Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học hiệu quả và bền vững

• Tác giả: Nguyễn Quang Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Văn Quy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Nâng Cao Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Lợn Bằng Phương Pháp Hóa Lý Kết Hợp Sinh Học
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nước thải chăn nuôi và ảnh hưởng đến môi trường
• 1.2. Đặc tính nước thải chăn nuôi
• 1.3. Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường
• 1.4. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi
• 1.5. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi
• 1.5.1. Phương pháp vật lý
• 1.5.2. Các phương pháp hóa lý
• 1.5.3. Công nghệ xử lý bằng phương pháp vi sinh
• 1.5.4. Các công nghệ xử lý khác
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 2.2.2. Phương pháp phân tích đánh giá
• 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn tiền xử lý nước thải chăn nuôi
• 2.4. Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và nitơ trong giai đoạn xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
• 2.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme bằng phương pháp keo tụ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn
• 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tiền xử lý nước thải chăn nuôi bằng phèn sắt
• 3.2.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ
• 3.3. Khả năng xử lý trong các giai đoạn sinh học của hệ sinh học
• 3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn xử lý sinh học
• 3.3.2. Hiệu suất xử lý Amoni
• 3.3.3. Hiệu suất xử lý nitrat
• 3.3.4. Hiệu suất xử lý PO43--P
• 3.3.5. Khả năng loại bỏ vi khuẩn sau màng vi lọc polyme
• 3.4. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tiền xử lý keo tụ bằng phèn sắt kết hợp sinh học
• 3.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn xử lý tăng cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng
• 3.6. Đặc tính nước thải sau hệ thống sinh học kết hợp lọc màng MBR
• 3.6.1. Ảnh hưởng của pH
• 3.6.2. Ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ
• 3.7. Đánh giá, so sánh hiệu quả và lựa chọn mô hình tối ưu xử lý nước thải chăn nuôi
• 3.8. Sơ bộ đánh khả năng áp dụng trong thực tế
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn và tác động môi trường

Nước thải chăn nuôi lợn là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất hiện nay. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành chăn nuôi, lượng nước thải phát sinh ngày càng lớn, chứa nhiều chất ô nhiễm như COD, BOD, nitơ và phốtpho. Những chất này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn gây hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn một cách hiệu quả là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.1. Đặc tính nước thải chăn nuôi lợn và thành phần ô nhiễm

Nước thải chăn nuôi lợn chứa nhiều chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ và phốtpho. Theo nghiên cứu, hàm lượng COD trong nước thải chăn nuôi có thể lên đến hàng ngàn mg/l, vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Các vi sinh vật gây bệnh như E.coli và Salmonella cũng thường có mặt trong nước thải, gây nguy cơ cho sức khỏe cộng đồng.

1.2. Tác động của nước thải chăn nuôi đến môi trường

Nước thải chăn nuôi không qua xử lý khi thải ra môi trường sẽ làm ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất. Các chất dinh dưỡng như nitơ và phốtpho trong nước thải có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật thủy sinh.

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

Hiện nay, việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn gặp nhiều khó khăn do quy mô chăn nuôi ngày càng lớn và công nghệ xử lý chưa đáp ứng được yêu cầu. Nhiều cơ sở chăn nuôi vẫn sử dụng các phương pháp truyền thống, không hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

2.1. Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam

Hầu hết các cơ sở chăn nuôi lợn hiện nay chỉ áp dụng các biện pháp xử lý đơn giản như biogas, nhưng chất lượng nước thải sau xử lý vẫn không đạt tiêu chuẩn. Điều này dẫn đến việc ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.

2.2. Những thách thức trong việc áp dụng công nghệ mới

Việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến gặp nhiều khó khăn do chi phí đầu tư cao, thiếu kiến thức và kỹ năng của người chăn nuôi. Điều này làm cho việc cải thiện chất lượng nước thải trở nên khó khăn hơn.

III. Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Phương pháp hóa lý kết hợp sinh học là một trong những giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Phương pháp này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm một cách triệt để hơn so với các phương pháp truyền thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý sử dụng các tác nhân như phèn sắt, phèn nhôm để tạo keo tụ, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải. Quá trình này không chỉ làm giảm nồng độ ô nhiễm mà còn cải thiện chất lượng nước sau xử lý.

