Luận văn thạc sĩ đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau biogas tại một số trang trại chăn nuôi lợn trên địa bàn tỉnh bắc ninh

Luận văn thạc sĩ đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải sau biogas tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh, phân tích hiệu quả xử lý và đề xuất giải pháp cải thiện.

• Tác giả: Phạm Thị Quyên
• Người hướng dẫn: TS. Đào Đình Châm
• Trường 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
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 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
• 1.1.1. Một số khái niệm có liên quan đến đề tài nghiên cứu
• 1.1.2. Đặc điểm chất thải chăn nuôi
• 1.1.3. Một số thông số nghiên cứu trong nước thải chăn nuôi
• 1.2. Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam
• 1.2.2. Khái quát về công nghệ Biogas
• 1.2.3. Ô nhiễm môi trường và một số tác hại đến sức khỏe từ nước thải chăn nuôi
• 1.3. 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
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
• 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp
• 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.3.4. 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
• 3.2.5. Hiện trạng xử lý chất thải tại khu vực nghiên cứu
• 3.2.6. Hiện trạng phòng, chống dịch bệnh và nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi
• 3.2.6.1. Công tác phòng, chống dịch bệnh tại các trang trại
• 3.2.6.2. Nhận thức của cộng đồng trong xử lý chất thải chăn nuôi
• 3.2.6.3. Tình hình quản lý và xử lý các trang trại gây ô nhiễm môi trường
• 3.3. Hiện trạng chất lượng nước thải chăn nuôi sau Biogas tại khu vực nghiên cứu
• 3.3.1. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Gia Bình
• 3.3.2. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi ở huyện Quế Võ
• 3.3.3. Hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại một số trang trại chăn nuôi tại thị xã Từ Sơn
• 3.3.4. 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
• 3.4. Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas
• 3.5. Một số giải pháp thích hợp nhằm pháp nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình Biogas và cải thiện chất lượng nước thải sau Biogas
• 3.5.1. Đối với các cơ sở chăn nuôi
• 3.5.2. Đối với các cơ quan quản lý, cơ quan chuyên môn
• 3.5.3. Giải pháp tuyên truyền – giáo dục
• 3.5.4. Giải pháp về kinh tế
• 3.5.5. Giải pháp về kỹ thuật
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Chất lượng nước thải sau biogas

Chất lượng nước thải sau quá trình xử lý bằng biogas tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh được đánh giá dựa trên các thông số như pH, BOD5, COD, tổng Nitơ, TSS và Coliforms. Kết quả phân tích cho thấy, mặc dù công nghệ biogas đã giảm thiểu đáng kể lượng chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh, một số chỉ tiêu vẫn vượt quá tiêu chuẩn nước thải cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc cải tiến quy trình xử lý nước thải để đảm bảo bảo vệ môi trường.

1.1. Thông số chất lượng nước

Các thông số như pH, BOD5, và COD được sử dụng để đánh giá hiệu quả của công nghệ biogas. Kết quả cho thấy, pH của nước thải sau biogas dao động trong khoảng 6.5-7.5, phù hợp với tiêu chuẩn. Tuy nhiên, BOD5 và COD vẫn ở mức cao, cho thấy sự tồn tại của các chất hữu cơ chưa được phân hủy hoàn toàn. Điều này cần được cải thiện để đảm bảo tái sử dụng nước an toàn.

1.2. Vi sinh vật và chất rắn

Chỉ số Coliforms và TSS trong nước thải sau biogas vẫn còn cao, đặc biệt là ở các trang trại quy mô lớn. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc áp dụng thêm các phương pháp xử lý nước thải như lọc sinh học hoặc khử trùng để đảm bảo an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.

II. Hiện trạng chăn nuôi lợn tại Bắc Ninh

Trang trại chăn nuôi lợn tại Bắc Ninh đang phát triển mạnh về quy mô và số lượng. Tuy nhiên, việc quản lý chất thải chăn nuôi vẫn còn nhiều hạn chế. Hầu hết các trang trại đều sử dụng công nghệ biogas để xử lý chất thải, nhưng hiệu quả chưa đồng đều. Điều này dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường cao, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước và không khí.

