Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng thực vật thủy sinh

Để hạn chế mức độ ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi, một số giải pháp được đưa ra như xây dựng hầm khí sinh học biogas…Tuy nhiên phần lớn nước thải sau biogas chưa đươc xử lý đạt

NGUYỄN THỊ HỒNG NGỌC

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS

BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thái Nguyên, năm 2015

NGUYỄN THỊ HỒNG NGỌC

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS

BẰNG THỰC VẬT THỦY SINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Dương Thị Minh Hòa

Thái Nguyên, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp vừa qua, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo tận tình của các thầy cô, gia đình và bạn bè

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo Th.s Dương Thị Minh Hòa - giảng viên bộ môn Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã định hướng, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Môi trường nói riêng và các thầy cô trong trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói chung

đã tận tình giảng dạy nhiều kiến thức và giúp đỡ em trong suốt 4 năm học tập

và thời gian làm tốt nghiệp vừa qua

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em về mọi mặt trong suốt quá trình học tập Mặc dù đã có cố gắng hết sức nhưng do thời gian và trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên bài khóa luận của em có thể còn thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Ngọc

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tổng số lợn qua các năm 10 Bảng 2.2 Số lượng thịt lợn hơi xuất chuồng phân theo huyện, thành phố, thị xã tỉnh Thái Nguyên 12 Bảng 2.3 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý 20 Bảng 4.1.Tổng lượng nước thải chăn nuôi ước tính tại Xã Quyết Thắng -TP Thái Nguyên (1 năm = 12 tháng) 33 Bảng 4.2 Các thành phần ô nhiễm chính có trong nước thải chăn nuôi xã Quyết Thắng 34 Bảng 4.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi tại xã Quyết Thắng- TP Thái Nguyên 35 Bảng 4.4 Sinh trưởng của thực vật thủy sinh trong thí nghiệm 37 Bảng 4.5 Khả năng xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi sau biogas bằng Bèo Cái sau 2 tuần 39 Bảng 4.6 Khả năng xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng Bèo Cái sau 4 tuần 44 Bảng 4.7 Khả năng xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng Bèo Tây sau 2 tuần 48 Bảng 4.8 Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng Bèo Tây sau 4 tuần 52 Bảng 4.9 Kết quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng thực vật thủy sinh sau 2 tuần 56 Bảng 4.10 Kết quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng các loại thực vật thủy sinh sau 4 tuần 60

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 4.1 Kết quả phân tích nước thải chăn nuôi sau biogas tại xã Quyết Thắng 34 Hình 4.3 Kết quả xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng Bèo Cái sau 2 tuần 40 Hình 4.2 Biểu đồ các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi tại xã Quyết Thắng- TP Thái Nguyên 36 Hình 4.4 Hiệu suất xử lý nước thải sau biogas bằng Bèo Cái 2 tuần 42 Hình 4.5 Kết quả xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng Bèo Cái sau 4 tuần 44 Hình 4.6 Hiệu suất xử lý nước thải sau biogas bằng Bèo Cái sau 4 tuần 46 Hình 4.7 Kết quả xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi sau biogas bằng Bèo Tây sau 2 tuần 49 Hình 4.8 Hiệu suất xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi sau biogas bằng Bèo Tây sau 2 tuần 51 Hình 4.9 Kết quả xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi sau biogas bằng Bèo Tây sau 4 tuần 53 Hình 4.10 Hiệu suất xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi sau biogas bằng Bèo Tây sau 4 tuần 54 Hình 4.11 Kết quả xử lý một số chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh sau 2 tuần 56 Hình 4.12 Hiệu suất xử lý nước thải sau biogas bằng thực vật thủy sinh sau 2 tuần 58 Hình 4.13 Kết quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng các loài thực vật thủy sinh sau 4 tuần 61 Hình 4.14 Hiệu suất xử lý nước thải sau biogas bằng thực vật thủy sinh sau 4 tuần 63

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ, CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 BOD5 Nhu cầu ôxi sinh hóa

2 BVMT Bảo vệ môi trường

3 COD Nhu cầu ô xi hóa học

4 NN & PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

5 ÔNMT Ô nhiễm môi trường

7 TCCP Tiêu chuẩn cho phép

8 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

9 TN & MT Tài nguyên và Môi trường

MỤC LỤC

PHẦN 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.3 Yêu cầu của đề tài 3

1.4 Ý nghĩa của đề tài 3

PHẦN 2 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở khoa học về chăn nuôi trang trại 4

2.1.1 Khái niệm về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi trang trại 4

2.1.2 Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi 4

2.1.3 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi 5

2.1.4 Cơ sở pháp lý có liên quan 6

2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường chất thải công nghiệp 7

2.2.1 Tình hình ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi tại Việt Nam 7

2.2.2.Tình hình ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi tại Thái Nguyên 9

2.3 Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về xử lý nước thải chăn nuôi 13

2.3.1 Các nước trên thế giới 13

2.4 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn 14

2.4.2 Khả năng và cơ chế xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh 19

PHẦN 3 28

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 28

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 28

3.3 Nội dung nghiên cứu 28

3.3.1 Tình hình chăn nuôi lợn và xử lý chất thải chăn nuôi tại xã Quyết Thắng, TP Thái Nguyên 28

3.3.2 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng thực vật thủy sinh 28

3.4 Phương pháp nghiên cứu 29

3.4.1 Phương pháp điều tra, thu thập thông tin số liệu 29

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29

3.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm 30

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 31

PHẦN 4 32

NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

4.1 Tình hình chăn nuôi lợn và xử lý chất thải chăn nuôi tại xã Quyết Thắng - TP Thái Nguyên 32

4.1.1.Tình hình chăn nuôi lợn tại xã Quyết Thắng 32

4.1.2 Hiện trạng phát sinh nước thải chăn nuôi lợn xã Quyết Thắng 32

4.1.3 Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại xã Quyết Thắng - TP Thái Nguyên 35

