Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng tảo spirunlina platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định mật độ tảo Spirulina platensis tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. Đưa ra dây chuyền công nghệ ứng dụng và chạy mô hình thực tế dựa các điều kiện tối ưu đã tìm được. Đánh giá sơ bộ về lợi ích kinh tế, lợi ích môi trường của việc sử dụng tảo trong xử lý ước thải chăn nuôi lợn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng tảo spirunlina platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU KHI QUA BỂ BIOGAS Ở XÃ HÀ NINH – HUYỆN HÀ TRUNG - TỈNH THANH HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TẢO SPIRULINA PLATENSIS XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU KHI QUA BỂ BIOGAS Ở XÃ HÀ NINH – HUYỆN HÀ TRUNG – TỈNH THANH HÓA CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ : 60.52.03.20 NGƢỜI HƢỚNG DẪN: PGS.TS. PHẠM THỊ NGỌC LAN HÀ NỘI, NĂM 2016
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là : Phạm Thanh Huyền Mã số học viên :1581520320004 Lớp : 23KTMT11 Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường Mã số : 60520320 Khóa học : K23 (2015 - 2017) Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Lan với đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu ứng dụng tảo spirunlina platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa” Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó không 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. Nếu xảy ra vấn đề gì với nôi dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định. Tác giả luận văn (Chữ ký) Phạm Thanh Huyền i
LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy Lợi nói chung và các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật môi trường nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Cô giáo PGS.TS. Phạm Thị Ngọc Lan đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em và tạo những điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với Thầy em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT..............................................................................................vi DANH MỤC BẢNG, BIỂU ....................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................. viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1.Tính cấp thiết của Đề tài ............................................................................................1 2. Mục đích của Đề tài:..................................................................................................1 3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................2 4.Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................................................2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................3 1.1. Tổng quan chất thải chăn nuôi lợn và thực trạng môi trƣờng.......................3 1.1.1. Nguồn gốc nước thải chăn nuôi lợn ............................................................3 1.1.2. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn ......................................3 1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường và con người .....4 1.2.Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải có nồng độ chất hữu cơ và dinh dƣỡng cao .........................................................................................................................................8 1.2.1. Phương pháp cơ học ....................................................................................8 1.2.2. Phương pháp hóa lý ....................................................................................9 1.2.3. Phương pháp hóa học..................................................................................9 1.2.4.Phương pháp sinh học ....................................................................................9 1.2.5. Một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi ..............................................9 1.3. Tảo Spirulina Platensis trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn ...........................14 1.3.1.Tình hình nghiên cứu tảo lam Spirulina Platensis .......................................14 1.3.2.Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina Platensis ............................................16 1.3.3.Các yếu tố môi trường trong bể nuôi tảo .....................................................18 1.3.4. Các phương pháp nuôi tảo ..........................................................................22 1.3.5. Các cơ chế xử lý nước thải của tảo Spirulina Platensis .............................22 1.4.Một số ứng dụng của tảo Spirulina Platensis trong xử lý nƣớc thải .................28 1.5.Tổng quan khu vực nghiên cứu ............................................................................30 1.5.1. Điều kiện tự nhiên .....................................................................................30 iii