2.1. Quy mô và mô hình chăn nuôi

Các trang trại chăn nuôi lợn tại Bắc Ninh chủ yếu hoạt động theo mô hình gia trại và trang trại quy mô vừa và nhỏ. Mặc dù mang lại hiệu quả kinh tế cao, việc quản lý chất thải chăn nuôi vẫn chưa được chú trọng đúng mức. Điều này đòi hỏi sự can thiệp của các cơ quan quản lý để đảm bảo phát triển bền vững.

2.2. Công nghệ xử lý chất thải

Công nghệ biogas được áp dụng rộng rãi tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Bắc Ninh. Tuy nhiên, việc vận hành và bảo trì hệ thống chưa được thực hiện đúng kỹ thuật, dẫn đến hiệu quả xử lý không cao. Điều này cần được cải thiện thông qua các chương trình đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật cho người chăn nuôi.

III. Giải pháp cải thiện chất lượng nước thải

Để cải thiện chất lượng nước thải sau biogas, cần áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý. Các giải pháp bao gồm nâng cao nhận thức của người chăn nuôi, cải tiến công nghệ xử lý nước thải, và tăng cường giám sát của các cơ quan chức năng. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn thúc đẩy phát triển bền vững ngành chăn nuôi.

3.1. Giải pháp kỹ thuật

Các giải pháp kỹ thuật như lọc sinh học, khử trùng bằng UV, và sử dụng các chất hấp phụ có thể được áp dụng để cải thiện chất lượng nước thải sau biogas. Điều này giúp đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn nước thải trước khi xả ra môi trường.

3.2. Giải pháp quản lý

Các cơ quan quản lý cần tăng cường giám sát và hỗ trợ kỹ thuật cho các trang trại chăn nuôi lợn. Đồng thời, cần có các chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo và tái sử dụng nước để thúc đẩy phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năm 2017, tỉnh Bắc Ninh sở hữu khoảng 3.300 trang trại và gia trại nông nghiệp, đóng góp tới gần 50% giá trị thu nhập của toàn ngành nông nghiệp địa phương và cung ứng hàng năm 95.000 tấn gia cầm cùng 40.000 tấn thủy sản ra thị trường. Tuy nhiên, sự phát triển nóng của đàn lợn với quy mô 381.544 con đã tạo ra áp lực khổng lồ lên môi trường tiếp nhận. Mặc dù tỷ lệ xây dựng công trình khí sinh học tại các huyện trọng điểm như Quế Võ, Gia Bình và thị xã Từ Sơn đạt từ 87,87% đến 100%, nhưng hiệu quả làm sạch thực tế vẫn chưa đạt yêu cầu. Đáng lo ngại, có tới 60% số trang trại được khảo sát đang xả trực tiếp dòng nước thải sau xử lý kỵ khí ra hệ thống kênh mương, đe dọa nghiêm trọng đến nguồn nước mặt và sức khỏe cộng đồng.

Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài tập trung đánh giá toàn diện công tác chăn nuôi lợn và hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại các trang trại trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Nghiên cứu phân tích chuyên sâu 6 thông số lý hóa và vi sinh vật cốt lõi theo quy chuẩn quốc gia, từ đó làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy kỵ khí và đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật, quản lý đồng bộ. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tại 3 địa bàn trọng điểm gồm huyện Quế Võ, huyện Gia Bình và thị xã Từ Sơn trong giai đoạn 2013 - 2018, với trọng tâm quan trắc thực địa vào tháng 7 đến tháng 9 năm 2018. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp luận cứ định lượng giúp địa phương kiểm soát ô nhiễm, giảm thiểu từ 70% đến 80% tải lượng hữu cơ phát thải và thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết phân hủy kỵ khí đa pha (Anaerobic Digestion Theory) làm nền tảng khoa học chính. Quá trình phân hủy chất thải hữu cơ trong hầm Biogas diễn ra qua hai giai đoạn liên tục: giai đoạn thủy phân tạo axit nhờ vi khuẩn acetogenic (chuyển hóa polyme thành axit axetic, chiếm 70% cơ chất) và giai đoạn sinh khí metan (CH4) bởi vi khuẩn methanogenic trong điều kiện yếm khí nghiêm ngặt với độ pH tối ưu dao động từ 6,5 đến 7,0. Bên cạnh đó, lý thuyết cân bằng vật chất và động học chuyển hóa ô nhiễm hữu cơ trong dòng nước thải được kết hợp để phân tích quá trình suy giảm oxy hòa tan.

