Luận văn Thạc sĩ Quản lý Tài nguyên và Môi trường: Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh

Chia sẻ: Diệp Nhất Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài là đánh giá được thực trạng công tác chăn nuôi lợn tại một số trang trại tại tỉnh Bắc Ninh. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Đề xuất một số giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas phù hợp với điều kiện tại địa bàn nghiên cứu. 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 Quản lý Tài nguyên và Môi trường: Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ QUYÊN ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI SAU BIOGAS TẠI MỘT SỐ TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: QLTN&MT Mã số: 8850101 Cán bộ hướng dẫn: TS. Đào Đình Châm Thái Nguyên - năm 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Đào Đình Châm. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Kết quả nghiên cứu của luận văn chưa từng được công bố trong bất kỳ một nghiên cứu nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện nghiên cứu đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày ..... tháng… năm 2019 Tác giả PHẠM THỊ QUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài này, tác giả xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học - ĐHTN, Ban chủ nhiệm khoa Tài nguyên và Môi trường. Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất tới TS. Đào Đình Châm người hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn, đóng góp quan trọng cho sự thành công của luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện hết mức có thể của các Thầy, Cô giáo tại Phòng thí nghiệm khoa Tài nguyên và Môi trường - Trường Đại học Khoa học đã hướng dẫn tôi từ phương pháp đến cung cấp hóa chất, thiết bị máy móc để tôi có thể tiến hành các thí nghiệm phục vụ quá trình làm luận văn tốt nghiệp của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Trong thời gian nghiên cứu vì nhiều lý do chủ quan và khách quan nên không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các Thầy, Cô giáo, bạn bè để luận văn tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn. Tác giả PHẠM THỊ QUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ...............................................................................2 3. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................4 1.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu ........................................................................4 1.1.1. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu ...................................4 1.1.2. Đặc điểm chất thải chăn nuôi .........................................................................4 1.1.3. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi ................................6 1.2. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu .....................................................................8 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam .... 8 1.2.2. Khái quát về công nghệ Biogas ...................................................................10 1.2.3. Ô nhiễm môi trường và một số tác hại đến sức khỏe từ nước thải chăn nuôi ...13 1.3. Cơ sở pháp lý của đề tài .........................................................................................13 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......15 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..............................................................................15 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................15 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................15 2.2. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................15 2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................16 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ...........................................................16 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ............................................................16 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm ........................17 2.3.4. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu ............................................................18 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................19 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu.................................19 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên .........................................................................................19 3.1.2. Nhân tố kinh tế - xã hội.................................................................................22 3.2. Thực trạng công tác chăn nuôi lợn tại một số trang trại tại tỉnh Bắc Ninh ............26 3.2.1. Số lượng trang trại chăn nuôi lợn tại khu vực nghiên cứu............................26 3.2.2. Quy mô chăn nuôi tại một số trang trại trên địa bàn nghiên cứu ..................27 3.2.3. Các dạng mô hình chăn nuôi lợn tại một số trang trại .................................28 3.2.4. Phương thức chăn nuôi lợn tại một số trang trại ...........................................29 3.3. Hiện trạng xử lý chất thải tại khu vực nghiên cứu .................................................30 3.4. Hiện trạng phòng, chống dịch bệnh và nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi.................................................................................................................31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3.4.1. Công tác phòng, chống dịch bệnh tại các trang trại ......................................31 3.4.2. Nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi ...........................32 3.5. Tình hình quản lý và xử lý các trang trại gây ô nhiễm môi trường ........................32 3.6. Hiện trạng chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại khu vực nghiên cứu ....33 3.6.1. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Gia Bình .......................................................................................................33 3.6.2. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Quế Võ .........................................................................................................35 3.6.3. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi tại thị xã Từ Sơn ......................................................................................................38 3.6.4. So sánh giá trị trung bình của các thông số trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và thị xã Từ Sơn .............................................39 3.6.5. Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas......................................................................................................................43 3.7 Một số giải pháp thích hợp nhằm pháp nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình Biogas và cải thiện chất lượng nước thải sau Biogas ................................................................ 44 3.7.1. Đối với các cơ sở chăn nuôi ..........................................................................44 3.7.2. Đối với các cơ quan quản lý, cơ quan chuyên môn ......................................45 3.7.3. Giải pháp tuyên truyền – giáo dục ................................................................ 46 3.7.4. Giải pháp về kinh tế ......................................................................................46 3.7.5. Giải pháp về kỹ thuật ....................................................................................47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................49 I. Kết luận ......................................................................................................................49 II. Kiến nghị ...................................................................................................................50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................51 PHỤ LỤC ......................................................................................................................53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa AC Ao chuồng BOD5 Nhu cầu oxy sinh học BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường COD Nhu cầu oxy hóa học KSH Khí sinh học NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn NĐ-CP Nghị định – Chính phủ QCVN 62 – MT: 2016/BTNMT Quy chuẫn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QĐ-UBND Quyết định của ủy ban nhân dân TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Tổng chất rắn lơ lửng T.x Thị xã VAC Vườn ao chuồng VC Vườn XLNT Xử lý nước thải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Khối lượng phân và nước tiểu từ lợn thải ra trong 1 ngày đêm .....................5 Bảng 2.1: Thống kê phân bổ số phiếu điều tra trên các địa bàn khảo sát .....................17 Bảng 3.1: Thông kê số lượng trang trại chăn nuôi lợn ở một số huyện trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh ........................................................................................................................26 Bảng 3.2: Thống kê số lượng lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh .......................................27 Bảng 3.3: Tỷ lệ các dạng mô hình chăn nuôi lợn tại một số trang trại trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh ........................................................................................................................28 Bảng 3.4: Phương thức chăn nuôi lợn tại một số trang trại ...........................................29 Bảng 3.5: Thống kê tỉ lệ xây dựng hầm Biogas tại khu vực nghiên cứu ......................30 