1.5.2. Điều kiện kinh tế xã hội ............................................................................. 31 1.5.3. Hiện trạng môi trường ................................................................................ 33 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 36 2.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 36 2.2. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................... 36 2.2.1. Tảo Spirulina Plantensis ............................................................................. 36 2.3. Qúa trình nghiên cứu ........................................................................................... 38 2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu .......................................................................... 38 2.3.2 Phương pháp xác định các thông số nghiên cứu ......................................... 41 2.4. Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm .................................................................... 50 2.4.1 Mô hình thí nghiệm ...................................................................................... 50 2.4.2 Quy trình thí nghiệm .................................................................................... 51 2.4.3 Nội dung thí nghiệm ..................................................................................... 53 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ...................................... 61 3.1 Nuôi tảo và theo dõi các yếu tố ảnh hƣởng đến sự phát triển của tảo.............. 61 3.1.1 Theo dõi biến thiên pH và nhiệt độ .............................................................. 61 3.1.2 Theo dõi sự phát triển của tảo .................................................................... 62 3.1.3 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng amoni, nitrat, nitrit, phốtpho ................... 63 3.2 Theo dõi sự phát triển của tảo trong các điều kiện cƣờng độ ánh sáng khác nhau .............................................................................................................................. 64 3.2.1 Khảo sát pH và nhiệt độ ............................................................................... 64 3.2.2 Theo dõi khối lượng vi tảo Spirulina platensis qua từng đợt....................... 65 3.3 Khảo sát hiệu quả xử lý theo các nồng độ dinh dƣỡng khác nhau ................... 66 3.3.1 Về hàm lượng NH4+ ...................................................................................... 66 3.3.2 Về hàm lượng NO2-....................................................................................... 67 3.3.3 Về hàm lượng NO3-....................................................................................... 67 3.3.4 Về hàm lượng PO43-...................................................................................... 68 3.4 Khảo sát hiệu quả xử tải trọng chất ô nhiễm khác nhau ................................... 69 3.4.1 Về hàm lượng NH4+ .......................................................................................... 3.4.2 Về hàm lượng NO2-....................................................................................... 70 3.4.3 Về hàm lượng NO3-....................................................................................... 71 3.4.4 Về hàm lượng PO43-...................................................................................... 71 3.5 Khảo sát mật độ tảo trong mối liên quan hiệu suất xử lý chất dinh dƣỡng khác nhau .............................................................................................................................. 72 iv
3.5.1 Về hàm lượng NO2- .......................................................................................72 3.5.2 Về hàm lượng NO3- .......................................................................................73 3.5.3 Về hàm lượng PO43- ......................................................................................74 3.6 Đề xuất dây chuyền xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn sau bể biogas dựa vào các kết quả đã nghiên cứu .................................................................................................75 3.7 Đánh giá sơ bộ lợi ích kinh tế và môi trƣờng ......................................................77 3.7.1 Lợi ích về môi trường ...................................................................................77 3.7.2 Lợi ích kinh tế ...............................................................................................77 KẾT LUẬN ..................................................................................................................79 KIẾN NGHỊ .................................................................................................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................81 v
CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường CNLN Công nghiệp làng nghề ĐT Đào tạo GD Giáo dục KTTT Kinh tế thị trường MT Môi trường NTTS Nuôi trồng thủy sản QCVN Quy chuẩn Việt Nam SXCN Sản xuất công nghiệp TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam THCS Trung học cơ sở TTCN Tiểu thủ Công nghiệp UBND Ủy ban nhân dân VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật WHO Tổ chức y tế thế giới vi
DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn [2] ......................................4 Bảng 1.2 Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu .................................................................13 Bảng 2.1 Thành phần hóa chất sử dụng trong môi trường nuôi cấy tảo ......................37 Bảng 2.2 Thông số nước thải chăn nuôi lợn ..................................................................38 Bảng 2.3 Các mẫu nước thải được lấy tại 5 hộ gia đình tại xã Hà Ninh - huyện Hà Trung- tỉnh Thanh Hóa ..................................................................................................39 Bảng 2.4 Kết quả phân tích chất lượng nước thải lấy mẫu ở hộ gia đình Xã Hà Ninh- Huyện Hà Trung- Tỉnh Thanh Hóa ...............................................................................40 Bảng 2.5 Dãy đường chuẩn hàm lượng P......................................................................47 Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm xác định đường chuẩn ...................................................50 Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau bể biogas bằng vi tảo ...52 Bảng 2.7 Thống kê quy trình thực nghiệm ....................................................................53 Bảng 2.8 Bảng thông số thí nghiệm về khảo sát sự phát triển của tảo trong các điều kiện cường độ ánh sáng khác nhau ................................................................................55 Bảng 2.9 Thống kê các thông số đầu vào theo các nồng độ dinh dưỡng khác nhau .....56 Bảng 2.10 Thống kế các thông số đầu vào theo các tải trọng chất ô nhiễm khác nhau .......................................................................................................................................57 Bảng 2.11 Thống kê các thông số đầu vào với mật độ tảo khác nhau ..........................59 Bảng 3.1 Thông số đầu vào điều kiện tối ưu thực hiện chạy mô hình theo mẻ ............75 Bảng 3.2 Bảng QCVN MT-62: 2016/BTNMT Quy chuẩn quốc gia về .......................77 nước thải chăn nuôi .......................................................................................................77 vii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Trạng trại chăn nuôi heo................................................................................... 3 Hình 1.2 Khu đất tại chuồng chăn nuôi lợn .................................................................... 5 Hình 1.3 Nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn ........................................ 6 Hình 1.4 Gây mùi khó chịu do nước thải chăn nuôi lợn ................................................. 7 Hình 1.5 Bênh nhân bị viêm cầu khuẩn .......................................................................... 8 Hình 1.6 Bênh nhân bị tả ................................................................................................ 8 Hình 1.7 Biểu đồ hiện trạng chăn nuôi lợn tại xã Hà Ninh, huyện Hà Trung, ............. 33 tỉnh Thanh Hóa 2014 [2] ............................................................................................... 33 Hình 1.8 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm xử lý phân chăn nuôi lợn theo các giải pháp ......... 34 khác nhau [2] ................................................................................................................. 34 Hình 1.9 Tỷ lệ phần trăm xử lý nước thải chăn nuôi lợn .............................................. 34 tại xã Hà Ninh, huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa 2014 [2] ......................................... 34 Hình 2.1 Qúa trình quang hợp và phát triển của tảo Spirulina Plantensis .................... 37 Hình 2.2 Lấy mẫu nước thải .......................................................................................... 39 Hình 2.3 Lấy mẫu nước tại cống ra hầm biogas ........................................................... 39 Hình 2.4 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng P .................................................... 48 Hình 2.5 Đường chuẩn xác định hàm lượng sắt tổng.................................................... 50 Hình 2.6 Mô hình thí nghiệm 1 ..................................................................................... 54 Hình 2.7 Mô hình thí nghiệm cường độ ánh sang 2000 - 3000 lumen ......................... 55 Hình 2.8 Mô hình thí nghiệm cường độ ánh sang 3000 - 4000 lumen ......................... 55 Hình 2.9 Mô hình 4 thí nghiệm nước thải trong giai đoạn xử lý ngày thứ 11 .............. 56 Hình 2.10 Mô hình 4 thí nghiệm nước thải trong giai đoạn xử lý ngày thứ 10 ............ 58 Hình 2.11 Mô hình 4 thí nghiệm nước thải trong giai đoạn xử lý ngày thứ 8 .............. 59 Hình 2.12 Mô hình thí nghiệm đợt 6 ngày thứ 8........................................................... 60 Hình 3.1 Đồ thị theo dõi biến thiên giá trị nhiệt độ trong môi trường nuôi cấy tảo ..... 61 Hình 3.2 Đồ thị theo dõi biến thiên giá trị pH trong môi trường nuôi cấy tảo ............. 61 Hình 3.3 Đồ thị theo dõi sự phát triển mật độ tảo trong môi trường nuôi cấy tảo ....... 62 Hình 3.4 Đồ thị mối quan giữa mật độ tảo và hàm lượng tảo trong môi trường .......... 63 nuôi cấy tảo ................................................................................................................... 63 viii