Nghiên cứu tập trung vào 5 khái niệm cốt lõi:

• Nước thải chăn nuôi lợn: Hỗn hợp phân, nước tiểu (chiếm 6% đến 8% khối lượng cơ thể/ngày đêm) và nước rửa chuồng giàu hợp chất hữu cơ (70% - 80%), Nitơ và Photpho.
• BOD5 (Biochemical Oxygen Demand): Lượng oxy hòa tan tiêu hao bởi vi sinh vật để oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 20°C.
• COD (Chemical Oxygen Demand): Lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ bằng tác nhân hóa học mạnh trong môi trường axit.
• TSS (Total Suspended Solids): Tổng khối lượng chất rắn lơ lửng vô cơ và hữu cơ không hòa tan có trong một đơn vị thể tích nước thải.
• Tổng Coliforms: Nhóm vi khuẩn chỉ thị mức độ ô nhiễm vi sinh vật đường ruột và mầm bệnh nguy hại phát sinh từ phân động vật.

Hệ thống quy chuẩn và cơ sở pháp lý áp dụng bao gồm: Luật Bảo vệ Môi trường số 55/2014/QH13, QCVN 62-MT:2016/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi) và Quyết định số 03/2018/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm kết hợp điều tra xã hội học nhằm thu thập nguồn dữ liệu đa chiều:

• Thu thập dữ liệu sơ cấp: Thực hiện điều tra bảng hỏi với tổng quy mô 200 phiếu, gồm 150 phiếu phỏng vấn chủ trang trại (42 chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật, vệ sinh chuồng trại, vận hành hầm ủ) và 50 phiếu khảo sát cán bộ quản lý cấp huyện, xã cùng Chi cục Chăn nuôi và Thú y tỉnh Bắc Ninh (41 chỉ tiêu về công tác thú y và quản lý môi trường).
• Cỡ mẫu và phương pháp lấy mẫu quan trắc: Cỡ mẫu được xác định khoa học dựa trên công thức Manly (2001) $n = 4\hat{S}^2/e^2$ và công thức kiểm định Fisher (US EPA) $n = t^2s^2/e^2$. Tổng cộng 120 mẫu nước thải sau Biogas được lấy theo phương pháp ngẫu nhiên mẫu đơn tuân thủ hướng dẫn của TCVN 6663-1:2011 và TCVN 5999-1995. Mạng lưới quan trắc phân bổ tại 3 địa bàn: huyện Quế Võ (65 mẫu, ký hiệu QV1 - QV65), huyện Gia Bình (35 mẫu, ký hiệu GB1 - GB35) và thị xã Từ Sơn (20 mẫu, ký hiệu TS1 - TS20). Thời gian lấy mẫu tập trung từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2018.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Toàn bộ 120 mẫu được bảo quản theo TCVN 6663-3:2008 và phân tích 6 chỉ tiêu tại Phòng thí nghiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường - Trường Đại học Khoa học (Đại học Thái Nguyên). Các phương pháp phân tích chuẩn độ, trắc quang phổ tử ngoại và phương pháp đếm khuẩn lạc MPN (Most Probable Number) được lựa chọn vì tính chuẩn xác cao, đảm bảo tính pháp lý khi đối chiếu trực tiếp với Cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực địa và phân tích 120 mẫu nước thải sau Biogas tại Bắc Ninh đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng:

