Cultivation of high quality Azolla (Azolla microphylla) using swine wastewater for agricultural application

Abstract

Currently, pig farms in Thailand are expanding and spreading throughout all regions and shifting from an agricultural society to an industrial society. This expansion is driven by the increasing demand from consumers, both domestically and internationally, which requires more intensive and intensive pig farming operations. However, this has resulted in a significant increase in waste generation, particularly regarding wastewater. The farms need help in treating wastewater to the standards before discharge. Azolla, a floating fern, has gained significant attention due to its sustainable agricultural potential, ease of use, and low cost. The objective of this study is to investigate Azolla cultivation on secondary treated wastewater from three pig farms: the breeder farm (BR), the finisher farm (FS), and the biogas system of the finisher farm (Bio) serve as a nutrient source enhanced with effective microorganisms (EM) to improve efficiency. The analysis focuses on Azolla’s growth rate, biomass production, and nutrient uptake efficiency. Additionally, the study analyzes the quality of the wastewater, including parameters such as Biochemical oxygen demand (BOD), Chemical oxygen demand (COD), Nitrogen, Phosphorus, and Potassium after the cultivation.

The results showed that Azolla growth was better in the EM pre-treated wastewater compared with the untreated group. Azolla in the BREM, FSEM, and BioEM had doubling times of 5.32, 5.92, and 13.56 days, respectively. The relative growth rate (RGR) was 12.98, 10.00, and 2.70 g/day, respectively. Dry matter was 8.27, 9.43, and 7.47 %, respectively, and the ash content was 20.00, 24.30, and 27.60 %, respectively. Nutritional of Azolla showed the value of Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), fat, fiber, calcium (Ca), potassium (K), and phosphorus (P) in standard levels. These values indicated that Azolla has the potential to be utilized in various agricultural applications in the future. Wastewater quality after Azolla cultivation decreased BOD 45-80%, COD 50-80%, TKN 30-90%, TP 40-80%, and TK 60-80%. The experimental results demonstrate that the use of Azolla can significantly improve the quality of wastewater.

This study has significant implications for sustainable agriculture and wastewater management. Cultivating Azolla with wastewater from pig farms and treated EM is a good solution for reducing the environmental impact of wastewater discharge. Azolla biomass offers value for agricultural uses like supplementing animal feed or making organic fertilizer.

ปัจจุบันฟาร์มเลี้ยงสุกรมีการขยายตัวเพิ่มขึ้น กระจายตัวอยู่ทั่วทุกภาคของประเทศไทย เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสังคมแบบเกษตรกรรมเป็นสังคมอุตสาหกรรม ทำให้ฟาร์มที่เลี้ยงสุกรเพิ่มขนาดใหญ่ขึ้น จํานวนสุกรมากขึ้นเพื่อเป็นการตอบสนองต่อความต้องการของผู้บริโภคทั้งในและต่างประเทศ ส่งผลให้ปริมาณของเสียเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะน้ำเสียซึ่งเป็นปัญหาให้กลุ่มฟาร์มผู้เลี้ยงสุกรเนื่องจากระบบบำบัดที่นำมาใช้ยังไม่สามารถปรุปปรุงคุณภาพน้ำเสียให้ผ่านค่ามาตรฐานก่อนการปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม การใช้แหนแดงซึ่งเป็นเฟิร์นน้ำลอยน้ำได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีศักยภาพในการใช้งานด้านการเกษตรที่ยั่งยืน ทำได้ง่าย ต้นทุนต่ำ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเพาะเลี้ยงแหนแดงคุณภาพสูงโดยใช้น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดขั้นที่ 2 จากฟาร์มสุกร 3 แหล่ง ได้แก่ ฟาร์มสุกรพ่อ-แม่พันธุ์ (Breeder farm: BR) ฟาร์มสุกรขุน (Finisher farm: FS) บ่อไร้อากาศฟาร์มสุกรขุน (Biogas of Finisher farm: Bio) เป็นแหล่งธาตุอาหารและเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการเติมจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพ (Effective microorganism, EM) วิเคราะห์การเจริญเติบโตของแหนแดง ได้แก่ อัตราการเจริญเติบโต การผลิตชีวมวล และประสิทธิภาพการดูดซึมธาตุอาหาร การวิเคราะห์คุณภาพน้ำ ได้แก่ BOD COD ระดับไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม หลังการเพาะเลี้ยง

ผลการวิเคราะห์พบว่าแหนแดงเจริญได้ดีในน้ำเสียที่มีการปรับสภาพด้วย EM ก่อนการเพาะเลี้ยงทั้ง 3 แหล่ง เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับการปรับสภาพ แหนแดงในน้ำเสียกลุ่ม BREM, FSEM, BioEM มีระยะเวลาการเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่า เท่ากับ 5.32, 5.92 และ 13.56 วัน ตามลำดับ อัตราการเจริญเติบโตสัมพัทธ์ (RGR) เท่ากับ 12.98, 10.00 และ 2.70 กรัม/วัน ตามลำดับ ปริมาณวัตถุแห้ง (Dry matter) เท่ากับ 8.27, 9.43 และ 7.47 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ และปริมาณเถ้า (Ash) เท่ากับ 20.00, 24.30 และ 27.60 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ผลการวิเคราะห์คุณค่าทางโภชนาการของแหนแดง มีปริมาณผลรวมของสารอินทรีย์ไนโตรเจนและแอมโมเนียไนโตรเจน (Total Kjedahl Nitrogen : TKN) ปริมาณไขมัน (Fat) ปริมาณเยื่อใยอาหาร (Fiber) ปริมาณแคลเซียม (Ca) ปริมาณโพแทสเซียม (K) และปริมาณฟอสฟอรัส (P) ในระดับมาตรฐาน ที่อาจสามารถนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ทางด้านการเกษตรอื่นๆ ต่อไปในอนาคตได้ ผลการวิเคราะห์คุณภาพน้ำเสียหลังการเพาะเลี้ยงแหนแดง พบว่าแหนแดงสามารถลดค่า BOD ได้ 45- 80 เปอร์เซ็นต์ ลดค่า COD ได้ 50- 80 เปอร์เซ็นต์ ลดค่า TKN ได้ 30- 90 เปอร์เซ็นต์ ลดค่า TP ได้ 40- 80 เปอร์เซ็นต์ ลดค่า TK ได้ 60- 80 เปอร์เซ็นต์ จากผลการทดลองพบว่าใช้แหนแดงมีความสามารถที่จะปรับปรุงคุณภาพน้ำเสียให้ดีขึ้นได้

จากการศึกษานี้ผลการทดลองมีนัยสำคัญต่อการเกษตรยั่งยืนและการจัดการน้ำเสีย การเลี้ยงแหนแดงโดยใช้น้ำเสียจากฟาร์มสุกรและการเพิ่ม EM เป็นทางออกที่ดีในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการปล่อยน้ำเสีย ในขณะเดียวกันผลผลิตชีวมวลแหนแดงซึ่งมีคุณค่าทางโภชนะ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ทางการเกษตร สำหรับใช้เป็นอาหารเสริมสำหรับสัตว์หรือปุ๋ยอินทรีย์ เป็นต้น