Từ việc đánh giá hiện trạng và kiểm tra hàm lƣợng các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải từ các trang trại, chúng tôi tiến hành bố trí thí nghiệm trên cơ sở sử dụng kết hợp phƣơng pháp hiện đang đƣợc áp dụng tại các trang trại ở Thái Nguyên, đó là kết hợp giữa xử lý biogas hoặc bể lắng với thực vật thủy sinh (bèo lục bình). Sau khi tiến hành đã thu đƣợc kết quả khả quan.
3.4.1. Hiệu quả xử lý của Bèo tây khi nuôi trồng trong nước thải chăn nuôi
Bảng 3.8. Hiệu quả làm sạch của Bèo tây với nƣớc thải chăn nuôi chƣa đƣợc xử lý
Thí nghiệm: Bèo tây + Chất thải Lỏng (Chất thải rắn + Nước thải)
Chỉ tiêu theo dõi
QCVN 01- 79:2011/BNN -
PTNT
Kết quả phân tích nƣớc thải Chƣa xử lý
Nƣớc thải + Bèo tây Sau 10 ngày Sau 20 ngày Sau 30 ngày pH 5,5 - 9 8,21 7,54 7,58 7,08 N tổng số (mg/l) 15 – 30 347,52 269,0 146,0 160,17 P tổng số (mg/l) 4 - 6 22,78 15,0 12,0 14,0 COD (mg/l) 50 - 100 2674,0 364,4 338,3 487,2 DO (mg/l) 4 - 8 3,78 4,46 3,99 3,12 BOD5 (mg/l) 30 – 50 1059,0 341,4 271,5 208,2 Pb (mg/l) 0,1 – 0,5 0,689 0,217 0,176 0,128 Cd (mg/l) 0,005 - 0,01 0,014 0,01 0,008 0,009 As (mg/l) 0,05 – 0,1 0,104 0,022 0,015 0,012
Kết quả phân tích trên, nƣớc thải khi chƣa xử lý có hàm lƣợng N tổng số, P tổng số, COD, BOD5, Pb, Cd, As cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Sau khi sử dụng bèo tây để xử lý thì hàm lƣợng các chỉ tiêu này đều giảm. Song hàm lƣợng N tổng số, P tổng số, COD, BOD5 vẫn vƣợt tiêu chuẩn cho phép của ngành QCVN 01- 79:2011/BNN – PTNT.
* N tổng số, P tổng số:
- Khi chƣa xử lý:
+ Hàm lƣợng N tổng số vƣợt TCCP 11,6 – 23,2 lần. + P tổng số vƣợt TCCP 3,8 – 5,7 lần.
- Sau 30 ngày sử dụng bèo tây để xử lý:
+ N tổng số giảm xuống nhƣng vẫn cao hơn TCCP 5,4 – 10,7 lần. + P tổng số đã giảm nhƣng cao hơn TCCP 2,3 – 3,5 lần
Sau 30 ngày xử lý hàm lƣợng N tổng số, P tổng số tăng lên so với sau 20 ngày xử lý. Nguyên nhân do 1 số cá thể bèo bị chết nên làm tăng hàm lƣợng N tổng số, P tổng số trong nƣớc thải nhƣng hàm lƣợng này vẫn giảm đi rất nhiều so với khi không dùng bèo tây xử lý.
* COD:
Sau 30 ngày dùng bèo tây xử lý, hàm lƣợng COD giảm rất nhiều song vẫn cao hơn TCCP là 4,9 – 9,7 lần. Sau 30 ngày hàm lƣợng COD tăng hơn so với 20 ngày do trong nƣớc thải khi này có nhiều chất hữu cơ khiến cho COD tăng hơn có với 20 ngày.
* BOD5:
Sau khi dùng bèo tây xử lý nƣớc thải, hàm lƣợng này giảm dần. Ban đầu hàm lƣợng BOD5 trong nƣớc thải cao hơn TCCP 21,2 – 35,3 lần. Sau 30 ngày xử lý bằng bèo tây, hàm lƣợng này giảm xuống, cao hơn TCCP 4,2 – 6,9 lần.
