Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số loài thực vật thuỷ sinh trên mô hình đất ngập nước lai hợp

BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG
NGHỆ
----------------------

M
ai
Q
ua
ng
Tu
yế
n

NGHIÊN CỨU KHẢ
NĂNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHĂN NI SAU
BIOGAS CỦA MỘT SỐ
LỒI THỰC VẬT THỦY
SINH TRÊN MƠ HÌNH


ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI
HỢP

LUẬN

VĂN
THẠC
SĨ: SINH
HỌC

Thành
phố Hồ
Chí Minh
- năm
2020


BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG
NGHỆ
-------------------------

Mai
Qu
ang
Tuy
ến

NGHIÊN CỨU KHẢ
NĂNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHĂN NI SAU

BIOGAS CỦA MỘT SỐ
LỒI THỰC VẬT THỦY
SINH TRÊN MƠ HÌNH
ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI
HỢP
: Sinh m
Chun
ngànhhọc thực
nghiệ
Mã số : 8420114


LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

T
S
.
B
ù
i
Q
u
a
n
g
M
i
n
h

Thành
phố Hồ
Chí
Minh 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những thông tin được viết trong luận văn này là do
tôi thực hiện và sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS. Nguyễn Văn Thành Nam và
TS. Bùi Quang Minh. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng, cùng với các
thông tin nghiên cứu khác được trích dẫn rõ ràng, cụ thể trong luận văn.
Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào
trước đây, do đó khơng có sự sao chép của bất kì luận văn nào. Nội dung của
luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu
và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn. Trong luận văn có sử dụng
một số số liệu thực nghiệm từ đề tài cấp tỉnh Bình Phước năm 2018 “Ứng

dụng thực vật thủy sinh để xây dựng mơ hình xử lý nước thải sau biogas
của các cơ sở chăn ni trên địa bàn tỉnh Bình Phước” do Chi nhánh phía
Nam, Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga chủ trì thực hiện và ThS. Nguyễn Văn
Thành Nam là Chủ nhiệm đề tài và tôi là người tham gia thực hiện.
Nếu xảy ra vấn đề gì với nơi dung luận văn này, tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm theo quy định./.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020
Người cam đoan

Mai Quang Tuyến

ii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành nhờ vào sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS.
Nguyễn Văn Thành Nam và TS. Bùi Quang Minh. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn
chân thành tới các thầy, cảm ơn các thầy đã giúp tơi hồn thành luận văn này.
Cảm ơn Đảng ủy, Ban giám đốc và các đồng nghiệp Trung tâm Nhiệt
đới Việt - Nga, Chi nhánh phía Nam đã tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi
hồn thành khóa học. Tơi xin cảm ơn các thầy cô của Học Viện Khoa Học và
Công Nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. Cảm ơn tập
thể lớp Cao học Sinh học thực nghiệm 2017A đã hỗ trợ, chia sẽ tài liệu, kiến
thức cho tơi trong q trình học tập.
Vì những kinh nghiệm và kiến thức của bản thân còn hạn chế, luận văn
được hồn thành trong thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Tơi mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ cùng toàn thể
các bạn đọc để luận văn tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn nữa.
Tp. HCM, tháng 12 năm 2020
Học viên

Mai Quang Tuyến


iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí tự

BB

BOD
BTN&MT
Bt
COD
DO
ĐC
ĐNN
HRT
MH
NN&PTNT
NT
QCVN
TBB
TN
TSS
TT
TTT
TVTS
UASB


VSV


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của phân lợn................................................... 6
Bảng 1. 2. Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas
7

Bảng 1. 3. Vai trò của thực vật thuỷ sinh trong hệ sinh thái nước..................19
Bảng 3. 1. Chất lượng nước thải đầu vào hầm biogas của một số cơ sở chăn
nuôi đã khảo sát...............................................................................................34
Bảng 3. 2. Chất lượng nước thải (đầu ra) sau quá trình xử lý biogas tại một số
cơ sở chăn nuôi đã khảo sát............................................................................ 35
Bảng 3. 3. Kết quả theo dõi khả năng thích nghi của Bồn bồn và Thủy trúc đối

với nước thải chăn nuôi sau biogas.................................................................38
Bảng 3. 4. Kết quả đánh giá khả năng xử lý COD trên mơ hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dòng chảy ngang..............................................................40
Bảng 3. 5. Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mơ hình đất ngập nước

