Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  NGÔ THỊ TUYẾT NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  NGÔ THỊ TUYẾT NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM TRỒNG CÂY Chuyên ngành : Khoa học Môi trƣờng Mã Số : 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. DƯ NGỌC THÀNH Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2013 Người thực hiện luận văn Ngô Thị Tuyết Nga Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến: Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Phòng quản lý đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Dư Ngọc Thành - người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn. Tôi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K19 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt quá trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi. Tác giả luận văn Ngô Thị Tuyết Nga Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Mục tiêu nghiên cứu 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 4.1.Ý nghĩa khoa học 3 4.2.Ý nghĩa thực tiễn 3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi 4 1.1.1. Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi 4 1.1.1.1. Nguồn phát thải ô nhiễm 4 1.1.1.2. Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi 5 1.1.1.3.Thành phần lỏng từ nước thải chăn nuôi 6 1.1.1.4. Thành phần khí từ chất thải chăn nuôi 9 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi 9 1.2. Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi 11 1.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý 11 1.2.1.1. Xử lý cơ học 11 1.2.1.2. Xử lý hóa lý 11 1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kỵ khí 12 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 1.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học hiếu khí 12 1.2.3.1. Các quá trình trong quá trình hiếu khí 12 1.2.3.2. Bể hiếu khí Aerotank 13 1.2.3.3. Lọc sinh học hiếu khí 13 1.2.3.3. Hồ sinh học hiếu khí và hiếu kị khí 14 1.2.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng thuỷ sinh thực vật 15 1.2.4. Các công nghệ thường được sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi 16 1.2.4.1. Bể Biogas 16 1.2.4.2. Hồ sinh học kị khí 18 1.2.4.3. Lọc sinh học kỵ khí 18 1.2.4.4. Quá trình kỵ khí trong UASB 18 1.2.4.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) 19 1.2.4.6 Công nghệ bãi lọc trồng cây 20 1.3. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về bãi lọc trồng cây 33 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới 33 1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam 36 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 39 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 39 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 39 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 39 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 39 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 39 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 39 2.3. Nội dung nghiên cứu 39 2.4. Phương pháp nghiên cứu 40 2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp. 40 2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp. 40 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.4.2.1. Phương pháp lấy mẫu . 40 2.4.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 40 2.4.2.3. Phương pháp phân tích mẫu. 44 2.4.2.5. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm 45 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46 3.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu 46 3.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các vật liệu lọc 48 3.2.1. Hiệu suất xử lý BOD 5 48 3.2.2. Khả năng xử lý COD của các công thức vật liệu lọc 49 3.2.3. Khả năng xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc 50 3.2.4. Hiệu suất xử lý lân tổng số: 51 3.2.5. Hiệu suất xử lý TDS: 52 3.2.6 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức và DO 53 3.3. Xác định ngưỡng chịu tải lượng BOD 5 của cây tham gia thí nghiệm 55 3.3.1. Xác định nồng độ BOD 5 đầu vào của thí nghiệm 56 3.3.2. Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng ở các nồng độ khác nhau 56 3.3.3. Tỉ lệ sống của các loại cây ở các nồng độ khác nhau 58 3.3.4.1. Chiều cao và tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây 59 3.3.4.2. Số lá của các loại cây qua các nồng độ 63 3.3.4.3. Số rễ và chiều dài rễ của các loại cây 65 3.4. Khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng 66 3.4.1. Tính chất nước thải sau biogas khi chưa qua xử lý bằng bãi lọc ngầm 66 3.4.2. Hiệu quả của một số công thức sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sau biogas 67 3.4.2.1. Khả năng xử lý (T- N) của các công thức cây trồng 67 3.4.2.2. Khả năng xử lý (T - P) của các công thức cây trồng 70 3.4.2.3. Hiệu quả xử lý BOD 5 của các công thức cây trồng 72 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 3.4.2.4. Hiệu quả xử lý BOD 5 của các công thức cây trồng 74 3.4.2.5. Hiệu quả xử lý tổng chất rắn lơ lửng (TSS) ở các công thức cây trồng 75 3.4.2.6. So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức đối với các chỉ tiêu theo dõi 76 3.4.3. Kết quả đánh giá định tính (cảm quan) 77 3.5. Kết quả nghiên cứu về độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc và tải trọng tối ưu ứng dụng trong công thức vật liệu lọc được sử dụng 78 3.5.1. Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc 78 3.5.2. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu lọc được sử dụng: 79 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 85 1. Kết luận 85 2. Đề nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính 5 Bảng 1.2. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày 5 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm 6 Bảng 1.4. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày 7 Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg 7 Bảng 1.6. Tính chất thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải chăn nuôi gia súc 8 Bảng 1.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu 16 Bảng 1.8. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas 17 Bảng 1.9. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải trong nông nghiệp 17 Bảng 3.1. Bảng số liệu điều kiện thời tiết khí hậu thành phố Thái Nguyên 46 Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý BOD 5 của các công thức 48 Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của các công thức 49 Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý T-N 50 Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý T-P của các công thức 51 Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý TDS của các công thức 52 Bảng 3.7. Kết quả xác định màu sắc, mùi sau xử lý của các công thức 53 Bảng 3.8. Kết quả xác định màu EC và pH sau xử lý của các công thức (mg/l) 54 Bảng 3.9. Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần 56 Bảng 3.10. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây ở các nồng độ BOD 5 thử nghiệm 57 Bảng 3.11. Tỷ lệ sống và chết của các loại cây trồng 58 Bảng 3.12. Chiều cao của các loại cây qua các nồng độ nghiên cứu 59 Bảng 3.13. Tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây qua các lần đo 62 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Bảng 3.14. Số lá qua thời gian theo dõi thí nghiệm (đơn vị: lá) 64 Bảng 3.15. Số rễ và chiều dài của rễ qua thời gian theo dõi thí nghiệm 65 Bảng 3.16. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hoá học của nước thải chăn nuôi sau hệ thống Biogas 66 Bảng 3.17. Hàm lượng (T –N) đo ở các công thức cây trồng 67 Bảng 3.18. Hàm lượng (T - P) qua các lần đo ở các công thức cây trồng (mg/l) . 70 Bảng 3.19. Hiệu quả xử lý BOD 5 bằng bãi lọc trồng cây qua các lần đo 72 Bảng 3.20. Hiệu suất xử lý COD ở các công thức cây trồng 74 Bảng 3.21. Hiệu quả xử lý TSS bằng bãi lọc trồng cây qua các lần đo 75 Bảng 3.22. Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu theo dõi 76 Bảng 3.23. Kết quả màu sắc và mùi nước thải trước và sau xử lý 77 Bảng 3.24. Kết quả xác định độ dẫn thủy lực của các vật liệu lọc 78 Bảng 3.25. Hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình 80 Bảng 3.26. Hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình 81 Bảng 3.27. Hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình 82 Bảng 3.28. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức tải trọng khác nhau 83 [...]