3.2. Lợi ích của việc kết hợp phương pháp hóa lý và sinh học

Khi kết hợp phương pháp hóa lý với sinh học, hiệu quả xử lý nước thải được nâng cao đáng kể. Phương pháp này giúp loại bỏ các chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu trong xử lý nước thải

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học có thể nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn. Các kết quả thực nghiệm cho thấy nồng độ COD, BOD và các chất ô nhiễm khác giảm đáng kể sau khi áp dụng công nghệ này.

4.1. Kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu

Các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ COD có thể giảm từ 3000 mg/l xuống còn 500 mg/l sau khi áp dụng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp trong việc xử lý nước thải chăn nuôi.

4.2. Ứng dụng công nghệ vào thực tiễn

Nhiều cơ sở chăn nuôi đã bắt đầu áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến này, giúp cải thiện chất lượng nước thải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc này không chỉ mang lại lợi ích cho môi trường mà còn cho sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong xử lý nước thải chăn nuôi

Việc nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn là một nhiệm vụ cấp bách. Cần có sự đầu tư và nghiên cứu để phát triển các công nghệ mới, đồng thời nâng cao nhận thức của người chăn nuôi về tầm quan trọng của việc xử lý nước thải.

5.1. Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải

Xử lý nước thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng. Việc này cần được coi là một phần quan trọng trong quy trình chăn nuôi bền vững.

5.2. Hướng phát triển công nghệ trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ xử lý nước thải hiệu quả hơn, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng nước thải và bảo vệ môi trường sống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chăn nuôi lợn tại Việt Nam đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển này là vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ, phốtpho và vi sinh vật gây bệnh. Theo ước tính, mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn phân, trong đó nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không hiệu quả được xả trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất. Nồng độ khí H2S và NH3 trong các trang trại chăn nuôi lợn cao hơn mức cho phép từ 30 đến 40 lần, cùng với tổng số vi sinh vật và bào tử nấm vượt xa tiêu chuẩn an toàn.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích đặc tính ô nhiễm của nước thải chăn nuôi lợn tại xóm Múi, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, Hà Nội, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học, đồng thời đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2013/BTNMT, cột B). Nghiên cứu tập trung vào các giai đoạn tiền xử lý bằng keo tụ, xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme và xử lý tăng cường sau sinh học.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong năm 2015 tại địa phương nêu trên, với các chỉ tiêu phân tích gồm COD, BOD5, TSS, NH4+, NO3-, PO43-, Coliforms và các yếu tố ảnh hưởng như pH, nồng độ chất keo tụ. Ý nghĩa nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững ngành chăn nuôi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải chăn nuôi, bao gồm:

• Lý thuyết keo tụ hóa học: Sử dụng các chất keo tụ như phèn sắt (Fe2(SO4)3) và phèn nhôm (Al2(SO4)3) để tạo bông cặn, loại bỏ các hạt keo bền vững trong nước thải, giảm COD, TSS, độ đục và phốtpho. Phản ứng kết tủa amoni struvite (MgNH4PO4.6H2O) cũng được áp dụng để loại bỏ đồng thời nitơ và phốtpho.

• Mô hình xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme (MBR): Kết hợp quá trình yếm khí, thiếu khí và hiếu khí trong các bể phản ứng sinh học với màng lọc vi lọc polyme PVDF có kích thước lỗ 0,1 µm, giúp tăng hiệu quả xử lý COD, nitơ, phốtpho và loại bỏ vi sinh vật gây bệnh. Màng lọc giúp giữ lại sinh khối vi sinh, tăng nồng độ MLSS và thời gian lưu bùn (SRT), nâng cao hiệu quả nitrat hóa và khử nitrat.

