Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)

Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)Áp dụng và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas kết hợp hồ sinh học (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phan Công Ngọc ÁP DỤNG VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HẦM BIOGAS KẾT HỢP HỒ SINH HỌC Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỠNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS: Trịnh Thị Thanh Hà Nội - 2013 -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU - Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chất thải chăn nuôi – nguồn gốc, thành phần, tính chất 1.1.1 Chất thải rắn lỏng 1.1.2 Khí thải 1.2 Ảnh hƣởng chất thải chăn nuôi lợn đến môi trƣờng 1.2.1 Ô nhiễm môi trường nước 1.2.2 Ô nhiễm môi trường không khí 10 1.2.3 Ô nhiễm môi trường đất 15 1.3 Công nghệ sinh học kị khí xử lý nƣớc thải chăn nuôi 15 1.3.1 Cơ chế trình lên men kị khí 15 1.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình sinh khí mêtan 20 1.4 Tổng quan hồ sinh học xử lý nƣớc thải 25 1.4.1 Khái quát chung hồ sinh học 25 1.4.2 Quan hệ giới thủy sinh hệ thống hồ sinh học vai trò chúng làm nước thải 25 1.4.3 Phân loại hồ sinh học 27 1.4.3.1 Hồ hiếu khí 27 1.4.3.2 Hồ kị khí 28 1.4.3.3 Hồ tùy nghi 28 1.5 Tổng quan công trình nghiên cứu liên quan 29 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 32 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 32 -2- - Phương pháp thừa kế 32 - Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 33 - Phương pháp thống kê 33 - Phương pháp điều tra xã hội 33 - Phương pháp so sánh 33 - Phương pháp lấy mẫu, phân tích đánh giá 33 - Phương pháp thực nghiệm 34 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thực trạng chăn nuôi phát sinh chất thải quy mô hộ gia đình xã Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An 36 3.1.1 Thực trạng chăn nuôi lợn 36 3.1.1.1 Một số đặc trưng quy trình chăn nuôi lợn hộ gia đình 36 3.1.1.2 Quy mô chăn nuôi lợn 37 3.1.1.3 Hiện trạng an toàn vệ sinh chăn nuôi lợn hộ gia đình 38 3.1.2 Thực trạng phát sinh chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ 40 3.1.2.1 Lượng phân 40 3.1.2.2 Nước thải 40 3.2 Phân tích đánh giá hoạt động hầm biogas composite, hồ sinh học 41 3.2.1 Hiện trạng hầm biogas composite hộ gia đình 41 3.2.2 Hiện trạng hồ sinh học hộ gia đình 44 3.3 Đánh giá hiệu xử lý hầm biogas hầm biogas kết hợp hồ sinh học 46 3.3.1 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn số hầm biogas nghiên cứu 46 3.3.1.1 Tính chất nước thải đầu vào hầm biogas 46 3.3.1.2 Tính chất nước thải đầu hầm biogas 47 3.3.1.3 Đánh giá hiệu xử lý hầm biogas nghiên cứu 49 3.3.2 Đánh giá hiệu xử lý nước thải hầm Biogas kết hợp hồ sinh học 53 3.3.2.1 Tính chất nước thải hồ sinh học 53 -3- 3.3.2.2 Đánh giá hiệu xử lý hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học 54 3.4 Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng chất thải sau hầm biogas nƣớc hồ sinh học 59 3.4.1 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước xả sau hầm biogas 59 3.4.1.1 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước xả sau hầm biogas tưới 59 3.4.1.2 Năng suất ớt bình nghiên cứu 61 3.4.2 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước hồ sinh học tưới 62 3.4.2.1 Quá trình sinh trưởng, phát triển ớt 62 3.4.2.2 Năng suất ớt 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 65 Kiến nghị 67 -4- MỞ ĐẦU Cùng với phát triển nhanh chóng kinh tế nước ta, vấn đề ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề thiết Một nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi Ngành chăn nuôi nước ta năm gần phát triển nhanh chóng chất lượng quy mô Tuy nhiên, chăn nuôi hộ gia đình nhỏ lẻ trang trại chăn nuôi lớn việc quản lý sử dụng nguồn chất thải từ chăn nuôi nhiều bất cập Một số trang trại lớn có biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn nuôi Song số trang trại chưa quan tâm, đặc biệt chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải bị thả Một nguyên nhân người chăn nuôi chưa hiểu rõ tầm quan trọng việc xử lý nguồn chất thải Kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải thấp, luật xử lý chất thải chưa đồng khó áp dụng, chăn nuôi nhỏ lẻ nguyên nhân làm việc quản lý xử lý chất thải gặp nhiều khó khăn Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông thôn có giải pháp hiệu quả: Làm hầm biogas hộ gia đình Sử dụng biogas phục vụ cho đun nấu, thắp sáng gia đình, đồng thời chất thải động vật nuôi chất hữu xử lý hầm kín, tránh mùi hôi thối, xử lý ô nhiễm chất cặn bã sử dụng làm phân bón Giải pháp sử dụng hầm biogas nông thôn thực giải pháp hiệu Nghệ An tỉnh nông nghiệp có nhiều điểm đặc trưng cho nông thôn Việt Nam Theo thống kê cho thấy, tiềm phát triển mô hình biogas Nghệ An quy mô hộ gia đình quy mô công nghiệp lớn Tính đến ngày 1/10/2010, toàn tỉnh có 308.567 trâu, 395.973 bò, 1.169.574 lợn, 14.939.400 gia cầm, hàng chục ngàn dê hươu nai, hàng năm thải môi trường 7.184.592 chất thải rắn, 4.665.585 chất thải lỏng hàng trăm triệu mét khối chất thải khí [23] Nếu không xử lý, lượng chất thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, không trang trại có quy mô chăn nuôi lớn mà chăn nuôi quy mô hộ gia đình -5- Đánh giá nhanh cho thấy, đưa vào sản xuất biogas, cho 538 triệu m3 khí sinh học/năm, tương đương khoảng 393 triệu lít xăng, tỷ kWh điện triệu gỗ củi (Khoảng 1,7 tỷ m3 gỗ), tương đương hàng chục nghìn hecta rừng bị phá/năm [23] Tại Nghệ An việc áp dụng biogas vào việc xử lý chất thải hình thành từ nhiều năm trước ngày phát triển thêm nhiều hầm biogas khắp địa phương tỉnh Tuy nhiên, thực tế vận hành hầm biogas có nhiều vấn đề phát sinh, nước thải, chất thải, khí thải sau xử lý chưa tối ưu hoá việc nghiên cứu khắc phục vấn đề chưa trọng, đề tài: “Áp dụng nâng cao hiệu xử lý chất thải chăn nuôi lợn hầm biogas kết hợp hồ sinh học” thực * Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá hiệu xử lý chất thải chăn nuôi lợn hầm biogas kết hợp hồ sinh học - Tìm cách sử dụng có hiệu nước thải sau xử lý hầm biogas - Đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý chất thải hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học nhằm góp phần bảo vệ môi trường, phát triển bền vững chăn nuôi * Phạm vi nghiên cứu Tại gia đình chăn nuôi lợn quy mô hộ đại diện cho xóm thuộc xã Nam Anh, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An * Nội dung nghiên cứu Thực trạng chăn nuôi phát sinh chất thải quy mô hộ - Thực trạng chăn nuôi: Quy trình chăn nuôi, quy mô chăn nuôi, quy định an toàn vệ sinh chăn nuôi, … - Thực trạng phát sinh chất thải quy mô hộ  Lượng phân lợn thải/ ngày (Đối với lợn nái, lợn thương phẩm, lợn cỡ…) -6-  Nước thải: Nguồn nước vệ sinh chuồng, lượng nước thải vệ sinh chuồng, phương cách rửa chuồng… Phân tích đánh giá hoạt động hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học  Hâm biogas composite hộ gia đình nghiên cứu  Hồ sinh học hộ gia đình nghiên cứu Hiệu xử lý chất thải hầm biogas, hầm biogas kết hợp hồ sinh học  Hiệu xử lý chất thải hầm biogas  Hiệu xử lý chất thải hầm biogas kết hợp hồ sinh học Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng nước thải sau