Bảng 3.6: Kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại huyện Gia Bình ...............................................................................................................................34 Bảng 3.7: Kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại huyện Quế Võ ..................................................................................................................................36 Bảng 3.8: Kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại thị xã Từ Sơn .................................................................................................................................38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh ................................................................ 19 Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn sự biến thiên theo thời gian về số trang trại chăn nuôi lợn ở một số huyện trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh ...................................................................27 Hình 3.3: Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình của thông số pH trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và T.x Từ Sơn ...........................................39 Hình 3.4: Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình của thông số BOD5 trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và T.x Từ Sơn .....................................39 Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình của thông số COD trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và T.x Từ Sơn .....................................40 Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình của 2 thông số Tổng Nitơ và TSS trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và T.x Từ Sơn .............41 Hình 3.7: Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình của thông số Coliforms trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và T.x Từ Sơn ..............................42 Hình 3.8: Sơ đồ công nghệ hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas bằng phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt .............................................................................................48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi nước ta ngày càng phát triển cả về số lượng và chất lượng; Cùng với sự lớn mạnh chăn nuôi của cả nước, ngành chăn nuôi tỉnh Bắc Ninh cũng thu được những thành tựu to lớn. Trong năm 2017, tỉnh Bắc Ninh đã có 3.300 trang trại, gia trại, bình quân hàng năm, hệ thống các trang trại này đã cung ứng cho thị trường 95.000 - 100.000 tấn lợn; 22.000 - 25.000 tấn gia cầm; 40.000 tấn thủy sản; 100.000 tấn quả các loại. Diện tích bình quân đạt 2,7ha/trang trại, thu nhập 412 triệu đồng/trang trại. Thu nhập từ kinh tế trang trại đạt gần 50% giá trị thu nhập của ngành nông nghiệp [7]. Với sự chuyển dịch tích cực từ chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ sang chăn nuôi gia trại và trang trại đã và đang mang lại hiệu quả kinh tế cao, góp phần cải thiện đời sống của người dân. Bên cạnh việc phát triển các trang trại chăn nuôi với quy mô ngày càng tăng kéo theo những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, trong đó phân và nước thải từ các trang trại chính là nguồn gây ô nhiễm lớn, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và vật nuôi nếu như không có biện pháp xử lý. Chất thải từ chăn nuôi do không được xử lý hay xử lý không triệt để đã làm ô nhiễm môi trường không khí, đất và nguồn nước. Từ nguồn ô nhiễm này đã ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người như gây nên các bệnh về đường hô hấp và đường tiêu hóa, bệnh ngứa da, ngứa mắt, viêm gan. Không chỉ làm ô nhiễm môi trường xung quanh, chất thải của vật nuôi không được xử lý còn đe dọa đến sự phát triển bền vững và ổn định của chính những trang trại này. Tại tỉnh Bắc Ninh, chất thải chăn nuôi lợn chủ yếu được xử lý bằng hầm phân hủy yếm khí (hầm Biogas) đã và đang góp phần quan trọng cải thiện môi trường, sức khỏe con người, thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển bền vững. Tuy nhiên, nếu công trình khí sinh học (KSH) không được vận hành, quản lý và sử dụng đúng kỹ thuật không chỉ gây ô nhiễm môi trường (đặc biệt là ô nhiễm mùi), mà các chất khí CH4, CO2 được tạo ra từ quá trình phân hủy yếm khí chất thải chăn nuôi (hầm Biogas) đều là các khí gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất ấm dần lên, kéo theo nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Xuất phát từ vấn đề trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh” nhằm nghiên cứu hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn giúp đánh giá được hiệu quả của công trình xử lý chất thải chăn nuôi sau Biogas và là cơ sở quan trọng để đề xuất các biện pháp phù hợp nhằm góp phần cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường tại khu vực nghiên cứu. Từ đó, tác động đến người chăn nuôi để họ có những biện pháp xử lý chất thải nhằm phát triển sản xuất đi đôi với việc bảo vệ môi trường; đồng thời giúp các cơ quan chức năng có cơ sở để đưa ra những giải pháp, những chính sách hợp lý nhằm hạn chế, ngăn chặn những tác động gây hại cho môi trường. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được thực trạng công tác chăn nuôi lợn tại một số trang trại tại tỉnh Bắc Ninh. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Đề xuất một số giải pháp nhằm cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas phù hợp với điều kiện tại địa bàn nghiên cứu. 2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu trên cần giải quyết các vấn đề sau: - Thu thập thông tin về hiện trạng sản xuất của các cơ sở chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu (loại hình, quy mô, công nghệ chăn nuôi...) - Tìm hiểu về nguồn xả thải của các cơ sở chăn nuôi. - Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu và thông số cơ bản trong nước thải chăn nuôi sau Biogas tại khu vực nghiên cứu. - Điều tra đánh giá thực trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu. - Tìm hiểu, phân tích một số giải pháp thích hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi sau Biogas tại khu vực nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3. Ý nghĩa của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trạng trại chăn nuôi lợn. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi sau Biogas. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Khu vực nghiên cứu có tiềm năng lớn để phát triển kinh tế - xã hội khi ngành chăn nuôi phát triển. Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ Biogas. Từ đó, xác định được những lợi ích và những hạn chế của công nghệ, là cơ sở để đề xuất các giải pháp nhằm tăng cường hiệu quả xử lý nước thải từ hoạt động chăn nuôi góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tạo điều kiện thuận lợi phát triển mô hình chăn nuôi lợn theo hướng bền vững vừa góp phần cung cấp thực phẩm vừa góp phần xóa đói giảm nghèo, tăng trưởng kinh tế cho tỉnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu [16] Chất thải Chất thải là vật chất được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác. Môi trường Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật. Quy chuẩn kỹ thuật môi trường Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường. Ô nhiễm môi trường “Ô nhiễm môi trường là sự biến đối của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”. Chất gây ô nhiễm “Chất gây ô nhiễm là các chất hóa học, các yếu tố vật lý và sinh học khi xuất hiện trong môi trường cao hơn ngưỡng cho phép làm cho môi trường bị ô nhiễm”. 1.1.2. Đặc điểm chất thải chăn nuôi [4] Chất thải chăn nuôi chủ yếu bao gồm: Chất thải rắn – phân Chất thải rắn là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể, phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ ... Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56-83%, tỷ lệ N, P, H cao, chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh trùng có thể gây bệnh cho con người và vật nuôi. Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hóa của gia súc bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa. Vì vậy phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
các loại sinh vật khác như cá, giun… Do thành phần giàu chất hữu cơ của phân nên chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, khi phát tán vào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, con người và các sinh vật khác. Thành phần hóa học của phân bao gồm các thành phần như sau: - Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng. - Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng). - Nước: là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65-80% khối lượng của phân. Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường. - Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh… - Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài… - Các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa. - Các thành phần tạp từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuôi dưỡng gia súc (đá, cát, bụi,..) - Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa gia súc hay trong thức ăn. Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi và khẩu phần ăn. Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6 - 8% trọng lượng của vật nuôi (Bảng 1.1). Bảng 1.1: Khối lượng phân và nước tiểu từ lợn thải ra trong 1 ngày đêm Khối lượng lợn (kg) Lượng phân (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày) < 10 0,5 - 1 0,3 – 0,7 15 – 45 1–3 0,7 - 2 45 – 100 3–5 2–4 (Bùi Hữu Đoàn, 2011) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Chất thải lỏng Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi; Thành phần nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, cụ thể: - Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid 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-… - 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. - Vi sinh vật gây bệnh: nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Chất thải khí Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4, H2S,... và hàng loạt các khí gây mùi khác) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, ủ phân, chế biến thức ăn,… Hầu hết các khí thải chăn nuôi có thể gây độc cho gia súc, cho con người và môi trường. 