Hình 3.5 Đồ thị mối tương quan giữa mật độ tảo và hàm lượng chất dinh dưỡng trong trong môi trường nuôi cấy tảo .......................................................................................63 Hình 3.6 Đồ thị khảo sát giá trị pH theo cường độ ánh sáng ........................................64 Hình 3.7 Đồ thị khảo sát giá trị nhiệt độ theo cường độ ánh sáng ................................ 65 Hình 3.8 Đồ thị theo dõi giá trị khối lượng tảo theo cường độ ánh sáng ......................65 Hình 3.9 Đồ thị khảo sát giá trị mật độ tảo theo cường độ ánh sáng ............................66 Hình 3.10 Đồ thị hiệu quả xử lý hàm lượng NH4+ theo nồng độ dinh dưỡng nước thải đầu vào khác nhau .........................................................................................................66 Hình 3.11 Đồ thị hiệu quả xử lý hàm lượng NO2- theo nồng độ dinh dưỡng nước thải đầu vào khác nhau .........................................................................................................67 Hình 3.12 Đồ thị hiệu quả xử lý hàm lượng NO3- theo nồng độ dinh dưỡng nước thải đầu vào khác nhau .........................................................................................................68 Hình 3.13 Đồ thị hiệu quả xử lý hàm lượng PO43- theo nồng độ dưỡng nước thải đầu vào khác nhau ................................................................................................................69 Hình 3.14 Đồ thị kết quả đo hàm lượng NH4+ theo tải trọng ô nhiễm nước thải đầu vào khác nhau .......................................................................................................................69 Hình 3.15 Đồ thị kết quả đo hàm lượng NO2- tải trọng ô nhiễm nước thải đầu vào khác nhau ...............................................................................................................................70 Hình 3.16 Đồ thị kết quả đo hàm lượng NO3- tải trọng ô nhiễm nước thải đầu vào .....71 khác nhau .......................................................................................................................71 Hình 3.17 Đồ thị kết quả đo hàm lượng PO43- tải trọng ô nhiễm nước thải đầu vào khác nhau ...............................................................................................................................72 Hình 3.18 Đồ thị kết quả NO2- của mật độ tảo khác nhau .............................................73 Hình 3.19 Đồ thị kết quả NO3- của mật độ tảo khác nhau ............................................73 Hình 3.20 Đồ thị kết quả PO43- của mật độ tảo khác nhau ............................................74 Hình 3.21 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn qua bể biogas bằng tảo Spirulina ..........................................................................................................75 Hình 3.22 Đồ thị kết mối tương quan giữa mật độ tảo và các thông số trong nước thải chăn nuôi sau khi xử lý ..................................................................................................76 ix
MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của Đề tài: Chăn nuôi là một nghề truyền thống có từ lâu đời, hiện nay đang được phát triển và mở rộng nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội và cho xuất khẩu. Cùng với những mặt tích cực về tăng trưởng, ngành chăn nuôi lợn cũng đang gây ra những áp lực lên môi trường. Tuy thành phần chất thải chăn nuôi lợn không chứa các chất độc hại như chất thải công nghiệp nhưng chứa một lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng N, P, K và các sinh vật gây bệnh. Các chất này nếu không được loại bỏ triệt để trước khi thải sẽ lan truyền trong môi trường, gây tác động rất lớn đến môi trường nước, không khí , đất và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của cộng đồng. Hiện nay ở Việt Nam nước thảichăn nuôi lợn chủ yếu được xử lý bằng hầm phân hủy yếm khí( hầm biogas) sau quá trình này các thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mức rất cao. Việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. Có rất nhiều giải pháp kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy theo quy mô. Xuất phát từ vấn đề thực tế đó, em lựa chọn nghiên cứu đề tài:” Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirunlina Platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa” . Việc nghiên cứu tảo Spirulina Platensis để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải hàm lượng nitơ và photpho là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo. Bên cạnh đó, vi tảo Spirulina platensis không những loại bỏ hiệu quả các hợp chất của N, P mà còn có khả năng hấp thu tốt các kim loại nặng độc hại có trong nước thải như sắt, đồng...hiệu quả loại bỏ chúng từ 70% trở lên. Việc xử lý nước bằng vi tảo lam Spirulina platensis vừa có hiệu quả cao, vừa giảm chi phí thực hiện và không ảnh hưởng đến môi trường. 2. Mục đích của Đề tài: 1
