Luận văn: Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật tại Chương Mỹ, Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật thủy sinh. Đánh giá hiệu quả, đề xuất giải pháp công nghệ tại Chương Mỹ.

• Tác giả: Nguyễn Huy Cương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hải Hòa
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Khả Năng Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Lợn Bằng Thực Vật Tại Huyện Chương Mỹ, Thành Phố Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi
• 1.1.1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi
• 1.1.2. Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường
• 1.1.3. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi
• 1.2. Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
• 1.3. Biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật
• 1.3.1. Khả năng xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh
• 1.3.2. Vai trò của thực vật thủy sinh
• 1.3.3. Các đặc tính của một số loại thực vật thủy sinh thường được sử dụng
• 1.3.3.1. Cây bèo tây
• 1.3.3.2. Cây rau Ngổ
• 1.3.4. Các yêu cầu công nghệ khi thiết kế một hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật
• 1.3.5. Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu tổng quát
• 2.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp khảo sát thực địa và đánh giá nhanh môi trường
• 2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 2.4.4. Phương pháp phân tích số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên - KTXH tại huyện Chương Mỹ
• 3.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.2. Điều kiện Kinh tế xã hội
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Thực trạng nước thải chăn nuôi tại khu vực nghiên cứu
• 4.1.1. Thực trạng nước thải chăn nuôi tại khu vực nghiên cứu
• 4.1.2. Thực trạng chất lượng nước thải chăn nuôi qua ý kiến của người dân
• 4.2. Đánh giá sự thay đổi sinh trưởng của thực vật trong bể phản ứng
• 4.3. Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của thực vật
• 4.3.1. Sự ảnh hưởng của mật độ tới khả năng xử lý
• 4.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của thời gian tới khả năng xử lý nước thải chăn nuôi của thực vật
• 4.3.3. So sánh khả năng xử lý của các loài cây
• 4.4. Đề xuất giải pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật
• 4.4.1. Giải pháp về mặt công nghệ
• 4.4.2. Giải pháp về chính sách tuyên truyền
• KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan luận văn xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật

Ngành chăn nuôi lợn tại Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, nhưng đồng thời cũng tạo ra thách thức lớn về môi trường. Lượng nước thải chăn nuôi heo khổng lồ, nếu không được xử lý đúng cách, sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi nghiêm trọng. Các phương pháp xử lý truyền thống thường tốn kém và phức tạp, không phù hợp với quy mô hộ gia đình hay trang trại nhỏ. Trong bối cảnh đó, giải pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng thực vật, hay còn gọi là phytoremediation, nổi lên như một hướng đi đầy hứa hẹn. Đây là một công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp, thân thiện với môi trường và hướng tới phát triển bền vững. Luận văn thạc sĩ môi trường của tác giả Nguyễn Huy Cương thực hiện tại huyện Chương Mỹ, Hà Nội, đã đi sâu vào việc đánh giá khả năng xử lý của một số loài thực vật thủy sinh đối với loại nước thải đặc thù này. Nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng các loài cây quen thuộc như bèo tây, rau ngổ, rau mác để xây dựng một mô hình xử lý nước thải trang trại hiệu quả. Mục tiêu của các báo cáo khoa học dạng này là tìm ra giải pháp tối ưu, vừa giải quyết được vấn đề ô nhiễm, vừa tận dụng được sinh khối thực vật sau xử lý, góp phần tạo nên một chu trình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp. Việc ứng dụng các hệ thống như bãi lọc trồng cây hay đất ngập nước kiến tạo không chỉ giúp làm sạch nguồn nước mà còn cải thiện cảnh quan, tăng cường đa dạng sinh học tại địa phương. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết các kết quả và phương pháp được trình bày trong luận văn, cung cấp một cái nhìn toàn diện về tiềm năng của công nghệ xanh này.

1.1. Bối cảnh cấp thiết của việc xử lý nước thải chăn nuôi heo

Sự gia tăng quy mô chăn nuôi lợn tại các địa phương như huyện Chương Mỹ (Hà Nội) đã dẫn đến lượng nước thải chăn nuôi heo thải ra môi trường ngày càng lớn. Đặc tính của loại nước thải này là chứa hàm lượng chất hữu cơ, Nito và Photpho rất cao, cùng với các vi sinh vật gây bệnh. Theo tài liệu nghiên cứu, các chỉ số ô nhiễm như BOD, COD và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) thường vượt xa tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Việc xả thải trực tiếp hoặc xử lý sơ sài đã gây ra tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc tìm kiếm một giải pháp xử lý hiệu quả và bền vững là nhu cầu cấp bách, đặc biệt là các mô hình phù hợp với điều kiện kinh tế của các trang trại quy mô vừa và nhỏ.

