Nghiên cứu xử lý NH3 trong không khí chuồng chăn nuôi lợn bằng dung dịch siêu oxy hóa

ThS. Trần Mạnh Hải^*1, CN. Trần Đức Dự¹, PGS.TS. Nguyễn Hoài Châu¹

¹ Viện Công nghệ môi trường- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam;
Nhà A30, số 18- Hoàng Quốc Việt- Cầu Giấy- Hà Nội

^*Email: haitm.iet@gmail.com

TÓM TẮT

Chất thải chăn nuôi gia súc toàn cầu tạo ra chiếm tới 65% NH₃[7]. Nồng độ trung bình của NH₃ trong khí thải từ chuồng nuôi là 3700 µg/m³ trong khi ngưỡng mùi của nó là 27 µg/m³[5]. Phun sương dung dịch chất oxy hóa SOS (Super Oxidized Solution) là một trong các biện pháp hiệu quả để xử lý NH₃ trong không khí chuồng nuôi lợn.Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, phun sương dung dịch SOS vào trong chuồng nuôi lợn có thể xử lý được83% NH₃ trong khí thải từ chuồng nuôi lợn với thời gian phun 15 phút, tốc độ tạo sương là 2 lít/ phút và nồng độ chất oxy hóa tính theo clo hoạt tính là 250 mg/l.

Từ khóa: SOS, phun sương, NH₃                               

ABSTRACT

Livestock waste on global generated about 65% NH₃[7]. The average concentration of NH₃ in the exhaust gas from the piggeryof 3700µg/m³ while its odor threshold is 27 µg/m³[5].Misting SOS solution is one of the effective methods to treat odour (NH₃) frompiggery. The experimental results indicate that spray of SOS solution  into pig house can remove 83% of NH₃ emissions from piggery with 15 minutes spraying time, atomization rateof 2 liters/ minute and concentration of oxidants calculated is 250 mg/ l (in chlorine activity).

Keywords:  SOS, misting, NH₃

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Ô nhiễm mùi gây ra bởi hoạt động chăn nuôi không chỉ là vấn đề ở Việt Nam mà còn cả ở các nước phát triển.Tuy nhiên, hiện nay chưa có phương pháp chuẩn nào dùng để xác định mùi.

TheoCurtis[4],có bốn nhóm mùi tại các cơ sở chăn nuôi: (1) các axit béo bay hơi, (2) các hợp chất lưu huỳnh; (3) indoles và phenol; (4) amoniac và amin dễ bay hơi.Chất thải chăn nuôi gia súc toàn cầu tạo ra chiếm tới 65% NH₃, điều này có nghĩa là chăn nuôi là một trong các tác nhân chính làm tăng khí nhà kính [7]. Nồng độ NH₃ trong khí thải từ chuồng nuôi lợn dạng kín cao hơnmức cho phép khoảng 30-40 lần[2]. Nồng độ trung bình của NH₃ trong khí thải từ chuồng nuôi là khoảng 3700 µg/m³, ngưỡng gây mùi của nó là 27 µg/m³[5], đó là lí do tại sao các trang trại chăn nuôi lợn thường gặp các vấn đề về mùi.

Để xử lý triệt để mùi, có các phương pháp sau: hấp thụ, hấp phụ; oxy hóa bằng nhiệt, oxy hóa hóa học,xử lý sinh học, oxy hóa phi nhiệt (UV, oxy hóa lạnh, . . .)[8]. Trong xử lý mùi bằng phương pháp hóa học,các hợp chất mùi được hấp thụ và sau đó bị oxy hóa bởi các chất có tính oxy hóa.Lợi thế của phương pháp này là nồng độ của dung dịch có thể thay đổi để đáp ứng với biến động mức độ mùi. Các hệ thống này thường là phương pháp ít tốn kém nhất trong xử lý mùi cường độ cao. Diện tích và chi phí cho phương pháp này thường năm giữa “oxy hóa nhiệt” và “lọc sinh học”[8].

Việc áp dụng kỹ thuật nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với chăn nuôi lợn bằng phương pháp ướt kiểu chuồng kín (thông gió để làm thoáng và duy trì nhiệt độ trong chuồng là bắt buộc) thì khả thi nhất là xử lý hóa học hoặc lọc sinh học. Tuy nhiên lọc sinh học bị ràng buộc bởi yếu tố quạt hút khí, với một hệ thống xử lý nhất định thì quạt hút phải đảm bảo áp lực tối thiểu đủ để đẩy khí qua lớp vật liệu tiếp xúc. Trong khi với chuồng nuôi lợn như đã nêu thì khi trời nóng thì sử dụng nhiều quạt thông gió và đưa nước làm qua giàn mát để giảm nhiệt, trời mát thì chỉ chạy quạt thông gió với lượng hạn chế đủ để làm thoáng khí trong chuồng nuôi. Xử lý hóa học nếu áp dụng kỹ thuật tiếp xúc cũng bị hạn chế trên, tuy nhiên có thể áp dụng kỹ thuật đưa dung dịch hóa chất vào trong chuồng nuôi, khi đó hóa chất cần đáp ứng yêu cầu là thân thiện với động vật máu nóng.

