Thiết kế hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas cho hộ chăn nuôi ở thị xã tân uyên, tỉnh bình dương

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng, thời gian phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình chăn ni heo giới Việt Nam 1.1.1 Tổng quan tình hình chăn nuôi heo giới 1.1.2 Tổng quan tình hình chăn nuôi heo Việt Nam 1.2 Tổng quan chất thải chăn nuôi heo 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Nguồn gốc phát sinh 1.2.3 Thành phần đặc tính 1.2.4 Tổng quan phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi heo hệ thống ủ yếm khí biogas 1.2.4.1 Khái niệm biogas 1.2.4.2 Đặc tính biogas 1.2.4.3 Các trình chuyển hóa chủ yếu phân hủy yếm khí 1.3 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo sau biogas 1.3.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải chăn nuôi heo sau biogas 1.3.2 Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi heo sau biogas 1.3.3 Tác động nước thải chăn nuôi heo sau biogas đến môi trường 10 1.3.4 Các phương pháp xử lí nước thải chăn ni heo sau biogas 11 1.3.4.1 Phương pháp lọc sinh học nhỏ giọt 11 1.3.4.2 Xử lí vi khuẩn đông tụ 11 1.3.4.3 Xử lí hồ sinh học 11 1.4 Tổng quan công nghệ đất ngập nước 12 1.4.1 Định nghĩavề đất ngập nước 12 1.4.2 Vai trò đất ngập nước 12 1.4.3 Giới thiệu đất ngập nước kiến tạo 13 1.4.3.1 Lịch sử hình thành 13 1.4.3.2 Phân loại đất ngập nước xử lí nước thải 13 1.4.3.3 Cơ chế xử lí hệ thống đất ngập nước nhân tạo 15 i 1.4.3.4 Ưu nhược điểm việc sử dụng đất ngập nước để xử lý nước thải 16 1.5 Tổng quan nghiên cứu liên quan đến đề tài 17 1.5.1 Tổng quan nghiên cứu giới 17 1.5.2 Tổng quan nghiên cứu Việt Nam 17 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 19 2.1.1 Thời gian 19 2.1.2 Địa điểm 19 2.2 Đối tượng nghiên cứu 19 2.3 Vật liệu, hóa chất trang thiết bị dùng nghiên cứu 19 2.3.1 Vật liệu 19 2.3.2 Hóa chất 20 2.3.3 Dụng cụ thiết bị 20 2.4 Nội dung phương pháp nghiên cứu 20 2.4.1 Tìm hiểu điều kiện tự nhiên Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương 21 2.4.2 Khảo sát thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas đánh giá chất lượng nước thải 21 2.4.3 Tính tốn, thiết kế thơng số kỹ thuật hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas 22 2.4.4 Xây dựng vận hành hệ thống đất ngập nước 25 2.4.5 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas hệ thống đất ngập nước 26 2.5 Phương pháp nghiên cứu 26 2.5.1 Phương pháp tiếp cận 26 2.5.2 Phương pháp thu thập thông tin 26 2.5.3 Phương pháp khảo sát thực địa 26 2.5.4 Phương pháp phân tích thông số nước thải 27 2.6 Phân tích xử lý số liệu 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Kết tìm hiểu điều kiện tự nhiên Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương 29 3.2 Kết khảo sát thông số nước thải đánh giá chất lượng 29 3.3 Kết tính tốn thiết kế hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas 30 3.4 Xây dựng vận hành hệ thống đất ngập nước 38 3.5 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas hệ thống đất ngập nước 43 ii 3.6 Những hạn chế khuyến cáo sử dụng hệ thống 44 3.6.1 Hạn chế 44 3.6.2 Khuyến cáo sử dụng 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 4.1 Kết luận 46 4.2 Kiến nghị 46 Tài liệu tham khảo 48 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm theo chiều ngang (Vymazal, 1997) 14 Hình 1.2 Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo dịng chảy ngầm theo chiều đứng thu nước bề mặt (Vymazal, 2001) 14 Hình 2.1 Ống nối co chữ T 20 Hình 2.2: Mơ hình đất ngập nước dòng chảy đứng tham khảo (Morel & Diener, 2006) 25 Hình 2.3: Mơ hình đất ngập nước dòng chảy ngang