Hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas bằng một số biện pháp vật lý và sinh học

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM VŨ TRÀ MY HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS BẰNG MỘT SỐ BIỆN PHÁP VẬT LÝ VÀ SINH HỌC Chuyên ngành: Chăn nuôi Mã số: 60.62.01.05 Người hướng dẫn khoa học: TS Hán Quang Hạnh PGS.TS Vũ Đình Tơn NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Trà My i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc TS Hán Quang Hạnh PGS TS Vũ Đình Tơn tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Chăn nuôi chuyên khoa, Khoa Chăn nuôi - Học viện Nông nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng Thí nghiệm Trung tâm, Trung tâm Giống Vật nuôi chất lượng cao – Học viện Nơng nghiệp Việt Nam gia đình ơng Đặng Đức Binh giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi mặt, động viên khuyến khích tơi hoàn thành luận văn./ Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Trà My ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Trích yếu luận văn viii Thesis abstract .x Phần Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Phần Tổng quan tài liệu 2.1 Khái niệm chất thảı chăn nuôı .3 2.2 Ảnh hưởng chất thảı vớı ngườı, vật nuôı môı trường .4 2.3 Xử lý chất thả hệ thống Bıogas 2.4 Các phương pháp xử lý chất thảı sau Bıogas 2.4.1 Các phương pháp vật lý .8 2.4.2 Các phương pháp hóa lý 2.4.3 Các phương pháp hóa học 11 2.4.4 Các phương pháp sinh học 13 2.4.5 Giới thiệu cỏ Vetiver 16 2.5 Các tıêu thông dụng đánh gıá mức độ ô nhıễm nước thảı 16 2.5.1 Các t vật lý 16 2.5.2 Các t hóa học 17 2.5.3 Các t v s nh vật 21 2.6 Nghıên cứu ngoàı nước chất thảı chăn nı lợn 22 2.6.1 Tình hình ngh ên cứu nước 22 2.6.2 Tình hình ngh ên cứu giới 23 iii Phần Nộı dung phương pháp nghıên cứu 25 3.1 Địa đıểm nghıên cứu 25 3.2 Thờı gıan nghıên cứu 25 3.3 Vật liệu nghiên cứu 25 3.4 Nộı dung nghıên cứu 25 3.5 Phương pháp nghiên cứu 25 3.5.1 Phương pháp đ ều tra tình hình chăn n xử lý chất thả trang trạ tạ huyện Văn G ang 25 3.5.2 Phương pháp đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas phương pháp kết hợp tạ mơ hình thực ngh ệm 26 3.5.3 Phương pháp đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vet ver rơm quy mơ phịng thí ngh ệm 27 3.5.4 Phương pháp xác định tiêu nghiên cứu 28 Phần Kết thảo luận 32 4.1 Khảo sát tình hình chăn nuôi xử lý chất thải số trang trại chăn nuôi lợn huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên .32 4.2 Kết xử lý chất thải sau biogas trại thực nghiệm 33 4.2.1 Hàm lượng BOD5 COD mẫu nước thải sau xử lý 33 4.2.2 Hàm lượng sunfua hòa tan nước thải sau xử lý 37 4.2.3 Hàm lượng Nitơ Phốt-pho nước thải mẫu rơm sau xử lý 38 4.2.4 Kim loại nặng nước thải trước biogas sau biogas 41 4.2.5 Coliform E.coli nước thải chăn nuôi 43 4.3 Khả xử lý nước thảı sau Bıogas cỏ vetıver rơm đıều kıện chậu thí nghıệm 44 4.3.1 Khả xử lý nước thải sau biogas cỏ vetiver 44 4.3.2 Hiệu xử lý nước thả rơm khô 54 Phần Kết luận kıến nghị 64 5.1 Kết luận 64 5.2 Đề nghı 65 ̣ Tàı lıệu tham khảo 66 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt C Chuồng TNC Thí nghiệm cỏ TNC1 Thí nghiệm cỏ TNC2 Thí nghiệm cỏ TNC3 Thí nghiệm cỏ TNR Thí nghiệm rơm TNR1 Thí nghiệm rơm TNR2 Thí nghiệm rơm TNR3 Thí nghiệm rơm VAC Vườn - Ao - Chuồng VC Vườn - Chuồng v DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Tình hình chăn ni xử lý chất thải trang trại 32 Bảng 4.2 Hàm lượng BOD5 (mg/l) mẫu nước