1.1.3. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi [19] Độ pH: là thước đo tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước, nhìn chung sự sống tồn tại phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trường nước trung tính có pH=7. Tuy nhiên, sự sống vẫn chấp nhận một khoảng nhất định trên dưới giá trị trung bình (6
miligam/lit (mg/l), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch, nền tảng cho thử nghiệm COD là gần như mọi hợp chất hữu cơ đều bị ôxy hoá để tạo ra CO2 bằng các chất ôxy hoá mạnh trong các điều kiện axit. Nhu cầu oxy hoá (Biochemical Oxygen Demand - BOD): là lượng oxy thể hiện bằng gam hoặc mg O2 trên một đơn vị thể tích cần cho một vi sinh vật tiêu thụ để oxy hoá sinh học các chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ và thời gian xác định. Giá trị BOD phản ánh lượng các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học có trong mẫu nước, để xác định BOD cần tiến hành ở điêu kiện chuẩn, thường ở nhiệt độ 20 0C trong thời gian 5 ngày. Vì vậy, giá trị BOD thường được công bố là BOD5, viết tắt là BOD5. Nitơ tổng: là toàn bộ Nitơ có trong các hợp chất hữu cơ nói chung. Sự phân giải các chất sống cuối cùng tạo ra amoniac (NH3) hoà tan tốt trong nước. Trong môi trường kiềm, khí amoniac thoát ra có mùi khai khó chịu, cạnh tranh sự hoà tan của oxy trong nước, đầu độc các động vật thủy sinh. Trong môi trường trung tính và axit, amoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4-), tạo điều kiện cho rêu tảo phát triển khi có ánh sáng, vì vậy ở các ao hồ bẩn nước thường có màu xanh lục. Khi có oxy và các vi khuẩn tự dưỡng, amoniac được ôxy hoá thành các oxyt của nitơ với các mức độ khác nhau. Các hợp chất này đều độc với người và động vật ở các mức độ khác nhau. Sản phẩm cuối cùng của ôxy hoá amoniac là axit Nitric, tồn tại trong nước dưới dạng anion NO3-... Tổng chất rắn lơ lửng (TSS: Turbidity & Suspendid Solids): gồm các hạt chất vô cơ, hữu cơ và những hạt chất lỏng không hòa tan với nước. Các hạt đó là hạt đất sét, phù sa… hoặc các hạt có bản chất vô cơ khác. Cũng có thể là các sợi thực vật, tảo, vi khuẩn… hoặc các hạt có bản chất hữu cơ khác. Chỉ số vi sinh vật: coliform gồm các vi sinh vật hiếu khí và kị khí tuỳ tiện, Gram âm, không sinh bào tử, hình que, lên men đường lactozơ và sinh hơi trong môi trường nuôi cấy lỏng. Dựa vào nhiệt độ tăng trưởng, nhóm này lại được chia thành 2 nhóm nhỏ là coliform và coliform phân có nguồn gốc từ phân các loài động vật. Trong môi trường, coliform phân được quan tâm nhiều hơn vì coliform phân có nguồn gốc từ ruột người và các động vật máu nóng. Khi coliform phân hiện diện lớn trong mẫu thì có khả năng mẫu bị nhiễm nước phân và có khả năng chứa các vi sinh vật gây bênh hiện diện trong phân. Để định lượng coliform người ta dùng phương pháp MPN (Most Probable Number). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1.2. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới Việc xử lý nước thải (XLNT) chăn nuôi đã được nghiên cứu triển khai ở các nước phát triển cách đây vài chục năm. Các công nghệ áp dụng cho XLNT có tải trọng ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi rất đa dạng nhưng trong đó chủ yếu là các phương pháp sinh học do chúng có tính bền vững và thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên. Tại Tây Ban Nha, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng quy trình VALPUREN (được cấp bằng sáng chế Tây Ban Nha số P9900761). Đây là quy trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng được cấp bởi hỗn hợp khí sinh học và khí tự nhiên. Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau Biogas là UASB, đây là công trình xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng. Nước thải được đưa vào từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn. Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này. Một phần khí sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí (CH4, CO2và một số khí khác) sẽ kết dính với các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bùn, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước. Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí được giải phóng với khí tự do và bùn sẽ lắng dần xuống. Để tăng tiếp xúc giữa nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn trở lại hệ thống [8]. Tại Việt Nam Hiện nay phân thải và nước thải chăn nuôi ở nước ta được tiến hành xử lý theo nhiều hình thức khác nhau. Một số hình thức phổ biến có thể kể tới như: thu gom phân rắn để bán, Biogas, làm thức ăn cho cá, thải bỏ trực tiếp ra môi trường… Một số hình thức quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi được trình bày cụ thể như sau: *Vệ sinh chuồng nuôi Hiện nay ở nước ta có hai cách vệ sinh chuồng nuôi chủ yếu: Trộn lẫn phân thải rắn với nước tiểu và nước rửa chuồng trại để tạo ra nước thải lỏng (không tách pha) và tách riêng phân thải rắn với nước tiểu và nước rửa chuồng (tách pha rắnlỏng). Trộn lẫn pha là biện pháp sử dụng vòi phun nước kết hợp với bố trí chuồng trại có độ dốc để lôi cuốn phân thải, nước tiểu chăn nuôi về phía cuối chuồng trước khi thoát ra ngoài qua hệ thống cống rãnh. Hình thức này đơn giản, dễ làm, đỡ tốn công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
nhưng có thể làm tăng khối lượng chất thải phát sinh do lượng nước rửa chuồng trại lớn. Mặt khác việc trộn lẫn pha rắn, lỏng có thể gây phức tạp hơn cho quá trình xử lý chất thải chăn nuôi tiếp theo. Biện pháp tách pha rắn - lỏng: thực chất là thu gom riêng phần phân rắn sau đó mới tiến hành rửa chuồng. Biện pháp này có thể thu gom từ 9095% lượng phân rắn qua đó làm giảm bớt chất ô nhiễm trong nước thải. Tuy nhiên hạn chế của biện pháp này là tốn công và tốn thời gian hơn trong quá trình vệ sinh chuồng. *Tích trữ chất thải Tích trữ chất thải là việc thu gom các chất thải chăn nuôi vào một chỗ nhất định, sau đó có thể áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau, một số hình thức tích trữ chất thải như: Nhà chứa phân: Nhà chứa phân được xây ngoài chuồng nuôi, phân được đóng thành bao tải và chuyển đến đây để tích trữ và bán. Hình thức này khá hiệu quả vì phân thải được tận dụng và người chăn nuôi có thêm thu nhập từ việc bán phân. Tuy nhiên biện pháp này đòi hỏi khá nhiều công sức thu gom phân thải, cần một diện tích kho chứa phân lớn và phát sinh mùi hôi thối trong quá trình tích lũy phân. - Hố chứa phân hỗn hợp: Phương pháp này đơn giản là toàn bộ phân và nước thải chăn nuôi được đổ xuống một hố, sau một vài tuần, các vi sinh vật hiếu khí hoặc yếm khí đã phân hủy các chất hữu cơ có trong phân. Tuy nhiên, phương pháp này dễ gây dịch bệnh, ô nhiễm môi trường không khí và mạch nước ngầm - Chứa phân lỏng: Người ta xây hố chứa kề lỗ thoát phân của chuồng, do đó toàn bộ lượng phân lỏng thải ra sẽ đổ vào hố chứa. Tuy nhiên, vào mùa mưa hoặc khi mở rộng quy mô đàn mà không nới thể tích chứa, hố chứa thường bị tràn *Xử lý chất thải - Hệ thống bể xử lý nước thải: là hệ thống bể thường có 23 cấp, mỗi cấp là một bể riêng biệt có hệ thống lưới ngăn các chất lơ lửng. Đại bộ phận chất rắn lơ lửng được lắng xuống đáy của bể thứ nhất, một số chất lơ lửng sau khi thoát ra qua các lưới của bể thứ nhất thường được lắng xuống ở bể thứ hai và bể thứ ba... Biện pháp này thường khá tốn kém do không tận dụng được nguồn phân thải, tốn chi phí xây dựng hệ thống và cần một diện tích khá lớn - Biogas: đây là biện pháp được sử dụng khá phổ biến tại các khu chăn nuôi của nước ta. Tỷ lệ các trang trại chăn nuôi tại Hưng Yên sử dụng Biogas đạt từ 37,5 - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
59,1%. Tỷ lệ sử dụng Biogas tại các trang trại nuôi lợn nái ở một số địa phương như Hà Nội, Hà Tây cũ, Ninh Bình, Thái Bình là rất cao dao động từ 89,4 - 100% [20]. Biện pháp này được đánh giá là có hiệu quả cao khi vừa góp phần giảm thiểu chất ô nhiễm vừa tạo ra khí sinh học phục vụ nhu cầu đun nấu, thắp sáng của người dân. Bùn cặn và nước thải sau Biogas có thể sử dụng tốt để tưới cây hoặc làm thức ăn cho cá do đã giảm bớt được các vi sinh vật gây bệnh trong quá trình phân hủy yếm khí. Mặc dù các phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi được áp dụng hiện nay đều dựa trên các công nghệ đã được áp dụng thành công trên thế giới nhưng để phù hợp với thực tiễn Việt Nam vẫn còn gặp không ít khó khăn do quy mô chăn nuôi đa dạng, vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp, trình độ và hiểu biết của người chăn nuôi chưa đáp ứng nhu cầu. Có thể thấy rằng ở nước ta, một thực trạng là vấn đề xử lý nguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua hoặc bằng các biện pháp đơn lẻ, không hiệu quả, mô hình XLNT chăn nuôi hiện nay tại nước ta mới chỉ làm giảm tải trọng ô nhiễm chứ chưa đạt được theo quy chuẩn xả thải của ngành chăn nuôi. 1.2.2. Khái quát về công nghệ Biogas [8] Biogas hay còn gọi là khí sinh học (KSH) hệ thống này làm nhiệm vụ chủ yếu là phân hủy phân gia súc, gia cầm thành khí và khí này có thể dùng để đun nấu, để đốt đèn hay chạy máy nổ, máy phát điện, hệ thống Biogas gồm có hầm hoặc bể để chứa phân gia súc và các phụ kiện khác. Hiện nay ở Việt Nam đã ứng dụng rất nhiều mô hình khác nhau như: hầm KSH dạng nắp vòm, hầm KSH sử dụng túi ủ bằng nilông, bể phốt