Đề xuất thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa tại thôn nhân lễ xã đông lạc huyện nam sách tỉnh hải dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Văn Tuyến ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ MỘT SỐ HỆ THỐNG BIOGAS CỦA CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ VỪA ĐỀ XUẤT, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ VỪA TẠI THÔN NHÂN LỄ, XÃ ĐỒNG LẠC, HUYỆN NAM SÁCH, TỈNH HẢI DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Đánh giá hiệu xử lý số hệ thống biogas trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa Đề xuất, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương” PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân hướng dẫn thực chép tác giả hay tổ chức nước Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nội dung trình bày đề tài! Hải Dương, ngày 08 tháng 12 năm 2010 Học viên Nguyễn Văn Tuyến LỜI CẢM ƠN! Lời tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân, người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tôi xin trân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học thầy, cô giáo Viện Khoa học Công nghệ môi trường - Trường đại học Bách khoa Hà Nội quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi q trình học tập, nghiên cứu làm luận văn Tôi bày tỏ lòng cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm quan trắc Phân tích mơi trường - Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Hải Dương tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tham gia khóa học giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Tôi xin trân thành cảm ơn đồng nghiệp học viên lớp cao học khóa 2008 - 2010 giúp đỡ, động viên tơi q trình học tập hồn thành luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè khuyến khích, giúp đỡ động viên tơi q trình học tập làm luận văn Hải Dương, ngày 08 tháng 12 năm 2010 Học viên Nguyễn Văn Tuyến DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT COD Nhu cầu ơxi hóa hóa học BOD Nhu cầu ơxi hóa sinh học DO Ơxi hịa tan TSS Tổng hàm lượng cặn lơ lửng WTO Tổ chức thương mại giới CVK Vật chất khô UASB Bể xử lý yếm khí có lớp cặn lơ lửng BIOGAS Khí sinh học KSH Khí sinh học HDPE Nhựa Polyethylene tỷ trọng cao GDP Tổng sản phẩm quốc nội BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường QCVN Quy chuẩn Việt Nam EM Chế phẩm sinh học VSV Vi sinh vật XNK Xuất nhập DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tình hình tiêu thụ thịt lợn giới Bảng 1.2: Sản lượng thịt lợn giới Bảng 1.3: Số lượng lợn chăn nuôi giới Bảng 1.4: Số lượng lợn chăn nuôi Việt Nam Bảng 1.5: Sản lượng thịt lợn Việt Nam Bảng 1.6: Bình quân sản lượng thịt lợn tính đầu người Việt Nam Bảng 1.7: Tỷ trọng chăn nuôi nông nghiệp Hải Dương Bảng 1.8: Số lượng lợn chăn nuôi Hải Dương 10 Bảng 1.9: Sản lượng thịt lợn xuất chuồng 10 Bảng 1.10: Lượng phân nước tiểu lợn thải 11 Bảng 1.11: Lượng phân lợn thải hàng năm 11 Bảng 1.12: Thành phần phân lợn 11 Bảng 1.13: Thành phần nguyên tố đa lượng phân lợn 12 Bảng 1.14: Lượng nước tiểu lợn thải hàng năm 13 Bảng 1.15: Thành phần hóa học nước tiểu lợn 13 Bảng 1.16: Triệu chứng thường thấy công nhân nuôi lợn 16 Bảng 1.17: Kết phân tích chất lượng nước mặt ao tự nhiên địa bàn xã Lai Vu, huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương 17 Bảng 1.18: Các loại chế phẩm khử mùi hôi chăn nuôi 21 Bảng 1.19: Giải pháp tổng hợp giảm thiểu ô nhiễm chăn nuôi lợn 22 Bảng 1.20: Kết đạt áp dụng giải pháp tổng hợp giảm thiểu ô nhiễm chăn nuôi lợn 23 Bảng 1.21: Mức giảm độ nhiễm khuẩn khơng khí chuồng ni 23 Bảng 1.22: Thành phần khí sinh học 36 Bảng 1.23: Lượng khí sinh học sinh từ phân lợn hàng năm 36 Bảng 1.24: Lượng tiết kiệm hàng năm nguồn lượng 37 Bảng 2.1: Các trang trại lựa chọn để khảo sát 49 Bảng 2.2: Quy mô chăn nuôi cơng trình KSH trang trại 50 Bảng 2.3: Chất lượng nước thải trước sau cơng trình KSH trang trại 50 Bảng 2.4: Điểm tối đa tiêu chí dùng để đánh giá cơng trình KSH 54 Bảng 2.5: Chấm điểm xếp loại cơng trình KSH khảo sát 71 