4.3 Nghiên cứu khả năng xử lý nuớc thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh 36

4.3.1 Khả năng sinh trưởng của thực vật thủy sinh trong nước thải chăn nuôi 36

4.3.2 Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh 38

4.7 Những thuận lợi và khó khăn khi xử lí nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh 64

PHẦN 5 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Môi trường là thành phần quan trọng, nó không thể thiếu trong cuộc sống của con người và các sinh vật trên trái đất Nó là không gian sống, cung cấp tài nguyên trong sản xuất trong cuộc sống hàng ngày… Trong những năm trở lại đây, môi trường toàn cầu có những biến đổi theo chiều hướng xấu đi đối với cuộc sống con người và các sinh vật trên trái đất Do đó, vấn đề phát triển bền vững và bảo vệ môi trường đang được sự quan tâm đặc biệt của phần lớn các quốc gia trên thế giới, cũng như của các tổ chức chính phủ và phi chính phủ Vì vậy mục tiêu phấn đấu của cả nhân loại là phát triển bền vững nhằm đảm bảo cân bằng giữa phát triển bền vững và bảo vệ môi trường

Hiện nay, tại Việt Nam tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên nghiêm trọng, khi người dân đô thị phải đối mặt với tình trạng tồn ứ rác thải sinh hoạt, công nghiệp, ô nhiễm nước thải, ô nhiễm không khí do khói bụi,… thì người dân ở khu vực nông thôn lại phải sống chung với tình trạng ô nhiễm môi trường do thuốc trừ sâu, hoá chất bảo vệ thực vật, rác thải nông nghiệp…

Ngành Nông nghiệp, trong đó có ngành chăn nuôi, chủ yếu là gia súc, gia cầm đã và đang thải ra môi trường một lượng lớn nước thải Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus,

vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc Đồng thời, nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,… nếu không xử lý kịp thời Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật như NH3, CO2, CH4, H2S,…Các loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí Chất ô nhiễm trong nước thải chủ yếu là nitrat (NO3-

) và photphat (PO4

3-) các chất này trong nước thải chăn nuôi thường ở dạng hoà tan nên rất

khó tách chúng khỏi nước thải Các chỉ số đại diện chất hữu cơ như BOD, COD, các chỉ số Ecoli, Coliform trong nước thải chăn nuôi đa số đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần làm ảnh hưởng đến đời sống con người

và hệ sinh thái Chính vì vậy việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho các trại chăn nuôi lợn là một hoạt động hết sức cần thiết

Để hạn chế mức độ ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi, một số giải pháp được đưa ra như xây dựng hầm khí sinh học biogas…Tuy nhiên phần lớn nước thải sau biogas chưa đươc xử lý đạt quy chuẩn môi trường Một số chỉ tiêu như COD, BOD5, TSS, DO, Colifrom… Đều quá vượt quá tiêu chuẩn quy chuẩn môi trường cho phép.Vì vậy cần có các biện pháp xử lý sạch nước thải sau biogas trước khi thải ra ngoài môi trường

Ở một số nước phát triển, các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các phương pháp hiếu khí, kị khí và sử dụng thực vật thủy sinh

Ưu thế của việc xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học là đơn giản, tiết kiệm, tận dụng được nguồn sinh vật sẵn có trong môi trường và hạn chế đến mức tối đa các ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường trong quá trình xử lý

Đã từ lâu, thực vật thủy sinh đã rất quen thuộc với nhân dân ta vì chúng được sử dụng phổ biến trong chăn nuôi cũng như làm phân bón.Từ những năm 1970, điển hình là Bèo Tây và rau Ngổ đã được một số nước trên thế giới nghiên cứu sử dụng cho quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp và đã mang lại những kết quả khả quan.Trong hệ thống này, vai trò của thực vật thủy sinh không chỉ tham gia làm giảm thiểu ô nhiễm hữu

cơ mà còn giữ vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu nitơ và photpho trong nước thải mà các phương pháp khác khó thực hiện được hoặc rất tốn kém

Để đánh giá vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải chăn nuôi cũng như khả năng sử dụng các loài thực vật thủy sinh trong thực tiễn như một giải pháp thân thiện với môi trường, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài

“ Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sau biogas bằng thực vật thủy sinh ”

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá tình hình chăn nuôi tại xã Quyết Thắng

- Điều tra, đánh giá thực trạng ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi lợn ở một số trang trại chăn nuôi tại Quyết Thắng

- Nghiên cứu, xây dựng giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nước thải chăn nuôi bằng thực vật thuỷ sinh

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Nắm chắc quy chuẩn Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn

kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp

- Nắm chắc QCVN 01 -79 :2010/BNNPTNT- Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia điều kiện đảm bảo trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học

- Nắm chắc phương pháp lấy mẫu nước thải

- Nắm chắc qui trình làm thí nghiệm với các loại thực vật thuỷ sinh

- Số liệu điều tra, phân tích phải chính xác, trung thực

- Đề xuất phương án giảm thiểu

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Qua khảo sát, tìm hiểu thực tế giúp chúng ta hiểu rõ hơn về thực trạng ô nhiễm ở các trại chăn nuôi, những khó khăn, thách thức mà các trang trại chăn nuôi đang gặp phải với những vấn đề xử lý nước thải cũng như xử lý ô nhiễm môi trường Từ đó có thể đánh giá được hiện trạng môi trường ở các trang trại chăn nuôi tại xã Quyết Thắng và nghiên cứu biện pháp xử lý bằng thực vật thuỷ sinh cho nước thải chăn nuôi nhằm tiết kiệm tối đa biện pháp xử lý, đồng thời giảm thiểu mức độ ô nhiễm nước thải trong hoạt động chăn nuôi Nhằm mục tiêu đưa nghành chăn nuôi của nước ta phát triển một cách bền vững

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học về chăn nuôi trang trại

2.1.1 Khái niệm về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi trang trại

Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi trang trại là sự thay đổi bất lợi môi trường không khí, môi trường đất và môi trường nước hoàn toàn hay đại

bộ phận do hoạt động chăn nuôi, các hoạt động nuôi trồng thuỷ sản của con người tạo nên Những hoạt động này gây tác động trực tiếp hay gián tiếp đến

sự thay đổi về mặt năng lượng, mức độ bức xạ, về thành phần hoá học, tính chất vật lí Những thay đổi đó do tác động có hại đến con người và sinh vật trên trái đất (Nguyễn Thiện, Trần Đình Miện, 2001) [11]

2.1.2 Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi

Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn, ô nhiễm chất thải rắn là do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi

ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời Các chất này đều là những chất dễ phân huỷ sinh học: Carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân huỷ làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường Đây

là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy nhất trong các trại chăn nuôi tập trung (Phạm Thị Phương Lan, 2007) [6]

Mức độ ô nhiễm nguồn nước từ hoạt động chăn nuôi là nặng hay nhẹ tuỳ thuộc vào lượng thải ngoài môi trường là bao nhiêu và phụ thuộc vào việc

xử lý hay không xử lý lượng nước thải trước khi thải ra ngoài môi trường

Hiện nay, cả nước có khoảng 135.437 trang trại chăn nuôi, tỷ trọng chăn nuôi trang trại và công nghiệp chiếm 37% Với lượng thải của một con bò từ 10 - 15kg phân/ngày, một con lợn là 2,5 - 3,5 kg phân/ngày và gia cầm là 90 gram

phân/ ngày thì tổng số lượng chất thải chăn nuôi khoảng 73.090.133 tấn/năm

2.1.3 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi

Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp không đúng kỹ thuật

2.1.3.1 Chất thải rắn

 Phân và nước tiểu gia súc

Phân lợn được xếp vào loại phân lỏng hoặc hơi lỏng thành phần phân lợn chủ yếu gồm nước (56-83%) và các chất hữu cơ ngoài ra còn tỷ lệ NPK dưới dạng các chất vô cơ Thành phần hóa học của phân phụ thuộc vào dinh dưỡng tình trạng sức khỏe, cách nuôi dưỡng chuồng trại, loại gia súc, gia cầm

và biện pháp kỹ thuật chế biến khác nhau

Trong thành phần phân gia súc nói chung và lợn nói riêng còn chứa các virus, vi trùng trứng giun sán và nó có thể tồn tại vài ngày, vài tháng trong phân và nước tiểu của vật nuôi và môi trường

 Xác súc vật chết

Xác súc vật chết do bệnh là nguyên nhân chính cần phải xử lý triệt để nhằm tránh lây bệnh và vật nuôi

 Thức ăn dư thừa và vật liệu lót chuồng và các chất thải

Các loại chất thải này bao gồm: cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, các loại rơm rạ vì vậy nếu không được xử lý tốt hoặc xử lý không đúng phương pháp thì nó sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng xung quang

2.1.3.2 Chất thải lỏng

Trong các loại chất thải trong chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối lượng lớn nhất Đặc biệt khi lượng nước thải rủa chuồng được hòa lẫn với nước tiểu của gia súc Đây cũng là loại chất thải khó quản lý, khó sử dụng

Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và sinh vật gây bệnh Nó nhất thiết phải được xử lý trước khi thải

ra ngoài môi trường Lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải, bao gồm:

a Các chất hữu cơ và vô cơ

Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO4 ,…

b Nitơ (N) và Photpho (P)

Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi

ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N-tổng số trong nước thải chăn nuôi 571-1026 mg/l, Photpho tổng

số từ 39 - 94 mg/l

c.Vi sinh vật gây bệnh

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

2.1.4 Cơ sở pháp lý có liên quan

- Luật bảo vệ môi trường 2014

- Nghị định số 108/2006/NĐ-CP ngày 22/9/2006 của Chính phủ quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Đầu tư về việc thi hành một số điều luật đầu tư để có chính sách hỗ trợ cơ sở hạ tầng cho các khu chăn nuôi tập trung có hiệu lực ngày 2/10/2006

-Nghị định số 81/2006/NĐ-CP ngày 09/8/2006 của Chính phủ về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực BVMT

- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09 tháng 8 năm 2006 của Chính phủ về việc qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của luật BVMT 2005

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/2/2008 cuả Chính phủ về việc sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006 của Chính phủ về việc qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của luật BVMT 2005

- Thông tư số 07/2007/TT-BTNMT ngày 03/7/2007 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường về việc hướng dẫn phân loại danh mục cơ sở gây ÔNMT cần phải xử lí

- QCVN 40:2011/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất l ượng nước biên soạn thay thế QCVN 24:2009/BTNMT, được ban hành theo Thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy chuẩn kĩ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp về nước thải công nghiệp

- QCVN 24:2009/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp

- QCVN 01 - 15: 2010/BNNPTNT- Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia điều kiện đảm bảo trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học

2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường chất thải công nghiệp

2.2.1 Tình hình ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi tại Việt Nam

Là một đất nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh vì vậy đã tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy cho ngành chăn nuôi phát triển Nhưng điều này cũng đang khiến Việt Nam phải đối mặt với những khó khăn trong xử lý loại hình chất thải này khi công nghệ xử lý nó chưa được quan tâm đúng mức

Theo ước tính hiện cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình, 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung, nhưng mới chỉ có 8,7% số hộ xây dựng công trình khí sinh học (hầm biogas) Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn

nuôi hợp vệ sinh cũng chỉ chiếm 10% và chỉ có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ môi trường Vẫn còn khoảng 23% số hộ chăn nuôi không xử lý chất thải bằng bất kỳ phương pháp nào mà xả thẳng ra môi trường bên ngoài…gây sức ép đến môi trường Các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long là những địa phương có ngành chăn nuôi phát triển chiếm tới 55% trang trại nuôi lợn tập trung ở những đồng bằng này Theo dự tính với tốc độ phát triển mạnh của ngành chăn nuôi như hiện nay dự tính đến năm 2020, lượng chất thải rắn trong chăn nuôi phát sinh khoảng gần 1.212.000 tấn/năm, tăng 14,05% so với năm 2010 Lượng chất thải phát sinh là rất lớn nhưng việc xử

lý thì mới chỉ chú trọng ở các doanh nghiệp chăn nuôi, còn các hộ chăn nuôi nhỏ chưa được quan tâm Trong khi, các hộ chăn nuôi nhỏ chiếm tỷ lệ khá lớn, nhưng việc chăn nuôi của các hộ dân phần lớn theo tập quán, thói quen

xả chất thải xuống kênh, rạch dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường

- Tại Hà Nội, hiện nay phát triển chăn nuôi của thành phố chiếm trên

50% tỷ trọng trong nông nghiệp và đang trên đà tăng trưởng khá, góp phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế- xã hội, cải thiện đời sống của bà con nông dân Tuy nhiên, bên cạnh đó hoạt động chăn nuôi, giết mổ đã và đang gây ra ô nhiễm, ảnh hưởng đến môi trường sống, sức khỏe của cộng đồng

- Tại Đồng Nai, theo ước tính của ngành môi trường, mỗi ngày có khoảng 5 tấn phân lợn, phân gà và 12.000 m3nước thải chăn nuôi trên địa bàn thành phố Biên Hoà được thải trực tiếp ra sông Đồng Nai Các trại không có

hệ thống xử lý nước thải và tất cả đều được đổ ra dòng suối Săn Máu đã và đang dần giết chết dòng sông này, những bao phân tươi được đặt ngay trên đường đi, khiến cho môi trường không chỉ trong các khu chăn nuôi bị ô nhiễm nặng nề, mà còn gây mùi hôi thối nồng nặc ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân vùng lân cận Theo số liệu thống kê Biên Hoà hiện có khoảng 140.000 đầu lợn và 1 triệu con gia cầm được nuôi trong hơn 8000 hộ chăn nuôi qui mô

lớn ở Tân Hoà, Tân Biên, Tân Phong nhưng trong đó chỉ có khoảng 15% số

hộ sử dụng hầm Bioga để tận dụng chất thải làm nguồn năng lượng chất đốt, còn lại đều thải vô tư ra môi trường xung quanh (Phương Liễu, 2012) [7]

- Tại thành phố Hồ Chí Minh theo Cục trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn), chất thải từ hệ thống chăn nuôi tập trung đang ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khoẻ con người Cụ thể, với chất thải rắn, tổng lượng phân tươi lưu trữ là 26%, sử dụng làm hầm Bioga 21%, thải ra đất

và nguồn nước 19%, ủ 10% còn đối với chất thải lỏng, có tới 60% được thải trực tiếp ra đất hoặc nguồn nước, 12% là chất trực tiếp vào ao cá, trong khi đó chất thải chăn nuôi sử dụng làm phân bón cây trồng đang có chiều hướng giảm Do vậy, một nghiên cứu mới đây cho thấy, chất thải chăn nuôi có mức BOD cao hơn tiêu chuẩn cho phép 500mg/l, có chứa số lượng vi khuẩn E.coli

và trứng ký sinh trùng ở mức cao không thể chấp nhận được Lượng vi khuẩn tăng nhanh trong nước ngầm, 100% mẫu rau xanh có sử dụng chất thải chăn nuôi làm phân bón đều có E.coli Kiểm tra thịt tại các chợ ở thành phố Hồ Chí Minh cho thấy 2,2% mẫu bị nhiễm Salmonella và nhiễm E.coli (Lê Hằng, 2011) [4]

2.2.2.Tình hình ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi tại Thái Nguyên

Hiện nay, toàn tỉnh có 674 trang trại, gia trại, trong đó có 274 trang trại, gia trại chăn nuôi lợn; 353 trang trại, gia trại chăn nuôi gà; 47 trang trại, gia trại còn lại chăn nuôi trâu, ngựa, dê, nhím, chồn, rắn Trong đó, Phú Bình là địa phương có số trang trại lớn nhất (68 trang trại lợn, 125 trang trại gà), tiếp đến là Phú Lương (93 trang trại lợn, 41 trang trại gà); T.P Thái Nguyên (18 trang trại lợn, 59 trang trại gà); Phổ Yên (44 trang trại lợn, 30 trang trại gà)… Đa số các trang trại, gia trại nằm xen kẽ trong các khu dân cư, có quỹ đất nhỏ, hẹp, không đủ diện tích để xây dựng các công trình bảo vệ môi trường đảm bảo xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép; không đảm bảo khoảng cách vệ sinh đến khu dân cư

- Tại nhiều địa phương, tình trạng ô nhiễm môi trường do các trang trại chăn nuôi lợn đang phổ biến và đáng lo ngại Thái Nguyên cũng là một điển đình trong các tỉnh có nhiều trang trại chăn nuôi lớn tập trung Tỉnh Thái Nguyên có khoảng gần 400 trang trại, trong đó chủ yếu là chăn nuôi lợn với qui mô chăn nuôi phổ biến từ 100 đến 400 con lợn thịt, 20 đến 120 con lợn nái ngoại, bò, gia cầm với qui mô chủ yếu từ 500 đến 1000 con

Bảng 2.1 Tổng số lợn qua các năm Năm

Số lượng

Tỉ lệ % (so với cả nước)

Tỉnh Thái Nguyên (nghìn con)

Cả nước (triệu con)

(Nguồn: Niêm giám thống kê Thái Nguyên, niên giám thống kê cả nước 2013)

- Tại thị xã Sông Công, có thể kể đến một số trang trại như: TT của bà Phạm Thị Xuyến (Cải Đạn), Chu Thị Duyên (Vinh Sơn), Dương Văn Khang (Tân Quang), Trung tâm chăn nuôi Thắng Lợi thuộc hợp tác xã dịch vụ và Sản xuất nông nghiệp Sông Công Các trang trại này chủ yếu cung cấp lợn giống thương phẩm cho các tỉnh như: Bắc Giang, Hà Nội, Thái Nguyên và một số tỉnh lân cận, đồng thời cung cấp lợn xuất khẩu

- Tại Phổ Yên, số trang trại chăn nuôi lợn hiện nay là khá lớn, với tổng

số trang trại hiện có là 60 trang trại, số đầu lợn vào khoảng hơn 14.000 con Tuy nhiên các trang trại này chủ yếu là lợn sinh sản và lợn thịt, số đầu lợn không quá lớn, khoảng duới 200 con/1 trại nên sự ô nhiễm chưa phải quá lớn

và nghiêm trọng

- Tại Định Hoá, ban đầu cả huyện chỉ có 20 trang trại chăn nuôi Các trang trại này chủ yếu trồng rừng, nuôi trâu, bò, lợn với qui mô nhỏ, thu nhập thấp Từ sau năm 2000, khi Uỷ ban nhân dân (UBND) huyện có chủ trương khuyến khích người dân phát triển kinh tế trang trại ở các hộ gia đình Tuy nhiên phát triển kinh tế trang trại ở các hộ gia đình cũng bắt đầu phát sinh nhiều khó khăn như hầu hết là dịch bệnh, ÔNMT gây khó chịu cho nhiều hộ gia đình xung quanh

