Đánh Giá Hiện Trạng Chất Lượng Nước Thải Sau Biogas Tại Một Số Trang Trại Chăn Nuôi Lợn Ở Bắc Ninh

Luận văn thạc sĩ đánh giá chất lượng nước thải sau biogas tại trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh, cung cấp thông tin hữu ích cho nghiên cứu môi trường.

• Tác giả: Phạm Thị Quyên
• Người hướng dẫn: Ts. Đào Đình Châm
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Hiện Trạng Chất Lượng Nước Thải Sau Biogas Tại Một Số Trang Trại Chăn Nuôi Lợn Trên Địa Bàn Tỉnh Bắc Ninh
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu
• 1.2. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu
• 1.3. Đặc điểm chất thải chăn nuôi
• 1.4. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi
• 1.5. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
• 1.6. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam
• 1.7. Khái quát về công nghệ Biogas
• 1.8. Ô nhiễm môi trường và một số tác hại đến sức khỏe từ nước thải chăn nuôi
• 1.9. Cơ sở pháp lý của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
• 2.5.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp
• 2.5.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.5.4. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên
• 3.1.2. Nhân tố kinh tế - xã hội
• 3.2. Thực trạng công tác chăn nuôi lợn tại một số trang trại tại tỉnh Bắc Ninh
• 3.2.1. Số lượng trang trại chăn nuôi lợn tại khu vực nghiên cứu
• 3.2.2. Quy mô chăn nuôi tại một số trang trại trên địa bàn nghiên cứu
• 3.2.3. Các dạng mô hình chăn nuôi lợn tại một số trang trại
• 3.2.4. Phương thức chăn nuôi lợn tại một số trang trại
• 3.3. Hiện trạng xử lý chất thải tại khu vực nghiên cứu
• 3.3.1. Hiện trạng phòng, chống dịch bệnh và nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi
• 3.3.2. Công tác phòng, chống dịch bệnh tại các trang trại
• 3.3.3. Nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi
• 3.3.4. Tình hình quản lý và xử lý các trang trại gây ô nhiễm môi trường
• 3.4. Hiện trạng chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại khu vực nghiên cứu
• 3.4.1. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Gia Bình
• 3.4.2. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Quế Võ
• 3.4.3. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi tại thị xã Từ Sơn
• 3.4.4. So sánh giá trị trung bình của các thông số trong mẫu nước thải sau Biogas tại huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và thị xã Từ Sơn
• 3.5. Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas
• 3.6. Một số giải pháp thích hợp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình Biogas và cải thiện chất lượng nước thải sau Biogas
• 3.6.1. Đối với các cơ sở chăn nuôi
• 3.6.2. Đối với các cơ quan quản lý, cơ quan chuyên môn
• 3.6.3. Giải pháp tuyên truyền – giáo dục
• 3.6.4. Giải pháp về kinh tế
• 3.6.5. Giải pháp về kỹ thuật
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Chất Lượng Nước Thải Sau Biogas

Đánh giá chất lượng nước thải sau biogas tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh là một vấn đề quan trọng. Nước thải từ các trang trại này có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Việc nghiên cứu và đánh giá chất lượng nước thải giúp xác định hiệu quả của công nghệ biogas trong việc xử lý chất thải chăn nuôi.

1.1. Khái Niệm Về Nước Thải Chăn Nuôi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp của nước tiểu, nước tắm gia súc và phân thải. Thành phần nước thải này chứa nhiều chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Việc Đánh Giá

Đánh giá chất lượng nước thải giúp phát hiện các vấn đề ô nhiễm, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý hiệu quả. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cộng đồng.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Từ Nước Thải Chăn Nuôi Lợn

Ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi lợn tại Bắc Ninh đang trở thành một thách thức lớn. Nước thải không được xử lý có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực này.

2.1. Nguyên Nhân Gây Ô Nhiễm

Chất thải từ chăn nuôi lợn chứa nhiều vi sinh vật và hóa chất độc hại. Nếu không được xử lý, chúng sẽ xâm nhập vào nguồn nước, gây ô nhiễm nghiêm trọng.