Mục tiêu chung: Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirunlina Platensis xử lý nước thải giàu dinh dưỡng như nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa Mục tiêu cụ thể: + Nuôi tảo và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. + Xác định cường độ ánh sáng tối ưu thích hợp cho sự phát triển của tảo thông qua 2 thí nghiệm. + Xác định nồng độ dinh dưỡng nước thải chăn nuôi lợn đầu vào tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. + Xác định tải trọng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn đầu vào tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. + Xác định mật độ tảo Spirulina platensis tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. + Đưa ra dây chuyền công nghệ ứng dụng và chạy mô hình thực tế dựa các điều kiện tối ưu đã tìm được. + Đánh giá sơ bộ về lợi ích kinh tế, lợi ích môi trường của việc sử dụng tảo trong xử lý ước thải chăn nuôi lợn. 3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nước thải chăn nuôi lợn xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa 4.Phƣơng pháp nghiên cứu (1) Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực địa và lấy mẫu nước thải tại khu vực nghiên cứu (2) Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập các thông tin và tài liệu liên quan đến việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam và các nước trên thế giới. (3) Phương pháp kế thừa, phân tích số liệu (4) Phương pháp thực nghiệm: Trong phòng thí nghiệm thực hiện phân tích các thông số đầu vào của nước thải chăn nuôi lợn và áp dụng phương pháp sinh học sử dụng tảo spirulina platensis. (5) Phương pháp mô hình vật lý (6) Phương pháp so sánh: So sánh các thông số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QCVN 62- MT : 2016/BTNMT 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan chất thải chăn nuôi lợn và thực trạng môi trƣờng 1.1.1. Nguồn gốc nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn là nước thải do vệ sinh chuồng trại, máng ăn, máng uống… loại nước thải này gây ô nhiễm nặng nhất vì nó có chứa các chất vô cơ, hữu cơ, khoáng chất… Nước thải chăn nuôi lợn là hỗn hợp của phân tươi và nước từ việc tắm rửa lợn, vệ sinh chuồng trại. Hình 1.1 Trạng trại chăn nuôi heo Thành phần nước thải ngoài thành phần hữu cơ, vô cơ, dinh dưỡng thì vi khuẩn và vi rút rất nhiều mang mầm mống bệnh long móng, dịch tai xanh, tiêu chảy,…Do đó, cần phải có hệ thống xử lý nước thải nuôi lợn để tránh ảnh hưởng tới môi trường và đặc biệt là cuộc sống của người dân xung quanh. 1.1.2. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh. Nước thải chăn nuôi gồm nước phân, nước tiểu, nước rửa chuồng trại, nước uống cho lợn. nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân 3
bón. Trong 1m3 nước phân có khoảng: 5-6kg N nguyên chất; 0,1kg P2O5; 12kg K2O[16] .Nước phân chuồng thường nghèo lân, giàu đạm và rất giàu Kali. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi: + Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protit, axit amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,… [1] + N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N-tổng = 200 – 350 mg/l trong đó N-NH4 chiếm khoảng 80-90%; P_tổng = 60-100mg/l. [1] + Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn [2] QCVN 62-MT:2016/BTNMT STT Thông Số Đơn vị tính Giá trị (cột B) 1 pH - 7,23-8,07 5.5-9 2 BOD5 mg/l 1664-3268 100 3 COD mg/l 2561-5028 300 4 SS mg/l 1700-3218 150 5 N-NH4+ mg/l 10-50 - 6 N tổng mg/l 512-594 150 7 Tổng Photpho mg/l 13,8-62 - Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ, ...) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3 /năm.(Nước thải nuôi lợn sau xử lý yêu cầu đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 62MT : 2016 / BTNMT ). 1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường và con người 4
