Nghiên cứu khả năng xử lý và tuần hoàn nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm và Aquaponics trong điều kiện tỉnh Lào Cai

Trong những năm qua, ngành chăn nuôi nước ta phát triển nhanh, đạt được nhiều kết quả đáng ghi nhận và đáp ứng cơ bản nhu cầu thực phẩm ngày càng cao của xã hội. Năm 2017, giá trị sản xuất chăn nuôi ước đạt 230 ngàn tỷ đồng, tốc độ tăng trưởng cùng kỳ so với năm 2016 đạt khoảng 3,05%. Quy mô đàn tăng nhanh trên cả nước với khoảng 27,4 triệu con lợn, 385,5 triệu con gia cầm, 2.491,7 ngàn con trâu và 4.654,9 ngàn con tính đến 01102017 2. Tại Lào Cai, theo số liệu thống kê tháng 012018 của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng đàn gia súc của Lào Cai hiện có trên 150.000 con, tăng 7,3%; đàn lợn trên 500.000 con và gia cầm là 3.371.000 con, tăng 3,4% so với cùng kỳ năm 2016. 12 Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp về kinh tế, chăn nuôi cũng bộc lộ nhiều nhược điểm. Các trang trại chăn nuôi với mặt bằng hạn hẹp, không đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh và xử lý môi trường, chất thải và nước thải không được xử lý triệt để, thậm chí xả thẳng ra môi trường, ... đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, mỗi năm khối lượng chất thải từ chăn nuôi ra môi trường là khoảng 84,5 triệu tấnnăm, trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả (làm khí sinh học, ủ phân, nuôi trùn, cho cá ăn,…), còn lại 80% bị lãng phí và phần lớn thải ra môi trường, gây ô nhiễm.10 Một số biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi như: cơ học, lý hoá học, v.v. đã được tiến hành thử nghiệm trong thực tế. Tuy nhiên, việc áp dụng các biện pháp này tốn kém, yêu cầu kỹ thuật cao và tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm thứ sinh, vì vậy khó triển khai rộng rãi vào sản xuất. Xử lý và tái sử dụng nước thải sau xử lý đang là một hướng đi mới đầy triển vọng, giúp giải quyết hiệu quả bài toán “Làm thế nào để đảm bảo hiệu quả cả về môi trường và kinh tế trên cùng một hệ thống xử lý nước thải?”, đảm bảo cho sự phát triển bền vững của tương lai và đã được triển khai nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, tại Việt Nam nói chung và Lào Cai nói riêng, việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình này vào thực tế sản xuất còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong vấn đề xử lý ô nhiễm nước thải chăn nuôi. Xuất phát từ thực tế trên, tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý và tuần hoàn nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm và Aquaponics trong điều kiện tỉnh Lào Cai”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần giải quyết bài toán về cân bằng hiệu quả giữa xử lý môi trường và kinh tế trong chăn nuôi, cụ thể: vừa xử lý nước thải, bảo vệ nguồn nước và sức khỏe người lao động; đồng thời cung cấp các lợi ích thiết thực về kinh tế thông qua việc thu sinh khối từ mô hình Aquaponics. 1.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khả năng xử lý và tuần hoàn nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm và Aquaponics. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng mô hình xử lý nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm và Aquaponics. Xác định khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của mô hình.

