Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phan Công Ngọc

ÁP DỤNG VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HẦM BIOGAS
KẾT HỢP HỒ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phan Công Ngọc

ÁP DỤNG VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HẦM BIOGAS
KẾT HỢP HỒ SINH HỌC
Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỠNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS: Trịnh Thị Thanh

Hà Nội - 2013

2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và thông trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày

tháng 12 năm 2013

Người thực hiện luận văn

Phan Công Ngọc

3


LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp tôi đã nhận được sự
giúp đỡ vô cùng tận tình của cơ sở đào tạo, gia đình và bạn bè.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trịnh Thị Thanh,

người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện
luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Môi trường nói chung, Bộ
môn Công nghệ Môi trường nói riêng đã tạo điều kiện tốt cho tôi hoàn thành khóa
học này.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, cổ vũ tôi trong suốt
quá trình học tập.

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2013
Người thực hiện luận văn

Phan Công Ngọc

4


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
- Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
- Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................2
- Nội dung nghiên cứu...............................................................................................2
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi – nguồn gốc, thành phần, tính chất
1.1.1. Chất thải rắn và lỏng...............................................................................4
1.1.2. Khí thải.....................................................................................................7
1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn đến môi trường...................................9
1.2.1. Ô nhiễm môi trường nước.......................................................................9
1.2.2. Ô nhiễm môi trường không khí..............................................................10
1.2.3. Ô nhiễm môi trường đất...........................................................................15
1.3. Công nghệ sinh học kị khí xử lý nước thải chăn nuôi..................................15

1.3.1. Cơ chế của quá trình lên men kị khí.......................................................15
1.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí mêtan........................20
1.4. Tổng quan về hồ sinh học trong xử lý nước thải..........................................25
1.4.1. Khái quát chung về hồ sinh học.............................................................25
1.4.2. Quan hệ giữa giới thủy sinh trong hệ thống hồ sinh học và vai trò của
chúng trong làm sạch nước thải........................................................................25
1.4.3. Phân loại hồ sinh học..............................................................................27
1.4.3.1. Hồ hiếu khí........................................................................................27
1.4.3.2. Hồ kị khí............................................................................................28
1.4.3.3. Hồ tùy nghi........................................................................................28
1.5. Tổng quan về các công trình nghiên cứu liên quan......................................29
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................32
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................32

5


- Phương pháp thừa kế.......................................................................................32
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa.........................................................33
- Phương pháp thống kê.....................................................................................33
- Phương pháp điều tra xã hội...........................................................................33
- Phương pháp so sánh.......................................................................................33
- Phương pháp lấy mẫu, phân tích và đánh giá................................................33
- Phương pháp thực nghiệm..............................................................................34
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thực trạng chăn nuôi và phát sinh chất thải quy mô hộ gia đình tại xã
Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An...............................................................................36
3.1.1. Thực trạng chăn nuôi lợn........................................................................36
3.1.1.1. Một số đặc trưng trong quy trình chăn nuôi lợn hộ gia đình..........36

3.1.1.2. Quy mô chăn nuôi lợn.......................................................................37
3.1.1.3. Hiện trạng an toàn vệ sinh chăn nuôi lợn tại các hộ gia đình.........38
3.1.2. Thực trạng phát sinh chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ.....................40
3.1.2.1. Lượng phân.......................................................................................40
3.1.2.2. Nước thải...........................................................................................40
3.2. Phân tích và đánh giá hoạt động của hầm biogas composite, hồ sinh học.41
3.2.1. Hiện trạng hầm biogas composite tại các hộ gia đình...........................41
3.2.2. Hiện trạng hồ sinh học tại các hộ gia đình.............................................44
3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của hầm biogas và hầm biogas kết hợp hồ sinh học
....................................................................................................................................46
3.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn của một số hầm
biogas nghiên cứu...............................................................................................46
3.3.1.1. Tính chất nước thải đầu vào hầm biogas.........................................46
3.3.1.2. Tính chất nước thải đầu ra hầm biogas............................................47
3.3.1.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của các hầm biogas nghiên cứu...............49
3.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải hầm Biogas kết hợp hồ sinh học...53
3.3.2.1. Tính chất nước thải tại hồ sinh học..................................................53

