Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí tới hiệu suất loại COD, Nitơ. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng tới hiệu suất loại COD, Nitơ. Mục đích của nghiên cứu là đưa ra chế độ thích hợp cho công nghệ xử lý sục khí luân phiên để xử lý nước thải chăn nuôi sau quá trình xử lý biogas. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Thị Thu Lan NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Trần Thị Thu Lan NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN ĐỖ HÙNG Hà Nội – Năm 2013
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã luôn quan tâm và tận tình truyền đạt những những kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Đỗ Hùng, thầy hướng dẫn trực tiếp luận văn, đồng thời cũng là trưởng phòng của tôi. Thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sỹ này. Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Hướng Công nghệ xử lý ô nhiễm, Lãnh đạo phòng Công nghệ xử lý nước và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tôi được hoàn thành khóa học và luận văn này. Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình những người quan tâm, động viên và đồng thời là chỗ dựa tinh thần lớn giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong suốt thời gian học tập và làm Luận văn vừa qua. Hà nội, tháng 11 năm 2013 Học viên Trần Thị Thu Lan 1
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 4 DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................... 6 MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 7 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN........................... 10 1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam ..................................................................... 10 1.1.2. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam ....................................................... 10 1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam ...................... 12 1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý................................. 13 1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ........................................................... 13 1.2.2. Hiện trạng quản lý và xử lý ............................................................................ 15 1.3. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn. ............................................................. 16 1.3.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp cơ học và hóa lý ................ 17 1.3.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí. ................. 17 1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí ............... 23 1.3.4. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải ......................................... 25 1.3.5. Một số quy trình cơ bản ứng dụng xử lý Nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học ................................................................................................................... 29 1.4. Giới thiệu sơ lược về phương pháp sục khí luân phiên .......................................... 31 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................ 32 1.5.1. Trong nước .................................................................................................... 32 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 36 2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 36 2.1.1. Nước thải ....................................................................................................... 36 2.1.2. Hệ thiết bị thí nghiệm sục khí luân phiên ........................................................ 36 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................... 37 2.2.1. Phương pháp khảo sát hiện trường: ................................................................ 37 2.2.2. Phương pháp phân tích ................................................................................... 37 2
2.2.3. Các chế độ thí nghiệm và qui trình vận hành .................................................. 38 2.2.4. Phương pháp tính toán ................................................................................... 41 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 42 3.1. Kết quả khảo sát hiện trường................................................................................. 42 3.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................... 49 3.2.1 Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, SS và photpho ......................................................................................... 49 a. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ ..................................................................................................................... 49 b. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý Nitơ .............. 50 c. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý SS ................. 53 d. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý photpho ........ 54 3.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ, nitơ, photpho đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, photpho ............................................................................................................... 55 a. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ .......................... 55 b. Ảnh hưởng của tải trọng Nitơ đến hiệu suất xử lý Nitơ ........................................ 56 c. Ảnh hưởng của tải trọng photpho đến hiệu suất xử lý photpho ............................. 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 60 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 64 3
