+ Độ pH: Là thước đo tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước. nhìn chung sự sống tồn tại và phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trường nước trung tính pH = 7. Tuy nhiên, sự sống vẫn chấp nhận một khoảng nhất
có những sinh vật sống được ở các giá trị cực tiểu (0<pH<1) và cực đại pH = 14. Trong tự nhiên luôn tồn tại một hệ đệm do vậy sự thay đổi nồng độ axit (H+) hay bazơ (OH-) đến một mức nào đó mới dẫn đến sự thay đổi của pH.
+ Nhu cầu Oxy hóa học (COD): COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như vậy, COD là lượng oxy cần để
oxy hóa toàn bộ các chất hóa học trong nước.
+ Nhu cầu Oxy hóa (BOD): BOD (Biochemical oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các hợp chất
đê bị phân hủy bơi sinh vật theo phản ứng: Vi sinh vật
Chất hữu cơ + O2 or CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian. Trong môi trường nước khi quá trình oxy hóa xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hòa tan cần thiết cho quá trình phân hủy sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân hủy bằng các vi sinh vật.
Thông số BOD có tầm quan trọng thực tế: BOD là cơ sở thiết kế và vận hành trạm xử lý nước thải, BOD còn là thông sốđánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, giá trị BOD càng lớn nghĩa là mức độ ô nhiễm càng cao. Giá trị
BOD phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian, nên để xác định BOD cần tiến hành
ở điều kiện tiêu chuẩn, thường ở nhiệt độ 200C và trong 5 ngày. Vì vậy giá trị
công bố thường là BOD5 (Hoàng Thái Long, 2007) [8].
+ Chỉ số Nitơ: Nguyên tố Nitơ gắn liền với sự sống, các hợp chất nitơ
cũng rất đa dạng. Sự phân giải các chất sống cuối cùng tạo ra ammoniac (NH3) hòa tan tốt trong nước. Trong môi trường kiềm, khí ammoniac thoát ra có mùi khai khó chịu, cạnh tranh sự hòa tan oxy trong nước đầu độc các động vật thủy sinh. Trong môi trường trung tính và axit, ammoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4), tạo điều kiện cho rêu tảo phát triển khi có ánh sáng. Các hợp chất này đều độc với người và động vật mức độ khác nhau, sản phẩm cuối cùng của oxy hóa ammoniac là axit Nitric, tồn tại trong nước dưới dạng anion (NO-3)…
Các chỉ số Nitơ chủ yếu được thể hiện qua hàm lượng của toàn bộ dạng khử, dạng oxy hóa và tổng nitơ.
Dạng khử: Nitơ hữ cơ, nitơ ammoniac N – NH3.
Dạng oxy hóa: Nitrit N – NO2-, N – NO3-.
Nitơ tổng là toàn bộ nitơ có trong các hợp chất hữu cơ nói chung. Hàm lượng nitơ của từng dạng liên kết trong các hợp chất này là không thể xác định
được mà chỉ có thể xác định tổng của các dạng nitơ bằng phương pháp phân tích Kjendahl. Nguyên tắc chung của phương pháp này là dùng axit sunfuric đậm đặc oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ có nitơ về ammoniac (NH3).
+ Chỉ số Phốtpho: Phốtpho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình thù sự sống đã biết. Phốtpho vô cơ trong dạng phốtphát PO43- đóng một vai trò quan trọng trong các phân tử sinh học như AND và ARN trong đó nó tạo thành một phần của phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử này. Các tế bào sống cũng sử dụng phốtphát để vận chuyển năng lượng tế bào thông qua ađênôsin triphốtphát
(ATP): Gần như mọi tiến trình trong tế bào có sử dụng năng lượng đều có nó trong dạng ATP. ATP cũng là quan trọng trong phốtphát hóa, một dạng
điều chỉnh quan trọng trong các tế bào. Các phốtpholipít là thành phần cấu trúc của mọi màng tế bào. Các muối phốtphát canxi được các động vật dùng
để làm cứng xương của chúng. Trung bình trong cơ thể người chứa khoảng gần 1kg phốtpho, và khoảng 3/4 số đó nằm trong răng và xương dưới dạng apatit. Một người lớn ăn uống đầy đủ tiêu thụ và bài tiết ra khoảng 1-3g phốtpho trong ngày dạng phốtphát.
Theo thuật ngữ sinh thái học, phốtpho thường được coi là chất dinh dưỡng giới hạn trong nhiều môi trường, tức là khả năng có sẵn của phốtpho
điều chỉnh tốc độ tăng trưởng của nhiều sinh vật. Trong các hệ sinh thái sự dư
thừa của phốtpho có thể là một vấn đề, đặc biệt là trong các hệ sinh thái thủy sinh, vì hiện tượng phú dưỡng thường gắn liền với sự xuất hiện của anion trên có nhiều trong nước. Theo nhiều tác giả, khi hàm lượng phốtpho trong nước
đạt đến mức 0.01mg/lít (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100 sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng trong nước (Hoàng Thái Long, 2007) [8].