1.2. Giới thiệu phương pháp Phytoremediation và tiềm năng ứng dụng

Phytoremediation là thuật ngữ khoa học chỉ việc sử dụng thực vật để loại bỏ, làm giảm hoặc vô hiệu hóa các chất ô nhiễm trong môi trường. Trong lĩnh vực xử lý nước thải, phương pháp này tận dụng khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng (N, P), kim loại nặng và phân hủy chất hữu cơ của các loài thực vật thủy sinh. Các loài cây này, cùng với hệ vi sinh vật cộng sinh trên rễ, tạo thành một hệ thống lọc sinh học tự nhiên. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành thấp, không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, thân thiện với môi trường. Các mô hình như hồ sinh học, bãi lọc trồng cây hay đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng thành công ở nhiều nơi trên thế giới và cho thấy tiềm năng to lớn trong việc giải quyết bài toán ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi tại Việt Nam.

II. Thách thức từ ô nhiễm nước thải và hạn chế của giải pháp cũ

Nước thải từ hoạt động chăn nuôi lợn được xem là một trong những nguồn gây ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng nhất. Đặc tính của nó là nồng độ các chất ô nhiễm cực kỳ cao. Cụ thể, hàm lượng chất hữu cơ (phản ánh qua chỉ số BOD5 và COD), các chất dinh dưỡng gây phú dưỡng như Nito và Photpho, cùng mật độ vi sinh vật gây bệnh như E.coli, Salmonella luôn ở mức báo động. Theo các báo cáo khoa học, các hợp chất này khi không được xử lý sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, làm cạn kiệt oxy, hủy hoại hệ thủy sinh và lan truyền dịch bệnh. Mùi hôi thối phát sinh từ quá trình phân hủy yếm khí cũng gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sống của người dân. Đối mặt với vấn đề này, nhiều trang trại đã áp dụng các giải pháp như hầm biogas. Tuy nhiên, hầm biogas chủ yếu giải quyết vấn đề năng lượng và chỉ xử lý được một phần chất hữu cơ. Nước thải sau biogas vẫn còn chứa hàm lượng N, P rất cao và chưa đạt quy chuẩn xả thải. Các phương pháp xử lý hóa lý khác thì lại có chi phí đầu tư và vận hành lớn, đòi hỏi kỹ thuật cao, không phù hợp với đa số các hộ chăn nuôi. Chính những hạn chế này đã thúc đẩy các nhà khoa học, điển hình như trong luận văn xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật, tìm kiếm những giải pháp thay thế hiệu quả, tiết kiệm và bền vững hơn.

2.1. Phân tích đặc tính gây ô nhiễm của nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, phân, nước rửa chuồng và thức ăn thừa, tạo thành một hỗn hợp có nồng độ ô nhiễm đậm đặc. Thành phần hữu cơ chiếm tới 70-80%, chủ yếu là protein, axit amin, chất béo, gây ra nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và hóa học (COD) rất cao. Hàm lượng Nito và Photpho cũng là một vấn đề lớn, do vật nuôi chỉ hấp thụ một phần nhỏ từ thức ăn. Các hợp chất này khi đi vào nguồn nước sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng, dẫn đến sự bùng nổ của tảo và suy giảm oxy hòa tan. Ngoài ra, nước thải còn chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh, là nguồn lây lan các bệnh nguy hiểm cho người và động vật khác.

2.2. Hiện trạng và hạn chế của các công nghệ xử lý đang áp dụng

Tại Việt Nam, nhiều trang trại đang sử dụng hầm biogas như một giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi chính. Mặc dù công nghệ này giúp tạo ra năng lượng và giảm một phần tải lượng ô nhiễm hữu cơ, nước đầu ra vẫn chưa đáp ứng QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Đặc biệt, các chỉ tiêu về Nito, Photpho và coliforms thường không được xử lý hiệu quả. Các phương pháp vật lý như lắng, lọc chỉ mang tính sơ bộ. Trong khi đó, các phương pháp hóa học như keo tụ, oxy hóa lại tốn kém hóa chất và chi phí vận hành, không phải là lựa chọn kinh tế cho các mô hình xử lý nước thải trang trại quy mô nhỏ, dẫn đến nhu cầu cấp thiết cho các công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp.

III. Phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh hiệu quả

Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng thực vật thủy sinh là một giải pháp toàn diện, dựa trên các cơ chế tự nhiên để làm sạch nguồn nước. Cốt lõi của công nghệ này là sự kết hợp giữa thực vật, đất/giá thể và hệ vi sinh vật cộng sinh. Thực vật đóng vai trò trung tâm, không chỉ trực tiếp hấp thụ các chất ô nhiễm mà còn tạo ra một môi trường thuận lợi cho các quá trình sinh hóa diễn ra. Hệ thống rễ của các loài cây như bèo tây, cây lau sậy, hay cỏ vetiver cung cấp bề mặt rộng lớn cho vi sinh vật bám vào, hình thành nên các màng sinh học. Chính tại đây, các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí sẽ thực hiện quá trình phân hủy các chất hữu cơ phức tạp, chuyển hóa Nito và Photpho thành các dạng ít độc hại hơn. Quá trình này giúp loại bỏ Nito và Photpho hiệu quả, đồng thời làm giảm đáng kể các chỉ số BOD, COD. Các mô hình xử lý nước thải trang trại áp dụng công nghệ này, chẳng hạn như bãi lọc trồng cây hay đất ngập nước kiến tạo, hoạt động như một hệ sinh thái thu nhỏ. Chúng không chỉ xử lý chất ô nhiễm mà còn góp phần cải thiện cảnh quan, điều hòa vi khí hậu và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Luận văn xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

