Thành phần của mùi trong chăn nuôi

Mùi là sản phẩm của mối tương tác phức tạp và là hỗn hợp của các thành phần có mùi và không mùi được sinh ra trong quá trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ trong chất thải vật nuôi (Tyndall và Colletti, 2007; Zahn và cs., 1997).

Chất thải chăn nuôi có các thành phần hữu cơ không tiêu hóa hết bao gồm protein, carbohydrates và mỡ (Varel, 2002). Các thành phần đó phân giải yếm khí và sản sinh ra các hỗn hợp khí mùi khó chịu (Varel, 2002; Mackie và cs., 1998). Hơn 168 hợp chất bay hơi đã được xác định trong các trang trại chăn nuôi lợn, nhiều loại trong số đó không chỉ là nguyên nhân gây mùi khó chịu (Blanes-Vidal và cs., 2009; Chen và cs., 2009; Mackie và cs., 1998), mà còn ảnh hưởng đến sự thỏa mái, sức khỏe và năng suất của vật nuôi cũng như sự thỏa mái và sức khỏe của người chăn nuôi (Mackie và cs., 1998). Tương tự, các nhà khoa học khác chỉ ra rằng hơn 160 hợp chất có mùi đã được xác định trong phân, nhiều trong số đó được sản sinh bởi sự phân giải của protein trong phân (Hobbs và cs., 1996).

 Nguồn gốc của mùi

Mùi thức ăn và vật nuôi không phải là nguồn gây mùi hôi, nhưng mùi phát sinh từ phân giải yếm khí của phân trong quá trình thu gom, quản lý, lưu trữ và sử dụng làm phân bón cho cây trồng gây mùi hôi chính (Mackie và cs., 1998). Mùi hôi phát sinh từ phân chủ yếu là do phân giải không triệt để của các chất hữu cơ có trong phân như protein, carbohydrates và chất béo. Những hợp chất có mùi có thể được chia làm 5 loại khác nhau (Rappert và Muller, 2005): i) Acid béo bay hơi (VFAs), ii) Các hợp chất thơm (indoles và phenols), iii) Hợp chất chứa ni tơ (ammonia và amines bay hơi), iv) Alcohols, và v) Hợp chất chứa sulfur (hydrogen sulfide và mercaptans).

Kết quả là, mùi từ phân là hỗn hợp của nhiều loại khí. Mùi từ bên trong cơ sở nuôi lợn chủ yếu là do phân giải chất thải trong điều kiện yếm khí, đây là quá trình lâu dài và sản sinh mùi liên tục trong thời gian dài (Varel, 2002). Phần lớn các hợp chất mùi quan trọng phát sinh từ chất thải chăn nuôi là các acid béo bay hơi (VFAs), do bản chất nồng độ cao hoặc ngưỡng mùi thấp của chúng (McCrory và Hobbs, 2001). Mùi từ chuồng nuôi, khu vực chứa chất thải, khu vực xử lý chất thải và sử dụng chất thải làm phân bón cho cây trồng là mối quan tâm lớn bởi ảnh hưởng bất lợi của nó đến kinh tế địa phương và chất lượng cuộc sống (BlanesVidal và cs., 2009). Do đó, đây là thách thức cho các nhà nghiên cứu và cung cấp công nghệ để phát triển những giải pháp làm giảm mùi khó chịu và ô nhiễm không khí.

Giải pháp xử lý mùi hôi

Có 3 nguồn phát sinh mùi chính từ cơ sở chăn nuôi, đó là chuồng nuôi, nơi lưu giữ chất thải và việc sử dụng chất thải làm phân bón cho cây trồng (Rahman và Borhan, 2012).

