Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.7 MB, 108 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------
------------
NGÔ THỊ TUYẾT NGA
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM
TRỒNG CÂY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Thái Nguyên - 2013
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------
------------
NGÔ THỊ TUYẾT NGA
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM
TRỒNG CÂY
Chuyên ngành : Khoa học Môi trường
Mã Số
: 60.44.03.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. DƯ NGỌC THÀNH
Thái Nguyên - 2013
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và thông tin trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày....... tháng....... năm 2013
Người thực hiện luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành Luận văn này, tơi đã
nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp
này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài ngun và Mơi trường, Phịng quản lý
đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp
đỡ tơi trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành Luận văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn TS. Dư Ngọc Thành - người đã tận tình hướng
dẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành Luận văn.
Tơi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và giúp
đỡ tơi trong q trình thu thập tài liệu và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn
tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K19 đã cùng chia sẻ với tơi trong suốt
q trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tơi trong q
trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu của
các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi.
Tác giả luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... ii
MỤC LỤC............................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH..................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề.............................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 2
3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.............................................................................. 3
4.1.Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 3
4.2.Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................. 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU...................................... 4
1.1. Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi................................................................. 4
1.1.1. Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi.......................................... 4
1.1.1.1. Nguồn phát thải ô nhiễm............................................................................. 4
1.1.1.2. Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi ....................................................... 5
1.1.1.3.Thành phần lỏng từ nước thải chăn ni..................................................... 6
1.1.1.4. Thành phần khí từ chất thải chăn nuôi ....................................................... 9
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi................................ 9
1.2. Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi....................................................... 11
1.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý ............... 11
1.2.1.1. Xử lý cơ học............................................................................................... 11
1.2.1.2. Xử lý hóa lý ............................................................................................... 11
1.2.2. Xử lý nước thải chăn ni bằng phương pháp sinh học kỵ khí................. 12
iv
1.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học hiếu khí.............. 12
1.2.3.1. Các q trình trong q trình hiếu khí...................................................... 12
1.2.3.2. Bể hiếu khí Aerotank................................................................................. 13
1.2.3.3. Lọc sinh học hiếu khí ................................................................................ 13
1.2.3.3. Hồ sinh học hiếu khí và hiếu kị khí.......................................................... 14
1.2.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng thuỷ sinh thực vật................................ 15
1.2.4. Các công nghệ thường được sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi........ 16
1.2.4.1. Bể Biogas ................................................................................................... 16
1.2.4.2. Hồ sinh học kị khí...................................................................................... 18
1.2.4.3. Lọc sinh học kỵ khí ................................................................................... 18
1.2.4.4. Q trình kỵ khí trong UASB................................................................... 18
1.2.4.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed)........................................... 19
1.2.4.6 Công nghệ bãi lọc trồng cây ...................................................................... 20
1.3. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về bãi lọc trồng cây.............. 33
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới............................................................................... 33
1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................................. 36
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................... 39
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 39
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 39
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu...................................................................................... 39
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu................................................................... 39
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu .................................................................................... 39
2.2.2. Thời gian nghiên cứu.................................................................................... 39