3.1. Cơ chế loại bỏ BOD COD Nito và Photpho của hệ thực vật

Hiệu quả của hệ thống xử lý dựa trên nhiều cơ chế đồng thời. Thứ nhất là quá trình lắng và lọc vật lý, nơi các chất rắn lơ lửng bị giữ lại bởi hệ thống rễ và giá thể. Thứ hai là quá trình hấp thụ sinh học, thực vật trực tiếp lấy Nito và Photpho từ nước để phục vụ cho quá trình sinh trưởng. Thứ ba, và quan trọng nhất, là quá trình phân hủy sinh học của vi sinh vật. Hệ thống rễ cây cung cấp oxy cho vùng rễ, tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa (chuyển NH4+ thành NO3-), sau đó quá trình khử nitrat trong điều kiện thiếu oxy sẽ chuyển NO3- thành khí N2 thoát ra ngoài. Photpho được loại bỏ chủ yếu qua sự hấp thụ của thực vật và quá trình hấp phụ, kết tủa trong lớp vật liệu lọc. Các quá trình này đồng thời làm giảm mạnh hiệu quả xử lý BOD, COD.

3.2. Vai trò của hệ vi sinh vật trong các bãi lọc trồng cây

Trong các mô hình bãi lọc trồng cây hay đất ngập nước kiến tạo, vi sinh vật đóng vai trò không thể thiếu. Chúng tạo thành các màng sinh học dày đặc trên bề mặt rễ cây và các hạt vật liệu lọc. Các vi sinh vật này chịu trách nhiệm chính trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành những hợp chất đơn giản hơn. Cây trồng không chỉ là nơi trú ngụ mà còn cung cấp oxy và các chất rỉ rễ (exudates) làm nguồn carbon cho vi sinh vật. Sự cộng sinh chặt chẽ giữa thực vật và vi sinh vật tạo ra một hệ thống xử lý bền vững và hiệu quả cao, vượt trội hơn so với các hồ sinh học thông thường.

IV. Các loài thực vật tiềm năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Việc lựa chọn loài thực vật phù hợp là yếu tố quyết định đến sự thành công của một hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Các loài cây được chọn phải có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường ô nhiễm hữu cơ cao, có bộ rễ phát triển mạnh để tạo giá thể cho vi sinh vật, và có khả năng hấp thụ mạnh các chất dinh dưỡng. Luận văn thạc sĩ môi trường của Nguyễn Huy Cương đã tập trung khảo sát ba loài cây phổ biến tại Việt Nam: bèo tây (Eichhornia crassipes), rau ngổ (Enydra fluctuans) và rau mác (Monochoria). Trong đó, bèo tây xử lý nước thải là một trong những ứng dụng được biết đến rộng rãi nhất. Với tốc độ sinh trưởng nhanh và bộ rễ chùm dày đặc, bèo tây có khả năng hấp thụ một lượng lớn Nito và Photpho. Bên cạnh bèo tây, các loài cây khác như cây lau sậy và cỏ vetiver cũng được ghi nhận có hiệu quả cao trong các hệ thống bãi lọc trồng cây nhờ khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt và hệ rễ ăn sâu. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, rau ngổ và rau mác, dù ít phổ biến hơn trong ứng dụng xử lý nước thải, cũng cho thấy những kết quả tích cực. Việc so sánh và đánh giá hiệu quả của từng loài giúp đưa ra lựa chọn tối ưu cho các mô hình xử lý nước thải trang trại cụ thể, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, đặc tính nước thải và diện tích đất sẵn có.

4.1. Đánh giá khả năng của bèo tây Eichhornia crassipes

Bèo tây, hay lục bình, từ lâu đã được công nhận về khả năng xử lý ô nhiễm. Nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện thí nghiệm, bèo tây xử lý nước thải chăn nuôi lợn cho hiệu suất rất cao. Hệ thống rễ chùm của nó hoạt động như một bộ lọc tự nhiên, giữ lại chất rắn lơ lửng, đồng thời là nơi cư trú lý tưởng cho quần thể vi sinh vật. Bèo tây có khả năng tích lũy sinh học (bioaccumulation) một lượng lớn N và P trong thân và lá. Theo một số báo cáo khoa học, hiệu suất loại bỏ Nito và Photpho của bèo tây có thể đạt trên 60-70%. Tuy nhiên, nhược điểm của loài này là tốc độ phát triển quá nhanh có thể gây tắc nghẽn dòng chảy nếu không được thu vớt định kỳ.

