Đánh giá hiệu quả mô hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ Saibon Nhật Bản

khăn như giá thành lắp đặt, vận hành lớn, một số công nghệ có cơ chế hoạt động phụ thuộc thời tiết không vận hành được trong thời tiết lạnh giá… Công nghệ Saibon là công nghệ sử dụng các

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

ĐINH THỊ ĐƯƠNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ

SAIBON NHẬT BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Thái Nguyên - 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

ĐINH THỊ ĐƯƠNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ

SAIBON NHẬT BẢN

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số ngành: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh

2 PGS.TS Đỗ Thị Lan

Thái Nguyên - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam, đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu đã đưa trong luận văn này là trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện đề tài này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đề tài đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Thái nguyên, ngày tháng năm 2016

Học viên

Đinh Thị Đương

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được báo cáo này, tôi xin chân thành cám ơn Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để tôi có cơ hội được học tập và nghiên cứu tại Trường

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô Khoa Môi trường, Phòng Quản lý đào tạo sau đại học - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Đặc biệt, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm

ơn đến PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh và PGS.TS Đỗ Thị Lan - giáo viên hướng dẫn khoa học, người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cám ơn đến Lãnh đạo và cán bộ của Chi cục Bảo vệ môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thái Nguyên, chủ trang trại chăn nuôi lợn sạch siêu nạc Phúc Thịnh đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hỗ trợ thu thập các tài liệu phục vụ cho luận văn

Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn

bè đã luôn ủng hộ, động viên và giúp đỡ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016

Tác giả

Đinh Thị Đương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu cùa đề tài 2

2.1 Mục tiêu tổng quát 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 Ý nghĩa 3

3.1 Ý nghĩa khoa học 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cơ sở khoa học 4

1.1.1 Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi lợn 4

1.1.2 Thành phần, tính chất của chất thải chăn nuôi 4

1.1.3 Một số phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi 6

1.1.4 Một số công nghệ thường sử du ̣ng trong xử lý nước thải chăn nuôi 8

1.2 Cơ sở pháp lý 12

1.2.1 Cơ sở pháp lý 12

1.2.2 Cơ sở kỹ thuật 13

1.3 Cơ sở thực tiễn 14

1.3.1 Tổng quan về tình hình chăn nuôi tại Việt Nam 14

1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi 15

1.3.3 Tổng quan về công nghệ SAIBON 16

1.3.4 Các nghiên cứu trên thế giới và Viê ̣t Nam liên quan công nghê ̣ Saibon về bãi lọc trồng cây 24

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng và pha ̣m vi nghiên cứu 27

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.1.3 Đi ̣a điểm nghiên cứu 27

2.1.4 Thời gian nghiên cứu 27

2.2 Nội dung nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 28

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 28

2.4 Phương pháp xử lý kết quả 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Hiện trạng khu vực nghiên cứu 32

3.1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 32

3.1.2 Hiện trạng khu vực nghiên cứu 34

3.1.3 Quy mô công suất công nghệ Saibon tại khu vực nghiên cứu 36

3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của Công nghệ Saibon 38

3.2.1 Hiệu quả xử lý tại giai đoạn 1: giai đoạn bắt đầu nuôi cấy thủy sinh 38

3.2.2 Hiệu quả xử lý tại giai đoạn 2: giai đoạn sau cấy thủy sinh 3 tháng, bắt đầu thả giun 41

3.2.3 Hiệu quả xử lý tại giai đoạn 3: giai đoạn sau khi thả giun 3 tháng 44

3.2.4 Hiệu quả xử lý tại giai đoạn 4: kết thúc vận hành thử nghiệm, đánh giá tính ổn định của hệ thống 46

3.2.5 Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống Saibon với một số chỉ tiêu sau 9 tháng vận hành thử nghiệm 49

3.3 Đánh giá khả năng nhân rộng mô hình trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 54

3.3.1 Một vài đặc điểm điều kiện tự nhiên của tỉnh Thái Nguyên 54

3.3.2 Hiện trạng chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 56

3.3.3 Đánh giá sự phù hợp của công nghệ Sai bon 58

3.3.4 Đánh giá khả năng ứng dụng nhân rộng của mô hình 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

1 Kết luận 63

2 Kiến nghị 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

1 BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh học

2 COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

3 DEWATS (Decentralised Wastewater

5 FAO (Food and Agriculture Organization

of the United Nations)

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

6 MPN (Most Probable Number) Số vi khuẩn có thể lớn nhất

7 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

8 TSS (Total Suspended Solid) Tổng chất rắn lơ lửng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Lượng phân thải ra hàng ngày 5

Bảng 1.2 Lượng nước tiểu thải ra hàng ngày 5

Bảng 3.1 Kết quả phân tích các mẫu nước thải tại Trang trại chăn nuôi lợn Phúc Thịnh sau khi qua hệ thống Bioga, trước khi qua hệ thống Saibon 35

Bảng 3.2 Tổng hợp các hạng mục xây dựng 37

Bảng 3.3 Hiệu xuất xử lý các chỉ tiêu trong giai đoạn 1 38

Bảng 3.4 Hiệu xuất xử lý các chỉ tiêu tại giai đoạn 2 41

Bảng 3.5 Hiệu xuất xử lý các chỉ tiêu tại giai đoạn 3 44

Bảng 3.6 Hiệu xuất xử lý các chỉ tiêu tại giai đoạn 4 47

Bảng 3.7 Thời tiết tỉnh Thái Nguyên năm 2014 55

Bảng 3.8 Biểu thống kê về quy mô, diê ̣n tích mô ̣t số trang tra ̣i trên đi ̣a bàn nghiên cứ u theo thống kê từ phiếu điều tra 57

Bảng 3.9 Bảng so sánh so sánh một số tiêu chí của công nghệ Saibon với một số cộng nghệ thường được áp dụng hiện nay 60

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống bãi lọc Saibon 17

Hình 3.1 Vị trí địa lý của trang trại chăn nuôi lợn Phúc Thịnh 33

Hình 3.2 Hiệu quả xử lý BOD5 50

Hình 3.3 Hiệu quả xử lý COD 50

Hình 3.4 Hiệu quả xử lý TSS 51

Hình 3.5 Hiệu quả xử lý S2- 51

Hình 3.6 Hiệu quả xử lý NH4+-N 52

Hình 3.7 Hiệu quả xử lý Tổng N 52

Hình 3.8 Hiệu quả xử lý Tổng P 53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một nước có tỷ lệ phát triển nông nghiệp cao, chiếm hơn 70% trong tổng sản phẩm thu nhập quốc dân (GDP) Trong đó ngành chăn nuôi cũng đã đem lại nhiều đóng góp to lớn trong nông nghiệp, trong đó chăn nuôi lợn chiếm tỷ

lệ lớn nhất Trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, theo Báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn những năm gần đây, chăn nuôi của tỉnh phát triển theo hướng tập trung quy mô trang trại, theo thống kê năm 2015 trên địa bàn tỉnh có 280 trang trại chăn nuôi lợn với khoảng 91.599 con, trong đó có gần 20 trang trại có quy mô trên 1000 con tập trung ở các huyện Phổ Yên, Phú Bình, Đồng Hỷ, thị xã Sông Công trên địa hình đồi núi thấp, xa khu dân cư tập trung, diện tích mặt bằng tại các trang trại tương đối lớn [15]

Qua thực khảo sát cho thấy, phần lớn các trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh đều chưa có hệ thống xử lý chất thải đảm bảo vệ sinh môi trường Nước thải chăn nuôi của các trang trại, hộ chăn nuôi chủ yếu thải trực tiếp ra môi trường, các ao, hồ và các khe tự nhiên không qua xử lý Một số trang trại đã đầu tư hệ thống Biogas để xử lý Tuy nhiên, hiệu quả xử lý không cao Theo kết quả khảo sát đánh giá các loại mô hình khí sinh học của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường Đại học Bách Khoa năm 2010 cho biết nước thải từ việc chăn nuôi mặc dù đã được xử

lý bằng hầm biogas, bể yếm khí, hồ phủ màng HDPE… nhưng nước thải đầu ra xả vào nguồn hầu hết đều chưa đạt được qui chuẩn môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) Chỉ tính riêng COD, hiệu quả xử lý của các công trình này đạt 39-82% vượt 2-30 lần, tổng N, tổng P, vi khuẩn gây bệnh đều vượt tiêu chuẩn từ 2-6 lần Ngoài ra phần nước thải chưa được xử lý triệt để này còn phát sinh các khí như CO2, NH3, H2S,

CH4, N2 tạo nên mùi hôi thối ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí xung quanh, môi trường nước và ảnh hưởng đến sức khỏe người dân