hầm biogas sau hồ sinh học -7- Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chất thải chăn nuôi – nguồn gốc, thành phần, tính chất 1.1.1 Chất thải rắn lỏng * Phân Là thành phần từ thức ăn, nước uống mà thể gia súc không hấp thụ thải thể Trong phân chứa lượng lớn chất Nitơ, Phốt pho, Kali, Kẽm, Đồng Các khoáng chất dư thừa thể không sử dụng P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn xuất phân Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi, phần ăn khác mà lượng phân thải khác khối lượng lẫn thành phần Gia súc độ tuổi khác có khả tiêu hoá nhu cầu thể khác Do vậy, lượng phân thải ngày đêm không giống Bảng 1.1 Lƣợng phân trung bình gia súc ngày đêm Phân kg/con.ngđ Nƣớc tiểu kg/con.ngđ Trâu 18 – 25 8,0 – 12,0 Bò 15 - 20 6,0 – 10,0 Ngựa 12 - 18 4,0 – 6,0 Lợn < 10kg 0,5 – 1,0 0,3 – 0,7 Lợn 15-45kg 1,0 – 3,0 0,7 – 2,0 Lợn 45-100kg 3,0 - 5,0 2,0 – 4,0 Dê 1,5 – 2,5 0,6 – 1,0 Loại gia súc (Lăng Ngọc Huỳnh, 2001) Thành phần hóa học phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm… -8- Bảng 1.2 Thành phần hóa học loại phân gia súc, gia cầm Phân loại gia súc, gia cầm Trâu Bò Lợn Gà Mức Nitơ (%) P2O5 (%) K2O (%) C/N Tối đa Tối thiểu Trung bình Tối đa Tối thiểu Trung bình Tối đa Tối thiểu Trung bình Tối đa Tối thiểu Trung bình 0,358 0,246 0,306 0,380 0,302 0,341 1,200 0,450 0,840 2,000 1,800 1,900 0,205 0,115 0,171 0,294 0,164 0,227 0,900 0,450 0,850 0,950 0,450 0,850 1,600 1,129 1,360 0,992 0,424 0,958 0,600 0,350 0,580 1,720 1,210 1,421 20 18 19 19 17 18 22 20 21 17 15 16 (Nguyễn Đức Lượng ctv, 2003) Theo Trương Thanh Cảnh cộng tác viên [3] thành phần hóa học phân lợn (Trọng lượng lợn từ 70 kg đến 100 kg) thể qua bảng sau: Bảng 1.3 Thành phần hóa học phân lợn (Trọng lƣợng lợn từ 70 kg đến 100 kg) Đặc tính Đơn vị Giá trị Vật chất khô g/kg 213 – 342 NH4 - N g/kg 0,66 – 0,76 N tổng g/kg 7,99 – 9,32 Chất xơ g/kg 151 – 261 Carbonnatri g/kg 0,23 – 2,11 Các axit béo mạch ngắn g/kg 3,83 – 4,47 6,47 – 6,95 pH (Trương Thanh Cảnh ctv, 2008) Ngoài ra, thành phần phân gia súc nói chung phân lợn nói riêng chứa loại vi rút, vi khuẩn, trứng giun sán… tồn vài ngày đến vài -9- tháng bên môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời gây hại cho sức khỏe người vật nuôi Theo quan trắc kiểm soát ô nhiễm môi trường nước Lê Trình [32] thống kê loại vi khuẩn gây bệnh phân gia súc, gia cầm sau: Bảng 1.4 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có phân gia súc điều kiện tiêu diệt Tên vi trùng, ký sinh trùng Khả gây bệnh Salmonella typhi Salmonella paratyphi Shigella spp Vibrio Cholera Escherichia coli Hepatite A Tenia Soginata Micrococcus var Streptococcus Ascarie cumbricoides Mycobacterium Tubecudsis Corynerbarterium Diptheriac Polio virus Hominis Coiardia lomblia Trichuris trichiura Thương hàn Phó thương hàn Lị Tả Viêm dày, ruột Viêm gan Sán Ung nhọt Sinh mủ Giun đũa Lao Bạch hầu Bại liệt Sởi Giun tóc Sán bò Sán lợn Điều kiện tiêu diệt Thời gian Nhiệt độ (0C) (phút) 55 30 55 30 55 60 55 60 55 60 55 3-5 50 3-5 54 10 50 10 50 60 60 20 55 45 65 30 45 10 55 10 60 30 60 30 (Lê Trình, 1997) * Xác súc vật chết Xác súc vật chết bệnh nguồn gây ô nhiễm cần phải xử lý để nhằm tránh lây lan cho người vật nuôi * Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng vật chất khác Loại chất có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, khoáng chất bổ sung, rau xanh, loại kháng sinh, rơm rạ,… * Nước thải chăn nuôi - 10 - Sự khác hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng hầm trạng vận hành khác hầm T-N vào Hiệu suất xử lý T-N 30 T-N vào, (mg/l) 800 25 700 600 20 500 15 400 300 