Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè (Jatropha curcas L) trên mô hình bãi lọc thực vật

Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến   Từ xưa đến nay, nước ta vốn là nước một nước nông nghiệp, khoảng 71,89% dân số sống tại nông thôn, cuộc sống của người dân chủ yếu dựa vào trồng trọt và chăn nuôi. Trong những năm gần đây, do quá trình đô thị hóa - hiện đại hóa, nên diện tích đất canh tác dần bị thu hẹp, năng suất cây trồng khó có những đột biến nhảy vọt, vì vậy ngành chăn nuôi sẽ là hướng phát triển kinh tế hộ và được đẩy mạnh trong những năm tới; phát triển chăn nuôi giúp cho việc xóa đói giảm nghèo, tạo việc làm, tăng thu nhập và cải thiện điều kiện sống cho người nông dân. Tuy nhiên từ việc phát triển cao độ này, đã làm phát sinh một vấn đề nan giải, thu hút sự quan tâm sâu sắc của xã hội đó là sự ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam nói chung và khu vực phía Nam nói riêng, khía cạnh môi trường của ngành chăn nuôi chưa được quan tâm đúng mức. Trong quá trình phát triển sản xuất chăn nuôi với qui mô ngày càng lớn như hiện nay, một lượng chất thải sinh ra gây tác hại xấu đến môi trường. Theo tính toán của V. Klooster, 1996, thì lượng NH 3 phát sinh từ chăn nuôi vào khí quyển vào khoảng 45 × 1012 gT N/năm, nhiều hơn bất kỳ từ nguồn nào khác. Để sản xuất 1000 kg thịt heo thì đồng thời hàng ngày sản sinh ra 84 kg nước tiểu, 39 kg phân, 11 kg TS, 3,1 kg BOD 5 , 0,24 NH 4 -N, chưa kể ô nhiễm từ nước tắm và rửa chuồng. Theo số liệu thống kê 01/10/2008, Việt Nam có gần 2,90 triệu con trâu; 6,34 triệu con bò; 26,701 triệu con lợn; 247,320 triệu con gia cầm; 1,48 triệu con dê, cừu; 121 ngàn con ngựa. Với lượng gia súc này ước tính chất thải rắn của đàn vật nuôi nước ta khoảng 80-90 triệu tấn, chất thải lỏng ước tính vài chục tỷ m 3 ; chất thải khí khoảng vài trăm triệu tấn. Đây là một trong nguồn thải gây ô nhiễm nguồn nước và không khí và đang trở thành một vấn đề quan tâm của công chúng và các cơ quan quản lý môi trường. Để giải quyết bài toán về môi trường, các nhà quản lý môi trên thế giới cũng như Việt Nam ta thường áp dụng các biện pháp kỹ thuật, đưa các trang thiết bị vào quá trình xử lý nhằm giữ lại các chất ô nhiễm hoặc chuyển chúng từ dạng độc SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 1 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến sang dạng không độc, thải ra môi trường. Nhưng với giải pháp này, lại tạo ra sản phẩm vô cơ và chất độc hại, và đòi hỏi chi phí đầu tư, vận hành lớn mà không phải cơ sở sản xuất nào cũng thực hiện được, đặc biệt là những hộ kinh tế chăn nuôi nhỏ lẻ ở nông thôn Việt Nam. Trước tình hình đó, việc tìm ra những phương pháp xử lý mà ít tốn kém và ít sử dụng hoá chất là vấn đề đang được các nhà nghiên cứu tìm hiểu. Trước yêu cầu đó phương pháp phytoremediation sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ chất ô nhiễm trong môi trường nước hay đất để xử lý, cải tạo môi trường bị ô nhiễm đã được tìm ra và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Phương pháp sử dụng thực vật xử lý chất ô nhiễm là một phương pháp đơn giản, vốn đầu tư thấp, không tạo ra các sản phẩm vô cơ và chất độc hại, thích hợp cho hộ chăn nuôi nhỏ lẻ ở những vùng nông thôn, những vùng chưa có hoặc thiếu điện. Hơn thế nữa sử dụng thực vật còn mang lại vẻ đẹp về mặt cảnh quanvà tạo ra một nguồn năng lượng sạch đáp ứng được nhu cầu về năng lượng đang thiếu thốn của thế giới. Vì vậy sử dụng thực vật để xử lý nước thải chăn nuôi nhằm góp phần tìm ra một giải pháp thích hợp cho công tác giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ hệ thống sản xuất ngành chăn nuôi và giải quyết vấn đề năng lượng cho xã hội.  !"# Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè (Jatropha curcas L.) trên mô hình bãi lọc thực vật. Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra các thông số: - Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc thực vật trồng cây dầu mè, thể hiện qua việc khảo sát về lượng nước tưới, nồng độ nước thải chăn nuôi thích hợp, thời gian lưu nước. - Nghiên cứu khả năng sử dụng nước thải chăn nuôi như một nguồn dinh dưỡng thông qua các khảo sát: phát triển chiều cao, tích lũy sinh khối của cây dầu mè. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 2 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến $%#  !"# - Tìm hiểu về thành phần, tính chất của nước thải, đời sống và khả năng phát triên của cây dầu mè (Jatropha curcas L.), khả năng lọc nước của đất và các đề tài nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật tương tự khác. - Chuẩn bị mô hình thí nghiệm: dựng mô hình và đo đạc các thông số vật lý, hóa học của mô hình; tạo điều kiện thích nghi cho cây dầu mè, đo đạc các thông số đầu vào của nước thải chăn nuôi. - Vận hành mô hình: Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng xử lý nước của cây dầu mè thông qua các khảo sát ngưỡng chịu đựng của cây, lượng nước tưới, nồng độ thích hợp và thời gian lưu nước tối ưu , được kiểm tra qua: tốc độ bay hơi nước bề mặt,các biểu hiện của cây trong môi trường nước thải, các chỉ tiêu tăng trưởng, phát triển của thực vật, các chỉ tiêu COD, BOD 5 , SS, N, P. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu khả năng sử dụng nước thải chăn nuôi làm nguồn dinh dưỡng thông qua các khảo sát các chỉ tiêu tăng trưởng của cây, phát triển chiều cao, tốc độ phát triển lá, tăng trưởng sinh khối của cây, khả năng tích lũy đạm trong cơ thể của cây cũng như các thành phần của cây. &'() *+* !"# - Phương pháp nghiên cứu, thu thập tài liệu liên quan đến đề tài như thành phần tính chất nước nước thải chăn nuôi, phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật. - Phương pháp lấy mẫu. - Phương pháp nghiên cứu trên mô hình. - Phương pháp phân tích để đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của cây dầu mè thông qua sự biến thiên đầu vào và đầu ra của các chỉ tiêu COD, BOD 5 , SS, N, P. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 3 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến - Phương pháp quan sát, ghi hình, đo đạc những thay đổi của thực vật khi thích nghi với môi trường nước thải, và các chỉ tiêu sinh trưởng của cây như chiều cao, số lượng lá… ,-. Thực hiện trên mô hình đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy bên dưới. Chỉ kiểm tra các thông số BOD 5 , COD, tổng N,P và SS. Đề tài nghiên cứu chỉ mới thực hiện trong phạm vi mô hình, chưa thực hiện ra ngoài môi trường. Thực vật sử dụng là cây dầu mè 2 tháng tuổi, chưa khảo xác được khả năng xử lý nước của thực vật qua các giai đoạn phát triển của cây. Chỉ mới khảo xác trên loại nước thải chăn nuôi . /01 23245 Thời gian: đồ án được thực hiện trong thời gian 3 tháng từ ngày 01/4/2010 đến ngày 01/07/2010. Địa điểm: • Mô hình được đặt tại nhà 155/13 Cao Đạt Phường 1 Quận 5. • Các chỉ tiêu được phân tích tại : phòng thí nghiệm khoa môi trường và công nghệ sinh học của trường đại học kỹ thuật công nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh. 67 8292:;< 1.7.1. 7 8292 Kết quả nghiên cứu sẽ xác đinh được khả năng xử lý của cây Jatropha đối với môi trường nước thải chăn nuôi, các thông số này rất cần thiết để tính toán ra một bãi lọc thực vật hoàn thiện để xử lý nước thải chăn nuôi. 1.7.2. 7 82;< SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 4 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến Ngăn ngừa nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt từ ngành chăn nuôi, giúp ngành chăn nuôi ngày càng phát triển hơn.Ngoài ra bãi lọc thực vật sẽ tạo ra một nguồn lợi lớn từ việc thu hoạch hạt cây Jaropha, tạo thêm việc làm cho người dân, cải tạo vi khi hậu xung quanh bãi lọc thực vật. =05->2 Việc sử dụng thực vật để xử lý, loại bỏ chất ô nhiễm đã được áp dụng rộng rãi từ lâu, đây là một phương pháp, một công nghệ thân thiện với môi trường, không hoặc ít dùng hóa chất, chi phí xử dụng thấp hơn rất nhiều so với các công nghệ truyền thống. Tuy nhiên đề tài đưa ra một hướng mới là sử dụng cây Jatropha để xử lý chất thải, cây có ưu điểm là có khẳng chịu hạn cao, thích nghi với môi trường nước thải tốt và hơn hết là có tuổi thọ cao hơn các loài cây thủy sinh, cây thủy sinh có tuổi thọ thấp nên khi chết đi sẽ tạo ra một nguồn ô nhiễm khác. Ngoài các tính năng đó, cây Jatropha cung cấp một nguồn lợi lớn, cũng như cung cấp một nguồn nguyên liệu sạch, hạn chế được việc khai thác dâu mỏ dưới lòng đất, gây ô nhiễm cho môi trường. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 5 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến ?@ABCDEFGHB 0I J#2:KLM#N:+% 5NO(1 >2KL M#N 0*P:K>2KLM#N 2.1.1.1.  #Q*+LN<5 Chất thải sinh ra do hoạt động chăn nuôi bao gồm chất thải ở dạng lỏng như phân, thức ăn, ổ lót, xác gia súc, gia cầm chết, vỏ bao bì thuốc thú y, nước tiểu, nước rửa chuồng…và khí thải chăn nuôi. Khối lượng chất thải sinh ra từ vật nuôi phụ thuộc vào chủng loại, giống, giai đoạn sinh trưởng, chế độ dinh dưỡng và phương thức vệ sinh chuồng trại. Số lượng gia súc, gia cầm như hiện nay thì khối lượng chất thải hàng ngày do ngành chăn nuôi tại Thành Phố Hồ Chí Minh thải ra đến vài trăm ngàn tấn dưới nhiều dạng rắn, lỏng, khí. 2.1.1.2. 0*PKLOR a. S+ 2TU Chúng có đặc tính phân huỷ sinh học, bốc mùi hôi thối lan nhanh trong không khí và cũng như tác nhân truyền cho người và vật nuôi.Thường heo chết sau 2 ngày là mùi sinh rất khó chịu, nếu xử lý không kịp để lâu sẽ gây tác hại rất nghiêm trọng đến môi trường. b. 0"MV2WIXY#Q :+KL9+ Chăn nuôi dùng ổ lót như rơm rạ, vải,…sau một thời gian sử dụng thì phải thải bỏ, những chất thải này có thể mang theo phân, nước tiểu và vi sinh vật gây bệnh nên cần phải xử lý không được để ngoài môi trường. Thức ăn thừa, thức ăn bị rơi vãi từ chăn nuôi cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường. Thành phần của chúng hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân huỷ như cám, ngũ cốc, bột cá, tôm, vỏ sò, khoáng chất,… Trong tự nhiên chất thải này bị phân huỷ sinh ra mùi khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 6 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến c. 'Z Phân là phần thức ăn không được gia súc hấp thu, bị bài tiết ra ngoài bao gồm: các thức ăn mà cơ thể vật nuôi không thể không hấp thu được hay các chất không được các men tiêu hoá hay các vi sinh tiêu hoá (như chất xơ, prôtêin, chất béo…), các thức ăn bổ sung (thuốc kích thích tăng trưởng, dư lượng kháng sinh, …), các men tiêu hoá sau khi sử dụng bị mất hoạt tính, các mô tróc ra từ niêm mạc ống tiêu hoá và chất nhờn,.…Ngoài ra thành phần của phân còn phụ thuộc vào chế độ dinh dưỡng và tuỳ từng giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm mà nhu cầu dinh dưỡng có sự khác nhau, vì vậy thành phần và khối lượng của phân cũng khác nhau. Do đó, phân là chất thải rắn thường xuyên sinh ra trong trại chăn nuôi heo. Trong phân gia súc, gia cầm chứa các chất dinh dưỡng có thể hỗ trợ cho trồng trọt và làm tăng độ màu mỡ của đất. GL  Lượng phân thải ra hằng ngày Trọng lượng gia súc Lượng phân (kg/ngày) Dưới 10 kg 0,5 – 1,0 Từ 15 đến 45 k g 1,0 – 3.0 Từ 45 đến 100 kg 3,0 – 5,0 Từ 100 trở lên 5,0 – 7,0 Nguồn: Hill và Toller, 1974 SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 7 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến GL Thành phần hóa học của phân gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị pH 6,47 – 6,95 Vật chất khô 213 – 342 g/kg NH 4 -N 0,66 – 0,76 g/kg N 7,99 – 9,32 g/kg Tro 32,5 – 93,3 g/kg Chất xơ 151 – 261 g/kg Carbonates 0,23 – 2,11 g/kg Các axit béo mạch ngắn 3,83 – 4,47 g/kg Nguồn: Trương Thanh Cảnh & cộng tác viên, 1997-1998 Ngoài ra trong phân gia súc còn chứa rất nhiều virus, vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán … có hại cho sức khỏe của con người và gia súc. Các loại này có thể tồn tại từ vài ngày đến vài tháng trong phân, trong nước thải và trong đất. d. [\ M#NW]^*_5U` Các vật dụng chăn nuôi hay thú y bị bỏ lại như bao bì, kim tiêm, chai lọ đựng thức ăn, thuốc thú y,…cũng là một nguồn quan trọng dễ gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt các bệnh phẩm thú y, thuốc khử trùng, bao bì đựng thuốc có thể xếp vào loại các chất thải nguy hại, cần phải có biện pháp xử lý như chất thải nguy hại. 2.1.1.3. 0*PKLXa a. (-4# Số lượng và thành phần nước tiểu thay đổi tuỳ thuộc loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 8 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến GL $Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày. Trọng lượng gia súc Lượng nước tiểu (kg/ngày) Dưới 10 kg 0,3 – 0,7 Từ 15 đến 45 kg 0,7 – 2,0 Từ 45 đến 100 kg 2,0 – 4,0 Từ 100 trở lên 4,0 – 5,0 Nguồn: Hill và Toller, 1974 Thành phần nước tiểu chủ yếu là nước (chiếm trên 90% tổng khối lượng nước tiểu). Ngoài ra, nước tiểu còn chứa một lượng lớn nitơ (phần lớn dưới dạng urê) và phốtpho. Urê trong nước tiểu dễ phân huỷ trong điều kiện có oxy tạo thành khí ammoniac. Do đó, khi động vật bài tiết ra bên ngoài chúng dễ dàng phân huỷ tạo thành amoniac gây mùi hôi. Nhưng nếu sử dụng bón cho cây trồng thì đây là nguồn phân bón giàu nitơ, phốt pho và kali. GL & Thành phần hóa học của nước tiểu gia súc Đặc tính Giá trị Đơn vị Vật chất khô 30,9 – 35,9 g/kg NH 4 -N 0,13 – 0,40 g/kg N 4,90 – 6,63 g/kg Tro 8,5 – 16,3 g/kg Urê 123 –196 mol/l Carbonates 0,11 – 0,19 g/kg pH 6,77 – 8,19 Nguồn: Trương Thanh Cảnh & cộng tác viên, 1997-1998 b. (-L SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 9 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến Nước thải từ hoạt động chăn nuôi có nguồn gốc từ việc tắm rửa gia súc, vệ sinh chuồng trại, máng ăn uống … và nước thải do vật nuôi bài tiết. Thành phần nước thải có chứa các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, nitơ, phốt pho và các thành phần khác, đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh. Thành phần hoá học của nước thải thay đổi một cách nhanh chóng trong quá trình dự trữ. Trong quá trình đó, một lượng lớn các chất khí được tạo ra bởi hoạt động của các vi sinh vật như là SO 2 , NH 3 , CO 2 , H 2 S, CH 4 … và các vi sinh vật có hại như Enterobacteriacea, Ecoli, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella,…có thể làm nhiễm độc không khí và nguồn nước ngầm. Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải công nghiệp (acid, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa…) nhưng chứa rất nhiều loại ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán có trong phân. Có thể nói đặc trưng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi là hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan và vi sinh vật gây bệnh. SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 10 [...]... SSF) • Nước thải chảy bên dưới lớp giá thể SVTH: Nguyễn Hà Phương Ngân MSSV: 106108015 Trang 33 Đồ án xử lý nước thải GVHD: Ths Vũ Hải Yến • Nước chảy ngầm trong lớp lọc Lớp lọc là nơi thực vật phát triển trên đó gồm có cát, sỏi, đá nhằm giữ độ xốp của lớp lọc Dòng chảy phổ biến nhất ở bãi lọc ngầm là dòng chảy ngang và được thiết kế với độ dốc ≤ 1% • Khi chảy qua lớp vật liệu lọc, nước thải chăn nuôi. .. Có thể phân loại đất ngập nước xử lý nước thải thành hai loại: - Loại 1: Đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy mặt (Free water surface – FWS) Đất ngập nước nhân tạo (bãi lọc trồng cây ngập nước) được thiết kế xử lý theo dòng chảy mặt hoàn toàn giống đầm lầy tự nhiên • Nước chảy tràn qua lớp giá thể • Mực nước nông . !"# Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng cây dầu mè (Jatropha curcas L.) trên mô hình bãi lọc thực vật. Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra các thông số: - Khả năng xử lý. xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình bãi lọc thực vật trồng cây dầu mè, thể hiện qua việc khảo sát về lượng nước tưới, nồng độ nước thải chăn nuôi thích hợp, thời gian lưu nước. - Nghiên cứu khả. chất nước nước thải chăn nuôi, phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật. - Phương pháp lấy mẫu. - Phương pháp nghiên cứu trên mô hình. - Phương pháp phân tích để đánh giá khả năng xử lý nước thải