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: công nghệ sinh học, công nghệ hóa sinh, cánh đồng lọc, công nghệ sinh học và chế phẩm hỗ trợ, công nghệ phân tán DEWATS,… Tuy nhiên việc áp dụng các công nghệ trên gặp một số khó

khăn như giá thành lắp đặt, vận hành lớn, một số công nghệ có cơ chế hoạt động phụ thuộc thời tiết không vận hành được trong thời tiết lạnh giá…

Công nghệ Saibon là công nghệ sử dụng các bãi lọc ngập nước nhân tạo, trồng cây và xử lý vi sinh trong nước thải xuất phát từ Châu Âu, đã được Giáo sư KunihiKo Kato của Nhật Bản nghiên cứu cải tiến để ứng dụng hiệu quả hơn trong xử lý nước thải chăn nuôi Công nghệ này đã được triển khai ứng dụng rộng rãi tại nhiều trang trại chăn nuôi gia súc ở Nhật Bản Mô hình xử lý nước thải sau chăn nuôi lợn của SaiBon chủ yếu dựa trên hai nguyên lý; xử lý cơ học (thu nước, tưới nước, bãi lọc )

và kết hợp xử lý sinh học (Giun đất, trồng cây lau sậy…) Theo thực tế đã áp dụng công nghệ tại Nhật Bản thì sau 5 năm hoạt động liên tục rất ổn định gần như không phải thay thế và sửa chữa lớn, hiệu quả xử lý cao chi phí vận hành thấp Công nghệ này cũng đã được tỉnh Hải dương nghiên cứu áp dụng năm 2012, kết quả áp dụng cho thấy công nghệ Saibon có thể lắp đặt linh hoạt phù hợp với nhiều loại địa hình khác

nhau Do vậy, tôi lựa chọn đề tài “Đánh giá hiệu quả mô hình xử lý nước thải chăn

nuôi lợn bằng công nghệ Saibon Nhật Bản” nhằm góp phần nâng cao hiệu quả

công tác bảo vệ môi trường trong chăn nuôi, cải tạo cảnh quan xung quanh khu vực chăn nuôi xanh, sạch đẹp, nâng cao chất lượng vật nuôi, đồng thời giảm thiểu những tác động xấu đến môi trường và sức khỏe người dân

2 Mục tiêu nghiên cứu cùa đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi của công nghệ Saibon Nhật Bản và khả năng nhân rộng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên nhằm đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ hoạt động chăn nuôi và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý phục vụ công tác tưới tiêu nông nghiệp

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá hiện trạng chăn nuôi và môi trường tại khu vực nghiên cứu

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn của công nghệ Saibon Nhật Bản tại khu vực nghiên cứu

- Đánh giá sự phù hợp và khả năng nhân rộng mô hình ứng dụng Công nghệ Saibon Nhật Bản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Từ các kết quả nghiên cứu trên đánh giá sự phù hợp của công nghệ Saibon

và khả năng nhân rộng mô hình công nghê ̣ Saibon trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cơ sở khoa học

1.1.1 Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi lợn

Chất thải sinh ra do hoạt động chăn nuôi lợn bao gồm các chất thải như phân, nước tiểu, nước rửa chuồng, thức ăn, ổ lót, xác lợn chết… các chất này là các chất

dễ phân hủy sinh học do chúng chứa các chất chính như Carbohydrate, protein, chất béo… Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ này sẽ sinh ra các chất khí có mùi hôi thối như H2S, NH3… gây ô nhiễm môi trường.[11]

Hàng ngày, lượng phân và nước tiểu của lợn thải ra có thể chiếm từ 6-8% khối lượng cơ thể Các chất thải này chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm Theo

một số nghiên cứu các chỉ tiêu ô nhiễm trong chất thải của gia súc đều cao hơn của

người theo tỉ lệ tương ứng BOD5 là 5:1, N tổng là 7:1, TS là 10:1,…[12]

Khối lượng chất thải chăn nuôi tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng của đàn lợn Lượng phân và nước tiểu tăng nhanh theo quá trình tăng thể trọng Nếu tính trung bình theo khối cơ thể thì lượng phân thải ra mỗi ngày của vật nuôi rất cao, nhất là đối với lợn cao sản

Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác lợn chết, các vật dụng chăm sóc, nước tắm cho lợn và vệ sinh chuồng nuôi cũng đóng góp đáng kể làm tăng khối lượng chất thải Đây là nguồn ô nhiễm và lan truyền dịch bệnh rất nguy hiểm, vì vậy chúng cần được xử lý thích hợp trước khi thải ra ngoài môi trường

1.1.2 Thành phần, tính chất của chất thải chăn nuôi

1.1.2.1 Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi

Trong các hệ thống chuồng trại, phân lợn thường tồn tại cả ở dạng phân lỏng hay trung gian giữa lỏng và rắn hay tương đối rắn Phân gồm các thành phần là những dưỡng chất không tiêu hóa được của quá trình tiêu hóa vi sinh như các chất

xơ, protein dư thừa, các khoáng chất dư thừa, chất cặn bã của dịch tiêu hóa, mô tróc

ra từ niêm mạc ống tiêu hóa, chất nhờn theo phân ra ngoài, các loại vi sinh vật trong thức ăn ruột bị thải ra ngoài theo phân Phân lợn chứa các chất dinh dưỡng, đặc biệt

là các hợp chất giàu nito và phospho, là nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho cây trồng và làm tăng độ màu mỡ của đất Vì vậy, trong thực tế thường dùng phân để bón cho cây trồng, vừa tận dụng được nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải phát tán trong môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường [5]

Bảng 1.1 Lượng phân thải ra hàng ngày Trọng lượng gia súc Lượng phân (kg/ngày)

Dưới 10 kg 0,5 – 1

Từ 15 đến 45 kg 1 – 3

Từ 45 đến 100 kg 3 – 5

Từ 100 kg trở lên 5 – 7

(Nguồn: Hill và Toller, 1974)

1.1.2.2.Thành phần lỏng từ nước thải chăn nuôi

- Nước tiểu: Nước tiểu là sản phẩm bài tiết của con vật, chứa đựng nhiều độc

tố, là sản phẩm cặn bã từ quá trình sống của lợn, khi phát tán vào môi trường có thể chuyển hoá thành các chất ô nhiễm gây tác hại cho con người và môi trường Số lượng và thành phần nước tiểu thay đổi tuỳ thuộc độ tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu

Bảng 1.2 Lượng nước tiểu thải ra hàng 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 kg trở lên 4,0 – 5,0

(Nguồn: Hill và Toller, 1974)

- Nước thải: Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm, nước rửa chuồng, nước phân Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi Nước thải chăn nuôi có khả năng gây ô nhiễm môi trường rất cao, đặc biệt với COD, BOD, N, P, hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng và vi sinh vật gây bệnh

+ Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ammonium…; hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcacrbon các chất dẫn xuất có trong phân

và thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy [6]

+ N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc rất kém nên khi thức

ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu

+ Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn, vi sinh vật như Salmonella, Shigella, Ecoli, Coliform, trứng giun sán … có thể gây bệnh cho người và gia súc

1.1.2.3 Thành phần khí từ chất thải chăn nuôi

Chăn nuôi là một ngành sản xuất tạo ra nhiều loại khí thải nhất Theo Hobbs

và cộng sự (1995), có tới trên 170 chất khí có thể sinh ra từ chăn nuôi, điển hình là các khí CO2, CH4, NH3, NO2, N2O, NO, H2S… và hàng loạt các khí gây mùi khác Hầu hết các khí thải chăn nuôi đều có thể gây độc cho gia súc và con người Ngoài

ra, theo báo cáo của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nitơ oxit (N2O) trong khí quyển Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Cùng với các loại khí khác như CO2, CH4,… gây nên hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên

1.1.3 Một số phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi

Việc xử lý nước thải chăn nuôi nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận Việc lựa chọn các phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố: yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước, lưu lượng nước thải, điều kiện của trang trại chăn nuôi, hiệu quả xử lý…

Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi thường được áp dụng: phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa lý, phương pháp xử lý sinh học Trong đó các công trình xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học, hóa lý [16]

1.1.3.1 Phương pháp cơ học và hóa lý

Xử lý cơ học: Mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách gom, lắng cặn Có thể dung song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn

thô, dễ lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích các công trình xử lý tiếp theo Ngoài ra có thể dung phương pháp ly tâm hoặc lọc, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi sau đó đưa sang các công trình phía sau Các chất rắn có thể đem đi ủ phân