Bảng 3.1 : Các cơng trình xây dựng trang trại 75 Bảng 3.2: Những nhu cầu trang trại 77 Bảng 3.3: Lựa chọn thơng số tính tốn hệ thống xử lý 80 Bảng 3.4: Kết tính tốn thời gian lưu nước thải hồ 87 Bảng 3.5: Kết tính tốn thời gian lưu nước thải hồ 89 Bảng 3.6: Khái tốn kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải 93 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Tấm cooling pad 19 Hình 1.2: Quạt hút công nghiệp 19 Hình 1.3: Mơ hình chuồng ni thơng thống tự nhiên 20 Hình 1.4: Mơ hình chuồng ni thơng thống kết hợp 21 Hình 1.5: Mơ hình bể kỵ khí UASB 29 Hình 1.6: Cơ chế trình xử lý nước thải hồ sinh học 31 Hình 1.7: Kỹ thuật tưới 35 Hình 1.8: Mơ hình cơng trình KSH kiểu nắp ……………………….….…….…… 43 Hình 1.9: Túi ủ nylon ………………………………………………………………… … 43 Hình 1.10: Mơ hình cơng trình KSH kiểu VACVINA cải tiến …………….………… 44 Hình 1.11: Mơ hình cơng trình KSH kiểu TG – BP 45 Hình 1.12: Mơ hình cơng trình KSH kiểu KT1, KT2 46 Hình 1.13: Mơ hình cơng trình KSH kiểu KT31 46 Hình 2.1: Mơ hình cơng trình KSH dạng vịm cầu nắp cố định kiểu KT1 55 Hình 2.2: Cơng trình KSH kiểu KT1 Trang trại Quỳnh Phương, Hưng Đạo - Tứ Kỳ - Hải Dương …………………………………………………………………………… 56 Hình 2.3: Mơ hình cơng trình KSH vịm cầu nắp cố định kiểu KT31 59 Hình 2.4: Cơng trình KSH kiểu KT31 Trang trại Đan Hồi, Đan Hồi - Đan Phượng - Hà Nội …………………………………………………………………….…… 59 Hình 2.5: Sơ đồ công nghệ biogas dạng nhiều ngăn nắp kín 61 Hình 2.6: Cơng trình KSH dạng nhiều ngăn nắp kín Cơng ty CP XNK Hà Nam 62 Hình 2.7: Mơ hình cơng trình KSH dạng hồ phủ bạt HDPE 64 Hình 2.8: Cơng trình KSH dạng hồ phủ bạt HDPE Trang trại Hòa Hội 1, Xuân Lộc, Bà Rịa – Vũng Tàu ……………………………………………………….………… 64 Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ biogas dạng hồ phủ bạt HDPE 65 Hình 2.10: Mơ hình cơng trình KSH dạng ống 68 Hình 2.11: Các thiết bị sử dụng khí sinh học 72 Hình 2.12: Mơ hình phân phối sử dụng khí sinh học 72 Hình 2.13: Máy phát điện hỗn hợp dầu + khí sinh học Trang trại Hịa hội 73 Hình 3.1: Quy trình chăn ni lợn trang trại 76 Hình 3.2: Sơ đồ xử lý chất thải chăn nuôi 79 Hình 3.3: Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi lợn 81 MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ngành chăn nuôi giới chiếm khoảng 70% diện tích đất nơng nghiệp 30% diện tích đất tự nhiên (khơng kể diện tích bị băng bao phủ) đóng góp khoảng 40% tổng GDP nơng nghiệp tồn cầu, giải việc làm cho 1,3 tỷ người [41] Sản phẩm chủ yếu ngành chăn nuôi thịt, trứng sữa, thịt sản phẩm có sản lượng cao nhất, đạt 280,9 triệu vào năm 2008 (thịt lợn chiếm 36%) [35] Trong năm tới, phát triển ngành chăn nuôi giới diễn chủ yếu nước phát triển sản lượng mức tiêu thụ sản phẩm chăn ni tính đầu người nước cịn thấp so với nước phát triển (bình quân mức tiêu thụ thịt nước phát triển 82,9 kg/người/năm, nước phát triển 31,1 kg/người/năm [35]) Ở Việt Nam, với phát triển nhanh kinh tế năm vừa qua nhu cầu thực phẩm người tiêu dùng ngày tăng, song sản phẩm chăn nuôi chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng nước Trước đây, phương thức chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình khuyến khích phát triển với mục đích giải cơng ăn việc làm cho nhiều lao động nhàn rỗi địa phương góp phần xóa đói giảm nghèo vùng nơng thơn Đến nay, phương thức chăn ni cịn tồn đáp ứng đến 60% nhu cầu tiêu dùng nước đóng góp đến 70% thu nhập người nghèo [24] Tuy vậy, trước cạnh tranh ngày lớn chất lượng giá thành sản phẩm chăn nuôi thị trường nước, ngành chăn nuôi nước ta đứng trước vấn đề cần giải như: nâng cao chất lượng giống, nhập lai tạo giống bên cạnh bảo tồn phát huy ưu điểm giống địa, đại hóa quy trình chăn ni, quy trình chế biến, đảm bảo tiêu chuẩn nước quốc tế vệ sinh thực phẩm Để giải vấn đề đưa ngành chăn nuôi nước ta bước phát triển, đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng nước hướng tới xuất khẩu, tăng tỷ trọng chăn ni nơng nghiệp, góp phần đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa nơng nghiệp, nơng thơn, Đảng Chính phủ ban hành