2.2. Hệ Lụy Của Ô Nhiễm

Ô nhiễm nước thải có thể dẫn đến các bệnh về đường hô hấp, tiêu hóa và các vấn đề sức khỏe khác. Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi.

III. Phương Pháp Đánh Giá Chất Lượng Nước Thải Sau Biogas

Để đánh giá chất lượng nước thải sau biogas, cần áp dụng các phương pháp phân tích khoa học. Các chỉ tiêu như BOD, COD, pH và hàm lượng vi sinh vật sẽ được kiểm tra để xác định hiệu quả xử lý của công nghệ biogas.

3.1. Phân Tích Các Chỉ Tiêu Chất Lượng

Các chỉ tiêu như BOD và COD giúp đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Việc phân tích này cung cấp thông tin quan trọng về hiệu quả của hệ thống xử lý.

3.2. Đánh Giá Hiệu Quả Công Nghệ Biogas

Công nghệ biogas có khả năng giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi. Đánh giá hiệu quả của công nghệ này là cần thiết để cải thiện quy trình xử lý nước thải.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Chất Lượng Nước Thải Tại Bắc Ninh

Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước thải sau biogas tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh có sự cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường.

4.1. So Sánh Chất Lượng Nước Thải

So sánh chất lượng nước thải giữa các trang trại cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Một số trang trại đạt tiêu chuẩn, trong khi một số khác vẫn còn ô nhiễm.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Cải Thiện

Đề xuất các giải pháp như nâng cao kỹ thuật xử lý và tăng cường quản lý chất thải để cải thiện chất lượng nước thải. Điều này sẽ giúp bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

V. Kết Luận Về Đánh Giá Chất Lượng Nước Thải Sau Biogas

Đánh giá chất lượng nước thải sau biogas tại Bắc Ninh là một bước quan trọng trong việc bảo vệ môi trường. Cần có các biện pháp cụ thể để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và giảm thiểu ô nhiễm.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Biogas

Công nghệ biogas có tiềm năng lớn trong việc xử lý chất thải chăn nuôi. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

5.2. Khuyến Nghị Chính Sách

Cần có chính sách hỗ trợ cho các trang trại trong việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải. Điều này sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành chăn nuôi.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chăn nuôi tỉnh Bắc Ninh ghi nhận tốc độ tăng trưởng vượt bậc với 3.300 trang trại và gia trại vào năm 2017, cung ứng hàng năm ra thị trường 95.000 tấn gia cầm, 40.000 tấn thủy sản và 100.000 tấn nông sản các loại. Đóng góp kinh tế từ mô hình trang trại đạt mức thu nhập bình quân 412 triệu đồng/trang trại/năm, chiếm gần 50% tổng giá trị sản xuất toàn ngành nông nghiệp địa phương. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của đàn lợn với quy mô 381.544 con vào năm 2017 đã tạo áp lực cực lớn lên môi trường sinh thái do lượng phân và nước thải phát sinh không được xử lý triệt để.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là đánh giá hiện trạng ô nhiễm nguồn nước thải phát sinh sau công trình khí sinh học tại các cơ sở chăn nuôi lợn tập trung. Mục tiêu cụ thể bao gồm: phân tích toàn diện thực trạng công tác chăn nuôi, khảo sát chi tiết 6 thông số ô nhiễm trong nước thải sau hầm Biogas và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, chính sách nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi phù hợp với điều kiện thực tiễn.

Phạm vi không gian nghiên cứu được triển khai tại 3 địa bàn trọng điểm gồm huyện Gia Bình, huyện Quế Võ và thị xã Từ Sơn. Dữ liệu thứ cấp được tổng hợp trong giai đoạn 2013 - 2017, kết hợp quan trắc và lấy mẫu phân tích thực nghiệm trong năm 2018. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp cơ sở khoa học giúp cơ quan quản lý ban hành chính sách kiểm soát môi trường, đồng thời định hướng cho các hộ chăn nuôi chuyển đổi theo mô hình nông nghiệp sinh thái tuần hoàn hướng tới mục tiêu "phát triển chăn nuôi song hành bảo vệ môi trường sinh thái".