Giải pháp xử lý mùi trong chuồng nuôi

Mùi cảm nhận được là kết quả của hỗn hợp các loại khí trong không khí; tuy nhiên, ammonia (NH3) và hydrogen sulfide (H₂S ) là những khí chủ yếu liên quan đến chất thải chăn nuôi lợn (Blanes-Vidal và cs., 2009; Ni, 2000). Con người thường chỉ ngửi thấy H₂S  ở nồng độ rất thấp (0,0005 – 0,3ppm); tuy nhiên, tiếp xúc trong thời gian ngắn với nồng độ cao (500 ppm) có thể gây ra mất nhận thức (ATSDR, 2006). Tiếp xúc khí H₂S ở nồng độ thấp có thể gây ngứa mắt, mũi và cổ họng, và khó thở. Viện Nghiên cứu quốc gia về An toàn và Sức khỏe nghề nghiệp của Mỹ (OSHA) đã đưa ra giới hạn tiếp xúc khí H₂S  ở nồng độ 10ppm trong tối đa 10 phút. Tương tự, tiếp xúc với khí NH3 ở nồng độ cao có thể gây ngứa mắt, da, cổ họng, phổi và có thể gây ho và bỏng (ATSDR, 2006). Viện Nghiên cứu quốc gia về An toàn và Sức khỏe nghề nghiệp của Mỹ (OSHA) đã thiết lập giới hạn tiếp xúc với khí NH3 ở nồng độ 25 ppm trong vòng 8 giờ và thời gian ngắn (15 phút) khi tiếp xúc ở nồng độ 35 ppm.

Nói chung, mùi phát sinh từ chuồng nuôi lợn khi phân được lưu trữ yếm khí trong thời gian dài. Mùi sinh ra từ chuồng nuôi phát tán trong không khí đến hàng xóm (Powers, 1999), dẫn đến phát sinh phiền toái. Giải pháp kiểm soát mùi hôi phát sinh từ chuồng nuôi bao gồm dọn phân càng nhanh càng tốt, thay đổi khẩu phần, tách rắn/lỏng chất thải, và sử dụng chất bổ sung. Trong các giải pháp đó, thay đổi khẩu phần là tuyến phòng thủ đầu tiên để giảm mùi ở tại nguồn bằng cách giảm nồng độ các hợp chất sản sinh mùi được bài tiết trong phân và nước tiểu (Sutton và cs., 1999).

Không khí chuồng nuôi chất lượng tốt quan trọng cho sự an toàn của người chăn nuôi, năng suất vật nuôi, và cả sức khỏe của người và vật nuôi. Do đó, điều quan trọng là kiểm soát mùi hôi chuồng nuôi.

Sử dụng chất bổ sung trong chuồng nuôi

Một vài nghiên cứu đã tiến hành nhằm đánh giá việc sử dụng chất bổ sung cho bể thu phân dưới sàn chuồng, phun lên chất thải nhằm giảm mùi hôi (Miner, 1997). Kim và cs. (2008) đánh giá và so sánh hiệu quả của các loại chất bổ sung khác nhau (nước từ vòi, nước muối, phân đã xử lý, sản phẩm vi sinh, dầu đậu tương, gia vị nhân tạo và tinh dầu) để làm giảm mùi phát sinh từ chuồng nuôi lợn. Họ quan sát thấy rằng nước muối, gia vị nhân tạo, dầu đậu tương và tinh dầu có tác dụng giảm mùi; tuy nhiên, chỉ có gia vị nhân tạo và tinh dầu có hiệu quả giảm mùi. Tương tự, Jacobson và cs. (1999) cho biết giảm được mùi (150 đơn vị mùi ở chuồng nuôi có áp dụng giải pháp so với 400 đơn vị ở chuồng nuôi không áp dụng) và giảm bụi phát sinh bằng cách phun dầu cải với tỷ lệ 5-40 ml/m2 /ngày. Feddes và cs. (1999) báo cáo rằng mùi giảm được 20% khi phun dầu hạt cải với liều lượng 30-60 ml/m2 /tuần.