Xử lý hóa lý: Nước thải chăn nuôi sau khi được lắng sơ bộ bằng phương pháp cơ học vẫn còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, chất rắn lơ lửng kích thước nhỏ, khó lắng, khó tách Có thể dung phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn: phương pháp cơ học và keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng cặn và loại bỏ được hầu hết chất bẩn trong nước thải chăn nuôi Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi Ngoài ra, phương pháp tuyển nổi cũng

là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên Tuy nhiên, chi phí đầu tư vận hành cho phương pháp này cao do vậy cũng không hiệu quả về mặt kinh tế [5]

1.1.3.2 Phương pháp xử lý sinh học

Phương này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo từng nhóm vi khuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí và thiết kế các công trình khác nhau tùy theo kinh phí và diện tích đất

* Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi những enzyme đặc biệt [26] Những quá trình phân hủy kỵ khí được ứng dụng rộng rãi trong xử lý bùn thải và phân, sau đó phương pháp này được áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có những ưu điểm sau:

- Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí;

- Thời gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước, một lượng sinh khối lớn được giữ lại trong bể

- Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng (khí sinh học – Biogas)

- Hệ thống công trình xử lý đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc

Bên cạnh các ưu điểm trên, quá trình xử lý kỵ khí có một số nhược điểm:

- Nhạy cảm với môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ kim loại nặng…)

- Phát sinh mùi

- Tốc độ phát triển sinh khối chậm

Do những nhược điểm trên nên khi áp dụng quá trình xử lý kỵ khí cần lưu ý: phải duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt, tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và khối vi khuẩn

Một số hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học kỵ khí: Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước từ dưới lên UASB, bể phản ứng yếm khí tiếp xúc, bể lọc kỵ khí, bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định

* Xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí để loại bỏ chất hữu cơ dễ bị phân hủy ra khỏi nguồn nước Các chất này được các vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + ∆H

- Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + O2 + NH3 => Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O - ∆H

- Phân hủy nội bào: C5H7O2N + O2 => 5CO2 + 2H2O+ NH3 ± ∆H

Một số hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp hiếu khí: Bể aeroten, mương oxy hóa, bể hoạt động gián đoạn SBR, Tháp lọc sinh học, bể lọc sinh hoch tiếp xúc quay (RBC)…

1.1.4 Một số công nghê ̣ thường sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi

Hiện nay, có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ đã được áp dụng trên Thế giới và Việt Nam như: công nghệ sinh học, công nghệ hóa sinh, công nghệ xử lý nước thải phân tán, công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt Johkasou- Nhật Bản, cánh đồng tưới, bãi lọc trồng cây, công nghệ SAIBON, công nghệ sinh học và chế phẩm hỗ trợ, công nghệ phân tán

DEWATS,…

1.1.4.1 Bể Biogas

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí đơn giản, hiện đang được rất nhiều trang trại

và hộ chăn nuôi áp dụng Hoạt động của công nghệ biogas là dựa trên nguyên lý hoạt động của vi sinh vật kỵ khí Trong điều kiện không có oxy các vi sinh vật phân hủy chất một phần các chất hữu cơ biến thành năng lượng hoạt động và khí mêtan [22]

Ưu điểm của bề Biogas là khống chế ô nhiễm mùi hôi, giảm thiểu ô nhiễm

do nước thải và chất thải rắn, đồng thời sử dụng được khí sinh học để làm chất đốt Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, không tốn kém [24]

Nhược điểm: mặc dù có nhiều ưu điểm trong vấn đề bảo vệ môi trường, nhưng mô hình biogas tại các trại chăn nuôi nói chung không giải quyết triệt để vấn

đề ô nhiễm nước thải, cũng như không giảm hoàn toàn vấn đề ô nhiễm mùi hôi

1.1.4.2 Hồ sinh học kỵ khí

Chiều sâu hồ khoảng 3-5m, lớp nước trong hồ được khuấy đảo nhờ các bọt khí sinh ra từ quá trình kỵ khí ở đáy và các yếu tố khác như gió, chuyển động đối lưu… hiệu quả xử lý của hồ kỵ khí phụ thuộc vào thời gian lưu và tải lượng chất hữu cơ Tải trọng BOD của hồ kỵ khí tương đối cao từ 200 – 500 kgBOD/ha ngày Hiệu quả xử khử BOD từ 50 – 85% Hàm lượng chất lơ lửng khi ra khỏi hồ là 80 –

160 mg/l [14]

1.1.4.3 Lọc sinh học kỵ khí

Kỹ thuật lọc yếm khí được sử dụng trong thực tế lần đầu tiên vào năm 1969,

kỹ thuật trên phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Tải lượng chất hữu cơ của bể lọc yếm khí có thể đạt tới 1-20 kgBOD/m3 ngày đêm [1]

Quá trình lọc kỵ khí bám dính, sử dụng giá thể mang vi sinhg như sỏi, đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, xơ dừa… để xử lý nước thải trong điều kiện không

có oxy Bể lọc kỵ khí có dòng chảy hướng lên hoặc dòng chảy ngang Nước thải đi qua và tiếp xúc với toàn bộ lớp vật liệu lọc Sinh khối bám dính trên bề mặt lớp vật liệu lọc cố định do đó sinh khối được giữ lại trong bể với thời gian lưu bùn có thể lên đến 100 ngày [10]

Quy trình này có ưu điểm: đơn giản trong vận hành, chịu được biến động lớn

về tải lượng ô nhiễm, vận hành ở tải trọng cao, không phải kiểm soát lượng bùn nổi, khả năng phân hủy các chất hữu cơ chậm

Nhược điểm là không thể điều khiển được sinh khối của bể lọc này

1.1.4.4 Quá trình kỵ khí trong UASB

Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bời Gatze Lettinga và các cộng

sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những năm 1970, nó thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới cao tại các vùng nhiệt đới Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải

và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể [23]

Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng dạng hạt Quá trình sinh hóa diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp hạt bùn này Khí sinh ra sẽ kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể tạo ra

sự khuấy trộng đều giữa bùn và nước Khi lên đến đỉnh các bọt khí sẽ chạm vào các tấm chắn nghiêng, các bọt khí được giải phóng tự do còn bùn được rơi xuống theo trọng lực Tấm chắn được đặt nghiêng trong vùng tách pha để tăng tiết diện, làm giảm tốc độ lắng của pha rắn tại vùng này, bùn được tích tụ trên bề mặt tấm chắn nghiêng khi đủ lớn tách ra và rơi xuống vùng lắng [13]

1.1.4.5 Công nghệ Johkasou

Công nghệ này có xuất sứ từ Nhật Bản, hiện đã được cải biến một số chi tiết cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam Johkasou là hệ thống thanh lọc nước thải thông qua quá trình trao đổi chất của các hệ vi sinh vật với môi trường sống xung quanh nhằm loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải [8]

a Ưu điểm: Công nghệ được cung cấp dưới dạng thiết bị hợp khối, lắp đặt

nhanh chóng tại bất kỳ địa điểm nào; xử lý khá tốt các loại nước thải có hàm lượng hữu cơ cao như nước thải chăn nuôi, đặc biệt là nước thải sinh hoạt; không tốn nhân công và nhiên liệu cho vận hành

b Nhược điểm: Giá thành công nghệ này rất cao nên khó khăn cho việc áp

dụng trong điều kiện chăn nuôi của Việt Nam

1.1.4.6 Công nghệ sinh học và chế phẩm sinh học hỗ trợ (AFSB)

Đây là công nghệ mới đã được ứng dụng tại nhiều nơi, có hiệu quả xử lý cao,

dễ vận hành;

Các công đoạn xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas gồm: Phản ứng kỵ khí có ngăn lọc kết hợp giá thể vi sinh di động (MBBR) sau đó dẫn ra Bãi lọc ngầm trồng thực vật và kết hợp chế phẩm vi sinh do Viện Công nghệ sinh học cung cấp, được đưa vào xử lý nước thải tại công đoạn nước thải đầu vào và xử lý phản ứng kỵ khí

a Ưu điểm:

- Các kết quả thực nghiệm cho thấy phôtpho, nitrat, nitrit, amonia, BOD5, và các chất rắn lơ lửng có thể được xử lý đạt tới mức có thể chấp nhận, có thể được vận hành quanh năm ngoại trừ khi thời tiết lạnh nhất

- Không sử dụng các thiết bị xử lý phức tạp, giảm đáng kể giá thành đầu tư,

có thể lợi dụng các yếu tố địa hình Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp, yêu cầu kỹ năng vận hành không cao so với các công nghệ thông thường khác:

- Duy trì được khả năng xử lý nước thải với tải lượng ô nhiễm không ổn định

- Tuổi thọ dài hơn so với tuổi thọ các công nghệ xử lý có sử dụng các thiết bị điện - cơ khí;