thải sau xử lý 34 Bảng 4.3 Hàm lượng COD (mg/l) mẫu nước thải sau xử lý 34 Bảng 4.4 So sánh thay đổi hàm lượng BOD5 COD nước thải sau lắng lọc thủy sinh với nước thải sau biogas (%) 36 Bảng 4.5 Hiệu xử lý Sunfua hòa tan 38 Bảng 4.6 Sự thay đổi hàm lượng nitơ phốt- nước thải sau xử lý 39 Bảng 4.7 Hàm lượng nitơ phốt-pho rơm khô rơm sau ngâm bể lắng 40 Bảng 4.8 Hàm lượng Zn Cu nước thải sau xử lý 42 Bảng 4.9 Số lượng vi sinh vật nước thải sau xử lý 43 Bảng 4.10 Khả sinh trưởng cỏ Vetiver 44 Bảng 4.11 Khả sinh trưởng rễ cỏ Vetiver 46 Bảng 4.12 Sự thay đổ hàm lượng BOD5 nước lô thí ngh ệm (mg/l) 47 Bảng 4.13 Sự thay đổ hàm lượng COD nước lơ thí ngh ệm (mg/l) 50 Bảng 4.14 Sự thay đổ hàm lượng N tơ tổng số nước lơ thí ngh ệm (mg/l) 52 Bảng 4.15 Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ nước lơ thí ngh ệm (mg/l) 54 Bảng 4.16 Sự thay đổi hàm lượng BOD5 nước lơ thí nghiệm (mg/l) 55 Bảng 4.17 Sự thay đổi hàm lượng COD nước lơ thí nghiệm (mg/l) 57 Bảng 4.18 Sự thay đổi hàm lượng N tổng số nước lơ thí nghiệm (mg/l) 59 Bảng 4.19 Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ nước lơ thí ngh ệm (mg/l) 61 Bảng 4.20 Sự thay đổ hàm lượng N tổng số mẫu rơm sau kh xử lý qua tuần (g/kg VCK) 62 vi DANH MỤC HÌNH Hình 4.1 Hàm lượng BOD5 35 Hình 4.2 Hàm lượng COD 35 Hình 4.3 Sự thay đổi hàm lượng Nitơ Phốt nước thải sau xử lý 39 Hình 4.4 Sự thay đổi hàm lượng Cu Zn qua công đoạn xử lý 42 Hình 4.5 Tốc độ sinh trưởng chiều dài cỏ qua tuần trồng thí nghiệm 45 Hình 4.6 Tốc độ sinh trưởng chiều dài rễ cỏ qua tuần trồng thí nghiệm 46 Hình 4.7 Sự thay đổi hàm lượng BOD5 nước qua tuần trồng cỏ thí nghiệm 48 Hình 4.8 Sự thay đổi hàm lượng COD nước qua tuần trồng cỏ thí ngh ệm 51 Hình 4.9 Sự thay đổi hàm lượng Nitơ tổng số qua tuần trồng cỏ thí nghiệm 53 Hình 4.10 Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ qua tuần trồng cỏ thí nghiệm 54 Hình 4.11 Sự thay đổi hàm lượng BOD5 nước qua tuần xử lý rơm 56 Hình 4.12 Sự thay đổi hàm lượng COD nước qua tuần xử lý rơm 58 Hình 4.13 Sự thay đổi hàm lượng N tổng số nước qua tuần xử lý rơm 60 Hình 4.14 Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ nước qua tuần xử lý rơm 61 Hình 4.15 Sự thay đổi hàm lượng N tổng số rơm qua tuần xử lý 63 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Vũ Trà My Tên Luận văn: Hiệu xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas số biện pháp vật lý sinh học Ngành: Chăn nuôi Mã số: 60.62.01.05 Tên sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Mục đích ngh ên cứu đề tà nhằm đánh g h ệu xử lý nước thả chăn nuô sau b ogas kh áp dụng kết hợp b ện pháp vật lý (lắng lọc có bổ sung rơm) s nh học (chế phẩm EM thủy s nh vet ver) để từ đưa khuyến cáo b ện pháp hiệu quả, đơn giản, dễ áp dụng v ệc xử lý chất thả chăn nuô lợn sau b ogas Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực với nội dung bao gồm: 1) Đ ều tra tình hình chăn n xử lý chất thả trang trạ thực h ện phương pháp vấn 60 chủ trang trạ câu hỏ bán cấu trúc chuẩn bị sẵn Các trang trạ lựa chọn ngẫu nh ên theo mơ hình sản xuất khác để đ ều tra 2) Thiết kế mơ hình thực nghiệm xử lý chất thải biện pháp kết hợp bể biogas (20m3), bể lắng (8m3/bể) ao thủy sinh (200m2) trang trại thực nghiệm Bể lắng thứ có bổ sung rơm bể lắng thứ bổ sung chế phẩm vi sinh EM Ao thủy sinh có trồng bè cỏ vetiver Nước thải sau biogas chảy bể lắng thứ sang bể lắng thứ trước đổ xuống ao thủy sinh Mẫu nước thải lấy định kì hàng tuần để đánh giá chất