6


3.3.2.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của các hệ thống hầm biogas kết hợp hồ
sinh học......................................................................................................................54
3.4. Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng chất thải sau hầm biogas và nước
tại hồ sinh học...........................................................................................................59
3.4.1. Mô hình thực nghiệm sử dụng nước xả sau hầm biogas.....................59
3.4.1.1. Mô hình thực nghiệm sử dụng nước xả sau hầm biogas tưới cây. . .59
3.4.1.2. Năng suất cây ớt trên các bình nghiên cứu.....................................61
3.4.2. Mô hình thực nghiệm sử dụng nước hồ sinh học tưới cây....................62
3.4.2.1. Quá trình sinh trưởng, phát triển cây ớt..........................................62

3.4.2.2. Năng suất cây ớt................................................................................63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận.....................................................................................................................65
Kiến nghị...................................................................................................................67

7


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm ..........................4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm ................5
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân lợn (Trọng lượng lợn từ 70 - 100 kg)........5
Bảng 1.4. Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc và điều kiện tiêu
diệt.............................................................................................................6
Bảng 1.5. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc ........................9
Bảng 1.6. Chất lượng không khí chuồng nuôi của các xí nghiệp quốc doanh.........11
Bảng 1.7. Đặc điểm các khí sinh ra khi phân hủy kị khí.......................................... 11
Bảng 1.8. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm ....................................12
Bảng 1.9. Tác hại của H2S lên người và gia súc....................................................... 13
Bảng 1.10. Thành phần khí biogas theo các tài liệu khác nhau................................ 19
Bảng 1.11. Tỷ lệ C/N của một số chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật ............21
Bảng 1.12. Tỷ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật.......................... 22
Bảng 1.13. Khả năng gây độc hại của một số chất................................................... 22
Bảng 1.14. Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất biogas.................... 23
Bảng 2.1. Vị trí các hầm nghiên cứu......................................................................... 31
Bảng 3.1. Đặc điểm trong quy trình chăn nuôi lợn tại các hộ gia đình.................... 37
Bảng 3.2. Một số đặc điểm về quy mô chăn nuôi tại các hộ nghiên cứu................. 38
Bảng 3.3. Một số đặc điểm về hiện trạng vệ sinh chăn nuôi tại các hộ gia đình
nghiên cứu................................................................................................. 40

Bảng 3.4. Khối lượng phân và nước thải của lợn thải ra trong 1 ngày đêm
tại các hộ gia đình nghiên cứu.....................................................................41
Bảng 3.5. Một số thông tin về hầm biogas composite, hồ sinh học ở tại các hộ gia
đình nghiên cứu........................................................................................ 42
Bảng 3.6. Hoạt động của hầm biogas composite tại các hộ gia đình nghiên cứu.... 43
Bảng 3.7. Một số thông tin về hồ sinh học tại các hộ gia đình nghiên cứu............. 45

8


Bảng 3.8. Hiệu suất xử lý chất thải các hồ sinh học tại các hộ gia đình nghiên cứu
....................................................................................................................................45
Bảng 3.9. Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn của các hầm biogas nghiên cứu
tại Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An............................................................................ 47
Bảng 3.10. Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn của các hệ thống hầm biogas kết
hợp hồ sinh học nghiên cứu tại Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An.......... 53
Bảng 3.11. Quá trình phát triển cây ớt tại các bình sử dụng hỗn hợp nước xả với các
tỷ lệ khác nhau qua các tuần quan sát ...................................................54
Bảng 3.12. Năng suất quả thu được trên các bình thực nghiệm...............................59
Bảng 3.13. Quá trình sinh trưởng cây ớt khi sử dụng nước hồ sinh học tưới (B11) so
với khi sử dụng 100% nước kênh mương (B0)..................................... 61
Bảng 3.14. Năng suất quả thu được trên các bình thực nghiệm khi được tưới bón
bằng nước hồ sinh học so với bình đối chứng..................................... 62

9


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ sự phát triển các nhóm VSV trong lên men mêtan..................... 15
Hình 1.2. Sơ đồ cơ chế tạo mêtan từ chất hữu cơ..................................................... 17