Phần MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong năm qua, ngành chăn nuôi nước ta phát triển nhanh, đạt nhiều kết đáng ghi nhận đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày cao xã hội Năm 2017, giá trị sản xuất chăn nuôi ước đạt 230 ngàn tỷ đồng, tốc độ tăng trưởng kỳ so với năm 2016 đạt khoảng 3,05% Quy mô đàn tăng nhanh nước với khoảng 27,4 triệu lợn, 385,5 triệu gia cầm, 2.491,7 ngàn trâu 4.654,9 ngàn tính đến 01/10/2017 [2] Tại Lào Cai, theo số liệu thống kê tháng 01/2018 Sở Nông nghiệp Phát triển nông thôn, tổng đàn gia súc Lào Cai có 150.000 con, tăng 7,3%; đàn lợn 500.000 gia cầm 3.371.000 con, tăng 3,4% so với kỳ năm 2016 [12] Tuy nhiên, bên cạnh đóng góp kinh tế, chăn ni bộc lộ nhiều nhược điểm Các trang trại chăn nuôi với mặt hạn hẹp, không đảm bảo yêu cầu vệ sinh xử lý môi trường, chất thải nước thải khơng xử lý triệt để, chí xả thẳng môi trường, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Theo thống kê Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, năm khối lượng chất thải từ chăn nuôi môi trường khoảng 84,5 triệu tấn/năm, đó, khoảng 20% sử dụng hiệu (làm khí sinh học, ủ phân, ni trùn, cho cá ăn,…), cịn lại 80% bị lãng phí phần lớn thải môi trường, gây ô nhiễm.[10] Một số biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi như: học, lý - hoá học, v.v tiến hành thử nghiệm thực tế Tuy nhiên, việc áp dụng biện pháp tốn kém, yêu cầu kỹ thuật cao tiềm ẩn nguy gây ô nhiễm thứ sinh, khó triển khai rộng rãi vào sản xuất Xử lý tái sử dụng nước thải sau xử lý hướng đầy triển vọng, giúp giải hiệu toán “Làm để đảm bảo hiệu môi trường kinh tế hệ thống xử lý nước thải?”, đảm bảo cho phát triển bền vững tương lai triển khai nghiên cứu nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam nói chung Lào Cai nói riêng, việc nghiên cứu ứng dụng mơ hình vào thực tế sản xuất nhiều hạn chế, đặc biệt vấn đề xử lý ô nhiễm nước thải chăn nuôi Xuất phát từ thực tế trên, tiến hành thực nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả xử lý tuần hồn nước thải chăn ni sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm Aquaponics điều kiện tỉnh Lào Cai” Kết nghiên cứu đề tài góp phần giải tốn cân hiệu xử lý mơi trường kinh tế chăn nuôi, cụ thể: vừa xử lý nước thải, bảo vệ nguồn nước sức khỏe người lao động; đồng thời cung cấp lợi ích thiết thực kinh tế thông qua việc thu sinh khối từ mơ hình Aquaponics 1.2 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu khả xử lý tuần hồn nước thải chăn ni sử dụng kết hợp cơng nghệ bãi lọc ngầm Aquaponics 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mơ hình xử lý nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm Aquaponics - Xác định khả xử lý nước thải chăn ni mơ hình 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.4.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học - Vận dụng phát huy kiến thức học vào nghiên cứu - Nâng cao kiến thức, kĩ bố trí thí nghiệm phân tích tiêu nghiên cứu, rút kinh nghiệm thực tế phục vụ cho nghiên cứu sau - Nâng cao khả tự học, tự nghiên cứu tra cứu tài liệu - Bổ sung tư liệu cho học tập 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn sản xuất - Kết nghiên cứu đề tài mở hướng mới, đầy triển vọng cho nghiên cứu chuyên sâu công nghệ xử lý tuần hoàn nước thải, giải hiệu tốn mơi trường kinh tế, đảm bảo cho phát triển kinh tế bền vững đất nước nói chung tỉnh Lào Cai nói riêng Phần TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học 2.1.1 Các khái niệm * Môi trường: Luật Bảo vệ môi trường 2014, định nghĩa sau: “Môi trường bao gồm yếu tố tự nhiên vật chất nhân tạo bao quanh người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển người sinh vật”.