2.3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 39
2.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 40
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp............................................ 40
2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp........................................................... 40
v
2.4.2.1. Phương pháp lấy mẫu ............................................................................... 40
2.4.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................. 40
2.4.2.3. Phương pháp phân tích mẫu. .................................................................... 44
2.4.2.5. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm .................................................... 45
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 46
3.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu.................................................. 46
3.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các vật liệu lọc ......... 48
3.2.1. Hiệu suất xử lý BOD5 ................................................................................... 48
3.2.2. Khả năng xử lý COD của các công thức vật liệu lọc ................................. 49
3.2.3. Khả năng xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc ................................... 50
3.2.4. Hiệu suất xử lý lân tổng số:.......................................................................... 51
3.2.5. Hiệu suất xử lý TDS:.................................................................................... 52
3.2.6 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức và DO.. 53
3.3. Xác định ngưỡng chịu tải lượng BOD5 của cây tham gia thí nghiệm.......... 55
3.3.1. Xác định nồng độ BOD5 đầu vào của thí nghiệm ...................................... 56
3.3.2. Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng ở các nồng độ khác nhau....... 56
3.3.3. Tỉ lệ sống của các loại cây ở các nồng độ khác nhau................................. 58
3.3.4.1. Chiều cao và tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây .................. 59
3.3.4.2. Số lá của các loại cây qua các nồng độ .................................................... 63
3.3.4.3. Số rễ và chiều dài rễ của các loại cây....................................................... 65
3.4. Khả năng xử lý nước thải của các cơng thức cây trồng ................................ 66
3.4.1. Tính chất nước thải sau biogas khi chưa qua xử lý bằng bãi lọc ngầm .... 66
3.4.2. Hiệu quả của một số công thức sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây xử lý
nước thải sau biogas ................................................................................ 67
3.4.2.1. Khả năng xử lý (T- N) của các công thức cây trồng ............................... 67
3.4.2.2. Khả năng xử lý (T - P) của các công thức cây trồng............................... 70
3.4.2.3. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng................................. 72
vi
3.4.2.4. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng................................. 74
3.4.2.5. Hiệu quả xử lý tổng chất rắn lơ lửng (TSS) ở các công thức cây trồng... 75
3.4.2.6. So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức đối với các chỉ tiêu theo dõi....76
3.4.3. Kết quả đánh giá định tính (cảm quan) ....................................................... 77
3.5. Kết quả nghiên cứu về độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc và tải
trọng tối ưu ứng dụng trong công thức vật liệu lọc được sử dụng ....... 78
3.5.1. Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc .......................................... 78
3.5.2. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu lọc
được sử dụng:........................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................................. 85
1. Kết luận ............................................................................................................... 85
2. Đề nghị ................................................................................................................ 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 87
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính..........................................5
Bảng 1.2. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày........................................5
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm .................................................6
Bảng 1.4. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày ......................................................................7
Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg........................7
Bảng 1.6. Tính chất thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải
chăn nuôi gia súc .............................................................................. 8
Bảng 1.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu......................................................................16
Bảng 1.8. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas........................................................17
Bảng 1.9. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải trong
nông nghiệp.........................................................................................................17
Bảng 3.1. Bảng số liệu điều kiện thời tiết khí hậu thành phố Thái Nguyên...................46
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức .........................................................48
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của các công thức .........................................................49
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý T-N..............................................................................................50
Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý T-P của các công thức ..............................................................51
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý TDS của các công thức ............................................................52
Bảng 3.7. Kết quả xác định màu sắc, mùi sau xử lý của các công thức..........................53