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn 14 Bảng 2: Chất lượng nước thải lợn điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung 14 Bảng 3: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas 19 Bảng 4: Nồng độ NH4+ và NO2- gây ức chế nitrobacter 27 Bảng 5: Thành phần của nước thải chăn nuôi lợn sau biogas 36 Bảng 6: Bảng kết quả phân tích nước của một số trang trại chăn nuôi lợn 45 Bảng 7: Các chế độ vận hành thí nghiệm 39 4
DANH MỤC HÌNH Hình 1 Tốc độ tăng trưởng đàn lợn trên toàn quốc lần lượt tính từ năm 2006- 2010 (Đơn vị con) 12 Hình 2: mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại một số huyên thuộc TP. Hồ Chí Minh 16 Hình 3: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N 25 Hình 4: Cấu trúc 1 hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí và hiếu khí 28 Hình 5: Một số quy trình công nghệ xử lý nitơ trong nước thải 30 Hình 6: Sơ đồ hệ thống thiết bị thực nghiệm 36 Hình 7: Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại 38 Hình 8: Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý COD 50 Hình 9: N-NH4+ vào, ra và hiệu suất xử lý N-NH4+ ở các chế độ thí nghiệm khác nhau 50 Hình 10: Hiệu quả xử lý T-N ở các chế độ khác nhau 51 Hình 11: Quá trình chuyển hóa nitrat 52 Hình 12: SS vào, ra và hiệu quả xử lý ở các chế độ khác nhau 53 Hình 13: T-P vào, ra và hiệu quả xử lý ở các chế độ khác nhau 54 Hình 14: Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu suất xử lý COD 55 Hình 15: Ảnh hưởng của tải lượng N đến hiệu suất xử lý T-N 56 Hình 16: Ảnh hưởng của tải lượng P đến hiệu suất xử lý T-P 57 5
DANH MỤC 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 DO: Dissolved Oxygen Oxy hòa tan SVI: Sludge Volume Index Chỉ số bùn – thể tích 1g bùn chiếm chỗ ở trạng thái lắng T-N Tổng Nitơ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TVTS Thực vật thủy sinh VLL Vật liệu lọc VSV Vi sinh vật UASB Upflow Anaerobic Sludge Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng Blanket lên XLNT Xử lý nước thải VKL Vi khuẩn lam MLSS Mix Liquoz Suspendids solids chất rắn trong hỗn hợp chất lỏng - rắn huyền phù T-P Tổng Phốt pho sục khí Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn luân phiên SS Suspended Solids Cặn lơ lửng pH Hydrogen ion concentration ĐP, TP, Tên các trại lợn: Đan Phượng, Thụy TĐ, GN, Phương, Tam Điệp, Gia Nam, Hồng HĐ Điệp. 6
MỞ ĐẦU Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay. Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [1]. Theo kết quả điều tra 1/10/2013 của Tổng cục Thống kê, cả nước hiện có 26,3 triệu con lợn bằng 99,1%; đàn lợn nái có 3,9 triệu con bằng 98% so với cùng kỳ năm trước. Sản lượng thịt hơi xuất chuồng đạt 3,3 triệu tấn tăng 2,1% so với cùng kỳ năm trước. Trong những tháng đầu năm do giá thịt lợn hơi giảm, chi phí con giống và thức ăn tăng nên người chăn nuôi đã hạn chế đầu tư mở rộng đàn. Lĩnh vực chăn nuôi nước ta đang phát triển nhanh chóng và tăng dần tỷ trọng trong ngành nông nghiệp. Năm 2009, Việt Nam đã vươn lên đứng thứ 2 Châu Á sau Trung Quốc về sản lượng thịt lợn [3]. Trên thế giới chăn nuôi hiện chiếm khoảng 70% đất nông nghiệp và 30% tổng diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích bị băng bao phủ). Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu, giải quyết việc làm cho 1,3 tỉ dân [1]. Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp tích cực cho sự phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn đã để lại những tác động tiêu cực đến môi trường, làm suy thoái chất lượng đất, chất lượng nước và không khí xung quanh các khu vực nuôi lợn. Nguyên nhân là do ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi lợn, cụ thể ; phân, nước tiểu và nước rửa chuồng trại. Sản lượng thịt lợn cung cấp ra thị trường ngày càng tăng tỷ lệ thuận với lượng chất thải ra môi trường. Chất thải chăn nuôi lợn đã gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người và đặc biệt đóng góp một phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu. Ngoài chất thải rắn và chất thải lỏng, chăn nuôi hiện đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất (global warming) do thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính. Theo báo cáo của Tổ chức Nông Lương Thế giới 7
(FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nitơ oxit (N2O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2. Chăn nuôi gia súc đóng góp tới 64% lượng khí Amoniac (NH3) – là thủ phạm của những trận mưa axit. Điều này có nghĩa là chăn nuôi gia súc, gia cầm đã được khẳng định là một tác nhân chính làm tăng hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra nhu cầu về thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu về bãi chăn thả v.v… của gia súc cũng đang được coi là một trong những tác nhân chính gây thoái hóa đất nông nghiệp, ô nhiễm nguồn nước và mất cân bằng hệ sinh thái [5]. Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn được coi là thế mạnh của ngành nông nghiệp. Cùng với sự gia tăng dân số, gia tăng các nhu cầu về lương thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi càng được đầu tư phát triển mạnh. Trước đây, chúng ta chỉ có chăn nuôi nhỏ lẻ tại các hộ gia đình. Hiện nay, trong bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn nuôi đều tăng, cùng với đó là sức cạnh tranh, vấn đề kiểm soát dịch bệnh nên việc chăn nuôi trong các hộ gia đình có xu hướng giảm trong khi chăn nuôi gia trại, trang trại tăng nhanh và tạo được khả năng cạnh tranh trên thị trường. Do vậy, vấn đề chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải được quản lý tốt. Chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu là phân lợn và nước thải hiện đang là vấn đề lo lắng của các nhà quản lý. Nước thải (phân, nước) có độ ô nhiễm rất cao do (COD, BOD, Nitơ, Amoni và VK gây bệnh). Việc sử dụng bể Biogas tại các trại chăn nuôi thuận tiện cho sử dụng chất thải và khai thác nguồn năng lượng nhưng nước thải sau bể Biogas vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi thải vào môi trường. Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi và thực tế các công nghệ đã áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình biogas, công nghệ sục khí luân phiên (các quá trình xử lý chất hữu cơ và nitơ được thực hiện trong một bể là quá trình cải tiến của hệ SBR) dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của xử lý nước thải chăn nuôi. Trong khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học, đề tài “Nghiên cứu xử lý đồng thời 8
các thành phần hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên” được thực hiện nhằm mục đích tìm ra khả năng ứng dụng của phương pháp trong nỗ lực đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục đích nghiên cứu Nước thải chăn nuôi lợn xử lý qua bể biogas vẫn còn độ ô nhiễm cao về chất hữu cơ và nitơ. Mục đích của nghiên cứu là đưa ra chế độ thích hợp cho công nghệ xử lý sục khí luân phiên để xử lý nước thải chăn nuôi sau quá trình xử lý biogas. Nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí/ngừng sục khí tới hiệu suất loại COD, Nitơ. - Nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng tới hiệu suất loại COD, Nitơ. 9
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam 1.1.2. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam Hiện cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình, 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung, nhưng mới chỉ có 8,7% số hộ xây dựng công trình khí sinh học (hầm biogas). Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn nuôi hợp vệ sinh cũng chỉ chiếm 10% và chỉ có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ môi trường. Vẫn còn khoảng 23% số hộ chăn nuôi không xử lý chất thải bằng bất kỳ phương pháp nào mà xả thẳng ra môi trường bên ngoài…gây sức ép đến môi trường. 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 hóa, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh. 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. 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. Theo Báo cáo tổng kết của Viện Chăn nuôi (Bộ NN&PTNT), nồng độ khí H2S và NH3 trong chất thải chăn nuôi cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần. Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra, nước thải chăn nuôi còn chứa Coliform, E.coli, COD... và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long là những địa phương có ngành chăn nuôi phát triển. Tại tỉnh Bến Tre, tính đến thời điểm tháng 6/2013 đã có đàn lợn trên 424.000 con, đàn bò gần 148.000 con, là địa phương có đàn gia súc đứng đầu khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, việc đảm bảo vệ sinh môi trường ở đây mới chỉ chú trọng ở các doanh nghiệp chăn nuôi, còn các 10