• Các khái niệm chính: COD (Nhu cầu ôxy hóa học), BOD5 (Nhu cầu ôxy sinh hóa 5 ngày), TSS (Chất rắn lơ lửng tổng), NH4+ (Amoni), NO3- (Nitrat), PO43- (Phốtphat), Coliforms (vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm vi sinh).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu nước thải được lấy tại trang trại chăn nuôi lợn xóm Múi, xã Bích Hòa, huyện Thanh Oai, Hà Nội. Nước thải sau khi loại bỏ cặn thô được phân tích các chỉ tiêu hóa lý và sinh học.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng các thiết bị đo pH, máy đo quang UV, điện cực đo NH3-N, máy đo độ đục, độ màu, bộ kit vi sinh theo tiêu chuẩn TCVN hiện hành.

• Phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm keo tụ với phèn sắt và phèn nhôm được thực hiện trên thiết bị jar test, điều chỉnh pH và nồng độ chất keo tụ để khảo sát hiệu quả xử lý COD, TSS, độ đục, độ màu, phốtpho. Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme vận hành liên tục với thời gian lưu thủy lực 4 ngày, nồng độ bùn hoạt tính 9000 mg/L, thời gian lưu bùn 30-60 ngày, dòng tuần hoàn 3:1, năng suất lọc màng 12 L/m2.giờ.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2015, với thời gian vận hành hệ thống xử lý ổn định 30 ngày trước khi lấy mẫu phân tích hàng ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn:

   • COD dao động từ 2100 đến 7000 mg O2/L, vượt 20-60 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT.
   • BOD5 từ 1000 đến 3500 mg O2/L, cao gấp 40-70 lần tiêu chuẩn.
   • TSS từ 800 đến 3000 mg/L, vượt 80-300 lần.
   • NH4+ từ 140 đến 538 mg/L, cao gấp 10-50 lần.
   • Phốtpho tổng từ 20 đến 75 mg/L, vượt 10-20 lần.
   • Coliforms đạt 0,95×10^6 MPN/100 mL, cao gấp 190-250 lần tiêu chuẩn.

2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả keo tụ bằng phèn sắt:

   • pH tối ưu khoảng 8, đạt hiệu suất xử lý COD 57%, TSS 69%, độ đục và độ màu trên 66%.
   • Hiệu suất loại bỏ amoni thấp, chỉ khoảng 17-20%.
   • So sánh với nghiên cứu quốc tế cho thấy kết quả tương đồng.

3. Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến hiệu quả keo tụ:

   • Nồng độ tối ưu từ 1000 đến 1200 mg/L.
   • Hiệu suất xử lý COD đạt 64,5%, TSS 87,5%, độ đục 80,6%, độ màu 87,2%, phốtpho 40,1%.
   • Kết quả tương tự nghiên cứu quốc tế với hiệu suất loại bỏ BOD, COD, NH3-N lần lượt 64,3%, 77,3%, 40,4%.

4. Hiệu quả xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme:

   • Hiệu suất xử lý COD qua các bể yếm khí, thiếu khí và hiếu khí lần lượt đạt khoảng 50%, 35-45% và 46-74%, tổng hiệu suất xử lý COD đạt 85-92,8%.
   • Hiệu suất xử lý amoni trong bể hiếu khí đạt 93-96,5%, tuy nhiên nồng độ NH4+ đầu ra vẫn còn 7,16-22,11 mg/L do thời gian lưu chưa đủ dài.
   • Màng vi lọc giúp giữ lại sinh khối vi sinh, tăng hiệu quả xử lý và giảm hiện tượng tắc màng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy nước thải chăn nuôi lợn tại địa phương có mức độ ô nhiễm rất cao, vượt xa các tiêu chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp. Việc áp dụng phương pháp keo tụ hóa học với phèn sắt ở pH và nồng độ tối ưu giúp giảm đáng kể các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, TSS, độ đục và phốtpho, tuy nhiên khả năng loại bỏ amoni còn hạn chế. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, cho thấy keo tụ chủ yếu loại bỏ các chất rắn và phốtpho, còn nitơ cần xử lý sinh học.

Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme thể hiện hiệu quả cao trong việc xử lý các chất hữu cơ và amoni, nhờ khả năng giữ lại sinh khối vi sinh và tăng thời gian lưu bùn. Hiệu suất xử lý COD đạt trên 85%, amoni đạt trên 90%, phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải chăn nuôi. Tuy nhiên, nồng độ amoni đầu ra vẫn còn cao do thời gian lưu thủy lực 4 ngày chưa đủ để chuyển hóa hoàn toàn, gợi ý cần điều chỉnh thời gian hoặc tăng cường quá trình xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất xử lý COD, amoni theo từng giai đoạn xử lý, bảng so sánh nồng độ các chỉ tiêu trước và sau xử lý, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng bước trong quy trình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa pH và nồng độ chất keo tụ trong tiền xử lý: Điều chỉnh pH khoảng 8 và sử dụng phèn sắt với nồng độ 1000-1200 mg/L để đạt hiệu quả keo tụ tối ưu, giảm tải ô nhiễm cho giai đoạn xử lý sinh học. Thời gian thực hiện: ngay khi triển khai hệ thống; Chủ thể: kỹ thuật viên vận hành.

2. Nâng cao hiệu quả xử lý sinh học bằng tăng thời gian lưu thủy lực hoặc tăng nồng độ bùn hoạt tính: Kéo dài thời gian lưu nước trên 4 ngày hoặc tăng MLSS để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn amoni, giảm nồng độ NH4+ đầu ra dưới 10 mg/L. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; Chủ thể: nhà quản lý trang trại và kỹ sư môi trường.

3. Ứng dụng màng vi lọc polyme trong hệ thống xử lý: Sử dụng màng PVDF với kích thước lỗ 0,1 µm để giữ lại sinh khối vi sinh, tăng hiệu quả xử lý và giảm hiện tượng tắc màng. Thời gian thực hiện: lắp đặt đồng thời với hệ thống sinh học; Chủ thể: nhà cung cấp công nghệ và kỹ thuật viên.

4. Giám sát và kiểm soát liên tục các chỉ tiêu môi trường: Thiết lập hệ thống quan trắc pH, COD, NH4+, TSS, Coliforms để đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 40:2013/BTNMT, cột B. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: cán bộ kỹ thuật và quản lý môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Chủ trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa và lớn: Áp dụng các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao uy tín và tuân thủ quy định pháp luật.

2. Kỹ sư môi trường và nhà quản lý dự án xử lý nước thải: Tham khảo quy trình, phương pháp và kết quả nghiên cứu để thiết kế, vận hành hệ thống xử lý phù hợp với đặc thù nước thải chăn nuôi.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và nông nghiệp: Sử dụng dữ liệu và đề xuất để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn thực hiện xử lý nước thải chăn nuôi.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành khoa học môi trường: Nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi, phát triển các giải pháp mới và cải tiến kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nước thải chăn nuôi lợn có mức độ ô nhiễm cao?
   Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, nitơ, phốtpho và vi sinh vật gây bệnh do phân, nước tiểu và nước rửa chuồng, với nồng độ vượt xa tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không xử lý đúng cách.

2. Phương pháp keo tụ có thể loại bỏ những chất gì trong nước thải?
   Keo tụ chủ yếu loại bỏ các hạt keo, chất rắn lơ lửng, độ đục, độ màu và một phần phốtpho, nhưng khả năng loại bỏ amoni và nitơ hòa tan còn hạn chế.

3. Lợi ích của màng vi lọc polyme trong xử lý nước thải là gì?
   Màng vi lọc giữ lại sinh khối vi sinh, tăng nồng độ bùn hoạt tính, nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và nitơ, đồng thời giảm hiện tượng tắc màng và tăng tuổi thọ hệ thống.

4. Tại sao cần kết hợp xử lý hóa lý và sinh học?
   Xử lý hóa lý giúp giảm tải các chất rắn và phốtpho, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh học xử lý các chất hữu cơ và nitơ hòa tan hiệu quả hơn.

5. Làm thế nào để đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn?
   Cần kiểm soát các yếu tố vận hành như pH, nồng độ chất keo tụ, thời gian lưu thủy lực, nồng độ bùn hoạt tính và duy trì hệ thống màng vi lọc hoạt động ổn định, đồng thời giám sát liên tục các chỉ tiêu môi trường.

