Tiểu luận Ứng dụng công nghệ sinh thái trong chăn nuôi

, tồn dư hóa chất trong phân gây ô nhiễm đất và nước. Đối với chất thải lỏng, tạm tính với nước tiểu của gia súc, gia cầm trong giai đoạn 2009 – 2011 dựa trên số liệu thống kê và kỹ thuật nuôi dưỡng chăm sóc cơ bản thì thu được kết quả như sau: Năm Tổng lượng nước thải Tổng cộng Lợn Trâu Bò 2009 8,06 9,49 20,03 37,58 2010 7,99 9,55 19,41 36,95 2011 8,11 9,62 18,29 36,02 Bảng 2: Tổng lượng nước thải chăn nuôi gia súc giai đoạn 2009 – 2011 (đơn vị: triệu tấn) (nguồn: Bộ Nông nghiệp & PTNT) Như vậy, chỉ ước tính với lượng nước tiểu bài tiết trung bình ở lợn là 0,8 lít/con/ngày, ở trâu bò là 9 lít/con/ngày thì hàng năm đã có tới khoảng 36 triệu tấn nước tiểu vật nuôi, chưa kể hàng chục triệu tấn nước thải sau tắm chải và rửa chuồng trại nữa. Có thể nói chăn nuôi không chỉ có nhu cầu rất lớn về sử dụng nguồn tài nguyên nước mà còn loại thải ra một khối lượng lớn chất thải lỏng với nhiều chất gây ô nhiễm như hàm lượng vi sinh vật, hàm lượng chất lơ lửng, hóa chất hòa tan,... Đối với ô nhiễm khí và tiếng ồn thì ngành chăn nuôi đóng góp khá tích cực do đặc thù đối tượng sản xuất là các loài sinh vật có khả năng gây ồn ào, kêu rống rất to và phát thải chất thải hữu cơ là chính nên dễ bị phân hủy thối rữa gây mùi hôi tanh rất khó chịu. 2.1.3. Tình hình xử lý chất thải chăn nuôi Nhiều báo cáo nghiên cứu đều đã khẳng định là hầu hết các chất thải trong chăn nuôi đều chưa được xử lý trước khi thải ra môi trường. Số phân không được xử lý và tái sử dụng lại là nguồn cung cấp phần lớn các khí nhà kính (chủ yếu là CO2, N2O) làm trái đất nóng lên, ngoài ra còn làm rối loạn độ phì của đất, gây phì dưỡng, ô nhiễm đất và ô nhiễm nước. Chưa kể nguồn khí thải CO2 phát tán do hơi thở của vật nuôi. Do không có sự quy hoạch ban đầu, nhiều xí nghiệp chăn nuôi, lò mổ, xí nghiệp chế biến thực phẩm còn nằm lẫn trong khu dân cư, trong các quận nội thành, sản xuất chăn nuôi còn nhỏ, manh mún, phân bố rải rác trong khi sản xuất nông nghiệp có lợi nhuận thấp, giá cả bấp bênh, thị trường không ít ổn định. Vì vậy, sức đầu tư vào khâu xử lý môi trường trong chăn nuôi còn thấp. Số lượng các lò mổ đạt yêu cầu vệ sinh chỉ khoảng trên 30%. Hiện tượng giết mổ lậu, giết mổ gia súc, gia cầm bị bệnh, không qua kiểm soát giết mổ, nước sử dụng chất thải từ các lò mổ không được kiểm soát cũng là nhân tố tác động làm tăng ô nhiễm môi trường. Ô nhiễm do chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi lợn không chỉ làm hôi tanh không khí mà còn ảnh hưởng nặng tới môi trường sống dân cư, nguồn nước và tài nguyên đất ảnh hưởng chính đến kết quả sản xuất chăn nuôi. Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở nhiều nơi trên cả nước. Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầu nguồn nước,... còn khá phổ biến góp phần làm tăng diện tích xói mòn, suy giảm chất lượng đất, nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp trên vùng rộng lớn. Khối lượng chất thải rắn trong chăn nuôi ước tính khoảng hơn 85 triệu tấn mỗi năm nhưng chỉ khoảng 40% số này được xử lý, còn lại là xả thẳng trực tiếp ra môi trường. Phương pháp xử lý chất thải rắn còn đơn giản: chủ yếu được tận dụng làm thức ăn cho cá (phân lợn), ủ bán phân hoai mục bón lúa, hoa màu (phân lợn, trâu, bò, gia cầm), nuôi giun song số lượng không nhiều. 