tham khảo (Morel & Diener, 2006) 25 Hình 3.1: Bể sau đào 38 Hình 3.2: Bể xây thành 39 Hình 3.3: Lắp đặt ống dẫn nước 39 Hình 3.4: Bể lót lớp bạt chống thấm nước 40 Hình 3.5: Các lớp vật liệu bể đất ngập nước dịng chảy đứng 40 Hình 3.6: Các lớp vật liệu bể đất ngập nước dịng chảy ngang 41 Hình 3.7: Bể sau đặt ống dẫn nước thải vào 41 Hình 3.8: Bể trồng thực vật 42 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Lượng phân thải trung bình gia súc ngày Bảng 1.2 Sự phân hủy xảy qua hai giai đoạn Bảng 2.1 Các thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas khảo sát 21 Bảng 3.1 Một số điều kiện tự nhiên Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương 29 Bảng 3.2 Kết khảo sát thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas 29 Bảng 3.3: Cơ sở tính tốn thơng số kỹ thuật hệ thống đất ngập nước 30 Bảng 3.4 Tóm tắt thông số kỹ thuật hệ thống đất ngập nước 35 Bảng 3.5: Kết phân tích thơng số nước thải trước sau xử lý hệ thống đất ngập nước 43 Sơ đồ 2.1 Nội dung nghiên cứu 20 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ tóm tắt trình xây dựng 38 v MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Ngành chăn nuôi nước ta phát triển ổn định Theo kết điều tra thời điểm tháng năm 2015 nước Tổng cục Thống kê, tổng số lượng bò tăng 2,7%, tổng số heo tăng 2,9% tổng số gia cầm tăng 4% so với kỳ năm trước Tính riêng đàn heo theo kết điều tra sơ thời điểm tháng năm 2015, tổng số heo nước có 27,2 triệu con, tăng 2,9% so với kỳ năm ngối Chăn ni heo phát triển tương đối tốt dịch heo tai xanh không xảy giá bán heo mức có lợi cho người chăn ni Trên địa bàn tỉnh Bình Dương nay, số lượng heo 500.000 con, tập trung chủ yếu 200 trang trại có quy mơ lớn [11] Ngồi hộ chăn ni nhỏ lẻ phân bố rộng khắp địa bàn tỉnh chiếm số lượng đáng kể Các trang trại chủ yếu tập trung Huyện, Thị xã Thị Xã Dầu Tiếng, Huyện Phú Giáo, Huyện Bến Cát, Thị Xã Tân Uyên, Huyện Bắc Tân Uyên…, có diện tích đất rộng, lại xa khu dân cư, giao thơng thuận tiện, thích hợp để mở rộng trang trại chăn nuôi Cùng với phát triển ngành chăn nuôi, vấn đề ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi thải ngày tăng Để xử lý chất thải chăn nuôi, nay, hầu hết sở chăn nuôi sử dụng chủ yếu công nghệ biogas Trong nhiều năm qua, công nghệ biogas có vai trị quan trọng ngành chăn ni nói riêng cho xã hội nói chung làm giảm bớt mùi hôi nước thải chăn nuôi heo, cung cấp khí gas phục vụ sinh hoạt,… Tuy nhiên nguồn nước thải sau xử lý công nghệ biogas chưa đạt qui chuẩn môi trường Theo số liệu điều tra có vào năm 2011 Viện Công nghệ sinh học Môi trường, trường Đại học Nơng Lâm Thàn Phố Hồ Chí Minh, nước thải sau biogas (đã xử lý với cơng nghệ biogas) có chất lượng vượt xa giới hạn quy chuẩn môi trường dành cho nước thải công nghiệp sau xử lý [4] Thấy này, hộ chăn nuôi dùng nhiều phương pháp để xử lý dùng hồ sinh học hay dùng tưới trực tiếp cho trồng Tuy nhiên phương pháp mang tính chất thụ động không giải ô nhiễm môi trường nước thải chăn nuôi heo sau biogas gây Từ lý trên, yêu cầu cấp thiết cần có phương pháp để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas cách hiệu quả, vừa tốn chi phí vừa phù hợp với vùng q Chính đề tài “Thiết kế hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas cho hộ chăn nuôi Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương” thực nhằm mục đích tìm phương pháp xử lý nước thải sau biogas cách hiệu vừa tiết kiệm chi phí vừa tăng thu nhập thân thiện với môi trường Mục tiêu nghiên cứu - Xác định hàm lượng thành phần gây ô nhiễm có nước thải chăn ni heo sau biogas số liệu điều kiện tự nhiên Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương để làm sở tính tốn thiết kế hệ thống đất ngập nước - Xây dựng hệ thống đất ngập nước xử lý hiệu nước thải chăn nuôi heo sau biogas công suất m3/ngày phù hợp với điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế xã hội Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương Đối tượng, thời gian phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas - Thời gian nghiên cứu đề tài từ tháng 9/2015 đến tháng 3/2016 - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài thực hộ chăn nuôi heo ơng Lê Minh Hồng, Ấp Vĩnh An, Xã Tân Vĩnh Hiệp, Thị Xã Tân Uyên, Tỉnh Bình Dương với công suất 1m3/ ngày đêm Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu điều kiện tự nhiên Thị Xã Tân Uyên-Tỉnh Bình Dương để làm sở cho việc tính tốn thiết kế hệ thống đất ngập nước - Thu thập, phân tích thành phần đánh giá chất lượng nước thải sau biogas để làm sở cho việc tính tốn thiết kế - Tính tốn thơng số kỹ thuật thiết kế hệ thống đất ngập nước - Xây dựng, vận hành đánh giá hiệu xử lý hệ thống đất ngập nước CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình chăn ni heo giới Việt Nam 1.1.1 Tổng quan tình hình chăn nuôi heo giới Nghề chăn nuôi heo đời sớm Cách vạn năm chăn nuôi heo xuất phát triển châu Âu châu Á Đến nay, nghề nuôi heo trở thành nghề truyền thống nhiều quốc gia Ở nhiều nước, chăn ni heo có cơng nghệ cao có tổng đàn heo lớn như: Nga, Anh, Pháp, Mỹ, Nhật, Canada, Hà Lan, Nói chung nước tiên tiến có chăn ni heo phát triển lớn theo hình thức cơng nghiệp đạt trình độ chun mơn hóa cao Tuy vậy, đàn heo giới phân bố khơng đồng châu lục Có đến 70% số đàn heo nuôi châu Âu châu Á, khoảng 30% châu lục khác Tính đến năm 2015 chăn ni heo nước châu Âu chiếm khoảng 52%, châu Á 30,4%, châu Úc 5,8%, châu Phi 3,2%, châu Mỹ 8,6% Nhìn chung, sản phẩm ngành chăn nuôi heo sử dụng rộng rãi khắp nơi giới (trừ các nước theo tín ngưỡng Hồi giáo), đem lại lợi nhuận không nhỏ cho kinh tế nước 1.1.2 Tổng quan tình hình chăn ni heo Việt Nam Chăn ni heo Việt Nam có từ lâu đời Vào khoảng cuối kỷ XVIII, có trao đổi văn hóa Trung Quốc Việt Nam, chăn ni heo phát triển Dân cư phía Bắc nhập giống heo lang Trung Quốc vào nuôi tỉnh miền Đông Bắc Bộ Tuy nhiên, thời kỳ trình độ chăn ni heo cịn thấp Trong thời kỳ Pháp thuộc, khoảng năm 1925, Pháp bắt đầu cho nhập giống heo châu Âu vào nước ta giống heo Yorkshire, Berkshire cho lai tạo với giống heo nội địa heo Móng Cái, heo Ỉ, heo Bồ Xụ Cùng với việc tăng nhanh số lượng, chất lượng đàn heo không ngừng cải thiện Trong thời gian từ 1960, nhập nhiều giống heo cao sản thông qua giúp đỡ nước XHCN Có thể nói, chăn ni heo phát triển qua giai đoạn sau: - Giai đoạn từ 1960 – 1969: Giai đoạn khởi xướng qui trình chăn ni heo theo hướng chăn nuôi công nghiệp - Giai đoạn từ 1970 – 1980: Giai đoạn hình thành nơng trường heo giống quốc doanh với mơ hình chăn nuôi heo công nghiệp - Giai đoạn từ 1986 đến nay: mơ hình chăn ni heo hình thành phát triển tỉnh miền Nam tỉnh phía Bắc, hình thức chăn ni heo theo trang trại doanh nghiệp tư nhân hình thành phát triển mạnh Ngồi ra, cịn có nhiều doanh nghiệp cơng ty chăn ni heo có vốn đầu tư 100% nước ngồi Với hình thức chăn ni cơng nghiệp tập trung này, năm tới chăn nuôi heo nước ta phát triển nhanh chóng, nhiên hình thức chăn nuôi nông hộ chiếm tỷ lệ lớn, 96,4% khu vực nông thôn (VNC, 2002) Cho đến năm 2015, nói nhiều doanh nghiệp, cơng ty hay Trung tâm giống heo có khả sản xuất giống heo tốt đáp ứng nhu cầu nuôi heo cao nạc phát triển chăn nuôi heo hình thức khác nước Điển hình sở thành phố Hồ Chí Minh, sở Viện Chăn ni, Viện Khoa học Nông Nghiệp Miền Nam Công ty sản xuất thức ăn có vốn đầu tư