• Mô hình chăn nuôi và thực trạng xả thải: 57,69% trang trại (30/52 trại) áp dụng phương thức nuôi trên nền chuồng lát gạch hoặc bê tông. Mô hình vườn - ao - chuồng (VAC) chiếm tỷ lệ cao nhất với 30,80% (16 trang trại), tiếp đến là ao - chuồng (AC) chiếm 26,90%, vườn - chuồng (VC) chiếm 25,00% và chỉ có chuồng (C) chiếm 17,30%. Mặc dù tỷ lệ xây dựng hầm Biogas tại các xã điều tra đạt rất cao từ 87,87% đến 100%, nhưng có tới 60% số hộ xả thẳng nước thải sau Biogas ra kênh rạch, chỉ 30% tận dụng làm thức ăn cho cá và 10% sử dụng tưới cây.
• Tải lượng ô nhiễm hữu cơ vượt chuẩn nghiêm trọng: Thông số BOD5 trung bình tại thị xã Từ Sơn lên tới 838,35 mg/l (vượt 8,38 lần giới hạn Cột B theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT), tại huyện Gia Bình đạt 824,63 mg/l (vượt 8,25 lần) và huyện Quế Võ đạt 775,01 mg/l (vượt 7,75 lần). Tương tự, chỉ số COD trung bình tại Từ Sơn đạt 1367,51 mg/l (vượt 4,56 lần), Gia Bình đạt 1359,31 mg/l (vượt 4,53 lần) và Quế Võ đạt 1265,40 mg/l (vượt 4,22 lần).
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng, Nitơ và vi sinh vật ở mức báo động: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) trung bình tại Gia Bình và Từ Sơn đều chạm mốc xấp xỉ 787 mg/l, vượt quy chuẩn xả thải 5,25 lần (ngưỡng cho phép là 150 mg/l). Hàm lượng Tổng Nitơ trung bình dao động từ 264,86 mg/l (Quế Võ) đến 275,02 mg/l (Gia Bình), vượt từ 1,77 đến 1,83 lần. Đáng chú ý, chỉ số vi sinh vật Tổng Coliforms trung bình dao động từ 34.130 đến 34.650 MPN/100ml, vượt quy chuẩn cho phép tới 6,83 - 6,93 lần.
• Độ pH nằm trong ngưỡng trung tính: Giá trị pH trung bình của các mẫu nước thải tương đối đồng đều: huyện Gia Bình đạt 6,62; huyện Quế Võ đạt 6,68 và thị xã Từ Sơn đạt 6,79. Tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn môi trường (5,5 - 9,0).

Thảo luận kết quả

Dữ liệu quan trắc khẳng định công nghệ hầm Biogas hiện tại chỉ đóng vai trò phân hủy sơ cấp chứ chưa thể coi là công đoạn xử lý nước thải hoàn chỉnh. Nguyên nhân cốt lõi khiến các chỉ số BOD5, COD và TSS sau hầm ủ vượt chuẩn gấp nhiều lần xuất phát từ sự mất cân đối giữa quy mô đàn gia súc và thể tích bể kỵ khí. Khi người dân tăng quy mô đàn lên hàng trăm con nhưng vẫn giữ thể tích hầm xây cố định từ 10 đến 30 m3, thời gian lưu chất thải bị rút ngắn nghiêm trọng, không bảo đảm chu kỳ lưu giữ chuẩn từ 30 đến 50 ngày. Chất hữu cơ chưa kịp phân hủy yếm khí đã bị nước rửa chuồng cuốn trôi ra môi trường. Bên cạnh đó, thói quen vệ sinh chuồng 2 - 3 lần/ngày mà không tách phân khô khiến lượng nước thải tăng vọt, phá vỡ tỷ lệ phân/nước tối ưu (1/3 đến 1/7).

Hàm lượng Tổng Nitơ cao là hệ quả từ khẩu phần thức ăn công nghiệp giàu đạm mà hệ tiêu hóa của lợn không hấp thụ hết. Nguồn Nitơ dư thừa này khi chảy ra nguồn tiếp nhận sẽ kích thích hiện tượng phú dưỡng hóa, làm bùng phát tảo độc. Đặc biệt, môi trường pH trung tính (6,62 - 6,79) sau Biogas lại trở thành điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn Coliforms phân tồn tại và lây lan dịch bệnh.

Trong báo cáo nghiên cứu, các chuỗi số liệu được mô phỏng trực quan qua hệ thống 5 biểu đồ so sánh biến thiên nồng độ và các bảng đối chiếu chi tiết 6 thông số lý hóa giữa 3 địa phương. Kết quả này tương đồng với nhiều nghiên cứu thực nghiệm tại khu vực Đồng bằng sông Hồng, chứng minh rằng để đạt quy chuẩn môi trường bắt buộc phải bổ sung hệ thống xử lý thứ cấp sau hầm Biogas.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả khảo sát và phân tích thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm kiểm soát ô nhiễm nước thải chăn nuôi:

1. Triển khai kỹ thuật tách pha rắn - lỏng tại nguồn: Các chủ cơ sở chăn nuôi cần thực hiện gom phân khô trước khi xối rửa chuồng hoặc trang bị máy ép phân trục vít. Mục tiêu hành động là thu gom triệt để 90% - 95% lượng phân rắn, giảm ngay 40% - 50% tải lượng COD và TSS đi vào hầm Biogas. Thời gian hoàn thành lắp đặt và chuyển đổi quy trình vệ sinh trong vòng 6 tháng.
2. Lắp đặt hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt và hồ sinh học sau Biogas: Chủ trang trại phối hợp với các kỹ sư môi trường xây dựng module xử lý bậc hai gồm bể lọc sinh học nhỏ giọt giá thể vi sinh kết hợp hồ sinh học trồng thực vật thủy sinh (bèo lục bình, cỏ vetiver). Mục tiêu đưa các thông số BOD5 xuống dưới 100 mg/l, COD dưới 300 mg/l và Coliforms dưới 5.000 MPN/100ml, đạt chuẩn Cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Lộ trình triển khai kỹ thuật trong vòng 12 tháng.
3. Tăng cường công tác kiểm tra, giám sát và quy hoạch vùng chăn nuôi tập trung: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh cùng Ủy ban nhân dân các huyện Quế Võ, Gia Bình và thị xã Từ Sơn cần thực hiện kiểm tra định kỳ 100% trang trại chăn nuôi quy mô từ 100 con trở lên; xử phạt nghiêm các hành vi xả thải lén lút theo Nghị định 155/2016/NĐ-CP và Quyết định 03/2018/QĐ-UBND. Đồng thời, hoàn thiện đề án di dời trang trại xen kẹt trong khu dân cư vào khu quy hoạch tập trung trước năm 2025.
4. Mở rộng chính sách tín dụng xanh và chuyển giao công nghệ vi sinh: Chi cục Chăn nuôi và Thú y tỉnh Bắc Ninh phối hợp cùng các tổ chức tín dụng cung cấp các gói vay ưu đãi hỗ trợ 30% - 50% kinh phí xây dựng công trình xử lý chất thải. Đơn vị chuyên môn tổ chức từ 10 đến 15 lớp tập huấn kỹ thuật mỗi năm, hướng dẫn người dân ứng dụng chế phẩm sinh học EM, men vi sinh ủ phân compost hữu cơ và nuôi giun quế, triển khai liên tục giai đoạn 2019 - 2023.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng dữ liệu thực nghiệm giá trị và các giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao, đặc biệt phù hợp cho 4 nhóm đối tượng:

• Cán bộ quản lý môi trường và nông nghiệp cấp tỉnh/huyện: Khai thác bộ số liệu quan trắc chuẩn xác tại Bắc Ninh để xây dựng quy hoạch chăn nuôi, hoạch định chính sách hỗ trợ phát triển kinh tế trang trại đi đôi với kiểm soát xả thải.
• Chủ trang trại và doanh nghiệp chăn nuôi gia súc: Tham khảo sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt sau Biogas và kỹ thuật tách phân khô để cải tạo hệ thống xử lý chất thải của cơ sở, tối ưu hóa chi phí vận hành và đảm bảo tuân thủ đầy đủ quy chuẩn pháp lý.
• Kỹ sư môi trường và chuyên gia thiết kế công trình xử lý nước thải: Sử dụng các thông số thực tế về tải lượng ô nhiễm (BOD5, COD, Tổng Nitơ, Coliforms) để tính toán dung tích bể, lựa chọn vật liệu lọc và thiết kế module xử lý nước thải chăn nuôi phù hợp với điều kiện khí hậu miền Bắc.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Quản lý Tài nguyên, Khoa học Môi trường: Nguồn tài liệu học thuật giá trị về phương pháp xác định cỡ mẫu theo chuẩn Fisher và Manly, kỹ thuật lấy mẫu thực địa theo TCVN và quy trình phân tích đánh giá chất lượng nước thải nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Nước thải sau hầm Biogas có đủ điều kiện để xả thẳng trực tiếp ra môi trường hay không? Không đủ điều kiện. Kết quả phân tích 120 mẫu nước thải tại Bắc Ninh cho thấy hầu hết các chỉ tiêu đều vượt Cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Điển hình là BOD5 vượt từ 7,75 đến 8,38 lần, COD vượt trên 4,2 lần và Coliforms vượt gần 7 lần. Xả thẳng nguồn nước này sẽ gây cạn kiệt oxy hòa tan và ô nhiễm nguồn tiếp nhận nghiêm trọng.