4.2. Khảo sát hiệu quả xử lý từ cây rau ngổ và cây rau mác

Nghiên cứu trong luận văn đã mở ra một hướng mới khi khảo sát khả năng của rau ngổ và rau mác. Kết quả thực nghiệm cho thấy cả hai loài này đều có khả năng thích nghi và phát triển trong môi trường nước thải chăn nuôi. Mặc dù hiệu suất xử lý có thể không bằng bèo tây ở một số chỉ tiêu, chúng vẫn cho thấy khả năng làm giảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm. Rau ngổ và rau mác có ưu điểm là sinh khối sau thu hoạch có thể có giá trị kinh tế nhất định. Việc đa dạng hóa các loài thực vật thủy sinh xử lý nước thải giúp tăng tính bền vững và khả năng thích ứng của hệ thống, cung cấp thêm nhiều lựa chọn cho người nông dân.

V. Kết quả thực nghiệm từ luận văn xử lý nước thải chăn nuôi

Các kết quả từ luận văn xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật tại huyện Chương Mỹ đã cung cấp những bằng chứng khoa học thuyết phục về hiệu quả của giải pháp này. Thí nghiệm được bố trí trong 30 ngày, theo dõi sự thay đổi của các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong các bể có trồng bèo tây, rau ngổ và rau mác. Kết quả phân tích cho thấy sự sụt giảm rõ rệt nồng độ các chất ô nhiễm ở tất cả các bể thí nghiệm so với bể đối chứng (không trồng cây). Cụ thể, hiệu quả xử lý BOD, COD đạt mức rất cao, cho thấy khả năng phân hủy mạnh mẽ các chất hữu cơ của hệ thống. Tương tự, khả năng loại bỏ Nito và Photpho cũng được ghi nhận ở mức ấn tượng, góp phần giải quyết vấn đề phú dưỡng hóa. Nghiên cứu cũng so sánh hiệu quả giữa các loài cây khác nhau và ở các mật độ trồng khác nhau, từ đó đưa ra những khuyến nghị cụ thể. Dựa trên các kết quả này, một mô hình xử lý nước thải trang trại chi phí thấp đã được đề xuất. Mô hình này kết hợp bể lắng sơ bộ và hồ sinh học hoặc bãi lọc trồng cây, dễ dàng áp dụng cho các hộ chăn nuôi. Đây là một công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp, không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn mở ra cơ hội tái sử dụng nước thải sau xử lý cho tưới tiêu, hướng tới một nền nông nghiệp tuần hoàn và phát triển bền vững.

5.1. Phân tích hiệu quả xử lý BOD COD và các chất dinh dưỡng

Số liệu từ báo cáo khoa học cho thấy, sau 30 ngày, hiệu suất xử lý của các bể thực vật rất cao. Ví dụ, bể trồng bèo tây có thể làm giảm nồng độ COD lên tới 66% và Nito tổng lên đến 64%. Các chỉ số ô nhiễm chính đều giảm mạnh, đưa chất lượng nước đầu ra gần hơn với tiêu chuẩn cho phép. So với bể đối chứng, sự khác biệt là rất lớn, khẳng định vai trò không thể thiếu của thực vật thủy sinh trong quá trình làm sạch. Điều này chứng minh hiệu quả xử lý BOD, COD và các chất dinh dưỡng của phương pháp này là hoàn toàn khả thi.

5.2. So sánh hiệu suất xử lý giữa bèo tây rau ngổ và rau mác

Trong ba loài được khảo sát, bèo tây cho thấy hiệu suất xử lý tổng thể vượt trội nhất ở hầu hết các chỉ tiêu, đặc biệt là khả năng hấp thụ Nito và Photpho. Rau ngổ và rau mác cũng cho thấy hiệu quả đáng kể, với hiệu suất xử lý COD lần lượt là 44,97% và Nito tổng là 53,60% (đối với rau ngổ). Sự khác biệt này có thể do đặc điểm sinh học, tốc độ sinh trưởng và cấu trúc bộ rễ của mỗi loài. Kết quả so sánh này cung cấp cơ sở khoa học quan trọng để lựa chọn loài cây phù hợp nhất với mục tiêu và điều kiện xử lý cụ thể của từng trang trại.

VI. Hướng đi bền vững cho xử lý nước thải và chăn nuôi tương lai

Thành công của các mô hình trong luận văn xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thực vật đã mở ra một hướng đi mới, đầy tiềm năng cho ngành chăn nuôi Việt Nam. Giải pháp này không chỉ là một công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp mà còn là một phần của chiến lược phát triển bền vững toàn diện. Trong tương lai, việc nhân rộng các mô hình bãi lọc trồng cây hay đất ngập nước kiến tạo sẽ giúp giảm thiểu đáng kể tình trạng ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi. Một trong những lợi ích quan trọng nhất là khả năng tái sử dụng nước thải sau xử lý. Nguồn nước này, sau khi đã được loại bỏ phần lớn các chất ô nhiễm và vi khuẩn gây bệnh, vẫn còn chứa một lượng dinh dưỡng phù hợp để tưới cho cây trồng, giúp tiết kiệm nguồn nước sạch và giảm chi phí phân bón. Bên cạnh đó, sinh khối thực vật thu hoạch từ hệ thống xử lý (như bèo tây, cây lau sậy) có thể được ủ làm phân compost hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho hầm biogas, tạo thành một chu trình khép kín. Để hướng đi này trở nên phổ biến, cần có sự kết hợp giữa nghiên cứu khoa học, chính sách hỗ trợ từ nhà nước và sự thay đổi nhận thức của người chăn nuôi. Việc đầu tư vào các giải pháp xanh như phytoremediation chính là đầu tư cho một tương lai nông nghiệp sạch, an toàn và bền vững.

