Luận văn thạc sĩ về hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas

Tài liệu Hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas bằng biện pháp vật lý và tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành

• Tác giả: Vũ Trà My
• Người hướng dẫn: TS. Hán Quang Hạnh
• Trường học: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Chăn nuôi
• Đề tài: Hiệu Quả Xử Lý Chất Thải Chăn Nuôi Sau Biogas Bằng Một Số Biện Pháp Vật Lý Và Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu chung
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Tổng quan tài liệu
• 1.3.1. Khái niệm về chất thải chăn nuôi
• 1.3.2. Ảnh hưởng của chất thải với con người, vật nuôi và môi trường
• 1.3.3. Xử lý chất thải bằng hệ thống Biogas
• 1.3.4. Các phương pháp xử lý chất thải sau Biogas
• 1.3.4.1. Các phương pháp vật lý
• 1.3.4.2. Các phương pháp hóa lý
• 1.3.4.3. Các phương pháp hóa học
• 1.3.4.4. Các phương pháp sinh học
• 1.3.5. Giới thiệu về cỏ Vetiver
• 1.3.6. Các chỉ tiêu thông dụng đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải
• 1.3.6.1. Các chỉ tiêu về vật lý
• 1.3.6.2. Các chỉ tiêu về hóa học
• 1.3.6.3. Các chỉ tiêu về vi sinh vật
• 1.3.7. Nghiên cứu trong và ngoài nước về chất thải chăn nuôi lợn
• 1.3.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.7.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Địa điểm nghiên cứu
• 1.4.2. Thời gian nghiên cứu
• 1.4.3. Vật liệu nghiên cứu
• 1.4.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.4.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.5.1. Phương pháp điều tra tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải của các trang trại huyện Văn Giang
• 1.4.5.2. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp kết hợp tại mô hình thực nghiệm
• 1.4.5.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vetiver và rơm quy mô phòng thí nghiệm
• 1.4.5.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu
• 1.5. Kết quả và thảo luận
• 1.5.1. Khảo sát tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải tại một số trang trại chăn nuôi lợn huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên
• 1.5.2. Kết quả xử lý chất thải sau biogas tại trại thực nghiệm
• 1.5.2.1. Hàm lượng BOD5 và COD của các mẫu nước thải sau xử lý
• 1.5.2.2. Hàm lượng sunfua hòa tan trong nước thải sau khi xử lý
• 1.5.2.3. Hàm lượng Nitơ và Phốt-pho trong nước thải và trong mẫu rơm sau khi xử lý
• 1.5.2.4. Kim loại nặng trong nước thải trước biogas và sau biogas
• 1.5.2.5. Coli trong nước thải chăn nuôi
• 1.5.2.6. Khả năng xử lý nước thải sau Biogas của cỏ vetiver và rơm ở điều kiện trong chậu thí nghiệm
• 1.5.2.7. Khả năng xử lý nước thải sau biogas của cỏ vetiver
• 1.5.2.8. Hiệu quả xử lý nước thải bằng rơm khô
• 1.6. Kết luận và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas

Chất thải chăn nuôi, đặc biệt là từ lợn, là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc xử lý chất thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho người chăn nuôi. Hệ thống biogas đã được áp dụng rộng rãi, nhưng việc xử lý nước thải sau biogas vẫn còn nhiều thách thức. Nghiên cứu này sẽ phân tích hiệu quả của các biện pháp vật lý và sinh học trong việc xử lý chất thải chăn nuôi.

1.1. Khái niệm về chất thải chăn nuôi và biogas

Chất thải chăn nuôi bao gồm phân và nước tiểu của động vật. Hệ thống biogas là một giải pháp hiệu quả để xử lý chất thải này, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra năng lượng tái tạo.

1.2. Tình hình xử lý chất thải chăn nuôi hiện nay

Theo thống kê, chỉ có khoảng 31,79% trang trại sử dụng hệ thống biogas. Việc xử lý nước thải sau biogas vẫn chưa được chú trọng, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý chất thải chăn nuôi

Mặc dù hệ thống biogas đã giúp giảm thiểu ô nhiễm, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết. Nước thải sau biogas thường chứa nhiều chất ô nhiễm như BOD, COD, và các kim loại nặng. Việc tìm kiếm các biện pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết.