- Ít phụ thuộc vào các yếu tố như công tác xây dựng, các thiết bị điện, cơ khí;

- Có khả năng tuần hoàn, tái sử dụng tối đa nước sau xử lý và các sản phẩm

có ích từ các chất gây ô nhiễm;

- Có thiết kế đơn giản, phổ biến với bất cứ quy mô nào từ nhỏ đến lớn

- Tạo cảnh quan

b Nhược điểm:

- Nhu cầu về diện tích xây dựng hệ thống lớn;

- Khó vận hành được trong điều kiện thời tiết lạnh, biến động;

- Công nghệ cần phải có chế phẩm xử lý kết hợp và các điều kiện về giá thể

xử lý

1.1.4.7 Công nghệ phân tán (DEWATS)

Là công nghệ mới được phát triển từ 1993 bởi Hiệp hội Nghiên cứu và phát

Là công nghệ mới được áp dụng rất hiệu quả cho nước thải các lò giết mổ, trại chăn

nuôi, nhà hàng có lưu lượng dưới 1000m3/ngày đêm Nguyên lý công nghệ là sử dụng bể kỵ khí vách ngăn (hiệu suất đạt đến 85%) qua bể lọc kỵ khí (hiệu suất đến 50%) sau đó ra ao sinh học (hiệu suất đạt đến 25%), hầu như không tốn năng lượng điện hay nhân công

Công nghệ này hiện đã áp dụng cho công ty TNHH Lợn giống hạt nhân Dabaco tại xã Tân Chi, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh…

a Ưu điểm:

- DEWATS hoạt động tin cậy, lâu dài, thích ứng với sự dao động về lưu

lượng, không cần đến những yêu cầu bảo dưỡng và điều khiển phức tạp và tinh vi,

có hiệu quả xử lý cao, thân thiện với môi trường

- Xử lý nước thải nhờ các vi sinh vật có trong nước thải hoặc nhờ quá trình

tự nhiên mà không sử dụng đến hoá chất và đặc biệt là yêu cầu vận hành và bảo dưỡng đơn giản và chi phí rất thấp

- Công nghệ hoạt động không cần cung cấp năng lượng liên tục nên không bị ngừng do sự cố điện, không cần tiêu thụ điện năng nếu khu vực xử lý có độ dốc thích hợp

b Nhược điểm:

- Là công nghệ yêu cầu diện tích mặt bằng lớn; thời gian khởi động (đợi cho

các vi sinh vật phát triển) khá lâu, thường là 6 tháng;

- Khó đáp ứng được trong điều kiện nước thải chứa hàm lượng lớn tạp chất

- Luật số 17/2012/QH13 Luật Tài nguyên nước;

- Luật Bảo vệ môi trường ngày 23/6/2014;

- Nghị định số 201/2013/NĐ-CP ngày 27/11/2013 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tài nguyên nước;

- Nghị định số 19/2015/NĐ-CP ngày 14/02/2015 của Chính phủ về việc quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường;

- Thông tư số 04/2010/TT-BNNPTNT ngày 15/01/2010 của Bộ nông nghiệp

và Phát triển nông thôn ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học;

- Thông tư số 33/2011/TT-BNNPTNT ngày 16/5/2011 của Bộ Nông nghiệp

và phát triển nông thôn về việc ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về điều kiện vệ sinh thú y;

- Thông tư số: 36/2015/TT-BTNMT, ngày 30/6/2015 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về quản lý chất thải nguy hại

- Thông tư số 04/2016/TT-BTNMT ngày 29/4/2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường;

- Quyết định số 2140/QĐ-UBND ngày 17/9/2010 của UBND tỉnh Thái Nguyên về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển chăn nuôi của tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020;

- Quyết định số 301/QĐ-UBND ngày 29/02/2012 của UBND tỉnh Thái Nguyên về “Đề án bảo vệ môi trường tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011- 2015”;

- Quyết định số 47/2014/QĐ-UBND ngày 11/11/2014 của UBND tỉnh Thái Nguyên về việc ban hành Quy định bảo vệ môi trường trong chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

1.2.2 Cơ sở kỹ thuật

- TCVN 5999 1995 chất lượng nước, hướng dẫn lấy mẫu nước thải;

- TCVN 6001 1995 chất lượng nước, xác định nhu cầu oxi sinh hóa sau 5 ngày (BOD5) phương pháp cấy và pha loãng;

- TCVN 6491 1999 chất lượng nước xác định nhu cầu oxi hóa học;

- TCVN 6492 1999 chất lượng nước xác định PH;

- TCVN 6772 2000 chất lượng nước, nước thải sinh hoạt, giới hạn ô nhiễm cho phép;

1.3 Cơ sở thực tiễn

1.3.1 Tổng quan về tình hình chăn nuôi tại Việt Nam

Chăn nuôi luôn được xác định là ngành có nhiều đóng góp quan trọng cho sự phát triển kinh tế và đời sống của người dân, chăn nuôi cũng được xem là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong nông nghiệp

Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi nước ta phát triển với tốc độ nhanh, trong giai đoạn 2011-2015 luôn duy trì tốc độ tăng trưởng từ 4,5 – 5%/năm Năm

2015, tổng giá trị sản xuất ngành chăn nuôi đạt khoảng 205.440 tỷ đồng Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, ngành chăn nuôi năm 2015 đã có những bước chuyển dịch rõ ràng, từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia trại, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật, tăng hiệu quả kinh tế [4] Riêng chăn nuôi lợn phát triển tốt do giá lợn hơi có xu hướng

ổn định cho người chăn nuôi Theo số liệu điều tra của Tổng cục Thống kê, cả nước

có khoảng 27,75 triệu con lợn, tăng 3,7%, trong đó lợn nái có 4,06 triệu con, tăng 3,69% so với cùng kỳ 2014 Sản lượng thịt lợn hơi xuất chuồng năm 2015 ước tính đạt 3,48 triệu tấn, bằng 104,2 % so với cùng kỳ năm trước [20]

Mặc dù đã có những bước tiến trong công tác chăn nuôi, xong hiện nay Việt Nam đang phải chịu áp lực lớn về diện tích đất đai dành cho chăn nuôi bởi tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hoá đã làm giảm diện tích đất nông nghiệp Để đảm bảo an toàn về lương thực, thực phẩm, biện pháp duy nhất là thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát triển Theo Quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16/01/2008 của Thủ tướng Chính phủ

về việc phê duyệt Chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 [19]:

+ Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản 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 và xuất khẩu;

+ Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%, trong

đó năm 2015 đạt 38%;

+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi;

+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thực trang trại, công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường;

+ Mức tăng trưởng bình quân giai đoạn 2015-2020 đạt khoảng 5-6% năm

1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi

Trong những năm gần đây ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc đô ̣ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuâ ̣t về chuồng tra ̣i và kỹ thuật chăn nuôi Do đó năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng Mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra khoảng 75-85 triệu tấn phân, với phương thức sử dụng và xử lý chưa hợp lý hiệu quả xả trực tiếp

ra môi trường gây ô nhiễm [3] Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu

từ các nguồn chất thải rắn, lỏng, vi sinh vật gây bệnh, xác gia xúc chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật… Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm môi trường nước mặt, nước ngầm, môi trường không khí, môi trường đất [9]

Ô nhiễm không khí trong chăn nuôi chủ yếu do các khí như NH3, H2S do sự phân hủy và bốc hơi của các chất thải vật nuôi, gây mùi hôi thối cho môi trường trong khu vực chăn nuôi NH3 cũng là loại khí thải gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe

và năng suất vật nuôi Đồng thời tác động xấu đến sức khỏe con người như có thể gây sung phổi, sưng mắt, ảnh hưởng đến hô hấp và tim mạch [25]

Ô nhiễm môi trường đất do lượng Nito và Photpho cao trong chất thải chăn nuôi sẽ gây phú dưỡng, lượng Nito thừa sẽ chuyển hóa thành nitrat làm nồng độ nitrat trong đất tăng cao gây độc cho hệ vi sinh vật đất và cây trồng Bên cạnh đó cũng tạo điều kiện cho loại vi sinh ưa nito, photpho phát triển làm hạn chế chủng vi sinh vật khác, gây mất cân bằng hệ sinh thái Ngoài ra trong phân và chất thải chăn nuôi có thể chứa các vi sinh vật gây bệnh, chúng có thể tồn tại và phát tán đi khắp nơi gây nguy cơ nhiễm bệnh cho con người và động vật nuôi…