Bảng 3.8. Kết quả xác định màu EC và pH sau xử lý của các công thức (mg/l)...........54
Bảng 3.9. Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần.....................................56
Bảng 3.10. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây ở các nồng độ
BOD5 thử nghiệm ...........................................................................................57
Bảng 3.11. Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng........................................................58
Bảng 3.12. Chiều cao của các loại cây qua các nồng độ nghiên cứu ..............................59
Bảng 3.13. Tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây qua các lần đo.....................62
viii
Bảng 3.14. Số lá qua thời gian theo dõi thí nghiệm (đơn vị: lá).......................................64
Bảng 3.15. Số rễ và chiều dài của rễ qua thời gian theo dõi thí nghiệm ........................65
Bảng 3.16. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hố học của nước thải chăn ni
sau hệ thống Biogas ...........................................................................................66
Bảng 3.17. Hàm lượng (T –N) đo ở các công thức cây trồng.........................................67
Bảng 3.18. Hàm lượng (T - P) qua các lần đo ở các công thức cây trồng (mg/l) .70
Bảng 3.19. Hiệu quả xử lý BOD5 bằng bãi lọc trồng cây qua các lần đo......................72
Bảng 3.20. Hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng ..........................................74
Bảng 3.21. Hiệu quả xử lý TSS bằng bãi lọc trồng cây qua các lần đo .........................75
Bảng 3.22. Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu theo dõi ................................................................76
Bảng 3.23. Kết quả màu sắc và mùi nước thải trước và sau xử lý...................................77
Bảng 3.24. Kết quả xác định độ dẫn thủy lực của các vật liệu lọc...................................78
Bảng 3.25. Hiệu suất xử lý nước thải chăn ni của mơ hình..........................................80
Bảng 3.26. Hiệu suất xử lý nước thải chăn ni của mơ hình..........................................81
Bảng 3.27. Hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình..........................................82
Bảng 3.28. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức tải trọng
khác nhau.............................................................................................................83
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí.......................... 12
Hình 3.1. Chiều cao của cây trong thời gian thí nghiệm ................................ 59
Hình 3.2. Tốc độ tăng trưởng các loại cây theo các giai đoạn........................ 62
Hình 3.3. Hiệu quả xử lý T - N của các cơng thức ........................................ 68
Hình 3.4. Hiệu quả xử lý T - P của các cơng thức ......................................... 70
Hình 3.5 Hiệu suất xử lý BOD5, COD, TSS, T- N, T- P của các công thức........77
x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa hóa học
CV
Coefficient of variation
Hệ số biến động
DO
Dissolved Oxygen
Oxy hịa tan
ĐNN
LSD
Đất ngập nước
Least Significant Difference
Sai khác nhỏ nhất
QCVN
Qui chuẩn Việt Nam
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TSS
Total suspended solids
Hàm lượng chất rắn lơ lửng
T-N
Total Nitrogen
Tổng đạm
T-P
Total Phosphorus
Tổng lân
XLNT
Xử lý nước thải
VLL
Vật liệu lọc
VSV
Vi sinh vật
UASB
Upflow anaerobic sludge blanket
ngược qua tầng bùn kỵ khí
Độ dẫn điện
EC
EGSB
Bể xử lý sinh học dòng chảy
Expanded Granular Sludge Bed
Hệ thống xử lý kỵ khí
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nước là cội nguồn của sự sống, là yếu tố quan trọng hàng đầu cho sự tồn
tại và phát triển của con người cũng như sinh vật. Tuy nhiên hiện nay, tài nguyên
nước đang suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng mà ngun nhân
chủ yếu – khơng ai khác lại là chính con người.
Nước thải phát sinh từ mọi hoạt động sống, hoạt động sản xuất của con
người. Kinh tế phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một và nước thải là một hệ
quả tất yếu. Nếu khơng có biện pháp quản lý và xử lý kịp thời thì ơ nhiễm mơi
trường nước do nước thải chỉ cịn là vấn đề thời gian. Một trong những nguồn
nước thải có tải trọng lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước là: nước thải
chăn nuôi.
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, hội nhập kinh nền kinh tế quốc tế,
các ngành nghề đều được đẩy mạnh phát triển. Ngành chăn nuôi của Việt Nam
cũng từng bước đi lên. Theo số liệu thống kê 01/10/2008, Việt Nam có gần 2,90
triệu con trâu; 6,34 triệu con bò; 26,701 triệu con lợn; 247,320 triệu con gia cầm;
1,48 triệu con dê, cừu; 121 ngàn con ngựa. Với lượng gia súc này ước tính chất
thải rắn của đàn vật nuôi nước ta khoảng 80-90 triệu tấn, chất thải lỏng ước tính
vài chục tỷ m3; chất thải khí khoảng vài trăm triệu tấn. Đây là một trong nguồn
thải gây ơ nhiễm nguồn nước và khơng khí và đang trở thành một vấn đề quan
tâm của công chúng và các cơ quan quản lý mơi trường.
Tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh các cơ sở chăn nuôi đã đến mức
báo động ở Việt Nam. Phần lớn nước thải từ chăn nuôi đều chưa được xử lý hoặc
xử lý nhưng không đúng quy cách nên vẫn gây ô nhiễm đến môi trường. Theo
kết quả khảo sát đánh giá các loại mơ hình khí sinh học của Viện Khoa học và
Công nghệ môi trường Đại học Bách Khoa năm 2010 cho biết nước thải từ việc
chăn nuôi mặc dù đã được xử lý bằng hầm biogas, bể yếm khí, hồ phủ màng
HDPE... nhưng nước thải đầu ra xả vào nguồn hầu hết đều chưa đạt được qui
2
chuẩn môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nước thải cơng nghiệp). Chỉ tính riêng COD, hiệu quả xử lý của các cơng trình
này đạt 39 - 82%, vượt 2 - 30 lần, tổng N, tổng P, vi khuẩn gây bệnh đều vượt
tiêu chuẩn từ 2 - 6 lần. Cùng với các thành phần trên nước thải cịn phát sinh các
chất khí như CO2, NH3, H2S, CH4, N2 tạo nên mùi hôi thối trong khu vực nuôi
ảnh hưởng xấu tới mơi trường khơng khí xung quanh, đặc biệt là ô nhiễm nguồn
nước gây bức xúc những người dân.
Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: cơ học, lý - hoá học,... Tuy
nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ sinh.
Bãi lọc trồng cây (Constructed wetland) những năm gần đây đã được biết đến
trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải mức độ xử lý cấp 2 trong
điều kiện tự nhiên, đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần
làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường của địa phương.
Mặt khác, Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm, rất thích hợp cho sự
phát triển của các loại thực vật thủy sinh. Do vậy, tôi lựa chọn đề tài“ Nghiên
cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây ”
2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nói chung và nước thải chăn ni nói
riêng bằng cơng nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng cũng như vận hành bảo dưỡng
thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường
và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu các công thức vật liệu lọc để tìm ra cơng thức cho hiệu quả
xử lý tốt nhất
- Xác định độ dẫn thủy lực của một số loại vật liệu lọc và tải trọng thủy
lực tối ưu
3
- Nghiên cứu khả năng kết hợp giữa vật liệu lọc và một số loại cây trồng
trong việc sử lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1.Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý của bãi lọc ngầm trồng
cây đối với môi trường nước thải chăn ni, các thơng số này rất cần thiết để tính
tốn ra một bãi lọc thực vật hoàn thiện để xử lý nước thải chăn nuôi.
4.2.Ý nghĩa thực tiễn
Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ ngành chăn
nuôi, giúp ngành chăn nuôi ngày càng phát triển hơn.
4
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về chất thải từ chăn ni
1.1.1. Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi
1.1.1.1. Nguồn phát thải ô nhiễm
Chất thải sinh ra do hoạt động chăn nuôi bao gồm chất thải như phân, thức
ăn, ổ lót, xác gia súc, gia cầm chết, nước tiểu, nước rửa chuồng…các chất này là
chất dễ phân hủy sinh học do chúng chứa các chất chính như carbohydrate,
protein, chất béo... Q trình phân giải các hợp chất hữu cơ này (nhất là protein
trong điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra các chất khí có mùi hơi thối như
Indol, H2S, NH3) những chất này hấp dẫn các loại côn trùng như ruồi, nhặng... tụ
tập đến gây mất vệ sinh và làm tăng sự ô nhiễm đối với môi trường. [12]
Hàng ngày, gia súc và gia cầm thải ra một lượng phân và nước tiểu rất lớn.
Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm từ 1,5 – 6% khối lượng
cơ thể gia súc. Các chất thải này chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm. Theo
Nguyễn Thị Hoa Lý,1994,các chỉ tiêu ô nhiễm trong chất thải của gia súc đều cao
hơn của người theo tỉ lệ tương ứng BOD5 là 5:1, Ntổng là 7:1, TS là 10:1,…[15]
Khối lượng chất thải chăn nuôi tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn
phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng gia súc và gia cầm. Riêng đối với gia
súc, lượng phân và nước tiểu tăng nhanh theo quá trình tăng thể trọng. Nếu tính
trung bình theo khối cơ thể thì lượng phân thải ra mỗi ngày của vật nuôi rất cao,
nhất là đối với gia súc cao sản.
5
Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính
trên % khối lượng cơ thể
Tỷ lệ % phân
Loại gia súc
so với khối lượng cơ thể
Lợn
6–8
Bò sữa
7–8
Bò thịt
5–8
Gà, vịt
5
Nguồn: Lochr,1984
Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, các
vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc và vệ sinh chuồng nuôi cũng đóng góp
đáng kể làm tăng khối lượng chất thải. Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền dịch
bệnh rất nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi trả lại cho
môi trường.