2.1. Các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi thường chứa các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD5, COD, nitơ và phốt-pho. Những chất này có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến môi trường

Ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi có thể ảnh hưởng đến nguồn nước, không khí và đất đai, gây ra các vấn đề sức khỏe cho cộng đồng và động vật.

III. Phương pháp vật lý trong xử lý chất thải chăn nuôi

Phương pháp vật lý như lắng lọc và sử dụng vật liệu lọc là những giải pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải chăn nuôi. Việc bổ sung rơm vào bể lắng có thể tăng cường khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm.

3.1. Lắng lọc và vai trò của rơm

Lắng lọc là phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả. Việc bổ sung rơm vào bể lắng giúp tăng cường khả năng loại bỏ nitơ và phốt-pho trong nước thải.

3.2. Hiệu quả của phương pháp vật lý

Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phương pháp vật lý có thể giảm đáng kể hàm lượng BOD và COD trong nước thải chăn nuôi.

IV. Phương pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

Phương pháp sinh học, bao gồm việc sử dụng chế phẩm vi sinh và cây thủy sinh, đã chứng minh được hiệu quả trong việc xử lý nước thải chăn nuôi. Cỏ vetiver là một trong những loại cây được nghiên cứu và áp dụng.

4.1. Cỏ vetiver và khả năng xử lý nước thải

Cỏ vetiver có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm trong nước thải, giúp cải thiện chất lượng nước sau xử lý.

4.2. Chế phẩm vi sinh và hiệu quả xử lý

Việc sử dụng chế phẩm vi sinh EM trong bể lắng đã cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu ô nhiễm nước thải chăn nuôi.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp các phương pháp vật lý và sinh học có thể mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải chăn nuôi. Các chỉ tiêu ô nhiễm giảm đáng kể sau khi áp dụng các biện pháp này.

5.1. Kết quả xử lý nước thải tại trang trại thực nghiệm

Kết quả cho thấy hàm lượng BOD5 và COD giảm đáng kể sau khi áp dụng các biện pháp xử lý, đáp ứng tiêu chuẩn quy định.

5.2. Khả năng áp dụng trong thực tiễn

Các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi có thể được áp dụng rộng rãi tại các trang trại, giúp bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế.

VI. Kết luận và tương lai của xử lý chất thải chăn nuôi

Việc xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas là một vấn đề cấp thiết. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các biện pháp vật lý và sinh học có thể kết hợp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm. Tương lai cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới.

6.1. Tầm quan trọng của việc xử lý chất thải

Xử lý chất thải chăn nuôi không chỉ bảo vệ môi trường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi.

6.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các công nghệ mới, cải thiện hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi, hướng tới một nền nông nghiệp bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chăn nuôi lợn tại Việt Nam giữ vị trí then chốt trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp với tổng đàn luôn duy trì mức cao, đạt 24,88 triệu con năm 2003 và ổn định ở mức khoảng 27,75 triệu con trong giai đoạn 2004 - 2015. Sự chuyển dịch mạnh mẽ sang phương thức thâm canh tập trung với hơn 29.000 trang trại trên toàn quốc đã gia tăng áp lực chất thải lên môi trường sinh thái. Mặc dù công nghệ khí sinh học biogas được áp dụng phổ biến, báo cáo từ Cục Chăn nuôi ghi nhận chỉ 3.950 trên tổng số 12.427 trang trại (chiếm 31,79%) có hệ thống xử lý, và phần lớn nước thải sau biogas vẫn mang nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ, khoáng và kim loại nặng vượt ngưỡng cho phép.

Tại huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên – vùng trọng điểm với quy mô đàn lợn 108.815 con và sản lượng thịt trên 19.000 tấn vào năm 2014, việc xả thải trực tiếp nước sau biogas vào hệ sinh thái thủy vực gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt và nước ngầm. Khảo sát thực tế cho thấy có tới 85,72% đến 90% trang trại chưa có hệ thống xử lý tiếp nối sau hầm ủ kỵ khí.

Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Chăn nuôi của học viên Vũ Trà My, dưới sự hướng dẫn của TS. Hán Quang Hạnh và PGS. Vũ Đình Tôn tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam, được triển khai từ tháng 6/2016 đến tháng 5/2017 nhằm giải quyết triệt để bài toán ô nhiễm này. Mục tiêu nghiên cứu tập trung đánh giá hiệu quả làm sạch nước thải sau biogas bằng chuỗi giải pháp tích hợp giữa cơ chế vật lý (bể lắng kết hợp rơm khô) và sinh học (chế phẩm vi sinh EM kết hợp bè cỏ Vetiver), từ đó thiết lập mô hình xử lý phân tán có chi phí thấp, hiệu suất cao và đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT:2016/BTNMT).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân hủy kỵ khí kết hợp hiếu khí và lý thuyết xử lý ô nhiễm bằng thực vật thủy sinh (Phytoremediation). Quá trình xử lý yếm khí trong hầm biogas chuyển hóa chất hữu cơ phức tạp thành khí sinh học (60 - 70% methane và 30 - 35% carbon dioxide), tuy nhiên nước thải đầu ra vẫn tích tụ hàm lượng lớn chất rắn lơ lửng, nitơ, phốt-pho và các hợp chất sunfua hòa tan.

Nghiên cứu ứng dụng các khái niệm và cơ chế cốt lõi bao gồm:

• Nhu cầu oxy sinh học (BOD5) và Nhu cầu oxy hóa học (COD): Bộ đôi chỉ số then chốt đánh giá mức độ ô nhiễm của các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và tổng lượng chất hữu cơ cần oxy hóa trong dòng thải.
• Cơ chế hấp phụ lignocellulose: Cấu trúc rơm khô chứa 32 - 47% cellulose, 19 - 27% hemicellulose và 5 - 24% lignin mang các nhóm chức hóa học hoạt tính (carboxyl, hydroxyl, phenolic) có khả năng giữ lại hạt cặn lơ lửng, tạo phức liên kết để cố định kim loại nặng (Cu, Zn) và hấp phụ ion amoni, phốt-phát.
• Xử lý sinh học bằng hệ vi sinh vật hữu hiệu (EM): Tập đoàn vi sinh vật bao gồm vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic và nấm men giúp đẩy nhanh tốc độ khoáng hóa hợp chất hữu cơ khó phân hủy và khử mùi hôi.
• Hệ thống cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides): Hệ thực vật rễ chùm phát triển sâu và dày đặc, đóng vai trò như giá thể sinh học cố định vi sinh vật hiếu khí, hấp thụ lượng lớn dinh dưỡng dư thừa và kim loại nặng thông qua sinh khối thực vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp điều tra dịch tễ học thực địa và bố trí thí nghiệm đối chứng đa cấp độ:

• Khảo sát thực địa: Thu thập số liệu qua bộ câu hỏi bán cấu trúc tại 60 trang trại chăn nuôi lợn đại diện cho 3 mô hình sản xuất: Vườn - Ao - Chuồng (28 trại), Vườn - Chuồng (22 trại) và Chuồng khép kín (10 trại) tại 5 xã của huyện Văn Giang, căn cứ theo tiêu chí kinh tế trang trại quy định tại Thông tư 27/2011/TT-BNNPTNT.
• Mô hình thực nghiệm hiện trường: Thiết lập chuỗi xử lý liên hoàn tại trang trại quy mô 50 lợn nái gồm hầm biogas 20 m3, 2 bể lắng liên hoàn tổng thể tích 15 m3 và ao thủy sinh 200 m2. Bể lắng sơ cấp được bổ sung rơm khô với tỷ lệ 1 kg/m3, bể lắng thứ cấp bổ sung chế phẩm EM liều lượng 1 lít/m3, và ao thủy sinh thả bè cỏ Vetiver nổi với mật độ 5 kg/m3.
• Mô hình phòng thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm ngẫu nhiên phân lô so sánh trong các thùng dung tích 40 lít với 3 lần lặp lại. Thí nghiệm rơm gồm 3 mức tỷ lệ (1 g/lít, 2 g/lít, 4 g/lít) cùng 1 lô đối chứng. Thí nghiệm cỏ Vetiver gồm 3 mức mật độ (2,5 g/lít, 5 g/lít, 10 g/lít) cùng 1 lô đối chứng, theo dõi định kỳ 4 tuần liên tục.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Mẫu nước và mẫu rơm được lấy định kỳ hàng tuần theo TCVN 4556-1988. Chỉ tiêu BOD5 xác định bằng phương pháp ủ chai đo oxy hòa tan (TCVN 6001-1:2008); COD phân tích bằng máy đo quang phổ COD Vario ở thang đo 0 - 1500 mg/l; Sunfua hòa tan xác định theo TCVN 4567:1988; Kim loại nặng (Cu, Zn) xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS); Nitơ tổng số theo phương pháp Kjeldahl (TCVN 4328:2007); Phốt-pho tổng số theo phương pháp so màu Molybdate - Vanadat (TCVN 6202:2008); Coliform và Escherichia coli xác định bằng phương pháp lên men nhiều ống (MPN) theo TCVN 6187-2:1996.
• Xử lý số liệu: Phân tích phương sai mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) và so sánh giá trị trung bình bằng phép thử Tukey ở mức ý nghĩa P < 0,05 trên phần mềm Minitab 16.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đem lại các kết quả định lượng rõ rệt về hiệu năng làm sạch dòng thải qua từng công đoạn xử lý:

• Suy giảm mạnh mẽ chỉ số ô nhiễm hữu cơ BOD5 và COD: Tại mô hình trang trại thực nghiệm, sau 4 tuần ngâm rơm, 1 tuần cấy EM và 7 tuần trồng cỏ Vetiver, hàm lượng BOD5 giảm từ 309,5 mg/l xuống còn 35,3 mg/l (giảm 88,58%), đạt tiêu chuẩn xả thải loại A (nhỏ hơn 40 mg/l). Chỉ số COD giảm từ 938,3 mg/l xuống 145,7 mg/l (giảm 84,48%), đạt quy chuẩn loại B (nhỏ hơn 300 mg/l) theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT.
• Khử bỏ sunfua hòa tan và kim loại nặng: Nồng độ sunfua hòa tan giảm liên tục từ 4,07 mg/l (nước sau biogas) xuống 3,21 mg/l tại bể lắng 1, đạt 1,71 mg/l tại bể lắng 2 và chỉ còn 1,30 mg/l tại ao thủy sinh, tương ứng tỷ lệ làm sạch 68,06%. Hàm lượng đồng (Cu) và kẽm (Zn) trong nước thải ao thủy sinh giảm lần lượt là 88,5% và 55,23% so với nước thải sau biogas.
• Hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng và vi sinh vật chỉ thị: Nitơ tổng số và Phốt-pho tổng số trong nước ao thủy sinh giảm lần lượt 69,8% và 54,57%. Đồng thời, số lượng vi khuẩn Coliform tổng số giảm 88,5% và E. coli giảm 55,23%.
• Khả năng hấp phụ vượt trội của rơm khô: Phân tích mẫu rơm ngâm trong bể lắng cho thấy hàm lượng Nitơ và Phốt-pho tích lũy trong rơm cao gấp 2,01 lần và 512,38 lần so với mẫu rơm khô ban đầu.
• Sinh trưởng và hiệu quả xử lý của cỏ Vetiver: Trong điều kiện phòng thí nghiệm sau 4 tuần, rễ cỏ vươn dài thêm 8,6 - 13,7 cm và chiều dài lá tăng 1,19 - 2,15 lần. Cỏ Vetiver hỗ trợ giảm BOD5 từ 53,3% đến 67,28% (so với 26,22% ở lô đối chứng), giảm COD từ 48,64% đến 62,93% (đối chứng 27,96%), và làm giảm Nitơ tổng số từ 85,41% đến 86,13% (đối chứng 68,15%).

Thảo luận kết quả

Dữ liệu thực nghiệm phản ánh cơ chế cộng hưởng hiệu quả giữa ba quá trình: lắng lọc vật lý, phân giải vi sinh và đồng hóa thực vật. Khi nước thải sau biogas chảy qua bể lắng sơ cấp, các bó rơm hoạt động như màng lọc tự nhiên giữ lại phần lớn cặn hữu cơ lơ lửng, tạo điều kiện thuận lợi cho ánh sáng và oxy khuếch tán vào tầng nước mặt. Các nhóm chức hoạt tính trên bề mặt chất xơ rơm tạo liên kết hấp phụ mạnh mẽ với các ion phốt-phát và kim loại nặng.