SOS là dung dịch thu được bằng cách điện phân dung dịch muối natri clorua nồng độ 1 g/l bằng buồng điện phân PEM-11 (Nga), ở mật độ điện trường 1186 A/m² đến 1525 A/m². Dung dịch thu được có thành phần chính gồm các chất: HClO, ClO₂, HClO₃, HClO₄, H₂O₂, O₂, ClO^–, ClO₂^–, ClO₃^–, O^*, HO₂^–, OH^*… [1]. Các đặc trưng chínhcủa dung dịch SOS nhưsau:pH~6,5-8,5; Nồng độ chất oxy hóa tính theo clo hoạt tính [Cl^*]_ht ~ 250-300 mg/l; thế oxi hóa khử [ORP] ~ 800-1000 mV. Một đặc tính hết sức quan trọng của dung dịch này là tính thânthiện với môi trường và động vật. Các nghiên cứu mới nhất cho thấy dung dịch này có tính oxy hóa mạnh, thân thiện với môi trường, an toàn cho người sử dụng[9]. Dung dịch này còn được dùng để cho vào nước uống với lượng thích hợp để phòng bệnh cho lợn, phun sương để khử trùng không khí, làm sạch dụng cụ, khử trùng bề mặt, điều trị vết thương[6]… Việc sử dụng dung dịch Anolyte để khử trùng, tiền tiệt trùng và tiệt trùng trong y tế được phổ biến ở nước Nga vào năm 2001[3] hoàn toàn phản ánh đầy đủ xu hướng nói trên.

Như vậy, việc ứng dụng SOS để khử mùi chuồng trại chăn nuôi là hoàn toàn có tính khả thi. Trong nghiên cứu này sẽ đánh giá khả năng xử lý NH₃bằng cách phun sươngdung dịch SOS vào trong chuồng nuôi lợn dạng kín.

II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thí nghiệm được tiến hành với chuồng nuôi lợn thịt tại Trang trại Hòa Bình Xanh (xã Hợp Hòa- Lương Sơn – Hòa Bình). Chuồng nuôi lợn là chuồng kín, đây là kiểu chuồng nuôi ở mức quy mô công nghiệp phổ biến nhất ở nước ta hiện nay.Kích thước chuồng nuôi: dài x rộng x cao = 40 (m) x 8 (m) x 2,5 (m).Số đầu lợn dao động khoảng 350 con, trọng lượng khoảng 70–100kg/con.

Trình tựthí nghiệmnhư sau:

Dung dịch SOS được phun sương vào chuồng nuôi lợn bằng thiết bị phun sương Model TN VED 8424309000- LB Nga, các thông số của thiết bị phun như sau: Kích thước hạt: 2 – 100 micron; Công suất tạo sương: 2 lít/ phút; Tầm xa: max 50m.- Xác định nồng độ NH₃ trong không khí chuồng nuôi (vị trí X) trước khi phun sương dung dịch SOS.

– Phun sương dung dịch SOS, tốc độ tạo sương 2lít/phút, thời gian phun 15 phút.

– Xác định nồng độ NH₃ trong không khí chuồng nuôi (vị trí X) sau khi phun sương dung dịch SOS ở các thời điểm khác nhau.

Vị trí đặt máy đo như hình 1.

NH₃ được được xác định bằng máy đo nhanh, liên tục Multiwarn II Drager, Đức.

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Theo trình tự thí nghiệm trên, các thí nghiệm phun sương  dung dịchSOS(nồng độ 250 mg/l) để xử lýNH₃ được thực hiện với thời gian phun là 10 và 15 phút (15 phút là khoảng thời gian hoạt động tối đa của thiết bị cho 1 chu kỳ, sau đó thiết bị cần dừng để làm mát). Kết quả thực nghiệm thu được như sau:

Bảng 1.Diễn biến nồng độ NH₃ (µg/m³) trong không khí chuồng nuôi

sau khi phun dung dịch SOS với thời gian phun 10 phút

Ghi chú: T- thời gian sau khi phun; H- hiệu suất khử mùi

Bảng 2.Diễn biến nồng độ NH₃ (µg/m³) trong không khí chuồng nuôi

sau khi phun dung dịch SOS với thời gian phun 15 phút

Ghi chú: T- thời gian sau khi phun; H- hiệu suất khử mùi

Từ Bảng 1 và Bảng 2 cho thấy:

(1)Có sự chênh lệch lớn về nồng độ NH₃ trước và sau rửa chuồng (thời điểm 0 phút), chênh lệch nồng độ NH₃ trước và sau rửa chuồng vào buổi sáng khoảng 1,98 -1,99 lần, buổi chiều 2,24-2,59 lần;

(2) Thời gian cần để phân bố đồng đều các hạt sương có xu hướng tăng khi tăng thời gian phun và cũng tại thời điểm này thì hiệu suất khử mùi đạt cao nhất (13 phút ở thời gian phun 10 phút và 15 phút ở thời gian phun 15 phút).