6.1. Tiềm năng tái sử dụng nước thải sau xử lý cho nông nghiệp

Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý bằng thực vật có chất lượng được cải thiện đáng kể. Nồng độ các chất độc hại giảm mạnh, nhưng vẫn giữ lại một phần N, P ở dạng cây trồng có thể hấp thụ. Việc tái sử dụng nước thải sau xử lý để tưới tiêu không chỉ giúp tiết kiệm nguồn nước ngọt quý giá mà còn cung cấp một nguồn phân bón hữu cơ tự nhiên, giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần cải tạo đất và bảo vệ môi trường, phù hợp với định hướng nông nghiệp tuần hoàn.

6.2. Đề xuất mô hình và giải pháp phát triển bền vững cho trang trại

Dựa trên kết quả nghiên cứu, mô hình được đề xuất bao gồm các công trình xử lý nối tiếp: hầm biogas để xử lý sơ bộ và thu hồi năng lượng, sau đó là hồ sinh học hoặc bãi lọc trồng cây để xử lý triệt để các chất dinh dưỡng còn lại. Mô hình này có thể tùy chỉnh quy mô để phù hợp với từng hộ gia đình hoặc trang trại. Về chính sách, cần có các chương trình khuyến khích, hỗ trợ kỹ thuật và tài chính cho các hộ nông dân áp dụng các công nghệ xử lý nước thải chi phí thấp. Công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường và lợi ích của nông nghiệp bền vững cũng đóng vai trò then chốt để nhân rộng thành công của các mô hình này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự tăng trưởng vượt bậc của ngành chăn nuôi tại Việt Nam đóng vai trò then chốt trong phát triển kinh tế nông thôn nhưng cũng kéo theo áp lực ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Tại huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội – địa phương có diện tích tự nhiên hơn 237 km² và là vùng chăn nuôi trọng điểm của thủ đô, giá trị sản xuất nông nghiệp năm 2015 đạt hơn 3.320 tỷ đồng, trong đó ngành chăn nuôi chiếm hơn 1.920 tỷ đồng (gần 70% tỷ trọng nông nghiệp toàn huyện). Đi cùng với quy mô đàn lợn phát triển mạnh là khối lượng nước thải khổng lồ thải ra môi trường mỗi ngày. Nước thải chăn nuôi lợn có đặc tính ô nhiễm rất cao, chứa 70% đến 80% chất hữu cơ trong tổng chất rắn, hàm lượng nitơ, photpho và vi sinh vật gây bệnh vượt nhiều lần quy chuẩn cho phép. Phần lớn các hộ chăn nuôi chỉ áp dụng hầm biogas truyền thống vốn đòi hỏi thời gian lưu nước từ 30 đến 40 ngày và không thể xử lý triệt để các chỉ tiêu COD, BOD5 hay Nitơ tổng.

Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 11/2019 đến tháng 05/2020 nhằm đánh giá toàn diện thực trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn tại 3 xã trọng điểm gồm Phụng Châu, Lam Điền, Đại Yên thuộc huyện Chương Mỹ, đồng thời thử nghiệm mô hình thực vật thủy sinh gồm Bèo tây (Eichhornia crassipes), Rau ngổ (Enydra fluctuans Lour.) và Rau mác (Monochoria) trong điều kiện phòng thí nghiệm. Đề tài hướng tới việc xác lập giải pháp công nghệ sinh thái chi phí thấp, tận dụng nguồn thực vật bản địa sẵn có để loại bỏ trên 60% chất ô nhiễm, giúp nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT, bảo vệ trực tiếp hệ thống lưu vực sông Bùi, sông Tích và sông Đáy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết xử lý nước thải bằng vùng đất ngập nước nhân tạo (Constructed Wetland) và cơ chế xử lý sinh học thực vật (Phytoremediation) do các nhà khoa học môi trường khởi xướng từ thập niên 60. Cơ chế này vận hành dựa trên sự cộng sinh mật thiết giữa thực vật thủy sinh và hệ vi sinh vật bám rễ. Trong hệ sinh thái này, vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí đóng vai trò phân giải chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất vô cơ đơn giản, cung cấp dinh dưỡng dạng ion cho rễ cây hấp thụ.