10 200 Hiệu suất xử lý (%) 900 100 0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Ký hiệu mẫu Hình 3.4 Biểu đồ hiệu xử lý T-N nƣớc thải chăn nuôi lợn hầm biogas T-P Hiệu suất xử lý 600 25 500 20 400 15 300 10 200 100 Hiệu suất xử lý (%) T-P vào, (mg/l) T-P vào X1 X2 X3 X4 X5 X6 Ký hiệu mẫu X7 X8 X9 Hình 3.5 Biểu đồ hiệu xử lý T-P nƣớc thải chăn nuôi lợn hầm biogas * Hiệu xử lý vi sinh vật Theo lý thuyết, với nhiệt độ cao hầm thời gian lưu nước thải dài, vi sinh vật gây bệnh giảm từ 80 - 100% sau hầm biogas Kết tính toán Bảng 3.9 cho thấy, qua hầm biogas, mật độ Coliform giảm trung bình 88% Hình 3.6 cho thấy, hiệu suất xử lý có sai khác lớn hầm Sự sai khác mật độ - 55 - Coliform sau qua hầm biogas ảnh hưởng yếu tố môi trường, độ kín hầm nhiễm khuẩn từ nguồn khác Trên thực tế, khu vực chuồng nuôi ẩm thấp thức ăn thừa, nước dội chuồng chảy tràn gần cống thoát nước nên khả tái nhiễm bẩn cao Coliform vào Coliform Hiệu suất xử lý 120 140 100 120 80 100 80 60 60 40 40 Hiệu suất xử lý (%) Coliform vào, MNP/100ml (* 106) 160 20 20 0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 Ký hiệu mẫu X7 X8 X9 Hình 3.6 Biểu đồ hiệu xử lý Coliform nƣớc thải chăn nuôi lợn hầm biogas Kết luận: Các hầm biogas khảo sát Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An có khả xử lý tốt chất hữu (Trung bình COD giảm 77,5%, BOD5 giảm 68,9%, chất rắn lơ lửng (Trung bình SS giảm 79%), Coliform gây bệnh (Giảm 88%) Đối với chất dinh dưỡng (N, P), hầm biogas xử lý giảm phần (Trung bình T-N giảm 15,8%, T-P giảm 13,8%) Nồng độ chất ô nhiễm nước thải đầu hầm biogas cao, vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần, đặc biệt chất dinh dưỡng Để đủ điều kiện xả thải môi trường, nước thải đầu cần tiếp tục xử lý biện pháp hồ sinh học Nếu đem nước thải tưới bón cho cần phải xử lý sơ cách pha loãng làm giảm nồng độ chất ô nhiễm không sử dụng tưới cho rau thực vật ăn sống 3.3.2 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn hầm biogas kết hợp hồ sinh học Hiệu suất xử lý nước thải hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học trình bày bảng 3.10 - 56 - Bảng 3.10 Tính chất nƣớc thải hồ sinh học khu vực nghiên cứu TT Thông số Nồng độ đầu vào TB± s Nồng độ hồ sinh học TB± s Hiệu suất xử lý (%) TCN 6782006 QCVN 40-2011 BTNMT (Cột B) BOD5 mg/l 1240 ± 197 51 ± 23 96 300 50 COD mg/l 2787 ± 478 99 ± 33 97 400 150 SS mg/l 3260 ± 515 105 ± 52 97 - 100 T-N mg/l 624 ± 80 326,4 ± 75 52,3 150 40 T-P mg/l 326 ± 90 158,1 ± 46 48,5 20 Coliform 328*105 328000 99 5000 MPN/100ml (Ghi chú: TB giá trị trung bình (Trung bình cộng, riêng Coliform trung bình nhân); s độ lệch chuẩn) 3.3.2.1 Tính chất nước thải hồ sinh học nghiên cứu Về cảm quan, nước hồ sinh học tương đối trong, màu đen xanh đen, mùi hôi thối Phụ lục hình cho thấy, màu sắc nước thải hồ sinh học Kết phân tích chất lượng nước thải trình bày Bảng 3.10 Từ số liệu bảng cho thấy khả xủ lý chất hữu nước thải hồ sinh học tương đối tốt Tuy nhiên, khả xủ lý chất dinh dưỡng (N,P) chưa cao, số coliform giảm mạnh nhìn chung cao So với TCN 678-2006: Chỉ tiêu BOD5, COD, thấp Các tiêu T-N vượt 2,2 lần, T-P vượt 7,9 lần So với QCVN 40-2011/BTNMT: - COD thấp quy chuẩn, BOD5 SS vượt nhẹ - T-N vượt 8,16 lần, T-P vượt 26,3 lần - Coliform giảm đáng kể vượt 65,6 lần 3.3.2.2 Đánh giá hiệu xử lý hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học Nước thải sau hầm biogas tiếp tục xử lý hồ sinh học Tại chất ô nhiễm có nồng độ cao chưa xử lý triệt để sau qua hầm biogas - 57 - chất hữu cơ, chất dinh dưỡng xử lý bước làm giảm đáng kể nồng độ chất ô nhiễm Kết xử lý bước hồ sinh học