* Kim loại Pb, Cd, As:
Trƣớc khi xử lý, hàm lƣợng các kim loại này trong nƣớc thải đều cao hơn tiêu chuẩn ngành QCVN 01-79:2011/BNN – PTNT. Nhƣng sau 30 ngày dùng bèo tây, hàm lƣợng Cd giảm và nằm trong giới hạn cho phép, hàm lƣợng Pb, As vẫn ở mức ô nhiễm.
Nhƣ vậy, dùng bèo tây xử lý nƣớc thải chăn nuôi đã có hiệu quả nhất định nhƣng do mức độ ô nhiễm của nƣớc thải khá cao nên sau 30 ngày xử lý bằng bèo tây hầu nhƣ các chỉ tiêu vẫn chƣa đạt mức an toàn, bên cạnh đó tỷ lệ Bèo tây chết khá cao do chất thải chứa cả phân và nƣớc thải nên nồng độ chất ô nhiễm nhất là ô nhiễm hữu cơ lớn làm hạn chế khả năng hô hấp của rễ bèo ảnh hƣởng đến sinh trƣởng.
3.4.2. Biện pháp sử dụng Bèo tây xử lý chất thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý bằng Biogas bằng Biogas
Bảng 3.9. Hiệu quả làm sạch của Bèo tây với nƣớc thải chăn nuôi sau xử lý Biogas
(Thí nghiệm: Nuôi bèo tây + Nƣớc thải sau Biogas)
Chỉ tiêu theo dõi
QCVN 01- 79:2011/BNN
- PTNT
Kết quả phân tích nƣớc thải Sau bể
biogas
Sau biogas + Bèo tây Sau 10 ngày Sau 20 ngày Sau 30 ngày pH 5,5 - 9 8,16 7,14 7,02 7,12 N tổng số (mg/l) 15 – 30 69,47 20,0 14,0 20,17 P tổng số (mg/l) 4 - 6 9,95 3,0 2,0 3,0 COD (mg/l) 50 - 100 213,40 85,8 70,48 50,23 DO (mg/l) 4 - 8 3,17 2,95 3,85 4,17 BOD5 (mg/l) 30 – 50 59,20 44,27 40,77 33,56 Pb (mg/l) 0,1 – 0,5 0,437 0,112 0,076 0,012 Cd (mg/l) 0,005 - 0,01 0,009 0,003 0,002 0,001 As (mg/l) 0,05 – 0,1 0,102 0,014 0,009 0,00
Qua bảng kết quả phân tích các chỉ tiêu của nƣớc thải chăn nuôi sau khi xử lý qua Biogas cho thấy: chỉ tiêu pH, DO, Pb nằm trong giới hạn cho phép QCVN 01- 79:2011/BNN – PTNT. Hàm lƣợng N tổng số, P tổng số, hàm lƣợng COD, BOD5 là vƣợt tiêu chuẩn cho phép. Sau khi sử dụng bèo tây để xử lý thì tất cả các chỉ tiêu đều giảm và nằm trong giới hạn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN – PTNT.
* N tổng số, P tổng số:
Sau khi qua bể Biogas, nƣớc thải chăn nuôi có hàm lƣợng N tổng số cao hơn TCCP 2,3 – 4,6 lần; P tổng số cao hơn 1,7 – 2,5 lần. Sau 10 ngày dùng bèo tây xử lý thì 2 hàm lƣợng này giảm xuống đạt giới hạn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN- PTNT. 30 ngày sau, hàm lƣợng này lại tăng lên so với 20 ngày xử lý nhƣng vẫn
nằm trong giới hạn cho phép. Điều này do một số bèo tây dùng xử lý bị chết làm tăng hàm lƣợng N tổng số, P tổng số trong nƣớc thải.
* COD, BOD5:
Trƣớc khi dùng bèo tây xử lý:
+ Hàm lƣợng COD cao hơn TCCP 2,1 – 4,3 lần. + Hàm lƣợng BOD5 cao hơn TCCP 1,2 – 1,97 lần.
Sau 10 ngày xử lý thì hàm lƣợng này trong nƣớc thải đạt tiêu chuẩn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN-PTNT.
* As:
Nƣớc thải sau hệ thống Biogas có hàm lƣợng As (0,102 mg/l) vƣợt tiêu chuẩn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN – PTNT. Nhƣng sau 10 ngày xử lý, hàm lƣợng As đã đạt tiêu chuẩn cho phép của ngành.