dòng chảy đứng và dòng chảy ngang..............................................................41
Bảng 3. 6. Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitơ trên mô hình đất ngập nước
dịng chảy đứng và dịng chảy ngang..............................................................43
Bảng 3. 7. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trên mơ hình đất ngập
nước dịng chảy đứng và dòng chảy ngang.....................................................44
Bảng 3. 8. Kết quả theo dõi hàm lượng nitrat trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang............................................46
Bảng 3. 9. Kết quả đánh giá theo dõi hàm lượng phốt pho trong nước thải trên
mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng và dòng chảy ngang........................48
Bảng 3. 10. Kết quả theo dõi hàm lượng kẽm trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dòng chảy đứng và dòng chảy ngang............................................50
Bảng 3. 11. Kết quả theo dõi hàm lượng coliform trên mơ hình đất ngập nước
dòng chảy đứng và dòng chảy ngang..............................................................50


v

Bảng 3. 12. Sự thay đổi của pH trong các mơ hình dịng chảy đứng và dịng

chảy ngang...................................................................................................... 52
Bảng 3. 13. Kết quả nhiệt độ của nước thải....................................................52
Bảng 3. 14. Kết quả hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải trên mơ hình đất
ngập nước dịng chảy đứng và dịng chảy ngang............................................53
Bảng 3. 15. Kết quả xử lý COD trên mơ hình đất ngập nước lai hợp.............54
Bảng 3. 16. Kết quả đánh giá khả năng xử lý BOD5 trên mô hình đất ngập
nước lai hợp.................................................................................................... 55
Bảng 3. 17. Sự thay đổi của pH nước thải trong các bể xử lý........................57
Bảng 3. 18. Kết quả theo dõi hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải xử lý
bằng mơ hình đất ngập nước lai hợp...............................................................57
Bảng 3. 19. Kết quả đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................58
Bảng 3. 20. Kết quả đánh giá khả năng xử lý nitrat trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................59
Bảng 3. 21. Kết quả đánh giá khả năng xử lý tổng nitơ trong nước thải của mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................60


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018...............4
Hình 1. 2. Sơ đồ hệ thống đất ngập nước........................................................12
Hình 1. 3. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo phương ngang.
(Vymazal, 1997)...............................................................................................13
Hình 1. 4. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầng theo phương đứng.
(Cooper, 1996)................................................................................................ 14
Hình 2. 1. Cây Thủy trúc (trái) và cây Bồn bồn (phải)................................... 25
Hình 2. 2. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và
nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dịng chảy ngang..................................28

Hình 2. 3. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa Hằng số phân hủy BOD và
nhiệt độ của hệ thống đất ngập nước dịng chảy đứng....................................29
Hình 2. 4. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng
31
Hình 2. 5. Sơ đồ bố trí vật liệu trong mơ hình ĐNN dịng chảy đứng............31
Hình 2. 6. Sơ đồ bố trí mơ hình đất ngập nước lai hợp...................................31
Hình 3. 1. Một số loại hầm biogas tại các cơ sở chăn ni heo tỉnh Bình
Phước.............................................................................................................. 34
Hình 3. 2. Đặc điểm nước thải ni lợn trước và sau biogas..........................37
Hình 3. 3. Đánh giá khả năng thích nghi của cây Bồn bồn với nước thải chăn
ni sau biogas................................................................................................39
Hình 3. 4. Đánh giá khả năng thích nghi của cây Thủy trúc với nước thải chăn
ni sau biogas................................................................................................39
Hình 3. 5. Sự thay đổi hàm lượng COD trong các mơ hình............................41
Hình 3. 6. So sánh hiệu suất loại bỏ COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng............................................................... 41
Hình 3. 7. Sự thay đổi của hàm lượng BOD5 trong các mơ hình....................42


vii

Hình 3. 8. So sánh hiệu suất loại bỏ BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng............................................................... 42
Hình 3. 9. Sự thay đổi hàm lượng tổng nitơ trong các mơ hình xử lý............44
Hình 3. 10. So sánh hiệu suất loại bỏ tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên
mơ hình đất ngập nước dịng chảy đứng.........................................................44
Hình 3. 11. Sự thay đổi hàm lượng amoni trong các mơ hình đất ngập nước 45
Hình 3. 12. So sánh hiệu suất xử lý amoni của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước dịng chảy đứng............................................................... 46
Hình 3. 13. Sự thay đổi hàm lượng nitrat trong các mơ hình..........................47