thể bảng 3.10 * Hiệu xử lý chất hữu Nước thải sau xử lý hồ sinh học có hàm lượng chất hữu thấp nhiều so với đầu vào, hiệu xử lý chất hữu hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học cao 96% BOD5 97% với COD Cụ thể hiệu xử lý chất hữu hệ thống trình bày hình 3.7 hình 3.8 Hiệu xử lý chất hữu hệ thống có chênh lệch với khả hoạt động hồ sinh học hệ thống khác Phụ thuộc vào kích thước hồ hoạt động sinh vật hồ BOD vào Hiệu suất xử lý BOD hsh 1800 97.5 97 1400 96.5 1200 96 1000 800 95.5 600 95 400 Hiệu suất xử lý (% ) BOD vào, hsh (mg/l) 1600 94.5 200 94 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Ký hiệu mẫu Hình 3.7 Biểu đồ hiệu xử lý BOD5 nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học COD hsh Hiệu suất xử lý 4500 98.5 4000 98 3500 97.5 3000 2500 97 2000 96.5 1500 96 1000 95.5 500 95 X1 X2 X3 X4 X5 X6 Ký hiệu mẫu X7 X8 X9 Hình 3.8 Biểu đồ hiệu xử lý COD nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học - 58 - Hiệu suất xử lý (%) COD vào, hsh (mg/l) COD vào * Hiệu xử lý chất rắn lơ lửng Hiệu suất xử lý chất rắn lơ lửng hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học lên đến 97% cao nhiều so với hệ thống có hầm biogas (79%) Hiệu suất xử lý SS riêng hệ thống nghiên cứu trình bày hình 3.9 Có chênh lệch hiệu suất xử lý SS hệ thống trạng hầm biogas hoạt động hệ sinh vật hồ khác Hiệu suất xử lý SS hsh 5000 98.2 4500 98 4000 97.8 3500 97.6 3000 97.4 2500 97.2 2000 97 1500 1000 96.8 500 96.6 Hiệu suất xử lý (%) SS vào, hsh (mg/l) SS vào 96.4 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Ký hiệu m ẫu Hình 3.9 Biểu đồ hiệu xử lý SS nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học Nam Anh, Nam Đàn, Nghệ An * Hiệu xử lý chất dinh dưỡng Khác với trình xử lý hầm biogas, chất dinh dưỡng (N,P) hồ sinh học xử lý tốt chất dinh dưỡng sử dụng hệ động thực vật hồ Trong hiệu xử lý N, P sau hầm biogas 15,8% T-N, 13,8% T-P sau xử lý hồ sinh học hiệu suất tăng lên 52,3% với T-N 48,5% với T-P Hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng hệ thống thể hình 3.10 3.11 sau - 59 - Hiệu suất xử lý T-N hsh 900 70 800 60 700 50 600 500 40 400 30 300 20 200 Hiệu suất xử lý (%) TKN vào, hsh (mg/l) T-N vào 10 100 0 X1 X2 X3 X4 X5 Ký hiệu mẫu X6 X7 X8 X9 Hình 3.10 Biểu đồ hiệu xử lý T-N nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học Hiệu suất xử lý T-P hsh 600 60 500 50 400 40 300 30 200 20 100 10 Hiệu suất xử lý (%) T-P vào, hsh (mg/l) T-P vào X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Ký hiệu mẫu Hình 3.11 Biểu đồ Hiệu xử lý T-P nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học Hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng hệ thống có chênh lệch khả hấp thu N, P hồ khác Khả phụ thuộc nhiều vào đặc điểm chế độ vệ sinh hồ Hồ có hệ sinh vật phong phú khả tiêu thụ dinh dưỡng cao hồ nghèo sinh vật * Hiệu xử lý vi sinh vật Giai đoạn xử lý hồ sinh học xử lý phần lớn coliform nước thải Do đó, hiệu xử lý coliform hệ thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học đạt - 60 - 99% cao nhiều so với hệ thống có hầm biogas Nguyên nhân dẫn đến kết trình hoạt động quang hợp tảo hồ, ion carbonat bicarbonat thực phản ứng cung cấp nhiều dioxit cácbon cho tảo nhiều ion hydroxyl giải phóng, pH nước tăng lên làm cho nước trở nên kiềm mạnh Quá trình quang hợp làm pH tăng đôi với cường độ xạ hồ lớn Đây yếu tố kìm hãm phát triển vi khuẩn gây bệnh Hiệu suất xử lý coliform hệ thống trình bày hình 3.12 Sự chênh lệch hiệu suất xử lý hệ thống mức độ hoạt động khác hệ sinh vật hồ diện tích khác hồ Coliform vào Hiệu suất xử lý Coliform hsh 99.95 99.9 