1.1.3.1.Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường Nước thải chăn nuôi lợn có nhiều thành phần và tải trọng ô nhiễm cao vượt so với QCVN rất nhiều lần như : BOD, COD, N, P, … Nguồn nước thải có tới 80% hàm lượng chất hữu cơ cellulose, axitamin,.. là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng giàu nitơ, phốtpho, các chất khoáng, . . . Bên cạnh đó nhiều loại vi khuẩn, vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Việc nguồn nước thải chăn nuôi lợn chưa qua xử lý thải bỏ trực tiếp ra ngoài môi trường đã, đang và sẽ gây nhiều tác hại tới môi trường. + Ô nhiễm môi trường đất Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các chất dinh dưỡng giàu nitơ, phốtpho. Đây là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng, nhưng khi bón trực tiếp vào đất quá mức cho phép, cây trồng không hấp thụ hết, chúng sẽ tích tụ lại làm bão hòa hay quá bão hòa chất dinh dưỡng trong đất, gây mất cân bằng sinh thái đất, thoái hóa đất, gây các tác động như làm chết cây, giảm sản lượng cây trồng, đồng thời tạo điều kiện cho vi sinh vật ưa nitơ, phospho phát triển, hạn chế chủng loại vi sinh vật khác gây mất cân bằng sinh thái đất. Thêm vào đó, một số trường hợp như ở các nước chăn nuôi công nghiệp, thức ăn gia súc thường bổ sung chất kích thích tăng trưởng (thành phần chủ yếu là hợp chất đồng, kẽm). Khi các chất này được thải ra cùng phân và nước tiểu gia súc, dần dần tích tụ Hình 1.2 Khu đất tại chuồng chăn nuôi lợn thành lượng lớn trong đất, ảnh hưởng đến cây trồng và cuối cùng trở lại tác động vào con người [3]. Ngoài ra, trong phân tươi gia súc chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh, 5
chúng có thể sinh sôi và phát triển, tồn tại rất lâu trong đất như Salmonella trong đất ở độ sâu 50 cm và tồn tại được 2 năm, trứng ký sinh trùng cũng khoảng 2 năm. + Ô nhiễm môi trường nước Việc thải bỏ trực tiếp nước thải chăn nuôi lợn chưa qua hệ thống xử lý nước thải gây ảnh hưởng tới nguồn nước mặt và lâu dài nguồn nước ngầm bị ô nhiễm. Hàm lượng chất hữu cơ, dinh dưỡng trong nước và thành phần khác khi thải bỏ ra môi trường nước sẽ làm suy giảm lượng oxy hòa tan. Cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiếu khí, các vi sinh vật này sử dụng khí oxy để phân hủy các hợp chất hữu cơ từ phân và nước thải chăn nuôi. Bên cạnh đó, trong nước thải chăn nuôi lợn luôn tồn tại rất nhiều loại vi khuẩn, vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.,.. [3] Với điều kiện Hình 1.3 Nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn thích hợp sự phát triển sinh sôi nhanh chóng là nỗi lo trực tiếp ô nhiễm nguồn nước, gián tiếp tới sức khỏe con người. Đặc biệt nghiêm trọng hơn, nếu nước thải thấm xuống đất đi vào mạch nước ngầm sẽ gây ô nhiễm nước ngầm, nhất là các giếng mạch nông gần chuồng nuôi lợn hay gần hố chứa chất thải không có hệ hống thoát nước an toàn. + Ô nhiễm môi trường không khí Gây ra mùi khó chịu ảnh hưởng tới môi trường xung quanh là do quá trình phân hủy kỵ khí và hiếu khí chất thải chăn nuôi lợn ( chủ yếu là phân và nước tiểu). Các khí này 6
có nồng độ khác nhau tùy thuộc vào môi trường bên ngoài( nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ) cùng phương thức thu gom, lưu trữ, vận chuyển, xử lý chất thải. Các khí phát ra chủ yếu là NH3, CH4, H2S, CO2…...có mùi đặc trưng. Cùng với hướng gió mùi khó chịu được đưa đi xa làm ô nhiễm môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, thu hồi nguồn khí thải giàu CH4 để làm khí đốt thân thiện môi trường,đốt thân thiện môi trường và là nguồn nguyên liệu rẻ tiền. Tận dụng việc xây hầm biogas để thu khí làm nhiên liệu đốt giảm sự ô nhiễm môi trường không Hình 1.4 Gây mùi khó chịu do nước thải chăn nuôi lợn khí do phát tán mùi. 1.1.3.2.Tác động của nước thải chăn nuôi lợn đến sức khỏe con người Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp. Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu không 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. Trong vài năm qua, chỉ có khoảng 10 bệnh nhân vào Viện Các bệnh truyền nhiễm và Nhiệt đới Quốc gia. Trong hai năm 2005 - 2006, có 72 trường hợp nhiễm S.suis nhập Bệnh viện Bệnh nhiệt đới Thành phố Hồ Chí Minh [1] Nhưng năm 2007 có tới hơn 48 ca (22 ca ở miền Bắc, 20 ca ở miền Nam, 6 ca ở miền Trung) được chẩn đoán bị bệnh liên cầu lợn, có một số ca xét nghiệm xác định được tác nhân gây bệnh là S.suis týp II. Có 3 ca trong số này đã tử vong. 7
Theo một nghiên cứu của Bệnh viện Bệnh nhiệt đới Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy bệnh này có khuynh hướng xảy ra vào mùa hè nắng nóng, 58 bệnh nhân (81%) là nam giới [3]. Phần lớn bệnh nhân là nông dân, 38% bệnh nhân có tiền sử tiếp xúc với lợn hay thịt lợn, tuy nhiên chỉ có 6 bệnh nhân (8%) có tổn thương da nghi ngờ. 69 bệnh nhân (96%) biểu hiện bệnh cảnh viêm màng não như: sốt, nhức đầu, ói, cổ cứng, rối loạn tri giác là những triệu chứng thường gặp. 68% trường hợp viêm màng não mủ có triệu chứng ù tai, điếc. Một bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết bị sốc do nhiễm độc tố liên cầu. Hình 1.5 Bênh nhân bị viêm cầu khuẩn Hình 1.6 Bênh nhân bị tả 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 không kìm hãm sự phát triển của ngành. 1.2. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải có nồng độ chất hữu cơ và dinh dƣỡng cao 1.2.1. Phương pháp 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 dễ lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công trình tiếp theo. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình xử lý nước thải phía sau. 8