Hình 1.3. Sơ đồ ba giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí.................................... 18
Hình 1.4. Sơ đồ phân bố các vùng trong hồ sinh hoc............................................... 26
Hình 3.1. Biểu đồ hiệu quả xử lý BOD5 trong nước thải chăn nuôi lợn của các hầm
biogas nghiên cứu..................................................................................... 50
Hình 3.2. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD trong nước thải chăn nuôi lợn của các hầm
biogas nghiên cứu..................................................................................... 50
Hình 3.3. Biểu đồ hiệu quả xử lý SS trong nước thải chăn nuôi lợn của các hầm
biogas nghiên cứu................................................................................... 51
Hình 3.4. Biểu đồ hiệu quả xử lý T-N trong nước thải chăn nuôi lợn của các hầm
biogas nghiên cứu..................................................................................... 52
Hình 3.5. Biểu đồ hiệu quả xử lý T-P trong nước thải chăn nuôi lợn của các hầm
biogas nghiên cứu..................................................................................... 52
Hình 3.6. Biểu đồ hiệu quả xử lý Coliform trong nước thải chăn nuôi lợn của các
hầm biogas nghiên cứu............................................................................. 53
Hình 3.7. Biểu đồ hiệu quả xử lý BOD 5 trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống
biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu.................................................... 55
Hình 3.8. Biểu đồ hiệu quả xử lý COD trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống
biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu.................................................... 56
Hình 3.9. Biểu đồ hiệu quả xử lý SS trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống
biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu.................................................... 56
Hình 3.10. Biểu đồ hiệu quả xử lý T-N trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống
biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu................................................. 57
Hình 3.11. Biểu đồ Hiệu quả xử lý T-P trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống
biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu................................................. 57

10


Hình 3.12. Biểu đồ hiệu quả xử lý Coliform trong nước thải chăn nuôi lợn của hệ
thống biogas kết hợp hồ sinh học nghiên cứu....................................... 58

Hình 3.13. Biểu đồ tăng trưởng kích thước cây ớt tại các bình sử dụng hỗn hợp
nước xả với các tỷ lệ khác nhau qua các tuần quan sát......................... 62

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Ý nghĩa

BOD

Nhu cầu ôxy sinh hóa, mg/l (Biochemical Oxygen Demand)

COD

Nhu cầu ôxy hóa học, mg/l (Chemical Oxygen Demand)

DO
USEPA
KSH
QCVN
SS

Nồng độ ôxy hòa tan, mg/l (Dissolved Oxygen)
Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (United States Environmental
Protection Agency)
Khí sinh học
Quy chuẩn Việt Nam
Chất rắn lơ lửng, mg/l (Suspended Solid)

T–N

Tổng Ni-tơ, mg/l (Total Nitrogen)

T–P

Tổng Phốt-pho, mg/l (Total Phosphogen)

VSV

Vi sinh vật

11


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế ở nước ta, vấn đề ô
nhiễm môi trường trở thành vấn đề bức thiết hiện nay. Một trong những nguồn chất
thải gây ô nhiễm môi trường là từ chăn nuôi. Ngành chăn nuôi ở nước ta những năm
gần đây đã và đang phát triển nhanh chóng về cả chất lượng và quy mô. Tuy nhiên,
chăn nuôi hộ gia đình nhỏ lẻ cũng như trang trại chăn nuôi lớn việc quản lý và sử
dụng các nguồn chất thải từ chăn nuôi còn nhiều bất cập. Một số trang trại lớn đã có
những biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn nuôi. Song còn một số trang trại chưa
được quan tâm, đặc biệt là chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu như
còn bị thả nổi. Một trong những nguyên nhân là do người chăn nuôi chưa hiểu rõ
tầm quan trọng của việc xử lý nguồn chất thải. Kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất
thải còn thấp, luật xử lý chất thải còn chưa đồng bộ và khó áp dụng, chăn nuôi nhỏ
lẻ cũng là một trong những nguyên nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải còn gặp
nhiều khó khăn.
Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông thôn có một giải pháp rất hiệu quả:

Làm hầm biogas trong các hộ gia đình. Sử dụng biogas phục vụ cho đun nấu, thắp
sáng trong gia đình, đồng thời chất thải của động vật nuôi còn chất hữu cơ được xử
lý trong hầm kín, tránh được mùi hôi thối, xử lý ô nhiễm và chất cặn bã có thể sử
dụng làm phân bón. Giải pháp sử dụng hầm biogas ở nông thôn thực sự là một giải
pháp hiệu quả.
Nghệ An là một tỉnh nông nghiệp có nhiều điểm đặc trưng cho nông thôn
Việt Nam. Theo thống kê cho thấy, tiềm năng phát triển các mô hình biogas ở Nghệ
An quy mô hộ gia đình và quy mô công nghiệp là rất lớn. Tính đến ngày 1/10/2010,
toàn tỉnh có 308.567 con trâu, 395.973 con bò, 1.169.574 con lợn, 14.939.400 con
gia cầm, hàng chục ngàn con dê và hươu nai, hàng năm thải ra môi trường
7.184.592 tấn chất thải rắn, 4.665.585 tấn chất thải lỏng và hàng trăm triệu mét khối
chất thải khí [23]. Nếu không được xử lý, lượng chất thải trên sẽ gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng, không chỉ ở các trang trại có quy mô chăn nuôi lớn mà còn cả
ở chăn nuôi quy mô hộ gia đình.

12


Đánh giá nhanh cho thấy, nếu được đưa vào sản xuất biogas, sẽ cho trên 538
triệu m3 khí sinh học/năm, tương đương khoảng 393 triệu lít xăng, trên 3 tỷ kWh
điện hoặc 2 triệu tấn gỗ củi (Khoảng 1,7 tỷ m 3 gỗ), tương đương hàng chục nghìn
hecta rừng bị phá/năm [23].
Tại Nghệ An việc áp dụng biogas vào việc xử lý chất thải đã hình thành từ
nhiều năm về trước và ngày càng phát triển thêm nhiều hầm biogas tại khắp các địa
phương trong tỉnh. Tuy nhiên, thực tế vận hành các hầm biogas còn có nhiều vấn đề
phát sinh, nước thải, chất thải, khí thải sau xử lý chưa được tối ưu hoá và việc
nghiên cứu khắc phục vấn đề này chưa được chú trọng, chính vì vậy đề tài: “Áp
dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết
hợp hồ sinh học” được thực hiện.
* Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh
học.
- Tìm cách sử dụng có hiệu quả nước thải sau xử lý hầm biogas.
- Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý chất thải của hệ thống hầm
biogas kết hợp hồ sinh học nhằm góp phần bảo vệ môi trường, phát triển bền vững
trong chăn nuôi.
* Phạm vi nghiên cứu
Tại 9 gia đình chăn nuôi lợn quy mô hộ đại diện cho 9 xóm thuộc xã Nam
Anh, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An.
* Nội dung nghiên cứu
1. Thực trạng chăn nuôi và phát sinh chất thải quy mô hộ
- Thực trạng chăn nuôi: Quy trình chăn nuôi, quy mô chăn nuôi, các quy định và an
toàn vệ sinh chăn nuôi, …
- Thực trạng phát sinh chất thải quy mô hộ.
• Lượng phân lợn thải/ ngày (Đối với lợn nái, lợn thương phẩm, lợn con các
cỡ…).

13


• Nước thải: Nguồn nước vệ sinh chuồng, lượng nước thải vệ sinh chuồng,
phương cách rửa chuồng…
2. Phân tích và đánh giá hoạt động hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học


Hâm biogas composite tại các hộ gia đình nghiên cứu.

 Hồ sinh học tại các hộ gia đình nghiên cứu.
3. Hiệu quả xử lý chất thải hầm biogas, hầm biogas kết hợp hồ sinh học.
 Hiệu quả xử lý chất thải hầm biogas.

 Hiệu quả xử lý chất thải hầm biogas kết hợp hồ sinh học.
4. Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng nước thải sau hầm biogas và sau hồ sinh
học.