Ba khái niệm cốt lõi được áp dụng xuyên suốt gồm: Nhu cầu oxy hóa học (COD), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), và quá trình chuyển hóa Nitrat hóa - Khử nitrat hóa (Nitrification - Denitrification). Trong nước thải chăn nuôi, chất hữu cơ chiếm 70% đến 80% lượng chất rắn lơ lửng, tạo ra tải lượng ô nhiễm hữu cơ cực lớn. Quá trình chuyển hóa nitơ diễn ra qua 2 giai đoạn kế tiếp: ion amoni (NH4+) được vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa thành nitrit (NO2-), sau đó vi khuẩn Nitrobacter chuyển hóa tiếp thành nitrat (NO3-) trước khi bị khử thành khí N2 thoát ra khí quyển hoặc được cây thủy sinh hấp thụ để tạo sinh khối. Hơn 30 loài thực vật thủy sinh trên thế giới đã được chứng minh có khả năng xử lý nước thải, trong đó Bèo tây, Rau ngổ và Rau mác là những loài có sinh khối phát triển nhanh và sức chịu tải cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài kết hợp giữa điều tra xã hội học môi trường và thực nghiệm phân tích phòng thí nghiệm:

• Phương pháp khảo sát thực địa (PERA): Đánh giá nhanh môi trường có sự tham gia của cộng đồng với cỡ mẫu 60 phiếu phỏng vấn người dân tại 3 xã (Lam Điền, Đại Yên, Phụng Châu). Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được lựa chọn nhằm thu thập bức tranh khách quan về mức độ ảnh hưởng của nước thải tới đời sống và nhu cầu tái sử dụng nguồn nước của người dân bản địa.
• Phương pháp lấy mẫu và bố trí thực nghiệm: Thu thập 9 mẫu nước thải đơn tại cống xả của 9 hộ chăn nuôi quy mô nhỏ vào thời điểm 8 giờ sáng (nhiệt độ dao động 20 đến 25°C). Thí nghiệm bố trí tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Lâm nghiệp trong 7 bể xốp kích thước 54 x 39 x 27 cm, đáy lót 10 cm sỏi cuội kích thước 2 đến 4 mm làm giá thể lọc. Bố trí 3 loài thực vật ở 2 mức mật độ: mật độ thấp 47 cây/m² (10 cây/bể) và mật độ cao 95 cây/m² (20 cây/bể), cùng 1 bể đối chứng không trồng cây với chu kỳ lưu nước 30 ngày, phân tích theo 4 mốc thời gian (ngày 0, 10, 20, 30).
• Phương pháp phân tích chỉ tiêu và xử lý số liệu: Chỉ tiêu COD được xác định bằng phương pháp chuẩn độ Bicromat (đun nung 2 giờ ở 150°C với xúc tác Ag2SO4 và chất che Hg2SO4), BOD5 đo theo tiêu chuẩn TCVN 6001:1995 (ủ 5 ngày ở 20°C với hệ số pha loãng F = 50), Tổng Nitơ xác định bằng phương pháp trắc quang so màu với axit đissunphophenic. Các phương pháp này được chọn vì độ tin cậy chuẩn hóa quốc tế cao, phù hợp để so sánh chính xác với ngưỡng giá trị nồng độ tối đa Cmax quy định trong QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra và thực nghiệm ghi nhận 4 phát hiện quan trọng:

1. Thực trạng ô nhiễm nước thải đầu vào: 100% người dân tại 3 xã khảo sát khẳng định hoạt động xả thải trực tiếp gây ô nhiễm nặng nề nguồn nước và phát sinh mùi hôi thối khó chịu. Nước thải sau hầm biogas vẫn có thông số COD, BOD5 và Nitơ tổng vượt từ 3 đến 8 lần ngưỡng xả thải cột B của QCVN 62-MT:2016/BTNMT.
2. Hiệu suất vượt trội của Bèo tây: Ở mật độ cao 95 cây/m² sau 30 ngày lưu nước, Bèo tây (Eichhornia crassipes) thể hiện năng lực làm sạch tốt nhất với hiệu suất khử COD đạt trên 66%, BOD5 giảm hơn 70%, và Nitơ tổng giảm trên 64%, vượt trội hơn hẳn so với bể đối chứng không trồng cây (chỉ giảm từ 15% đến 20% nhờ quá trình lắng cơ học tự nhiên).
3. Tiềm năng xử lý của Rau ngổ và Rau mác: Rau ngổ đạt hiệu suất khử COD khoảng 45% và Nitơ tổng đạt 53,60%; trong khi đó Rau mác giúp giảm nhu cầu oxy hóa học khoảng 50% đến 75% và sinh trưởng rất mạnh mẽ trong môi trường giàu dinh dưỡng hữu cơ, chiều cao thân cây tăng từ 15% đến 25% sau 30 ngày thí nghiệm.
4. Tác động của mật độ và thời gian lưu: Bể có mật độ 95 cây/m² cho tốc độ loại bỏ chất ô nhiễm nhanh hơn khoảng 20% so với mật độ 47 cây/m²; hiệu suất xử lý gia tăng mạnh mẽ nhất trong khoảng thời gian từ ngày thứ 10 đến ngày thứ 20 và đạt trạng thái ổn định tối ưu vào ngày thứ 30.