Kết quả giảm mùi này dường như do việc giảm tinh thể bụi trong không khí, những tinh thể bụi này mang những hợp chất bay hơi có mùi (Pedersen và cs., 2000). Theo thời gian, chất bổ sung sinh học có thể phân giải bởi các vi sinh vật, điều này làm giảm hiệu quả của phương pháp. Tuy nhiên, Varel (2002) thấy rằng các chất bổ sung đóng vai trò như nhân tố kháng vi khuẩn (các loại dầu có nguồn gốc thực vật) không bị phân hủy trong môi trường yếm khí, có thể duy trì hiệu quả giảm mùi trong thời gian dài hơn. Miner (1997) cho rằng một lượng nhỏ chất bổ sung sử dụng cho bề mặt phần lớn có thể không làm giảm mùi bằng cách thay đổi một cách hiệu quả cách thức nó phân giải. Phun chất bổ sung là dầu cũng để lại một lớp trên bề mặt các vật trong chuồng nuôi, điều này gây phiền toái với người chăn nuôi và là vấn đề khi phải vệ sinh chuồng trại sau mỗi lứa nuôi lợn (Nicolai và Hofer, 2008).

Bổ sung/sử dụng vi sinh vật hữu ích (Effective Microorganisms-EM)

Sử dụng chế phẩm vi sinh vật hữu ích (Effective Microorganisms-EM) phun vào chuồng nuôi, cho vào bể thu chất thải, dùng để ủ compost giảm nồng độ khí NH3, H₂S , CO2 và mùi hôi trong chuồng nuôi lợn. Yongzhen và Weijiong (1994) cho biết bổ sung EM vào nước uống giúp giảm nồng độ ammonia chuồng nuôi 42,12%; sử dụng EM để ủ lên men thức ăn giảm ammonia 54,25% và khi kết hợp cả hai giải pháp làm giảm ammonia 69,7%. Nuillah và cs. (2018) báo cáo rằng bổ sung chế phẩm EM cho đệm lót chuồng nuôi giúp giảm nồng độ ammonia chuồng nuôi so với đối chứng. Bổ sung chế phẩm EM vào khẩu phần ăn làm giảm mùi hôi trong chăn nuôi bò sữa (Mohamed và cs., 2018). Phun chế phẩm EM làm giảm đáng kể mùi hôi chuồng nuôi, mương thoát chất thải, khu chứa chất thải trong chăn nuôi lợn và gia cầm (Alama và cs., 1995).

Weijiong và Yongzhen (2008) nghiên cứu bổ sung chế phẩm EM trong chăn nuôi gia cầm; gồm các giải pháp như: (1) Bổ sung vào thức ăn hoặc nước uống; (2) Bổ sung vào cả thức ăn nước uống, và so sánh với việc không bổ sung. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung đã làm giảm đáng kể mùi hôi từ chất thải, cùng với việc giảm nồng độ khí NH3 từ 42 đến 70% so với nhóm không bổ sung (Weijiong và Yongzhen, 2008). Sử dụng chế phẩm EM giúp giảm nồng độ khí NH3 và H₂S  trong chăn nuôi (Young và Yun, 2019). Bổ sung chế phẩm EM (Lactobacillus) hạn chế vi sinh vật có hại và cải thiện tỷ lệ tiêu hóa do đó làm giảm NH3 trong chất thải (Nguyen và cs., 2018).

Tách rắn lỏng chất thải

Tách rắn/lỏng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát mùi trong quá trình thu gom, lưu trữ, và sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Một điều tin rằng phần lớn các hợp chất hữu cơ sinh mùi có trong phần chất thải rắn và do đó tách phân rắn lỏng có thể giảm mùi phát sinh (Ndegwa và cs., 2002). Phần chất thải rắn tách được sẽ có thể tích nhỏ hơn rất nhiều so với phần chất lỏng và phần chất lỏng sẽ có phần chất hữu cơ có thể phân giải yếm khí ít hơn, và do đó sẽ ít phát sinh mùi hơn. Phần lớn việc giảm mùi xảy ra nếu như phần chất thải rắn được tách càng sớm ngay khi chất thải được bài xuất ra.

