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 NI 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 luận văn tốt nghiệp ngồi nỗ lực thân, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội ln quan tâm tận tình truyền đạt những kiến thức cho thời gian học tập trường Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Phan Đỗ Hùng, thầy hướng dẫn trực tiếp luận văn, đồng thời trưởng phòng tơi Thầy tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận văn thạc sỹ Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Hướng Công nghệ xử lý ô nhiễm, Lãnh đạo phịng Cơng nghệ xử lý nước bạn đồng nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ cho tơi hồn thành khóa học luận văn Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình người quan tâm, động viên đồng thời chỗ dựa tinh thần lớn giúp hoàn thành tốt nhiệm vụ giao suốt thời gian học tập làm Luận văn vừa qua Hà nội, tháng 11 năm 2013 Học viên Trần Thị Thu Lan MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 10 1.1 Tình hình chăn ni lợn Việt Nam 10 1.1.2 Hiện trạng chăn nuôi lợn Việt Nam 10 1.1.2 Định hướng triển vọng phát triển chăn nuôi lợn Việt Nam 12 1.2 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn trạng quản lý 13 1.2.1 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 13 1.2.2 Hiện trạng quản lý 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 phương pháp học hóa lý 17 1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 17 1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học hiếu khí 23 1.3.4 Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N nước thải 25 1.3.5 Một số quy trình ứng dụng xử lý Nitơ nước thải phương pháp sinh học 29 1.4 Giới thiệu sơ lược phương pháp sục khí luân phiên 31 1.5 Tình hình nghiên cứu ngồi 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 trường: 37 2.2.2 Phương pháp phân tích 37 2.2.3 Các chế độ thí nghiệm qui trình vận hành 38 2.2.4 Phương pháp tính tốn 41 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết khảo sát trường 42 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm 49 3.2.1 Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, SS photpho 49 a Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu 49 b Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý Nitơ 50 c Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý SS 53 d Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý photpho 54 3.2.2 Ảnh hưởng tải trọng hữu cơ, nitơ, photpho đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, photpho 55 a Ảnh hưởng tải trọng hữu đến hiệu suất xử lý chất hữu 55 b Ảnh hưởng tải trọng Nitơ đến hiệu suất xử lý Nitơ 56 c Ảnh hưởng tải trọng photpho đến hiệu suất xử lý photpho 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 14 Bảng 2: Chất lượng nước thải lợn điều tra trại chăn nuôi tập trung 14 Bảng 3: Kết phân tích chất lượng nước thải trước sau Biogas 19 Bảng 4: Nồng độ NH4+ NO2- gây ức chế nitrobacter 27 Bảng 5: Thành phần nước thải chăn nuôi lợn sau biogas 36 Bảng 6: Bảng kết phân tích nước số trang trại chăn nuôi lợn 45 Bảng 7: Các chế độ vận hành thí nghiệm 39 DANH MỤC HÌNH Hình Tốc độ tăng trưởng đàn lợn toàn quốc tính từ năm 2006- 2010 (Đơn vị con) 12 Hình 2: mục đích sử dụng nước thải q trình chăn ni lợn theo điều tra số hun thuộc TP Hồ Chí Minh 16 Hình 3: Sơ đồ trình khử hợp chất N 25 Hình 4: Cấu trúc hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí hiếu khí 28 Hình 5: Một số quy trình cơng nghệ xử lý nitơ 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 áp dụng trang trại 38 Hình 8: Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý COD 50 Hình 9: N-NH4+ vào, hiệu suất xử lý N-NH4+ chế độ thí nghiệm khác 50 Hình 10: Hiệu xử lý T-N chế độ khác 51 Hình 11: Q trình chuyển hóa nitrat 52 Hình 12: SS vào, hiệu xử lý chế độ khác 53 Hình 13: T-P vào, hiệu xử lý chế độ khác 54 Hình 14: Ảnh hưởng tải trọng hữu đến hiệu suất xử lý COD 55 Hình 15: Ảnh hưởng tải lượng N đến hiệu suất xử lý T-N 56 Hình 16: Ảnh hưởng tải lượng P đến hiệu suất xử lý T-P 57 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 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 dịng hướng Blanket lên XLNT Xử lý nước thải VKL Vi khuẩn lam MLSS Mix Liquoz Suspendids solids chất rắn hỗn hợp chất lỏng - rắn huyền phù T-P Tổng Phốt Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SS Suspended Solids Cặn lơ lửng pH Hydrogen ion concentration sục khí luân phiên ĐP, TP, Tên trại lợn: Đan Phượng, Thụy TĐ, GN, Phương, Tam Điệp, Gia Nam, Hồng HĐ Điệp MỞ ĐẦU Chăn nuôi hai lĩnh vực quan trọng nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), khơng đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày người dân xã hội mà nguồn thu nhập quan trọng hàng triệu người dân Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng nước ta có tới 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [1] Theo kết điều tra 1/10/2013 Tổng cục Thống kê, nước có 26,3 triệu lợn 99,1%; đàn lợn nái có 3,9 triệu 98% so với kỳ năm trước Sản lượng thịt xuất chuồng đạt 3,3 triệu tăng 2,1% so với kỳ năm trước Trong tháng đầu năm giá thịt lợn giảm, chi phí giống thức ăn tăng nên người chăn nuôi hạn chế đầu tư mở rộng đàn Lĩnh vực chăn ni nước ta phát triển nhanh chóng tăng dần tỷ trọng ngành nông nghiệp Năm 2009, Việt Nam vươn lên đứng thứ Châu Á sau Trung Quốc sản lượng thịt lợn [3] Trên giới chăn nuôi chiếm khoảng 70% đất nông nghiệp 30% tổng diện tích đất tự nhiên (khơng kể diện tích bị băng bao phủ) Chăn ni đóng góp khoảng 40% tổng GDP nơng nghiệp tồn cầu, giải việc làm cho 1,3 tỉ dân [1] Tuy nhiên, bên cạnh đóng góp tích cực cho phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn để lại tác động tiêu cực đến mơi trường, làm suy thối chất lượng đất, chất lượng nước khơng khí xung quanh khu vực nuôi lợn Nguyên nhân ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn, cụ thể ; phân, nước tiểu nước rửa chuồng trại Sản lượng thịt lợn cung cấp thị trường ngày tăng tỷ lệ thuận với lượng chất thải môi trường Chất thải chăn nuôi lợn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe người đặc biệt đóng góp phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu Ngồi chất thải rắn chất thải lỏng, chăn ni đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên trái đất (global warming) thải khí gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo Tổ chức Nơng Lương Thế giới (FAO), chất thải gia súc toàn cầu tạo 65% lượng Nitơ oxit (N2O) khí Đây loại khí có khả hấp thụ lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Động vật ni cịn thải 9% lượng khí CO2 tồn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại khí có khả giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2 Chăn ni gia súc đóng góp tới 64% lượng khí Amoniac (NH3) – thủ phạm trận mưa axit Điều có nghĩa chăn ni gia súc, gia cầm khẳng định tác nhân làm tăng hiệu ứng nhà kính Ngồi nhu cầu thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu bãi chăn thả v.v… gia súc coi tác nhân gây thối hóa đất nơng nghiệp, nhiễm nguồn nước cân hệ sinh thái [5] Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt chăn nuôi lợn coi mạnh ngành nông nghiệp Cùng với gia tăng dân số, gia tăng nhu cầu lương thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi đầu tư phát