2.2. Thực trạng công tác quản lý môi trường chăn nuôi Công tác quản lý, chỉ đạo, hướng dẫn của ngành nông nghiệp nói chung và ngành chăn nuôi nói riêng trong việc bảo vệ môi trường chăn nuôi bước đầu cũng đã có kết quả đáng ghi nhận. Bộ Nông nghiệp và PTNT đã ban hành khoảng gần 30 văn bản có nội dung liên quan chi tiết đến công tác bảo vệ môi trường trong chăn nuôi từ khâu xuất nhập khẩu con giống, chỉ đạo sản xuất, phòng chống dịch bệnh, ... và nhiều văn bản khác có yêu cầu chú ý đến môi trường trong sản xuất, kinh doanh vật nuôi thông thường và vật nuôi quý hiếm. Một số Sở Nông nghiệp và PTNT đã ban hành văn bản về quy định hoặc hướng dẫn bảo vệ môi trường trong chăn nuôi. Nhiều mô hình khuyến nông chăn nuôi (lợn, gà) được xây dựng có tiêu chí an toàn sinh học và thân thiện với môi trường được áp dụng ở hầu hết các tỉnh thành trong toàn quốc. Hiện cũng đã có khoảng vài chục nghiên cứu chuyên sâu về môi trường trong chăn nuôi và đề xuất các giải pháp thích ứng. Công tác bảo vệ môi trường trong chăn nuôi (thụ động đối phó) và giảm thiểu rủi ro cho chăn nuôi do ô nhiễm và sự cố môi trường (chủ động ứng phó) là công tác đã và đang được nhiều bộ, ngành, các cấp chính quyền và người chăn nuôi quan tâm. Tuy nhiên, các hoạt động thiết thực như đẩy mạnh công tác nghiên cứu, ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn, thông tư hướng dẫn xây dựng đánh giá tác động môi trường, bản cam kết bảo vệ môi trường, ... , công tác thanh tra, kiểm tra, công tác hỗ trợ kỹ thuật, thiết bị xử lý chất thải, cải thiện môi trường cho các quy mô chăn nuôi, ... còn chưa đáp ứng yêu cầu thực tế. Việc lồng ghép công tác bảo vệ môi trường trong chăn nuôi với các hoạt động chỉ đạo sản xuất, quản lý, thanh kiểm tra sản xuất, kinh doanh giống vật nuôi cũng chưa cao. Chưa xây dựng được đánh giá môi trường chiến lược trong chiến lược phát triển ngành chăn nuôi. Số lượng trang trại chăn nuôi xây dựng đánh giá tác động môi trường được phê duyệt và thực hiện nghiêm túc còn ít. 2.3. Nguyên nhân của thực trạng quản lý môi trường chăn nuôi còn yếu kém Trình độ quản lý và kỹ thuật chăn nuôi của người chăn nuôi còn yếu. Phương thức và tập quán chăn nuôi ở nước ta còn lạc hậu. Quan tâm và đầu tư chưa đúng mức. III. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH THÁI TRONG CHĂN NUÔI Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi và gia tăng hiệu quả chăn nuôi. Trong đó việc áp dụng công nghệ sinh thái là một lựa chọn mới và được xem là việc “tiện cả đôi đường”, vừa làm tăng năng suất, tăng hiệu quả kinh tế trong chăn nuôi vừa góp phần vào việc ngăn ngừa ô nhiễm, giảm thiểu hoặc ngừng hẳn các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường từ hoạt động chăn nuôi. Sau đây là một số công trình ứng dụng công nghệ sinh thái vào chăn nuôi phổ biến: 3.1. Chế phẩm sinh học 3.1.1. Men sinh học a. Chế phẩm sinh học E.M Hình 1: Một số loại chế phẩm sinh học bán trên thị trường (nguồn: E.M là chế phẩm sinh học tập hợp hơn 80 chủng vi sinh vật khác nhau. EM (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu. Chế phẩm này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa - trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980. Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm : vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men. Tiến sĩ Lê Khắc Quảng, Giám đốc Trung tâm Phát triển công nghệ Việt-Nhật, đã chuyển giao công nghệ này vào Việt Nam. b. Hiệu quả của E.M Ở nước ta, người ta đã sử dụng chế phẩm E.M trong trồng trọt để cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng, sử dụng chế phẩm E.M để xử lý ô nhiễm môi trường nuôi thủy sản rất hiệu quả, đặc biệt là xử lý mùi hôi, ruồi nhặng và hầm cầu vệ sinh bị nghẹt. Một số nơi đã dùng chế phẩm này để chế biến phân hữu cơ từ rác thải hoặc phân gia súc, gia cầm do tác dụng thúc đẩy phân mau hoai và cung cấp thêm vi sinh vật hữu ích cho cây trồng. Điều kỳ diệu ở đây, E.M có tác dụng đối với mọi loại vật nuôi bao gồm các loại gia súc - gia cầm và các loài thủy hải sản. ĐBSCL hiện có nhiều trại chăn nuôi heo, gà, bò, ao nuôi tôm cá đã sử dụng chế phẩm E.M vào các mục đích này đều thấy hiệu quả. Có nhiều cách sử dụng chế phẩm E.M trong chăn nuôi như: cho vào thức ăn, nước uống của vật nuôi; phun xịt xung quanh chuồng trại, cho vào bồn chứa phân... Chế phẩm sinh học E.M được bổ sung vào ao lắng bùn giúp cho quá trình xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn. Ngoài ra E.M còn được các hộ kinh doanh chế biến thực phẩm (bún, ấp vịt,) dùng xử lý chất thải mang lại hiệu quả cao. c. Ứng dụng của E.M Trong nuôi trồng thủy sản: Công dụng: Phân hủy nhanh các chất hữu cơ dư thừa trong nước và nền đáy ao nuôi. Góp phần gia tăng hàm lượng oxy hòa tan, ổn định pH. Hấp thu các chất độc NH3 , NO2, H2S,.. Tăng tỷ lệ sống của tôm cá. Giảm được hệ số thức ăn. Giảm sử dụng các hóa chất, kháng sinh. Bổ sung các vi sinh vật có lợi vào trong ao nuôi. Cách sử dụng: Xử lý ao: Định kỳ 7 - 10 ngày/lần với lượng 2 lít E.M/1.000 m3 nước ao (pha loãng khi tạt). Liều lượng và thời gian định kỳ có thể điều chỉnh theo môi trường ao nuôi. Sử dụng vào lúc trời nắng (8 - 9 giờ sáng), sau đó chạy quạt. Cho ăn Trộn 1 lít E.M/50 - 60 kg thức ăn, luân phiên sử dụng 5 ngày sau đó ngưng 5 ngày. Hình 2: Hoạt động nuôi trồng thủy sản (ảnh minh họa) (Nguồn: Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm: Công dụng: Làm tăng sức khỏe vật nuôi, tăng sức đề kháng và khả năng chống chịu đối với các điều kiện ngoại cảnh. Tăng cường khả năng tiêu hóa và hấp thu các loại thức ăn. Tăng khả năng sinh sản. Tăng sản lượng và chất lượng trong chăn nuôi. Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, khử mùi hôi chuồng trại, giảm ruồi nhặng. Cách sử dụng: Trộn vào thức ăn: pha 5 ml E.M cho 1 kg thức ăn (hòa 5 ml E.M vào 0,5 lít nước phun đều lên thức ăn.) Trộn vào nước uống: pha 3 ml E.M với 1 lít nước cho vật nuôi uống. Khử mùi chuồng nuôi và môi trường xung quanh. Pha 1 lít E.M với 20 lít nước sạch rồi cho vào bình phun, phun như thuốc khử trùng thông thường (vào cả không khí, chuồng trại, động vật, môi trường xung quanh). Hoặc pha 1 lít E.M với 100 lít nước phun cho 100 – 200 m2 chuồng nuôi; cách 3 ngày sau phun lần 2, sau đó cứ khoảng 7 - 10 ngày lại phun một lần; chuồng trại càng bẩn thì phun lượng E.M càng nhiều với nồng độ càng cao. Hình 3: Chăn nuôi heo (ảnh minh họa) (nguồn: Trong xử lý rác thải, nước thải: Công dụng: Xử lý ô nhiễm môi trường, khử mùi hôi, khử trùng, giảm các chất độc hại và ruồi muỗi trong môi trường. Cách sử dụng: Xử lý bãi rác: 1 lít E.M pha với 100 lít nước lã phun vào bãi rác. Phun 20 lít dung dịch/1 m3 rác giúp giảm mùi hôi thối, phân hủy rác hữu cơ. Xử lý nước ao tù: đổ E.M xuống ao tù thành nhiều chỗ (1 lít E.M cho 5 m3 nước ao tù), nước ao sẽ giảm mùi hôi, cải thiện môi trường nước. Xử lý hầm cầu: dùng 1 lít E.M đổ vào hầm cầu, sau 10 -15 ngày sử dụng lại một lần. Hình 4: Nước thải chăn nuôi và rác sinh hoạt (ảnh minh họa) (nguồn: Ngoài E.M, còn có một số chế phẩm sinh học khác được sử sụng rộng rãi trong chăn nuôi như: TT Tên sản phẩm Bản chất sản phẩm Tác dụng Xuất xứ 1 Deodorase Chất tách từ thảo mộc Giảm khả năng sinh NH3 Thái Lan, Đức 2 EM Tổ hợp nhiều loại vi sinh vật Tăng hấp thụ thức ăn, giảm bài tiết chất dinh dưỡng qua phân Nhật Bản 3 EMC Thảo mộc, khoáng chất thiên nhiên Giảm sinh NH3, H2S, SO2, giải độc đường têu hóa. Việt Nam 4 Kemzym Enzym tiêu hóa Tăng hấp thụ thức ăn. giảm bài tiết chất dinh dưỡng qua phân Thái Lan, Đức 5 Pyrogreen Hóa sinh thiên nhiên Giảm khả năng sinh NH3 Hàn Quốc 6 Yeasac Tế bào men Sacharomyces Tăng hấp thụ thức ăn. giảm bài tiết chất dinh dưỡng qua phân Đức, Thái Lan 7 Lavedae Hóa chất Diệt dòi phân Thái Lan, Đức 8 DK, Sarsapomin 30 Chất chiết từ thảo mộc Giảm khả năng sinh NH3 Hoa Kỳ Bảng 3: Một số loại chế phẩm sinh học dùng trong chăn nuôi ( 3.1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học  Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản (phôi bào, mùn cưa) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (thân cây ngô, đậu, rơm, rạ, trấu, vỏ cà phê ) cắt nhỏ để làm đệm lót có bổ sung chế phẩm sinh học. Sử dụng chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu” đã được nghiên cứu và tuyển chọn chọn thuộc các chi Bacillus, Lactobacillus, Streptomyces, Saccharomyces, Aspergillusvới mong muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và tiêu diệt vi sinh vật có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Trên cơ sở nghiên cứu gốc chế phẩm E.M của Nhật Bản, tiến sĩ Lê Khắc Quảng đã nghiên cứu, chọn tạo cho ra các sản phẩm E.M chứa nhiều chủng loại vi sinh vật đã có mặt trên thị trường. Ngoài ra nhiều cơ sở khác cũng đã nghiên cứu và chọn tạo ra nhiều tổ hợp vi sinh vật (men) phù hợp với các giá thể khác nhau và được thị trường chấp nhận như chế phẩm sinh học Balasa No1 của cơ sở Minh Tuấn; EMIC (Công ty CP Công nghệ vi sinh và môi trường); EMC (Công ty TNHH Hóa sinh Việt Nam); GEM, GEM-K, GEM-P1 (Trung tâm Tư vấn CTA)Thực chất của quá trình này cũng là xử