Ô nhiễm nước do chất thải chăn nuôi chưa được xử lý đạt tiêu chuẩn đã được thải ra ao, hồ sông, suối gây ô nhiễm Hàm lượng nito photpho cao trong chất thải chăn nuôi là nguyên nhân chính gây phú dưỡng tại các ao hồ tiếp nhận nước thải

1.3.3 Tổng quan về công nghệ SAIBON

Công nghệ Saibon là công nghệ sử dụng các bãi lọc ngập nước nhân tạo, trồng cây và xử lý vi sinh trong nước thải xuất phát từ Châu Âu, đã được Giáo sư KunihiKo Kato của Nhật Bản nghiên cứu cải tiến để ứng dụng hiệu quả hơn trong

xử lý nước thải chăn nuôi Công nghệ này sử dụng hoàn toàn từ nguồn lực tự nhiên, nên việc vận hành xử lý hệ thống không tốn nhiều kinh phí và thời gian Hiệu quả

xử lý của công nghệ Saibon làm giảm đến 90% các chất ô nhiễm có trong nước thải,

đã được triển khai ứng dụng rộng rãi tại nhiều trang trại chăn nuôi gia súc ở Nhật Bản Mô hình xử lý nước thải sau chăn nuôi lợn của SaiBon chủ yếu dựa trên hai nguyên lý; xử lý cơ học (thu nước, tưới nước, bãi lọc ) và kết hợp xử lý sinh học (Giun đất, trồng cây lau sậy…)

Công nghệ SAIBON đã được Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Hải Dương triển khai thí điểm thành công tại trại chăn nuôi lợn của ông Bùi Huy Hạnh (xã Tái Sơn, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương)

1.3.3.1 Cơ chế xử lý nước thải của công nghệ Saibon

Nước thải bao gồm cả phân, nước tiểu và nước sát trùng của lợn, được xử lý

sơ bộ qua biogas được thu gom vào bể chứa tập trung, phân phối vào hệ thống xử lý bằng bơm và Siphon tự động Hệ thống xử lý nước thải gồm 4 bãi lọc ngập nước nhân tạo, trong đó có 3 bãi lọc có kiểu chảy đứng và 1 bãi lọc có dạng chảy ngầm ngang Bãi lọc kiểu chảy ngầm ngang được sắp xếp tại vị trí thứ ba, các bãi lọc ngầm chảy đứng ở các vị trí 1, 2 và 4 Các bãi lọc có diện tích khác nhau tùy thuộc vào tính chất của nước thải Hệ thống phân phối nước bề mặt sử dụng ống uPVC đục lỗ, nước thải được phân phối gián đoạn nhờ Siphon tự động Đường ống thu nước đáy của bãi lọc được gọi là hệ thống Bypass thu gom nước thải về bể bê tông ngầm

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống bãi lọc Saibon

Với hình thức phân phối nước gián đoạn tại các bãi lọc ngầm chảy đứng sẽ làm tăng khả năng oxy hóa và quá trình nitrat hóa đạt hiệu quả cao Trên các bãi lọc được phân chia thành các ngăn, trong quá trình vận hành các ngăn này sẽ được hoạt động luân phiên tạo điều kiện làm khô bề mặt trên từng bãi lọc tránh hiện tượng tắc nghẽn trên bãi lọc Bãi lọc ngập nước nhân tạo này có khả năng khử vi trùng thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, nhiệt độ, bức xạ tử ngoại Thực vật trồng trên bãi lọc và giun được nuôi cấy trên các bãi lọc để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, cụ thể:

* Cơ chế xử lý của bãi lọc trồng cây:

Nước thải khi chảy qua lớp vật liệu lọc được lọc sạch nhờ tiếp xúc với bề mặt các hạt vật liệu lọc, vùng rễ của thực vật trồng trong bãi lọc và sự phân hủy của vi sinh vật Vùng ngập nước thường thiếu oxy nhưng thực vật của bãi lọc có thể vận chuyển một lượng oxy đáng kể tới hệ thống rễ tạo vùng hiếu khí cạnh rễ và vùng rễ, cũng có một vùng hiếu khí trong lớp lọc sát bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí [2]

- Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học: Trong các bãi lọc, phân hủy sinh học đóng vai trò lớn nhất trong việc loại bỏ các chất hữu cơ dạng hòa tan hay dạng keo có khả năng phân hủy sinh học (BOD) có trong nước thải BOD còn lại cùng các chất rắn lắng được sẽ bị loại bỏ nhờ quá trình lắng

- Loại bỏ chất rắn:

Các chất lắng được loại bỏ dễ dàng nhờ cơ chế lắng trọng lực vì hệ thống bãi lọc trồng cây có thời gian lưu nước dài Chất rắn không lắng được, chất keo có thể được loại bỏ thông qua cơ chế lọc, lắng và phân hủy sinh học (do sự phát triển của

vi sinh vật), hút bám, hấp phụ lên các chất rắn khác (thực vật, đá, cát, sỏi…) nhờ lực hấp dẫn Van De Waals, chuyển động Brown Đối với sự hút bám trên lớp nền, một thành phần quan trọng của bãi lọc ngầm, sapkota và Bavor (1994) cho rằng, chất rắn

lơ lửng được loại bỏ trước tiên nhờ quá trình lắng và phân hủy sinh học, tương tự như các quá trình xảy ra trong bể sinh học nhỏ giọt [17]

Cơ chế xử lý trong hệ thống này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và tính chất của các chất rắn có trong nước thải và dạng vật liệu lọc được sử dụng

- Loại bỏ Nito: Nito được loại bỏ trong các bãi lọc chủ yếu nhờ 3 cơ chế sau: + Nitrat hóa/ khử nitơ

+ Sự bay hơi của ammoniac (NH3)

+ Sự hấp thụ của thực vật

Hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thống nhất về tầm quan trọng của các

cơ chế khử nitơ như đặc biệt với hai cơ chế nitrat hóa/ khử nitrat và sự hấp thụ của thực vật Trong các bãi lọc, sự chuyển hóa của nitơ xảy ra trong các tầng oxy hóa và khử của lớp bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất Nitơ hữu cơ bị oxy hóa thành NH4+

trong cả hai lớp đất oxy hóa và khử Lớp oxy hóa và phần ngập của thực vật là những nơi chủ yếu xảy ra quá trình nitrat hóa, tại đây NH4+ chuyển hóa thành NO2- bởi vi khuẩn Nitrosomonas và cuối cùng thành NO3- bởi vi khuẩn Nitrobacter Ở môi trường nhiệt độ cao hơn một số NH4+ chuyển sang dạng NH3 và bay hơi vào không khí Nitrat trong tầng khử sẽ bị hụt đi nhờ quá trình khử nitrat, lọc hay do thực vật hấp thụ

Đối với bề mặt chung giữa đất và rễ, oxy từ khí quyển khuếch tán vào vùng

lá, thân, rễ của thực vật tạo nên lớp giàu oxy tương tự như lớp bề mặt chung giữa đất và nước Nhờ quá trình Nitrat hóa diễn ra ở vùng hiếu khí, tại đây NH4+ bị oxy hóa thành NO3- Phần NO3- không bị cây trồng hấp thụ sẽ bị khuếch tán vào vùng thiếu khí, bị khử thành N2 và N2O do quá trình khử nitrat

- Loại bỏ photpho: gồm sự hấp thụ của thực vật, các quá trình đồng hóa của

vi khuẩn, sự hấp phụ lên vật liệu lọc và các chất hữu cơ, quá trình kết tủa của các ion kim loại

- Loại bỏ kim loại nặng: kết tủa và lắng, hấp phụ, hấp thụ vào rễ, thân, lá của thực vật trồng và vật liệu lọc

- Loại bỏ hợp chất hữu cơ: Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ chủ yếu nhờ cơ chế bay hơi, hấp phụ, phân hủy bởi các vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn và nấm) và hấp thụ của thực vật

- Loại bỏ vi khuẩn, vi rút: nhờ quá trình vật lý như dính kết, lắng lọc và hấp phụ, bị tiêu diệt do điều kiện môi trường không thuận lợi…

* Nguyên lý cơ bản trong bãi lọc ngầm

- Bãi lọc ngầm chảy ngang thiếu oxy: Khuếch tán trong lớp lọc từ đó mà không khí thâm nhập

- Bãi lọc ngầm chảy thẳng đứng quá trình hiếu khí chiếm ưu thế: quá trình khuếch tán và xáo trộn diễn ra từ đó không khí thâm nhập qua hệ thống phân phối Nước chứa oxy thấm từ trên xuống dưới

Qúa trình lọc phụ thuộc vào kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc bề mặt càng lớn và càng hấp phụ nhiều hơn

Tóm lại cơ chế loại bỏ các chất thải cơ bản như sau:

+ Lắng, lọc, hấp phụ loại bỏ SS, P, Kim loại nặng và chất hữu cơ đã bị hấp phụ + Màng vi sinh vật trong vùng rễ, lớp lọc sẽ phân hủy dị dưỡng các chất hữu cơ + Trong vùng hiếu khí: Phân hủy sinh học chất hữu cơ, nitrat hóa, kết tủa hydroxit sắt và mangan

+ Trong vùng kỵ khí khử nitrat, kết tủa và lắng muối sunphit với các kim loại + Diệt trùng bằng hệ thống: lọc, hấp phụ, cạnh tranh, bức xạ nhiệt độ, pH

+ Thực vật trong bãi lọc giúp tạo vùng rễ lõ, xốp, vận chuyển oxy, hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại nặng…

* Vai trò của sinh vật và các thành phần vật liệu lọc trong bãi lọc

- Vai trò của sinh vật:

Các loài thực vật được sử dụng trong hệ thống bãi lọc là các loại cây lau, sậy, được trồng trên bề mặt các bãi lọc thành hàng, luống, thả giun dưới lớp rễ bám vào vật liệu lọc để tăng khả năng sinh trưởng phát triển hệ sinh vật, có các vai trò sau:

+ Làm giảm tốc độ dòng chảy, tạo điều kiện tốt cho quá trình lắng đọng các chất rắn, giảm nguy cơ xói mòn và xáo trộn, tăng thời gian tiếp xúc giữa nước và thực vật, tạo nơi sống và hoạt động cho các vi sinh vật; hệ rễ của thực vật làm giảm nguy cơ tắc nghẽn dòng chảy trong lớp vật liệu lọc;

+ Giảm tốc độ gió gần bề mặt do vậy làm giảm sự xáo trộn các chất lắng, giữ cho hệ thống các bãi lọc không bị đóng băng khi có tuyết phủ vào mùa đông ở vùng

ôn đới

+ Cây sậy có thân rỗng với hệ thống khí đối lưu bên trong thân nên nồng độ oxy tích tụ bên trong thân và rễ cây cao hơn các loài thực vật khác và giải phóng ra nhiều oxy từ rễ để oxy hóa và khử độc các chất có hại Ngoài oxy ra, rễ cây cũng thải ra các chất khác như các chất kháng sinh, và các hợp chất làm ảnh hưởng đến

sự sinh trưởng của các hợp chất cacbon hữu cơ

+ Hệ thực vật trồng trên bãi có vai trò quan trọng đối với môi trường và tạo cảnh quan xanh

+ Thực vật (cây sậy) trồng trên các bãi lọc góp phần rất cao cho việc xử lý nước thải Nước thải sẽ được thấm qua rễ, tại đây hệ vi khuẩn trong bộ rễ cây sẽ hoạt động tiêu hóa và phân hủy các tạp chất trong nước thải Sau đó nước tiếp tục chảy qua các lớp vật liệu lọc rồi chảy xuống những ống thoát nước nằm dưới đáy bãi lọc;

+ Bộ rễ thực vật còn có chức năng cung cấp oxy xuống đáy bãi lọc, giúp cho quá trình Nitơrat hóa diễn ra mạnh hơn Đây là một yếu tố rất quan trọng của phương pháp xử lý nước thải theo kiểu sinh học;

+ Cấu trúc Bypass của Saibon và kết hợp với bộ rễ của cây sậy xuyên sâu vào các lớp vật liệu Nên hiện tượng tắc kẹt trong các bãi lọc hầu như không xảy ra;

+ Giun được nuôi cấy trong các bãi lọc phát triển rất nhanh Ngoài chức năng phân hủy các chất hữu cơ trong bãi lọc, thì nông dân còn thu hoạch giun để sử dụng cho mục đích chăn nuôi;

+ Quá trình bốc hơi và thoát hơi nước của thực vật trên các bãi lọc giúp cho quá trình phân hủy các vi sinh vật gia tăng;

+ Các màng sinh học được hình thành trong bãi lọc giữa các lớp vật liệu, làm tăng cao quá trình khử các chất bẩn có trong nước thải;

- Vai trò của vật liệu lọc trong bãi lọc

Vật liệu lọc trong hệ thống bãi lọc của Saibon là các loại sỏi, đá vôi (CaCO3), đá xây dựng với kích thước nhất định và đặc biệt là vật liệu lọc siêu nhẹ Super-Sol, có thể nổi trên mặt nước

+ Sỏi (đá xây dựng) được rải trong bãi lọc theo từng lớp, với các kích thước khác nhau, chiều cao trung bình của lớp vật liệu lọc trong bãi lọc từ 0,75 ÷ 1,0m để tạo màng sinh học từ các kẽ hở của vật liệu lọc

+ Vật liệu lọc trên cùng của các bãi lọc là dạng vật liệu được sản xuất từ các loại thủy tinh thải có tên gọi Supersol Độ rỗng của loại vật liệu này rất cao, trọng lượng nhẹ (0,4g/cm3) có thể nổi trên nước Do có cấu trúc rỗng cao nên khả năng hút nước và giữ ẩm tốt, các chất bẩn được giữ lại nhiều nhờ Supersol giúp thực vật trồng trên bãi lọc có khả năng sinh trưởng nhanh trong thời gian ban đầu, đảm bảo

hệ thống xử lý có thể hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ thấp Supersol giúp cho Saibon tăng khả năng xử lý nước thải, không bị tác động bởi sự thay đổi nhiệt độ của thời tiết, có thể hoạt động tốt trong cả mùa động lạnh giá, ngay cả khi có tuyết phủ trên bề mặt các bãi lọc thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường

+ Nước thải sau khi lọc qua các bãi lọc có dạng chảy đứng còn được hoàn lưu để tăng khả năng khử các chất bẩn có trong nước thải;

* Yêu cầu thiết kế, thi công xây dựng và vận hành Saibon

- Thiết kế:

+ Hệ thống xử lý nước thải gồm 4 bãi lọc ngập nước nhân tạo Trong đó có 3 bãi lọc có kiểu chảy đứng và 1 bãi lọc có dạng chảy ngầm ngang

+ Các bãi lọc được thiết kế bằng đất đầm chặt bề mặt và thành taluy, đáy bãi lọc được đầm chặt đảm bảo độ chặt K>=0.85, taluy đảm bảo K>0.9 Dưới đáy được trải lớp nilong chống thấm, ), các bờ ngăn sử dụng các bao tải cát và bao tải dứa có độ bền

>10KN phủ bể mặt đảm bảo tính ổn định, không biến dạng và hạn chế thấm ngang

+ Đáy bãi lọc lắp đặt các ống thu nước chuyện dụng (mang từ Nhật Bản) để thu nước sau khi lọc Phía trên lắp đặt các ống nhựa PVC C2 thu nước trực tiếp từ các file điều tiết nước của bể gom nước Bề mặt ống thu nước lắp đặt các rổ nhựa đảm bảo ngăn rác bịt vào các lỗ làm tắc ống

+ Các chỉ tiêu cần thiết cho thiết kế bao gồm: Lưu lượng nước thải trung bình, nhiệt độ trung bình năm của khu vực xây dựng Saibon, chỉ tiêu về COD đầu vào và đầu ra của nước thải, chỉ tiêu của NH4-N, tổng Nitơ, tổng Photpho;

+ Quy mô, kích thước địa hình và quy hoạch mặt bằng phụ thuộc vào địa hình, địa chất của đất nền tại khu vực thiết kế;

+ Hệ thống phân phối và thu nước trong bãi lọc phải thiết kế nhằm tránh hiện tượng tắc nghẽn trong bãi lọc và hệ thống Saibon;

+ Độ dốc thiết kế của đáy bãi lọc là 1%;

+ Chiều cao của lớp vật liệu lọc trong các bãi lọc từ 0,75 ÷ 1m;

+ Sậy trồng trên bề mặt bãi lọc với mật độ 4 cây/1m2;

Ngoài những chú ý trên khi thiết kế Saibon còn phụ thuộc vào loại nước thải

và yêu cầu thiết kế, thì hệ thống của Saibon sẽ có những thay đổi phụ hợp đáp ứng được yêu cầu đề ra

- Thi công xây dựng và lắp đặt

+ Trong quá trình thi công xây dựng phải đặc biệt chú ý và kiểm soát tốt cao

độ từng thành phần trong công trình Những địa điểm thi công có mực nước ngầm nông (>2m) cần phải có biện pháp khắc phục, tránh hiện tượng nước ngầm sâm nhập bãi lọc;

+ Đáy bể phải có độ dốc đều (1%), hệ số đầm nén đảm bảo đúng thiết kế; + Các loại vật liệu lọc phải có kích thước đồng đều, sạch, không lẫn đất cát trong vật liệu lọc;