14


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi – nguồn gốc, thành phần, tính chất
1.1.1. Chất thải rắn và lỏng
* Phân
Là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ
được và thải ra ngoài cơ thể. Trong phân chứa một lượng lớn các chất như Nitơ,
Phốt pho, Kali, Kẽm, Đồng. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như
P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân. Tùy theo loại gia súc,
thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau
cả về khối lượng lẫn thành phần. Gia súc ở những độ tuổi khác nhau có khả năng
tiêu hoá và nhu cầu cơ thể khác nhau. Do vậy, lượng phân thải ra trong một ngày
đêm sẽ không giống nhau.
Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm
Phân
kg/con.ngđ

Nước tiểu
kg/con.ngđ

Trâu

18 – 25

8,0 – 12,0

Bò

15 - 20

6,0 – 10,0

Ngựa

12 - 18

4,0 – 6,0

Lợn < 10kg

0,5 – 1,0

0,3 – 0,7

Lợn 15-45kg

1,0 – 3,0

0,7 – 2,0

Lợn 45-100kg

3,0 - 5,0

2,0 – 4,0

Dê

1,5 – 2,5

0,6 – 1,0

Loại gia súc

(Lăng Ngọc Huỳnh, 2001)
Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng
sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm…

15


Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm
Phân loại
gia súc, gia
cầm
Trâu

Bò
Lợn
Gà

Mức

Nitơ (%)

P2O5 (%)

K2O (%)

C/N

Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình

0,358
0,246
0,306
0,380
0,302
0,341
1,200
0,450
0,840
2,000

1,800
1,900

0,205
0,115
0,171
0,294
0,164
0,227
0,900
0,450
0,850
0,950
0,450
0,850

1,600
1,129
1,360
0,992
0,424
0,958
0,600
0,350
0,580
1,720
1,210
1,421

20

18
19
19
17
18
22
20
21
17
15
16

(Nguyễn Đức Lượng và ctv, 2003)
Theo Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên [3] thì thành phần hóa học của
phân lợn (Trọng lượng lợn từ 70 kg đến 100 kg) được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân lợn
(Trọng lượng lợn từ 70 kg đến 100 kg)
Đặc tính

Đơn vị

Giá trị

Vật chất khô

g/kg

213 – 342

NH4 - N

g/kg

0,66 – 0,76

N tổng

g/kg

7,99 – 9,32

Chất xơ

g/kg

151 – 261

Carbonnatri

g/kg

0,23 – 2,11

Các axit béo mạch ngắn

g/kg

3,83 – 4,47

pH

6,47 – 6,95
(Trương Thanh Cảnh và ctv, 2008)
Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân lợn nói riêng còn

chứa các loại vi rút, vi khuẩn, trứng giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài

16


tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức
khỏe của con người và vật nuôi. Theo quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường
nước của Lê Trình [32] đã thống kê các loại vi khuẩn gây bệnh trong phân gia súc,
gia cầm như sau:
Bảng 1.4. Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc
và điều kiện tiêu diệt
Tên vi trùng, ký sinh
trùng

Khả năng gây
bệnh

Salmonella typhi
Salmonella paratyphi
Shigella spp
Vibrio Cholera
Escherichia coli
Hepatite A
Tenia Soginata
Micrococcus var

Streptococcus
Ascarie cumbricoides
Mycobacterium
Tubecudsis
Corynerbarterium
Diptheriac
Polio virus Hominis
Coiardia lomblia
Trichuris trichiura

Thương hàn
Phó thương hàn
Lị
Tả
Viêm dạ dày, ruột
Viêm gan
Sán
Ung nhọt
Sinh mủ
Giun đũa
Lao
Bạch hầu
Bại liệt
Sởi
Giun tóc
Sán bò
Sán lợn

Điều kiện tiêu diệt
Thời gian

Nhiệt độ (0C)
(phút)
55
30
55
30
55
60
55
60
55
60
55
3-5
50
3-5
54
10
50
10
50
60
60
20
55
45
65
30
45
10

55
10
60
30
60
30
(Lê Trình, 1997)

* Xác súc vật chết
Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử
lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi.
* Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác
Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột
cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ,…
* Nước thải chăn nuôi