nước ngồi Chăn ni heo nước có nhiều thành công đáng kể đàn heo tăng tỷ lệ nạc từ 33,6% heo nội lên 40,6% heo lai (miền Bắc) 34,5% heo nội lên 42% tỷ lệ nạc heo lai (miền Nam) 1.2 Tổng quan chất thải chăn nuôi heo 1.2.1 Định nghĩa Chất thải chăn nuôi heo hỗn hợp nước tiểu, nước tắm gia súc nước rửa chuồng 1.2.2 Nguồn gốc phát sinh Chất thải chăn nuôi heo phát sinh từ nước tắm rửa, vệ sinh chuồng trại gia súc, máng ăn, máng uống 1.2.3 Thành phần đặc tính Chất thải chăn ni chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng chất thải khí Đây hỗn hợp chất hữu cơ, vơ cơ, vi sinh vật trứng ký sinh trùng gây bệnh cho động vật người - Chất thải rắn gồm phân, thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng chất thải khác Chất thải rắn có độ ẩm từ 56 – 83%, có tỷ lệ N, P, K cao +Phân ▪ Thành phần phân bao gồm dưỡng chất khơng tiêu hóa, chất cặn bã, chất xơ, đạm, P2O5 ,…; niêm mạc ống tiêu hóa, chất nhờn, loại vi sinh vật trứng giun sán bị nhiễm thức ăn ruột bị tống ▪ Thành phần hóa học phân phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng, tình trạng sức khỏe, cách ni dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm, kỹ thuật chế biến thức ăn Thành phần nguyên tố vi lượng thay đổi phụ thuộc vào lượng loại thức ăn Ví dụ: Bo=5–7ppm, Mn=3 –75ppm, Co= 0,2–0,5 ppm, Cu=4–8ppm; Zn=20–45ppm, Mo=0,8–1,0ppm Trong trình ủ phân, vi sinh vật công phá nguyên liệu này, giải phóng chất khống hịa tan dễ dàng cho trồng hấp thu ▪ Lượng phân gia súc thải 24 phụ thuộc vào giống, loài, tuổi, phần ăn, lượng thức ăn ăn vào, tính chất thức ăn thể trọng, lượng phân thải ước tính theo bảng 1.1 [3] Bảng 1: Bảng 1.1: Lượng phân thải trung bình gia súc ngày Loại gia súc Phân nguyên (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày) Trâu 18 – 25 – 12 Bò 15 – 20 – 10 Heo nhỏ 10 kg 0,5 – 1,3 -1,7 Heo 15 - 45 kg 1–3 0,7 – Heo 45 -1 00 kg 3–5 2–4 (Nguồn: Lăng Ngọc Huỳnh, 2000) • Ngồi thành phần phân gia súc chứa virus, vi trùng, đa trùng, trứng giun sán, vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với giống điển hình như: Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella Trong 1kg phân có chứa 2000-5000 trứng giun sán gồm chủ yếu loại: Ascaris suum, Oesophagostomum, Trichocephalus [5] Chúng tồn vài ngày, vài tháng phân, nước thải môi trường gây ô nhiễm cho đất nước, đồng thời gây hại cho sức khỏe người vật nuôi S = v 0,1 = = 0,056 => S=0,067 -> S=0,26% 2 1 *h 0,467 n 0,4 k Xác định tải trọng thuỷ lực HLR (m/ngày) - Bể đất ngập nước dòng chảy đứng: HLRvw = = 0.027 m/ngày=2,7 cm/ngày 37,10 - Bể đất ngập nước dòng chảy ngang: HLRvw = =0.039 m/ngày=3,9 cm/ngày 25,33 l Xác định tải trọng hữu theo BOD5 - Bể đất ngập nước dòng chảy đứng ALRvw = Q * C0 1∗0.38 = = 0,010 m/ngày 37,10 As - Bể đất ngập nước dòng chảy ngang ALRhw = Q * C0 1∗0,38 = =0,015 m/ngày 25,33 As m Xác định lưu lượng nước thải sau xử lý theo lý thuyết Do lưu lượng nước thải đầu sau xử lý thay đổi theo mùa phụ thuộc vào yếu tố thời tiết nên ta có: + Vào mùa khơ: P = 0; ET =130 mm/tháng = 4,3 ml/ngày, với diện tích 63,33m2 ET = 258ml/ngày=0,000258m3/ngày, I = => Vậy vào mùa khô lưu lượng nước thải sau xử lý là: Qe = 1+0-0-0,0002580,06333=0,936m3/ngày + Vào mùa mưa: P = 330 mm/tháng = 11 ml/ngày, với diện tích 63.33m2 lượng mưa trung bình là: P=696.63ml/ngày=6.333.10-m3/ngày; ET =90 mm/tháng = ml/ngày, với diện tích 63.33m2 ET = 180ml/ ngày=0,00018 m3/ngày; I =0 => Vậy vào mùa mưa lưu lượng nước thải sau xử lý là:Qe=1+6.333.10-4-00.00018-0,06333=0,937m3/ngày n Lớp chống thấm: Lớp chống thấm dùng đáy bể bạt Tarpaulin xanh cam kích thước ngang 6m, dài 18m - Bố trí ống dẫn thu