lý chất thải chăn nuôi bảo vệ môi trường bằng men sinh học. Công nghệ đệm lót sinh học đầu tiên được ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp ở Nhật Bản từ đầu những năm 1980.Ngày nay đã có nhiều nước ứng dụng như: Trung Quốc, Hồng Kông, Hoa Kỳ, Anh, Thái Lan, Hàn Quốc Ở nước ta từ năm 2010 công nghệ này đã bắt đầu du nhập vào và phát triển. Ngày 22 tháng 5 năm 2014 tại thành phố Phủ Lý, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã tổng kết 3 năm ứng dụng đệm lót sinh học trong chăn nuôi 2011- 2013và đã có Thông báo số 2560/TB-BNN-VP ngày 30 tháng 5 năm 2014 ý kiến kết luận của Thứ trưởng Vũ Văn Tám: “Công nghệ chăn nuôi trên đệm lót sinh học là hướng đi mới và thu được những kết quả bước đầu đã được khẳng định là không gây ô nhiễm môi trường, giảm chi phí, giảm bệnh tật, lợn tăng trưởng nhanh, chất lượng thịt được người ưa chuộng, giá bán cao hơn, vì vậy mà hiệu quả hơn, phù hợp với quy mô chăn nuôi gà, lợn nông hộ”. Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ. Tuy nhiên điều đáng lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát, tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm. Hình 5:Chăn nuôi heo trên đệm lót sinh học (nguồn: 3.2. Ủ compost 3.2.1. Định nghĩa Lịch sử quá trình ủ phân compost đã có từ rất lâu, nhưng mãi đến năm 1943, quá trình ủ phân compost mới được đưa vào nghiên cứu một cách khoa học. Hiện nay có nhiều định nghĩa về quá trình ủ phân compost, một định nghĩa thường được sử dụng là định nghĩa của Haug 1993. Theo Haug, quy trình ủ phân compost được định nghĩa như sau: “Quy trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định chất hữu cơ dưới điều kiện ưa nhiệt (thermophilic). Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích trong việc ứng dụng cho cây trồng”. Việc ủ compost từ ác loại chất thải rắn trong chăn nuôi như phân gia súc, thức ăn (cỏ) rơi vãi rất phổ biến ở các vùng thuần nông nước ta. Hình 6: Phân gia súc trộn cùng phế phẩm chăn nuôi là nguyên liệu chủ yếu để ủ compost (nguồn: 3.2.2. Các phản ứng xảy ra trong quá trình ủ compost Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo ra nhiều sản phẩm trung gian. Ví dụ như quá trình phân hủy protein sẽ tạo ra các peptides, các peptides sẽ tiếp tục phân hủy tạo thành amino acids, các amino acids kết hợp với nhau tạo thành hợp chất ammonium đóng vai trò trong việc hình thành nguyên sinh chất của vi khuẩn hoặc NH3. Đối với carbonhydrate, quá trình phân hủy sẽ chuyển hóa carbonhydrate thành CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn thông qua các giai đoạn phân hủy trung gian tạo thành đường đơn, acid hữu cơ. Sự phân hủy của các hợp chất phức tạp như cellulose, hemicellulose trong mẻ ủ sinh nhiệt cao, sau khi các hợp chất phức tạp phân hủy hết thì nhiệt độ sẽ giảm dần và cân bằng với nhiệt độ môi trường. Quá trình ủ phân compost có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí Nhìn chung, cả 2 quá trình ủ hiếu khí và kị khí đều là sự phân giải các chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản hơn, các sản phẩm này được VSV sử dụng tổng hợp tế bào