nhiều sách, văn pháp luật nhằm khuyến khích, hỗ trợ ngành chăn nuôi như: Quyết định số 225/199/QĐ-TTg ngày 10/12/1999, Quyết định số 17/2006/QĐ-TTg ngày 29/01/2006 Chính phủ chương trình giống trồng, vật nuôi giống lâm nghiệp đến năm 2010; Nghị số 03/2000/NQ-CP ngày 02/02/2000 Chính phủ phát triển kinh tế trang trại Trên sở đó, hàng loạt trang trại chăn ni hình thành phát triển (tính đến năm 2008, nước có 17.635 trang trại chăn ni) Tỷ trọng chăn nuôi nông nghiệp nước ta tăng từ 22,4% năm 2003 lên 27% năm 2008 giải việc làm cho 10 triệu lao động [10] Ưu điểm chăn ni tập trung theo mơ hình trang trại, cơng nghiệp là: Tạo lượng hàng hóa lớn, có chất lượng đồng đều, giá thành hạ có sức cạnh tranh cao; có khả tiếp cận nguồn vốn ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào chăn ni; dễ kiểm sốt dịch bệnh có khả ứng dụng cơng trình xử lý môi trường Bên cạnh ưu điểm chăn ni tập trung có mặt trái như: Chi phí đầu tư lớn; thiệt hại kinh tế cao dịch bệnh xảy giá thị trường diễn biến theo hướng bất lợi; gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng chất thải phát sinh không xử lý, dẫn đến mâu thuẫn xã hội Đặc điểm chất thải chăn ni có chứa nhiều chất hữu cơ, vơ mầm bệnh nên thải vào môi trường chúng gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường khơng khí, mơi trường nước, mơi trường đất, ảnh hưởng tới môi trường sống khu dân cư ảnh hưởng đến kết sản xuất chăn ni Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, năm vừa qua, trang trại áp dụng số hệ thống biogas để xử lý chất thải chăn nuôi bước đầu đem lại hiệu định mặt kinh tế môi trường vừa giảm thiểu ô nhiễm vừa tạo nguồn lượng sinh học cung cấp cho sản xuất Tuy nhiên, hiệu xử lý tính khả thi kinh tế, kỹ thuật hệ thống biogas khác loại hình, quy mơ chăn ni, cần có đánh giá để tìm hệ thống thích hợp ứng dụng cho loại hình, quy mơ chăn ni, có trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa Hiện nay, phần lớn trang trại chăn nuôi tập chung vào việc thu khí sinh học để tận dụng cho sản xuất (phát điện, đun nấu…) chưa trọng đến xử lý triệt để nước thải sau hệ thống biogas nên tình trạng nhiễm mơi trường nhiều trang trại chăn nuôi diễn ra, gây xúc nhân dân Nguyên nhân chủ yếu chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý chi phí vận hành cịn cao, vượt khả nhiều trang trại, trang trại quy mô nhỏ Từ kết tính tốn bảng 3.5 trên, chọn thời gian lưu nước thải hồ ngày vào mùa đơng ngày vào mùa hè * Kích thước hồ Với thời gian lưu thể tích hồ 336 m3 vào mùa đơng 224 m3 vào mùa hè Chiều sâu hồ chọn để tính tốn phần H = m, tương ứng với diện tích hồ 168 m2 vào mùa đông 112 m2 vào mùa hè Để đáp ứng yêu cầu xử lý cho mùa đơng mùa hè, ta chọn thể tích hồ V = 336 m3 với chiều sâu H = m diện tích A = 168 m2 Kích thước hồ L x R x H = 28m x 6m x 2m Khi tính chiều cao bảo vệ hồ (chọn 0,5 m) kích thước xây dựng hồ L x R x H = 28m x 6m x 2,5m * Tính tuổi bùn Thời gian lưu bùn hoạt tính hồ thời gian lưu nước thải bằng: Đối với mùa đông θ = t = ngày; mùa hè θ = t = ngày * Tính lượng bùn hoạt tính sinh hồ hiếu khí Nồng độ bùn hoạt tính tính theo cơng thức sau: X = ( S − S ).Y + k d θ [19] Trong đó: S : giá trị BOD trước xử lý, 250 mg/l S: giá trị BOD sau xử lý, 60 mg/l Y: hệ số sinh trưởng cực đại, mg bùn hoạt tính/mg BOD tiêu thụ Giá trị Y dao động khoảng 0,4 – 0,8 Chọn Y = 0,6 θ: thời gian lưu bùn hoạt tính, ngày k d : hệ số phân hủy nội bào, 1/ngày Giá trị k d dao động khoảng 0,02 – 0,1 Chọn k d = 0,05 - Đối với mùa đông: X = (250 − 60).0,6 = 99,13 mg/l Tương ứng với lượng + 0,05.3 bùn sinh hồ là: P = X.Q = 99,13.112 = 11103 g/ngày = 11,103 kg/ngày - Đối với mùa hè: X = (250 − 60).0,6 = 103,64 mg/l Tương ứng với lượng bùn + 0,05.2 sinh hồ là: P = X.Q = 103,64.112 = 11607 g/ngày = 11,607 kg/ngày * Tính lượng ơxi cần cung cấp vào hồ 90 Lượng ơxi cần thiết để ơxi hóa hợp chất hữu hồ tính theo cơng thức sau: G = a.