nước thải: Ống dẫn nước từ bể lắng vào có đường kính 90mm với chiều dài đoạn ống dẫn 4m 34 Bảng 7: Bảng 3.4 Tóm tắt thơng số kỹ thuật hệ thống đất ngập nước Tên thống số STT Đơn vị Giá trị Diện tích bề mặt hệ thống đất ngập nước m2 63,33 Diện tích bề mặt bể đất ngập nước dòng chảy đứng m2 37,10 Diện tích bề mặt bể đất ngập nước dịng chảy ngang m2 25,33 Chiều rộng bể đất ngập nước dòng chảy đứng m 2,78 Chiều rộng bể đất ngập nước dòng chảy ngang m 2,30 Chiều dài bể đất ngập nước dòng chảy đứng m 13,35 Chiều dài bể đất ngập nước dòng chảy ngang m 11,01 m m 0,067 m m 0,055 m 0,467 m 0,527 m 0,407 m 0,455 m 0,515 m 0,395 m 0,427 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Chiều cao đáy bể vùng dẫn nước thải bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao đáy bể vùng dẫn nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao đáy bể vùng dẫn nước thải bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao đáy bể vùng dẫn nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao bề mặt nước vùng xử lý bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao bề mặt nước vùng dẫn nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao bề mặt nước vùng dẫn nước thải bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao bề mặt nước vùng xử lý bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao bề mặt nước vùng dẫn nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao bề mặt nước vùng dẫn nước thải bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao vật liệu vùng nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng 35 19 20 21 22 23 Chiều cao vật liệu vùng xử lý bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao vật liệu vùng nước thải bể đất ngập nước dòng chảy đứng Chiều cao vật liệu vùng nước thải vào bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao vật liệu vùng xử lý bể đất ngập nước dòng chảy ngang Chiều cao vật liệu vùng nước thải bể đất ngập nước dòng chảy ngang m 0,367 m 0,307 m 0,415 m 0,355 m 0,295 24 Thể tích đầm lầy bể đất ngập nước dòng chảy đứng m3 17,326 25 Thể tích đầm lầy bể đất ngập nước dịng chảy ngang m3 8,99 ngày 18 ngày 12 % 0,26 26 27 Thời gian lưu nước bốc nước bể đất ngập nước dòng chảy đứng Thời gian lưu nước bốc nước bể đất ngập nước dòng chảy ngang 28 Độ dốc thủy lực nước bề mặt 29 Tải trọng thủy lực bể đất ngập nước dòng chảy đứng cm/ngày 2,7 30 Tải trọng thủy lực bể đất ngập nước dòng chảy ngang cm/ngày 3,9 m3/ngày 0,936 m3/ngày 0,937 31 32 Lưu lượng nước thải sau xử lý theo lý thuyết vào mùa khô Lưu lượng nước thải sau xử lý theo lý thuyết vào mùa mưa Dựa vào thơng số tính tốn áp dụng phương pháp đồ họa để thiết kế hệ thống Nhận xét: - Hệ thống đất ngập nước thiết kế có bể gồm đất ngập nước dịng chảy đứng diện tích 37,10 m2 đất ngập nước dịng chảy ngang diện tích 25,33 m2 Các lớp vật liệu chứa bể gồm đá 4x6cm, đá 1x2cm, đất ống dẫn nước Vi sinh BI-CHEM® DC 1008 CB bổ sung vào bể sau nuôi mơi trường nước thải pha lỗng 36 - Vận hành hệ thống: + Bản vẽ số Mặt hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas: nước thải sau hệ thống biogas (2) đưa vào bể chứa (3) qua trình lắng tự nhiên lượng bùn nước thải giảm lắng xuống đáy bể Nước thải qua ống dẫn vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng (4) Qua hệ thống phân phối nước bề mặt bể (4) nước thấm từ từ xuống chảy bể đá 4x6cm cuối bể (4) Nước tiếp tục dẫn qua bể đất ngập nước dòng chảy ngang (5) nước thải tiếp tục dẫn theo chiều ngang từ đầu đến cuối bể đưa vào hầm chứa nhờ ống dẫn cuối bể Thực vật trồng hai bể + Bản vẽ số Mặt cắt hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas • Bạt chống thấm lót