Nghiên cứu công nghệ xử lý và tuần hoàn nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp mô hình đất ngập nước kiến tạo và mô hình aquaponics

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LƯU THỊ CÚC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TUẦN HỒN NƯỚC THẢI CHĂN NI SỬ DỤNG KẾT HỢP MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ MƠ HÌNH AQUAPONICS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LƯU THỊ CÚC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TUẦN HỒN NƯỚC THẢI CHĂN NI SỬ DỤNG KẾT HỢP MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ MƠ HÌNH AQUAPONICS Chun ngành: Khoa học mơi trường Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS DƯ NGỌC THÀNH THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc./ Tác giả luận văn Lưu Thị Cúc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực đề tài, nhận giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi nhất, ý kiến đóng góp lời bảo quý báu tập thể cá nhân trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên Đầu tiên xin chân thành cảm ơn sâu sắc TS Dư Ngọc Thành người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu đề tài hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình Ủy ban nhân dân thành phố Lào Cai, Công ty TNHH Giải pháp Kỹ thuật Truyền thông môi trường quan ban ngành khác có liên quan tạo điều kiện cho thu thập số liệu, thông tin cần thiết để thực luận văn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc tới giúp đỡ tận tình, q báu đó! Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn Lưu Thị Cúc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 3 Ý nghĩa đề tài Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Các khái niệm 1.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi 1.2.1 Khái niệm ô nhiễm môi trường chăn nuôi 1.2.2 Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi 1.2.3 Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi 1.2.4 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn 1.2.5 Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam 1.3 Tổng quan đất ngập nước kiến tạo 10 1.3.1 Khái niệm đất ngập nước kiến tạo 10 1.3.2 Các loại hình đất ngập nước nhân tạo 11 1.3.3 Cấu tạo đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm hay bãi lọc trồng dòng chảy ngầm (SSF) 13 1.4 Tổng quan Aquaponics 14 1.4.1 Khái niệm Aquaponics 14 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 1.4.2 Đặc trưng Aquaponics 14 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.4.3 Cấu tạo chế hoạt động mơ hình Aquaponics 16 1.4.4 Lợi ích sử dụng Aquaponics 16 1.5 Cơ sở khoa học nghiên cứu 17 1.5.1 Các nghiên cứu nước 17 1.5.2 Các nghiên cứu nước 24 Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 29 2.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 29 2.3 Nội dung nghiên cứu tiêu theo dõi 29 2.4 Phương pháp nghiên cứu 30 2.4.1 Phương pháp thiết kế mơ hình thí nghiệm 30 2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 34 2.4.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích 35 2.4.4 Phương pháp tổng hợp so sánh 37 2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 37 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 3.1 Điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu khu vực nghiên cứu 39 3.1.1 Vị trí địa lý 39 3.1.2 Thời tiết - Khí hậu 39 3.1.3 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu đến nghiên cứu 40 3.2 Hiệu xử lý nước thải mơ hình nghiên cứu với cơng thức thí nghiệm khác 42 3.2.1 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào 42 3.2.2 Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý công thức thí nghiệm 44 3.2.3 So sánh hiệu xử lý nước thải cơng thức thí nghiệm 51 3.3 Đánh giá hiệu kinh tế đề xuất giải pháp 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3.3.1 Tính tốn tổng thu cơng thức 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3.4.2 Tính tốn tổng chi phí đầu tư cơng thức 57 3.4.3 Hạch toán hiệu kinh tế cơng thức thí nghiệm 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 Kết luận 60 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học CV Coefficient of variation ĐNNKT Hệ số biến động Đất ngập nước kiến tạo DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan LSD Least significant difference Sai khác nhỏ National Technical Regulation Qui chuẩn Việt Nam QCVN on industrial wastewater TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSS Total Suspended Solids Hàm lượng chất rắn lơ lửng T-N Total Nitrogen Tổng đạm T-P Total phosphorus Tổng lân TNMT Resources - Environment Tài ngun - Mơi trường Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Việt Anh (2005), Xử lý nước thải sinh hoạt bãi lọc ngầm trồng dòng chảy thẳng đứng điều kiện Việt Nam, Trường Đại học Xây dựng Báo cáo trạng kinh tế - xã hội thành phố Lào Cai năm 2014 Nguyễn Văn Bá (2014), Nghiên cứu phát triển mơ hình Aquaponics cho hộ gia đình quận Cái Răng - Thành phố Cần Thơ, trường Đại học Tây Đô Trần Thị Ngọc Bích (2015), Aquaponic: mơ hình thủy sản kết hợp bền vững an toàn sinh học So sánh hiệu kinh tế hai mơ hình thủy sản kết hợp: cá lóc+ rau xà lách xoong cá điêu hồng + rau xà lách xoong - Trại thực nghiệm nước - Đại học Trà Vinh, Đại học Trà Vinh Công nghệ tận dụng xơ dừa (2012), Tạp chí STINFO Số 1&2/2013 Demetre Xanthoulis, Trần Đức Hạ (2008) Giáo trình xử lý nước thải chi phí thấp Hồng Đàn (2007), Xử lý nước thải bãi lọc trồng cây, công nghệ đem lại nhiều lợi ích cho mơi trường, http/www.nea.gov.vn Nguyễn Thị Hồng, Phạm Khắc Liệu, "Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn hầm Biogas quy mô hộ gia đình Thừa Thiên Huế", Tạp chí Khoa học Đại học Huế tập 73 Châu Minh Khải, Nguyễn Văn Chí Dũng, Châu Thị Nhiên (2012), "Khả xử lý nhiễm đạm, lân hữu hòa tan nước thải ao ni cá tra lục bình (Eichhorina Crassipes) cỏ Vetiver (Vetiver Zizanioides)", Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ 2012:21b, tr151-160 10 Trịnh Xuân Lai (2000), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn thải, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 Nguyễn Thị Thảo Nguyên, Lê Minh Long, Hans Brix, Ngô Thụy Diễm Trang (2012), "Khả xử lý nước nuôi thủy sản thâm canh hệ thống đất ngập nước kiến tạo", Tạp chí Khoa học 2012:24a, tr198-205 12 Viện chăn nuôi (2009), Báo cáo trạng môi trường chăn ni số tỉnh 13 Tạp chí STINFO (2015), Hydroponic Lettuce Gabriel Hoss How its made Discovery Hệ thống trồng rau kết hợp nuôi cá tự động Aquaponics 14 Dư Ngọc Thành, Lưu Thị Cúc, Hoàng Văn Hùng, "Xác định độ dẫn thủy lực số vật liệu lọc tải trọng thủy lực tối ưu xử lý nước thải chăn nuôi công nghệ bãi lọc ngầm", Tạp chí NN&PTNT tháng 9/2013 15 Dư Ngọc Thành (2013), Nghiên cứu Công nghệ bãi lọc ngầm trồng để xử lý nước thải chăn nuôi điều kiện tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên 16 Ngô Thụy Diễm Trang, GS TS Hans Brix, TS Denis Konnerup(2013), Cách tiếp cận việc sử dụng đất ngập nước kiến tạo xử lý nước thải ao cá thâm canh Đồng sông Cửu Long, Trường Đại học Cần Thơ 17 Triệu Tuấn (2015), Một số câu Hỏi - đáp hệ thống Aquaponics, aquanetviet.com 18 Triệu Thanh Tuấn (2015), Ý tưởng mơ hình trang trại sản xuất nơng nghiệp thông minh cho tương lai, aquanetviet.org Tiếng Anh 19 Aquaculture bioremediation and wastewater treatment (2011) Retrieved October 28, 2014, from http://www.daff.qld.gov.au/fisheries/research /research-projects/aquaculture-bioremediation-and-wastewater-treatment 20 Badgery-Parker, J (2002) Managing waste water from intensive horticulture: A wetland system (2nd ed., Vol DPI-381, Agnote) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn (Australia, Department of Primary Industry, Protected Cropping) Gosford Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 21 Bileen Wolmarans and Gideon H de Villiers: Start-up of a UASB effuent treatment plan on distellery wastewater, Water South Africa Vol.28 No.1 January 2002 22 Carole R Engle (2010), Anquaculture Economics acd Financing: Management and Analysis, University of Arkansas at Pine Bluff 23 Dayna Yocum, Wetlands, Science and Environmental Management, University Santa Barbara of California 24 DeWeerdt, S (2014, May/June) Is Local Food Better? Retrieved October 28, 2014, from http://www.worldwatch.org/node/6064 25 Rakocy, James E.; Bailey, Donald S.; Shultz, R Charlie; Thoman, Eric S (2013) Update on Tilapia and Vegetable Production in the UVI Aquaponic System (PDF) University of the Virgin Islands Agricultural Experiment Station 26 Greenway M (2003): Water Science and technology Vol 48 No2: 121-128 27 Jens Rjbye Schmidt and Birgitte Kiar Ahring (2002): Treatment of waste water (EPA) United States Environmental Protection Agency: Managing Manure with Biogas Recovery Systems Improved Performance at Competitive Costs 28 J Colt, J.E Huguenin Elsevier (2002/0, Design and Operating Guide for Aquaculture Seawater Systems: Second Edition 29 Somerville, C., Cohen, M., Pantanella, E., Stankus, A & Lovatelli, A (2014).Small-scale aquaponic food production Integrated fish and plant farming.