triển mạnh Trước đây, có chăn ni nhỏ lẻ hộ gia đình Hiện nay, bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn nuôi tăng, với sức cạnh tranh, vấn đề kiểm sốt dịch bệnh nên việc chăn ni hộ gia đình có xu hướng giảm chăn ni gia trại, trang trại tăng nhanh tạo khả cạnh tranh thị trường Do vậy, vấn đề chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải quản lý tốt Chất thải trang trại chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu phân lợn nước thải vấn đề lo lắng nhà quản lý Nước thải (phân, nước) có độ nhiễm cao (COD, BOD, Nitơ, Amoni VK gây bệnh) Việc sử dụng bể Biogas trại chăn nuôi thuận tiện cho sử dụng chất thải khai thác nguồn lượng nước thải sau bể Biogas cịn nhiều chất gây nhiễm môi trường cần xử lý trước thải vào mơi trường Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi thực tế công nghệ áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau trình biogas, cơng nghệ sục khí ln phiên (các q trình xử lý chất hữu nitơ thực bể trình cải tiến hệ SBR) dễ dàng đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải chăn nuôi Trong khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học, đề tài “Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu nitơ nước thải chăn nuôi lợn sau biogas phương pháp sục khí luân phiên” thực nhằm mục đích tìm khả ứng dụng phương pháp nỗ lực đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi trường, giảm thiểu ô nhiễm mơi trường Mục đích nghiên cứu Nước thải chăn ni lợn xử lý qua bể biogas cịn độ ô nhiễm cao chất hữu nitơ Mục đích nghiên cứu đưa chế độ thích hợp cho cơng nghệ xử lý sục khí ln phiên để xử lý nước thải chăn ni sau q trình xử lý biogas Nội dung nghiên cứu đề tài là: - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian sục khí/ngừng sục khí tới hiệu suất loại COD, Nitơ - Nghiên cứu ảnh hưởng tải lượng tới hiệu suất loại COD, Nitơ CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NI LỢN 1.1 Tình hình chăn ni lợn Việt Nam 1.1.2 Hiện trạng chăn nuôi lợn Việt Nam Hiện nước có 8,5 triệu hộ chăn ni quy mơ gia đình, 18.000 trang trại chăn ni tập trung, có 8,7% số hộ xây dựng cơng trình khí sinh học (hầm biogas) Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn ni hợp vệ sinh chiếm 10% có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ mơi trường Vẫn cịn khoảng 23% số hộ chăn ni khơng xử lý chất thải phương pháp mà xả thẳng mơi trường bên ngồi…gây sức ép đến môi trường Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường sức khỏe người nhiều khía cạnh: Gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, mơi trường đất sản phẩm nơng nghiệp Đây nguyên nhân gây nhiều bệnh hơ hấp, tiêu hóa, chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cảnh báo, khơng có biện pháp thu gom xử lý chất thải chăn nuôi cách thỏa đáng ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người, vật nuôi gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biệt virus biến thể từ dịch bệnh như: lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh lợn lây lan nhanh chóng cướp sinh mạng nhiều người Theo Báo cáo tổng kết Viện Chăn ni (Bộ NN&PTNT), nồng độ khí H2S NH3 chất thải chăn nuôi cao mức cho phép khoảng 30-40 lần Tổng số vi sinh vật bào tử nấm cao mức cho phép nhiều lần Ngồi ra, nước thải chăn ni cịn chứa Coliform, E.coli, COD trứng giun sán cao nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Các tỉnh thuộc đồng sông Hồng, đồng sông Cửu Long địa phương có ngành chăn ni phát triển Tại tỉnh Bến Tre, tính đến thời điểm tháng 6/2013 có đàn lợn 424.000 con, đàn bị gần 148.000 con, địa phương có đàn gia súc đứng đầu khu vực đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, việc đảm bảo vệ sinh môi trường trọng doanh nghiệp chăn ni, cịn 10 hộ chăn nuôi nhỏ chưa quan tâm Trong khi, hộ chăn nuôi nhỏ chiếm tỷ lệ lớn, việc chăn nuôi hộ dân phần lớn theo tập quán, thói quen xả chất thải xuống kênh, rạch dẫn đến tình trạng nhiễm mơi trường, tăng nguy dịch bệnh cho vật nuôi, người ảnh hưởng lớn đến phát triển bền vững ngành Chăn nuôi Theo dự báo ngành Tài nguyên Môi trường (TN&MT), với tốc độ phát triển mạnh ngành Chăn nuôi dự tính đến năm 2020, lượng chất thải rắn chăn nuôi phát sinh khoảng gần 1.212.000 tấn/năm, tăng 14,05% so với năm 2010 Để phát triển bền vững đảm bảo môi trường trang trại, gia trại, địa phương cần quan tâm đến việc tạo điều kiện, hỗ trợ hộ chăn nuôi quy mô lớn đầu tư xây dựng mơ hình xử lý chất thải theo công nghệ đại Ngành TN&MT chủ động phối hợp với ngành NN&PTNT tăng cường kiểm tra, xử lý, đình sản xuất trang trại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng; đôn đốc trang trại, gia trại gây ô nhiễm môi trường, thực biện pháp xử lý triệt để tình trạng ô nhiễm; yêu cầu trang trại phải có đầy đủ cơng trình, biện pháp bảo vệ mơi trường đáp ứng yêu cầu xử lý ô nhiễm; khẩn trương quy hoạch vùng chăn nuôi cho loại vật nuôi, bước hạn chế, không cho phép chăn nuôi gia trại, chăn nuôi quy mô nhỏ khu dân cư; triển khai ứng dụng mơ hình xử lý nước thải sau bể biogas, làm sở hướng dẫn, nhân rộng áp dụng cho trang trại chăn ni Tính đến năm 2010 nước có 23.558 trang trại chăn nuôi (tăng 42% so với năm 2006) Quy mô đàn lợn tăng nhanh từ 26,85 triệu năm 2006 lên 27,37 triệu năm 2010 Định hướng phát triển đến năm 2020 chuyển sang trang trại, công nghiệp 11 27,627,729 27,370,000 26,855,330 26,701,598 26,560,651 Nguồn: Website Tổng cục thống kê - 31/12/2010) Hình Tốc độ tăng trưởng đàn lợn toàn quốc tính từ năm 2006- 2010 (Đơn vị con) 1.1.2 Định hướng triển vọng phát triển chăn nuôi lợn Việt Nam Tốc độ tăng dân số q trình thị hóa làm giảm diện tích đất nơng nghiệp Để đảm bảo an tồn lương thực thực phẩm, biện pháp thâm canh chăn ni chăn ni lợn thành phần quan trọng định hướng phát triển Theo định số 10/2008/QĐ - TTg ngày 16 tháng năm 2008 Thủ tướng phủ việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 định hướng phát triển sau: + Đến năm 2020 ngành chăn nuôi 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 xuất khẩu; + Tỷ trọng chăn nuôi nơng nghiệp đến năm 2020 đạt 42%, năm 2010 đạt khoảng 32% năm 2015 đạt 38%; + Đảm bảo an toàn dịch bệnh vệ sinh an tồn thực phẩm, khống chế có hiệu bệnh nguy hiểm chăn nuôi; 12 + Các sở chăn nuôi, chăn nuôi theo phương thức trang trại, công nghiệp sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ giảm ô nhiễm môi trường + Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008 - 2010 đạt khoảng - 9% năm; giai đoạn 2010 - 2015 đạt khoảng - 7% năm giai đoạn 2015 - 2020 đạt khoảng - 6% năm 1.2 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn trạng quản lý 1.2.1 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn loại nước thải có khả gây ô nhiễm môi trường cao có chứa hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P sinh vật gây bệnh cao Nước thải chăn nuôi, thiết phải xử lý trước thải ngồi mơi trường Các chất hữu cơ: - Hàm lượng chất hữu cao, tỷ lệ BOD5/COD > 0,5 nước thải chứa chất hữu dễ phân hủy sinh học - Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon dẫn xuất chúng có phân, thức ăn thừa Hầu hết chất hữu dễ phân hủy, ngồi cịn có chất khó phân hủy sinh học: hợp chất hydrat cacbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu Các chất vô chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…  