Bảng 1.2. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày
Đơn vị: Kg
Chỉ tiêu
Khối lượng
Tổng lượng phân
84
Tổng lượng nước tiểu
39
TS
11
BOD5
3,1
NH4 – N
0,29
SS
0,027
Nguồn: ASEA standards
1.1.1.2. Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi
Trong các hệ thống chuồng trại, phân gia súc, gia cầm nói chung thường
tồn tại cả ở dạng phân lỏng hay trung gian giữa lỏng và rắn hay tương đối rắn.
Chúng chứa các chất dinh dưỡng, đặc biệt là các hợp chất giàu nito và phospho,
6
là nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho cây trồng và làm tăng độ màu mỡ của
đất. Vì vậy, trong thực tế thường dùng phân để bón cho cây trồng, vừa tận dụng
được nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải phát tán trong môi
trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu của Trương Thanh
Cảnh (2010), hàm lượng N tổng số trong phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32g/kg
phân. Đây là nguồn dinh dưỡng có giá trị, cây trồng dễ hấp thụ và góp phần cải
tạo đất nếu như phân gia súc được sử dụng hợp lý [6]. Theo tác giả Ngô Kế
Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), thành phần N tổng số, P tổng số của một số
gia súc, gia cầm khác như sau:
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm
Thành phần hóa học
Loại vật ni
(% Loại vật ni trọng lượng vật ni)
Ntổng số
Ptổng số
Bị sữa
0,38
0,10
Bị thịt
0,70
0,20
Cừu
1,00
0.30
Gia cầm (gà)
1,20
1,20
Ngựa
0,86
0,13
Nguồn: Ngơ Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997[23]
1.1.1.3.Thành phần lỏng từ nước thải chăn nuôi
- Nước tiểu: Nước tiểu gia súc là sản phẩm bài tiết của con vật, chứa đựng
nhiều độc tố, là sản phẩm cặn bã từ quá trình sống của gia súc, khi phát tán vào
mơi trường có thể chuyển hố thành các chất ơ nhiễm gây tác hại cho con người
và môi trường. Số lượng và thành phần nước tiểu thay đổi tuỳ thuộc loại gia súc,
gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu.
7
Bảng 1.4. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày
Trọng lượng gia súc
Lượng nước tiểu (kg/ngày)
Dưới 10 kg
0,3 – 0,7
Từ 15 đến 45 kg
0,7 – 2,0
Từ 45 đến 100 kg
2,0 – 4,0
Từ 100 trở lên
4,0 – 5,0
Nguồn: Hill và Toller, 1974
Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg
Đơn vị: g/kg
Chỉ tiêu
Giá trị
pH
6,77 – 8,19
Vật chất khô
30,9 – 35,9
NH4
0,13 – 0,4
N tổng
4,90 – 6,63
Tro
8,5 – 16,3
Urê
123 - 196
Carbonat
0,11 – 0,19
Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6]
- Nước thải: Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước
tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn ni cịn có thể chứa một phần hay toàn
bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm
khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi. Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và
các ctv (2010) trên gần 1.000 trại chăn nuôi heo qui mơ vừa và nhỏ ở một số tỉnh
phía Nam cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn
nước cho gia súc. Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với
từ 20 đến 49 kg nước. Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm
cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc xử dụng nước tắm
8
cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho
việc thu gom và xử lý nước thải sau này [6].
Theo nghiên cứu của nhiều tác giả (A. Kigirov, 1982; G. Rheiheinmer,
1985…) trong phân, vi trùng gây bệnh đóng dấu Erysipelothris insidiosa có thể
tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Samonella 6 – 7 tháng, virus lở mồm
long móng trong nước thải là 100 – 120 ngày. Riêng các loại vi trùng nha bào
Bacillus antharacis có thể tồn tại đến 10 năm, Bacillus tetani có thể tồn tại 3 – 4
năm. Trứng giun sán với các loại điển hình như Fasciola hepatica, Fasciola
gigantica, Fasciola buski, Ascarisum, Oesphagostomum sp, Trichocephalus
dentatus có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 – 8 ngày và tồn tại 5 – 6
tháng. Các vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới là Samonella typhi và
Samonella paratyphi, E. Coli, Shigella, Vibrio comma, gây bệnh dịch tả [38].