Một quá trình ủ phân compost hoàn chỉnh gồm có 4 giai đoạn: Giai đoạn thích nghi (lag phase): đây là thời gian đầu của mẻ ủ tương ứng với thời gian mà vi sinh vật thích nghi với điều kiện ủ và tạo khuẩn lạc. Giai đoạn tăng trưởng (log phase): ở giai đoạn này các vi sinh vật đã thích nghi bắt đầu phát triển nhanh chóng, nhiệt độ của mẻ ủ cũng tăng và đạt đến giới hạn của vi sinh vật ưa ấm (30 – 40oC) Giai đoạn này chất hữu cơ trong nguyên liệu bắt đầu phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật. Giai đoạn ưa nhiệt (thermophilic phase): trong gian đoạn này nhiệt độ tăng cao và vi sinh vật ưa nhiệt phát triển chủ yếu, đây là giai đoạn thuận lợi cho sự vô hiệu hóa các mầm bệnh. Phản ứng hóa sinh trong giai đoạn này có thể biểu diễn như sau: Chất hữu cơ + O2 + VSV hiếu khí »» CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng (1) Chất hữu cơ + VSV kị khí »» CO2 + NH3 + CH4 + sản phẩm khác + H2S + năng lượng (2) Giai đoạn trưởng thành (maturation phase): đây là giai đoạn cuối của quá trình ủ và khá quan trọng, nhiệt độ giảm xuống bằng với nhiệt độ môi trường. Giai đoạn này cần thời gian khá dài để cho sản phẩm ổn định và đảm bảo hợp vệ sinh. Quá trình lên men thứ cấp diễn ra biến đổi các chất thải thành mùn hữu cơ Ngoài ra, còn có phản ứng nitrat hóa xảy ra tạo sản phẩm là NO3- : NH4 + + 2O2 »» NO3- + 2H+ + H2O (3) Mặt khác, trong mô tế bào NH4+ cũng được sử dụng tổng hợp tế bào: NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O »» C5H7NO2 + 5O2 (4) Kết hợp (1) và (2) có phương trình nitrate hóa tổng cộng xảy ra như sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- »» 21NO3 - + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ (5) Hình 7: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ hiếu khí (nguồn: Nguyễn Thành Long, Trần Hữu Nam Sơn ĐH KHTN Tp.HCM) Tóm lại, quá trình phân hủy hiếu khí CTR bao gồm 3 giai đoạn chính sau: Giai đoạn nhiệt độ trung bình, kéo dài trong một vài ngày. Giai đoạn nhiệt độ cao: có thể kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng. Giai đoạn làm mát và ổn định: kéo dài vài tháng. 3.2.3. Lợi ích và hạn chế của việc ủ compost 1. Lợi ích: Ổn định chất thải: quá trình ủ phân compost giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học thành các chất vô cơ ổn định. Vô hiệu hóa các mầm bệnh: Nhiệt độ cao trong quá trình ủ (có thể lên tới 60 – 70oC) và kéo dài trong vài ngày có khả năng vô hiệu hóa các mầm bệnh có trong chất thải như vi khuẩn, nấm, trứng ký sinh trùng Vì vậy, sản phẩm của quá trình ủ có độ an toàn cao. Cải tạo đất và cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng: khoáng hóa các chất dinh dưỡng, giúp cây trồng dễ hấp thu, cải tạo đất, tăng độ phì nhiêu cho đất. Làm khô bùn: Phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80 – 95% nước, do đó chi ph thu gom, vận chuyển và thải bỏ cao. Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng. 2. Hạn chế: Chất lượng của sản phẩm ủ không ổn định và hàm lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng còn thấp hơn so với nhu cầu của cây trồng. Nhiệt độ trong mẻ ủ cao nhưng không đảm bảo được việc vô hiệu hóa hoàn toàn các mầm bệnh trong sản phẩm. Quá trình ủ phân compost phụ thuộc vào điều kiện kinh tế xã hội. Hầu hết các nhà nông vẫn thích sử dụng phân hóa học vì không quá đắt tiền, dễ sử dụng và tăng năng suất cây trồng một cách rõ ràng Ngoài ra, việc ủ phân compost từ phân gia súc, bùn thải phát sinh mùi hôi thối gây mất mỹ quan và ảnh hưởng tới môi trường, sức khỏe con người. 3.3. Hầm ủ khí sinh học (Biogas) Biogas là khí sinh học do một số vi khuẩn phân giải kỵ khí chất hữu cơ tạo ra. Nguyên liệu cho sản xuất khí sinh học là chất hữu cơ, phân động vật, lá thân cây cỏ, nước thải, nước. Các nguyên liệu đó được ủ trong bể, túi kín kỵ khí để hình thành khí CH4 dễ cháy. Đây là một trong những giải pháp nhằm quản lý bền vững nguồn chất thải chăn nuôi cũng như chất thải sinh hoạt tại nông thôn. Lợi ích của nó mang lại là tạo nguồn năng lượng để thắp sáng, sưởi ấm, chạy máy phát điện; chất cặn thải sau quá trình lên men dùng để bón cho cây trồng sẽ hạn chế được việc sử dụng phân hoá học. Ngoài ra, trong quá trình lên men trong điều kiện kỵ khí các vi khuẩn gây bệnh cho con người đã được loại trừ. Như vậy, phát triển biogas không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn là giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần bảo vệ và nâng cao sức khoẻ cộng đồng dân cư, đồng thời tạo điều kiện nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Hình 8: Sơ đồ lắp đặt bồn biogas composite (nguồn: 3.3.1. Tiềm năng của nguồn nhiên liệu khí biogas từ chất thải chăn nuôi nước ta Vật nuôi Heo Trâu Bò Số lượng 28,78 5,47 2,53 Bảng 4: Số lượng gia súc Việt Nam năm 2016, ĐVT: Triệu con (Nguồn: Tổng cục thống kê Việt Nam) Loại vật nuôi Khối lượng phân (Kg/ngày) Trâu, bò Heo 14 2,5 Bảng 5: Lượng phân của các gia súc lớn (Nguồn: TS. Dương Nguyên Khang, ĐH Nông Lâm Tp.HCM) * Lượng khí biogas có thể thu được 1 ngày từ trâu và bò: (5.470.000 + 2.530.000) x 14 x 0,036 = 4.032.000 m3/ngày (1 kg phân trâu/bò ủ kị khí sinh ra 0,036 m3 gas) * Lượng khí biogas có thể thu được 1 ngày từ heo: 28.780.000 x 2,5 x 0,045 = 3.237.750 m3/ngày (1 kg phân heo ủ kị khí sẽ sinh ra 0,045 m3 gas) Như vậy, tổng lượng khí biogas thu được sẽ là 4.032.000 + 3.237.750 = 7.269.750 m3/ngày Lượng khí mê-tan thu được mỗi ngày từ 3.634.875 m3 đến 4.361.850 m3 (hàm lượng CH4 trong biogas là 50 - 60%). Nếu thu gom và tận dụng tốt lượng khí biogas này mỗi ngày cả nước sẽ tiết kiệm được từ 4.180.106 đến 5.016.127 lít xăng mỗi ngày (1 m3 khí CH4 cho năng lượng tương đương 1,15 lít xăng). Tính toán trên được tóm tắt bằng sơ đồ sau: 1 m3 khí CH4 cho năng lượng tương đương 1,15 lít xăng Biogas chứa từ 50 - 60% metan 3.634.875 m3 đến 4.361.850 m3 metan/ngày 4.032.000 m3/ngày từ heo 3.237.750 m3/ngày từ trâu bò 112.00 tấn phân trâu bò 71.950 tấn phân heo 5.470.000 trâu + 2.530.000 bò 28.780.000 heo 1 kg phân trâu/bò sinh 0,036 m3 gas 1 kg phân heo sinh 0,045 m3 gas tương đương 4.180.106 đến 5.016.127 lít xăng Nhiều nhà khoa học dự tính khoảng 100 năm nữa nguồn năng lượng hóa thạch từ thiên nhiên như