Tổng N P: Khả hấp thụ N P loài gia súc, gia cầm kém, nên ăn thức ăn có chứa N P chúng tiết ngồi theo phân nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N P cao Hàm lượng N - tổng nước thải chăn nuôi lợn 200 - 350 mg/l, 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 trứng ấu trùng giun sán gây bệnh 13 Nước thải chăn nuôi lợn (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ, ) ước tính khoảng chục nghìn tỷ m 3/năm Nước thải chăn ni loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, đặc biệt BOD, COD, nitơ, photpho sinh vật gây bệnh Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn thể bảng sau: Bảng 1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn Yêu cầu chất lượng nước đầu Nồng độ nước Thông số Đơn vị thải đầu vào (QCVN 40: 2011/BTNMT, 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 Coliform 5,8.109 MPN/100 3000 ml (Nguồn: Điều tra đánh giá trạng MT trại chăn nuôi lợn – Viện Chăn nuôi, 2006) Theo kết điều tra đánh giá trạng môi trường viện chăn nuôi (2006) sở chăn ni lợn có quy mơ tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc trưng nước thải chăn nuôi: Bảng 2: Chất lượng nước thải lợn điều tra trại chăn nuôi tập trung Chỉ tiêu Đơn vị kiểm tra Trại TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty Trại Đan Phuợng Thụy Phương Tam Điệp Gia Nam Hồng Điệp 14 Khoảng dao động Chỉ tiêu Đơn vị Trại Trại lợn Trại Cty Trại Đan Phuợng Thụy Phương Tam Điệp Gia Nam Hồng Điệp kiểm tra o pH TTNC Lợn Khoảng dao động C 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 -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 trạng MT trại chăn nuôi lợn- Viện Chăn nuôi, 2006) 1.2.2 Hiện trạng quản lý xử lý Đây loại chất thải sử dụng khó quản lý do:  Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng tắm cho lợn 30 - 50 lít nước/1con/ngày đêm  Nước thải có mùi thối, khó vận chuyển xa để sử dụng cho mục đích nơng nghiệp ni trồng thủy sản;  Lượng nước thải lớn, sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung quanh Việc quản lý nước thải chăn nuôi lợn vấn đề nan giải, nước thải chăn nuôi lợn chứa chất hữu nitơ cao Lưu lượng nước thải cao số lượng lợn nuôi nhiều lợn tắm nhiều lần ngày, lúc trời nóng (lưu lượng nước sử dụng lợn trưởng 30 - 50 lít/1 con/ngày) T­íi c©y 15% Biogas 40% Xửlýsơbộ, thải raMT 45% 15 Hỡnh 2: mc đích sử dụng nước thải q trình chăn ni lợn theo điều tra số huyên thuộc TP Hồ Chí Minh Theo điều tra tình hình quản lý nước thải chăn nuôi số huyện thuộc TP HCM số tỉnh lân cận cho thấy: Nước thải dùng cho mục đích nơng nghiệp (15%) Đối với trang trại khơng có đất trồng trọt nước thải phần lớn xử lý sơ sau thải mơi trường (45%) Có khoảng 40% số trang trại sử dụng bể Biogas để xử lý nước thải (Hình 2) Kết điều tra đánh giá trạng môi trường Viện chăn nuôi (2006) sở chăn ni lợn có quy mơ tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống nước tắm rửa cho lợn Cả 10 sở chăn nuôi lợn điều tra có có hệ thống xử lý chất thải lỏng công nghệ biogas Kết điều tra cho thấy hệ thống xử lý nước thải trang trại là: Nước thải  bể Biogas  hồ sinh học  thải môi trường, hầu hết trang trại chăn ni lợn khác có sơ đồ xử lý chất thải Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn gặp nhiều khó khăn Nhu cầu sử dụng chất thải chăn ni lợn nơng nghiệp cịn thấp Vì cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải vấn đề quản lý khắc phục ô nhiễm môi trường lượng chất thải chăn nuôi gây 1.3 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn xác định loại nước thải dễ phân hủy sinh học chứa chủ yếu hợp chất hữu dễ phân hủy cacbon hidrat Xử lý nước thải chăn nuôi lợn biện pháp