Các nước ở Châu Á như Trung Quốc, Thái Lan… là những nước có ngành chăn nuôi công nghiệp lớn trong khu vực nên rất quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải từ chăn nuôi.
Nhiều nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra nhiều công nghệ xử lý nước thải như: Kỹ thuật lọc yếm khí, Kỹ thuật phân hủy yếm khí hai giai đoạn, Bể biogas tự hoại. Hiện nay ở Trung Quốc các bể Biogas tự hoại đã sử dụng rộng rãi. Bể biogas là một phần không thể thiếu trong các hộ gia đình chăn nuôi lợn vừa và nhỏ ở các vùng nông thôn, nó vừa giúp xử lý nước thải, giảm mùi hôi thối và tạo ra năng lượng.
HYPHI (hệ thống xử lý tốc độ cao kết hợp với hệ thống chảy nút): hệ thống HYPHI gồm có xô lắng, hệ thống chảy nút và bể UASB. Phân lợn được tách thành 2 đường, đường thứ nhất là chất thải lỏng có ít chất rắn tổng số, còn phần thứ hai là phần chất rắn với nồng độ chất rắn tổng số cao, kỹ thuật này đã được xây dựng cho các trại chăn nuôi lợn trung bình và lớn.
Một số tác giả Úc cho rằng chiến lược giải quyết vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi lợn là sử dụng kỹ thuật SBR (sequencing batch reactor – bể phản ứng
theo mẻ). Ở Ý loại nước thải giàu nitơ và photpho như nước thải chăn nuôi lợn thì các phương pháp xử lý thông thường không thể đạt được các tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng nitơ và photpho trong nước sau khi đã xử lý. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ ở Ý đưa ra ở hệ thống SBR có thể giảm 97% nồng độ COD, nitơ, photpho sau khi qua xử lý.
Rơm và các phụ phẩm cây trồng khác thường giàu lignin và cellulose và các nhóm chức năng gắn với lignin (như nhóm alcohols, aldehydes, ketones, carboxylic, phenolic). Các nhóm này ở một mức độ nào đó có khả năng giữ lại các kim loại nặng bằng cách cung cấp các cặp điện tử để tạo thành hợp chất với kim loại trong dung dịch (Pagnanelli et al., 2003 và Demirbas, 2008, dẫn theo Achanai Buasri et al., 2012).
Theo Saha (2003), thì rơm có chứa cellulose (32-47%), hemicellulose (19- 27%) and lignin (5-24%) (dẫn theo Achanai Buasri et al., 2012). Rơm cũng có một vài đặc tính với các nhóm chức năng ở trên bề mặt được dự đoán như là một chất hấp phụ với các vị trí có thể giữ lại kim loại ở trong nước (theo El- Sayed,2010, dẫn theo Achanai Buasri et al., 2012). Theo tác giả Achanai Buasri
et al. (2012) thì rơm có khả năng hấp phụ kim loại đồng (Cu) rất tốt với mức là 74.70 mg Cu2+ cho 1 g sinh khối rơm.
Nhận xét chung về công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ sinh học trên thế giới là áp dụng tổng thể và đồng bộ các thành tựu kỹ thuật lên men yếm khí, lên men hiếu khí, nhằm đáp ứng nhu cầu kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Trên cơ sở đó có thể đề xuất ra những giải pháp kỹ thuật phù hợp với từng điều kiện sản xuất cụ thể.
PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
+ Bộ môn Chăn nuôi chuyên khoa và phòng Thí nghiệm trung tâm, Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
+ Các trang trại chăn nuôi lợn ở huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên.
+ Trang trại của ông Đặng Đức Binh, thôn 12, xã Xuân Quan, huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Thời gian nghiên cứu: tháng 6/2016 – 5/2017.
3.3. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
- Nước thải sau biogas của mô hình chăn nuôi lợn thâm canh; - Rơm khô;
- Cỏ Vetiver; - EM.
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Điều tra tình hình chăn nuôi và xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas ở các trang trại chăn nuôi lợn tại huyện Văn Giang, Hưng Yên.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp kết hợp sử dụng bể lắng có bổ sung rơm khô, EM và hệ thống bè cỏ Vetiver tại trang trại thực nghiệm.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vetiver và phương pháp sử dụng rơm khô quy mô phòng thí ngh ệm.
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.5.1. Phương pháp điều tra tình hình chăn nuô và xử lý chất thả của các trang trạ tạ huyện Văn G ang
- Lựa chọn trang trại nghiên cứu là những trang trại chăn nuôi lợn đạt tiêu chí trang trại theo thông tư liên tịch, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số: 27/2011/TT-BNNPTNT, ngày 13 tháng 4 năm 2011, hướng dẫn tiêu chí để xác định kinh tế trang trại.
- Điều tra các trang trại chăn nuôi lợn bằng bộ câu hỏi bán cấu trúc tại huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên.
- Phân loại theo phương thức sản xuất của trang trại để phân tích kết quả.
3.5.2. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp kết hợp tạ mô hình thực ngh ệm bằng phương pháp kết hợp tạ mô hình thực ngh ệm
a. Chuẩn bị vật l ệu ngh ên cứu
Chuẩn bị cùng 1 loại rơm khô cho thí nghiệm tại trại thực nghiệm và thí nghiệm tại phòng thí nghiệm
Cỏ Vetiver được trồng từ hom tại khoa Chăn nuôi trong 3 tháng. Lựa chọn các cây phát triển tốt, đồng đều, đưa về trồng thủy canh trong dung dịch dinh dưỡng 2 tuần trước khi thí nghiệm. Sau đó tỉa lại cỏ sao cho chiều dài thân cách gốc 20cm và chiều dài rễ cách gốc 5cm, đưa vào thí nghiệm.
b. Bố trí thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm tại trại thực nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thí ngh ệm tạ trang trạ thực ngh ệm
Tiến hành xây dựng mô hình xử lý chất thải chăn nuôi tại trang trại gia đình ông Đặng Đức Binh như sau:
- Đối với bể biogas: Xây bể biogas theo kiểu bể gạch với thể tích khoảng 20m3 và 1 bể điều áp khoảng 10m3.
- Xây dựng hệ thống bể lắng gồm 2 bể có tổng thể tích khoảng 15m3. Bể lắng được thiết kế sao cho nước thải có thể chảy từ bể biogas vào bể lắng thông qua 1
BỂ BIOGAS
BỂ LẮNG 1
BỂ LẮNG 2
AO THỦY SINH
Bổ sung rơm khô với tỷ lệ 1 kg/m3
Thả bè cỏ Vetiver với tỷ lệ 5 kg/m3
rãnh nhỏ (rộng 30cm, sâu 30cm, dà 3m). Giữa 2 bể lắng có vị trí để cho nước thải có thể tràn từ bể sơ cấp sang bể thứ cấp. Bể được xây bằng gạch kiên cố, đáy bể và thành bể được trát cẩn thận sao cho nước thải không thể thấm ra ngoài.
Phương pháp ngâm rơm: Rơm khô (rơm tẻ) được bó lại rồi thả nổi trong bể lắng 1 nhằm mục đích giữ lại tối đa các chất rắn lơ lửng sau biogas, hạn chế lượng các chất ô nhiễm chảy ra ao thủy sinh và ra môi trường. Rơm sau khi hoai mục được vớt ra định kì, khoảng 1 tháng/lần.
- Xây dựng ao thủy sinh có diện tích khoảng 200m2. Ao được nạo vét, kè lại toàn bộ bờ để tránh sạt lở. Trong ao, tiến hành trồng hệ thống cây thủy sinh là các bè cỏ vetiver để hút chất thải. Nước ở bể lắng thứ cấp sẽ chảy tràn xuống ao.
* Phương pháp lấy mẫu
Mẫu nước lấy theo TCVN 4556-1988; lấy mẫu hàng tuần (1 lần/tuần) trong 4 tuần tại 4 vị trí: sau biogas, bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy sinh.
Mẫu rơm lấy 1 lần/tuần liên tục trong 4 tuần. Cách lấy: Lấy 100g mẫu đại diện, cố định bằng axit H2SO4 10% để phân tích N tổng số. Cố định bằng axit HNO3 10% để phân tích kim loại (Cu, Zn).
* Các chỉ tiêu phân tích
Mẫu nước phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD, sunfua hòa tan, N tổng số, P tổng số, Cu, Zn, N- NO3, N-NH4, Coliform và E.coli.
Mẫu rơm phân tích N tổng số, P tổng số, N-NH4
3.5.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vetiver và rơm quy mô phòng thí bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vetiver và rơm quy mô phòng thí ngh ệm
* Bố trí thí nghiệm
- Thí nghiệm bổ sung rơm vào nước thải:
Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp phân lô so sánh với 1 lô đối chứng và 3 lô thí nghiệm tương ứng với 3 mức tỷ lệ rơm khô lần lượt là 1g/lít, 2g/lít, 4g/lít. Mỗi lô được lặp lại 3 lần. Sử dụng xô nhựa có thể tích 40 lít để đựng nước thải. Mẫu nước sau biogas được khuấy trộn đồng đều rồi đổ đầy vào các xô.
- Thí nghiệm trồng cỏ vetiver để xử lý nước thải:
chứng và 3 lô thí nghiệm tương ứng với 3 mức tỷ lệ trồng cỏ Vetiver lần lượt là 2,5g/lít, 5g/lít, 10g/lít (tính theo khối lượng vật chất tươi của cỏ). Mỗi lô được lặp lại 3 lần. Sử dụng xô nhựa có thể tích 40 lít. Mẫu nước sau biogas được khuấy trộn đồng đều rồi đổ đầy vào các xô.
* Phương pháp lấy mẫu
- Mẫu nước lấy theo TCVN 4556-1988, mẫu được lấy tại các lô thí nghiệm và lô đối chứng 1 lần/tuần liên tục trong 4 tuần.
-Mẫu rơm:
+ Tuần 1 phân tích rơm nguyên liệu.
+ 3 tuần tiếp theo: mỗi tuần lấy toàn bộ rơm trong 1 xô ở tất cả các lô; cố định bằng axit H2SO4 10% để phân tích N tổng số.
* Các chỉ tiêu phân tích
Mẫu nước phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD, N tổng số, N-NH4. Mẫu rơm phân tích N tổng số.
Cỏ vet ver: Xác định s nh trưởng của cỏ thông qua sự tăng lên ch ều dà của lá và của rễ qua các tuần thí ngh ệm.
3.5.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu
3.5.4.1. Phương pháp xác định chất lượng nước
* Phương pháp xác định BOD5
Hàm lượng BOD5 được xác định theo TCVN 6001-1: 2008
+ Nguyên tắc: Đổ tràn mẫu vào một chai kín khí có thể tích xác định, ủ ở nhiệt độ xác định (200C) trong 5 ngày, trong điều kiện không có ánh sáng. Đo nồng độ oxy hòa tan trước và sau khi ủ mẫu và BOD5 được tính từ sự chênh lệch giá trị DO trước và sau khi ủ mẫu. Vì lượng oxy hòa tan ban đầu được xác định ngay sau khi pha loãng mẫu nên toàn bộ lượng oxy tiêu thụ sau phép đo được tính vào đo BOD5.
+ Lấy mẫu và bảo quản mẫu: Mẫu để phân tích BOD5 rất dễ bị phân hủy trong quá trình bảo quản giữa giai đoạn lấy mẫu và tiến hành phân tích mẫu, dẫn đến làm giảm giá trị BOD5. Để hạn chế, tiến hành phân tích mẫu ngay sau khi lấy mẫu hoặc làm lạnh mẫu đến gần nhiệt độ đóng băng trong suốt quá trình bảo quản. Tuy nhiên, bảo quản mẫu ở nhiệt độ thấp cũng nên phân tích mẫu càng sớm càng tốt. Trước khi phân tích đưa mẫu về nhiệt độ phòng.
+ Thiết bị: Dùng chai có thể tích 300 ml có nút thủy tinh mài miệng loe. Rửa sạch chai bằng xà phòng và sấy khô trước khi dùng.
Tủ ủ khí: khống chế nhiệt độ trong khoảng 200C. Hạn chế hoàn toàn ánh sáng chiếu vào mẫu để ngăn cản quá trình quang hóa sản sinh ra DO.
* Phương pháp xác định COD
Chỉ tiêu COD được phân tích bằng máy đo COD Vario: + Chuẩn bị mẫu.
+ Sử dụng ống nghiệm trong dãy thích hợp: Chọn thang trung bình Mr (0- 1500 mg/l).
+ Đưa mẫu vào ống nghiệm: mở nắp ống nghiệm tiêu chuẩn và cho thêm thể tích 2 ml nước mẫu.
+ Chuẩn bị mẫu trắng (Blank): Dùng nước cất cho vào mẫu trắng (2 ml). Đậy nắp ống nghiệm lắc nhiều lần cho các thành phần trộn đều (chú ý: ống nghiệm bắt đầu nóng lên và cho vào bộ gia nhiệt ở nhiệt độ 1500C thời gian 120 phút). Sau đó, lấy ống nghiệm ra và làm bằng nhiệt độ môi trường. Trộn các thành phần trong khi làm ấm. Sau đó chuyển sang máy đọc kết quả. Kết quả được biểu thị dưới dạng đơn vị mg/l.