+ Thời tiết cũng là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến việc thi công và lắp đặt hệ thống Vì vậy, phải có các biện pháp thi công phù hợp để giảm tối đa việc tác động của thời tiết đến quá trình thi công công trình;

+ Khi trải bạt chống thấm đáy các bãi lọc không để bạt quá căng để trách hiện tượng rách bạt khi rải vật liệu lọc;

+ Hệ thống phân phối nước bề mặt, hệ thống thu nước đáy bãi lọc, hệ thống điện cung cấp cho các máy bơm phải thi công đúng theo thiết kế đã duyệt;

+ Trồng sậy là công tác cuối cùng của thi công Không trồng sậy trong thời tiết hanh khô và gió to khiến cho các khóm trồng sậy bị đổ

Ngoài những lưu ý trên về việc thi công và lắp đặt hệ thống, tùy vào từng địa điểm cụ thể thì cần có những thay đổi phù hợp, kịp thời để có phương án thi công đảm bảo tiến độ và thiết kế

1.3.3.2 Các ưu, nhược điểm của công nghệ Saibon

a Ưu điểm

- Chi phí thấp (đặc biệt là phí vận hành do không phải cung cấp hóa chất, vật liệu sử dụng đều tự nhiên chỉ có chi phí bơm tại cuối các bãi lọc tuy nhiên hệ thống máy bơm này được thiết kế ở chế độ tự động nên đảm bảo tiết kiệm điện năng);

- Hiệu quả xử lý nước thải cao: Giảm thiểu 70 - 96% COD, giảm thiểu 39 - 90% tổng N, giảm thiểu 36 – 82% NH4 –N, giảm thiểu 70 - 93% tổng P, giảm 99% Coliform;

- Saibon là công nghệ rất thân thiện với môi trường do không sử dụng bất kỳ một loại hóa chất nào Công tác xây dựng, vận hành và quản lý rất đơn giản không cần có công nhân lành nghề, tiết kiệm năng lượng;

- Saibon tạo cảnh quan thiên nhiên đẹp, là một hệ sinh thái đa dạng phong phú

- Có thể thích ứng với sự thay đổi về nồng độ và lượng nước thải;

- Khả năng nitrat hóa cao nhờ dạng bãi lọc phức hợp, dạng Hybrid (chảy đứng + chảy ngang);

b Nhược điểm:

- Là dạng công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh học tự nhiên, nên Saibon cần có diện tích lớn hơn các phương pháp nhân tạo;

- Super-sol, vật liệu lọc quan trọng của Saibon phải nhập khẩu từ Nhật Bản

do Việt Nam chưa có cơ sở sản xuất lại vật liệu này

1.3.4 Ca ́ c nghiên cứu trên thế giới và Viê ̣t Nam liên quan công nghê ̣ Saibon về

ba ̃i lọc trồng cây

1.3.4.1 Nghiên cư ́ u trên thế giới

* Ở Bắc Âu

Ở Na Uy, bãi lo ̣c trồng cây dòng chảy ngầm đã được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoa ̣t vào năm 1991 Ngày nay, ở những vùng nông thôn ở Na Uy, phương pháp này trở nên rất phổ biến để xử lý nước thải sinh hoa ̣t, nhờ các bãi lo ̣c vâ ̣n hành

vớ i hiê ̣u suất cao thâ ̣m chí cả vào mùa đông với chi phí thấp Mô hình quy mô nhỏ được áp du ̣ng phổ biến ở Na Uy là hê ̣ thống bao gồm bể tự hoa ̣i, tiếp đến là mô ̣t bể

lọc sinh ho ̣c hiếu khí dòng chảy thẳng đứng và mô ̣t bãi lo ̣c ngầm trồng cây với dòng chảy ngang Bể lo ̣c sinh ho ̣c hiếu khí trước bãi lo ̣c ngầm để loa ̣i bỏ BOD và thực hiện các quá trình nitrat hóa trong điều kiê ̣n khí hâ ̣u la ̣nh, nơi thực vâ ̣t “ngủ” vào

mù a đông Hê ̣ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn hiê ̣n hành cho phép đa ̣t hiê ̣u suất khử P ổn đi ̣nh > 90% trong vòng 15 năm nếu sử du ̣ng cát thiên nhiên chứa nhiều sắt

và canxi hoă ̣c sử du ̣ng vâ ̣t liê ̣u hấp phu ̣ P tiền chế có tro ̣ng lượng nhe ̣ Lớp vâ ̣t liê ̣u

này sau khi bão hòa P, có thể sử du ̣ng chúng làm chất cải ta ̣o đất hay làm phân bón bổ sung phốtpho Hiê ̣u suất loa ̣i bỏ N khoảng 40-60% Hiê ̣u quả loa ̣i bỏ các vi khuẩn chỉ thi ̣ rất cao, thường đa ̣t tới < 1000 Coliform chi ̣u nhiê ̣t/ 100 ml

Tại Đan Ma ̣ch, Bô ̣ Môi trường Đan Ma ̣ch công bố, áp du ̣ng bắt buô ̣c về hướng dẫn xử lý nước thải sinh hoa ̣t ta ̣i chỗ đối với với các nhà riêng ở nông thôn

Tại hướng dẫn này người ta đưa vào hê ̣ thống bãi lo ̣c ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứ ng, cho phép khử BOD tới 95%, nitrat hóa đa ̣t 90% Hê ̣ thống này có thể bao gồ m cả quá trình kết tủa hóa để tách phốt pho bằng PAC trong bể phản ứng

lắng, cho phép loa ̣i bỏ 90% phốt pho Diê ̣n tích bề mă ̣t của bãi lo ̣c là 3,2 m2/ ngườ i

và chiều sâu lo ̣c hiê ̣u quả là 1m Nước thải sau lắng sẽ được bơm gián đoa ̣n lên bề

mặt của lớp vâ ̣t liê ̣u lo ̣c bằng bơm và hê ̣ thống ống phân phối Lớp thoát nước ở đáy được thong khí bi ̣ đô ̣ng qua các ống hơi nhằm tăng cường sự trao đổi ôxy vào quá trình khử nito và ổn đi ̣nh hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống Hê ̣ thống bãi lo ̣c trồng cây dòng

chảy thẳng đứng là mô ̣t giải pháp thay thế cho lo ̣c đất, cho phép đa ̣t hiê ̣u quả xử lý cao trước khi xả ra môi trường

* Ở Châu Á

Tại Nhâ ̣t Bản Công nghệ Saibon đã được triển khai ứng dụng rộng rãi tại nhiều trang trại chăn nuôi gia súc ở Nhật Bản nhất là tại các trang trại chăn nuôi bò, lợn Theo thực tế đã áp dụng công nghệ tại Nhật Bản thì sau 5 năm hoạt động liên tục gần như không phải thay thế và sữa chữa lớn Công nghệ đã mang lại hiệu quả rất cao và chi phí cho việc vận hành và sửa chữa rất thấp (đơn vị vận hành sau khi được hướng dẫn có thể tự bảo trì) Hiệu quả xử lý của công nghệ Saibon làm giảm đến 90% các chất ô nhiễm có trong nước thải

Công nghệ SAIBON được ứng dụng trong xử lý nước thải của khu nghỉ dưỡng trên đảo Phi Phi, Thái Lan từ năm 2012 đến nay công nghệ SAIBON để xử

lý nước thải của khu vực này Kết quả đạt được rất khả quan, nước thải và mùi hôi đã được xử lý

1.3.4.2 Nghiên cư ́ u tại Viê ̣t Nam

Tại Việt Nam, phương pháp xử lý nước thải bằng các bãi lọc trồng cây nói chung và công nghệ Saibon nói riêng còn khá mới mẻ, bước đầu đã được một số trung tâm công nghệ môi trường và trường đại học áp dụng thử nghiệm Một số đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp này như:

“Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì” do GS.TSKH Dương Đức Tiến và các cộng sự thực hiện Kết quả cho thấy chất lượng nước đầu ra sau khi được xử lý tương đối tốt, nước không còn mùi hôi, số lượng vi khuẩn coliform giảm đi rõ rệt, các chỉ số

ô nhiễm COD, BOD5 ở dưới ngưỡng cho phép, các chỉ số NH4+, NO3 rất thấp

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Việt Anh và nhóm nghiên cứu thực hiện cho thấy hiệu quả loại chất ô nhiễm tương đối tốt nhất là với các chỉ tiêu COD, SS, TP

Nghiên cứu xác định độ dẫn thủy lực của một số vật liệu lọc và tải trọng thủy lực tối ưu trong xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ bãi lọc ngầm của TS Dư

