Bài giảng Chương 4: Quản lý chất thải chăn nuôi thú y

* Chương 4: Quản lý chất thải chăn nuôi thú y * Tính chất nước thải chăn nuôi thú y Chỉ 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) * THỜI GIAN TỒN TẠI CỦA MỘT SỐ VI SINH VẬT TRONG PHÂN (Strauch, 1987) Salmonella cao nhất 286 ngày trong phân trâu bò B. abortus ít nhất 8 tháng trong phân trâu bò Mycobacterium cao nhất 155 ngày trong phân trâu bò Mycobacterium cao nhất 2 năm trong đất Leptospira có thể sinh sản trong phân được xử lý hiếu khí Virus Aujeszky tồn tại trong phân 3 -15 tuần Virus Marek 7 ngày Virus Teschen 3 - 25 ngày Virus gây African swine fever 60 - 160 ngày Virus FMD 21 -103 ngày * Ô 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) * Xử 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. * Những 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. * Xử 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 peracetic * Xử lý phân/nước thải bằng pp vật lý Tách 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 UV xöû lyù baèng chaát phoùng xaï Tuy nhieân, 2 phöông phaùp naøy hieän khoâng ñöôïc phoå bieán treân thöïc teá * Ủ 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 phân Lên men (fermentation) Sinh khí methane * Các 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: * Biogas Biogas: 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 thải * Biogas: 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. * 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 waste Where 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 Farming * Methane emissions (Tg/a = teragrams per year) (Wikipedia) * * Ủ phân hiếu khí (COMPOSTING) Chi phí đầu tư thấp Phân sau khi ủ dùng làm phân bón Men khởi đầu (starter) có bán trên thị trường, nhưng thường cho hiệu quả thấp Tiêu 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 lại * Ủ (composting) – thông số môi trường Tỷ 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 huỷ pH: 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 thermophiles Thoáng khí kém (yếm khí cao), sự khoáng hoá sẽ giảm, tạo ra mùi hôi thối cao Độ ẩm thường giảm còn 50-60% Độ ẩm cao: quá trình yếm khí tăng Độ ẩm thấp (<12%) ức chế hoạt động của VSV * * Xử lý phân động vật mắc bệnh truyền nhiễm 1. 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 chlorine 3. 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 đốt * Xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính (activated sludge) Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) 1. Lọc thô 2. 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 cơ 3. 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 thải * 4. 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 thải * 5. Lắng & tiệt trùng: - Nước thải được lắng hay ly tâm Chất cặên: nhiệt sinh học, tiêu diệt mầm bệnh trước khi được dùng như phân bón Nước thải: được sát trùng bằng phương pháp vật lý hay hoá học trước khi thải ra môi trường ngoài * Hồ sinh học Tảo Bèo Rau muống * Processes occuring within a wastewater lagoon Uni. Nebraska Lincoln * Quá trình sinh học phân hủy chất thải xảy ra trong 1 ao bèo tấm * Xử 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