hộ chăn nuôi nhỏ chưa được quan tâm. Trong khi, các hộ chăn nuôi nhỏ chiếm tỷ lệ khá lớn, nhưng việc chăn nuôi của các hộ dân phần lớn theo tập quán, thói quen xả chất thải xuống kênh, rạch dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường, tăng nguy cơ dịch bệnh cho vật nuôi, con người và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bền vững của ngành Chăn nuôi. Theo dự báo của ngành Tài nguyên và Môi trường (TN&MT), với tốc độ phát triển mạnh của ngành Chăn nuôi như hiện nay dự tính đến năm 2020, lượng chất thải rắn trong chăn nuôi phát sinh khoảng gần 1.212.000 tấn/năm, tăng 14,05% so với năm 2010. Để phát triển bền vững và đảm bảo môi trường tại các trang trại, gia trại, các địa phương cần quan tâm hơn nữa đến việc tạo điều kiện, hỗ trợ các hộ chăn nuôi quy mô lớn đầu tư xây dựng mô hình xử lý chất thải theo công nghệ hiện đại. Ngành TN&MT chủ động phối hợp với ngành NN&PTNT tăng cường kiểm tra, xử lý, đình chỉ sản xuất đối với các trang trại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng; đôn đốc các trang trại, gia trại gây ô nhiễm môi trường, thực hiện các biện pháp xử lý triệt để tình trạng ô nhiễm; yêu cầu các trang trại phải có đầy đủ công trình, biện pháp bảo vệ môi trường đáp ứng yêu cầu về xử lý ô nhiễm; khẩn trương quy hoạch vùng chăn nuôi cho từng loại vật nuôi, từng bước hạn chế, không cho phép chăn nuôi gia trại, chăn nuôi quy mô nhỏ trong khu dân cư; triển khai ứng dụng mô hình xử lý nước thải sau bể biogas, làm cơ sở hướng dẫn, nhân rộng áp dụng cho các trang trại chăn nuôi. Tính đến giữa năm 2010 cả nước có 23.558 trang trại chăn nuôi (tăng 42% so với năm 2006). Quy mô đàn lợn tăng nhanh từ 26,85 triệu con năm 2006 lên 27,37 triệu con năm 2010. Định hướng phát triển đến năm 2020 cơ bản chuyển sang trang trại, công nghiệp. 11
27,627,729 27,370,000 26,855,330 26,701,598 26,560,651 1 2 3 4 5 Nguồn: Website Tổng cục thống kê - 31/12/2010) Hình 1 Tốc độ tăng trưởng đàn lợn trên toàn quốc lần lượt tính từ năm 2006- 2010 (Đơn vị con) 1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam Tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa đã làm giảm diện tích đất nông nghiệp. Để đảm bảo an toàn về lương thực và thực phẩm, biện pháp duy nhất là thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát triển. Theo quyết định số 10/2008/QĐ - TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 thì định hướng phát triển như sau: + Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương thức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu; + Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%, trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%; + Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi; 12
+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại, công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường. + Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008 - 2010 đạt khoảng 8 - 9% năm; giai đoạn 2010 - 2015 đạt khoảng 6 - 7% năm và giai đoạn 2015 - 2020 đạt khoảng 5 - 6% năm. 1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý 1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn là một trong những loại nước thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và sinh vật gây bệnh cao. Nước thải chăn nuôi, nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường. Các chất hữu cơ: - Hàm lượng các chất hữu cơ cao, tỷ lệ BOD5/COD > 0,5 nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. - Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất hydrat cacbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu cơ. Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…  Tổng 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 trong nước thải chăn nuôi lợn 200 - 350 mg/l, trong đó N - NH4 chiếm khoảng 80 - 90% Photpho từ 60 - 100 mg/l.  Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn ecoli, vi khuvirus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. 13
Nước thải trong chăn nuôi lợn (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ,...) ước tính khoảng và chục nghìn tỷ m 3/năm. Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, đặc biệt là BOD, COD, nitơ, photpho và sinh vật gây bệnh. Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn được thể hiện trong bảng sau: Bảng 1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn Yêu cầu chất lượng nước đầu Nồng độ nước Thông số Đơn vị ra (QCVN 40: 2011/BTNMT, thải đầu vào cột A) pH 7,2 - 6-9 BOD5 2817 mg/l 30 COD 5210 mg/l 75 SS 615 mg/l 50 N tổng 406 mg/l 20 P tổng 47 mg/l 4 MPN/100 Coliform 5,8.109 3000 ml (Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn – Viện Chăn nuôi, 2006). 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 trưng của nước thải chăn nuôi: Bảng 2: Chất lượng nước thải lợn điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung Chỉ tiêu Đơn vị Trại TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty Trại Khoảng kiểm tra Đan Phuợng Thụy Phương Tam Điệp Gia Nam Hồng Điệp dao động 14
Chỉ tiêu Đơn vị Trại TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty Trại Khoảng kiểm tra Đan Phuợng Thụy Phương Tam Điệp Gia Nam Hồng Điệp dao động o pH C 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 6 -8 BOD5 mg/l 1339 1080 882 783 1221 780 - 1340 COD mg/l 3397 2224 1924 1251 2824 1250 - 3400 TDS mg/l 4812 4568 3949 4012 4720 3940 - 4810 P_tổng mg/l 99,4 80,2 69,4 57,4 85,6 57 - 100 N_tổng mg/l 332 280 250 204 275 200 - 280 (Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn- Viện Chăn nuôi, 2006) 1.2.2. Hiện trạng quản lý và xử lý Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:  Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là 30 - 50 lít nước/1con/ngày đêm.  Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản;  Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung quanh. Việc quản lý nước thải trong chăn nuôi lợn là vấn đề nan giải, nước thải chăn nuôi lợn chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Lưu lượng nước thải khá cao do số lượng lợn nuôi nhiều và lợn được tắm nhiều lần trong ngày, nhất là lúc trời nóng (lưu lượng nước sử dụng đối với lợn trưởng 30 - 50 lít/1 con/ngày). Tíi c©y 15% Biogas 40% Xölýs¬bé, th¶i raMT 45% 15