Tách rắn lỏng nhanh cũng giảm bề mặt tương tức giữa không khí và phân, do đó giảm mùi phát sinh. Kroodsma (1985) báo cáo rằng việc giảm mùi thành công từ chuồng lợn bằng cách tách rắn lỏng ngay sau khi phân được bài xuất ra. Tuy nhiên, khi phân, nước tiểu và nước được trộn lẫn, một phần của phân bị trộn lẫn và điều này làm cho việc tách rắn lỏng khó khăn hơn (Ndegwa, 2003). Phần lớn hợp chất hữu cơ có thể phân giải phát sinh mùi (hợp chất có các bon dạng nhỏ, protein, và chất dinh dưỡng) thường liên kết với các vật thể nhỏ hơn là với các vật thể dạng lớn (Ndegwa và cs., 2002; Zhang Lei 1998), nên khó tách.

Phèn nhôm hoặc polymer có thể được sử dụng để tăng hiệu quả tách, nhưng cần sử dụng một lượng lớn hóa chất và ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất đó chưa được nghiên cứu nhiều. Trong bất cứ trường hợp nào, tách rắn lỏng là phương pháp vật lý để giảm mùi, nhưng việc có ít thông tin trong thực tế sản xuất để ý tưởng này có thể được áp dụng vào trong thiết kế tương lai cho việc thu gom và quản lý chất thải. Pain và cs., (1990) tiến hành thí nghiệm tách rắn lỏng và xử lý hiếu khí để giảm mùi. Họ phát hiện rằng tách rắn lỏng giảm mùi 26%, trong khi đó kết hợp tách rắn lỏng và xử lý hiếu khí giảm mùi 55%. Bên cạnh đó, duy trì gia súc, sàn, chuồng và bề mặt sạch sẽ giúp giảm mùi (Lemay, 1999). Thường xuyên thu gom phân sẽ hạn chế phân hủy lên men yếm khí phân trong chuồng và hạn chế mùi phát sinh. Giải pháp tối ưu nhất và được sử dụng nhiều nhất cho đến ngày nay là cào/dọn phân thường xuyên, việc này giúp giảm NH3 phát thải khoảng 50% (Swierstra và cs., 2001).

Thay đổi khẩu phần

Thông thường, lợn sinh trưởng-vỗ béo sản sinh ra lượng lớn phân do chuyển hóa thức ăn không hiệu quả, kết hợp với hệ thống trao đổi và tiêu hóa. Do đó, phân giải không triệt để protein và carbohydrates trong phân dẫn đến sản sinh các hợp chất có mùi (Sutton và cs., 1999).

Việc thay đổi khẩu phần ăn có thể giảm mùi từ phân mà không ảnh hưởng đến năng suất vật nuôi (McGinn và cs., 2002). Một số nghiên cứu chỉ ra rằng giảm protein thô (CP) trong khẩu phần dẫn đến làm giảm ni tơ (N) trong phân và do đó giảm mùi. Hobbs và cs. (1996) quan sát thấy giảm CP trong khẩu phần từ 21% xuống 14% làm giảm N bài xuất trong phân từ 19% xuống 13%, trong khi đó giảm CP bổ sung với amino acids tổng hợp làm giảm N bài xuất trong phân 40% (Sutton và cs., 1999).

Một nghiên cứu tương tự được thực hiện bởi Kay và Lee (1997) cũng thấy rằng N bài xuất trong phân giảm 41% và NH3 giảm từ 47% đến 59%. Tương tự, Sutton và cs. (1999) cho biết khi CP giảm từ 18% xuống 10% với việc bổ sung thêm amino acids tổng hợp, ammonium và N tổng số ở trong phân giảm lần lượt là 40% và 42%. Kendall và cs. (1998) báo cáo rằng việc giảm CP 4,5% và bổ sung khẩu phần với amino acids tổng hợp có thể làm giảm mùi và NH3 phát thải một cách hiệu quả từ chuồng nuôi.