Bảng 1.6. Tính chất thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải
chăn nuôi gia súc
Đặc tính
Giá trị
Đơn vị
Độ đục
420 – 550
mg/l
Nhiệt độ
26 – 30
pH
6,1 – 7,9
mg/l
Độ mặn
200 – 500
mg/l
5000 – 12000
mg/l
DO
0 – 0,3
mg/l
Tổng P
36 –72
mg/l
Tổng N
220 - 460
mg/l
Dầu mỡ
5 - 58
mg/l
SS
180 – 450
mg/l
NH4+
15 – 28,4
mg/l
E.coli
12,6.106– 68,3.103
MPN/100ml
28 - 280
Trứng/l
COD
Trứng giun sán
Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6]
0
C
9
1.1.1.4. Thành phần khí từ chất thải chăn ni
Chăn ni là một ngành sản xuất tạo ra nhiều loại khí thải nhất. Theo
Hobbs và cộng sự (1995), có tới trên 170 chất khí có thể sinh ra từ chăn ni,
điển hình là các khí CO2, CH4, NH3, NO2, N2O, NO, H2S, indol, schatol
mecaptan…và hàng loạt các khí gây mùi khác. Hầu hết các khí thải chăn ni có
thể gây độc cho gia súc, cho con người và môi trường.
Theo Trương Thanh Cảnh (2010), q trình phân giải chất khí thải gia
súc, gia cầm do vi sinh vật như sau:
NH3
Indol, Schatol, Phenol
Protêin
H2S
Axit hữu cơ mạch ngắn
Cacbohydrat
Các Axit hữu cơ
Alcohol
Andehyde và Ketone
H2O, CO2, hydrocacbon mạch ngắn
Axit béo
H2O, CO2 và CH4
Alcohol
Andehyde và Ketone
Lipit
Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6]
Hình 1.1. Các sản phẩm từ q trình phân huỷ kỵ khí các chất thải chăn nuôi
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất
nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật về
chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi. Do đó năng suất chăn ni thấp và gây ơ
nhiễm mơi trường một cách trầm trọng. Ơ nhiễm mơi trường khơng những ảnh
10
hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn đến
sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh. Mỗi năm ngành chăn nuôi
gia súc gia cầm thải ra khoảng 75-85 triệu tấn phân, với phương thức sử dụng
phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua xử lý xả trực tiếp
ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng [5].
Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên
nhiều khía cạnh: gây ơ nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, mơi trường khí, mơi
trường đất và các sản phẩm nơng nghiệp. Đây chính là ngun nhân gây ra nhiều
căn bệnh về hơ hấp, tiêu hố, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng
giun. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu khơng có biện pháp thu
gom và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến
sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt
là các virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh
ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều
người [10].
Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô
nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của viện
chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường
xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng
độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần. Tổng số VSV và
bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngồi ra nước thải chăn
ni cịn có chứa Coliform, E.coli, COD..., và trứng giun sán cao hơn rất nhiều
lần so với tiêu chuẩn cho phép.
Ô nhiễm môi trường khu vực trại chăn nuôi do sự phân huỷ các chất hữu cơ có
mặt trong phân và nước thải của lợn. Sau khi chất thải ra khỏi cơ thể của lợn thì các
chất khí đã lập tức bay lên, khí thải chăn ni bao gồm hỗn hợp nhiều loại khí trong
đó có trên 40 loại gây mùi, chủ yếu là H2S và NH3. Trong điều kiện kỵ khí cộng với
sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion
sunphát (SO42-) thành sunphua (S2-). Trong điều kiện bình thường thì H2S là một
11
trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi. Nồng độ S2- tại hố thu
nước thải chăn ni lợn có thể lên đến 330 mg/l cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn
(theo TCVN 5945-2005 cột C nồng độ sunfua là 1,0mg/l).
Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các
cấp quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn
chế ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư
cũng như khơng kìm hãm sự phát triển của ngành.
1.2. Các biện pháp xử lý nước thải chăn ni
Đối với nước thải chăn ni, có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau:
- Phương pháp xử lý cơ học.
- Phương pháp xử lý hóa lý.