- Tại Thành phố Thái Nguyên (TPTN): Chăn nuôi lợn trên địa bàn thành phố những năm qua đã có những phát triển mạnh mẽ Theo số liệu thống kê đến hết năm 2011, tổng đầu lợn lên tới 59.230 con, sản lượng thịt đạt hơn 3 nghìn tấn, với 59 trang trại nuôi lợn nái và lợn thịt Tuy nhiên vấn đề nước thải của các trang trại chăn nuôi trên địa bàn thành phố đang rất đáng lo ngại, theo điều tra cho thấy chỉ có 80% nước thải của các trang trại này được qua xử lý bằng hầm ủ Biogas, nhưng chất lượng của các hầm ủ này kém, công suất nhỏ nên nước thải

ra môi trường có thể vẫn còn gây ô nhiễm

Bảng 2.2 Số lƣợng thịt lợn hơi xuất chuồng phân theo huyện, thành phố,

thị xã tỉnh Thái Nguyên Đơn vị

hành chính

cấp huyện

Số lƣợng (con) Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013

2.3 Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về xử lý nước thải chăn nuôi

2.3.1 Các nước trên thế giới

Ở Châu Á, các nước 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 chăn nuôi

Nhiều nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra nhiều công nghệ xử lý nước thải thích hợp như là:

Ở Nga các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu xử lý nước thải phân lợn, phân bò dưới các điều kiện ưa lạnh và ưa nóng trong điều kiện khí hậu ở Nga

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) Ở Ý đối với các loại nước thải giàu Nitơ và Phốt pho 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 về Nitơ và photpho trong nước ra sau xử lý Công nghệ

xử lý nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ ở Ý đưa ra là SBR có thể giảm trên 97% nồng độ COD, Nitơ, Photpho

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 và lên men thiếu khí, nhằm đáp ứng các yêu 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 Sơ đồ khái quát sau đây là cơ sở lựa chọn mô hình xử lý thích hợp

2.4 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:

 Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước

a, Phương pháp xử lý cơ học

Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, phân riêng Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình

xử lý tiếp theo Ngoài ra có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/L)

và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình xử lý phía

sau Sau khi tách, nước thải được đưa sang các công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi ủ để làm phân bón

b, Phương pháp xử lý lí hóa

Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,… kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Nguyên tắc của phương pháp này là: cho vào trong nước thải các hạt keo mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải (các hạt có nguồn gốc silic và chất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắt hidroxi được đưa vào mang điện tích dương) Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và dễ lắng hơn

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi lợn trong nước thải chăn nuôi lợn Ngoài keo tụ còn loại bỏ được P tồn tại ở dạng

PO4 do tạo thành kết tủa AIPO4 và FePO4

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi, tuy nhiên chi phí xử lý cao Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế

Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên.Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao, cũng không hiệu quả về mặt kinh tế đối với các trại chăn nuôi

c, Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và

một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo nhóm

vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau Và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý

Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc

có lượng O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ

Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí :

+ Thủy phân : Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo)

+ Acid hóa : Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới

+ Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới

+ Methane hóa : Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane,

CO2 và sinh khối mới

d, Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng biện pháp sinh học

* Hồ sinh học

Người ta có thể ứng dụng các quy trình tự nhiên trong các ao, hồ để xử

lý nước thải Trong các hồ, hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo Các quá trình lý học, hóa học bao gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học… cũng diễn ra tại đây Việc sử dụng ao hồ để xử lý nước thải có ưu điểm là ít tốn vốn đầu tư cho quá trình xây dựng, đơn giản trong vận hành và bảo trì Tuy nhiên, do các cơ chế xử lý diễn ra với tốc độ tự nhiên (chậm) do đó đòi hỏi diện tích đất rất lớn Hồ sinh học chỉ thích hợp với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Hiệu quả xử lý phụ thuộc sự phát triển của

vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo và một số loài động vật khác nhau

e, Ứng dụng thực vật nước để xử lý nước thải

Thực vật nước thuộc loài thảo mộc, thân mềm Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật nước và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối.Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan.Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hòa tan để thực vật có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật nước tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước

Vì vậy người ta ứng dụng thực vật nước để xử lý nước thải

Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan sinh khối thực vật Sinh khối vi sinh vật

f, Các biện pháp khác

Các biện khác như đốt (rác, vật nuôi chết), làm lạnh (khí thải), pha loãng để làm nước tưới, dùng hóa chất, men sinh học, dùng làm thức ăn cho các loại vật nuôi khác (nuôi trùn, …)

Đã có rất nhiều nghiên cứu, ứng dụng về xử lý ô nhiễm môi trường được thực hiện trên cả nước Làm sao để các biện pháp giải quyết đến được tay người dân, phù hợp với điều kiện kinh tế của người dân nông thôn? Câu hỏi này đã được các nhà nghiên cứu khoa học giải quyết và đưa ra rất nhiều giải pháp

+ Zeolit:

Zeolit là loại vật liệu không gây độc đối với người và vật nuôi có ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp, chăn nuôi, bảo vệ môi trường được nghiên cứu và sản xuất thành công bởi các chuyên gia bộ môn Hóa hữu cơ, Khoa Công nghệ Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội

Zeolite được sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng viên xốp từ cao lanh tự hiên sẵn có ở Việt Nam Nhờ cấu trúc của cao lanh bị phá vỡ hoàn toàn và tự chúng sắp xếp lại tạo thành lỗ rỗng, nên nó có khả năng hấp phụ các ion kim loại, amoni, chất hữu cơ độc hại lơ lửng trong nước và tự chìm xuống đáy Khi cải tạo ao, đầm, người sản xuất có thể khai thác chúng để tái chế làm phân bón phục vụ cho việc trồng trọt

Chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà vì khi được trộn vào thức ăn chế phẩm sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng

+ Dung dịch điện hoạt hóa Anôlít:

Trong tình hình dịch cúm gia cầm H5N1vẫn tiếp tục có khả năng tái bùng phát trở lại, đe dọa phát sinh thành dịch bệnh ở người, Viện Công nghệ Môi trường phối hợp với Trung tâm Chẩn đoán Thú y Trung ương, Cục Thú

y, Trung tâm kiểm tra vệ sinh Thú y TW1, Viện Chăn nuôi quốc gia đã nghiên cứu và khảo nghiệm thành công khả năng sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa Anôlít làm chất khử trùng trong chăn nuôi

Dung dịch hoạt hóa điện hóa Anôlít đã được áp dụng tại nhiều nước tiên tiến như một chất khử trùng hiệu quả cao và "thân thiện với môi trường" Dung dịch này có khả năng khử trùng nước sinh hoạt, bảo quản nông sản, chế biến thủy sản, sản xuất tôm giống, khử trùng trong các cơ sở y tế, chăn nuôi

2.4.2 Khả năng và cơ chế xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh

2.4.2.1 Một số loài thực vật thủy sinh

- Để đối phó với những vấn đề ô nhiễm nguồn nước, phương pháp sinh

học đã được biết từ lâu song mãi đến thế kỉ XIX mới được chú ý và thực hiện

ở một số nước

Về nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước (Lương Đức Phẩm, 2000) [17] “Trong đó thuỷ sinh thực vật đóng vai trò rất quan trọng ảnh hưởng đến khả năng lọc sinh học” (Lê Hoàng Việt, 1998) [18]

Thuỷ sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể giảm thiểu bất lợi gây ra bởi chúng còn thu thêm nhiều lợi nhuận

2.4.2.1.1 Các loại thuỷ sinh chính:

+Thuỷ thực vật sống chìm:

Loài thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ có thể phát triển được ở nguồn nước có đủ ánh sáng Chúng gây nên tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trog việc làm sạch các chất thải

+Thuỷ thực vật sống trôi nổi:

Rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước

Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và theo dòng nước Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân huỷ các chất thải

+Thuỷ thực vật sống nổi: Loài thực vật này có rế bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước Loại này thường sống ở những nơi có chế

Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lí Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển ôxi từ lá xuống rễ

(Nguồn: Lê Văn Bình, 2007)

a, Bèo tây

“Bèo Tây (danh pháp khoa học: Eichhornia crassipes) còn được gọi là bèo Lục Bình hay bèo Nhật Bản là một loài thực vật thuỷ sinh, nổi theo dòng nước thuộc về chi Eichhornia của họ Cỏ cá chó (Pontederiaceae)” (Lương Đức Phẩm, 2003) [9]

Cây bèo tây mọc cao khoảng 30 cm với dạng lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn mặt Lá cuốn vào nhau như những cánh hoa Cuống lá nở phình ra như bong bóng xốp giúp cây bèo nổi lên mặt nước Rễ bèo trông như lông vũ sắc đen buông xuống nước, dài đến 1m

Thành phần hoá học: Bèo Tây có thành phần hoá học theo tỉ lệ %: Nước 92,6; protit 2,9; glucit 0,9; xơ 22; tro 1,4; can xi 40,8 mg%; phốt pho 0,8 mg%; caroten 0,66 mg% và vitamin C 20 mg%

Bèo Tây được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, làm nấm rơm, làm phân chuồng, dùng bèo trong y học, trong thủ công nghiệp,…Đặc biệt Bèo Tây chống ô nhiễm nguồn nước như: Bèo làm sạch nước nơi chúng mọc, có khả năng làm giảm bớt ô nhiễm môi trường Chỉ cần 1/3 ha bèo mỗi ngày đủ

để lọc 2.225 tấn nước bị ô nhiễm các chất thải sinh học và các hoá chất Bèo này còn loại được các kim loại nặng độc như thuỷ ngân, chì, bạc, vàng,

Qua thực nghiệm của nước ngoài, 1 ha mặt nước thả lục bình trong 24 giờ nó có thể hút được 34 Kg Na; 22 kg Ca; 17 kg P; 4 kg Mn; 2,1 kg Phenol; 89g Hg; 104g Al; 297g Kềm; 321g Stronti… khả năng hút kẽm rất mạnh và còn có khả năng phân giải phenol và cyanua…

và không có cuống, có màu xanh lục nhạt Nó là một loài thực vật đơn tính,

có các hoa nhỏ ẩn ở đoạn giữa của cây trong các đám lá, các quả mọng màu lục có kích thước nhỏ được tạo ra sau khi hoa được thụ phấn Loài này có thế

sinh sản vô tính, các cây mẹ và cây con liên kết với nhau bằng một thân bò ngắn, tạo ra các cụm bèo cái dày đặc

Thành phần hoá học: Bèo cái chứa 93,13% nước; 6,87% chất khô; 5,09% chất hữu cơ; 0,63% protit thô; 0,29% chất béo thô; 1,24% cellulos; 2,93% chất không chứa nitrogen; 1,78% tro; 0,185% phốt pho; 1,8% canxi Trong tro hầu hết là muối kali (75% kalichlorua, 25% kali sunfat) Toàn cây bèo cái có một chất gây ngứa tan trong nước

Bèo cái thông thường được sử dụng trong các ao nuôi cá ở trong các vùng nhiệt đới để tạo nơi trú ẩn cho cá bột và cá nhỏ Bèo cái cạnh tranh thức ăn với tảo trong nước vì thế nó có ích trong việc ngăn ngừa sự bùng nổ của loài này

Một số tác giả cho rằng cây bèo cái có tác dụng hấp phụ các kim loại nặng và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nó Vì thế họ cho rằng nó

có tính chất chống ô nhiễm nước đặc biệt quan trọng cho các vùng đô thị, vùng nông thôn, ở một số quốc gia đang phát triển có hệ thống dẫn và xử lý nước thải còn kém

c, Rau ngổ

Rau ngổ hay còn gọi là rau mò om, có tên khoa học là Limnophila aromatica, thuộc loại hoa mõm sói Scrophulariaceae Là cây cỏ, mọc bò, thân rỗng giòn, dài từ 20 đến 30 cm, có nhiều lông, mùi rất thơm, lá nhẵn, mọc bò, không cuống, hơi ôm thân, phần lá gần thân nhỏ lại, mép hơi có răng cưa thưa, hoa mọc đơn độc ở nách lá