Thảo luận kết quả

Khả năng xử lý chất ô nhiễm vượt trội của Bèo tây được giải thích bởi cấu trúc bộ rễ chùm phát triển dài và rậm rạp, chiếm từ 20% đến 50% trọng lượng toàn bộ cây. Bộ rễ này đóng vai trò như một giá thể sinh học tự nhiên khổng lồ, tạo điều kiện cho vi khuẩn hiếu khí bám dính dày đặc để phân hủy chất hữu cơ và hấp thụ trực tiếp các ion amoni, nitrat và photphat hòa tan. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu thực nghiệm tại Cần Thơ khi ghi nhận Bèo tây đạt hiệu suất xử lý độ đục 97,79% và COD đạt 66,10%. Đối với Rau ngổ và Rau mác, các loài thực vật này hấp thụ mạnh mẽ chất dinh dưỡng vô cơ vào mô tế bào thân và lá, đồng thời tạo vùng hiếu khí cục bộ quanh rễ giúp thúc đẩy quá trình nitrat hóa.

Để làm nổi bật quy luật động học của quá trình xử lý, các dữ liệu thực nghiệm có thể được trình bày thông qua đồ thị đường biểu diễn sự suy giảm nồng độ COD, BOD5 và Tổng Nitơ theo các mốc thời gian 0, 10, 20, 30 ngày, kết hợp cùng bảng ma trận so sánh hiệu suất giữa 3 loài cây ở 2 mức mật độ. Cách trực quan hóa này chứng minh rõ nét rằng hệ thống bãi lọc kết hợp đệm sỏi 10 cm và thực vật thủy sinh có khả năng giảm tải lượng ô nhiễm hữu cơ mà không cần bổ sung hóa chất keo tụ tốn kém, mở ra hướng ứng dụng sinh thái tuần hoàn bền vững cho các vùng nông thôn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đề xuất 4 giải pháp đồng bộ:

• Thiết kế và nhân rộng mô hình bể lọc sinh học 3 bậc: Ủy ban nhân dân huyện Chương Mỹ cùng các xã Lam Điền, Đại Yên, Phụng Châu hướng dẫn các trang trại chăn nuôi xây dựng hệ thống xử lý nối tiếp gồm: Bể lắng sơ bộ tách rác - Bể lọc thực vật dòng chảy bề mặt trồng Bèo tây hoặc Rau ngổ mật độ 90 đến 95 cây/m² lót đáy sỏi 10 cm - Hồ sinh học hoàn thiện, nhằm đảm bảo giảm tối thiểu 65% nồng độ COD và BOD5 trước khi xả thải trong lộ trình 12 tháng tới.
• Quy chuẩn hóa chu kỳ thu hoạch sinh khối thực vật: Các chủ hộ chăn nuôi và trang trại chủ động thu gom, cắt tỉa định kỳ 20 đến 30 ngày một lần đối với sinh khối Bèo tây và Rau mác già cỗi nhằm ngăn ngừa hiện tượng rễ úa thối gây tái ô nhiễm nguồn nước, tận dụng 100% lượng sinh khối thu được để ủ làm phân bón hữu cơ vi sinh phục vụ trồng trọt.
• Ban hành cơ chế hỗ trợ tài chính và kỹ thuật: Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà Nội phối hợp với Ủy ban nhân dân huyện Chương Mỹ cấp nguồn vốn vay ưu đãi, tài trợ 30% đến 40% chi phí xây dựng ban đầu cho các mô hình trang trại điểm áp dụng công nghệ xử lý bằng thực vật trong giai đoạn 2021 - 2025.
• Tăng cường tập huấn và tuyên truyền chính sách: Hội Nông dân và Phòng Tài nguyên Môi trường huyện Chương Mỹ định kỳ tổ chức từ 10 đến 15 lớp tập huấn mỗi năm cho hơn 500 hộ chăn nuôi, nâng cao nhận thức về tuân thủ Luật Bảo vệ Môi trường và quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên: Tiếp cận khung phương pháp luận hoàn chỉnh từ khảo sát PERA, thiết kế mô hình phản ứng sỏi đệm đến quy trình phân tích chuẩn độ COD, BOD5, và Nitơ tổng; sử dụng số liệu thực chứng làm tài liệu tham khảo cho các đề tài sinh thái học ứng dụng.
• Chủ trang trại và các hộ gia đình chăn nuôi gia súc quy mô vừa và nhỏ: Nắm vững quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp, tận dụng nguồn thực vật bản địa sẵn có (Bèo tây, Rau ngổ, Rau mác) để giảm thiểu mùi hôi, làm sạch nước thải sau biogas và tái tạo nguồn nước tưới cây an toàn.
• Kỹ sư công nghệ môi trường và cán bộ tư vấn thiết kế: Ứng dụng các thông số kỹ thuật thực nghiệm chuẩn xác như độ dày lớp sỏi lọc 10 cm, kích thước sỏi 2 đến 4 mm, mật độ thả cây 95 cây/m² và chu kỳ lưu nước 20 đến 30 ngày vào việc tính toán, thiết kế các công trình bãi lọc ngập nước nhân tạo.
• Cán bộ quản lý môi trường cấp huyện, xã: Có căn cứ khoa học vững chắc để xây dựng kế hoạch kiểm soát ô nhiễm chăn nuôi tại địa phương, hoàn thiện các tiêu chí môi trường trong chương trình xây dựng nông thôn mới nâng cao tại khu vực ngoại thành Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải chăn nuôi lợn sau hầm biogas có thể xả trực tiếp ra sông hồ tự nhiên không? Không thể xả trực tiếp vì nước thải sau hầm biogas vẫn chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, với COD và BOD5 vượt từ 3 đến 8 lần quy chuẩn xả thải QCVN 62-MT:2016/BTNMT cột B. Hàm lượng nitơ và photpho đậm đặc nếu thải thẳng ra kênh mương sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hóa, làm bùng phát tảo độc, làm cá chết hàng loạt và làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt sông Đáy.

