ra [51]. Thị xã Phổ Yên là một trong những khu vực của tỉnh Thái Nguyên có ngành chăn nuôi lợn đang phát triển rất mạnh mẽ, số lượng trang trại lợn ngày càng tăng kéo theo lượng chất thải như phân, nước tiểu, chất độn chuồng, thức ăn thừa, xác vật nuôi chết… đã trở thành điểm nóng về ô nhiễm môi trường do chất thải không được xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ rồi thải ra môi trường, gây tác động xấu đến môi trường. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi tại thị xã Phổ 1 Yên, tỉnh Thái Nguyên và kiểm soát ô nhiễm bằng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.)”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu chung Nghiên cứu thực trạng ô nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn tại một số trang trại ở thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên. Ứng dụng xử lý nước thải chăn nuôi bằng cỏ Vetiver nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ thân thiện môi trường, có chi phí thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp. 2.2. Mục tiêu cụ thể Đánh giá thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi tại một số trang trại chăn nuôi lợn ở thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên. Xác định được khả năng giảm thiểu ô nhiễm nước thải chăn nuôi của cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.). 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides L.). 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ chăn nuôi, giúp cho chăn nuôi ngày càng phát triển hơn. Đây là một giải pháp công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp. 2 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc, thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi 1.1.1. Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn, ô nhiễm chất thải rắn là do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời. Các chất này đều là những chất dễ phân huỷ sinh học: Carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinhvật phân huỷ làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường. Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy nhất trong các trang trại chăn nuôi tập trung [12]. Mức độ ô nhiễm nguồn nước từ hoạt động chăn nuôi là nặng hay nhẹ tuỳ thuộc vào lượng thải ngoài môi trường là bao nhiêu và phụ thuộc vào việc xử lí hay không xử lí lượng nước thải trước khi thải ra ngoài môi trường. Hiện nay, cả nước có khoảng 135.437 trang trại chăn nuôi, tỷ trọng chăn nuôi trang trại và công nghiệp chiếm 37%. Với lượng thải của một con bò từ 10 - 15kg phân/ngày, một con lợn là 2,5 - 3,5 kg phân/ngày và gia cầm là 90 gram phân/ngày thì tổng số lượng chất thải chăn nuôi khoảng 73.090.133 tấn/năm [23]. Theo số liệu thống kê có 82% số trang trại có hệ thống xử lý chất thải, còn lại toàn bộ chất thải được thải trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường nước mặt, nước ngầm, đất nghiêm trọng. Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp không đúng kỹ thuật. Kết quả kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong chuồng nuôi gà tại Hà Nội cho thấy, tổng số vi khuẩn trong không khí ở chuồng nuôi cao gấp 30 - 40 lần so với không khí bên ngoài. 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 3 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, N tổng là 7:1, TS là 10:1,…[14] Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hàng ngày tính trên % khối lượng cơ thể Loại gia súc Tỷ lệ % phân so với khối lượng cơ thể Lợn 6–8 Bò sữa 7–8 Bò thịt 5–8 Gà, vịt 5 Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[4] 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. 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 4 bệnh rất nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi trả lại cho môi trường. Bảng 1.2. 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: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[4] 1.1.2. Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi 1.1.2.1. 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 nitơ và phospho, 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 [4]. 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: 5 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm Loại vật nuôi Bò sữa Bò thịt Cừu Gia cầm (gà) Ngựa Thành phần hóa học (% loại vật nuôi trọng lượng vật nuôi) N tổng số P tổng số 0,38 0,10 0,70 0,20 1,00 0,30 1,20 1,20 0,86 0,13 Nguồn: Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997[22] 1.1.2.2.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. Bảng 1.4. 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: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[4] Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg Chỉ tiêu pH Vật chất khô NH4 N tổng số Tro Urê Carbonat Giá trị 6,77 – 8,19 30,9 – 35,9 0,13 – 0,4 4,90 – 6,63 8,5 – 16,3 123 - 196 0,11 – 0,19 Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[4] 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 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 [4]. Theo nghiên cứu của nhiều tác giả (A. Kigirov, 1982; G. 