Thành phần hoá học: Nước 93% và protit 2,1%; glucid 1,2%; cellulose 2,1%; vitamin B 0,29% và một ít vitamin C, có ít tinh dầu Rau ngổ được dùng như các loại rau gia vị, ăn uống, chế biến được nhiều món Theo Đông y, rau có tác dụng kháng viêm, lợi tiểu, tiêu độc, chữa băng huyết, trị bệnh ngoài da,…

Do thân có nhiều lông và thường mọc ở ao hồ bị nhiễm bẩn nên hấp thu nhiều vi khuẩn, trong đó có đến 90% là vi khuẩn đường ruột (coliforms) Thí

nghiệm cho thấy sau khi rửa sạch tổng số vi khuẩn chỉ giảm được 10%, nồng

độ coliform giảm không dưới 5% Ngay cả khi ngâm chloramine nồng độ 0,3 mg/l, ngâm thuốc tím K2MnO4 với nồng độ 1mg/l trong 30 phút cũng chỉ hạ được nồng độ vi khuẩn xuống không quá 10% Do vậy rau ngổ có khả năng làm giảm bớt sự nhiễm bẩn của các chất trong nguồn nước thải hoặc nguồn nước đang bị ô nhiễm

Phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới ở Việt Nam, nó là một loại rau rất phổ thông, thường được dùng cho các món ăn

Thành phần hoá học: Rau muống có 92% nước; 3,2% protit; 2,5% gluxit; 1% xenluloza; 1,3% tro, hàm lượng muối khoáng cao: can xi, phốt pho, sắt Vitamin có caroten, vitamin C, vitamin B1; vitamin B2

2.4.2.2 Khả năng và cơ chế xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh là các loài có lá, rễ, phần lớn chúng đều có bộ rễ rất lớn Đây chính là bộ phận để hấp thụ chất hữu cơ và kim loại có trong nước Tất cả các loại chất thải trong hồ sẽ được bộ rễ của loài thực vật này truyền lên lá.Lá chứa chất vô cơ dư thừa, vì thế lá của chúng luôn có màu xanh rất đặc trưng và nước hồ thường trong vắt vì sự có mặt của các loài thực vật thủy sinh này

Theo TS.Tăng Thị Chính, trưởng phòng Vi sinh vật Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường cho biết: Hầu hết các sông hồ ở Hà Nội nói riêng và các nước nói chung đều bị ô nhiễm do hàm lượng nitơ và photpho quá lớn

Do đó, trồng các loại cây thủy sinh như lục bình, bèo cái, thủy trúc sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng nước hồ Các loài này giúp chuyển hóa, hấp thụ các loại vi khuẩn có hại trong nước để làm sạch nước hồ

PGS.TS Phạm Bình Quyền, tổng thư ký Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam cho biết, sử dụng thực vật thủy sinh để làm giảm ô nhiễm là biện pháp có từ lâu Nhiều nước trên thế giới như Đức, Bỉ áp dụng rất thành công biện pháp này Không những hút được chất độc, các cây này còn giúp tăng khả năng làm sạch của sông hồ

 Cơ chế loại chất hữu cơ BOD 5

Trong các hồ xử lý, các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và sau đó bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hòa tan được loại đi bởi hoạt động của các vi sinh vật nằm lơ lửng trong nước bám vào thân và rễ của lục bình Vai trò chính của việc loại chất hữu cơ là do hoạt động của các vi sinh vật, việc hấp thu trực tiếp do lục bình không đáng kể nhưng lục bình tạo giá bám cho các vi sinh vật thực hiện vai trò của mình

 Cơ chế loại N

+ Bị hấp thụ bởi lục bình và sau đó khi lục bình được thu hoạch thì N được loại khỏi hệ thống

+ Sự bay hơi của amoniac

+ Quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa của các vi sinh vật

Trong đó quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa góp phần lớn nhất Lục bình cung cấp giá bám cho các vi khuẩn nitrat hóa Để quá trình nitrat hóa có thể xảy ra, hàm lượng DO phải ở mức 0,6-1,0 mg/L Do đó độ sâu mà quá trình

nitrat hóa có thể xảy ra quan hệ mật thiết với lưu lượng nạp BOD và tốc độ chuyển hóa oxy vào nước Quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí (anoxic) và quá trình này cần phải cung cấp thêm nguồn carbon cho các vi sinh vật tổng hợp các tế bào của nó và pH phải duy trì ở mức trung tính

 Cơ chế loại P

P trong nước thải được khử đi do lục bình hấp thụ vào cơ thể, bị hấp phụ hay kết tủa.Trong cơ chế khử P, hiện tượng kết tủa và hấp phụ góp phần quan trọng nhất (Whigram et al, 1980 trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt, 2000) [18] Tuy nhiên,hiệu suất của quá trình này khó có thể tiên đoán được Quá trình hấp phụ và kết tủa phụ thuộc vào các nhân tố như là pH, khả năng oxy hóa khử, hàm lượng sắt, nhôm, canxi và các thành phần sét

Cuối cùng, P sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống qua việc :

+ Thu hoạch lục bình

+ Vét bùn lắng ở đáy

2.4.2.3 Một số nghiên cứu sử dụng thực vật thủy sinh trong xử lí nước thải

Công nghệ sinh học - sinh thái dựa trên cơ sở hoạt động của các hệ thống sinh thái tự nhiên và nhân tạo (bao gồm động - thực vật và sinh vật), thân thiện với môi trường, đòi hỏi ít năng lượng, có tính phổ cập cao (Inamoir, 2002) và rất khả thi đối với điều kiện nước ta, trong đó phương pháp sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) được coi là có hiệu quả cả về kinh tế

và xã hội

TVTS sử dụng nitơ, photpho và các nguyên tố vi lượng khác trong trao đổi chất Tại các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc… các công nghệ xử lý nước thải sử dụng TVTS đã được phát triển rất thành công Tại Pháp năm 1993 đã có tơi 2.600 trạm xử lý nước thải kết hợp sử dụng ao hồ Bắt đầu từ những năm 1980 rất nhiều cơ sở xử lý nước thải tại các bang nước Mỹ đã phát triển và ứng dụng công nghệ xử lý ô nhiễm với

việc sử dụng các loài thực vật nổi và hệ thống hồ ổn định Phương pháp xử lý

ô nhiễm hữu cơ và vô cơ tại vùng của một số TVTS - còn gọi là “Phương pháp vùng rễ”, đã được các nhà khoa học Đức nghiên cứu và triển khai có hiệu quả tại nhiều nơi Các nhà khoa học Nhật Bản đã thiết kế những hệ thống làm sạch nước ô nhiễm sử dụng hệ sinh thái TVTS dưới dạng Bio-park đểgiảm bớt ô nhiễm các hồ lớn, thông qua đó kiểm soát hiện tượng nở hoa của nước do vi tảo phát triển trong đó có tảo độc (Greenway, 2003) [21]