tự hoại, hầm Biogas phủ bạt nhựa HDPE… Phương pháp xử lý bằng hầm Biogas có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chỗ chi phí thấp và tính ổn định cao. Đặc biệt hiệu quả xử lý rất cao trong thời gian lưu ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất dễ phân hủy sinh học. Nước thải sau Biogas đã loại bỏ một hàm lượng lớn kim loại nặng và vi sinh vật có hại đồng thời chứa nhiều chất dinh dưỡng có thể phục vụ cho tưới tiêu cây trồng. * Cấu tạo của hệ thống Biogas Hệ thống phân hủy Biogas được cấu tạo gồm 4 phần: - Hệ thống phân hủy chính: là nơi diễn ra phân hủy hiếm khí các chất hữu cơ chứa trong phân và nước tiểu. Bể phân hủy thường có dung tích lớn, nhỏ tùy thuộc và quy mô chăn nuôi của tổng trang trại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Hệ thống điều áp: có vai trò trong việc đảm bảo áp lực khí cần thiết trong hệ thống phân hủy chính, đồng thời đảm bảo quá trình an toàn cho cả hệ thống. - Hệ thống đường ống dẫn khí: được cấu tạo bằng các đường ống dẫn nhựa PVC, có chức năng chuyển tải khí đốt sinh học từ hệ thống phân hủy chính đến các thiết bị khí sinh học. - Thiết bị sử dụng khí sinh học: là những bếp đun, các thiết bị dùng thắp sáng, thiết bị sấy nguyên liệu, thiết bị sưởi ấm * Nguyên lý hoạt động hầm Biogas Quá trình sản xuất khí của Biogas dựa trên nguyên tắc phân hủy kỵ khí, các chất hữu cơ phức tạp bị vi sinh vật kỵ khí phân hủy tạo thành các chất đơn giản ở dạng khí hòa tan. Quá trình của vi sinh vật kỵ khí gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Là sự phát triển hỗn hợp rất nhiều loài vi sinh vật có trong chất thải, pha này kéo dài khoảng 2 ngày. Thời gian đầu có phát triển cả vi khuẩn hiếu khí vì trong dung dịch lên men chất thải còn tồn tại một lượng oxy hòa tan nhất định. Các loại vi khuần hiếu khí sử dụng oxy hòa tan để tăng số lượng, khi oxy hết dần, lượng vi khuẩn hiếu khí giảm dần và bị chết hết khi quá trình tạo CH4 xuất hiện. - Giai đoạn 2: Sự phát triển mạnh của các loại vi khuẩn thủy phân các chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo axit. Ở đây có sự phát triển rất mạnh các loài vi khuẩn sinh CH4. Giai đoạn này gồm 3 giai đoạn nhỏ: + Phân giải chất hữu cơ: các chất thải hữu cơ chứa polyme như protein, chất béo... được phân hủy bởi các enzim ngoại bào của vi khuẩn, tạo ra những chất có phân tử lượng nhỏ hơn và có khả năng tan trong nước và chúng có khả năng sinh axit hấp thụ. + Giai đoạn axit: những hợp chất đơn giản được giải phóng ở giai đoạn phân giải chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành axit axetic, hidro, CO2 nhờ vi khuẩn acetogenic. Các axit hữu cơ dễ bay hơi sinh ra là những sản phẩm của sự trao đổi chất giữa vi khuẩn với carbon hydrat, chất béo, protein trong đó axit axetic, axit propionic, axit lactic là những sản phẩm chính. Sự axit hóa cellulose: (C6H10O5)n + nH2O → 3nCH3COOH CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 4H2 CO2, H2 sinh ra trong quá trình dị hóa cacbon hydrat Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
+ Tạo thành khí CH4, quá trình tạo khí metan nhờ Axit axetic: CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3- Sự kết hợp của CO2, H2: 4H2 + H+ + HCO3- → CH4 + 3H2O Vi khuẩn sử dụng axit axetic, methanol hay sự kết hợp của CO2, H2 để tạo khí CH4, trong đó axit axetic là chất nền sản sinh metan quan trọng nhất chiếm 70%, lượng còn lại được tạo từ Sự kết hợp của CO2, H2, ngoài ra còn có axit formic, methanol nhưng chúng không quan trọng và ít xuất hiện trong quá trình lên men kỵ khí. * Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí Biogas [8]. Điều kiện yếm khí: đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxygen, nếu hầm ủ có oxygen thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn. Nhiệt độ: có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane, một là nhiệt độ trung bình biến động từ 20 – 45oC, và hai là nhiệt độ cao trong vùng nhiệt trên 45oC. Nhiệt độ tối ưu là 35oC cho vùng thứ nhất và 55oC cho vùng thứ hai. Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh khí, vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ thay đổi cho phép là 10oC trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10oC làm vi khuẩn hoạt động kém và gas sẽ không được sinh ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 32oC là thuận lợi cho hoạt động của vi sinh, sinh khí methane. pH: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh. Ẩm độ: ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh methane phát triển, ẩm độ lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lượng khí sinh ra thấp. Thành phần dinh dưỡng (Hàm lượng chất khô): để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải cấp là carbon (C) và nitơ (N); với carbon ở dạng là carbohydrate, còn nitơ ở dạng nitrate, protein, ammoniac; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn