Bài giảng Chăn nuôi và môi trường - Chương 4: Quản lý chất thải chăn nuôi thú y

1Chương 4:	Quản lý chất thải chăn nuôi thú y2Tính chất nước thải chăn nuôi thú yChỉ tiêu nhiễm bẩn cao:	COD, BOD, chất hữu cơ, 	các hợp chất chứa nitrogen 	Vi sinh vật Có thể chứa mầm bệnh (vi sinh vật & trứng ký sinh trùng) Có mùi hôi thối Sự đào thải trực tiếp (không qua xử lý) gây tác hại:	Aûnh hưởng sức khoẻ cộng đồng	Lan truyền mầm bệnh	Aûnh hưởng đến hệ sinh thái (thuỷ sinh vật)3THỜI GIAN TỒN TẠI CỦA MỘT SỐ VI SINH VẬT TRONG PHÂN (Strauch, 1987) Salmonella	cao nhất	286 ngày trong phân trâu bòB. abortus	ít nhất	8 tháng trong phân trâu bòMycobacterium	cao nhất	155 ngày trong phân trâu bòMycobacterium	cao nhất 	2 năm trong đấtLeptospira 	có thể sinh sản trong phân được xử lý hiếu khíVirus Aujeszky 	tồn tại trong phân 3 -15 tuầnVirus Marek	7 ngàyVirus Teschen	3 - 25 ngàyVirus gây African swine fever	60 - 160 ngàyVirus FMD	21 -103 ngày4Ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi Đất, nước ngầm :	Vi sinh vật	Nitrate	Chất hữu cơ Nước bề mặt (sông, suối, ao, hồ, hệ sinh thái)	nitrogen and phosphorus - tảo Không khí	Bụi	Khí thoát từ quá trình phân hủy phân	Khí độc	Hiệu ứng nhà kính (CH4)5Xử lý phân/nước thải bằng pp hóa học không đạt yêu cầu về hiệu quả kinh tế. --- Một trại nuôi 5000-10000 heo, cần 2 -6 tấn chất sát trùng/ ngày. --- Trong trường hợp có dịch: xử lý phân bằng hoá học là 1 trong những biện pháp bắt buộc. 6Những lưu ý khi dùng hoá chất xử lý phân- Trộn đều, trước và trong khi thêm chất sát trùng.- Thời gian trộn thuốc sát trùng không quá 6 giờ.- Thời gian ủ ít nhất một tuần.- Không thêm phân mới vào phân đang ủ.- Thể tích khốùi phân tốt nhất là 300 m3.- pH thích hợp- nhiệt độ cao có thể làm giảm lượng thuốc sát trùng cần dùng - tách phân rắn &ø lỏng - xử lý riêng-- tiết kiệm chất sát trùng.- xử lý hoá học có thể hại cây trồng & hệ sinh thái môi trường.7Xử lý phân/nước thải bằng pp hóa học- Trong trường hợp có dịch: 	xử lý phân bằng hoá học là 1 trong những biện pháp bắt buộc. Có thể dùng các hoá chấùt sau: - Formaldehyde: 72 giờ ủ, pH 6.5 -6.9, 	9 kg/m3 cho phân rắn, 	3 kg/m3 cho phân lỏng (2% vật chất khô), 	2 kg/m3 phân lỏng (0.5% vật chất khô). Các hợp chất chlorine bị giảm hiệu quả bởi protein 	cần dùng hàm lượng cao, thời gian ủ dài.- Vôi 	30 kg/m3/7 ngày, an toàn nhất.- NaOH- Acid peracetic8Xử lý phân/nước thải bằng pp vật lýTách riêng phần rắn & lỏng	(baèng caùc maùy eùp phaân hay ly taâm) Sau đó, xöû lyù baèng nhieät 	hiệu quả cao	raát toán keùm. xöû lyù phaân raén baèng tia UVxöû lyù baèng chaát phoùng xaïTuy nhieân, 2 phöông phaùp naøy hieän khoâng ñöôïc phoå bieán treân thöïc teá9Ủ kỵ khí (anaerobic digestion) - Biogas- 1 chuỗi các quá trình do vi sinh vật - chủ yếu là vi khuẩn thực hiện, - chuyển các chất hữu cơ phức tạp thành CH4 và khí CO2, - làm giảm 35-60 % khối lượng các chất rắn bay hơi (volatile solids)Thủy phânLên men (fermentation)Sinh khí methane10Các yếu tố kiểm soát quá trình ủ biogas- Nhiệt độ: 30-35oC.- Thời gian lưu trữ : 10-60 ngày. 	1 hệ thống tốt là 10-20 ngày (càng lâu có lợi tiêu diệt mầm bệnh). - pH: 6,7-7,4, tối ưu trong khoảng 7,0-7,2. - Thành phần hoá học của nước thải: 	Để bể yếm khí hoạt động tốt:	C, N, P, S phải cân bằng. tỷ lệ C:N = 25-30 : 1. 	bổ sung thêm các chất xơ như rơm hay trấu để đạt được tỷ lệ này. 	Tỷ lệ vật chất khô nên duy trì ở khoảng 9-10% 	(tỷ lệ pha loãng nước : phân có thể là 1:1 hay 2:1). - Các chất độc: 11BiogasBiogas: 60-70% methane, 30-40% carbon dioxide, & những khí khc * Ưu điểm:	- Sinh ít bùn; bùn thải có thể dùng làm phân bón	- Năng lượng cung cấp cho việc xử lý thấp	- Thích hợp để xứ lý khối lượng phân lớn	- Tiêu diệt 1 phần mầm bệnh	- Giảm mùi hôi thối	- CH4 được dùng làm khí đốt* Nhược điểm:	- Quá trình diễn ra chậm, giai đoạn bắt đầu (start-up) kéo dài	- Nhạy cảm với các chất độc có trong chất thải12Biogas: Energy or hot air???Methane is 21 times more powerful a greenhouse gas than CO2 responsible for nearly as much global warming as all other non-	CO2 greenhouse gases put together. It has many sources & lots of potential to cause major damage.13 Animal agriculture produced in the digestive processes of cattle(account for 16 % of the world's annual methane emissions to the atmosphere) released from the large stores of untreated farm animal wasteWhere does it come from? Biogenic methane (Biogas) generated by the fermentation of organic matter including manure, wastewater sludge, municipal solid waste (including landfills), or any other biodegradable feedstock, under anaerobic conditions Fossil fuel production (natural gas field), anaerobic decay of organic matter deep under the Earth's surface Farming14OriginCH4 EmissionMass (Tg/a)Type (%/a)Total (%/a)Natural EmissionsWetlands (incl. Rice agriculture)2258337Termites2073Ocean1563Hydrates1042Natural Total27010045Anthropogenic Emissions (derived from human activities) Energy1103318Landfills40127Ruminants (Livestock)1153519Waste treatment2584Biomass burning40127Anthropogenic Total33010055Methane emissions (Tg/a = teragrams per year) (Wikipedia)15Ủ phân hiếu khí (COMPOSTING) Chi phí đầu tư thấpPhân sau khi ủ dùng làm phân bónMen khởi đầu (starter) có bán trên thị trường, 	nhưng thường cho hiệu quả thấpTiêu diệt được mầm bệnh (nhiệt độ cao)* Các giai đoạn - các nhĩm vsv tham gia khác nhau:Mesophiles phân giải chất hữu cơ, sinh nhiệt, 40-45oC; Nhiệt độ cao & acid hữu cơ kích thích thermophiles (vi khuẩn dị dưỡng, tự dưỡng, vi khuẩn ô xy hoá sulfur, hydrogen), 	sinh nhiệt, 60-80 oC (khoáng hoá)Khi nhiệt độ > 70 oC, thermophiles bị ức chế, các quá trình ô xy hoá bị giảm, nhiệt độ giảm, & các quá trình phân huỷ bắt đầu trở lại17Ủ (composting) – thông số môi trườngTỷ lệ C/N = 30 : 1 (25 - 40)Nhiệt độ cao nhất ở lớp mặt phải < 70 oC; 	nhiệt độ cao sẽ ức chế các VSV, làm giảm hiệu quả phân huỷpH: biến động cao, do pH khác nhau của nguyên liệu 	g/đoạn đầu pH thấp, do sự tạo thành các acid hữu cơ	 	g/đoạn sau pH cao, do sự tiêu thụ các acid hữu cơ của thermophilesThoáng khí kém (yếm khí cao), 	sự khoáng hoá sẽ giảm, tạo ra mùi hôi thối caoĐộ ẩm thường giảm còn 50-60% 	Độ ẩm cao: quá trình yếm khí tăng 	Độ ẩm thấp (<12%) ức chế hoạt động của VSV18ử lý phân động vật mắc bệnh truyền nhiễm1. Nhiệt sinh học: Tương tự như composting, Thời gian ủ ~ 2 tháng. 	- Cát, rơm hay phân từ đ/ vật khoẻ được lót ở đáy (0.3-0.4 m), 	- phân gia súc bệnh được chất đống ~ 2 m, 	- xung quanh phủ với rơm, mạc cưa hay đất (~ 0.2 m). 	Nếu phân có độ ẩm trên 70%, trộn thêm rơm hay mạc cưa.2. Hoá học: 	formaldehyde; các hợp chất cĩ chứa chlorine3. Đốt phân: 	Độ an toàn cao nhất, diệt mầm bệnh sinh bào tử. 	Rơm, mạc cưa được lót ở đáy, trên mặt đậy bằng gỗ, 	sau đó nhiên liệu được đổ lên và đốt20Xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính (activated sludge)Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) 1. Lọc thô2. Xử lý yếm khí: 	tương tự như ủ kỵ khí 	q/trình thuỷ phân & lên men diễn ra, tạo acids, alcohols, CO2, NH3, H2	- Có sự tích luỹ poly-b-hydroxyalkanoates (PHA) trong các VSV tích lũy phosphate (phosphate-accumulating organisms, PAO)	- Giảm COD, tăng sinh khối, tăng các acids hữu cơ3. Anoxic: 	môi trường ô xy hoá, nhưng không có sự hiện diện oxygen; 	NO3- & NO2 - l chất nhận e- cho quá trinh ô xy hoá các chất hữu cơ 	NO3- - NO2- - NO - N2O - N2 - thoát ra không khí	làm giảm hàm lượng N trong nước thải214. Xử lý hiếu khí: 	O2 được cung cấp để vi sinh vật chấm dứt sự xử lý chất thải:	Nitrate hoá (nitrification):	 NH2 - , NH3 NO3- & NO2 - 	 ô xy hoá NO3- & NO2 - được bơm trở lại hồ yếm khí 2 - được vi sinh vật sử dụng như chất nhận điện tử để ô xy hoá chất hữu cơ- Giảm hàm lượng phosphate: 	PHA được PAO xử dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp polyphosphate từ phosphate trong môi trường	làm giảm phosphate trong nước thải225. Lắng & tiệt trùng: - Nước thải được lắng hay ly tâmChất cặên: 	nhiệt sinh học, tiêu diệt mầm bệnh trước khi được dùng như phân bónNước thải:	được sát trùng bằng phương pháp vật lý hay hoá học 	trước khi thải ra môi trường ngoài23Hồ sinh họcTảoBèoRau muống24Processes occuring within a wastewater lagoon  Uni. Nebraska Lincoln25Quá trình sinh học phân hủy chất thải xảy ra trong 1 ao bèo tấm26Xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới (irrigation)- 1 số nước đang phát triển dùng nước thải chưa xử lý tưới rau quả, đồng cỏ- Tác hại: 	Aûnh hưởng sức khoẻ người nông dân	Aûnh hưởng sức khoẻ người tiêu dùng 	Lan truyền mầm bệnh	Ô nhiễm đất, o nhiễm nước- Ở các nước phát triển, chỉ có nước thải 	- đã qua giai đoạn xử lý thứ cấp (sau khi qua hồ hiếu khí)	chỉ dùng tưới đồng cỏ; 	- phải qua giai đoạn sát trùng trước khi dùng tưới rau