140 99.85 99.8 99.75 120 100 80 99.7 99.65 99.6 99.55 60 40 20 Hiệu suất xử lý (%) Coliform vào, hsh (mg/l) 160 99.5 99.45 X1 X2 X3 X4 X5 X6 Ký hiệu mẫu X7 X8 X9 Hình 3.12 Biểu đồ hiệu xử lý Coliform nƣớc thải chăn nuôi lợn hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học Kết luận: Hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học cho thấy hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn cao, hiệu xử lý đạt 95% BOD5, COD, SS, số Coliform đạt đến 99% Hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học khắc phục phần hạn chế hệ thống có hầm biogas, xử lý phần chất dinh dưỡng (N,P) mà hầm biogas chưa xử lý Hiệu xử lý T-N đạt 52,3%, T-P đạt 48,5% Tuy nhiên, nồng độ chất dinh dưỡng hồ sinh học cao Theo thời gian chất dinh dưỡng tích tụ đáy hồ nguy cao gây tượng phú dưỡng Vì cần có biện pháp nạo vét hồ hàng năm để đối phó trước với nguy Nước thải sau xử lý hồ sinh học phù hợp với mục - 61 - đích phục vụ nước tưới tiêu, thuỷ lợi (Không dùng tưới cho loại rau thực vật ăn sống) 3.4 Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng nƣớc thải sau hầm biogas nƣớc hồ sinh học 3.4.1 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước thải sau hầm biogas 3.4.1.1 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước thải sau hầm biogas tưới bón Mô hình thực nghiệm xây dựng bao gồm 11 bình trồng ớt cay giống địa phương Nước xả sau biogas trộn với nước kênh mương với tỷ lệ khác dùng để tưới vào giai đoạn sinh trưởng ớt: Giai đoạn mầm, giai đoạn đẻ nhánh giai đoạn hoa Quá trình sinh trưởng phát triển ớt đo đạc, ghi chép lại hàng tuần trình bày bảng 3.14 Bảng 3.11 Quá trình phát triển ớt bình sử dụng hỗn hợp nƣớc xả/nƣớc kênh mƣơng với tỷ lệ khác qua tuần quan sát (Đơn vị: cm) Bình B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 10 2,7 3,5 11,5 13 17,5 20 23 23 2,2 3,7 3,7 3,5 2,8 2,7 3,1 5,25 3,6 5,5 4,7 5,5 5,5 4,5 4,2 4 9,1 7,2 8,4 9,5 10,2 6,7 13,5 10,5 10,1 11,8 13 13,5 8,7 9,7 9,1 11 17 15,2 13,2 15,7 17 18,5 11,5 12,7 11,2 13 - 62 - 19 18,5 15 17,7 19,5 20,5 14,3 16,7 13 14,7 25,5 26,5 20,7 22 29 27,5 23,5 22,2 16,2 15,7 29,5 31,5 25,5 27 34 31 24 25 17,5 16 33,5 34,5 29,5 29,5 38 37 28 28 20,5 18 33,6 34,5 29,5 30 38 37 31 28 21,5 18 40 35 B0 Kích thước trồng (cm) 30 B1 B2 25 B3 B4 20 B5 B6 B7 15 B8 B9 10 B10 Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 10 Thời gian sinh trưởng Hình 3.13 Biểu đồ tăng trƣởng kích thƣớc ớt bình sử dụng hỗn hợp nƣớc xả với tỷ lệ khác qua tuần quan sát Từ biểu đồ thấy, bình bình ớt đạt kích thước cao Ngược lại bình bình 10 kích thước ớt thấp Chiều cao thân có xu hướng cao dần từ bình (B0) đến bình (B5), bình (B6) thấp dần từ bình đến bình 10 (B10) Điều chứng tỏ ớt cần lượng phân bón phù hợp cho trình sinh trưởng, trồng phát triển tốt thiếu chất thừa chất 3.4.1.2 Năng suất ớt bình nghiên cứu Năng suất bình tính dựa số ớt bình tổng khối lượng ớt bình trình bày bảng 3.15 Số bình tưới hỗn hợp nước xả từ 15-45 quả, tổng khối lượng từ 0,24-0,706 kg, khối lượng trung bình từ 11,7-16,5 g So với bình đối chứng (B0) suất thu bình: - Năng suất B1 cao gấp 1,5 lần B0 - Năng suất B2 cao gấp 1,3 lần B0 - Năng suất B3 cao gấp 2,1 lần B0 - Năng suất B4 cao gấp 2,7 lần B0 - 63 - - Năng suất B5 cao gấp 4,3 lần B0 - Năng suất B6 cao gấp 4,0 lần B0 - Năng suất B7 cao gấp 3,2 lần B0 - Năng suất B8 cao gấp 2,4 lần B0 - Năng suất B9 cao gấp 1,8 lần B0 - Năng suất B10 cao gấp lần B0 Kết cho thấy tỷ lệ đậu bình bình cao Số lượng bình cao gấp 1,5 – lần so với bình khác Kích thước ớt lớn hơn, trọng lượng trung bình từ 15,7 – 16,5 g Năng suất thu bình lớn So