(S – S).Q + b.X.V (gO /ngày) [14] Trong đó: G : lượng ôxi cần thiết để ôxi hóa hợp chất hữu cơ, gO /ngày Q: lưu lượng nước thải vào hồ, 112 m3/ngày S : giá trị BOD trước xử lý, 250 g/m3 S: giá trị BOD sau xử lý, 60 g/m3 a: hệ số tiêu thụ ôxi nước, a = 0,9 – 1,5 b: hệ số tiêu thụ ôxi bùn X: Nồng độ bùn hoạt tính hồ, 99,13 mg/l V: Thể tích hữu ích hồ, 336 m3 Do nồng độ bùn X hồ nhỏ nên đại lượng b, X, V bỏ qua, lượng ơxi cần thiết để ôxi hóa hợp chất hữu hồ là: G0 = a.(S0 – S).Q = 1,5.(250 – 60).112 = 31920 (gO2 /ngày) = 31,92 (KgO2 /ngày) * Tính tốn thiết bị cung cấp ơxi Chọn bơm thổi khí ejector để cung cấp ơxi khơng khí cho hồ hiếu khí hoạt động Bơm thổi khí đặt theo chiều dọc hồ số lượng chọn theo lưu lượng bơm cho nước phun tới thành hồ đối diện (thường vận tốc phun nước > 30 mm/s) Cơng suất hịa tan ơxi vào nước thải bơm thổi khí nước thải 200C Ou = 5,5 gO /m3.m (tính theo gam ơxi m3 khơng khí, độ sâu m) Với hồ hiếu khí có chiều sâu H = m cơng suất hịa tan ơxi vào nước thải bơm thổi khí OU = Ou.H = 5,5.2 = 11 gO /m3 khơng khí Như vậy, lượng khơng khí cần cung cấp cho hồ hiếu khí ngày 2900 m3/ngày, tương ứng với 121 m3/h Chọn bơm thổi khí ejector có cơng suất 15 m3/h Các bơm lắp đặt với khoảng cách phía thành hồ hiếu khí Hồ thả bèo lục bình Hiện trang trại xây dựng hồ thả cá tích 1800 m3 với kích thước hồ sau: L x R x H = 40m x 30m x 2m Vì tận dụng hồ vào mục đích xử lý nước thải sau hồ hiếu khí nhằm loại bỏ cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơ, nitơ, phốt lại nước thải trước xả vào môi trường tiếp nhận Thời 91 gian lưu nước thải hồ 16 ngày, đủ để đảm bảo xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải vào nguồn tiếp nhận (QCVN 24:2009/BTNMT, loại A) Hồ hoạt động giống hồ sinh học tùy tiện Các thành phần tham gia vào trình xử lý bao gồm: Bèo lục bình, tảo, vi khuẩn, cá, tia xạ - Bèo lục bình có vai trị sau: Hấp thụ chất dinh dưỡng có hồ để tạo sinh khối; hấp thụ kim loại nặng; cung cấp O cho vi khuẩn động vật thủy sinh khác để hoạt động; dễ bèo nơi để vi khuẩn sinh sống phân hủy hợp chất hữu có nước - Tảo có vai trị sau: Hấp thụ chất dinh dưỡng có hồ để tạo sinh khối; cung cấp O cho vi khuẩn động vật thủy sinh khác để hoạt động; làm nguồn thức ăn cho cá - Cá có vai trị sau: Kiểm sốt lượng tảo phát triển hồ; tiêu thụ thức ăn hữu bùn cặn hoạt tính lơ lửng - Vi khuẩn có vai trị sau: Phân hủy hồn tồn hợp chất hữu lại nước thải; cung cấp thức ăn cho cá; cung cấp khí CO cho trình quang hợp tảo; phân hủy bùn cặn đáy - Tia xạ từ mặt trời có vai trị: Cung cấp lượng cho q trình quang hợp tảo bèo lục bình; tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh có nước hồ Tính tốn tận dụng nguồn khí sinh học vào sinh hoạt sản xuất Hiện trang trại sử dụng điện lưới để cung cấp cho hoạt động sản xuất sinh hoạt chưa ổn định sản xuất nguồn khí sinh học thu Tuy nhiên, thời gian tới trang trại vào sản xuất ổn định nhu cầu điện cho chiếu sáng, thơng thống chuồng ni, bơm nước đun nấu lớn (khoảng 580 KWh/ngày) Vì vậy, trang trại tận dụng nguồn khí sinh học thu từ cơng trình khí sinh học để phục vụ cho hoạt động trang trại Theo tính tốn phần trên, lượng khí sinh học sinh ngày V Biogas = 1040 m3/ngày, tương đương với sản lượng điện là: 1,25.V CH4 (KWh/ngày), V CH4 = (0,5 ÷ 0,7).V Biogas = 520 ÷ 728 m3/ngày Vậy sản lượng điện tạo từ khí sinh học ngày 650 ÷ 910 KWh/ngày Sản lượng điện đủ cung cấp cho hoạt động trang trại Để chuyển đổi khí sinh học thành điện năng, trang trại đầu tư máy phát điện biogas có cơng suất 20 KVA, chạy liên tục 16 giờ/ngày 92 Ngồi phần khí sinh học cung cấp cho bếp biogas để đun nấu phục vụ cho sinh hoạt cơng nhân III.2.4 Khái tốn kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải Khái tốn kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải trình bày cụ thể bảng 3.6 sau Bảng 3.6: Khái toán kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải STT Hạng mục ĐVT Số lượng Giá/ĐVT (VNĐ) Tổng giá (VNĐ) I Xây dựng cơng trình xử lý Rãnh thu gom nước m thải 250 400.000 100.000.000 Bể điều hòa 66 2.500.000 165.000.000 Hồ biogas m Hồ tùy tiện m3 Hồ hiếu khí m3 Hồ thả bèo lục bình m3 Nhân cơng Cơng