Sự biến thiên của các chỉ số ô nhiễm có thể được trực quan hóa qua biểu đồ cột thể hiện mức suy giảm lũy tiến của BOD5 và COD qua 4 điểm quan trắc (nước sau biogas, bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy sinh), hoặc đồ thị đường biểu diễn tốc độ kéo dài rễ và khả năng cố định đạm của cỏ Vetiver theo thời gian. So sánh với các nghiên cứu trước đây của Vũ Đình Tôn năm 2008 và Cao Trường Sơn năm 2012, chỉ sử dụng đơn lẻ bể biogas thì COD đầu ra vẫn vượt chuẩn (dao động từ 386 đến 525 mg/l). Việc tích hợp thêm chế phẩm sinh học EM ở bể lắng thứ cấp đã gia tăng đáng kể tốc độ phân hủy hiếu khí, giúp giảm tải lượng hữu cơ trước khi dẫn vào ao thực vật.

Hệ thống bè cỏ Vetiver phát huy vai trò vùng đệm lọc sinh học cuối cùng. Bộ rễ rậm rạp của Vetiver không chỉ cung cấp diện tích bề mặt khổng lồ cho màng sinh học (biofilm) bám dính mà còn hấp thu trực tiếp amoni và nitrat làm nguồn dưỡng chất để phát triển sinh khối lá và thân. Điểm bão hòa hấp phụ của rơm rạ đạt đỉnh ở mốc 4 tuần, cho thấy cần thiết phải thiết lập chu kỳ thay mới vật liệu lọc định kỳ để tránh hiện tượng giải hấp ngược vào môi trường nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, các giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất nhằm chuyển giao và ứng dụng rộng rãi tại các cơ sở chăn nuôi lợn trang trại:

• Xây dựng hệ thống bể lắng lọc hai ngăn bổ sung rơm khô: Thiết kế bể lắng sơ cấp dung tích tối thiểu 8 m3 cho trại 50 nái, duy trì tỷ lệ rơm khô thả nổi 1 kg/m3 nước thải. Thực hiện vớt rơm mục và thay rơm mới với chu kỳ định kỳ 30 ngày một lần. Mục tiêu giữ lại trên 70% cặn lơ lửng và giảm 20% sunfua hòa tan ngay tại nguồn.
• Ứng dụng chế phẩm vi sinh hữu hiệu EM định kỳ: Bổ sung chế phẩm EM vào bể lắng thứ cấp với liều lượng 1 lít/m3 nước thải theo chu kỳ 7 - 10 ngày một lần. Hành động này giúp thúc đẩy hoạt tính enzyme phân giải hữu cơ, nâng tỷ lệ giảm COD ở bể lắng lên trên 58%.
• Quy hoạch ao sinh học kết hợp thả bè cỏ Vetiver nổi: Thiết kế diện tích mặt nước ao tối thiểu 200 m2, bố trí các khung bè tre hoặc lưới nhựa thả cỏ Vetiver với mật độ sinh khối tươi 5 kg/m3 (tương đương 5 - 10 g/lít thể tích xử lý). Định kỳ cắt tỉa lá cỏ 2 tháng một lần để kích thích sinh trưởng rễ mới, đảm bảo nước thải đầu ra đạt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột A về BOD5 (nhỏ hơn 40 mg/l).
• Tái tuần hoàn sinh khối rơm sau xử lý làm phân bón hữu cơ: Toàn bộ lượng rơm vớt ra từ bể lắng sau 4 tuần ngâm (vốn đã tích lũy hàm lượng nitơ tăng 2,01 lần và phốt-pho tăng 512,38 lần) cần được phối trộn với phụ phẩm nông nghiệp để ủ compost hoai mục, phục vụ bón cho cây trồng cạn và cây ăn quả, hình thành chuỗi kinh tế tuần hoàn khép kín. Chủ thể thực hiện là chủ trang trại dưới sự hướng dẫn kỹ thuật của Trạm Khuyến nông địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và giải pháp kỹ thuật của luận văn mang tính ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt phù hợp với 4 nhóm đối tượng sau:

• Chủ trang trại và gia trại chăn nuôi lợn thâm canh: Cung cấp giải pháp xử lý nước thải sau biogas với chi phí đầu tư và vận hành cực thấp, tận dụng nguồn phụ phẩm rơm rạ sẵn có tại chỗ, giải quyết triệt để mùi hôi và nguy cơ bị xử phạt hành chính về môi trường.
• Kỹ sư môi trường và chuyên gia tư vấn công nghệ sinh học nông nghiệp: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về thông số thiết kế, tỷ lệ phối trộn rơm, liều lượng vi sinh EM và tải lượng sinh khối cỏ Vetiver để tích hợp vào các dự án xử lý nước thải nông thôn phân tán.
• Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan khuyến nông cấp tỉnh/huyện: Làm căn cứ thực tiễn để xây dựng mô hình trình diễn, ban hành tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi thân thiện với môi trường, phục vụ tiêu chí nông thôn mới nâng cao.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Chăn nuôi, Khoa học Môi trường: Cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, phương pháp luận nghiên cứu đa tầng (từ khảo sát đến phòng thí nghiệm và hiện trường) cùng hệ thống quy chuẩn đo đạc chỉ tiêu theo TCVN.