Hình 3. 14. Sự thay đổi hàm lượng phốt pho tổng trong các mơ hình xử lý .. 49

Hình 3. 15. Sự biến thiên của hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải sau khi
đi qua các mơ hình xử lý.................................................................................53
Hình 3. 16. So sánh hiệu xuất xử lý COD của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................55
Hình 3. 17. So sánh hiệu xuất xử lý BOD5 của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................56
Hình 3. 18. Sự biến thiên của hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................58
Hình 3. 19. Hàm lượng amoni trong nước thải sau khi xử lý trên mơ hình đất
ngập nước lai hợp sự dụng Bồn bồn và Thủy trúc..........................................59
Hình 3. 20. Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong nước thải tại các bể xử lý
trong mơ hình đất ngập nước lai hợp.............................................................. 60
Hình 3. 21. Hiệu suất xử lý tổng nitơ của Bồn bồn và Thủy trúc trên mơ hình
đất ngập nước lai hợp......................................................................................61


viii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................vi
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG..................................... 3
1.2. HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM........................................3

1.3. NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI.................................................................. 4
1.3.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi......................................................4
1.3.2. Ảnh hưởng của chất thải chăn ni đến mơi trường...........................9
1.4. CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NI................10
1.4.1. Cơng nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi..........10
1.4.2. Cơ chế loại bỏ các chất ơ nhiễm trong mơ hình đất ngập nước........15
1.4.3. Vai trò của thực vật thủy sinh trong hệ thống đất ngập nước............17
1.4.4. Tình hình nghiên cứu về ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước
thải chăn nuôi..................................................................................................20
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.24
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU..........................................................................24
2.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.....................................25
2.3. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU..................................... 26
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................26
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................32
3.1. KHẢO SÁT SƠ BỘ HIỆN TRẠNG MỘT SỐ CƠ SỞ CHĂN NUÔI.
32
3.1.1. Quản lý chuồng trại...........................................................................32
3.1.2 Hiện trạng các biện pháp xử lý chất thải và nước thải chăn nuôi......32
3.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÍCH NGHI CỦA THỰC VẬT THỦY
SINH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS........................37


ix

3.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI CỦA
THỰC VẬT THỦY SINH TRÊN MỘT SỐ MƠ HÌNH ĐNN.......................40
3.3.1. Đánh giá khả năng xử lý COD..........................................................40
3.3.2. Đánh giá khả năng xử lý BOD5........................................................ 41
3.3.3. Đánh giá khả năng xử lý tổng Nitơ...................................................43

3.3.4. Hiệu quả xử lý amoni........................................................................44
3.3.5. Sự biến thiên hàm lượng nitrat trong các mơ hình............................46
3.3.6. Khả năng xử lý Phốt pho...................................................................48
3.3.7. Khả năng xử lý Cu, Zn......................................................................50
3.3.8. Khả năng loại bỏ coliform................................................................ 50
3.3.9. Sự thay đổi của pH, nhiệt độ và hàm lượng oxy hòa tan trong các mơ
hình đất ngập nước..........................................................................................52
3.4. THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NI
TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC LAI HỢP..........................................54
3.4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý COD của mơ hình ĐNN lai hợp................54
3.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý BOD5 của mơ hình ĐNN lai hợp...............55
3.4.3. Sự thay đổi pH và hàm lượng oxy hòa tan của nước thải trong mơ
hình đất ngập nước lai hợp..............................................................................57
3.4.4. Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ của mơ hình ĐNN lai hợp..................58
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................. 63
4.1. KẾT LUẬN..........................................................................................63
4.2. KIẾN NGHỊ.........................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................64
PHỤ LỤC........................................................................................................73


1

MỞ ĐẦU
➢

Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi tại Việt Nam đang tăng

trưởng và phát triển mạnh, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất

nước. Bên cạnh những lợi ích về kinh tế thì ngành chăn ni cũng đã tạo ra một
khối lượng lớn chất thải chưa được xử lý triệt để, gây ra những ảnh hưởng tiêu
cực tác động lên hệ sinh thái tự nhiên và môi trường sống. Một số cơ sở chăn
nuôi đã sử dụng nước thải sau biogas chưa qua xử lý làm nước tưới tiêu trực tiếp
cho cây trồng, gây ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm, gây ô nhiễm nguồn môi
trường. Theo cục chăn ni 2015, có khoảng 40% nước thải chăn ni đã qua
hoặc chưa qua xử lý biogas, được xả thải trực tiếp ra mơi trường.

Có rất nhiều phương pháp để xử lý nguồn nước thải ô nhiễm sau chăn
nuôi, như: phương pháp cơ học, hóa lý, hóa sinh, sinh học,… các phương
pháp này thường địi hỏi chi phí đầu tư trang thiết bị cũng như yêu cầu về kỹ
thuật, chi phí vận hành cao, do đó sẽ gặp nhiều khó khăn khi áp dụng cho các
cơ sở chăn nuôi, đặc biệt đối với các cơ sở chăn ni có qui mơ không lớn,
nguồn vốn đầu tư thấp. Từ những thập niên 60 của thế kỷ 20, các nhà nghiên
cứu, nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng bãi lọc trồng cây,
đất ngập nước trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước trong đó có nước
thải chăn ni đạt hiệu quả cao, có tính bền vững và thân thiện với môi trường
[1], [2], [3], [4], [5].
Phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật thủy sinh (bãi lọc
trồng cây – đất ngập nước) còn gọi là công nghệ sinh thái, gần đây được nghiên
cứu và ứng dụng nhiều trên thế giới như là một giải pháp công nghệ xử lý nước
thải cấp 2 trong điều kiện tự nhiên, đạt hiệu quả cao, chi phí thấp đồng thời góp
phần cải tạo cảnh quan mơi trường [6], [7]. Vì vậy tơi đề xuất thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của một số
lồi thực vật thủy sinh trên mơ hình đất ngập nước lai hợp”.


2

➢

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được khả năng thích nghi và xử lý nước thải chăn nuôi sau
biogas của 2 loài thực vật thủy sinh là Bồn bồn và Thủy trúc.
Đánh giá được hiệu quả của mơ hình đất ngập nước lai hợp sử dụng thực
vật thủy sinh (Bồn bồn, Thủy trúc) trong xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas.
➢

Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu hiện trạng nước thải tại một số cơ sở chăn ni trên địa
bàn tỉnh Bình Phước.

-

Nghiên cứu khả năng thích nghi của cây Bồn bồn và Thủy trúc với
nước thải chăn nuôi lợn sau biogas.

-

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas
trên mơ hình đất ngập nước.

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải ni lợn sau biogas trên mơ
hình đất ngập nước lai hợp.
Ý nghĩa khoa học
-

➢

Cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng thực vật thủy sinh (Bồn bồn
và Thủy trúc) để xử lý nước thải chăn ni sau biogas bằng mơ hình đất ngập
nước lai hợp.
➢ Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở thực tiễn, một số dữ liệu
cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng công
nghệ sinh thái, giảm và ngăn chặn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường (đất,
nguồn nước mặt, nước ngầm,...). Qua đó phát triển ngành chăn ni một cách
bền vững, thân thiện với môi trường. Cung cấp số liệu, nguồn tài liệu tham
khảo cho những nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực
vật thủy sinh trên mơ hình đất ngập nước.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MƠI TRƯỜNG
Theo quan niệm thơng thường, ơ nhiễm mơi trường là sự thay đổi các tính
chất tự nhiên (về sinh học, vật lý và hóa học) của mơi trường, mà sự thay đổi ấy
thường có hại cho sức khỏe và hoạt động của con người cũng như có hại cho các
lồi sinh vật khác. Sự thay đổi tính chất hóa học của mơi trường có thể được biểu
hiện bằng sự xuất hiện hay gia tăng của một hay nhiều chất độc hại được gọi là
chất gây ô nhiễm và những biểu hiện khác nữa [8], [9], [10].
Theo quan niệm sinh thái học, môi trường gồm các kho vật chất có kích
thước (lượng vật chất) nhất định của mỗi ngun tố hóa học; và sự ơ nhiễm mơi
trường là sự mất khả năng tự điều chỉnh kích thước của các kho ấy. Ví dụ,
nguyên tố cacbon được chứa trong rất nhiều kho như kho CO 2 và rất nhiều kho

chất hữu cơ và vô cơ ; hiện nay kho CO 2 đã vượt quá rất nhiều so với kích thước
vốn có của nó trong điều kiện tự nhiên nhiều thế kỷ trước đây, và vẫn gia tăng
không ngừng, tức là mất đi khả năng tự điều chỉnh về mức cũ; đó chỉ là một biểu
hiện của sự ơ nhiễm mơi trường theo quan điểm sinh thái học.

nhiễm mơi trường có thể do các nguyên nhân tự nhiên (hoạt động của
núi lửa, động đất, bão, lụt, v..v..) hoặc do các hoạt động của con người (cơng
nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng, v..v..).
Ơ

1.2. HIỆN TRẠNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM
Hiện nay ngành chăn ni đang đóng một vai trị quan trọng trong việc
cung cấp thực phẩm cho thị trường tiêu dùng Việt Nam. Chăn ni ln chiếm vị
trí quan trọng trong ngành nơng nghiệp ở Việt Nam. Trong đó, chăn ni lợn giữ
vị trí đứng đầu trong việc cung cấp sản lượng thịt của ngành chăn nuôi. Chăn
nuôi lợn đã và đang tạo ra công ăn việc làm, mang lại thu nhập và góp phần ổn
định sinh kế của phần lớn cộng đồng dân cư khu vực nơng thơn trên tồn quốc.
Hầu hết các vùng của Việt Nam đều phát triển chăn nuôi heo. Giá trị sản xuất của
ngành chăn nuôi năm 2010 là 135.137,1 tỷ đồng; năm 2011 là


4

199.171,8 tỷ đồng; năm 2012 là 200.849,8 tỷ đồng; năm 2013 là 196.955,1 tỷ
đồng [11], [12], [13], [14].
Theo Cục chăn ni năm 2018, hiện nước ta có đàn lợn 29 triệu con,
đứng đầu ASEAN, đứng thứ 2 ở châu Á, nằm trong top 15 nước có đàn lợn
lớn nhất thế giới. Tốc độ tăng trưởng đàn lợn giai đoạn 1997-2007 đạt 5,06%;
giai đoạn 2007-2017 đạt 0,91%. Sản lượng thịt lợn trong năm 2016 đã đạt
mức kỷ lục với 3,36 triệu tấn thịt lợn hơi, tăng 5% so với năm 2015 và đứng

thứ 7 trên thế giới sau Trung Quốc, Mỹ, Đức, Tây Ban Nha, Braxin và Nga.
Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đóng một vai trị quan trọng trong nơng
nghiệp. Nó chiếm 28% giá trị sản xuất nơng nghiệp. Trong năm 2014, đã có
4,58 triệu tấn thịt lợn được giết mổ tại Việt Nam, thịt lợn chiếm ưu thế trong
sản xuất thịt tại Việt Nam (72,6%).
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
ĐB sông Hồng

TD và MN phía bắc

BTB và DHMT

Tây ngun

Đơng Nam bộ

ĐB sơng C.Long

Hình 1. 1. Số lượng đàn lợn theo phân vùng trên cả nước năm 2018
(Nguồn: Tổng cục thống kê năm 2018)
1.3. NƯỚC THẢI CHĂN NI
1.3.1. Tổng quan về nước thải chăn ni
Chăn nuôi là một trong những phân ngành phát triển nhanh chóng nhất
của sản xuất nơng nghiệp tại Việt Nam. Trong 10 năm qua, sản xuất chăn ni đã

có sự thay đổi lớn, số lượng vật nuôi tăng lên trong khi số hộ chăn nuôi giảm
xuống. Chăn nuôi thâm canh tại những cơ sở chăn nuôi lớn thường tạo nhiều
chất thải hơn so với khả năng tái chế sử dụng làm phân bón hay khí đốt sinh học.
Kết quả là việc xả thải khơng hợp lý và thiếu sót trong q trình xử lý chất


5

thải trước khi xả thải vào môi trường xung quanh đã gây ra những cấp độ ô
nhiễm cục bộ khác nhau đối với mơi trường nước, đất và khơng khí, đồng thời
ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của cư dân xung quanh và đến hệ
sinh thái khu vực [15], [16].
Nguồn nước thải chăn nuôi chủ yếu được phát sinh từ chăn ni lợn,
nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, tổng nitơ, tổng phốt
pho và các vi sinh vật cao. Trung bình, 1 con lợn ni thành phẩm phát sinh
khoảng 30 lít nước thải trên một ngày đêm. Nước thải do quá trình tắm, rửa
chuồng trại cho lợn, nước phân, nước tiểu của lợn. Đây được xem là một
trong những loại gây ô nhiễm nặng nhất trong các loại nước thải vì chứa nhiều
tạp chất như vơ cơ, hữu cơ, khống chất...[17], [18]. Đặc biệt nguy hại hơn đó
là trong nước thải chăn ni có chứa các vi khuẩn gây bệnh dịch như: E.coli,
streptococcussp, salmonellasp, shigellasp, proteus, clostridiumsp,... là các vi
khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong
nước thải như: coronavirus, poliovirus, aphthovirus... và ký sinh trùng trong
nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân,
nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước. Chất thải chăn nuôi được
phát sinh chủ yếu từ: chất thải từ bản thân gia súc như phân, nước tiểu, lông...;
nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết bị
chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi, thức ăn
thừa,..[19], [20]. Theo thống kê của tác giả Nguyễn Thế Hinh (2017), mỗi năm
khối lượng nguồn thải ra từ chăn nuôi ra môi trường là một con số khổng lồ khoảng 84,5 triệu tấn/năm. Trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả

thành các nhiên liệu và vật liệu tái tạo như khí sinh học, ủ phân, ni trùn, cho
cá ăn,…, cịn lại khoảng 80% lượng chất thải chăn ni đã bị lãng phí và phần
lớn thải ra mơi trường gây ô nhiễm [17], [21].
Chất thải trong chăn nuôi được chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải
lỏng và chất thải khí. Trong chất thải chăn ni có nhiều hỗn hợp hữu cơ, vô cơ,
vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người.
Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác súc vật chết, thức ăn dư thừa của vật
ni, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 56% - 83% và


6

tỷ lệ NPK cao. Lượng chất thải rắn rất khác nhau tùy theo lồi số lượng vật ni
và phương thức chăn nuôi. Thông thường, chăn nuôi theo phương thức quảng
canh lượng phân thải ra của gia súc, gia cầm thường lớn hơn phương thức chăn
ni thâm canh, ni có chất đệm lót cũng sẽ tạo ra lượng chất thải lớn hơn nuôi
trên sàn. Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm 1,6-5% khối
lượng cơ thể của gia súc [22], [23]. Ước tính lượng phân thải ra là
15kg/con/ngày đối với bò, 1,5-2,5 kg/con/ngày đối với lợn [13], 15], [24]. Đặc
trưng thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100kg được nêu trong bảng sau:

Bảng 1. 1. Thành phần hóa học của phân lợn
STT

Ch

1

Vật chất kh

2

NH4-N

3

N tổng

4

Tro

5

Chất xơ

6

Carbonat

7

Các axit m

8

pH

(Nguồn: Bùi Hữu Đoàn và cộng sự, 2011)
Chất thải lỏng có độ ẩm cao hơn, trung bình khoảng 93% - 98% gồm phần

lớn là nước thải của vật ni, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hịa tan. Trong
các dạng của chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối
lượng lớn nhất. Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với
nước tiểu, nước tắm, phân của gia súc. Đây cũng là loại chất thải khó quản lý,
khó sử dụng một cách tối ưu. Tùy thuộc vào đặc điểm của các hệ thống chăn
nuôi khác nhau mà nước thải từ khu vực chăn ni có thể bao gồm cả chất thải
rắn của vật ni hoặc khơng. Do đó, hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước
nước thải phát sinh từ các khu vực chuồng, trại chăn ni có thể rất khác nhau.


7

Chính vì vậy, đây là yếu tố làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống xử
lý nước thải chăn ni. Mặt khác, nước thải chăn ni có ảnh hưởng rất lớn
đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử lý nó.
Tùy vào chủng loại, độ tuổi của vật nuôi, qui mô sản xuất, cách vận hành,
quản lý lưu lượng và chất lượng nước thải của các cơ sở chăn nuôi thường dao động
khá nhiều. Đặc trưng quan trọng nhất của nước thải phát sinh từ các trang trại chăn
nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn: hàm lượng các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng được
biểu thị qua các thông số như: COD, BOD 5, tổng nitơ, tổng phốt pho, TSS…những
thông số này là ngun nhân gây ơ nhiễm mơi trường chính. Đây là những thành
phần dễ phân hủy, gây mùi hôi thối, phát sinh khí độc, làm sụt giảm lượng ơxy hịa
tan trong nước và đặc biệt nếu không được xử lý khi thải ra nguồn tiếp nhận sẽ gây
ô nhiễm môi trường, gây phì dưỡng hệ sinh thái, làm ảnh hưởng đến cây trồng và là
nguồn dinh dưỡng quan trọng để các vi khuẩn gây hại phát triển. Ngoài ra trong
nước thải của trang trại chăn ni có chứa hàm lượng lớn các vi khuẩn gây bệnh
dịch, đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người cũng như động
vật trong khu vực. Kết quả điều tra của Trần Thị Dân và cộng sự. tại một số vực
phía Nam Việt Nam cho thấy, chỉ tiêu COD trong nước thải chăn nuôi lợn dao động
từ 4.373 – 12.852 mg/l vào mùa khô và 827 – 32.750 mg/l vào mùa mưa, và lượng

nước sử dụng là 100 lít/con/ngày đối với lợn [16], [25].

Vũ Đình Tôn và cộng sự, khảo sát tại các cơ sở chăn nuôi tại các tỉnh
Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh đã đưa ra kết quả về chất lượng nước thải
chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng hầm biogas như sau [23].
Bảng 1. 2. Chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas

STT
1
2
3


4


8

STT
5
6
7
8
(Nguồn: Vũ Đình Tôn và cộng sự, 2008)
Các vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng, thời gian tồn tại của
chúng trong nước thải khá lâu. Theo các số liệu nghiên cứu cho thấy:
Erysipelothrise insidiosa 92 - 157 ngày, brucella 105 - 171 ngày,
mycobacterium 475 ngày, virus lở mồm long móng 190 ngày, leptospira 21
ngày, trứng ký sinh trùng đường ruột 12 - 15 tháng. Đây là nguồn truyền bệnh
dịch rất nguy hiểm [13], [17], [26]. Khi lượng chất thải chăn nuôi không được

xử lý đúng cách thải vào môi trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu
cơ và vô cơ trong nước. Chúng làm giảm quá mức lượng oxy hòa tan, giảm
chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước, và là ngun nhân
tạo nên dịng nước chết (nước đen, hơi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh
hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái. Hai chất
dinh dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước đó là nitơ
(nhất là ở dạng nitrat) và phốt pho.
Hiện nay, việc sử dụng nước thải hầm biogas trong canh tác và sản xuất
nông nghiệp là rất phổ biến và mang lại nhiều lợi ích. Các thông số ô nhiễm
trước và sau biogas đã giảm tương đối nhiều. Tuy nhiên, nồng độ các chất ô
nhiễm trong nước thải đầu ra của hầm biogas còn khá cao và vượt tiêu chuẩn
cho phép nhiều lần (theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT), đặc biệt là chất dinh
dưỡng. Quá trình xử lý chất thải bằng hầm biogas đã giảm đáng kể các vi sinh
vật và một số chỉ số hóa học trong chất thải. Nhưng, quá trình xử lý này chưa
triệt để, các tác nhân gây bệnh như Salmonella, Giardia, Cryptosporidium vẫn


9

hiện diện trong nước thải hầm biogas [5], [6], [27], [28]. Để đủ điều kiện xả
thải ra môi trường, nước thải đầu ra sau biogas cần được tiếp tục xử lý.
1.3.2. Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường
Ngành chăn nuôi đang tăng trưởng, phát triển mạnh, cùng với đó thì
tình trạng ơ nhiễm mơi trường do chất thải thải ra trong q trình chăn ni
cũng gia tăng. Nguồn chất thải vượt quá khả năng chịu tải của môi trường tự
nhiên đã làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái, cảnh quan môi sinh, đe dọa
tác động trực tiếp tới cuộc sống của người dân [3], [29], [30], [31].
Thành phần chất thải chủ yếu của trang trại chăn ni gồm có: phân, nước
tiểu vật ni, thức ăn chăn nuôi dư thừa; xác gia súc, gia cầm chết; các hoá chất
thất thoát (hoá chất tiêu độc, khử trùng); các phụ phẩm nông nghiệp (thân cây,

