Giải pháp kiểm soát mùi hôi bên ngoài chuồng nuôi

Có hai nguồn chính phát thải mùi hôi bên ngoài chuồng nuôi: 1) bể, khu lưu trữ chất thải, và 2) việc sử dụng chất thải làm phân bón cho cây trồng. Tùy thuộc vào nguồn phát thải mùi, các giải pháp quản lý mùi hôi khác nhau được áp dụng.

Kiểm soát mùi từ ao, hồ, bể chứa chất thải

Mùi từ bể chứa chất thải có thể giảm bằng cách duy trì sự pha loãng cần thiết và nâng cao tính đồng nhất của chất thải bằng cách đưa lượng nhỏ chất thải vào bể chứa một cách thường xuyên (Lim và cs., 2004); tuy nhiên, điều này không khả thi bởi vì một lượng lớn chất thải được bài xuất ra và đưa vào bể chứa hàng ngày. Giải pháp để làm loãng chất thải hơn là tách rắn/lỏng, việc này sẽ tách bớt phần chất rắn có thể phân giải, giúp tăng thể tích chứa của bể và giảm mùi.

Điều biết rõ là phần chất rắn và chất hữu cơ trong phân là chất sinh mùi chính trong hoạt động lên men yếm khí (Zhang và cs., 2004). Có nhiều phương pháp khác nhau để tách rắn lỏng, ví dụ như máy tách phân, lắng, ly tâm, xử lý sinh học và thẩm thấu ngược (Moller và cs., 2000; Burton và Turner, 1997). Trong những giải pháp đó, xử lý sinh học, bay hơi, siêu lọc và thẩm thấu ngược là những quy trình phức tạp và rất tốn kém. Lắng lọc, máy tách rắn lỏng, và ly tâm là đơn giản rẻ tiền hơn, nhưng không hiệu quả trong việc tách các chất hữu cơ có kích thước nhỏ. Chất hữu cơ có kích thước nhỏ phân giải một cách nhanh chóng và sinh mùi (Ndegwa và cs., 2002; Zhang và Westerman, 1997). Do đó, hiệu quả giảm mùi biến động lớn phụ thuộc vào thiết bị sử dụng và hiệu quả tách của nó.

Phần lớn hợp chất các-bon cấu trúc nhỏ, protein và chất dinh dưỡng (ni tơ và phốt pho) thường liên kết với vật chất có kích thước nhỏ hơn là với vật chất có kích thước lớn (Ndegwa và cs., 2002; Zhang và Lei, 1998). Ndegwa và cs. (2002) thử nghiệm 7 loại lưới lọc có kích thước khác nhau (<2.0, <1.4, <1.0, <0.5, <0,25, <0,15 và 0,075mm) và nhận thấy hiệu quả của kích cỡ vật chất đến sinh mùi. Họ kết luận rằng vật chất có kích thước nhỏ (0,0075mm) phân giải đáng kể trong 10 ngày, trong khi đó những vật chất có kích thước lớn phân giải từ từ hơn. Do đó, việc tách rắn lỏng nên thực hiện trong vòng 10 ngày đầu tiên sau khi phân được bài xuất ra nhằm tăng hiệu quả tách rắn lỏng Zhu và cs. (2000). Phần lớn chất sinh mùi nằm trong vật chất có cấu trúc nhỏ, giải pháp tách rắn lỏng nên được thiết kế để tách vật chất có kích thước <0,075mm trong 10 ngày sau khi phân được bài xuất nhằm giảm mùi.

Nhằm tăng hiệu quả tách rắn lỏng, các chất keo tụ thường được sử dụng nhưng ảnh hưởng của các hóa chất xử lý đó đến việc giảm mùi, đất và cây trồng chưa được nghiên cứu nhiều (Zhang và Lei, 1998; Zhang và Westerman, 1997). Hjorth và cs. (2009) nghiên cứu tách rắn lỏng từ chất thải sử dụng chất keo tụ và các phương pháp lọc; các tác giả quan sát thấy việc tách rắn lỏng có thể tăng lên bằng cách sử dụng chất keo tụ FeCl3. Các polymer được sử dụng như chất keo tụ, nhưng chất thải cần lượng lớn polymer để có hiệu quả. Tăng lượng chất keo tụ sẽ làm giảm pH của chất thải và giảm mùi. Tuy nhiên, lượng nhỏ chất keo tụ không làm giảm mùi, bởi vì nó không góp phần đáng kể cho việc tách rắn lỏng.