Tổng phốtpho có mặt trong nước thải được tính bằng tổng hàm lượng của các hợp chất phốt pho vô cơ (poliphotphat, orthophotphat,…) và các hợp chất phốtpho hữu cơ như các hợp chất photpholipit, photpho trong các hợp chất cấu tạo nên tế bào (AND, ARN), phốtpho trong các hợp chất ATP (Trịnh Lê Hùng, 2006) [7].
+ Chỉ số vi sinh vật Coliform: Coliforms và Fecal coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men lactose để sinh ga ở
nhiệt độ 35±0,50C, coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặc biệt trong môi trường khí hậu nóng. Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal coliform (trong đó E.coli là loài thường dùng để chỉ định việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân). Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân. Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 440C. Do đó số
lượng E.coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước. Để định lượng coliform người ta thường dùng phương pháp MPN. Số
lượng coliform hay E.coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number) (Hoàng Kim Giao, 2007) [6].
Việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn nhằm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận. việc lựa chọn phương pháp và quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước - Lưu lượng nước thải - Các điều kiện của hộ chăn nuôi - Hiệu quả xử lý Đối với chất thải chăn nuôi có thể áp dụng các biện pháp sau: - Phương pháp cơ học - Phương pháp xử lý hóa lý học - Phương pháp xử lý sinh học.
Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các công trình xử lý sinh học thường đặt sau các công trình xử lý cơ học và xử lý hóa học.
2.4.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý * Xử lý cơ học
Mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng,…để loại bỏ cặn dễ
lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối thể tích cho các công trình phía sau (Dư
Ngọc Thành, 2012) [13].
* Xử lý hóa lý
Sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều cặn hữu cơ và vô cơ có kích thước nhỏ, có thể dùng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) [2] với nước thải chăn nuôi lợn: Phương pháp cơ học và keo tụ có thể lắng 80 – 90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí cao, không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại bỏ cặn trong nước thải chăn nuôi lợn, nhưng chi phí đầu tư và vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi.
2.4.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có tác dungjphaan hóa hữu cơ. Do kết quả của quá trình sinh hóa phức tạp mà những chất bẩn hữu cơ được khoáng hóa và trở thành nước, những chất vô cơ và những khí đơn giản.
Các công trình xử lý sinh học có thể phân thành 2 nhóm: Công trình xử
lý sinh học trong điều kiện tự nhiên và các công trình xử lý sinh học trong
điều kiện nhân tạo (Dư Ngọc Thành, 2013) [14].
- Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên gồm:
+ Ao, hồ sinh học: Hồ hiếu khí, hồ kỵ khí, hồ hiếu kỵ khí + Cánh đồng tưới
+ Bãi lọc ngầm trồng cây + Cánh đồng công cộng
- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo (sinh học hiếu khí nhân tạo và sinh học kỵ khí nhân tạo) gồm:
+ Bể lọc sinh học (bể Biophin). + Bể Aeroten
+ Bể Oxyten
+ Mương oxy hóa tuần hoàn (MOT) + Biogas
* Bể Biogas
- Định nghĩa: Hầm Biogas là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ
quá trình chăn nuôi sản xuất,…được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí Biogas (CH4) – được sử dụng như một nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất.
- Khí Biogas: Hay còn gọi là khí sinh học là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện không có không khí (quá trình yếm khí), vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và sinh ra khí. Khí sinh học là hỗn hợp khí bao gồm CH4, CO2, N2, H2S và một số khí khác. Thành phần chủ yếu là CH4 và CO2. Khi đốt cháy 1m3 hỗn hợp khí Biogas sinh ra lượng nhiệt khoảng 4.500 – 6.000calo/m3 tương đương với 1 lít cồn và 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4kg than hay 2,2kW điện (Lê Công Nhất Phương, 2007) [12].
Bảng 2.9: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas Loại khí Thành phần khí CH4 55 – 65% CO2 34 – 43% N2 0 – 3% H2 0 – 1% H2S 0 – 1% Nhìn bảng 2.9 ta thấy: Thành phần của khí Biogas chủ yếu là khí CH4
(55 – 65%), CO2 (34 – 43%), các khí còn lại chiếm tỷ lệ nhỏ. Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng chất hữu cơ, nhiệt độ,.. mà lượng khí sinh ra là khác nhau.
Nhiều năm trước đây, ở Việt Nam đã phát triển công nghệ hầm khí đốt xây bằng bê tông hay kim loại và vài năm vừa qua phát triển túi ủ khí bằng
chất dẻo. Công nghệ túi đã được nghiên cứu và chuyển giao với sự đóng góp của của nhiều cơ quan trong và ngoài nước, đặc biệt là sự hợp tác giữa các cơ
quan nghiên cứu, doanh nghiệp hay người tiêu dùng. Tuy vậy chúng ta cần có một nhận định đúng đắn và tìm ra hướng đi hợp lý trong điều kiện kinh tế
chuyển biến, nhu cầu cho sự hội nhập của Việt Nam vào nền kinh tế thế giới. Hiện nay nhu cầu chăn nuôi tập trung với quy mô lớn đã dẫn đến nhu cầu phát triển các hầm Biogas với thể tích lớn quy mô công nghiệp và thực hiện việc sản xuất ra điện. Vai trò của sự hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và các doanh nghiệp ngày càng quan trọng trong việc phát triển công nghệ mới.