Nhƣ vậy chỉ sau 10 ngày dùng bèo tây để xử lý, các chỉ tiêu N tổng số, P tổng số, COD, BOD5, As trong nƣớc thải sau Biogas đều đạt tiêu chuẩn QCVN 01- 79:2011/BNN-PTNT trƣớc khi thải ra môi trƣờng.
3.4.3. Biện pháp sử dụng bèo tây xử lý chất thải chăn nuôi lợn sau xử lý bằng bể lắng
Bảng 3.10. Hiệu quả làm sạch của bèo tây với nƣớc thải chăn nuôi sau xử lý bằng bể lắng
(Thí nghiệm: Nuôi bèo tây + Nƣớc thải sau bể lắng)
Chỉ tiêu theo dõi
QCVN 01- 79:2011/BNN
- PTNT
Kết quả phân tích nƣớc thải Sau bể lắng Bể lắng + Bèo tây Sau 10 ngày Sau 20 ngày Sau 30 ngày pH 5,5 - 9 7,17 7,12 7,25 7,07 N tổng số (mg/l) 15 – 30 148,3 100,0 45,0 40,5 P tổng số (mg/l) 4 - 6 15,21 7,7 4,0 4,2 COD (mg/l) 50 - 100 519,0 359,0 228,0 87,0 DO (mg/l) 4 - 8 4,08 4,12 5,01 5,28 BOD5 (mg/l) 30 – 50 201,1 108,0 55,0 23,0 Pb (mg/l) 0,1 – 0,5 0,801 0,542 0,374 0,107 Cd (mg/l) 0,005 - 0,01 0,01 0,08 0,003 0 As (mg/l) 0,05 – 0,1 0,022 0,012 0,001 0,001
Từ kết quả phân tích trên ta thấy: nƣớc thải chăn nuôi lợn sau khi đi qua bể lằng thì chỉ tiêu pH, hàm lƣợng DO, Cd, As nằm trong giới hạn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN – PTNT.
* N tổng số:
Sau bể lắng, hàm lƣợng N tổng số vƣợt TCCP 4,9 – 9,89 lần. Sau 30 ngày dùng bèo tây xử lý loại nƣớc thải này thì hàm lƣợng N tổng số giảm, chỉ còn cao hơn TCCP 1,4 – 2,7 lần. Hàm lƣợng N tổng số trong nƣớc thải quá cao nên bèo chƣa thể xử lý hết đƣợc.
* P tổng số:
Sau bể lắng, P tổng số cao hơn tiêu chuẩn cho phép QCVN 01-79:2011/BNN – PTNT 2,5 – 3,8 lần. Sau 20 ngày thì quá trình xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép. Đến 30 ngày hàm lƣợng này có tăng so với 20 ngày nhƣng vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Hiện tƣợng này xảy ra do 1 số bèo bị chết nên hàm lƣợng P tổng số trong nƣớc thải tăng.
* COD, BOD5: - Sau khi qua bể lắng:
+ COD vƣợt TCCP 5,19 – 10,38 lần. + BOD5 vƣợt TCCP 4,02 – 6,7 lần.
- Sau 30 ngày xử lý bằng bèo tây thì 2 hàm lƣợng này đạt TCCP.
* Pb:
Khi chƣa dùng bèo tây xử lý, hàm lƣợng Pb vƣợt tiêu chuẩn QCVN 01- 79:2011/BNN – PTNT 1,6 – 8,01 lần. Nhƣng dùng bèo tây xử lý đến 20 ngày thì hàm lƣợng Pb giảm xuống nằm trong giới hạn cho phép.