Ngọc Thành và nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Môi trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên thực hiện cho thấy hiệu quả xử lý nước thải sau biogas của vật liệu lọc (sỏi

to, đá nhỏ, nền) khá tốt, sau 7 ngày xử lý, hiệu suất xử lý đạm tổng số đạt 52%, BOD5 ĐẠT 47%, lân tổng số đạt 43,3%, TDS đạt 51,9% [18]

Nghiên cứu ứng dụng Công nghê ̣ Sai Bon Nhâ ̣t Bản năm 2012 của Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Hải Dương triển khai thí điểm thành công tại trại chăn nuôi lợn của ông Bùi Huy Hạnh (xã Tái Sơn, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương) Kết quả xử lý Giảm thiểu 70 - 96% COD, giảm thiểu 39 - 90% tổng N, giảm thiểu 36 – 82% NH4

–N, giảm thiểu 70 - 93% tổng P, giảm 99% Coliform

 Đánh giá chung tổng quan

Qua nghiên cứu về cơ sở khoa học, cở sở thực tiễn, cở sở pháp lý và một

số nghiên cứu liên quan đến công nghệ Saibon trong và ngoài nước tôi nhận thấy việc ứng dụng công nghệ này cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn là cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tạo cảnh quan môi trường xanh mát và tăng hiệu quả kinh tế cho người dân Đặc biệt tại huyện Đồng Hỷ là một trong những nơi

có điều kiện về địa hình, khí hậu thủy văn tương đối thuận lợi cho việc xây dựng ứng dụng công nghệ Saibon và hiện nay chưa có học vị cao học nào nghiên cứu

về công nghệ Saibon tại địa bàn này được công nhận Đây chính là lý do tôi chọn Đồng Hỷ là nơi nghiên cứu đánh giá hiệu quả công nghệ Saibon trong xử lý nước thải chăn nuôi

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tươ ̣ng nghiên cứu

- Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của công nghê ̣ Saibon

- Đặc điểm mô ̣t số trang tra ̣i chăn nuôi lợn trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên và khả năng ứng du ̣ng, nhân rô ̣ng mô hình công nghê ̣ Saibon

2.1.2 Pha ̣m vi nghiên cứu

- Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas của Công nghệ Sai Bon tại Trang trại chăn nuôi Phúc Thịnh, xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

- Đặc điểm một số trang tra ̣i chăn nuôi lợn trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên và Khả năng nhâ ̣n rô ̣ng trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên

2.1.3 Đi ̣a điểm nghiên cứu

- Trang trại chăn nuôi Phúc Thịnh, xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

- Các khu vực chăn nuôi tập trung trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên: Thành phố Thái Nguyên, Thị xã Phổ Yên, huyện Phú Bình, huyện Đồng Hỷ, huyện Phú Lương

2.1.4 Thời gian nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu năm 2015-2016

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng khu vực nghiên cứu:

+ Một vài đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu: Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, khí hậu thủy văn

+ Hiện trạng trang trại khu vực nghiên cứu: quy mô trang trại, các hạng mục

xử lý nước thải đã đầu tư trước khi áp dụng công nghệ Saibon; Quy mô, công suất công nghệ Saibon tại khu vực nghiên cứu: khái quát quy mô, công suất công nghệ

áp dụng, các công trình phụ trợ

- Đánh giá hiê ̣u quả xử lý nước thải của công nghê ̣ Saibon ta ̣i khu vực đã áp

dụng đối với một số chỉ tiêu: pH, BOD5, COD, TSS, Chất rắn lắng được, TS, S2-,

NH4+-N, tổng N, tổng P, Coliform Đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu trên trong 4 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Bắt đầu nuôi cấy thủy sinh

+ Giai đoạn 2: Sau khi cấy thủy sinh 03 tháng

+ Giai đoạn 3: Sau khi thả giun được 03 tháng

+ Giai đoạn 4: Kết thúc vận hành thử nghiệm sau 09 tháng

- Đánh giá sự phù hợp của công nghệ Saibon và khả năng nhân rộng mô hình công nghệ Saibon trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên

+ Đánh giá sự phù hợp với điều kiện tự nhiên của tỉnh

+ Đánh giá về hiện trạng chăn nuôi, nhu cầu xử lý nước thải

+ Đánh giá sự phù hợp về đặc điểm công nghệ Saibon

+ Đánh giá khả năng nhân rộng mô hình

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp

Thu thập các tài liệu, số liệu, các công trình đã được nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến các vấn đề nghiên cứu: Điều kiện thời tiết, khí hậu, địa hình, thủy văn của tỉnh Thái Nguyên, các thông tin, tài liệu của các báo cáo, các đề tài có liên quan

Số liê ̣u về các trang trại chăn nuôi trên đi ̣a bàn tỉnh Thái Nguyên về quy mô, tình hình xử lý nước thải chăn nuôi tại Sở Nông nghiê ̣p và Phát triển Nông thôn, Chi cục Bảo vê ̣ môi trường…

Kế thừa và tham khảo các kết quả đã đạt được của các báo cáo, đề tài có liên quan đến vấn đề nghiên cứu

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp

2.3.2.1 Phương pha ́ p điều tra phỏng vấn

Điều tra phỏng vấn trực tiếp với bộ câu hỏi chuẩn bị trước thông qua phiếu điều tra với nội dung:

- Hiện trạng chăn nuôi, tình hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn

- Hiểu biết của người dân về các công nghê ̣ xử lý nước thải chăn nuôi lợn

- Đánh giá của người dân về nhu cầu áp du ̣ng công nghê ̣ Saibon trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Bộ câu hỏi bao gồm câu hỏi đóng và mở

Đối tượng điều tra, phỏng vấn gồm người dân đang có hoa ̣t đô ̣ng chăn nuôi lợn tại các khu vực chăn nuôi tập trung trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên: Thành phố Thái Nguyên, Thành phố Sông Công, Thị xã Phổ Yên, huyện Phú Bình, huyện Đồng Hỷ, huyện Phú Lương, tổng số phiếu điều tra là 100 bô ̣ phiếu, số phiếu điều tra chia đều cho khu vực nghiên cứu

2.3.2.2 Điê ̀u tra lấy mẫu phân tích

Điều tra trực tiếp, thu thập số liệu, điều tra, lấy mẫu, phân tích mẫu nước thải chăn nuôi tại địa điểm thí nghiệm áp dụng mô hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ Sai Bon Nhật Bản tại trang trại chăn nuôi lợn sạch siêu nạc Phúc Thịnh, xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên

Việc lấy mẫu đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống công nghệ Saibon được tiến hành trong 4 giai đoạn, mỗi giai đoạn tiến hành lấy 03 mẫu đánh giá:

- Giai đoạn 1: bắt đầu nuôi cấy thủy sinh; tiến hành lấy mẫu trước và sau khi qua hệ thống xử lý của công nghệ Sai bon (tháng 7/2015)

Ban đầu nước thải được pha loãng với nước suối để giảm nồng bớt độ ô nhiễm, sau đó cho qua hệ thống Saibon để tạo môi trường hữu cơ phù hợp bắt đầu trồng cây sậy, bổ sung mùn cưa, đất tạo môi trường xốp, ẩm ban đầu để trồng cây Cây sậy lựa chọn để trồng là loại sậy đã trưởng thành, được cắt hết lá để cao khoảng 20-25cm để trồng nhằm đảm bảo dễ phát triển hơn cây non Sậy được trồng theo khóm, mỗi khóm 2-3 cây, mật độ 6-8 khóm/ m2 Sau 1 tuần cây sậy bắt đầu ra rễ, sau 12-15 ngày bắt đầu ra chồi non, sau 15 ngày đã có thể đâm chồi đẻ nhánh Lúc này có thể cho nước thải không pha loãng qua hệ thống Saibon để làm chất dinh dưỡng cho cây phát triển

Tiến hành lấy mẫu sau khi qua hệ thống Saibon ở thời điểm sau trồng cây khoảng 15- 20 ngày, khi đó nước thải đã được xử lý 1 phần qua phần rễ phát triển của cây sậy Tuy nhiên ở giai đoạn này nước thải vẫn chủ yếu được xử lý thông qua

hệ thống vật liệu lọc, vì rễ cây sậy giai đoạn này mới bắt đầu phát triển chưa dài, chưa đan phủ tạo thành bề mặt lọc

- Giai đoạn 2: Sau khi cấy thủy sinh 03 tháng (thời kỳ này thủy sinh đang phát triển, hình thành lớp phủ bề mặt bãi lọc và bắt đầu nuôi thả giun, lấy mẫu sau

hệ thống xử lý) (tháng 10/2015)