[14] * Ô nhiễm môi trường nước: Là thay đổi thành phần chất lượng nước không đáp ứng cho mục đích sử dụng khác nhau, vượt tiêu chuẩn cho phép có ảnh hưởng xấu đến đời sống người sinh vật Nước tự nhiên tồn nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước sông hồ, tồn thể khơng khí, Nước bị nhiễm nghĩa thành phần tồn chất khác, mà chất gây hại cho người sống sinh vật tự nhiên Nước ô nhiễm thường khó khắc phục mà phải phịng tránh từ đầu.[14] * Ơ nhiễm mơi trường chăn ni: thay đổi bất lợi mơi trường khơng khí, mơi trường đất mơi trường nước hồn tồn hay đại phận hoạt động chăn nuôi, hoạt động nuôi trồng thủy sản người tạo nên Những hoạt động tác dụng trực tiếp, gián tiếp đến thay đổi mặt lượng, mức độ xạ, thành phần hóa học, tính chất vật lý, Những thay đổi tác động có hại đến người sinh vật trái đất [16] * Nước thải chăn nuôi: Nước thải chăn nuôi loại nước thải đặc trưng có khả gây nhiễm mơi trường cao có chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P VSV gây bệnh [16] 2.1.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi 2.1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải chăn nuôi Nguồn gốc phát sinh nước thải chăn nuôi chủ yếu từ: nước thải rửa chuồng, nước tiểu, dung dịch phân chuồng, Thành phần nguồn thải giầu chất dễ phân hủy sinh học như: carbonhydrate, protein, chất béo, Đây chất gây ô nhiễm nặng thường thấy trang trại chăn nuôi tập trung [19] 2.1.2.2 Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi - Các chất hữu vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu chiếm từ 70 đến 80%, gồm: Cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon dẫn xuất chúng, hầu hết chất hữu dễ phân hủy Các chất vô chiếm từ 20 đến 30%, gồm: Cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-, Trong trình phân hủy chất hữu cơ, điều kiện hiếu khí cho sản phẩm: CO2, H2O, NO2-, NO3-; điều kiện kị khí cho sản phẩm: CH4, N2, NH3, H2S, [16] - N P: Với xu hướng chăn nuôi chủ yếu thức ăn công nghiệp nay, việc sử dụng thức ăn đậm đặc với hàm lượng N P cao phổ biến Do vậy, nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N P cao Hàm lượng N tổng số nước thải chăn nuôi thường dao động từ 571 1026 mg/l, hàm lượng photpho từ 39 - 94 mg/l [10] - Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi không chứa chất độc hại nước thải ngành công nghiệp khác chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán, điển hình nhóm vi trùng đường ruột với genus như: E.Coli, Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona, Trứng giun sán nước thải với loại điển hình là: Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski, phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau - 28 ngày nhiệt độ khí hậu nước ta tồn - tháng Nhiều loại mầm bệnh có khả xâm nhập vào mạch nước ngầm B.anthracis, Salmonella, E.Coli, [10] Bảng 2.1 Thành phần hóa học nước thải chăn nuôi lợn [16] STT Đặc tính Vật chất khơ NH4-N Nt Tro Urea Cacbonates pH Đơn vị g/kg g/kg g/kg g/kg mmol/l g/kg Giá trị 30,9 – 35,9 0,13 – 0,40 4,90 – 6,63 8,5 – 16,3 123 - 196 0,11 – 0,19 6,77 – 8,19 Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi lợn [10] STT Đặc tính Độ màu Độ đục BOD5 Đơn vị Pt-CO mg/l mg/l Giá trị 350 - 870 420 - 550 3500 - 8900 STT Đặc tính Đơn vị Giá trị COD mg/l 5000 - 12000 SS mg/l 680 - 1200 Pt mg/l 36 - 72 Nt mg/l 220 - 460 Dầu mỡ mg/l - 58 2.1.