dầu mỏ, than đá sẽ cạn kiệt. Đây thật sự là một thách thức to lớn đối với toàn thể ngành năng lượng của thế giới, trong đó có Việt Nam. Vậy làm sao có nguồn năng lượng khác để thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống là điều mà nhiều nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu ứng dụng. Việt Nam là nước đang phát triển, vì thế cũng chịu ảnh hưởng mạnh bởi khó khăn này, nhất là trong giai đoạn hiện nay. Do đó việc nghiên cứu xử lý chất thải vừa tạo ra nguồn năng lượng sạch, rẻ tiền... vừa giải quyết ô nhiễm môi trường chăn nuôi, góp phần giảm phát thải đã được nêu ra Do đó xử lý chất thải nông nghiệp tạo nguồn năng lượng tái tạo, giảm phát thải đã đặt ra nhiều hứa hẹn. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống ủ phân làm chất đốt tạo năng lượng sạch rẻ tiền đã được triển khai gần 20 năm qua tại các điểm biogas.Triển khai ứng dụng phát triển theo qui mô chăn nuôi và nhu cầu của trang trại. Đã có 3 dạng thiết kế hầm xử lý yếm khí biogas: túi nylon, hầm xây KT1 của Trung quốc, phủ nhựa HDPE. Mô hình túi ủ nylon đã thực hiện từ những năm 1989. Đến nay đã có trên 70.000 hệ thống cho cả nước, phát triển nhiều nhất là miền Đông Nam Bộ, nơi có qui mô chăn nuôi lớn. Ước tính sơ bộ, 1 hệ thống sản xuất 4 m3 gas ngày thì tổng lượng gas của 70.000 túi biogas đã tạo ra tới 280.000 m3 gas/ngày, tương đương với 148.000 m3 CH4 (mêtan). Một m3 mêtan khi đốt cháy toả ra một nhiệt lượng tương đương với 1,3 kg than đá; 1,15 lít xăng; 1,17 lít cồn; hay 9,7 kW điện. Điều này đã cho thấy sự tiết kiệm rất lớn nguồn nhiên liệu từ xử lý chất thải chăn nuôi gia súc. Người ta ghi nhận rằng nhiệt năng tạo ra từ 1 lít dầu HFO là 40,9 MJ/lít, trong lúc của khí mêtan là 35,9 MJ/m3 . Như vậy 1,1 m3 mêtan có thể thay thế 1 lít dầu HFO. Tuy nhiên, trong thực tế do hiệu suất đốt lớn hơn trong lò đốt dầu nên chỉ cần 1 m3 mêtan là đủ thay thế cho 1 lít dầu HFO. Hiện nay, ở các trang trại lớn nhà chăn nuôi lựa chọn công nghệ biogas phủ nhựa HDPE lấy gas chạy máy phát điện cung cấp đủ cho nhu cầu năng lượng tại trang trại này với mức chi phí hoàn trả vốn đầu tư trong vòng 1 – 2 năm tùy theo nhu cầu sử dụng tối đa nguồn năng lượng tái tạo này, chưa tính đến việc xây dựng qui trình CDM (Clean development mechanism: Cơ chế phát triển sạch) để bán tín chỉ giảm phát thải. Ví dụ: Ở trại heo 8.000 con, sử dụng 25 triệu đồng tiền điện; đầu tư trang bị hệ thống biogas, máy phát điện để xử lý phân tạo biogas khoảng 200 triệu trong vòng 10 thángđã hoàn trả vốn đầu tư cho hệ thống này. 3.3.2. Các công nghệ biogas phát triển ở nước ta 1. Hầm biogas nắp cố định hình vòm Trung Quốc Đây là loại hầm được nghiên cứu và xây dựng rộng rãi ở Trung Quốc từ năm 1936, sau đó ở nhiều nơi khác cho tới nay. Vật liệu xây dụng chủ yếu là gạch và xi măng. Hầm có cấu trúc vững, độ bên cao, áp suất gas cao. Nhược điểm chủ yếu là cần phải có kỹ thuật viên tay nghề cao để xay dựng và bảo trì, giá thành cao. Hình 9: Hầm biogas nắp cố định kiểu KT.2 (nguồn: mientayvn.com) Hình 10: Lắp đặt thực tế hầm biogas KT.2 (nguồn: Trong những năm vừa qua