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết về phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ và mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn sinh thái. Quá trình lên men kỵ khí trong hầm Biogas diễn ra qua hai giai đoạn sinh hóa cơ bản: giai đoạn thủy phân tạo axit nhờ vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí tùy tiện, tiếp nối bằng giai đoạn metan hóa khi các vi khuẩn sinh metan chuyển hóa acetate và tổ hợp khí thành CH4 và CO2, trong đó acetate đóng góp tới 70% tổng lượng khí sinh ra.

Khung lý thuyết của luận văn tập trung vào các khái niệm then chốt:

• Nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD5): Thước đo hàm lượng các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học trong nước thải.
• Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Chỉ thị mật độ cặn hữu cơ, đất, vi sinh vật chưa lắng tách.
• Tổng Nitơ (theo N): Phản ánh nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước tiếp nhận do hàm lượng protein dư thừa từ thức ăn chăn nuôi.
• Tổng Coliform: Chỉ số an toàn vi sinh học cảnh báo nguy cơ lây lan dịch bệnh đường tiêu hóa.

Bên cạnh đó, mô hình hệ thống sinh thái nông nghiệp kết hợp Vườn - Ao - Chuồng (VAC), Ao - Chuồng (AC) và Vườn - Chuồng (VC) được sử dụng để đánh giá chu trình luân chuyển vật chất và khả năng tự làm sạch chất thải chăn nuôi trong nông hộ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp nguồn dữ liệu sơ cấp và thứ cấp nhằm đảm bảo tính khách quan và khoa học:

• Cỡ mẫu điều tra xã hội học: Tiến hành phỏng vấn 200 đối tượng thông qua bảng hỏi chuẩn hóa, bao gồm 150 phiếu khảo sát chủ trang trại/gia trại và 50 phiếu khảo sát cán bộ quản lý nông nghiệp, môi trường tại 6 xã/phường trọng điểm thuộc Quế Võ, Gia Bình và Từ Sơn.
• Cỡ mẫu và phương pháp lấy mẫu nước thải: Thu thập 120 mẫu nước thải sau Biogas đơn lẻ (Quế Võ: 65 mẫu, Gia Bình: 35 mẫu, Từ Sơn: 20 mẫu) trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2018. Quy trình lấy mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-1:2011, TCVN 6663-3:2008 và TCVN 5999-1995. Cỡ mẫu được xác định dựa trên công thức thống kê Manly (2001) và kiểm định Fisher của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA) nhằm triệt tiêu sai số quan sát.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: 6 chỉ tiêu lý - hóa - sinh (pH, BOD5, COD, Tổng Nitơ, TSS, Coliform) được phân tích tại Phòng thí nghiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường - Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên theo đúng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được thống kê và xử lý tương quan trên phần mềm Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực địa ghi nhận 100% trang trại tại thị xã Từ Sơn và xã Đại Xuân (Quế Võ), cùng trên 87,87% trang trại tại huyện Gia Bình đã đầu tư xây dựng hầm Biogas để xử lý chất thải. Dù vậy, phương thức quản lý nước thải sau xử lý kỵ khí còn nhiều bất cập: 60% cơ sở xả thải trực tiếp ra kênh rạch tự nhiên, 30% dẫn vào ao nuôi cá và chỉ 10% tái sử dụng để tưới tiêu cây trồng.

Kết quả phân tích 120 mẫu nước thải sau Biogas đối chiếu với Cột B - QCVN 62-MT:2016/BTNMT cho thấy mức độ ô nhiễm vượt chuẩn nghiêm trọng:

• Chỉ số pH: Đạt mức trung tính ổn định trên cả 3 địa bàn, dao động từ 6,62 (Gia Bình) đến 6,79 (Từ Sơn), nằm trong giới hạn cho phép (5,5 - 9,0).
• Nhu cầu oxy sinh học (BOD5): Giá trị trung bình tại thị xã Từ Sơn đạt 838,35 mg/l (vượt 8,38 lần quy chuẩn), huyện Gia Bình đạt 824,63 mg/l (vượt 8,25 lần quy chuẩn) và huyện Quế Võ đạt 775,01 mg/l (vượt 7,75 lần quy chuẩn).
• Nhu cầu oxy hóa học (COD): Thị xã Từ Sơn ghi nhận mức cao nhất với 1367,51 mg/l (vượt chuẩn 4,56 lần), huyện Gia Bình đạt 1359,31 mg/l (vượt chuẩn 4,53 lần) và huyện Quế Võ đạt 1265,40 mg/l (vượt chuẩn 4,22 lần).
• Tổng Nitơ và Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Hàm lượng Nitơ trung bình dao động từ 264,86 mg/l đến 275,02 mg/l (vượt chuẩn từ 1,77 đến 1,83 lần). Nồng độ TSS trung bình chạm ngưỡng 721,04 - 787,46 mg/l, vượt quy chuẩn cho phép từ 4,81 đến 5,25 lần.
• Vi sinh vật Coliform: Chỉ số Coliform trung bình dao động 34,13 - 34,65 nghìn MPN/100ml, vượt mức cho phép gần 6,9 lần.