Kết luận

• Nước thải chăn nuôi lợn tại địa phương có mức độ ô nhiễm rất cao, vượt nhiều lần tiêu chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp.
• Phương pháp keo tụ bằng phèn sắt ở pH 8 và nồng độ 1000-1200 mg/L hiệu quả trong việc giảm COD, TSS, độ đục và phốtpho, nhưng khả năng loại bỏ amoni còn hạn chế.
• Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme đạt hiệu suất xử lý COD trên 85% và amoni trên 90%, phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải chăn nuôi.
• Cần tối ưu hóa thời gian lưu thủy lực và nồng độ bùn hoạt tính để giảm nồng độ amoni đầu ra, đồng thời duy trì vận hành màng vi lọc hiệu quả.
• Đề xuất áp dụng quy trình xử lý kết hợp hóa lý và sinh học với giám sát liên tục để đảm bảo chất lượng nước thải đạt quy chuẩn, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn tại các trang trại chăn nuôi, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành và giám sát hệ thống xử lý nước thải. Đẩy mạnh nghiên cứu cải tiến công nghệ và mở rộng ứng dụng trong ngành chăn nuôi Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Những năm gần đây, ngành chăn nuôi đã tăng trưởng nhanh, đóng góp quan trọng vào việc phát triển kinh tế của đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại thì chăn nuôi cũng đang nảy sinh vấn đề về chất lượng môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng dân cư và hệ sinh thái tự nhiên. Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn phân, với phương thức sử dụng phân chuồng và nước thải không qua xử lý, xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng [1]. Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi lợn đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức.

Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần. Tổng số vi sinh vật (VSV) và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi lợn còn có chứa COD, tổng nitơ, tổng phốtpho,. cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.

Chính vì vậy có thể thấy rằng một thực trạng ở nước ta là vấn đề xử lý nguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua hoặc bằng các biện pháp đơn lẻ, không hiệu quả và bền vững. Hầu hết các hệ thống hiện nay được triển khai một cách đối phó, không đạt tiêu chuẩn thải, khi sử dụng những công nghệ đơn giản chỉ phù hợp cho xử lý những nguồn nước thải có tải trọng ô nhiễm thấp vào áp dụng với nguồn nước thải đặc thù này. Nói cách khác các mô hình xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay tại nước ta mới đạt ở mức làm giảm tải trọng ô nhiễm chứ chưa đạt được các tiêu chuẩn thải theo quy định của tiêu chuẩn ngành chăn nuôi [9]. Chính vì vậy, việc chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học” sẽ góp phần phát triển hướng ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến trong lĩnh vực bảo vệ môi trường tại Việt Nam.

1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Mục tiêu của đê tài: Mục tiêu của đề tài là phân tích, đánh giá các đặc tính ô nhiễm của nước thải chăn nuôi lợn lấy tại địa chỉ xóm Múi – Xã Bích Hòa – huyện Thanh Oai – thành phố Hà Nội. Trên cơ sở đó, khảo sát một số các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn bằng các phương pháp hóa lý, sinh học và đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2013/BTNMT, cột B). Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tiền xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý; - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau tiền xử lý bằng phương pháp hợp sinh học kết hợp lọc màng polyme; - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước thải sau xử lý sinh học kết hợp lọc màng polyme bằng phương pháp keo tụ. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.

Nƣớc thải chăn nuôi và ảnh hƣởng đến môi trƣờng 1. Đặc tính nước thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật nuôi với khối lượng nước thải rất lớn. 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, nitơ, phốtpho và vi sinh vật gây bệnh. Cụ thể: - Chất hữu cơ: Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ăn thừa.

Chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối clorua, SO42-… - Nitơ và phốtpho: Hàm lượng nitơ, phốtpho trong nước thải tương đối cao do khả năng hấp thụ kém của vật nuôi. Khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3-. Phốtpho được sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn của vật nuôi, lượng phốtpho chiếm 0,25 – 1,4%, và một ít trong nước tiểu, xác chết của vật nuôi.