(3) Khi tăng thời gian phun (tăng lượng hạt sương) thì thời gian duy trì hiệu quả khử mùi (NH₃) ở mức cao nhất cũng tăng theo, với trường hợp phun 10 phút thì khoảng thời gian này đạt 7 phút (từ phút 13 đến phút 20), trong khi với trường hợp phun 15 phút thì khoảng thời gian này đạt 10 phút (từ phút 15 đến phút 25).

(4) Hiệu suất khử mùi tăng khi tăng thời gian phun (tăng lượng hạt sương):

– Trong trường hợp phun 10 phút thì hiệu suất khử NH₃ đạt mức cao nhất (69% đến 73%) ở phút thứ 13, mức này được duy trì đến khoảng phút thứ 20 (hiệu suất xử lý còn 67 đến 71%). Sau đó, hiệu suất khử NH₃ giảm dần theo thời gian.

– Trong trường hợp phun 15 phút thì hiệu suất khử NH₃ đạt mức cao nhất (78% đến 83%) ở phút thứ 15, mức này được duy trì đến khoảng phút thứ 25 (hiệu suất xử lý còn 75 đến 82%). Sau đó, hiệu suất khử NH₃ giảm dần theo thời gian.

(5) Hiệu suất khử mùi (NH₃) sẽ cao hơn nếu chỉ tính theo nồng độ chất ban đầu, bởi thực tế trong quá trình khử mùi trên thì NH₃ vẫn tiếp tục sinh ra do quá trình bài tiết từ lợn, từ sự phân hủy chất thải… trong chuồng nuôi. Có thể thấy rõ điều này qua bảng kết quả trên: từ phút 20 (bảng 1) mức tăng cao nhất ở các phút 30, 40 và 50 lần lượt là 342, 379 và 512 µg/ 10 phút; từ phút 35 (bảng 2) mức tăng cao nhất ở các phút 35, 45 và 55 lần lượt là 372, 402 và 459µg/ 10 phút.

KẾT LUẬN

Mùi (NH₃) sinh ra từ hoạt động chăn nuôi lợn là rất lớn. Xử lý mùi bằng dung dịch điện hóa SOS là một biện pháp rất khả thi.

Khi tăng thời gian phun (tăng lượng sương) thì thời gian để phân bố đồng đều sương sau phun và khoảng thời gian duy trì hiệu suất khử mùi cực đại cũng tăng theo. Với địa điểm thử nghiệm nêu trên, với thời gian phun sương 10 phút hiệu suất khử mùi đạt cao nhất là 73% ở phút thứ 13 sau khi phun và với thời gian phun sương15 phúthiệu suất khử mùi đạt cao nhất là 83% ở phút thứ 15 sau khi phun.

Có thể tăng hiệu suất khử mùi lên nữa nếu tăng lượng sương SOS bằng cách tăng thời gian hoặc tăng công suất thiết bị tạo sương.

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu,Dung dịch hoạt hóa điện hóa, công nghệ và ứng dụng, p.86-87. Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ, 2015.
2. Nguyễn Hoài Châu, Phạm Hoàng Long, Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường tại một số trang trại chăn nuôi tiêu biểu–Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 46, tập 6A, 2008.
3. Bộ Y tế LB Nga, “Hướng dẫn sử dụng dung dịch hoạt hoá điện hoá đa năng về phương diện sạch sinh thái để chống nhiễm khuẩn vệ sinh tiền tiệt trùng và tiệt trùng trong y tế “ – Maxtcơva 2001
4. Curtis S.E, Environmental Management in Animal Agriculture. Ames, IA: Iowa State University Press, 1993
5. Phung D. Le, Andre ´ J. A. Aarnink*, Nico W. M. Ogink, Odour from animal production facilities: its relationship to diet, Nutrition Research Reviews(2005),18, 3–30.
6. Effect of Electrolyzed Water on Wound Healing; Artificial Organs 2000; 24:984-987
7. The Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Livestock’s Long Shadow: Environmental Issues and Options,
8. Schlegelmilch *, J. Streese, R. Stegmann; Odour management and treatment technologies: An overview; 2005
9. NEW research AQUAOX2011- AQUAOX LLC 6820, Lyons Technology Circle, Suite 205, FL-33073 Coconut Creek, USA, aquaox.net

………………………………………………………………………………….

Nguồn: Trích dẫn từ kỷ yếu Hội nghị môi trường toàn quốc lần thứ IV, Bộ tài nguyên và Môi trường, Hà Nội, 29/09/2015

…………………………………………………………………………………..