Hình 2: mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại một số huyên thuộc TP. Hồ Chí Minh Theo điều tra tình hình quản lý nước thải chăn nuôi ở một số huyện thuộc TP. HCM và một số tỉnh lân cận cho thấy: Nước thải dùng cho mục đích nông nghiệp (15%). Đối với các trang trại không có đất trồng trọt thì nước thải phần lớn chỉ xử lý sơ bộ sau đó thải ra môi trường (45%). Có khoảng 40% số trang trại sử dụng bể Biogas để xử lý nước thải (Hình 2). 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: nước thải của các cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước tắm rửa cho lợn. Cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều có chỉ có hệ thống xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas. Kết quả điều tra của cho thấy hệ thống xử lý nước thải tại các trang trại trên là: Nước thải  bể Biogas  hồ sinh học  thải ra môi trường, hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn khác cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn. Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất thấp. Vì vậy cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra. 1.3. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Nước thải chăn nuôi lợn được xác định là loại nước thải dễ phân hủy sinh học vì chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy như cacbon hidrat. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biện pháp sinh học là phổ biến ở hầu hết các trại chăn nuôi công nghiệp nhờ tính khả thi và tính kinh tế cao của nó. Bên cạnh đó, phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chỗ chi phí thấp và tính ổn định cao đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. 16
1.3.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp cơ học và hóa lý 1.3.1.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học Phương pháp này, mục đích là tách cặn rắn 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 phía sau. Sau khi tách cặn nước thải được đưa vào các công trình xử lý phía sau, còn chất rắn tách được có thể đem đi ủ để làm phân bón. 1.3.1.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý Mục đích của phương pháp này là: sau khi xử lý cơ học, nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Nhưng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất kẹo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn... kết hợp với sử dụng polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá trình keo tụ. Trong nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) 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 hóa lý này đòi hỏi chi phí, kỹ thuật cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại cặn trong nước thải chăn nuôi lợn, nhưng chi phí đầu tư và vận hành cao vì vậy, không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. 1.3.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí. 1.3.2.1. Ưu và nhược điểm phương pháp sinh học kỵ khí Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ thành những sản phẩm cuối cùng là CH4 và CO2 nhờ vi sinh vật trong điều kiện không có ôxy. Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá 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. 17
Vào những năm 1970 quá trình phân hủy kỵ khí được ứng dụng rông rãi trong xử lý bùn và thải phân, sau đó phương pháp này được áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có những ưu điểm sau: - Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí; - Thời gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước. Một lượng sinh khối lớn được giữ lại trong bể; - Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiếu khí); - Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng ( khí sinh học- Biogas); - Hệ thống công trình xử lý đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc... Quá trình xử lý kỵ khí, bên cạnh các ưu điểm, ngoài ra còn có một số các nhược điểm sau: - Nhạy cảm với môi trường (nhiệt độ, PH, nồng độ kim loại nặng...); - Phát sinh mùi; - Tốc độ phát triển sinh khối chậm; Trong công nghệ kỵ khí, cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng: + Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt; + Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và sinh khối vi khuẩn. Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá 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. 1.3.2.2. Bể Biogas Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thường thấy ở hầu hết các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại, kể cả quy mô hộ gia đình. Nước thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu 18