sinh học phổ biến hầu hết trại chăn nuôi công nghiệp nhờ tính khả thi tính kinh tế cao Bên cạnh đó, phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với phương pháp xử lý khác chỗ chi phí thấp tính ổn định cao loại nước thải chứa chất hữu dễ phân hủy sinh học 16 1.3.1 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp học hóa lý 1.3.1.1 Xử lý phương pháp học Phương pháp này, mục đích tách cặn rắn khỏi hỗn hợp nước thải cách thu gom, lắng cặn Có thể dùng song chắn rác, bể lắng để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều kiện xử lý giảm khối tích cơng trình phía sau Sau tách cặn nước thải đưa vào cơng trình xử lý phía sau, cịn chất rắn tách đem ủ để làm phân bón 1.3.1.2 Xử lý phương pháp hóa lý Mục đích phương pháp là: sau xử lý học, nước thải chăn ni cịn chứa nhiều chất hữu vô dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó tách phương pháp học tốn nhiều thời gian hiệu khơng cao Nhưng áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất kẹo tụ thường sử dụng phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn kết hợp với sử dụng polymer trợ keo tụ để tăng hiệu trình keo tụ Trong nghiên cứu Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn: Phương pháp học keo tụ tách 80 - 90% hàm lượng cặn nước thải chăn nuôi lợn Tuy nhiên, phương pháp hóa lý địi hỏi chi phí, kỹ thuật cao khơng phù hợp với sở chăn ni Ngồi ra, tuyển phương pháp để loại cặn nước thải chăn nuôi lợn, chi phí đầu tư vận hành cao vậy, khơng phù hợp với sở chăn nuôi 1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 1.3.2.1 Ưu nhược điểm phương pháp sinh học kỵ khí Q trình xử lý sinh học kỵ khí q trình phân hủy sinh học chất hữu thành sản phẩm cuối CH4 CO2 nhờ vi sinh vật điều kiện khơng có ơxy Q trình phân hủy sinh học kỵ khí hợp chất hữu trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng hợp chất trung gian, phản ứng xúc tác enzym đặc biệt 17 Vào năm 1970 q trình phân hủy kỵ khí ứng dụng rông rãi xử lý bùn thải phân, sau phương pháp áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có ưu điểm sau: - Khả chịu tải trọng cao so với trình xử lý hiếu khí; - Thời gian lưu bùn khơng phụ thuộc vào thời gian lưu nước Một lượng sinh khối lớn giữ lại bể; - Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy trình xử lý hiếu khí); - Tạo nguồn lượng sử dụng ( khí sinh học- Biogas); - Hệ thống cơng trình xử lý đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hồn tồn, kỵ khí tiếp xúc Q trình xử lý kỵ khí, bên cạnh ưu điểm, ngồi cịn có số 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 cơng nghệ kỵ khí, cần lưu ý đến yếu tố quan trọng: + Duy trì sinh khối nhiều tốt; + Tạo tiếp xúc đủ nước thải sinh khối vi khuẩn Q trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu q trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng hợp chất trung gian, phản ứng xúc tác enzym đặc biệt 1.3.2.2 Bể Biogas Đây phương pháp xử lý kỵ khí đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thường thấy hầu hết sở chăn nuôi quy mơ trang trại, kể quy mơ hộ gia đình Nước thải từ hệ thống chuồng trại dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu 18 ... 1.3.1 Xử lý nước thải chăn ni lợn phương pháp học hóa lý 17 1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 17 1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học hiếu khí. .. khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học, đề tài ? ?Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu nitơ nước thải chăn ni lợn sau biogas phương pháp sục khí ln phiên? ?? thực nhằm mục đích tìm khả ứng dụng phương. ..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