Trong thực tiễn sử dụng, tuỳ theo điều kiện cụ thể có thể áp dụng một loại hình hay phối hợp với nhau Ngay tại châu Á, công nghệ sinh thái sử dụng TVTS đang được ứng dụng ở nhiều nước (Nakazato, 1998; Oshima và cs, 2001) [22] Tại Nhật Bản, nhiều hồ lớn (ví dụ hồ Kasumigaura, hồ lớn thứ 2 của Nhật) đã có các hệ thống TVTS đã có các hệ thống TVTS kiểu đảo nổi để làm sạch nước Tại Trung Quốc, các hồ như Xuân Vũ, đã xây dựng các đảo nổi TVTS để giảm thiểu

sự phì dưỡng nước hồ (Li và cs, 2008) [20]

Ở Việt Nam, nghiên cứu xử lý nước ô nhiễm bằng công nghệ sinh thái

đã được một số tác giả quan tâm Bằng thực nghiệm, một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một số TVTS trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặng khác nhau Chẳng hạn cây bèo tây

có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe trong nước thải công nghiệp (Nguyễn Quốc Thông và cs, 2002, 2003) [12]

Từ những năm 1980, Trần Hiếu Nhuệ và Trần Đức Hạ đã có một số nghiên cứu ban đầu về việc xử lý nước thải Hà Nội bằng phương pháp lắng kết hợp với hồ sinh học Lâm Minh Triết (1990) [17], nghiên cứu áp dụng hệ thống hồ sinh vật ba bậc với thực vật nước để bổ sung nước thải nhiễm dầu trong điều kiện Việt Nam Lê Hiền Thảo (1999) [10] nghiên cứu quá trình sinh học xử lý ô nhiễm nước một số sông hồ Hà Nội cho thấy khả năng làm sạch của một số hồ có hiệu quả trong đó rong đuôi chó và bèo tấm có khả

năng giảm thiểu Fe, Cu, Pb, Zn trong nước hồ Bẩy Mẫu Nguyễn Việt Anh và cộng sự (2005) [1], nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng thẳng đứng cho thấy hiệu suất xử lý rất tốt Dương Đức Tiến và cs, (2006) [16]

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 nghiên cứu

- Nước thải sau biogas của trang trại chăn nuôi lợn hộ gia đình ông Nguyễn Thành Trung

- Hai loài thực vật thủy sinh: Cây Bèo Tây và cây Bèo Cái

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu hiện trạng nước thải sau biogas của trang trại chăn nuôi lợn và khả năng xử lý nước thải sau bigoas của 02 loài thực vật thủy sinh

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm thực hiện của đề tài: Trang trại chăn nuôi lợn tại gia đình ông Nguyễn Thành Trung xã Quyết Thắng, TP Thái Nguyên

- Địa điểm thực tập: Khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

- Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 16/8-28/12/2014

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Tình hình chăn nuôi lợn và xử lý chất thải chăn nuôi tại xã Quyết Thắng, TP Thái Nguyên

- Hiện trạng sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn tại

xã Quyết Thắng, TP Thái Nguyên

- Hiện trạng nước thải chăn nuôi lợn tại xã Quyết Thắng, TP Thái Nguyên

3.3.2 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng thực vật thủy sinh

- Khả năng sinh trưởng của thực vật thủy sinh trong nước thải chăn nuôi -Khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh

-Những thuận lợi và khó khăn trong khi thực hiện xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp điều tra, thu thập thông tin số liệu

- Thu thập các tài liệu, số liệu tại Phòng Thống kê TP Thái Nguyên, UBND xã Quyết Thắng

- Khảo sát tình hình thực tế nhằm xác định thực trạng phát triển chăn nuôi

- Điều tra xác định hiện trạng sử dụng hầm bigas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

- Lấy nước thải ngay sau hệ thống biogas để phân tích và làm nước thải đầu vào trong thí nghiệm

- Bố trí thí nghiệm với: 3 công thức, 3 lần nhắc lại

+ Công thức 1: Đối chứng: Nước sau hệ thống biogas, không sử dụng thực vật thuỷ sinh xử lý

+ Công thức 2: Xử lý nước thải bằng Bèo Tây

+ Công thức 3: Xử lý nước thải bằng Bèo Cái

Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ sau:

Nước đầu vào

Công thức 3 Công thức 2

Công thức 1

- Theo dõi thí nghiệm

+ Thực vật thủy sinh được thả trong các thùng xốp mỗi thùng 12 cây có chứa nước thải chăn nuôi lợn sau biogas Kích thước thùng xốp 60 cm x 50

cm x 50 cm

+ Thùng xốp được đặt tại nhà có mái lợp nhựa trắng để tránh mưa và cho ánh nắng đi qua Phân tích mẫu nước của các công thức thí nghiệm khi bắt đầu, sau khi xử lí 2 tuần và sau 4 tuần để theo dõi khả năng xử lí của các loài thực vật thủy sinh trong thí nghiệm

+ Theo dõi sinh trưởng của các loại thực vật thuỷ sinh: Đếm số lá và tổng số cây qua mỗi tuần

3.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm

* Phương pháp lấy mẫu

- Tiến hành lấy mẫu nước thải sau 2 tuần và 4 tuần xử lý bằng thực vật thủy sinh

- Chỉ tiêu theo dõi: pH, TSS, DO, COD, BOD5, tổng N, tổng P

- Phương pháp lấy mẫu: Theo TCVN

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu

Tổng hợp các số liệu trên phần mềm Excel và so sánh với QCVN để đưa ra đánh giá, nhận xét chính xác và đầy đủ về khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của các loài thực vật thủy sinh