cành, lá, vỏ, hạt); ... Trong đó, nước thải chăn ni chiếm phần lớn thành phần
chất thải nêu trên. Nước tắm rửa, nước phân, nước tiểu,… Trung bình, cứ 1kg
chất thải chăn ni do lợn thải ra được pha thêm 20 – 40kg nước. Tính trung
bình lượng nước thải trên đầu lợn khoảng 30 lít/ ngày đêm thì lượng nước thải
3

của ngành chăn ni lơn trên cả nước là 7,2 triệu m /ngày đêm [13], [18], [32].
Thành phần N, P và các VSV gây hại có trong chất thải chăn ni gây ơ
nhiễm mơi trường khơng khí, mơi trường đất, nước mặt và cả nguồn nước ngầm.
Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong phân gia súc (nhất là protein trong
điều kiện yếm khí) thường sản sinh ra các chất khí có mùi hôi thối (indol, H 2S,
NH3) gây ô nhiễm không khí. Trong nước thải chăn ni, hàm lượng N, P cao
khi xả ra môi trường gây hiện tượng phú dưỡng môi trường nước các thuỷ vực
tiếp nhận dẫn đến hiện tượng “nở hoa nước” do vi tảo bao gồm vi khuẩn lam độc
phát triển mạnh, làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm chất lượng nước, ảnh
hưởng xấu đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng (Đặng Đình Kim và cs,
2005). Bên cạnh đó, do nước thải cũng chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nên làm
giảm nồng độ ơxy hồ tan cho nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng đến hệ sinh thái
thuỷ sinh vật nguồn nước tiếp nhận. Ngoài ra, trong trường hợp gia súc mắc các
bệnh truyền nhiễm hoặc ký sinh trùng, côn trùng


10

sẽ đóng vai trị trung gian truyền bệnh cho dịch lây lan rộng, đồng thời làm
tăng nguy cơ mắc các bệnh giun sán,… [14], [16], [33], [34], [35].
1.4. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CHĂN NUÔI.
Hiện nay, đa số các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi đều sử dụng
cơng trình xử lý chất thải rắn, lỏng bằng hầm biogas nhằm phân hủy các chất
hữu cơ và tạo khí sinh học phục vụ sinh hoạt, sản xuất. Nước thải sau khi qua

công đoạn xử lý tạo biogas thường được đưa vào các hồ sinh học nhằm tiếp
tục loại bỏ các chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường hoặc phục vụ tưới
tiêu. Quá trình xử lý bằng các hồ sinh học thường không được vận hành hợp
lý, nên nước thải đầu ra khó có thể đạt được tiêu chuẩn xả thải hoặc tưới tiêu.
Một số cơ sở chăn ni có điều kiện về mặt kinh tế thiết kế hệ thống xử lý
nước thải chăn ni hồn chỉnh bao gồm các bể sinh học hiếu khí, bể anoxic
nhằm loại bỏ hàm lượng nitơ cao trong nước thải sau biogas, sau đó tiếp tục
khử trùng trước khi thải ra ngồi mơi trường. Đa số các cơ sở chăn ni đều
đã sử dụng hệ thống hầm biogas để xử lý chất thải rắn, lỏng phát sinh trong
q trình chăn ni. Nước thải sau biogas được xử lý bằng bể hiếu khí hoặc
các hồ sinh học, hoặc có đơn vị đã thiết kế hệ thống bể anoxic kết hợp
aerotank với mục tiêu loại bỏ hàm lượng nitơ cao trong nước thải.
1.4.1. Công nghệ đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải chăn nuôi.
a)

Đất ngập nước

Đất ngập nước rất đa dạng, có mặt khắp mọi nơi và là cấu thành quan
trọng của các cảnh quan trên mọi miền của thế giới. Hàng thế kỷ nay, con
người và các nền văn hoá nhân loại được hình thành và phát triển dọc theo
các triền sông hoặc ngay trên các vùng đất ngập nước [36], [37], [38], [39].
Theo Công ước RAMSAR, ĐNN là: "Các vùng đầm lầy, than bùn hoặc
vùng nước tự nhiên hay nhân tạo, có nước thường xuyên hay tạm thời, nước
đứng hay nước chảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả các vùng nước