Hạn chế chủ yếu của việc áp dụng phương pháp tách rắn lỏng bằng thiết bị máy móc để giảm mùi là chi phí đầu tư và hoạt động, hiệu quả tách lọc thấp (Zhu và cs., 2000) do tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids – TSS) cao và tỷ lệ thấp chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids – TDS) trong chất thải. Khi chất thải được lưu trữ trong công trình khí sinh học, chất hữu cơ có thể phân giải và TSS chuyển hóa thành TDS do sự phân giải vi sinh vật, dẫn đến giảm hiệu quả tách.

Điều này cho thấy rằng chỉ dùng phương pháp tách lọc sẽ không hiệu quả trong việc giảm mùi, nhưng có thể kết hợp với các giải pháp khác để tăng hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các phương pháp tách lọc rẻ tiền khó tách được vật chất có kích thước nhỏ, những vật chất này phân hủy nhanh chóng và sinh mùi trong quá trình phân giải tự nhiên. Do đó, hệ thống tách rắn lỏng cơ giới có thể kết hợp với giải pháp lên men kỵ khí khô (DAD, >15% chất rắn có thể được áp dụng) và ủ compost chất rắn. Phần chất rắn sau khi tách rắn lỏng có thể được xử lý tiếp với quy trình DAD, và sản xuất ra phân bón hữu cơ có chất lượng hơn với ít mùi phát sinh. Tuy nhiên, giải pháp kết hợp này có thể là gánh nặng tài chính cho người chăn nuôi. Tương tự, chất thải rắn tách được có thể ủ compost, giải pháp này làm giảm mùi và ammonia phát thải trong quá trình lưu trữ.

Sục khí

Sục khí là giải pháp hiệu quả để xử lý chất thải chăn nuôi nhằm có phần chất rắn được phân hủy và kiểm soát mùi (Zhang và cs., 2004) bằng cách hạn chế sinh acids béo bay hơi và các hợp chất sinh mùi khác (Westerman và Zhang, 1997)). Barth và Polkowski (1971) nghiên cứu hiệu quả của việc sục khí đến chất thải bò sữa trong nghiên cứu phòng thí nghiệm và kết luận rằng độ sâu sục khí từ 510 mm đến 610mm có thể giảm hiệu quả mùi. Ginnivan (1983) tiến hành thí nghiệm sục khí cột với chất thải lợn phân giải yếm khí và kết luận rằng sục khí bề mặt với độ sâu từ 80mm đến 400 mm có tác dụng giảm mùi, kết quả này khẳng định các quan sát trước đây rằng sục khí bề mặt có thể được duy trì ở độ sâu nhất định không phân biệt loại chất thải nào nhằm giảm mùi từ bể yếm khí.

Tương tự, các nhà nghiên cứu khác cũng nghiên cứu hiệu quả của sục khí với không sục khí (Al-Kanani và cs., 1991) và sục khí bề mặt (Zhang và cs., 1997) cho chất thải lợn nhằm giảm mùi hôi và họ kết luận rằng sục khí làm giảm đáng kể mùi hôi so với không sục khí. Tuy nhiên, sục khí liên tục cần duy trì nồng độ oxy hòa tan từ 0,5 đến 2,5mg/lít để việc kiểm soát mùi có hiệu quả (Zhang và cs., 1997). Westerman và Arogo (2005) nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống sục khí cùng với việc bổ sung vi sinh trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn, và kết luận rằng chất thải từ bể sục khí có mùi ít hơn nhiều. Tuy nhiên, hệ thống sục khí này cần duy trì nồng độ oxy hòa tan >2mg/l, việc này không hợp lý về mặt kinh tế (Westerman và Zhang, 1997), và sử dụng thiết bị sục khí có công suất thấp hơn được khuyến cáo nhằm giảm sự mất đi của acids bay hơi (Westerman và Zhang, 1997).