Cộng I: Máy móc thiết bị xử lý Cái Bơm nước thải Q = m /h Bơm thổi khí ejector Cái Q = 15 m /h 400.000 500.000 500.000 500.000 150.000 1.966.800.000 336.000.000 168.000.000 900.000.000 150.000.000 3.785.800.000 7.000.000 14.000.000 16.000.000 144.000.000 HT HT 1 30.000.000 20.000.000 30.000.000 20.000.000 Bộ 40.000.000 120.000.000 Cái Bộ 3.000.000 4.000.000 6.000.000 12.000.000 II m3 Hệ thống điện Hệ thống ống dẫn, phụ kiện Máy phát điện biogas công suất 20 KVA Bếp biogas Bộ lọc khí sinh học 4917 672 336 1800 1000 Cộng II: 346.000.000 Tổng cộng I + II: VAT 10% 4.131.800.000 413.180.000 93 Tổng sau VAT 4.554.980.000 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Chăn nuôi lợn nước ta có xu hướng phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nước hướng tới xuất Bên cạnh lợi ích kinh tế - xã hội, hoạt động chăn nuôi lợn gây ô nhiễm môi trường nhiều khu vực nông thôn Để góp phần vào việc giảm thiểu nhiễm mơi trường từ chăn ni nói chung chăn ni lợn nói riêng, nhiều viện, trường đại học tổ chức quốc tế nghiên cứu ứng dụng thành cơng nhiều mơ hình xử lý chất thải chăn ni, đặc biệt mơ hình khí sinh học Hiện có nhiều loại cơng trình khí sinh học sử dụng nước ta song tập chung loại sau: Cơng trình khí sinh học dạng vịm cầu nắp cố định, cơng trình khí sinh học dạng nhiều ngăn nắp kín, cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE cơng trình khí sinh học dạng ống Kết khảo sát loại cơng trình khí sinh học khả xử lý mơi trường, khả thu khí sinh học tuổi thọ thiết bị số trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa cho thấy: - Hiệu xử lý môi trường công trình khí sinh học cao, cụ thể sau: 65 – 85% BOD ; 65 – 70% COD; 80 – 97% TSS - Hiệu thu khí tùy thuộc vào loại cơng trình, tình hình vận hành dao động khoảng 0,05 – 0,3 m3 khí/m3 bể Trong dạng hồ phủ bạt HDPE có hiệu thu khí cao nhất, dạng bể nhiều ngăn nắp kín có hiệu thấp Nhiều trang trại đủ khí sử dụng cho đun nấu thể tích bể phân hủy nhỏ, rị rỉ khí ngồi môi trường thiếu quan tâm đến bảo dưỡng, vệ sinh cơng trình - Về tuổi thọ cơng trình, tùy thuộc vào loại vật liệu xây dựng, chất lượng thi cơng, địa chất cơng trình thơng thường từ – năm cơng trình xây dựng gạch, – 10 năm cơng trình xây bê tơng cốt thép nhựa HDPE, 10 năm trở lên công trình làm vật liệu composite 94 Đánh giá cách tổng thể cơng trình khí sinh học dạng ống dạng vịm cầu nắp cố định có tính khả thi cao trang trại chăn nuôi quy mơ nhỏ vừa Cịn cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE có tính khả thi cao trang trại quy mô vừa lớn, có lượng nước thải lớn Kết khảo sát cho thấy chất lượng nước thải sau xử lý tất cơng trình khí sinh học cao tiêu chuẩn cho phép xả thải vào mơi trường, cần thiết phải có cơng trình xử lý để xử lý triệt để chất nhiễm có nước thải Cụ thể trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương, học viên thiết kế hệ thống xử lý hoàn chỉnh để xử lý nước thải chăn ni lợn trang trại bao gồm cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE, hồ sinh học tùy tiện, hồ sinh học hiếu khí nhân tạo hồ thả bèo lục bình Hệ thống xử lý hoạt động dựa khả phân hủy hợp chất hữu vi khuẩn khả hấp thụ chất dinh dưỡng, kim loại tảo bèo lục bình KIẾN NGHỊ Qua kết khảo sát loại cơng trình khí sinh học số trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa qua tính tốn hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa, học viên xin có số kiến nghị sau: - Áp dụng đa dạng phổ biến loại cơng trình khí sinh học có vào xử lý chất thải chăn nuôi Việt Nam nhằm giảm thiểu ô nhiễm mơi trường, tận thu lượng từ khí sinh học, tận dụng phụ phẩm bón cho trồng ni trồng thủy sản - Đối với trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa nên áp dụng loại cơng trình khí sinh học phổ biến bao gồm: Cơng trình khí sinh học dạng vịm cầu nắp cố định, cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE cơng trình khí sinh học dạng ống - Áp dụng hồ xử lý sinh học để xử lý nước thải sau cơng trình khí sinh học trang trại chăn nuôi Bên cạnh nỗ lực trang trại chăn ni quan quản lý nhà nước cần có biện pháp hỗ trợ giám sát việc thực áp dụng mơ hình xử lý chất thải chăn nuôi, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường khu vực chăn nuôi 95 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ch­¬ng I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CHĂN NI LỢN VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI I.