* Phương pháp xác định Sulfua hòa tan
Hàm lượng sunfua hòa tan được xác định theo TCVN 4567:1988
- Phương pháp lấy mẫu
+ Lấy mẫu theo TCVN 4556-1988.
+ Thể tích mẫu lấy để xác định sunfua không nhỏ hơn 200ml.
+ Mẫu nước lấy để xác định sunfua cần phải lấy riêng và nếu không phân tích ngay phải cố định sunfua bằng dung dịch chì axetat hoặc dung dịch cadmi axetat 10%.
- Định lượng sulfua hòa tan. + Nguyên tắc
Xác định H2S và muối của nó tạo thành kết tủa CdS, PbS. Hòa tan kết tủa bằng dung dịch iot. Sau đó chuẩn độ lượng iot dư bằng natri thiosunfat.
* Phương pháp xác định kim loại (Zn, Cu)
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cơ sở nguyên tử ở trạng thái hơi, có khả năng hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ khi chiếu một chùm tia sáng có bước song nhất định vào đám hơi nguyên tử đó. Muốn thực hiện các phép đo phổ ta sử dụng kĩ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa ( F- AAS), gồm 2 bước sau:
Bước 1: Chuyển mẫu phân tích thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do (quá trình nguyên tử hóa mẫu).
Bước 2: Chiếu xạ của nguyên tố cần phân tích từ nguồn bức xạ vào đám hơi nguyên tử đó để chúng hấp thu những bức xạ đơn sắc nhạy hay bức xạ cộng hưởng có bước sóng nhất định ứng với tia phát xạ nhạy của chúng. Nguồn phát xạ chùm tia đơn sắc có thể là đèn catot rỗng (HCL). Ở đây cường độ bức xạ bị hấp thụ tỷ lệ với số nguyên tử do có trong môi trường hấp thụ theo công thức:
I = I0 .e-(Kv.N.L) Trong đó:
I0: cường độ chùm sáng chiếu vào đám hơi nguyên tử. I: cường độ chùm sáng ra khỏi đám hơi nguyên tử. Kv: hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số v. L: bề dày lớp hấp phụ.
Trên cơ sở nguyên lý đo trên, ta xây dựng đường chuẩn phổ hấp thụ nguyên tử và từ đường chuẩn này ta có thể xác định được nồng độ Cu, Zn trong mẫu thực.
* Phương pháp định lượng Photpho tổng số
Hàm lượng photpho tổng được xác định theo TCVN 6202: 2008
Phương pháp so màu – sử dụng thuốc thử tạo màu Molybdate- Vanadat - Nguyên lý: phương pháp này dựa vào phản ứng của axit photphoric, tạo được trong môi trường axit mạnh tạo một phức chất photpho vanado- molibdat có màu vàng bền vững.
- Giới hạn phát hiện: giới hạn phát hiện nhỏ nhất của phương pháp là 0,2 mg P/L trong cuvet 5ml.
- Thiết bị: Máy hấp phụ phân tử (đo tại bước song 460 nm).
Xây dựng đường chuẩn bằng cách sử dụng thể tích phù hợp của lần lượt các nồng độ mẫu phostphate chuẩn. Từ đó, ta có thể định lượng được hàm lượng photpho tổng sô dựa trên phương pháp so màu với đường chuẩn đã xây dựng.
* Phương pháp định lượng nitơ tổng số
Hàm lượng n tơ tổng số được xác định theo TCVN 4328:2007 Xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl
Nguyên lý: Vô cơ hóa mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và xúc tác (CuSO4, K2SO4, Se), sau đó dùng kiềm mạnh (NaOH hay KOH) để đẩy NH3 từ muối (NH4)2SO4
hình thành ra thể tự do NH3. Định lượng NH3 bằng H2SO4 0,1N. Thiết bị: Máy chưng cất đạm Kjeldahl
*Phương pháp xác định số lượng vi khuẩn coliform và E.coli
Sử dụng phương pháp để phát hiện và đếm số lượng vi khuẩn coliform, coliform chịu nhiệt và escherichia coli giả định có trong nước bằng cách nuôi cấy trong một môi trường lỏng ở một hệ gồm nhiều ống nghiệm và tính toán "số có xác xuất cao nhất" của chúng có trong mẫu thử theo TCVN 6187-2: 1996 do Tiểu ban kỹ thuật nước tinh lọc TCVN/TC/F9/SC1 thuộc Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC/F9 Đồ uống biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng đề nghị. Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành.
* Phương pháp xác định sinh trưởng của cỏ
Chiều dài của lá và rễ của cỏ được đo hàng tuần vào thời điểm lấy mẫu