để ngăn thấm nước thải vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm Bể đất ngập nước dòng chảy đứng (3) gồm có ba lớp vật liệu Đầu tiên lớp đá 4x6cm lót đáy bể dày 15cm, lớp đá 1x2cm dày 15cm, lớp đá đất, ngăn chứa nước sau xử lý bể (3) đặt cuối bể dài 1,6m theo chiều dài bể chứa đá 4x6cm Thực vật trồng lớp đất gồm ba loại cỏ vetiver, phát lộc, thủy trúc Để tăng khả di chuyển nước từ đầu đến đáy bể cần độ dốc 1% tạo đất trước lót bạt chống thấm Bể đất ngập nước dòng chảy ngang (4) gồm có ngăn vật liệu Các vật liệu ngăn lần lược đá 4x6cm dày 0,415m, đá 1x2cm dày 0,355m, đất dày 0,355m, đá 1x2cm dày 0,295m, đá 4x6 dày 0,295m Nước đầu chứa bể (5) • Bể đất ngập nước dịng chảy chảy đứng (Mặt mặt cắt): nước thải đầu vào qua hệ thống ống tưới bề mặt bể thấm dần xuống phía Quá trình thấm, nước xử lý qua chế xử lý sinh học (hấp thụ, hấp phụ) thực vật, nhờ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy vi sinh vật chất rắn không lắng chất keo phân hủy Vật liệu nơi diễn q trình lý, hóa, sinh xử lý nước thải đường từ xuống từ đầu đến cuối bể Nước thải đầu chứa ngăn đá 4x6cm cuối bể theo đường ống dẫn qua bể đất ngập nước dòng chảy ngang • Bể đất ngập nước dòng chảy ngang: nước thải đầu vào thấm theo chiều ngang từ đầu đến cuối bể qua lớp vật liệu nước xử lý qua q trình lý, hóa, sinh học đến cuối bể Quá trình xử lý chủ yếu q trình sinh học, hóa học hấp phụ, hấp thụ nhờ thực vật phân giải sinh học nhờ vi sinh vật Nước đầu theo đường ống qua bể chứa - Thời gian lưu nước bể đất ngập nước dòng chảy đứng 18 ngày, bể đất ngập nước dòng chảy ngang 12 ngày Thời gian lưu nước bể để xử lý từ đầu vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng đến đầu bể đất ngập nước dòng chảy ngang 30 ngày Thời gian nước lưu hệ thống qua kết hợp ba q trình lý hóa sinh học nước xử lý đạt hiệu cao tiết kiệm thời gian Đây đặc trưng riêng hệ thống đất ngập nước so với hệ thống xử lý khác 37 3.4 Xây dựng vận hành hệ thống đất ngập nước Bước 1: Đào bể tạo độ dốc Đào bể Tạo độ dốc Xây thành bể Đặt ống Phủ lớp chống thấm Tạo lớp vật liệu Lắp ống dẫn nước thải đầu vào Men vi sinh Trồng thực vật Sơ đồ Sơ đồ 3.1: Sơ đồ tóm tắt q trình xây dựng Dựa vào thơng số tính tốn trên, tiến hành dọn dẹp mặt bằng, đo kích thướt đất giăng dây làm dấu kích thước đo tiến hành đào bể Bể đào có chiều ngang 2,78m, dài 13,35m sâu 1m Sau đào bể hoàn thành, kiểm tra bể với kích thước tính tốn tiến hành xây thành bể để tránh sai xót khơng đáng xảy Hình 3.1: Bể sau đào Khi bể đào hoàn thành, tiến hành tạo độ dốc bể đất ngập nước dịng Hình 6: chảy đứng để nước bể lưu thông dễ dàng Độ dốc tạo cách đo 38 chiều cao đầu dốc làm dấu cách chôn cọc Giăng dây từ độ cao vừa đo đến cuối bể cố định cọc (chiều cao cuối bể 0) Sau giăng dây xong nhóm tiến hành đưa đất xuống tạo độ dốc Nén đất đầm cho chặt Bước 2: Xây thành bể đặt ống đầu Thành bể xây gạch ống để tạo chắn, ngăn xạt lỡ, xói mịn đất xuống bể đặt ống lúc xây Hình 7: Hình 8: 8: Hình 3.2: Bể xây thành Hình 3.3: Lắp đặt ống dẫn nước Bước 3: Lót lớp chống thấm: Lớp bạt chống thấm lót phủ hồn tồn từ đầu bể đến thành bể cố định thành bể Lót lớp chống thấm nhằm mục đích ngăn ngừa khơng cho nước thải thấm ngồi khu vực xử lý thấm vào mạch nước ngầm 39 Hình 9: Hình 3.4: Bể lót lớp bạt chống thấm nước Bước 4: Tạo lớp vật liệu hệ thống đất ngập nước - Bể đất ngập nước dòng chảy đứng Bể chia làm hai ngăn hình vẽ Ngăn Ngăn Hình 10: Hình 3.5: Các lớp vật liệu bể đất ngập nước dòng chảy đứng Ngăn 1: lớp vật liệu xếp thành lớp từ lên là: lớp đá 4x6cm dày 15cm, lớp đá 1x2cm dày 15cm, lớp đất dày 12,7cm Ngăn 2: Lớp vật liệu ngăn đá 4x6cm xếp lớp dày 37cm, dài 