Câu hỏi thường gặp

Hầm biogas có thể xử lý triệt để nước thải chăn nuôi lợn không?
Không. Hệ thống biogas chủ yếu phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ dễ phân giải để thu hồi khí sinh học. Nước thải đầu ra từ hầm biogas vẫn chứa hàm lượng BOD5, COD, Nitơ, Phốt-pho, kim loại nặng (Cu, Zn) và vi khuẩn đường ruột rất cao, nếu không xử lý tiếp nối sẽ gây phú dưỡng hóa nguồn nước và ô nhiễm đất nghiêm trọng.

Tại sao rơm khô lại có khả năng làm sạch nước thải chăn nuôi?
Rơm khô chứa hàm lượng lớn cellulose và lignin với nhiều nhóm chức hóa học hoạt tính trên bề mặt. Khi ngâm trong nước thải, rơm vừa hoạt động như một màng lọc cơ học giữ lại cặn lơ lửng, vừa là chất hấp phụ sinh học liên kết với ion kim loại nặng và giữ lại lượng lớn đạm, lân hòa tan.

Thời gian ngâm rơm trong bể lắng bao lâu thì cần phải thay mới?
Kết quả thực nghiệm cho thấy sau 4 tuần ngâm liên tục, khả năng hấp phụ của rơm rạ đạt ngưỡng bão hòa và rơm bắt đầu phân hủy mạnh. Do đó, người vận hành cần vớt bỏ rơm cũ sau 30 ngày và thay thế đợt rơm mới để tránh gây tắc nghẽn dòng chảy và duy trì hiệu suất xử lý tối ưu.

Cỏ Vetiver xử lý các chất ô nhiễm trong ao thủy sinh theo cơ chế nào?
Cỏ Vetiver phát triển hệ thống rễ chùm dài và dày đặc trong môi trường nước, đóng vai trò như giá thể sinh học thu hút vi khuẩn bám dính để phân hủy chất hữu cơ. Đồng thời, bộ rễ hấp thụ trực tiếp nitrat, amoni và phốt-phát để nuôi dưỡng sinh khối thân lá, hỗ trợ giảm trên 85% Nitơ tổng số trong nước thải.

Chất lượng nước thải sau khi qua chuỗi xử lý có đạt quy chuẩn xả thải môi trường không?
Có. Nước thải sau khi qua hệ thống tích hợp 2 bể lắng (bổ sung rơm 1 kg/m3 và EM 1 lít/m3) cùng ao cỏ Vetiver 200 m2 có BOD5 đạt 35,3 mg/l (đạt loại A nhỏ hơn 40 mg/l) và COD đạt 145,7 mg/l (đạt loại B nhỏ hơn 300 mg/l), đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh thực trạng cấp bách: 100% trang trại chăn nuôi lợn khảo sát có hầm biogas nhưng có đến 85,72% - 90% cơ sở chưa có biện pháp xử lý nước thải sau biogas.
• Chuỗi giải pháp tích hợp bể lắng bổ sung rơm khô (1 kg/m3), chế phẩm vi sinh EM (1 lít/m3) và ao thủy sinh thả bè cỏ Vetiver (5 kg/m3) đạt hiệu suất xử lý vượt trội: giảm 88,58% BOD5, giảm 84,48% COD, giảm 68,06% sunfua hòa tan và loại bỏ hơn 88% Coliform tổng số.
• Nghiên cứu đã xác lập quy trình vận hành tối ưu với chu kỳ thay rơm định kỳ 4 tuần/lần, tận dụng rơm sau ngâm ủ làm phân bón hữu cơ compost giàu dinh dưỡng cho cây trồng.
• Đề tài đóng góp một giải pháp công nghệ sinh học - vật lý chi phí thấp, dễ thi công, phù hợp với điều kiện kinh tế của các trang trại chăn nuôi quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.
• Trong giai đoạn 6 - 12 tháng tiếp theo, các địa phương cần đẩy mạnh triển khai mô hình điểm tại các vùng chăn nuôi tập trung, kết hợp tập huấn chuyển giao kỹ thuật trồng cỏ Vetiver và ủ rơm sinh học cho người dân để hướng tới nền nông nghiệp phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM VŨ TRÀ MY HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS BẰNG MỘT SỐ BIỆN PHÁP VẬT LÝ VÀ SINH HỌC Chuyên ngành: Chăn nuôi Mã số: 60.05 Người hướng dẫn khoa học: TS. Hán Quang Hạnh PGS. Vũ Đình Tôn NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Trà My i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc TS. Hán Quang Hạnh và PGS. Vũ Đình Tôn đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Chăn nuôi chuyên khoa, Khoa Chăn nuôi - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Thí nghiệm Trung tâm, Trung tâm Giống Vật nuôi chất lượng cao – Học viện Nông nghiệp Việt Nam và gia đình ông Đặng Đức Binh đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Trà My ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC Lời cam đoan.

ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt.v Danh mục bảng. vi Danh mục hình. vii Trích yếu luận văn.

viii Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu chung.

Mục tiêu cụ thể. Tổng quan tài liệu. Khái niệm về chất thảı chăn nuôı. Ảnh hưởng của chất thảı vớı con ngườı, vật nuôı và môı trường.

Xử lý chất thả bằng hệ thống Bıogas. Các phương pháp xử lý chất thảı sau Bıogas. Các phương pháp vật lý. Các phương pháp hóa lý.

Các phương pháp hóa học. Các phương pháp sinh học. Giới thiệu về cỏ Vetiver. Các chỉ tıêu thông dụng đánh gıá mức độ ô nhıễm nước thảı.

Các chỉ t êu về vật lý. Các chỉ t êu về hóa học. Các chỉ t êu về v s nh vật. Nghıên cứu trong và ngoàı nước về chất thảı chăn nuôı lợn.

Tình hình ngh ên cứu trong nước. Tình hình ngh ên cứu trên thế giới. 23 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nộı dung và phương pháp nghıên cứu.

Địa đıểm nghıên cứu. Thờı gıan nghıên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Nộı dung nghıên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp đ ều tra tình hình chăn nuô và xử lý chất thả của các trang trạ tạ huyện Văn G ang. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp kết hợp tạ mô hình thực ngh ệm. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vet ver và rơm quy mô phòng thí ngh ệm.

Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu. Kết quả và thảo luận. Khảo sát tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải tại một số trang trại chăn nuôi lợn huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên. Kết quả xử lý chất thải sau biogas tại trại thực nghiệm.

Hàm lượng BOD5 và COD của các mẫu nước thải sau xử lý. Hàm lượng sunfua hòa tan trong nước thải sau khi xử lý. Hàm lượng Nitơ và Phốt-pho trong nước thải và trong mẫu rơm sau khi xử lý. Kim loại nặng trong nước thải trước biogas và sau biogas .coli trong nước thải chăn nuôi.

Khả năng xử lý nước thảı sau Bıogas của cỏ vetıver và rơm ở đıều kıện trong chậu thí nghıệm. Khả năng xử lý nước thải sau biogas của cỏ vetiver. Hiệu quả xử lý nước thả bằng rơm khô. Kết luận và kıến nghị.

̣ 65 Tàı lıệu tham khảo. 66 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt C Chuồng TNC Thí nghiệm cỏ TNC1 Thí nghiệm cỏ 1 TNC2 Thí nghiệm cỏ 2 TNC3 Thí nghiệm cỏ 3 TNR Thí nghiệm rơm TNR1 Thí nghiệm rơm 1 TNR2 Thí nghiệm rơm 2 TNR3 Thí nghiệm rơm 3 VAC Vườn - Ao - Chuồng VC Vườn - Chuồng v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 4. Tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải của các trang trại. Hàm lượng BOD5 (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý.

Hàm lượng COD (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý. So sánh sự thay đổi của hàm lượng BOD5 và COD nước thải sau lắng lọc và cây thủy sinh với nước thải sau biogas (%). Hiệu quả xử lý Sunfua hòa tan. Sự thay đổi hàm lượng nitơ và phốt- pho trong nước thải sau khi xử lý.