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn ni * Phương pháp hóa lý: Nước thải chăn ni cịn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó tách phương pháp học thơng thường tốn nhiều thời gian hiệu khơng cao Vì vậy, ta áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng gồm: phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn, kết hợp với polyme trợ keo tụ để tăng trình tụ keo Theo nghiên cứu Trương Thanh Cảnh (2001) trại chăn nuôi lợn 2/9, phương pháp keo tụ tách 80 - 90 % hàm lượng chất lơ lửng có nước thải chăn ni lợn Tuy nhiên chi phí xử lý cao Áp dụng phương pháp để xử lý nước thải chăn nuôi không hiệu mặt kinh tế [13] * Phương pháp xử lý sinh học: Phương pháp dựa hoạt động vi sinh vật có khả phân hủy chất hữu Các vi sinh vật sử dụng chất hữu chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế cơng trình khác nhau; phụ thuộc vào khả tài chính, diện tích đất mà người ta sử dụng hồ sinh học hay bể nhân tạo để xử lý [13] * Các hệ thống xử lý nhân tạo phương pháp sinh học: - Xử lý theo phương pháp hiếu khí: + Bể aeroten thơng thường; + Bể aeroten xáo trộn hồn tồn; + Bể aeroten mở rộng; + Mương oxy hóa; + Bể hoạt động gián đoạn (SBR); + Tháp lọc sinh học; + Tháp lọc sinh học nhỏ giọt; + Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC) - Xử lý theo phương pháp kỵ khí: + Bể xử lý lớp bùn kỵ khí với dịng nước từ lên (UASB); + Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc; + Bể lọc kỵ khí; + Bể phản ứng có dòng nước qua lớp cặn lơ lửng lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định * Các hệ thống xử lý tự nhiên phương pháp sinh học - Hồ sinh học: + Hồ hiếu khí; + Hồ làm thống tự nhiên; + Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo; + Cánh đồng tưới; + Vùng đất ngập nước (bãi lọc ngầm trồng - Constructed Wetland) 2.1.2.4 Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam Phương pháp xử lý nước thải áp dụng chủ yếu trang trại chăn nuôi bể biogas Việc sử dụng hầm biogas để xử lý nước thải chăn nuôi lợn làm giảm đáng kể nồng độ chất ô nhiễm Trung bình, COD giảm 84,7%, BOD5 giảm 76,3%, SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%, TKN giảm 11,8%, T-P giảm 7,0% Fecal coliform giảm 51,2% Tuy nhiên, nồng độ chất nhiễm nước thải đầu cịn cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009/BTNMT, cột B, TCN 678 - 2006), tiềm ẩn nguy gây phú dưỡng xả thải vào vực nước mặt [16] Bảng 2.3 Kết phân tích số tiêu vật lý, hố học nước thải chăn ni sau cơng trình khí sinh học Biogas [16] Chỉ tiêu Màu sắc Mùi COD BOD5 T-N T-P TDS DO TSS pH EC Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l ppm mg/l mg/l mS/m Kết Xanh đen Hôi 661,04 484,76 410,43 76,24 4259 0,46 850,68 7,96 8518 QCVN 40-20111(cột B) Không có mùi 150 50 40 100 5,5-9 - Qua bảng 2.3 ta thấy: Nước thải xử lý qua bể biogas hàm lượng chất hữu cơ, cặn bẩn cao, đặc biệt như: - BOD5 484,76 mg/l TCCP 50 mg/l, vượt TCCP 9,69 lần - COD 611,04 mg/l, TCCP 150 mg/l, vượt TCCP 4,1 lần - T-N 410,43 mg/l TCCP 40mg/l, vượt TCCP 10,26 lần - T-P 76,24 mg/l TCCP mg/l, vượt TCCP 12,7 lần - TDS 4259 ppm, hàm lượng cao so với nguồn nước mặt Nguồn nước thải sau biogas có mùi màu xám đen đặc trưng; độ dẫn diện EC nước cao (8518 mS/m) chứng tỏ nước thải chứa lượng lớn hợp chất hữu vô thành phần chứa anion cation có khả dẫn điện tốt nước Chỉ có tiêu pH nằm TCCP theo QCVN 40-2011/BTNMT với pH 7,96 Từ tất phân tích trên, ta thấy nước thải sau biogas xử lý