Tương tự, Hayes và cs. (2004) tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của CP trong khẩu phần vỗ béo lợn đến mùi và NH3 phát thải và kết luận rằng giảm tỷ lệ CP khẩu phần là giải pháp rẻ tiền để hạn chế mùi từ chuồng nuôi lợn. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu của Le và cs. (2009) kết luận rằng giảm CP khẩu phần từ 15% xuống 12%, hoặc bổ sung đủ cho nhu cầu dinh dưỡng của vật nuôi không làm giảm mùi từ phân lợn, mặc dù giảm 9,5% NH3 phát thải. Nghiên cứu khác cũng cho biết giảm tỷ lệ CP khẩu phần từ 16,8% xuống 13,9% không làm giảm mùi (Clark và cs., 2005). Do đó, có sự khác nhau về kết quả nghiên cứu giữa các nhà khoa học nhằm đưa ra khoảng tỷ lệ CP phù hợp, với tỷ lệ đó giúp làm giảm N bài xuất và giảm mùi chất thải mà vẫn đảm bảo năng suất vật nuôi.

Bã rượu khô (Distillers’ Dried Grain with Solubles – DDGS) đã được sử dụng để thay thế một phần trong khẩu phần chăn nuôi có thể làm tăng mùi chất thải (Rahman và Borhan, 2012). Phần lớn bã rượu khô được sử dụng trong khẩu phần cho gia súc nhai lại, nhưng bã rượu khô cũng được sử dụng cho gia súc dạ dày đơn (Shurson và cs., 2004; Yoon và cs., 2010).

Tuy nhiên, bã rượu khô được sử dụng dần cho lợn. Hao và cs. (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của bã rượu khô đến thành phần phân và chất thải của bò vỗ béo (tỷ lệ 0, 20, 40, và 60% trong khẩu phần) và quan sát thấy rằng với tỷ lệ 40% và 60% trong khẩu phần, dường như acids béo bay hơi (VFAs) tăng; điều này dẫn đến tăng mùi, vốn được sinh ra từ việc phân giải xơ và protein (Hobbs và cs., 1996).

Họ đề nghị rằng 20% hoặc ít hơn tỷ lệ bã rượu khô trong khẩu phần có thể là giải pháp để hạn chế acids béo bay hơi sản sinh từ việc phân giải xơ và protein (Hobbs và cs., 1996). Tuy nhiên, nghiên cứu của họ chỉ tiến hành trên bò và họ không đánh giá ảnh hưởng của bã rượu khô đến phát thải mùi từ phân lợn. Yoon và cs. (2010) nghiên cứu ảnh hưởng của bã rượu khô đến năng suất của lợn và quan sát thấy rằng bổ sung 10% và 15% bã rượu khô đến khẩu phần của lợn sinh trưởng không làm tăng mùi chất thải. Tương tự, Gralapp và cs. (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng 5 và 10% bã rượu khô trong khẩu phần đến đặc điểm và sự phát thải mùi từ lợn và họ thấy rằng việc sử dụng này không có ảnh hưởng nào đến mùi. Tuy nhiên, họ đề nghị rằng bã rượu khô có tỷ lệ sulfur cao hơn so với ngô và khô đậu tương và việc quá nhiều sulfur trong khẩu phần có thể dẫn đến nặng mùi chất thải.

Nguyễn Thành Trung, Đặng Vũ Hòa, Đào Thị Bình An,

Dương Thị Oanh, Lê Văn Dũng,

Nguyễn Thị Mai Phương, Nguyễn Thị Hoàng Anh

Bộ môn Nghiên cứu Hệ thống và Môi trường chăn nuôi – Viện Chăn nuôi

Tác giả liên hệ: TS. Nguyễn Thành Trung,. Tel: 0962011497. Email: [email protected]