Tại sao nước thải đã qua xử lý bằng hầm Biogas vẫn còn nồng độ chất hữu cơ rất cao? Nguyên nhân chủ yếu do thể tích hầm Biogas (thường từ 10 đến 30 m3) bị quá tải khi các hộ mở rộng đàn lợn lên hàng trăm con. Thời gian lưu bùn không đạt mức chuẩn 30 - 50 ngày khiến quá trình phân hủy kỵ khí chưa hoàn tất, chất hữu cơ bị cuốn trôi ra ngoài theo lượng nước rửa chuồng lớn.

Chỉ số pH trong nước thải sau Biogas tại Bắc Ninh có đặc điểm gì đáng lưu ý? Giá trị pH trung bình tại các trang trại dao động ổn định trong khoảng 6,62 đến 6,79, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn (5,5 - 9,0). Tuy nhiên, môi trường pH trung tính này lại tạo điều kiện thuận lợi nhất cho vi khuẩn mầm bệnh và Coliforms phân sinh sôi, kéo dài thời gian tồn tại trong môi trường nước.

Giải pháp kỹ thuật nào giúp xử lý nước thải sau Biogas đạt chuẩn với chi phí thấp nhất? Giải pháp tối ưu là áp dụng kỹ thuật thu gom phân khô tại nguồn (thu hồi 90% - 95% phân rắn) kết hợp module lọc sinh học nhỏ giọt và hồ thủy sinh sau hầm Biogas. Phương pháp này tận dụng màng vi sinh hiếu khí tự nhiên và thực vật hấp thụ dinh dưỡng, giảm hơn 80% COD và BOD5 mà không tốn kém chi phí điện năng.

Hiện nay các trang trại tại Bắc Ninh đang tái sử dụng nước thải sau Biogas như thế nào? Khảo sát thực tế trên 52 trang trại cho thấy chỉ có 10% cơ sở sử dụng nước sau Biogas để tưới cây (chủ yếu ở mô hình vườn - chuồng) và 30% cơ sở dẫn vào ao nuôi cá (ở mô hình VAC và AC). Đáng tiếc, vẫn có tới 60% trang trại xả thải trực tiếp ra mương rãnh tự nhiên mà không qua tái sử dụng.

Kết luận

• Đánh giá toàn diện và định lượng chuẩn xác hiện trạng chất lượng nước thải sau Biogas tại 3 địa bàn trọng điểm của tỉnh Bắc Ninh qua bộ dữ liệu 120 mẫu thực nghiệm.
• Chứng minh rõ ràng các thông số cốt lõi gồm BOD5 (vượt tới 8,38 lần), COD (vượt tới 4,56 lần), TSS (vượt tới 5,25 lần) và Coliforms (vượt tới 6,93 lần) đều không đạt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT Cột B.
• Xác định nguyên nhân gốc rễ dẫn đến ô nhiễm là do quá tải thể tích hầm Biogas, thiếu công đoạn tách phân rắn tại nguồn và thời gian lưu chất thải chưa bảo đảm.
• Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp cơ chế tài chính hỗ trợ 30% - 50% chi phí và quy hoạch chăn nuôi tập trung đồng bộ.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước và phát triển mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn tại các tỉnh đồng bằng.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã phá bỏ ngộ nhận về khả năng làm sạch triệt để của hầm Biogas đơn thuần, đồng thời định hình quy trình công nghệ xử lý thứ cấp chi phí thấp có tính ứng dụng cao. Trong giai đoạn 2019 - 2025, các địa phương cần khẩn trương thí điểm mô hình lọc sinh học nhỏ giọt tại 20 trang trại tiêu biểu trước khi nhân rộng trên toàn tỉnh. Hãy tham khảo và trích dẫn ngay toàn văn luận văn thạc sĩ để khai thác chi tiết bộ dữ liệu quan trắc thực địa và quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi tiên tiến!

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 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 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 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. 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). Đây là quy trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng được cấp bởi hỗn hợp khí sinh học và khí tự nhiên.