bậc nồng độ cao chất ô nhiễm, chưa đạt 402011/BTNMT Do cần phải có biện pháp xử lý cấp để giảm bớt chất ô nhiễm trước xả môi trường 2.1.3 Tổng quan bãi lọc ngầm 2.1.3.1 Khái niệm Bãi lọc ngầm (BL) hay gọi đất ngập nước kiến tạo (ĐNNKT) là: “Hệ thống thiết kế xây dựng vùng đất ngập nước việc xử lý nước thải hiệu hơn, giảm diện tích đặc biệt quản lý trình vận hành mức đơn giản” [1] Bãi lọc ngầm gần biết đến giới giải pháp công nghệ mới, xử lý nước thải điều kiện tự nhiên với hiệu suất cao, chi phí thấp ổn định, ngày áp dụng rộng rãi Ở Việt Nam, cơng nghệ thực chất cịn [1] 2.1.3.2 Các loại hình bãi lọc ngầm Có loại bãi lọc ngầm theo hình thức chảy: Loại dịng chảy tự mặt đất (Free surface flow) loại chạy ngầm đất (Subsurface slow) [1] a) Bãi lọc trồng ngập nước hay đất ngập nước có dòng chảy bề mặt (Surface flow wetland - SFW) Hệ thống mô đầm lầy hay đất ngập nước điều kiện tự nhiên Dưới đáy bãi lọc lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, rải lớp vải nhựa chống thấm Trên lớp chống thấm đất vật liệu phù hợp cho phát triển thực vật có thân nhơ lên khỏi mặt nước Dịng nước thải chảy ngang bề mặt lớp vật liệu lọc Hình dạng bãi lọc thường kênh dài hẹp, vận tốc dòng chảy chậm, thân trồng nhô lên bãi lọc điều kiện cần thiết để tạo nên chế độ thuỷ kiểu dịng chảy đẩy (plug-flow) [19] Hình 2.1 Bãi lọc trồng dòng chảy mặt b) Bãi lọc trồng dịng chảy ngầm hay đất ngập nước có dòng chảy bề mặt (Subsurface flow wetland) Hệ thống xuất gần biết đến với tên gọi khác như: Bãi lọc ngầm trồng (Vegetated submerged bed - VBS), hệ thống xử lý với vùng rễ (Root zone system), bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy (Rock reed filter) hay bể lọc vi sinh vật liệu (Microbial rock filter) Cấu tạo bãi lọc ngầm trồng gồm thành phần tương tự bãi lọc trồng ngập nước nước thải chảy ngầm phần lọc bãi lọc Dòng chảy phổ biến bãi lọc ngầm dòng chảy ngang Hầu hết hệ thống thiết kế với độ dốc 1% Bãi lọc ngầm trồng dòng chảy ngang có khả xử lý chất hữu rắn lơ lửng tốt, khả xử lý chất dinh dưỡng lại thấp, điều kiện thiếu oxy, kị khí bãi lọc khơng cho phép nitrat hoá amoni nên khả nãng xử lý nitơ bị hạn chế Xử lý phốtpho bị hạn chế vật liệu lọc sử dụng (sỏi, đá dăm) có khả hấp phụ [19] Hình 2.2 Bãi lọc trồng dòng chảy ngầm 2.1.4 Tổng quan Aquaponics 2.1.4.1 Khái niệm Thuật ngữ Aquaponics kết hợp từ Aquaculture (nuôi trồng thủy sản) Hydroponics (thủy canh) Aquaponics hệ thống canh tác đầy tiềm tương lai Việt Nam giới [4] 2.1.4.2 Đặc trưng Aquaponics Aquaponics kết hợp hai hệ thống: nuôi trồng thủy sản thủy canh Sự kết hợp mang lại lợi ích thiết thực tính độc đáo Aquaponics Đây hệ thống tuần hồn khép kín hồn hảo Aquaponics chứng nhận hữu nhiều nước [4] Một yếu tố vơ hình giữ vai trị quan trong hệ thống Aquaponics vi sinh vật Người sử dụng không cần phải bổ sung vi khuẩn cho hệ thống Aquaponics, tự phát triển giúp bạn vận hành hệ thống ổn định Các vi khuẩn phát triển mạnh bể cạn trồng (growbed) giúp chuyển hóa chất thải từ bể nuôi cá thành dạng dinh dưỡng phù hợp cho trồng phát triển Có hai loại vi khuẩn khác tham gia vào q trình chuyển hóa chất thải từ cá thành chất dinh dưỡng cho trồng Nitrosomonas chuyển hóa amonia thành nitrit Nitrit sau chuyển hóa thành 10 nitrate nhờ vi khuẩn Nitrobacter, lồi thực vật sau tiêu thụ nitrate để phát triển [5] Hình 2.3 Chu kỳ Nito mơ hình Aquaponics[4] 2.1.4.3 Cấu tạo chế hoạt động Aquaponics Hình 2.4 Cấu tạo mơ hình Aquaponics điển hình[5] 10 