1,6m theo chiều dài bể - Bể đất ngập nước dòng chảy ngang chia làm ngăn hình vẽ, lớp vật liệu xếp thành lớp từ trái qua phải đá 4x6cm dày 0,415m , đá 1x2cm dày 0,415m, đất dày 0,355m, đá 1x2cm dày 0,295m, đá 4x6cm dày 0,295m, kích thước lớp vật liệu bảng vẽ 40 Ngăn Ngăn Ngăn Ngăn Ngăn Hình 11: Hình 3.6: Các lớp vật liệu bể đất ngập nước dòng chảy ngang Bước 5: Đặt ống dẫn nước thải sau biogas vào hệ thống Hình 12: Hình 3.7: Bể sau đặt ống dẫn nước thải vào Ống dẫn nước thải vào tiến hành trình bày mục 2.3.1 Bước 6: Trồng thực vật Mục đích: rễ thực vật tạo độ xốp cho lớp vật liệu, nơi để vi sinh bám vào Quá trình hấp thụ hấp phụ thực vật làm giảm thông số ô nhiễm nước thải chăn nuôi heo sau biogas Thực vật trồng bể gồm loại: + Cỏ Vetiver trồng đầu bể với chiều dài 5,35m + Cây Thủy Trúc trồng bể với chiều dài 4m + Cây Phát Lộc trồng cuối bể với chiều dài 4m 41 Hình 13: Hình 3.8: Bể trồng thực vật Bước 7: Bổ sung vi sinh vào bể Cung cấp vi sinh vào bể nhằm mục đích tăng hiệu xử lý Vi sinh cấy thùng nhựa chứa nước thải pha lỗng vịng sau mang tưới lên bề mặt bể 42 3.5 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas hệ thống đất ngập nước : Bảng 3.5: Kết phân tích thơng số nước thải trước sau xử lý hệ Bảng thống đất ngập nước QCVN Trước xử lý BOD5 (mg/l) COD (mg/l) pH SS (mg/l) Độ đục (NTU) Sau xử lý Hiệu xử lý 40:2011/BTNMT A B 380±1 47,94±0,34 87,38% 30 mg/l 50 mg/l 878,76±1,02 115,69±0,01 86,83% 75 mg/l 150 mg/l 6,9 5,7-6 15,2% 6-9 5,5-9 406,67±3,06 11,67±1,15 97,13% 50mg/l 100mg/l 263,33±5,77 12,10±0,36 95,39% … … 2,4x106 93 99,99% 3000 5000 66,83 1,30 ±0,02 ±0,05 98,05% mg/l mg/l Coliform Vi khuan/ 100ml Tổng photpho (mg/l) 43 Kết bảng 3.5 cho thấy tất thông số sau xử lý thấp trước xử lý Các tiêu BOD5, COD, pH đạt chuẩn (loại B) tiêu SS, Coliform, tổng photpho đạt chuẩn (loại A) theo QCVN 40:2011/BTNMT Nồng độ BOD5 giảm 380mg/l xuống 47,94mg/l đạt hiệu xử lý 87,38% Nồng độ COD giảm từ 878,76mg/l xuống 115,69mg/l đạt hiệu xử lý 86,83% pH không thay đổi nhiều, hiệu xử lý 15,2% Hàm lượng chất rắn lơ lững (SS) nồng độ giảm từ 406,67mg/l xuống 11,67mg/l đạt hiệu xử lý 97,13% Độ đục từ 263,33 NTU xuống 12,10NTU đạt hiệu xử lý 95,39% Hàm lượng photpho tổng nồng độ giảm từ 66,83 mg/l xuống 1,30 mg/l đạt hiệu 98.05% Hàm lượng coliform giảm từ 2,4.106 vi khuẩn/100ml xuống 93 vi khuẩn/100ml đạt hiệu xử lý 99,99% Như hiệu suất xử lý hệ thống đất ngập nước cao điều kiện thí nghiệm (trên 85%) Điều cho thấy việc ứng dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo vào xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas thay cho phương pháp truyền thống sử dụng chăn nuôi cần thiết 3.6 Những hạn chế khuyến cáo sử dụng hệ thống 3.6.1 Hạn chế - So với cơng suất 1m3/ngày.đêm diện tích dùng để xây dựng hệ thống đất ngập nước lớn nên cần tối ưu lại diện tích bể đất ngập nước cho phù hợp mà hiệu xử lý không đổi - Hệ thống cần kiểm tra thường xuyên súc rữa đường ống dẫn nước thải đầu vào để tránh tình trạng bùn làm nghẹt đường ống - Hệ thống vận hành lâu ngày có tượng đọng nước lớp đất bể đất ngập nước dòng chảy đứng gây nên mùi trùng có hại phát triển nên cần có giải pháp xử lý 3.6.2 Khuyến cáo sử dụng - Sau vài tháng vận hành hệ thống cần súc rữa đường ống dẫn nước thải đầu vào bể đất ngập nước dòng chảy đứng cho bùn thải tránh tình trạng nghẹt ống làm nước tràn ngược vào hệ thống biogas gây hỏng hệ thống biogas - Không nên trồng loại rau bể hộ chăn ni có ni nhiều gia cầm gia cầm phá gây ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển thực vật 44 - Vào mùa khô nước thải hồ có tình trạng bốc nước bể cần bơm thêm vào để đảm bảo phát triển thực