3.4.4. So sánh hiệu quả xử lý của bèo tây với các loại nước thải khác nhau 3.4.4.1. Hiệu quả xử lý N tổng số và P tổng số 20.17 160.17 146 269 347.52 14 20 69.47 45 40.5 100 148.3 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
N tổng số mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
14 12 15 22.78 3 2 3 9.95 4.2 4 7.7 15.21 0 5 10 15 20 25
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
P tổng số mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
Hình 3.4. Hiệu quả xử lý N tổng số, P tổng số của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi
Qua 2 biểu đồ cho thấy khả năng xử lý của bèo tây với hàm lƣợng N tổng số và P tổng số là tƣơng đƣơng nhau. Hàm lƣợng các chỉ tiêu giảm mạnh sau 20 ngày xử lý bằng bèo tây. Nhƣng đến ngày 30 hàm lƣợng N tổng số, P tổng số đều tăng so với 20 ngày. Nguyên nhân do 1 số bèo dùng xử lý bị chết làm cho hàm lƣợng này tăng. Nƣớc thải chƣa qua xử lý có hàm lƣợng N tổng số, P tổng số cao nhất; sau đó là nƣớc thải sau bể lắng; nƣớc thải Biogas có hàm lƣợng này thấp nhất. Sau 10, 20, 30 ngày xử lý thì hàm lƣợng N tổng số và P tổng số trong nƣớc thải chƣa xử lý vẫn cao nhất; hàm lƣợng trong nƣớc thải sau bể lắng là thấp nhất.
3.4.4.2. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ
487.2 338.3 364.4 2674 50.23 70.48 85.8 213.4 228 87 519 359 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
COD mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
208.2 271.5 341.4 1059 33.56 40.77 44.27 59.2 23 55 108 201.1 0 200 400 600 800 1000 1200
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
BOD mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
Hình 3.5. Hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi
Qua biểu đồ trên ta thấy rất rõ hiệu quả xử lý của bèo tây. Khả năng xử lý BOD, COD trong nƣớc thải chƣa qua xử lý của bèo tây là lớn nhất, đặc biệt là trong 10 ngày đầu. Tiếp theo là khả năng giảm hàm lƣợng BOD, COD trong nƣớc thải sau bể lắng. Hàm lƣợng này trong nƣớc thải sau Biogas giảm từ từ. Hàm lƣợng COD, BOD trong các loại nƣớc thải giảm dần sau 10, 20, 30 ngày đƣợc xử lý bằng bèo tây.
3.4.4.3. Hiệu quả xử lý kim loại nặng
0.012 0.128 0.176 0.217 0.689 0.076 0.112 0.437 0.107 0.374 0.542 0.801 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
Pb mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
0.009 0.008 0.01 0.014 0.001 0.002 0.003 0.009 0 0.003 0.08 0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
Cd mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
0.012 0.015 0.022 0.104 0 0.009 0.014 0.102 0.001 0.022 0.001 0.012 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
Ban đầu 10 ngày 20 ngày 30 ngày
As mg/l
Nước thải chưa xử lý Nước thải sau Biogas Nước thải sau bể lắng
Hình 3.6. Hiệu quả xử lý Pb, Cd, As của bèo tây khi nuôi trồng ở các nguồn nước thải chăn nuôi
Biểu đồ trên thể hiện khả năng xử lý kim loại nặng Pb, Cd, As của bèo tây trong nƣớc thải chăn nuôi.
Với chỉ tiêu Pb, hàm lƣợng Pb sau bể lắng là cao nhất, tiếp đến là nƣớc thải chƣa xử lý, thấp nhất là trong nƣớc thải qua Biogas. Bèo tây xử lý Pb trong nƣớc thải
sau Biogas là tốt nhất.
Với chỉ tiêu Cd, sau 30 ngày bèo tây xử lý Cd trong nƣớc thải qua bể lắng là tốt nhất (Cd: 0 mg/l). Sau 10 ngày, hàm lƣợng Cd trong nƣớc thải qua bể lắng tăng cao do một số lƣợng bèo bị chết làm hàm lƣợng Cd tăng.
Với chỉ tiêu As, khả năng xử lý của bèo tây đối với nƣớc thải sau bể lắng là tốt nhất.
3.5. Đề xuất giải pháp xử lý nƣớc thải tại các trang trại chăn nuôi lợn ở TP. Thái Nguyên Thái Nguyên
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu sử dụng bèo tây làm sạch nƣớc thải chăn nuôi lợn từ các hình thức xử lý khác nhau cho thấy để đảm bảo việc nƣớc thải đạt tiêu chuẩn khi thải ra môi trƣờng hoặc sử dụng cho các mục đích nhƣ ao nuôi cá hoặc nƣớc tƣới thì cần kết hợp biện pháp xử lý biogas hoặc bể lắng với thực vật thủy sinh.