51 Hình 2b: Mơ hình thí nghiệm 51 52 Hình 3: Nước thải trước xử lý 52 53 Hình 5: Lấy mẫu nước thải trước sau xử lý 53 54 Hình 6a: Rau thu từ bồn trồng rau Aquaponics 54 55 Hình 6b: Cá thu từ Aquaponics sau 50 ngày nuôi (10/01-30/02/2018) 55 56 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN PHÂN HIỆU ĐHTN TẠI TỈNH LÀO CAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ MÃ SỐ: GV2017-06 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ VÀ TUẦN HỒN NƯỚC THẢI CHĂN NI SỬ DỤNG KẾT HỢP CÔNG NGHỆ BÃI LỌC NGẦM VÀ AQUAPONICS TRONG ĐIỀU KIỆN TỈNH LÀO CAI CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ThS LƯU THỊ CÚC 56 57 LÀO CAI - 2018 57 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN PHÂN HIỆU ĐHTN TẠI TỈNH LÀO CAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ MÃ SỐ: GV2017-06 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ VÀ TUẦN HOÀN NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG KẾT HỢP CÔNG NGHỆ BÃI LỌC NGẦM VÀ AQUAPONICS TRONG ĐIỀU KIỆN TỈNH LÀO CAI Chủ nhiệm đề tài: ThS Lưu Thị Cúc Những người tham gia: KS Đỗ Thị Hiên CN Đỗ Thanh Huyền CN Nguyễn Như Quân 58 59 LÀO CAI - 2018 59 MỤC LỤC Trang Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục đích nghiên cứu .2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu .2 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.4.1 Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn sản xuất Phần TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học .3 2.1.1 Các khái niệm 2.1.2 Tổng quan nước thải chăn nuôi .3 2.1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải chăn nuôi 2.1.2.2 Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi 2.1.2.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi 2.1.2.4 Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam 2.1.3 Tổng quan bãi lọc ngầm 2.1.3.1 Khái niệm 2.1.3.2 Các loại hình bãi lọc ngầm 2.1.4 Tổng quan Aquaponics 2.1.4.1 Khái niệm 2.1.4.2 Đặc trưng Aquaponics 2.1.4.3 Cấu tạo chế hoạt động Aquaponics .10 2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 11 2.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 11 2.2.1.1 Các nghiên cứu nước bãi lọc ngầm 11 2.2.1.2 Các nghiên cứu nước Aquaponics 13 2.2.1.3 Các nghiên cứu nước ngồi việc kết hợp mơ hình bãi lọc ngầm Aquaponics để xử lý nước thải 13 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 14 2.2.2.1 Các nghiên nước bãi lọc ngầm 14 2.2.2.2 Các nghiên nước Aquaponics 15 60 2.2.2.3 Các nghiên cứu nước việc kết hợp mô hình bãi lọc ngầm Aquaponics để xử lý nước thải 16 Phần 17 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .17 3.2 Địa điểm thời gian tiến hành 17 3.3 Nội dung nghiên cứu tiêu theo dõi .17 3.4 Phương pháp nghiên cứu .17 3.4.1 Phương pháp thiết kế mơ hình thí nghiệm 17 3.4.1.1 Nguyên, vật liệu làm mô hình thí nghiệm .17 3.4.1.2 Các thông số cần lưu ý thiết kế mơ hình thí nghiệm 18 3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 18 3.4.3 Phương pháp đánh giá chất lượng nước 18 3.4.4 Phương pháp tổng hợp so sánh 20 3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 20 Phần 21 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 21 4.1 Tính tốn, thiết kế xây dựng mơ hình thí nghiệm 21 * Các thông số cần lưu ý q trình thiết kế mơ hình thí nghiệm .21 4.1.1 Tính tốn thơng số kỹ thuật bãi lọc ngầm 21 4.1.2 Tính tốn thơng số kỹ thuật bể Aquaponics 21 4.2 Hiệu xử lý nước thải mơ hình nghiên cứu với cơng thức thí nghiệm