Ndegwa (2003) đánh giá ảnh hưởng của việc kết hợp tách rắn/lỏng với sục khí đến kiểm soát mùi và thấy rằng việc tách rắn lỏng trước khi sục khí chỉ mất 1,5 ngày cần để giảm nồng độ VFA đến ngưỡng không chấp nhận được (520 mg/L VFAs) so với 3,0 ngày trước đó và cần lần lượt là 2,3 và 5 ngày để VFAs đạt đến mức chấp nhận được (230 mg/L VFAs) cho việc tách và không tách rắn lỏng. Tương tự, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng 5-10 ngày sục khí ở tỷ lệ 1,0 đến 3,0 mg O2/lít là cần thiết để kiểm soát mùi ở trang trại (Zhang và cs., 2004). Mặc dù sục khí là phương pháp hiệu quả để giảm mùi hôi, nó không được áp dụng rộng rãi bởi chi phí năng lượng cao chi việc sục khí (Zhang và cs., 2004).

Zhu và cs. (2008) phát triển hệ thống sục khí bề mặt với chi phí thấp và đánh giá hiệu quả của nó ở cả trong phòng thí nghiệm và tại bể chứa chất thải của trang trại chăn nuôi lợn. Nó cần 83 và 74 ngày để VFAs và nhu cầu o-xy sinh học hòa tan (Biological Oxygen Demvà – BOD) giảm về mức 230 và 171 mg/lít, ở mức đó mùi hôi không còn được phát hiện nữa. Tuy nhiên, thời gian sục khí tùy thuộc vào nồng độ chất rắn tổng số. Tương tự, Dong và cs. (2009) nghiên cứu hệ thống sục khí giá rẻ sử dụng để giảm mùi từ bể yếm khí trang trại chăn nuôi lợn. Họ thấy rằng sục khí có hiệu quả trong việc giảm mùi nếu duy trì nồng độ DO ở mức >0,5mg/lít. Hơn nữa, việc sục khí trong thời gian dài (7-10 tuần) là cần thiết để giảm nồng độ các hợp chất chỉ thị sinh mùi như BOD và VFAs xuống mức chấp nhận được. Tuy nhiên, mối tương quan giữa VFAs và mùi hôi cũng bị ảnh hưởng bởi pH chất thải (Ndegwa, 2003; Loughrin, 2006). Chất thải có giá trị pH cao hoặc môi trường kiềm sẽ làm giảm sự bay hơi của VFAs và do đó giảm sự đóng góp của nó cho mùi hôi (Ndegwa, 2003). Tuy nhiên, khả năng bay hơi của ammonia tồn tại ở giá trị pH cao.

Công trình khí sinh học (Anaerobic digestion – AD)

Mùi hôi từ chất thải chăn nuôi có thể giảm bằng cách xử lý bước đầu với việc áp dụng công trình khí sinh học (KSH) và tách rắn lỏng (Hjorth và cs., 2009). Công trình KSH tạo ra môi trường thích hợp cho việc phân giải các hợp chất hữu cơ đến sản phẩm cuối cùng ít mùi (Powers, 1999) và sinh khí methan (biogas) có thể dùng để đun nấu và phát điện (Hansen và cs., 2006). Powers và cs. (1999) nghiên cứu ảnh hưởng của công trình KSH đến mùi hôi và nồng độ mùi của chất thải bò sữa, và kết luận rằng thời gian lưu chất thải 20 ngày giảm nồng độ mùi hôi 50% ở trong hệ thống bể khuấy liên tục, nhưng hiệu quả giảm đi trong bể không khuấy. Zhang và cs. (2000) nghiên cứu hệ thống bể KSH xử lý hai giai đoạn và thấy rằng xử lý yếm khí chất thải chăn nuôi có tác dụng ít trong giảm mùi hôi. Hansen và cs. (2006) quan sát thấy công trình KSH rất hiệu quả trong việc giảm VFAs (từ 79 đến 97%), do đó giảm phát sinh mùi. Tương tự, một nghiên cứu khác cũng khẳng định kết quả này (Hjorth và cs., 2009). Tuy nhiên, công trình KSH không hiệu quả cho quy mô vừa và nhỏ (Powers, 1999) và cần nhiều năng lượng để vận hành hệ thống (Zhang và cs., 2000). Kết luận tương tự được đưa ra bởi Sở Thương mại Minnesota (Hoa Kỳ) rằng công trình KSH không có hiệu quả kinh tế cho trang trại ít hơn 12.000 lợn nái, nhưng công trình KSH có thể là giải pháp giảm mùi ở trang trại có quy mô đủ lớn.

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: trung0475@yahoo.com