Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Các khái niệm cơ bản * Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí,.
Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu. * Nước thải chăn nuôi: Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh. Tổng quan về nước thải chăn nuôi 1.
Khái niệm về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi 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 thủy sản do con người tạo nên. Những hoạt động này tác dụng trực tiếp, gián tiếp đến sự thay đổi về mặt năng lượng, mức độ bức xạ, thành phần hóa học, tính chất vật lý,. Những thay đổi đó tác động có hại đến con người và sinh vật trên trái đất. Nguồn gốc phát sinh chất thải 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 do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời. Các chất này là các chất dễ phân hủy sinh học: carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường. Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy ở các trang trại chăn nuôi tập trung. Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi - 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, SO42-,. [8] Trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí sẽ cho các sản phẩm CO2, H2O, NO2-, NO3-. Còn trong quá trình kị khí là CH4, N2, NH3, H2S,. - N và P: Với điều kiện chăn nuôi bằng thức ăn công nghiệp như hiện nay, sử dụng phổ biến thức ăn đậm đặc, với hàm lượng N và P cao, do vậy vật nuôi bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu một lượng đạm cao.
Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N-tổng trong nước thải chăn nuôi 571 - 1026 mg/l photpho từ 39 - 94 mg/l. - Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn như Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona. Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski, có thể gây bệnh cho người và gia súc.
[8] - Thành phần hóa học nước tiểu lợn. Thành phần hóa học nước thải của lợn [15] STT Đặc tính Đơn vị Giá trị 1 Vật chất khô g/kg 30.3 5 Urea mmol/l 123 - 196 6 Cacbonates g/kg 0.19 Nước phân chuồng là nước từ các đống phân chảy ra, phần lớn là nước tiểu gia súc hòa lẫn nhiều chất hòa tan của phân đặc và chứa thêm một lượng nước rửa chuồng. Nước phân chuồng rất giàu dinh dưỡng, dễ tiêu và có giá trị lớn về mặt phân bón. Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn: Nhìn chung nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải của các ngành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán: Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột với các genus như E.Coli, Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona.
Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski,. có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 28 ngày ở nhiệt độ và khí hậu nước ta và có thể tồn tại được 2 - 5 tháng. Nhiều loại mầm bệnh có khả năng xâm nhập vào mạch nước ngầm như B. Tính chất nước thải chăn nuôi lợn [15] STT Đặc tính Đơn vị Giá trị 1 Độ màu Pt-CO 350 - 870 2 Độ đục mg/l 420 - 550 3 BOD5 mg/l 3500 - 8900 4 COD mg/l 5000 - 12000 5 SS mg/l 680 - 1200 6 Pt mg/l 36 - 72 7 Nt mg/l 220 - 460 8 Dầu mỡ mg/l 5 - 58 7 1.
Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn * Phương pháp hóa lý: 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 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 polyme trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ.
Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi lợn 2/9 phương pháp keo tụ có thể tách được 80 - 90 % hàm lượng chất lơ lửng có trong nước thải chăn nuôi lợn. 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.
* 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 các chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo từng nhóm vi khuẩn mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có thể sử dụng hồ sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý. * Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học: - Xử lý theo phương pháp hiếu khí: + Bể aeroten thông thường; + Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn; + Bể aeroten mở rộng; + Mương oxy hóa; + Bể hoạt động gián đoạn (SBR); 8 + Tháp lọc sinh học; + Tháp lọc sinh học nhỏ giọt; + Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC).
- Xử lý theo phương pháp kỵ khí: + Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước từ dưới lên (UASB); + Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc; + Bể lọc kỵ khí; + Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định. * Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học. - Hồ sinh học: + Hồ hiếu khí; + Hồ làm thoáng tự nhiên; + Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Hồ tùy nghi; Hồ kỵ khí; Hồ xử lý bổ sung; + Cánh đồng tưới; + Vùng đất ngập nước (bãi lọc ngầm trồng cây - Constructed Wetland). Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay ở Việt Nam Phương pháp được áp dụng chủ yếu trong các trang trại chăn nuôi hiện nay là bể biogas và nó đã cho thấy hiệu quả rõ rệt.
Tuy nhiên, phần nước thải sau biogas lại chưa được quan tâm nhiều, qua quá trình xử lý biogas ban đầu về thành phần các chất thải đã giảm đi nhiều nhưng chưa thật sự triệt để: nó vẫn còn mang nhiều mầm bệnh và các chất hữu cơ, phần nước này được xả thẳng ra sông, ngòi, ao, hồ,. gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng hầm biogas để xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã làm giảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm. Trung bình, COD giảm 84,7%, BOD5 giảm 76,3%, SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%, TKN giảm 11,8%, T-P giảm 7,0% 9 và Fecal coliform giảm 51,2%.
Tuy nhiên, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu ra vẫn còn khá cao, vượt tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009/BTNMT, cột B, TCN 678 - 2006). Đặc biệt đáng quan tâm là nồng độ các chất dinh dưỡng ở các mẫu này rất cao, tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng khi xả thải vào các vực nước mặt. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hoá học của nước thải chăn nuôi sau công trình khí sinh học Biogas [8] Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 40-20111(cột B) Màu sắc - Xanh đen - Mùi - Hôi Không có mùi COD mg/l 661.24 6 TDS ppm 4259 - DO mg/l 0.5-9 EC mS/m 8518 - Qua bảng 1.3 ta thấy: Nước thải tuy đã được xử lý qua bể biogas nhưng hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn bẩn vẫn còn rất cao, đặc biệt như: - BOD5 là 484.76 mg/l trong đó TCCP là 50 mg/l, như vậy vượt TCCP là 9.04 mg/l, trong đó TCCP là 150 mg/l, như vậy vượt TCCP là 4.43 mg/l trong đó TCCP là 40mg/l, như vậy vượt TCCP 10.24 mg/l trong đó TCCP là 6 mg/l, như vậy vượt TCCP 12. - TDS là 4259 ppm, đây cũng là hàm lượng khá cao so với nguồn nước mặt.
10 Nguồn nước thải sau biogas vẫn có mùi hôi và màu xám đen đặc trưng; độ dẫn diện EC trong nước rất cao (8518 mS/m) chứng tỏ trong nước thải chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ và vô cơ bởi đây là những thành phần chứa các anion và cation có khả năng dẫn điện tốt trong nước. Chỉ có duy nhất chỉ tiêu pH nằm trong TCCP theo QCVN 40-2011/BTNMT với pH là 7.