sánh suất bình với bình khác: - Cao gấp 2,9 lần so với B1 - Cao gấp 3,3 lần so với B2 - Cao gấp 2,0 lần so với B3 - Cao gấp 1,6 lần so với B4 - Cao gấp 1,3 lần so với B7 - Cao gấp 1,8 lần so với B8 - Cao gấp 2,4 lần so với B9 - Cao gấp 2,2 lần so với B10 Bảng 3.12 Năng suất thu đƣợc bình thực nghiệm Bình Số (quả) Tổng khối lƣợng (kg) Khối lƣợng trung bình (g) B0 B1 B2 B3 B4 B5 11 18 15 30 31 45 0,165 0,24 0,215 0,35 0,445 0,706 15 13,3 14,3 11,7 14,4 15,7 B6 B7 B8 B9 B10 40 34 26 20 21 0,66 0,53 0,395 0,30 0,325 16,5 15,6 15,2 15 15,5 - 64 - 3.4.2 Mô hình thực nghiệm sử dụng nước hồ sinh học tưới 3.4.2.1 Quá trình sinh trưởng, phát triển ớt Mô hình thực nghiệm xây dựng có bình trồng ớt Bình thứ (B11) tưới bón nước lấy hồ sinh học Bình thứ (B0) tưới nước kênh mương lấy mương dẫn nước Chế độ tưới bón thực vào giai đoạn sinh trưởng ớt: Giai đoạn mầm, giai đoạn đẻ nhánh giai đoạn hoa Kết quan sát sinh trưởng ớt qua tuần theo dõi trình bày bảng 3.16 Bảng 3.13 Quá trình sinh trƣởng ớt sử dụng nƣớc hồ sinh học tƣới (B11) so với sử dụng 100% nƣớc kênh mƣơng (B0) (Đơn vị: cm) Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 10 B0 2,7 3,5 11,5 13 17,5 20 23 23 B11 5,2 10,2 14,5 18,5 22,5 28 31 33 33 Kích thước trồng (cm) 35 30 25 20 B0 15 B11 10 Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 10 Thời gian sinh trưởng Hình 3.14 Biểu đồ so sánh trình sinh trƣởng ớt sử dụng nƣớc hồ sinh học tƣới (B11) nƣớc kênh mƣơng (B0) - 65 - Quá trình sử dụng nước hồ sinh học tưới cho kết tốt, ớt tưới nước hồ sinh học sinh trưởng nhanh, chiều cao thân tuần thứ 10 33cm cao hẳn so với việc dùng nước kênh mương tưới cao 23cm 3.4.2.2 Năng suất ớt Năng suất ớt thu sau trình thử nghiệm cho thấy tỷ lệ đậu tưới nước hồ sinh học cao nhiều so với tưới nước kênh mương lần Trọng lượng trung bình cao 0,3 g suất thu cao 3,2 lần Kết suất trình bày bảng 3.17 Bảng 3.14 Năng suất thu đƣợc bình thực nghiệm đƣợc tƣới bón nƣớc hồ sinh học so với bình đối chứng Bình Số (quả) Tổng khối lƣợng (kg) Trọng lƣợng trung bình (g) B0 11 0,165 15 B11 34 0,520 15,3 Kết luận: Qua thực nghiệm cho thấy, việc sử dụng nước xả sau biogas làm nước tưới đem lại hiệu tốt, tăng suất trồng, thay đáng kể lượng phân bón vô Để đạt suất trồng cao cần pha trộn nước xả với nước kênh mương với tỷ lệ 1:1 1,5:1 Kết tương đương với kết thí nghiệm Viên Thổ nhưỡng nông hoá bắp cải thí nghiệm Sở Nông nghiệp Bình Định mướp đắng [6] Việc sử dụng nước hồ sinh học để tưới bón cho kết tốt, suất trồng cao so với đối chứng Tuy nhiên, so với khả tăng trưởng suất tưới hỗn hợp nước xả/nước kênh mương tỉ lệ 1:1 1,5:1 tưới nước hồ sinh học thấp (Năng suất thấp 1,4 lần, số bình thấp 1,3 lần) - 66 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Lượng phân thải nước thải ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, phần ăn thời tiết ngày Bình quân hộ gia đình ngày thải từ 21 – 52,5 kg phân 210 - 650 lít nước thải Kết khác hộ gia đình tuỳ thuộc vào số lợn nuôi chế độ chăm sóc Hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học cho thấy hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn cao, hiệu xử lý đạt 95% phần lớn tiêu chất hữu cơ, coliform đạt 99% Hệ thống biogas kết hợp hồ sinh học khắc phục số hạn chế hệ thống cố hầm biogas, xử lý phần chất dinh dưỡng (N,P) mà hầm biogas chưa xử lý Tuy nhiên, hàm lượng chất dinh dưỡng nước hồ cao, vượt tiêu chuẩn cho phép Nước thải sau xử lý hồ sinh học phù hợp với mục đích phục vụ nước tưới tiêu, thuỷ lợi (Không tưới cho loại rau thực vật ăn tươi sống) Nước xả trộn với nước kênh mương lấy mương dẫn nước sử dụng tưới cho ớt