Từ khảo sát tại các trang trại, chúng tôi đề xuất 02 mô hình xử lý nƣớc thải phù hợp với các trang trại ở Thái Nguyên:
1. Mô hình 1: Nƣớc thải từ bể Biogas cần đƣa vào hồ cách ly và xử lý bằng bèo tây trong thời gian ít nhất 20 ngày.
XẢ RA MÔI TRƢỜNG HOẶC SỬ DỤNG TƢỚI TIÊU
CHUỒNG NUÔI 1 HẦM BIOGA 1 HẦM BIOGA 1 HẦM BIOGA 1 Bể trồng Bèo tây CHUỒNG NUÔI 2
Hầm Biogas:
Để thiết kế một hầm Biogas có nắp vòm cố định đƣợc chôn dƣới đất gồm có 3 phần chính nối tiếp nhau:
- Ngăn trộn: là nơi phân đƣợc trộn với nƣớc trƣớc khi đổ vào hầm phân hủy. - Hầm phân hủy: là nơi phân và nƣớc bị phân hủy lên men. Khí CH4 và các loại khí khác sẽ sinh ra trong hầm này.
- Bể áp lực: dùng để thu nhận phân và bùn cặn.
Bảng 3.11. Tính toán lƣợng thải và xác định dung tích bể Biogas
Nội dung thông số ĐVT Số lƣợng
1. Số lợn nái: Con N1
Nhu cầu thức ăn kg/con/ngày 5 Nhu cầu nƣớc uống, nƣớc tắm, nƣớc rửa chuồng lít/con/ngày 40 Lƣợng phân tạo ra (30% lƣợng thức ăn) kg/con/ngày 1,5 Lƣợng nƣớc thải tạo ra (70% lƣợng nƣớc sử dụng) lít/con/ngày 28
Tổng lƣợng phân tạo ra tấn/ngày 1,5*N1
Tổng lƣợng nƣớc thải tạo ra m3/ ngày 0,028*N1 Tổng lƣợng chất thải (phân + nƣớc thải) m3/ ngày 1,528*N1
2. Số lợn giống, lợn thịt: Con N2
Nhu cầu thức ăn kg/con/ngày 2,5 Nhu cầu nƣớc uống, nƣớc tắm, nƣớc rửa chuồng lít/con/ngày 40 Lƣợng phân tạo ra (30% lƣợng thức ăn) kg/con/ngày 0,75 Lƣợng nƣớc thải tạo ra (70% lƣợng nƣớc sử dụng) lít/con/ngày 28
Tổng lƣợng phân tạo ra tấn/ngày 0,75* N2
Tổng lƣợng nƣớc thải tạo ra m3/ ngày 0,028* N2 Tổng lƣợng chất thải (phân + nƣớc thải) m3/ ngày 0,778* N2 Tổng lƣợng chất thải m3/ ngày Q=1,528*N1+0,778*N2
Thời gian lƣu trữ trong bể Ngày 15
Tổng thể tích hữu ích bể chứa M3 V=15*Q
(Nguồn: Trần Mạnh Hải, 2009) [9] Vậy dung tích phần chứa nƣớc trong ngăn phân hủy của bể Biogas:
Vnƣớc = 15*(1,528. N1 + 0,778. N2) = 22,92. N1 + 11,67.N2 (m3) Trong đó: N1: số lƣợng lợn nái
N2: số lƣợng lợn giống, lợn thịt
Nƣớc trong bể chiếm chỗ khoảng 2/3 chiều cao bể còn lại dung tích để chứa khí. Dung tích của ngăn phân hủy của bể Biogas:
Vphân hủy = 3/2*(22,92. N1+11,67. N2) = 34,38. N1 + 17,505. N2 Bể nuôi bèo:
Để đảm bảo nuôi bèo trong 20 ngày nên dung tích của bể tƣơng đƣơng với dung tích phần nƣớc trong ngăn phân hủy bể Biogas. Nhƣng theo khuyến cáo, độ sâu của bể chỉ khoảng 50 – 60 cm để ánh sáng có thể xuyên tới đạt khả năng xử lý cao. [3]
2. Mô hình 2: Nƣớc thải từ bể lắng cần đƣa vào hồ cách ly và xử lý bằng bèo tây