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CHĂN NI LỢN I.1.1 Tình hình chăn nuôi lợn giới I.1.2 Tình hình chăn ni lợn Việt Nam Sự tăng trưởng Thị trường tiêu thụ Các phương thức chăn nuôi Mục tiêu, định hướng phát triển chăn nuôi trang trại, tập trung giai đoạn 2007 – 2015 I.1.3 Tình hình chăn ni lợn Hải Dương I.2 ĐẶC ĐIỂM CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 11 I.2.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn 11 Chất thải rắn 11 Chất thải lỏng 12 Khí thải 13 I.2.2 Các tác động môi trường chất thải chăn nuôi lợn 14 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí 14 Ơ nhiễm mơi trường đất 16 Ô nhiễm môi trường nước 17 I.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CỦA NGÀNH CHĂN NUÔI LỢN 18 I.3.1 Một số phương pháp giảm thiểu xử lý khí thải 18 Thơng thống chuồng trại 19 Sử dụng chế phẩm khử mồi hôi 21 Thu gom xử lý chất thải 22 Áp dụng tổng hợp phương pháp 22 I.3.2 Một số phương pháp giảm thiểu xử lý chất thải rắn 24 Thu gom khô bán cho người dân để nuôi cá bón cho trồng 24 Ủ làm phân hữu 24 Ủ bể biogas để tạo khí sinh học 25 I.3.3 Một số phương pháp giảm thiểu xử lý nước thải 26 Phương pháp học 26 Phương pháp hoá lý 26 Phương pháp hoá học 27 Phương pháp sinh học 27 a Phương pháp xử lý kị khí 27 b Phương pháp xử lý hiếu khí 30 c Hồ sinh học 31 d Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc 34 I.4 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 35 I.4.1 Tầm quan trọng việc phát triển lượng khí sinh học 35 I.4.2 Tình hình phát triển cơng nghệ khí sinh học giới 37 Trung Quốc 38 Ấn Độ 38 Thái Lan 39 Đức 40 I.4.3 Tình hình phát triển cơng nghệ khí sinh học Việt Nam 41 I.4.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng 41 I.4.3.2 Các loại cơng trình khí sinh học sử dụng Việt Nam 43 Loại nắp 43 Túi ủ nylon 43 Kiểu bể tự hoại có túi chứa khí tách riêng 44 Loại nắp cố định (có loại) 44 Công trình khí sinh học quy mơ lớn 46 Ch­¬ng II: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ MỘT SỐ HỆ THỐNG BIOGAS CỦA CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ VỪA 48 II.1 KHẢO SÁT CÁC TRANG TRẠI CHĂN NI LỢN CĨ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BIOGAS 48 II.1.1 Lựa chọn trang trại chăn nuôi lợn để khảo sát 48 II.1.2 Phương pháp nghiên cứu 49 II.1.3 Kết khảo sát 49 Quy mô chăn nuôi hệ thống biogas áp dụng 49 Kết phân tích chất lượng nước thải cơng trình khí sinh học 50 II.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG BIOGAS ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG TẠI CÁC TRANG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ VỪA Ở VIỆT NAM 51 II.2.1 ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC 51 II.2.1.1 Tiêu chí đánh giá 51 Hiệu xử lý môi trường 51 Hiệu kinh tế 51 Trình độ cơng nghệ 53 Phù hợp với điều kiện trang trại 53 II.2.1.2 Phương thức đánh giá cơng trình khí sinh học 54 II.2.1.3 Đánh giá cơng trình khí sinh học 54 Cơng trình khí sinh học dạng vịm cầu nắp cố định 55 Cơng trình khí sinh học dạng nhiều ngăn nắp kín 61 Cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE 63 Cơng trình khí sinh học dạng ống 68 II.2.1.4 Đánh giá tổng hợp cơng trình KSH quy mơ vừa khảo sát 71 II.2.2 ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ SỬ DỤNG KHÍ 72 Ch­¬ng III: ĐỀ XUẤT, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO TRẠNG TRẠI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ VỪA TẠI THÔN NHÂN LỄ, XÃ ĐỒNG LẠC, HUYỆN NAM SÁCH TỈNH HẢI DƯƠNG 74 III.1 VÀI NÉT GIỚI THIỆU VỀ TRANG TRẠI 74 III.1.1 Tên trang trại 74 III.1.2 Chủ trang trại 74 III.1.3 Vị trí địa lý trang trại 74 III.1.4 Hiện trạng hoạt động