Biogas là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, thấy ở hầu hết các cơ
sở chăn nuôi quy mô trạng trại, kể cả quy mô hộ gia đình. Ưu điểm của bể
Biogas là có thể sản xuất được lượng khí sinh học để thay thế một phần các nguồn năng lượng khác.
* Cấu tạo hệ thống phân hủy chất thải theo công nghệ Biogas
Hệ thống phân hủy Biogas được cấu tạo gồm 4 phần:
Hệ thống phân hủy chính: Là nơi diễn ra phân hủy hiếm khí các chất hữu cơ chứa trong phân và nước tiểu. Bể phân hủy thường có dung tích lớn, nhỏ tùy thuộc vào quy mô chăn nuôi của tổng trang trại, thông thường từ 10 – 30m3.
Hệ thống điều áp: Có vai trò trong việc đảm bảo áp lực khí trong hệ
thống phân hủy chính, đồng thời đảm bảo quá trình an toàn cho cả hệ thống. Hệ thống ống dẫn khí: Được cấu tạo bằng các đường ống dẫn nhựa PVC, có chức năng chuyển tải khí đốt sinh học từ hệ thống phân hủy chính
đến các thiết bị khí sinh học.
Thiết bị sử dụng khí sinh học: Là những bếp đun, các thiết bị thắp sáng, thiết bị sưởi (Trương Thanh Cảnh, 2001) [2].
* Các giai đoạn quá trình phân hủy kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí là chuỗi các phản ứng phân hủy liên tiếp và có sự tham gia của các vi sinh vật.
Quá trình này gồm có 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân, giai đoạn này có sự tham gia của các vi khuẩn lên men, chúng gồm các vi khuẩn phân hủy xenllulozo và vi khuẩn
phân hủy protein,… các vi khuẩn này tiết ra men hydrolaza phân hủy nhiều chất hữu cơ phức tạp không tan thành các chất hữu cơđơn giản tan được.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh axit, có nhiều vi khuẩn sinh ra axit và hydro tham gia vào giai đoạn này, trong đó bao gồm Butyric, Clostridia và một số loài lactobacilli khác. Các vi khuẩn này phân hủy các sản phẩm ở giai
đoạn đầu thành axit có phân tử lượng nhỏ như: axit acetic, axit propionic,… các anđehit, rượu và các khí như H2, NH3,…
- Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh metan, đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình. Các vi khuẩn sử dụng toàn bộ sản phẩm ở giai đoạn 2
để tổng hợp metan và các sản phẩm phụ.
Một số loài vi khuẩn metan gồm: Methanobacterium, sochogeni, methanica… các loài này đòi hỏi môi trường kỵ khí bắt buộc, nhạy cảm với oxy và sinh trưởng chậm (Lê Công Nhất Phương, 2007) [12].
* Các yếu tốảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình phân hủy hiếm khí - Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho quá trình này là 350C, quá trình có thể
thực hiện trong điều kiện ấm 30-350C hoặc nóng 50-550C. Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn sinh metan hầu như không hoạt động.
- Độ pH: pH tối ưu cho quá trình là từ 6,5 - 7,5. - Tỷ số C/N: Tỷ số C/N tối ưu là (25-30)/lít.
- Liều lượng nạp nhiên liệu và mức khuấy trộn: Nguyên liệu nạp cần có hàm lượng chất rắn 7 – 9%. Tác động của khuấy trộn là phân bố đều dinh dưỡng và tạo điều kiện tốt đối với vi sinh vật.
Ngoài ra còn ảnh hưởng của các dòng vi khuẩn, thời gian lưu và hỗn hợp không chứa các chất độc hay kim loại nặng.
PHẦN 3
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.1.Đối tượng
- Một số hộ gia đình chăn nuôi lợn có quy mô chăn nuôi từ 15 – 30 con. - Nước thải chăn nuôi lợn tại một số hộ gia đình có quy mô chăn nuôi từ
15 – 30 con.
3.1.2 Phạm vi nghiên cứu.
- Điều kiện tự nhiên kinh tế, xã hội của xã Năng Khả, Na Hang, Tuyên Quang.
- Thực trạng phát triển chăn nuôi lợn trên địa bàn xã Năng Khả, Na Hang, Tuyên Quang.
- Thực trạng chất lượng môi trường nước thải chăn nuôi lợn và tình hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại một số hộ gia đình trên địa bàn xã.
- Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi lợn đến môi trường và sức khỏe người dân.
- Giải pháp giảm thiểu sự ảnh hưởng của môi trường chăn nuôi đến sức khỏe con người và môi trường xung quanh.
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
- Địa điểm: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Na Hang.