lượng nước với số tiêu như: BOD5, COD, sunfua hòa tan, N tổng số, P tổng số, N-NH3, N-NO3, Cu, Zn, Coliform tổng số, E.coli Mẫu rơm sau nhúng lấy mẫu để xác định hàm lượng N tổng số, P tổng số, NNH3 có rơm 3) Để đánh giá hiệu xử lý nước thải sau biogas cỏ vetiver rơm, tiến hành bố trí thí nghiệm trồng cỏ nhúng rơm xơ (thể tích 40 lít) quy mơ phịng thí nghiệm Thí nghiệm trồng cỏ tiến hành theo phương pháp phân lô so sánh với lơ thí nghiệm (tương ứng với mức trồng cỏ 2,5g/l, 5g/l 10g/l) lô đối chứng Thí nghiệm sử dụng rơm để xử lý chất thải tiến hành theo phương pháp phân lô so sánh với lơ thí nghiệm (tương ứng với mức sử dụng rơm 1g/l, 2g/l 4g/l) lô đối chứng Mẫu nước thải lấy hàng tuần (trong tuần liên tục) để đánh giá chất lượng nước với tiêu BOD5, COD, hàm lượng N tổng số, hàm lượng amoni (N-NH4) Bên cạnh đó, tốc độ sinh trưởng rễ cỏ theo dõi hàng tuần Mẫu rơm lấy để phân tích hàm lượng N tổng số sau nhúng vào nước thải viii Kết kết luận Chăn nuô lợn Văn G ang, Hưng n chủ yếu phát tr ển theo mơ hình Vườn –Ao- Chuồng, Vường - Chuồng, Chuồng Các trang trạ có b ogas để xử lý chất thả (100% số trạ ) chưa có b ện pháp xử lý nước thả sau b ogas (Chỉ có 1014,28% số trang trại có bể ao lắng để dự trữ nước thải sau biogas B ện pháp kết hợp b ogas, bể lắng có bổ sung rơm EM ao thủy sinh trang trại thực nghiệm đạt hiệu xử lý cao với hàm lượng chất gây ô nhiễm giảm đáng kể qua bước xử lý hầu hết nằm giới hạn cho phép theo Quy chuẩn Việt Nam nước thải chăn nuôi năm 2016 Bộ Tài nguyên Môi trường (QCVN 62 -MT:2016/BTNMT) Sau tuần bổ sung rơm, tuần trổng cỏ vet ver tuần bổ sung chế phẩm EM, hàm lượng chất gây ô nh ễm bể lắng 1, bể lắng ao thủy s nh g ảm đáng kể với nước thải sau biogas.: + BOD5 g ảm 73,91%, 79,0%, 88,58% + COD giảm 27,39%, 58,69%, 84,48% + Hàm lượng n tơ tổng số, phốt-pho tổng số, đồng, kẽm nước thải ao thủy sinh giảm 69,8%, 54,57% , 88,5% 55,23% +Coliform tổng số g ảm 88,5% E.col g ảm 55,23% nước thải ao thủy sinh so vớ nước thả sau b ogas + Việc bổ sung rơm vật liệu lọc bể lắng làm tăng khả loại bỏ Nitơ, phốt khỏi nước thải sau biogas: Hàm lượng nitơ phốt-pho có rơm ngâm vào bể lắng cao gấp 2,01 lần 512,38 lần so với rơm đố chứng Cỏ vet ver rơm có h ệu cao v ệc xử lý nước thải chăn nuôi đ ều k ện mơ hình thí ngh ệm xơ + Cỏ vet ver s nh trưởng tốt kh trồng thủy canh nước thả : Sau tuần ch ều dà cỏ tăng lên 1,19 - 2,15 lần so vớ ban đầu, ch ều dà rễ tăng lên 8,6-13,7cm + Hàm lượng chất gây ô nh ễm nước sau kh trồng cỏ vet ver g ảm đ đáng kể Sau tuần, hàm lượng BOD5 g ảm 53,3% - 67,28%, so vớ 26,22% lô đố chứng Hàm lượng COD g ảm 48,64% - 62,93%, so vớ 27,96% lô đố chứng Hàm lượng N tơ g ảm 85,41-86,13% so vớ 68,15% lô đố chứng + Hàm lượng chất gây ô nh ễm nước sau kh nhúng rơm g ảm đ đáng kể qua tuần thí ngh ệm Sau tuần, hàm lượng BOD5 g ảm 79,38% - 79,77%, so vớ 45,31% lô đố chứng Hàm lượng COD g ảm 76,27% - 77,31%, so vớ 58,08% lô đố chứng Hàm lượng N tơ g ảm 68,79-77,82% so vớ 41,59% lô đố chứng ix Bảng 4.15 Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ nước lơ thí ngh ệm (mg/l) Lô ĐC Lô TNC1 Lô TNC2 Lô TNC3 Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD Ban đầu 0,46α±0,05 0,46α±0,02 0,46α±0,01 0,45α±0,04 0,9 Tuần 0,40a,αβ±0,03 0,36ab,β±0,01 0,32b,β±0,02 0,34b,β±0,01 0,007 Tuần 0,35βγ±0,01 0,34βγ±0,03 0,31β±0,02 0,32βγ±0,03 0,9 Tuần 0,32βγ±0,02 0,31βγ±0,03 0,30β±0,03 0,28βγ±0,01 0,31 γ γ β γ Tuần 0,30 ±0,04 0,28 ±0,01 0,29 ±0,02 0,25 ±0,05 P 0,003