trang trại 74 Thời gian vào hoạt động sản xuất 74 Hiện trạng quy hoạch mặt 74 Quy mô chăn nuôi trang trại 76 Quy trình chăn ni lợn trang trại 76 Nhu cầu trang trại 77 Hiện trạng xử lý môi trường trang trại 77 III.2 ĐỀ XUẤT, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO TRẠNG TRẠI 78 III.2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi 78 Giai đoạn tiền xử lý 78 Giai đoạn xử lý kị khí 78 Giai đoạn xử lý hiếu khí 79 Giai đoạn xử lý bậc 79 III.2.2 Lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương 80 Căn lựa chọn 80 Lựa chọn hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi cho trang trại 80 a Các thông số đầu vào yêu cầu xử lý 80 b Lựa chọn hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi 81 III.2.3 Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi cho trang trại 82 Song chắn rác 82 Bể điều hòa 82 Cơng trình khí sinh học dạng hồ phủ bạt HDPE 83 Hồ sinh học tùy tiện 85 Hồ sinh học hiếu khí nhân tạo 87 Hồ thả bèo lục bình 91 Tính tốn tận dụng nguồn khí sinh học vào sinh hoạt sản xuất 92 III.2.4 Khái toán kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC BẢNG TÍNH THỂ TÍCH BỂ ĐIỀU HỊA Thời gian (giờ) Lưu lượng thải phát sinh (m3/h) Lượng nước thải bể (m3/h) Lượng nước thải khỏi bể (m3/h) 28,012 4,666 23,346 4,666 18,680 4,666 14,014 4,666 9,348 4,666 4,666 4,666 37,3 37,330 4,666 18,7 51,334 4,666 46,668 4,666 10 42,002 4,666 11 37,336 4,666 12 32,670 4,666 13 28,004 4,666 14 23,338 4,666 15 18,672 4,666 16 37,3 51,336 4,666 17 18,7 65,340 4,666 18 60,674 4,666 19 56,008 4,666 20 51,342 4,666 21 46,676 4,666 22 42,010 4,666 23 37,344 4,666 24 32,678 4,666 Bằng biện pháp cân đối lượng nước vào khỏi bể lượng nước lưu lại bể theo ngày với giả thiết tần suất vệ sinh chuồng nuôi lần/ngày thời gian lần vệ sinh 1,5 Từ bảng cho thấy bể tích bể điều hịa cần thiết V = 65,34 m3 (Chọn 66 m3) TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] – Bộ Giáo dục Đào Tạo – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội (2009), Báo cáo khoa học Hội thảo chất thải chăn nuôi – Hiện trạng giải pháp [2] – Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn – Cục chăn nuôi (2007), Báo cáo tổng kết chăn nuôi trang trại, tập trung giai đoạn 2001 – 2006, định hướng giải pháp phát triển giai đoạn 2007 - 2015 [3] – Bộ Nông nghiệp Phát triển nơng thơn – Cục chăn ni (2006), Tình hình chăn nuôi lợn giai đoạn 2001 – 2005 định hướng phát triển giai đoạn 2006 – 2010 2015 [4] – Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn – Văn phịng dự án khí sinh học Trung ương (2010), Báo cáo tổng hợp dự án khảo sát đánh giá loại mơ hình khí sinh học quy mơ vừa [5] – Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thơn – Cục chăn ni (2009), Báo cáo tình hình sản xuất chăn nuôi năm 2008 định hướng phát triển năm 2009 [6] – Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn – Cục chăn nuôi (2010), Báo cáo tình hình chăn ni tiêu thụ thịt lợn, lợn giống tháng đầu năm 2010 số biện pháp đẩy mạnh tiêu thụ, tái đàn sau dịch tai xanh [7] – Chi cục thống kê tỉnh Hải Dương, Niên giám thống kê tỉnh Hải Dương năm 2009, Nhà xuất thống kê [8] – Dự án chương trình khí sinh học cho ngành chăn ni Việt Nam (2007), Tài liệu tập huấn kỹ thuật viên khí sinh học [9] – Sở Nông nghiệp Phát triển nông thơn Hải Dương (2007), Báo cáo tóm tắt quy hoạch sản xuất nông nghiệp tỉnh Hải Dương đến năm 2015 định hướng đến năm 2020 [10] – Tổng cục thống kê, Niên giám thống kê năm 2008, Nhà xuất thống kê [11] – Tổng cục thống kê, Niên giám thống kê năm 2009, Nhà xuất thống kê [12] – Trung tâm Quan trắc Phân tích mơi trường Hải Dương (2009), Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án Trang trại kinh tế nông nghiệp [13] – Trường Đại học nông lâm TP Hồ Chí Minh – Khoa Nơng học, Giáo trình phân bón hữu [14] – Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [15] – Nguyễn Quang Khải (2009), Thiết bị khí sinh học KT1 KT2, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ [16] – Nguyễn Quang Khải (2008), Thiết bị