(PDF) Food and Agriculture Organization of the United Nations ISBN 978-92-5-108532-5 ISSN 2070-7010 30 Turicos, A E., & Papenbrock, J (2014) Sustainable treatment of aquaculture effluents - What can we learn from the past for the future? Sustainability, 6, 836-856 doi: 10.3390/su6020836 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Phụ lục I: Giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp (QCVN 40 - 2011) STT Thông số Nhiệt độ Giá trị C Đơn vị A B C 40 40 pH - 6-9 5,5-9 Mùi - Độ mầu (Co-Pt pH = 7) - 50 150 BOD5 (20 C) mg/l 30 50 COD mg/l 75 150 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 Asen mg/l 0,05 0,1 Thuỷ ngân mg/l 0,005 0,01 10 Chì mg/l 0,1 0,5 11 Cadimi mg/l 0,05 0,01 12 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1 13 Crom (III) mg/l 0,2 14 Đồng mg/l 2 15 Kẽm mg/l 3 16 Niken mg/l 0,2 0,5 17 Mangan mg/l 0,5 18 Sắt mg/l 19 Thiếc mg/l 0,2 20 Xianua mg/l 0,07 0,1 21 Phenol mg/l 0,1 0,5 22 Dầu mỡ khoáng mg/l 10 23 Dầu động thực vật mg/l 10 20 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Khơng khó chịu Khơng khó chịu http://www.lrc.tnu.edu.vn STT Thơng số 24 25 26 27 Giá trị C Đơn vị A B Clo dư mg/l PCB mg/l 0,003 0,01 Hoá chất bảo vệ thực vật mg/l 0,3 mg/l 0,1 0,1 lân hữu Hoá chất bảo vệ thực vật Clo hữu 28 Sunfua mg/l 0,2 0,5 29 Florua mg/l 10 30 Clorua mg/l 500 1000 31 Amoni (tính theo Nitơ) mg/l 10 32 Tổng Nitơ mg/l 15 30 33 Tổng Phôtpho mg/l 34 Coliform 3000 5000 35 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,1 36 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 1,0 MPN/ 100ml Trong đó: - Cột A quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; - Cột B quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; - Thơng số Clorua không áp dụng nguồn tiếp nhận nước mặn nước lợ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 69 Phụ lục II: Hình ảnh Luận văn Hình 1: Nước thải đầu vào Hình 2a: Mơ hình thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 70 Hình 2b: Mơ hình thí nghiệm Hình 3: Hệ thực vật sử dụng nghiên cứu Hình 4: Hệ động vật sử dụng nghiên cứu (Cá rơ phi) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 71 Hình 5: Chuẩn bị thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 72 Phụ lục III: Các loại vật liệu để xây dựng mơ hình Số STT Danh mục ĐVT Bạt lót + Lưới mắt cáo m 2 Thùng nhựa to (làm bể cá) m 3 Bình tưới hoa Bịt 27 Bơm nước Bơm sục khí bể cá Bồn nhựa xám 8 Bông lọc kg Búa đinh 10 Bulong 10x120 11 Chõ bơm 27 12 Côn thu 27/21 13 Công vận chuyển chuyến 14 Cưa gỗ 15 Cút 21 10 16 Cút 27 20 17 Cút 42 18 Đai 90 10 19 Dao chặt 20 Đất màu m 21 Dây sục m 15 22 Dây thép kg 23 Đinh kg 1.2 24 Keo dán túyp 25 Khoá 21 26 Khoá 27 13 27 Lưỡi cưa sắt 28 Mũi khoan Ø0,5 cm 29 Mũi khoan Ø0,6 cm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN lượng 90 Ghi V = 300lít = 0,3 m Công suất 25 watt, đẩy cao 1,5 - 2,5 m Công suất watt Đinh 3, đinh 10 http://www.lrc.tnu.edu.vn 73 Số STT Danh mục ĐVT 30 Mũi khoan 13 lượng 31 Nở nhựa 35 32 Ống nhựa mềm m 33 Ống nhựa PVC lắp roăng m 15 34 Quả sục nhỏ 35 Ren xoáy 27 36 Rọ bơm 27 37 Sâu vít bịch 38 Sơ dừa bao 39 Tê 21 40 Tê 27 12 41 Thức ăn Cagrill cho cá rô phi bao 42 Thùng xốp 43 Thùng nhựa xanh 44 Viên đất sét nung kg 100 45 Vít +ống nhựa 46 Vít nở 47 Vợt cá 48 Các loại xơ, can, chai nhựa Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Ghi Ø1,3 cm Ø21, Ø27, Ø34 Ø42 V = 250l http://www.lrc.tnu.edu.vn 74 Phụ lục IV: Kết phân tích Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... NÔNG LÂM LƯU THỊ CÚC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TUẦN HỒN NƯỚC THẢI CHĂN NI SỬ DỤNG KẾT HỢP MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ MƠ HÌNH AQUAPONICS Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60... Đưa hướng công nghệ xử lý mơi trường: kết hợp xử lý tuần hồn nước thải, kết hợp việc đảm bảo lợi ích mơi trường (đất ngập nước kiến tạo) lợi ích kinh tế (Aquaponics) - Xử lý nước thải chăn ni,... phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn 1.2.5 Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam 1.3 Tổng quan đất ngập nước kiến tạo 10 1.3.1 Khái niệm đất ngập nước kiến tạo