trồng bình thực nghiệm với hàm lượng 200ml/bình thời gian tưới bón vào giai đoạn, mầm, đẻ nhánh giai đoạn hoa Kết cho thấy với tỷ lệ pha trộn nước xả/nước kênh mương 1/1 1,5/1 cho hiệu tốt nhất, trồng phát triển nhanh cho suất cao Kiến nghị: Để giảm ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn đến sức khoẻ người chăn nuôi cần ý đến vấn đề quy hoạch xây dựng chuồng nuôi lợn hộ gia đình Chuồng nuôi lợn nên tách biệt, không liền khối với công trình sinh hoạt người, khoảng cách từ chuồng nuôi lợn đến giếng nước, bếp ăn, nhà nên quy hoạch xa khuân viên hộ gia đình Để tránh xảy cố trình vận hành hầm biogas, cần ý đến nguồn phân nạp vào hầm phải phù hợp với thiết kế ban đầu hầm, không nên nạp - 67 - vào nhiều hay Phân nạp vào hầm biogas cần phối trộn với nước với tỷ lệ thích hợp phân/nước 1/2 1/3 1/4 Đối với hệ thống hầm biogas kết hợp với hồ sinh hoc, để nâng cao hiệu xử lý chất thải hệ thống cần thiết phải nâng cao hiệu xử lý hồ cách: - Chăm sóc, thu don bèo hồ để diện tích bao phủ bèo khoảng 30% so với mặt hồ - Cần có phương án nạo vét bùn cho hồ tối thiểu năm/lần - Cần chia nguồn thải sau hầm biogas làm nhiều nhánh để đổ vào hồ Đối với hộ gia đình chăn nuôi lợn có sử dụng hầm biogas để xử lý chất thải tận dụng nguồn nước xả sau hầm biogas để tưới cho trồng vườn nhà ruộng, cách pha loãng với nước kênh mương với tỷ lệ 1:1 đến 1,5:1 Như vậy, tiết kiệm tiền phân bón góp phần xử lý nguồn nước thải - 68 - DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Xuân An (2007), Nguy tác động đến môi trường trạng quản lý chất thải chăn nuôi vùng Đông Nam Bộ, Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh [2] Trương Thanh Cảnh (2002), Mùi ô nhiễm không khí từ hoạt động chăn nuôi, ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP Hồ Chí Minh [3] Trương Thanh Cảnh (2002), Xử lý nước thải chăn nuôi heo keo tụ điện hóa, ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP Hồ Chí Minh [4] Trương Thanh Cảnh (2009), Sinh hóa mô trường, NXB Khoa học kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh [5] Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ phốt pho, NXB Khoa học Công nghệ, Hà Nội [6] Cục chăn nuôi, Ban quản lý hợp phần phát triển chương trình khí sinh học (BPMU) thuộc dự án QSEAP-BD (2010), Tài liệu hướng dẫn lắp đặt, nghiệm thu, vận hành, bảo dưỡng công trình khí sinh học Composite, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Phạm Ngọc Đăng (2003), Môi trường không khí, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Tăng Văn Đoàn, Trần Đức Hạ (2004), Giáo trình sở kỹ thuật môi trường NXB Giáo dục (Tái lần thứ 3-2013) [9] Hoàng Kim Giao (2011), Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình, Tài liệu dùng để tập huấn cho Kỹ thuật viên khí sinh học [10] Đinh Hải Hà (2008), Giáo trình thực hành Hóa Môi trường, NXB ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp Hồ Chí Minh [11] Dương Thúy Hoa (2004), Hiệu xử lý nước thải sau hầm ủ biogas lò giết mổ lục bình, Luận văn Cao học, ĐH Cần Thơ - 69 - ... giá hiệu xử lý chất thải chăn nuôi lợn hầm biogas kết hợp hồ sinh học - Tìm cách sử dụng có hiệu nước thải sau xử lý hầm biogas - Đề xuất biện pháp nhằm nâng cao hiệu xử lý chất thải hệ thống hầm. .. thống hầm biogas kết hợp hồ sinh học  Hâm biogas composite hộ gia đình nghiên cứu  Hồ sinh học hộ gia đình nghiên cứu Hiệu xử lý chất thải hầm biogas, hầm biogas kết hợp hồ sinh học  Hiệu xử lý. .. giá hiệu xử lý hầm biogas hầm biogas kết hợp hồ sinh học 46 3.3.1 Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn số hầm biogas nghiên cứu 46 3.3.1.1 Tính chất nước thải