Trong nước thải chăn nuôi phốtpho chiếm tỉ lệ cao, tồn tại ở các dạng orthophotphat (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphotphat (hay polyphotphat PO43-) và photphat hữu cơ. - Vi sinh vật: Vi khuẩn điển hình như: E.coli, Streptococcus sp, Salmonella sp, Shigenla sp, Proteus, Clostridium sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poio virus, 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi [9]: Bảng 1.

Thông số nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung [9] Trại Trại Trại Trại Trại QCVN 40: T Chỉ Đơn Đan Thụy Tam Gia Hồng 2011/BTNMT T tiêu vị Phuợng Phƣơng Điệp Nam Điệp (cột B) 1 pH - 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 5,5-9 2 BOD5 mg/l 1339,4 1080,7 882,3 783,4 1221,2 50 3 COD mg/l 3397,6 2224.6 6 6 T-N mg/l 332,8 280,1 250,9 204,8 275,4 40 Từ số liệu trong Bảng 1.1 thấy rằng, nước thải chăn nuôi có thành phần ô nhiễm rất cao, các chỉ tiêu phân tích hầu hết có giá trị vượt nhiều lần so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B). Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi phát triển với tốc độ rất nhanh, đặc biệt là chăn nuôi lợn do nhu cầu về thịt lợn của người tiêu dùng tăng mạnh. Bên cạnh đấy là việc phát sinh ra các vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Nước thải từ các cơ sở chăn nuôi thường được thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận không qua xử lý hay xử lý không đầy đủ gây ô nhiễm môi trường nước, không khí và đất trầm trọng.

4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Nước thải chăn nuôi 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 [3]. Nitơ, phốtpho trong nước thải chăn nuôi cao chưa qua xử lý chảy vào sông, hồ sẽ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng, gây phú dưỡng nguồn nước. Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào trong chuỗi thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Nitrat tạo chứng thiếu Vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành các nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi.

Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi lọt vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư.

Trong cơ thể Nitrit có thể ôxy hoá sắt II ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng ôxy trong máu có thể gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong. Kháng sinh, hoóc môn tăng trọng mặc dù được trộn vào thức ăn gia súc ở liều lượng thấp nhưng có thể gây ô nhiễm. Kháng sinh trong nước có thể tạo ra các chủng vi khuẩn nhờn thuốc. Hooc môn có thể gây biến thể, thay đổi giới tính trong các loài động vật hoang dã, các loài cá.

Kim loại nặng như đồng, kẽm, coban, sắt, mangan có trong thức ăn gia súc. Các động vật chỉ hấp thụ chúng rất ít, từ 5 - 15%, còn lại thải ra ngoài. Các kim loại ấy đều có hại cho sức khỏe con người khi uống phải nước ô nhiễm hay ăn thịt động vật. Hiện trạng xử lý nƣớc thải chăn nuôi Ở nước ta việc xử lý chất thải chăn nuôi còn nhỏ lẻ theo phương pháp truyền thống đơn giản như: phân được ủ hoặc dùng tươi làm thức ăn nuôi cá hoặc làm phân bón cho cây trồng, chất thải lỏng được xử lý qua biogas và chảy thẳng ra ngoài môi trường hoặc dùng để tưới cây.

Tuy nhiên, quy mô chăn nuôi ngày một mở rộng, chất thải chăn nuôi ngày một nhiều nên phương pháp xử lý truyền thống không còn thích hợp đã gây ra ô nhiễm làm ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống của nhiều vùng [5]. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải của các cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước tắm rửa cho lợn. Tất cả các cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều chỉ có hệ thống xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas và theo quy trình: Nước thải  Bể Biogas  Hồ sinh học  thải ra môi trường (Hình 1. Hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn khác trên toàn quốc hiện nay cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên.

Quy trình này có ưu điểm là sản xuất được năng lượng sinh học (khí Biogas) từ chất thải phục vụ các mục đích sinh hoạt, tuy nhiên chất lượng nước thải sau khi xử lý đều không đạt các tiêu chuẩn thải đặc biệt đối với các chỉ tiêu COD, BOD, T-N, T-P và các chỉ tiêu vi sinh khác.