khác 23 4.2.1 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào 23 4.2.2 Đánh giá khả xử lý nước thải cơng thức thí nghiệm 26 4.2.2.1 Khả xử lý BOD5 26 4.2.2.2 Khả xử lý COD .28 4.2.2.3 Khả xử lý Lân tổng số (T-P) 31 4.2.2.4 Khả xử lý Đạm tổng số (T-N) .33 4.2.2.5 Khả xử lý Coliform 36 4.2.2.6 Khả xử lý số tiêu Vật lý nước thải công thức thí nghiệm 39 4.2.2.7 So sánh hiệu xử lý nước thải cơng thức thí nghiệm 40 Phần 44 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44 5.1 Kết luận 44 5.2 Đề nghị 44 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 50 HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .50 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .65 62 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thành phần hóa học nước thải chăn ni lợn [16] Bảng 2.2 Tính chất nước thải chăn nuôi lợn [10] Bảng 2.3 Kết phân tích số tiêu vật lý, hoá học nước thải chăn ni sau cơng trình khí sinh học Biogas [16] .6 Bảng 3.1 Các loại vật liệu lọc sử dụng mô hình thí nghiệm .17 Bảng 3.2 Hệ động - thực vật sử dụng mơ hình thí nghiệm 17 Bảng 3.3 Các tiêu theo dõi phương pháp phân tích 19 Bảng 4.1 Kết phân tích chất lượng nước thải đầu vào 24 Bảng 4.2 Khả xử lý BOD5 cơng thức thí nghiệm 26 Bảng 4.3 Khả xử lý COD công thức thí nghiệm 28 Bảng 4.4 Khả xử lý T-P cơng thức thí nghiệm .31 Bảng 4.5 Khả xử lý T-N cơng thức thí nghiệm 33 Bảng 4.6 Khả xử lý Coliform cơng thức thí nghiệm 36 Bảng 4.7 Khả xử lý TSS công thức thí nghiệm 39 Bảng 4.8 Khả xử lý EC pH công thức thí nghiệm 39 Bảng 4.9 Khả xử lý màu mùi công thức thí nghiệm 40 63 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 Bãi lọc trồng dịng chảy mặt Hình 2.2 Bãi lọc trồng dòng chảy ngầm Hình 2.3 Chu kỳ Nito mơ hình Aquaponics[4] 10 Hình 2.4 Cấu tạo mơ hình Aquaponics điển hình[5] 10 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm .18 Hình 4.1 Mơ hình thí nghiệm 23 Hình 4.2 Khả xử lý BOD5 cơng thức thí nghiệm 28 Hình 4.3 Khả xử lý COD cơng thức thí nghiệm 31 Hình 4.4 Khả xử lý T-P công thức thí nghiệm .33 Hình 4.5 Khả xử lý T-N cơng thức thí nghiệm .36 Hình 4.6 Khả xử lý Coliform cơng thức thí nghiệm 39 Hình 4.7: Khả xử lý nước thải cơng thức thí nghiệm 42 64 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu BOD COD CV ĐNNKT DO LSD QCVN TCVN TSS T-N T-P TNMT Tiếng Anh Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand Coefficient of variation Tiếng Việt Nhu cầu oxy hóa sinh hóa Nhu cầu oxy hóa hóa học Hệ số biến động Đất ngập nước kiến tạo Dissolved Oxygen Oxy hòa tan Least significant difference Sai khác nhỏ National Technical Regulation on Qui chuẩn Việt Nam industrial wastewater Tiêu chuẩn Việt Nam Hàm lượng chất rắn lơ lửng Tổng đạm Tổng lân Tài nguyên - Môi trường Total Suspended Solids Total Nitrogen Total phosphorus Resources - Environment 65 ... cứu khả xử lý tuần hồn nước thải chăn ni sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm Aquaponics 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô hình xử lý nước thải chăn ni sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm. ..2 nước thải chăn nuôi sử dụng kết hợp công nghệ bãi lọc ngầm Aquaponics điều kiện tỉnh Lào Cai? ?? Kết nghiên cứu đề tài góp phần giải tốn cân hiệu xử lý môi trường kinh tế chăn nuôi, cụ... lý nước thải chăn nuôi công nghệ bãi lọc ngầm Tạp chí NN&PTNT tháng 9/2013, tr 32-37 17 Dư Ngọc Thành, 2013 Nghiên cứu Công nghệ bãi lọc ngầm trồng để xử lý nước thải chăn nuôi điều kiện tỉnh