- Phương pháp xử lý sinh học.
Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các cơng
trình xử lý sinh học thường được đặt sau các cơng trình xử lý cơ học, hóa lý [22].
1.2.1. Xử lý nước thải chăn ni bằng phương pháp cơ học và hóa lý
1.2.1.1. Xử lý cơ học
Mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu
gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng... để loại bỏ cặn, cát dễ lắng
tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các cơng trình phía sau.
1.2.1.2. Xử lý hóa lý
Sau khi xử lý cơ học, nước thải cịn chứa nhiều cặn hữu cơ và vơ cơ có kích
thước nhỏ, có thể dùng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Theo nghiên cứu
của Trương Thanh Cảnh (2010) với nước thải chăn nuôi lợn: phương pháp cơ
học và keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi
lợn. Tuy nhiên phương pháp này địi hỏi chi phí cao khơng phù hợp với các cơ
sở chăn ni. Ngồi ra tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại bỏ cặn trong
nước thải chăn ni lợn, tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành cao nên không phù
hợp với các cơ sở chăn nuôi [6].
12
1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kỵ khí
Q trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là q trình sinh hóa phức tạp,
bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác
bởi những enzym đặc biệt. Sơ đồ biểu diễn tổng quát quá trình xử lý k khớ [39]
Chất hữu cơ không tan, protein, hydrat
carbon, lipit
21
40
39
5
Acid amin, đờng
34
Acid béo
66
34
Hợp chất trung gian
(propionat, butyrat,)
20
11
23
12
8
11
Acetate
Hydro
70
30
Methane
Ngun: Viney, 2004[39]
Hỡnh 1.2. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí.
Biện pháp xử lý kỵ khí cho chất lượng nước đầu ra cịn chứa nhiều hợp chất
có mùi hơi, vì vậy chúng chỉ được coi là một bước tiền xử lý trong hệ thống xử lý.
1.2.3. Xử lý nước thải chăn ni bằng phương pháp sinh học hiếu khí
1.2.3.1. Các q trình trong q trình hiếu khí
Q trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
→ CO2 + H2O + ∆H
CxHyOz + O2 Enzyme
13
- Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz+ O2 + NH3 Enzyme
→ TÕ bµo vi khuÈn (C5H7O2N)+CO2 + H2O - ∆H
- Phân hủy nội bào:
C5H7O2N + O2 Enzyme
→ 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ∆H
1.2.3.2. Bể hiếu khí Aerotank
Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi Arden và Lockett
năm 1914 tại Anh. Vi khuẩn dính bám lên các bơng cặn có trong nước thải và
phát triển sinh khối tạo thành bơng bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ. Các
bơng bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt
động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các bông bùn lớn dần
lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vật nguyên sinh... qua đó
nước thải được làm sạch.
1.2.3.3. Lọc sinh học hiếu khí
Sử dụng hệ VSV dính bám trên các VLL để xử lý các chất hữu cơ trong
nước thải. Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại VSV có khả
năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá thể, tạo thành màng.
Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ: chất hữu cơ, cặn lơ
lửng hoặc trứng giun sán.
+ Bể lọc nhỏ giọt: vật liệu lọc là sỏi nhẹ, than... đường kính hạt 20 - 50
mm. Chiều dày lớp vật liệu lọc từ 1,5 - 2,0 m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các
cửa thơng gió xung quanh bể hoặc cấp khí cưỡng bức. Tải trọng của bể lọc sinh
học nhỏ giọt thấp 0,1-0,2 kgBOD/m3 VLL, tải trọng thủy lực 1-3m3 nước thải/m2
bề mặt bể.ngày. Thông thường hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học nhỏ giọt
E=75-90% [16].
+ Bể lọc sinh học cao tải: chiều dày lớp vật liệu lọc khoảng 2,0 - 4,0 m. Bể
được cấp khí cưỡng bức với lưu lượng 8-12 m3 khí/m3 nước thải. Tải trọng của bể lọc
sinh học cao tải 0,2-1,5 kgBOD/m3 VLL, tải trọng thủy lực 10-30m3 nước thải/m2 bề
mặt bể.ngày. Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học cao tải E=60-85% [16].