Thảo luận kết quả

Các số liệu quan trắc được minh chứng rõ ràng thông qua biểu đồ so sánh biến thiên nồng độ ô nhiễm giữa các huyện và bảng đối chiếu tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường. Dữ liệu cho thấy chất lượng nước thải sau hầm Biogas chưa đáp ứng yêu cầu xả thải an toàn ra môi trường tự nhiên.

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng trên bắt nguồn từ việc quá tải công suất xử lý. Đa số các trang trại mở rộng quy mô đàn nhanh chóng nhưng thể tích hầm Biogas chỉ duy trì ở mức 10 - 30 m3/hầm, không đảm bảo thời gian lưu bã tối thiểu 30 - 50 ngày. Chất thải chưa kịp phân hủy kỵ khí hoàn toàn đã bị đẩy ra ngoài theo dòng nước rửa chuồng. Thêm vào đó, có tới 57,69% cơ sở áp dụng phương thức nuôi trên nền chuồng bê tông xả thẳng nước dội phân, làm tăng thể tích chất thải lỏng và giảm hiệu suất sinh khí. Lợn hấp thụ kém khoáng chất từ thức ăn công nghiệp khiến nồng độ Nitơ trong phân rất cao, dẫn tới nguy cơ phú dưỡng hóa trầm trọng nguồn nước mặt.

So sánh với các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi tại khu vực đồng bằng sông Hồng, kết quả của luận văn tái khẳng định: hầm Biogas đơn thuần chỉ đóng vai trò xử lý sơ bộ, giảm tải trọng ô nhiễm hữu cơ chứ không thể xem là giải pháp hoàn chỉnh để xả thải trực tiếp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát ô nhiễm và nâng cao chất lượng nước xả thải chăn nuôi, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp đồng bộ:

• Lắp đặt hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt và hồ thủy sinh sau Biogas: Chủ trang trại chăn nuôi chủ trì đầu tư hệ thống bể lọc sinh học nhỏ giọt giá thể xơ dừa hoặc sỏi kết hợp thực vật thủy sinh (bèo lục bình, cỏ vetiver) trong giai đoạn 2019 - 2022. Mục tiêu kỹ thuật nhằm giảm từ 70% đến 85% hàm lượng BOD5, COD còn lại và đưa nồng độ TSS về mức dưới 150 mg/l trước khi xả ra môi trường.
• Triển khai kỹ thuật tách pha rắn - lỏng tại nguồn: Người chăn nuôi thực hiện thu gom phân khô đạt tỷ lệ từ 90% đến 95% trước khi tiến hành rửa dọn chuồng trại, bắt đầu áp dụng ngay trong chu kỳ chăn nuôi mới. Biện pháp này giúp giảm 50% khối lượng nước thải phát sinh, duy trì thời gian lưu chất thải trong hầm Biogas từ 35 đến 45 ngày để tối ưu hóa quá trình phân hủy kỵ khí.
• Ban hành chính sách tín dụng xanh và hỗ trợ công nghệ: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh triển khai gói vay ưu đãi từ Quỹ Bảo vệ Môi trường giai đoạn 2020 - 2025, phấn đấu 100% trang trại quy mô trên 100 con tiếp cận được nguồn vốn nâng cấp công trình xử lý thứ cấp đạt chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT.
• Tăng cường đào tạo, thanh tra và xử lý vi phạm: Chi cục Chăn nuôi và Thú y cùng Ủy ban nhân dân cấp huyện tổ chức các khóa tập huấn kỹ thuật ủ phân compost bằng chế phẩm vi sinh cho 100% hộ dân; thực hiện kiểm tra định kỳ 2 lần/năm và kiên quyết xử phạt hành chính các cơ sở cố tình xả nước thải sau Biogas chưa qua xử lý thứ cấp ra hệ thống kênh mương tưới tiêu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Chủ trang trại và chủ cơ sở chăn nuôi gia súc tập trung: Nắm bắt các cảnh báo thực tế về giới hạn xử lý của hầm Biogas đơn lẻ, từ đó ứng dụng phương pháp tách phân khô và quy trình tái sử dụng nước thải tưới cây, nuôi thủy sản nhằm tiết kiệm chi phí vận hành.
• Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan nông nghiệp địa phương: Khai thác bộ số liệu quan trắc 120 mẫu thực tế để xây dựng phương án kiểm tra, thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường và ban hành quy chuẩn kỹ thuật địa phương về quản lý chất thải nông nghiệp.
• Kỹ sư công nghệ môi trường và doanh nghiệp xử lý nước thải: Sử dụng các thông số phân tích tải lượng ô nhiễm thực tế để thiết kế module xử lý thứ cấp chi phí thấp (lọc sinh học nhỏ giọt, đất ngập nước nhân tạo) phù hợp với túi tiền của các hộ chăn nuôi.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành môi trường: Tham khảo phương pháp luận kết hợp giữa điều tra bảng hỏi xã hội học và kỹ thuật lấy mẫu kiểm định Fisher/Manly làm tài liệu học thuật cho các đề tài nghiên cứu liên quan.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải sau hầm Biogas có đủ điều kiện xả trực tiếp ra sông hồ không? Không. Kết quả phân tích 120 mẫu tại Bắc Ninh cho thấy 100% mẫu nước thải sau Biogas đều có các thông số BOD5, COD, TSS và Coliform vượt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột B từ 1,64 đến 9,89 lần, bắt buộc phải qua hệ thống xử lý thứ cấp trước khi xả thải.

Vì sao các chỉ số ô nhiễm hữu cơ sau hầm Biogas tại các trang trại vẫn ở mức rất cao? Nguyên nhân chủ yếu do các trang trại tăng đàn vượt công suất thiết kế của hầm Biogas (thường chỉ 10 - 30 m3). Tải lượng nước dội chuồng quá lớn làm thời gian lưu bã không đạt 30 - 50 ngày, khiến chất thải chưa phân hủy kỵ khí triệt để đã bị tống tháo ra ngoài.

Phương pháp tách phân rắn - lỏng mang lại lợi ích cụ thể gì cho hệ thống xử lý? Biện pháp tách phân khô trước khi dọn chuồng giúp thu gom từ 90% đến 95% lượng phân rắn, giảm trên 50% tải lượng hữu cơ đi vào hầm ủ. Điều này vừa giúp hầm Biogas không bị quá tải, vừa tạo thêm nguồn thu từ việc đóng bao phân hữu cơ bán cho trồng trọt.

Nước thải sau Biogas có thể tái sử dụng vào những mục đích nào trong nông nghiệp? Nước thải sau Biogas có thể dùng để tưới tiêu cho cây ăn quả hoặc làm giàu dinh dưỡng cho ao nuôi thủy sản. Tuy nhiên, chỉ 10% trang trại tại Bắc Ninh tận dụng tưới cây và 30% đưa vào ao cá; phần lớn cần qua ao lắng lọc để tránh gây phú dưỡng và bùng phát dịch bệnh.

Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt có ưu điểm gì khi áp dụng xử lý nước thải sau Biogas? Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt có chi phí đầu tư thấp, vận hành đơn giản không tốn năng lượng điện. Khi nước thải rải đều qua lớp vật liệu lọc xốp, màng vi sinh hiếu khí sẽ oxy hóa triệt để các hợp chất hữu cơ dư thừa, giảm 70 - 85% BOD5 và COD.