vật hồ cách tốt - Nên bổ sung thiên địch muỗi lăng quăng để tránh phát sinh muỗi, lăng quăng khu vực bể xử lý Bọ cánh cứng, cá kiểng,… 45 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu đề tài rút số kết luận sau: - Chất lượng nước thải sau biogas ô nhiễm cao Các tiêu photpho tổng, nitơ tổng ,COD coliform 100% hộ vượt chuẩn (cột B) Chỉ tiêu BOD5 40% vượt chuẩn (cột B) Chỉ tiêu SS 90% vượt chuẩn cột B, tiêu nhiệt độ với pH hộ vượt chuẩn (cột B) Từ đó, thấy chất lượng nước thải chăn nuôi heo sau biogas cịn vượt quy chuẩn cho phép mơi trường, nước thải thải trực tiếp kênh mương gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, mỹ quan, ảnh hưởng xấu đến đời xống người dân hệ sinh thái khu vực tiếp nhận nguồn thải, cần có biện pháp xử lý phù hợp nhằm đảm bảo chất lượng nước trước thải môi trường - Hệ thống đất ngập nước xây dựng xử lý hiệu nước thải chăn nuôi heo sau biogas cho kết loại bỏ chất ô nhiễm cao 85% Các tiêu photpho tổng, SS, coliform đạt chuẩn (cột A) Các tiêu BOD5, COD, pH đạt chuẩn (cột B) - Việc ứng dụng công nghệ đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas khả quan cần thiết - Do hạn hẹp thời gian kinh phí thực nên việc bố trí thí nghiệm men vi sinh, thực vật thủy sinh, men vi sinh kết hợp thực vật thủy sinh để thấy hiệu xử lý thực vật hay men vi sinh chủ yếu không khả thi 4.2 Kiến nghị - Cần phải khảo sát thêm nhiều hộ chăn nuôi heo để đánh giá xác chất lượng nước thải chăn nuôi heo sau biogas - Tăng quy mô mơ hình để kiểm tra hiệu hệ thống đưa vào thực tế - Cần tiếp tục nghiên cứu thời gian dài để đánh giá mức độ ổn định xử lý - Nghiên cứu thêm nhiều thông số Nito tổng, độ màu,… để đánh giá xác hiệu xử lý 46 - Tăng lưu lượng nước so với lý thuyết để hiệu xử lý đạt kết tốt - Diện tích bể q lớn so với cơng suất xử lý nên cần tối ưu lại diện tích nhỏ lại mà đạt hiệu xử lý tốt - Nghiên cứu thêm phương pháp thấm ngang thấm ngầm cách mặt đất 2-3cm để giảm mùi hôi kết thiết kế đạt tối ưu - Nên bố trí thí nghiệm vi sinh vật, thwucj vật thủy sinh, mô hình vi sinh vật kết hợp thực vật thủy sinh để biết trình xử lý chủ yếu 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước [1] Epronews(2013) Cơ chế hình thành khí sinh học hệ thống Biogas [2] Thúy Hồng (2014) Quản lý, bảo vệ nước đất: Cùng cộng đồng trách nhiệm [3] Lăng Ngọc Huỳnh (2000) Sinh lý tiêu hóa vật ni [4] Lê Trọng Khánh (2011) Xử lý nước thải sau biogas công nghệ đất ngập nước, Trung tâm Ứng dụng tiến khoa học & cơng nghệ tỉnh Bình Dương [5] Nguyễn Thị Hoa Lý (2004) Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam [6] Hồ Thanh Tâm, Trần Hoài Phong, Cao Ngọc Điệp (2014) Ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải chăn heo sau biogas đồng sông cửu long quy mơ phịng thí nghiệm trại chăn ni heo, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn (17), 56-64 [7] Phạm Thành Thật (2011) Khảo sát khả xử lí nước thải chăn ni heo hệ thống hầm biogas kết hợp với hồ sinh học trại heo Hiền Thoa, Huyện Đức Linh, Tỉnh Bình Thuận, Luận văn tốt nghiệp, trường ĐH Bình Dương [8] Ngơ Duy Thi (2013) Nghiên cứu mơ hình xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas đất ngập nước kiến tạo, Đại học Kỹ thuật công nghệ TP.HCM [9] Lê Anh Tuấn (2007) Xử lý nước thải ao nuôi cá nước đất ngập nước kiến tạo, Đại học Cần Thơ [10] Triệu Thu Thủy (2013), Xử lý chất thải chăn nuôi công nghệ biogas [11] Dương Chí Tưởng (2012) Giải oan cho giống lợn Bình Dương, báo tin tức Tài liệu nước ngồi [1]a: E Timothy Oppelt (1999), Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters [2]a: Jongbloes Lenis (1992), Industrial livestock systems & the environment 48