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[29]. 7 Bảng 1.6. Tính chất, thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải chăn nuôi gia súc Đặc tính Độ đục Nhiệt độ Đơn vị Giá trị mg/l 420 – 550 C 26 – 30 pH mg/l 6,1 – 7,9 Độ mặn mg/l 200 – 500 COD mg/l 5000 – 12000 DO mg/l 0 – 0,3 Tổng P mg/l 36 –72 Tổng N mg/l 220 - 460 Dầu mỡ mg/l 5 - 58 SS mg/l 180 – 450 NH4+ mg/l 15 – 28,4 E.coli MPN/100ml 12,6.106– 68,3.103 Trứng/l 28 - 280 Trứng giun sán 0 Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[4] 1.2. Thực trạng ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi 1.2.1. Tình hình ô nhiễm môi trường do chăn nuôi Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật. Một kết quả kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong chuồng nuôi gia súc cho thấy, tổng số vi khuẩn trong không khí ở chuồng nuôi cao gấp 30 - 40 lần so với không khí bên ngoài. Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, các chi phí phòng trị bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế... Sức đề kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên 8 bùng phát dịch bệnh. Vì vậy, WHO khuyến cáo phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe các đàn giống. Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường do vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh các loại dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1... * Ô nhiễm không khí Ô nhiễm môi trường không khí trong chăn nuôi chủ yếu là do các khí như NH3, H2S…Ammoniac (NH3) có trong khí, trước hết là từ sự phân hủy và bốc hơi của các chất thải vật nuôi. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp (chăn nuôi, sử dụng phân bón) đã được xác định là các nguồn lớn thải khí NH3 ra môi trường.Số lượng của đàn vật nuôi đã và đang tăng đáng kể, cũng tương tự là sự phát thải của NH3 từ phân bón nitơ. Sự gia tăng mạnh nhất gây ra bởi nhóm vật nuôi lợn và gia cầm. Trong các hoạt động chăn nuôi, sự thải NH 3 vào môi trường trước hết là từ chuồng trại, nuôi vỗ béo mở (hở), chế biến và dự trữ phân, sử dụng phân bón trên đất... Nitơ được thải ra ở dạng ure (động vật có vú) hoặc axit uric (chim) và NH3, nitrogen hữu cơ trong phân và nước tiểu của vật nuôi.Để biến ure hoặc axit uric thành NH3 cần có enzyme urease.Sự biến đổi này xảy ra rất nhanh, thường là trong ít ngày.Biến đổi các dạng phức hợp nitrogen hữu cơ trong phân xảy ra chậm hơn (hàng tháng hoặc hàng năm). Trong cả 2 trường hợp, nitrogen được biến đổi thành ammonium (NH4+) trong điều kiện pH axit hoặc trung tính hoặc thành ammoniac (NH3) trong điều kiện pH cao hơn. NH3 thải ra ảnh hưởng lớn tới chất lượng không khí quốc gia, khu vực và toàn cầu. Sự tích lũy NH3 trong không khí có thể gây ra sự phì nhiêu nước mặt, do vậy làm cho tảo độc hại tăng trưởng nhanh và sẽ làm giảm nhiều loài thủy sinh, trong đó có các đối tượng kinh tế. Các loài cây trồng nhạy cảm như cà chua, dưa chuột và các loại hoa quả khi được trồng gần khu vực có NH3 thải ra 9 lớn sẽ bị hư hại do NH3 lắng đọng tăng [40].Sự lắng đọng NH3 trong đất với khả năng đệm thấp có thể gây nên axit hóa đất hoặc rút hết các cation cơ bản. Điều đáng quan tâm đặc biệt là NH3 trong không khí chuồng nuôi do thường xuyên được tích tụ trong chuồng kém thông thoáng, tăng mức NH3 sẽ ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe và năng suất vật nuôi. Đồng thời NH 3 có thể tác động xấu lên sức khỏe con người, dù chỉ ở mức thấp cũng có thể gây sưng phổi, sưng mắt, ảnh hưởng tới hô hấp và tim mạch. * Ô nhiễm môi trường đất Nếu trong đất chứa một lượng lớn nito, photpho sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa hay lượng nito thừa sẽ được chuyển hóa thành nitrat làm cho nồng độ nitrat trong đất tăng cao, sẽ gây độc cho hệ vi sinh vật đất cũng như cây trồng, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật ưa nito, photpho phát triển, hạn chế chủng vi sinh vật khác, gây mất cân bằng hệ sinh thái đất. Bên cạnh đó trong phân tươi gia súc chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, chúng có thể tồn tại và phát triển trong đất sẽ phát tán đi khắp nơi gây nguy cơ nhiễm bệnh cho người và động vật nuôi. Photpho trong môi trường đất có khả năng kết hợp với các nguyên tố Cu, Al…tạo thành các chất phức tạp, khó phân hủy, làm cho đất cằn cỗi, ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật. Chất thải chăn nuôi thải trực tiếp ra đất các chất hữu cơ, kim loại… theo mưa, nước chảy tràn thấm qua đất vào nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm. * Ô nhiễm nguồn nước Nước thải chăn nuôi khi chưa được xử lý hay đã qua xử lý nhưng vẫn chưa đạt yêu cấu thường được thải ra các ao, hồ, sông , suối sẽ là một nguồn gây ô nhiễm hết sức nghiêm trọng.Bên cạnh đó quá trình vệ sinh rửa chuồng trại cũng thải ra môi trường một lượng lớn nước thải gây ô nhiễm nguồn nước và suy giảm nguồn tài nguyên nước. 10