17


Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh
gia súc, chuồng trại. Đây là một nguồn chất thải ô nhiễm nặng.
Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ
sinh chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm rửa, số
lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…).
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành
công nghiệp khác (Axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công nghiệp,
…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều ảnh
hưởng xấu tới sức khoẻ con người.
Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, axít
amin, chất béo, hydrat cacbon. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối,

urê, amonium[15].
1.1.2. Khí thải
* Mùi hôi chuồng nuôi
Là do hỗn hợp khí được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu
gia súc, thức ăn dư thừa…Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của
chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, mật độ nuôi, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, độ
ẩm.
Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn
phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của
vật nuôi.
* Sự hình thành khí chuồng nuôi
NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do các
vi sinh vật gây mùi hôi, ngoài ra NH 3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ nước
tiểu. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy
chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng
sức khỏe của vật nuôi. Khí sinh ra chủ yếu là NH 3, H2S, CH4 và CO2. Theo Phạm
Thị Ngọc Lan [15], trong từ 3 – 5 ngày đầu, mùi hôi sinh ra rất ít do vi sinh vật
chưa phát triển mạnh. Nhóm –NH2 của amin được tách ra để hình thành NH3.

18


Quá trình khử amin:
Alanine

Axít lactic + NH 3

Serine

Axít pyruvic + NH 3

NH 3

Protein

H 2S
Indole Scatole phenol
Axít hữu cơ mạch ngắn

Quá trình phân giải urê:
CO(NH2)2 + 2H2O

(NH4)2CO3

(NH4)4CO3 ít bền vững nên dễ bị phân hủy tiếp
(NH4)2CO3

2NH3 + CO2 + H2O

* Phân loại khí chuồng nuôi
Theo Trương Thanh Cảnh [2], các khí sinh ra từ chăn nuôi được chia thành
các nhóm sau:
+ Nhóm các khí kích thích: Những khí này có tác hại gây tổn thương đường hô hấp
và phổi, đặc biệt là gây tổn thương niêm mạc của đường hô hấp. Nhất là NH 3 gây
nên hiện tượng kích thích thị giác, làm giảm thị lực.
+ Nhóm các khí gây ngạt: Các chất khí gây ngạt đơn giản (CO 2 và CH4): Những
chất khí này trơ về mặt sinh lý. Đối với thực vật, CO 2 có ảnh hưởng tốt, tăng cường
khả năng quang hợp. Nồng độ CH 4 trong không khí từ 45% trở lên gây ngạt thở do
thiếu ôxy [2]. Khi hít phải khí này có thể gặp các triệu chứng nhiễm độc như: Co
giật, ngạt, viêm phổi.
Các chất khí gây ngạt hóa học (CO): Là những chất khí gây ngạt bởi chúng

liên kết với Hemoglobin của hồng cầu máu làm ngăn cản quá trình thu nhận hoặc
quá trình sử dụng ôxy của các mô bào.
Nhóm các khí gây mê: Những chất khí (Hydrocacbon) có ảnh hưởng nhỏ
hoặc không gây ảnh hưởng tới phổi nhưng khi được hấp thu vào máu thì có tác
dụng như dược phẩm gây mê.

19


Nhóm các chất khí khác: Những chất khí này bao gồm các nguyên tố và chất
độc dạng dễ bay hơi. Chúng có nhiều tác dụng độc khác nhau khi hấp phụ vào cơ
thể chẳng hạn như khí phenol ở nồng độ cấp tính.
1.2. Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi lợn đến môi trường
1.2.1. Ô nhiễm môi trường nước
Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình
phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá
trình hô hấp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi
trường phân hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động
xấu đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất
cân bằng sinh thái, cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ. Con người, động
vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng
xấu.
Nhiều khu vực chăn nuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý mà thải
trực tiếp ra môi trường bên ngoài (Kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung
của khu vực). Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện
Công nghệ Môi trường Hà Nội [34] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại lợn
khu vực phía bắc là rất cao.
Bảng 1.5. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc
COD T-N N-NH4+ T-P
SS

(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)

pH

T0C

Vĩnh Phúc

7,32

29

4590

967,3

870

295

9520

Hưng Yên

7,87

30,5

3584

202

158

54,9

1880

Thái Bình

7,3

30

2575

425

425

102

800

Hà Nội

7,5

32

7219

247

237

120

3200

(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)
Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng
hoặc trứng giun sán (Bảng 1.4). Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng
như những động vật khác.