Kết luận

• Thực trạng ứng dụng: 100% trang trại tại Từ Sơn và Đại Xuân (Quế Võ) đã lắp đặt hầm Biogas, song có tới 60% cơ sở xả thẳng nước thải thứ cấp ra kênh mương ngoài môi trường.
• Bằng chứng ô nhiễm: Cả 5 chỉ tiêu BOD5, COD, TSS, Tổng Nitơ và Coliform tại 120 mẫu nước thải khảo sát đều vượt giới hạn Cột B - QCVN 62-MT:2016/BTNMT từ 1,08 đến 9,89 lần.
• Nguyên nhân chủ đạo: Quá tải dung tích hầm ủ, lượng nước dội chuồng lớn làm rút ngắn chu kỳ phân hủy kỵ khí chuẩn (30 - 50 ngày) và thiếu hoàn toàn công đoạn xử lý thứ cấp sau Biogas.
• Đóng góp khoa học: Luận văn cung cấp bức tranh thực nghiệm toàn diện về tải lượng ô nhiễm nước thải chăn nuôi tại Bắc Ninh và đề xuất quy trình lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp phân tách pha rắn - lỏng có tính ứng dụng cao.
• Lộ trình thực hiện: Các cấp quản lý và người chăn nuôi cần phối hợp triển khai mô hình xử lý thứ cấp thí điểm trong giai đoạn 2020 - 2025 gắn liền với chính sách hỗ trợ vốn và giám sát quy chuẩn nghiêm ngặt.

Hãy chủ động áp dụng các giải pháp kỹ thuật tách phân tại nguồn và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải thứ cấp sau Biogas ngay hôm nay để bảo vệ nguồn tài nguyên nước và kiến tạo nền nông nghiệp chăn nuôi bền vững!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 1. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu [16] Chất thải Chất thải là vật chất được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác. Môi trường Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật.

Quy chuẩn kỹ thuật môi trường Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường. Ô nhiễm môi trường “Ô nhiễm môi trường là sự biến đối của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”. Chất gây ô nhiễm “Chất gây ô nhiễm là các chất hóa học, các yếu tố vật lý và sinh học khi xuất hiện trong môi trường cao hơn ngưỡng cho phép làm cho môi trường bị ô nhiễm”. Đặc điểm chất thải chăn nuôi [4] Chất thải chăn nuôi chủ yếu bao gồm: Chất thải rắn – phân Chất thải rắn là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể, phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ.

Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56-83%, tỷ lệ N, P, H cao, chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh trùng có thể gây bệnh cho con người và vật nuôi. Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hóa của gia súc bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa. Vì vậy phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các loại sinh vật khác như cá, giun… Do thành phần giàu chất hữu cơ của phân nên chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, khi phát tán vào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, con người và các sinh vật khác. Thành phần hóa học của phân bao gồm các thành phần như sau: - Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng.

- Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất khoáng (đa lượng, vi lượng). - Nước: là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65-80% khối lượng của phân. Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu cơ cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường. - Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh… - Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài… - Các mô và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa.

- Các thành phần tạp từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuôi dưỡng gia súc (đá, cát, bụi,.) - Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa gia súc hay trong thức ăn. Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi và khẩu phần ăn. Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6 - 8% trọng lượng của vật nuôi (Bảng 1.1: Khối lượng phân và nước tiểu từ lợn thải ra trong 1 ngày đêm Khối lượng lợn (kg) Lượng phân (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày) < 10 0,5 - 1 0,3 – 0,7 15 – 45 1–3 0,7 - 2 45 – 100 3–5 2–4 (Bùi Hữu Đoàn, 2011) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chất thải lỏng Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra.

Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi; Thành phần nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, cụ thể: - Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. - Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-… - N và 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. - Vi sinh vật gây bệnh: nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Chất thải khí Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4, H2S,.

và hàng loạt các khí gây mùi khác) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, ủ phân, chế biến thức ăn,… Hầu hết các khí thải chăn nuôi có thể gây độc cho gia súc, cho con người và môi trường. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi [19] Độ pH: là thước đo tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch nước, nhìn chung sự sống tồn tại phát triển tốt nhất trong điều kiện môi trường nước trung tính có pH=7. Tuy nhiên, sự sống vẫn chấp nhận một khoảng nhất định trên dưới giá trị trung bình (6<pH< 8,5) đôi khi còn rộng hơn và cá biệt cũng có những sinh vật sống ở các pH cực tiểu (0<pH<1) và cực đại pH= 14. Trong tự nhiên luôn luôn tồn tại một hệ đệm do vậy sự thay đổi nồng độ axit (H+) hoặc bazơ (OH-) đến một mức độ nào đó mới dẫn đến sự thay đổi của pH.

Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand -COD): trong hoá học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hoá hoá học được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước phần lớn, các ứng dụng của COD là xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt, COD là phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn bằng đơn vị đo là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] miligam/lit (mg/l), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch, nền tảng cho thử nghiệm COD là gần như mọi hợp chất hữu cơ đều bị ôxy hoá để tạo ra CO2 bằng các chất ôxy hoá mạnh trong các điều kiện axit. Nhu cầu oxy hoá (Biochemical Oxygen Demand - BOD): là lượng oxy thể hiện bằng gam hoặc mg O2 trên một đơn vị thể tích cần cho một vi sinh vật tiêu thụ để oxy hoá sinh học các chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ và thời gian xác định. Giá trị BOD phản ánh lượng các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học có trong mẫu nước, để xác định BOD cần tiến hành ở điêu kiện chuẩn, thường ở nhiệt độ 20 0C trong thời gian 5 ngày.

Vì vậy, giá trị BOD thường được công bố là BOD5, viết tắt là BOD5. Nitơ tổng: là toàn bộ Nitơ có trong các hợp chất hữu cơ nói chung. Sự phân giải các chất sống cuối cùng tạo ra amoniac (NH3) hoà tan tốt trong nước. Trong môi trường kiềm, khí amoniac thoát ra có mùi khai khó chịu, cạnh tranh sự hoà tan của oxy trong nước, đầu độc các động vật thủy sinh.

Trong môi trường trung tính và axit, amoniac tồn tại dưới dạng cation amoni (NH4-), tạo điều kiện cho rêu tảo phát triển khi có ánh sáng, vì vậy ở các ao hồ bẩn nước thường có màu xanh lục. Khi có oxy và các vi khuẩn tự dưỡng, amoniac được ôxy hoá thành các oxyt của nitơ với các mức độ khác nhau. Các hợp chất này đều độc với người và động vật ở các mức độ khác nhau. Sản phẩm cuối cùng của ôxy hoá amoniac là axit Nitric, tồn tại trong nước dưới dạng anion NO3-.

Tổng chất rắn lơ lửng (TSS: Turbidity & Suspendid Solids): gồm các hạt chất vô cơ, hữu cơ và những hạt chất lỏng không hòa tan với nước. Các hạt đó là hạt đất sét, phù sa… hoặc các hạt có bản chất vô cơ khác. Cũng có thể là các sợi thực vật, tảo, vi khuẩn… hoặc các hạt có bản chất hữu cơ khác. Chỉ số vi sinh vật: coliform gồm các vi sinh vật hiếu khí và kị khí tuỳ tiện, Gram âm, không sinh bào tử, hình que, lên men đường lactozơ và sinh hơi trong môi trường nuôi cấy lỏng.

Dựa vào nhiệt độ tăng trưởng, nhóm này lại được chia thành 2 nhóm nhỏ là coliform và coliform phân có nguồn gốc từ phân các loài động vật. Trong môi trường, coliform phân được quan tâm nhiều hơn vì coliform phân có nguồn gốc từ ruột người và các động vật máu nóng. Khi coliform phân hiện diện lớn trong mẫu thì có khả năng mẫu bị nhiễm nước phân và có khả năng chứa các vi sinh vật gây bênh hiện diện trong phân. Để định lượng coliform người ta dùng phương pháp MPN (Most Probable Number).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới Việc xử lý nước thải (XLNT) chăn nuôi đã được nghiên cứu triển khai ở các nước phát triển cách đây vài chục năm. Các công nghệ áp dụng cho XLNT có tải trọng ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi rất đa dạng nhưng trong đó chủ yếu là các phương pháp sinh học do chúng có tính bền vững và thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên.

Tại Tây Ban Nha, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng quy trình VALPUREN (được cấp bằng sáng chế Tây Ban Nha số P9900761).