Hàm lượng nitơ và phốt-pho trong rơm khô và rơm sau ngâm trong bể lắng. Hàm lượng Zn và Cu trong nước thải sau khi xử lý. Số lượng vi sinh vật trong nước thải sau khi xử lý. Khả năng sinh trưởng của lá cỏ Vetiver.

Khả năng sinh trưởng của rễ cỏ Vetiver. Sự thay đổ hàm lượng BOD5 trong nước ở các lô thí ngh ệm (mg/l). Sự thay đổ hàm lượng COD trong nước ở các lô thí ngh ệm (mg/l). Sự thay đổ hàm lượng N tơ tổng số trong nước ở các lô thí ngh ệm (mg/l).

Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ trong nước ở các lô thí ngh ệm (mg/l). Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước ở các lô thí nghiệm (mg/l). Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước ở các lô thí nghiệm (mg/l). Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong nước ở các lô thí nghiệm (mg/l).

Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ trong nước ở các lô thí ngh ệm (mg/l). Sự thay đổ hàm lượng N tổng số trong mẫu rơm sau kh xử lý qua các tuần (g/kg VCK). 62 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 4. Hàm lượng BOD5.

Hàm lượng COD. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ và Phốt pho nước thải sau xử lý. Sự thay đổi hàm lượng Cu và Zn qua các công đoạn xử lý. Tốc độ sinh trưởng chiều dài lá cỏ qua các tuần trồng thí nghiệm.

Tốc độ sinh trưởng chiều dài rễ cỏ qua các tuần trồng thí nghiệm. Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước qua các tuần trồng cỏ thí nghiệm. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước qua các tuần trồng cỏ thí ngh ệm. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ tổng số qua các tuần trồng cỏ thí nghiệm.

Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ qua các tuần trồng cỏ thí nghiệm. Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm. Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm.

Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm. Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong rơm qua các tuần xử lý .63 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Vũ Trà My Tên Luận văn: Hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas bằng một số biện pháp vật lý và sinh học Ngành: Chăn nuôi Mã số: 60.05 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Mục đích ngh ên cứu của đề tà nhằm đánh g á được h ệu quả xử lý nước thả chăn nuô sau b ogas kh áp dụng kết hợp các b ện pháp vật lý (lắng lọc có bổ sung rơm) và s nh học (chế phẩm EM và cây thủy s nh vet ver) để từ đó đưa ra khuyến cáo về b ện pháp hiệu quả, đơn giản, dễ áp dụng trong v ệc xử lý chất thả chăn nuô lợn sau b ogas. Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện với 3 nội dung chính bao gồm: 1) Đ ều tra tình hình chăn nuô và xử lý chất thả của các trang trạ được thực h ện bằng phương pháp phỏng vấn 60 chủ trang trạ bằng bộ câu hỏ bán cấu trúc đã chuẩn bị sẵn. Các trang trạ được lựa chọn ngẫu nh ên theo các mô hình sản xuất khác nhau để đ ều tra.

2) Thiết kế một mô hình thực nghiệm xử lý chất thải bằng biện pháp kết hợp bể biogas (20m3), 2 bể lắng (8m3/bể) và ao thủy sinh (200m2) tại trang trại thực nghiệm. Bể lắng thứ nhất có bổ sung rơm và bể lắng thứ 2 được bổ sung chế phẩm vi sinh EM. Ao thủy sinh có trồng bè cỏ vetiver. Nước thải sau biogas sẽ được chảy ra bể lắng thứ nhất rồi sang bể lắng thứ 2 trước khi đổ xuống ao thủy sinh.

Mẫu nước thải được lấy định kì hàng tuần để đánh giá chất lượng nước với một số chỉ tiêu như: BOD5, COD, sunfua hòa tan, N tổng số, P tổng số, N-NH3, N-NO3, Cu, Zn, Coliform tổng số, E. Mẫu rơm sau khi nhúng cũng được lấy mẫu để xác định hàm lượng N tổng số, P tổng số, N- NH3 có trong rơm. 3) Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sau biogas của cỏ vetiver và rơm, tiến hành bố trí thí nghiệm trồng cỏ và nhúng rơm trong xô (thể tích 40 lít) ở quy mô phòng thí nghiệm. Thí nghiệm trồng cỏ được tiến hành theo phương pháp phân lô so sánh với 3 lô thí nghiệm (tương ứng với 3 mức trồng cỏ là 2,5g/l, 5g/l và 10g/l) và 1 lô đối chứng.