... phỏp chớnh, cỏc cụng trỡnh x lý sinh hc thng c t sau cỏc cụng trỡnh x lý c hc, húa lý [22] 1.2.1 X lý nc thi chn nuụi bng phng phỏp c hc v húa lý 1.2.1.1 X lý c hc Mc ớch l tỏch cn rn v phõn ra khi hn hp nc thi bng cỏch thu gom, lng cn Cú th dựng song chn rỏc, b lng loi b cn, cỏt d lng to iu kin x lý v gim khi tớch cỏc cụng trỡnh phớa sau 1.2.1.2 X lý húa lý Sau khi x lý c hc, nc thi cũn cha nhiu... cp bỏch cn c cỏc cp qun lý, cỏc nh sn xut v cng ng dõn c bt buc quan tõm : hn ch ụ nhim mụi trng, bo v sc khe ca con ngi, cnh quan khu dõn c cng nh khụng kỡm hóm s phỏt trin ca ngnh 1.2 Cỏc bin phỏp x lý nc thi chn nuụi i vi nc thi chn nuụi, cú th ỏp dng cỏc phng phỏp x lý sau: - Phng phỏp x lý c hc - Phng phỏp x lý húa lý - Phng phỏp x lý sinh hc Trong cỏc phng phỏp trờn, x lý sinh hc l phng phỏp chớnh,... Methane Ngun: Viney, 2004[39] Hỡnh 1.2 S phn ng sinh húa trong iu kin ym khớ Bin phỏp x lý k khớ cho cht lng nc u ra cũn cha nhiu hp cht cú mựi hụi, vỡ vy chỳng ch c coi l mt bc tin x lý trong h thng x lý 1.2.3 X lý nc thi chn nuụi bng phng phỏp sinh hc hiu khớ 1.2.3.1 Cỏc quỏ trỡnh trong quỏ trỡnh hiu khớ Quỏ trỡnh x lý nc thi bng phng phỏp hiu khớ bao gm 3 giai on: - Oxy húa cỏc cht hu c: CxHyOz + O2... thi c a vo h thng qua ng dn trờn b mt Nc s chy xung di theo chiu thng ng gn di ỏy cú ng thu nc ó x lý a ra ngoi Cỏc h thng VSF thng xuyờn c s dng x lý ln 2 cho nc thi ó qua x lý ln 1 Thc nghim ó ch ra l nú ph thuc vo x lý s b nh b lng, b t hoi H thng t ngp nc cng cú th c ỏp dng nh mt giai on ca x lý sinh hc [14] Tuy nhiờn, trờn thc t mụ hỡnh NN nhõn to c xõy dng theo hai h thng: Bói lc trng cõy... cụng chỳng v cỏc c quan qun lý mụi trng Tỡnh trng ụ nhim mụi trng xung quanh cỏc c s chn nuụi ó n mc bỏo ng Vit Nam Phn ln nc thi t chn nuụi u cha c x lý hoc x lý nhng khụng ỳng quy cỏch nờn vn gõy ụ nhim n mụi trng Theo kt qu kho sỏt ỏnh giỏ cỏc loi mụ hỡnh khớ sinh hc ca Vin Khoa hc v Cụng ngh mụi trng i hc Bỏch Khoa nm 2010 cho bit nc thi t vic chn nuụi mc dự ó c x lý bng hm biogas, b ym khớ, h... mt gii phỏp cụng ngh mi, x lý nc thi trong iu kin t nhiờn vi hiu sut cao, chi phớ thp v n nh, ngy cng c ỏp dng rng rói Vit Nam, cụng ngh trờn thc cht cũn rt mi Bói lc trng cõy dựng x lý nc thi trong iu kin t nhiờn Vi cỏc thụng s lm vic khỏc nhau, bói lc trng cõy c s dng rng rói trong x lý nhiu loi nc thi Khỏc vi bói t ngp nc t nhiờn, thng l ni tip nhn nc thi sau khi x lý, vi cht lng ó t yờu cu theo... h thng c thit k vi dc 1% hoc hn [14] Bói lc ngm trng cõy dũng chy ngang cú kh nng x lý cht hu c v rn l lng tt, nhng kh nng x lý cỏc cht dinh dng li thp, do iu kin thiu oxy, k khớ trong cỏc bói lc khụng cho phộp nitrat hoỏ amoni nờn kh S húa bi trung tõm hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 22 nng x lý nit b hn ch X lý phtpho cng b hn ch do cỏc vt liu lc c s dng (si, ỏ dm) cú kh nng hp ph kộm [14] - Loi... cụng ngh x lý nc thi mc x lý cp 2 trong iu kin t nhiờn, t hiu sut cao, chi phớ thp v n nh, ng thi gúp phn lm tng giỏ tr a dng sinh hc, ci to cnh quan mụi trng ca a phng Mt khỏc, Vit Nam l nc nhit i, khớ hu núng m, rt thớch hp cho s phỏt trin ca cỏc loi thc vt thy sinh Do vy, tụi la chn ti Nghiờn cu kh nng x lý nc thi chn nuụi bng bói lc ngm trng cõy 2 Mc ớch nghiờn cu Nõng cao hiu qu x lý nc thi... Total suspended solids Hm lng cht rn l lng T-N Total Nitrogen Tng m T-P Total Phosphorus Tng lõn X lý nc thi XLNT VLL Vt liu lc VSV Vi sinh vt UASB Upflow anaerobic sludge blanket ngc qua tng bựn k khớ dn in EC EGSB B x lý sinh hc dũng chy Expanded Granular Sludge Bed S húa bi trung tõm hc liu H thng x lý k khớ http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 M U 1 t vn Nc l ci ngun ca s sng, l yu t quan trng hng u cho... tm chn nghiờng khi ln tỏch ra v ri xung vựng lng Tầng pha n-ớc, pha khí Khí Biogas Vách ngăn tách khí N-ớc thải sau bể UASB Máng thu n-ớc quanh bể Tầng bùn lơ lửng Hệ thống phân phối n-ớc N-ớc thải vào Ngun: Nguyn Vit Anh, 2007[4] Hỡnh 1.4 S cu to b UASB So sỏnh vi cỏc k thut x lý ym khớ khỏc, trờn nhiu phng din cho thy k thut UASB l phng ỏn tt nht Thụng thng thi gian lu l 6 ngy cho vựng . chăn nuôi 11 1.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý 11 1.2.1.1. Xử lý cơ học 11 1.2.1.2. Xử lý hóa lý 11 1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh. xử lý bằng bãi lọc ngầm 66 3.4.2. Hiệu quả của một số công thức sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây xử lý nước thải sau biogas 67 3.4.2.1. Khả năng xử lý (T- N) của các công thức cây trồng. lý nước thải bằng bãi lọc trồng cây 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4.1.Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu sẽ xác định được khả năng xử lý của bãi lọc ngầm trồng cây đối với môi trường nước