20


Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước
ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần
chuồng nuôi. Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học, giàu Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất
như: Axít amin, axít béo, các chất khí CO 2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc
hại. Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện
bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm.
Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể
trong việc gây ô nhiễm môi trường nước.
Enzyme ureaza
CO(NH2)2 + 2H2O

(NH4)2CO3

2NH3 + CO2 + H2O

Nitrosomonas bacteria
2NO2 + 2H+ + 2H2O

2NH3 + 3O2
Nitro bacteria
2NO2 + O2
NO3

2NO3
N2O

N2

Trong nước, nồng độ NO3- cao có thể gây độc hại cho con người. Do trong
hệ tiêu hóa, ở điều kiện thích hợp NO3- chuyển thành NO2- có thể hấp thu vào máu
kết hợp với hồng cầu, ức chế chức năng vận chuyển ôxy của hồng cầu.
1.2.2. Ô nhiễm môi trường không khí
Khí thường gặp trong chăn nuôi là NH 3, H2S, CH4 và CO2. Những khí này
tạo nên mùi hôi thối trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi
trường, sức khỏe con người và các loài động vật khác.
Theo kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí ở một số xí nghiệp
chăn nuôi quốc doanh của Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam [35] cho thấy
môi trường không khí trong khu vực chăn nuôi và văn phòng bị ô nhiễm nặng.

21

Bảng 1.6. Chất lượng không khí chuồng nuôi của một số xí nghiệp quốc doanh
Hàm lượng chất gây ô nhiễm (mg/m3)
Bụi
NH3
H2S
Xí nghiệp giống cấp 1
Khu vực văn phòng
0,250
0,120
0,060
Khu vực chăn nuôi
0,300
0,640
1,100
Xí nghiệp chăn nuôi lợn Phước Long
Khu vực văn phòng
0,420
0,300
0,076
Khu vực chăn nuôi
0,300
3,420
3,470
Xí nghiệp chăn nuôi lợn 3/2
Khu vực văn phòng
0,320
0,040
0,072
Khu vực chăn nuôi

0,350
1,360
1,450
QCVN 06:2009
0,2
0,42
(Viện Khoa học Miền Nam, 1999)
Có rất nhiều loại khí sinh ra trong quá trình phân hủy hiếu khí hay kị khí chất
Vị trí lấy mẫu

thải chăn nuôi. Thành phần chất thải chăn nuôi có thể chia làm 3 nhóm: Protein,
carbohydrate và mỡ. Quá trình phân hủy kị khí sinh ra nhiều sản phẩm trung gian và
sản phẩm cuối khác nhau.
NH3
Protein

Indole, Schatole, phenol
Axít hữu cơ mạch ngắn

Carbohydrates

Các axít hữu cơ
Alcoho

Mỡ

Alcoho

Axít béo

Aldehydes,ketones

H2O, CO2, hydrocarbon mạch ngắn
Aldehydes và ketones

H2O, CO2 và CH4

Bảng 1.7. Đặc điểm các khí sinh ra khi phân hủy kị khí
Giới hạn
tiếp xúc

Loại khí

Mùi

Đặc điểm

NH3

Mùi hăng,
xốc

Nhẹ hơn
không khí

20 ppm

CO2

Không

mùi

Nặng hơn
không khí

1000 ppm

H2S

Mùi trứng
thối

Nặng hơn
không khí

10 ppm

CH4

Không
mùi

Nhẹ hơn
không khí

1000 ppm

(Trương Thanh Cảnh, 2002)
22

Tác hại
Kích thích mắt và đường hô hấp
trên gây ngạt ở nồng độ cao, dẫn
đến tử vong
Gây uể oải, nhức đầu, có thể gây
ngạt dẫn đến tử vong ở nồng độ
cao
Là khí độc gây nhức đầu, chóng
mặt, buồn nôn, bất tỉnh, tử vong
Gây nhức đầu, gây ngạt, gây nổ ở
nồng độ 5 - 15% trong không khí.


* Ảnh hưởng của khí NH3
Trong chăn nuôi lợn, lượng nước tiểu sinh ra chủ yếu là khí NH 3. Chất khí
này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng
tăng tiết dịch, hay gây phỏng do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt, gây co thắt
khí quản và gây ho. Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu,
lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu, NH 3 bị ôxy hóa tạo
thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận
chuyển ôxy đến các cơ quan, làm cho trẻ bị xanh xao, trường hợp nặng có thể gây
thiếu ôxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong [27].
Bảng 1.8. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm
Đối tượng

Người

Lợn

Gà

Nồng độ NH3

Tác hại

Liên tục tiếp xúc > 6 –
20 ppm

Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp

100 ppm trong 1 giờ

Ngứa ở bề mặt niêm mạc

400 ppm trong 1 giờ

Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng

1720 ppm (<30 phút)

Ho, co giật dẫn đến tử vong

700 ppm (<60 phút)

Lập tức ngứa mắt, mũi và cổ họng

5000 – 10000 ppm (vài
phút)

Gây khó thở, ngạt thở, xuất huyết

phổi, ngất, có thể tử vong

> 10000 ppm

Tử vong

> 10 ppm

Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho

50 – 100 ppm

Giảm tăng trọng/ngày: 12 -13%

61 ppm

Giảm 5% lượng ăn

> 30 ppm

Giảm sản lượng trứng và thịt

30 ppm

Gây hội chứng viêm phổi
(Dương Nguyên Khang, 2004)

* Ảnh hưởng của khí H2S

23

H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các
amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kị khí chất thải. H 2S là
khí kích thích và gây ngạt. Các phản ứng kích thích trực tiếp vào mô gây viêm
màng kết. Hít phải H2S sẽ gây kích thích đối với toàn bộ cơ quan hô hấp và có thể
mắc các bệnh về phổi. Ở 1.500 - 3.000 mg/m3 , H2S sẽ hấp thụ từ phổi vào máu gây
thở gấp và kìm hãm hoạt động hô hấp [27]. Ở nồng độ cao hơn, H 2S ngay lập tức
làm tê liệt trung tâm hô hấp. Thông thường nạn nhân sẽ chết do ngạt thở trừ khi
được hô hấp nhân tạo kịp thời. Đây là ảnh hưởng độc hại đáng chú ý nhất của độc
tính cấp của Hydrosulphur theo đường hô hấp cao, sự kích thích mắt xảy ra ở nồng
độ 15-30 mg/m3 [27].
Bảng 1.9. Tác hại của H2S lên người và gia súc
Đối tượng
Người

Nồng độ tiếp xúc

Tác hại

10 ppm/vài phút

Ngứa mắt

> 20 ppm/20 phút

Ngứa mắt, mũi, họng

50 – 100 ppm/20 phút Nôn mửa, tiêu chảy
200 ppm/giờ

300 ppm/30 phút

Lợn

> 600 ppm
Liên tục tiếp xúc với
20 ppm
Liên tục tiếp xúc với
200 ppm

Choáng váng, thần kinh suy nhược, dễ
gây viêm phổi
Nôn mửa trong trạng thái hưng phấn, bất
tỉnh
Mau chóng tử vong
Sợ ánh sáng, ăn không ngon, có biểu
hiện thần kinh không bình thường
Có thể sinh chứng thuỷ thủng ở phổi nên
khó thở và có thể trở nên bất tỉnh, chết
(Barker và cộng tác viên, 1996)

* Ảnh hưởng của khí CH4
Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu
cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi. CH4 là khí không màu, không mùi, có thể
cháy. Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở
do thiếu ôxy. Nếu tiếp xúc với CH 4 ở nồng độ 40000 mg/m3 sẽ dẫn đến tai biến cấp

24

tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm
thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm… Khi hít thở CH 4 với nồng độ lên đến 60000
mg/m3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong.
Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng làm nguồn năng lượng [27].
* Ảnh hưởng của CO2
CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy. Trong không khí, nồng độ
CO2 khoảng 0,3 – 0,4%. Nồng độ CO 2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ,
độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất
thải.
Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể
ngất. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị
giác. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể
dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập. Khi nồng độ CO 2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với
khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong [27].
* Ảnh hưởng của bụi
Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
gia súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo
các chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh. Khi người tiếp xúc với bụi
sẽ bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (Hạt
bụi nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối loạn hô hấp và
tổn thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể người [27].
1.2.3. Ô nhiễm môi trường đất
Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt
như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,…Những thực phẩm này làm thức ăn cho người
và động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm
bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các
bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,…
1.3. Công nghệ sinh học kị khí xử lý nước thải chăn nuôi
1.3.1. Cơ chế của quá trình lên men kị khí

25