khí sinh học KT31, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ [17] – Nguyễn Quang Khải (2009), Thiết bị khí sinh học quy mô lớn, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Cơng nghệ [18] – Trịnh Xn Lai (2000), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [19] – Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học, Nhà xuất giáo dục Hà Nội [20] – Nguyễn Thị Thu Hà (2008), Nghiên cứu xử lý nước thải trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III phương pháp lọc sinh học kị khí, Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh [21] – Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), Nghiên cứu tiêu nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi heo tập trung áp dụng số biện pháp xử lý, Luận án phó tiến sỹ Khoa học nơng nghiệp, Đại học Nơng lâm thành phố Hồ Chí Minh [22] – Lê Anh Tuấn (2005), Thiết kế định hình mẫu nhà vệ sinh nông thôn, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ [23] – Phùng Thị Vân, Phạm Sỹ Tiệp, Nguyễn Văn Lục, Nguyễn Giang Phúc, Trịnh Quang – Viện chăn ni (2005), Xây dựng mơ hình chăn nuôi lợn nông hộ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nâng cao suất chăn nuôi [24] – PGS.TS Lê Thanh Hải (2010), “Phát triển ngành chăn nuôi – Một lợi nông nghiệp nước ta”, Tạp chí Cộng sản, số (201) [25] – Nguyễn Thạc Hoà, Nguyễn Ngọc Lương, Lê Thị Nguyên, Lê Thị Tám (2007), Kết đánh giá trạng môi trường chuồng ni tình hình xử lý chất thải sở chăn nuôi tập trung Bộ môn sinh lý, sinh hố vật ni, Viện chăn ni [26] – TS Nguyễn Thanh Sơn, TS Nguyễn Quế Côi (2006), Chăn nuôi lợn trang trại, Nhà xuất Lao động – Xã hội [27] – Nguyễn Gia Lượng, Nguyễn Quang Khải (2005), “Tình hình phát triển cơng nghệ khí sinh học Việt Nam”, Tạp chí chăn ni, số [28] – Vũ Đình Tơn, Lại Thị Cúc, Nguyễn Văn Duy (2008), “Đánh giá hiệu xử lý chất thải bể biogas số trang trại chăn nuôi lợn vùng đồng sơng Hồng”, Tạp chí Khoa học Phát triển – Trường Đại học nông nghiệp Hà Nội, tập VI, số 6: 556 – 561 TÀI LIỆU TIẾNG ANH [29] – Dobelmann, J.K (2006), “Biogas in Europe – A General Characterisation, An integrated approach for biogas production with agricultural waste”, Germany [30] – FAO 2005, World Food Outlook [31] – FAO 2006, World Food Outlook [32] – FAO 2007, World Food Outlook [33] – FAO 2008, World Food Outlook [34] – FAO 2009, World Food Outlook [35] – FAO 2009, Webmaster [36] – Honghua Wang (2005), Biogas plant in China – Status and Development, Master Thesis [37] – Wongkot Wongsapai, Poon Thienburanathum, Prasert Rerkkriengkrai (2006), Biogas Situation an Development in Thai Swine Farm, Thailand [38] – Implication of Biogas Potential in Thailand: The Case Study of Livestock Farm, 2008 [39] – India Country Profile on Animal Waste Management for Methane to Markets, 2006 [40] – Kelley J.Donham and Anders Thelin (2006), Agricultural Medicine Occupational and Environmental Health for the Health Professions, Blackwell publishing [41] – P.Rowlinson, M.Steele and A.Nefzaoui (2008), Livestock and Global Climate Change 2008, Proceedings International Conference, Hammamet, Tunisia [42] – United Nation ESCAP (2007), Recent development in Biogas Technology for Poverty reduction and Sustainable Development – United Nation ESCAP, Bejing SƠ ĐỒ VỊ TRÍ TRANG TRẠI KINH TẾ NƠNG NGHIỆP TẠI THƠN NHÂN LỄ, XÃ ĐỒNG LẠC, HUYỆN NAM SÁCH, TỈNH HẢI DƯƠNG (Trích lục từ Bản đồ hành tỉnh Hải Dương – Nhà xuất bản đồ năm 2009) Vị trí trang trại kinh tế nông nghiệp ... đoan đề tài “Đánh giá hiệu xử lý số hệ thống biogas trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa Đề xuất, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, ... chọn đề tài “Đánh giá hiệu xử lý số hệ thống biogas trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa Đề xuất, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, ... tìm hệ thống tối ưu mặt kinh tế, kỹ thuật xử lý môi trường để áp dụng vào thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa thôn Nhân Lễ, xã Đồng Lạc, huyện Nam Sách, tỉnh