2. Loài thực vật thủy sinh nào cho hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn cao nhất trong nghiên cứu? Bèo tây (Eichhornia crassipes) đạt hiệu suất làm sạch cao nhất trong 3 loài thử nghiệm, giúp giảm hơn 66% COD, trên 70% BOD5 và trên 64% tổng Nitơ sau 30 ngày. Cấu trúc rễ chùm dài và dày đặc của bèo tây tạo diện tích tiếp xúc lớn cho vi sinh vật bám dính phân giải chất bẩn hữu cơ, đồng thời hấp thụ nhanh các dưỡng chất vô cơ trong nước.

3. Mật độ trồng thực vật và thời gian lưu nước tối ưu trong bể xử lý là bao nhiêu? Mật độ tối ưu là 95 cây/m² (khoảng 20 cây trong bể thí nghiệm 54 x 39 x 27 cm) kết hợp thời gian lưu nước từ 20 đến 30 ngày. Mật độ cao giúp tăng cường sinh khối và bề mặt tiếp xúc vi sinh vật, nâng tốc độ phân hủy chất ô nhiễm nhanh hơn 20% so với mật độ 47 cây/m², giúp chất lượng nước đạt ngưỡng an toàn.

4. Nước thải sau khi được xử lý bằng thực vật thủy sinh có thể tái sử dụng vào việc gì? Nguồn nước sau xử lý qua hệ thống thực vật thủy sinh kết hợp đệm sỏi cuội đạt tiêu chuẩn xả thải, có thể tái sử dụng hiệu quả để vệ sinh chuồng trại, rửa sân bãi hoặc làm nước tưới giàu khoáng chất cho các loại cây trồng, rau màu và cây ăn quả trong khuôn viên trang trại, giúp tiết kiệm hơn 50% lượng nước sạch tiêu thụ.

5. Cần lưu ý gì khi quản lý sinh khối thực vật thủy sinh trong quá trình vận hành hệ thống? Chủ trang trại bắt buộc phải thu hoạch, vớt bớt sinh khối già cỗi định kỳ từ 20 đến 30 ngày một lần. Nếu để cây già chết và phân hủy tự nhiên trong bể, các chất hữu cơ, nitơ và photpho tích tụ trong mô thực vật sẽ tan ngược lại vào nguồn nước, gây ra hiện tượng ô nhiễm thứ cấp làm giảm hiệu suất của toàn bộ công trình.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn tại huyện Chương Mỹ, khẳng định tính cấp thiết của việc xử lý bổ sung sau công đoạn biogas.
• Chứng minh thành công tính khả thi và hiệu quả vượt trội của công nghệ xử lý bằng thực vật thủy sinh kết hợp giá thể sỏi cuội 10 cm trong điều kiện tự nhiên.
• Xác định Bèo tây ở mật độ 95 cây/m² là loài thực vật ưu việt nhất, giúp loại bỏ trên 66% COD, hơn 70% BOD5 và trên 64% Nitơ tổng sau chu kỳ lưu nước 30 ngày.
• Đề xuất quy trình công nghệ 3 bậc khép kín, thân thiện môi trường, chi phí đầu tư thấp và dễ dàng nhân rộng cho các hộ chăn nuôi quy mô vừa và nhỏ.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho mô hình kinh tế tuần hoàn nông nghiệp thông qua việc tái sử dụng nước tưới và thu hồi sinh khối làm phân bón hữu cơ.

Về định hướng tiếp theo, nghiên cứu cần được triển khai thử nghiệm mở rộng ở quy mô mô hình pilot ngoài hiện trường trong vòng 6 đến 12 tháng tới để đánh giá biến thiên hiệu suất theo mùa khí hậu miền Bắc. Các chủ trang trại, kỹ sư môi trường và nhà quản lý hãy chủ động áp dụng ngay giải pháp công nghệ sinh học xanh này nhằm hướng tới một nền nông nghiệp chăn nuôi phát triển bền vững và an toàn sinh thái.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi 1. Đặc tính của 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, nito, photpho 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-…[1] - Nito và photpho: Hàm lượng nito, photpho 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 nito trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3-.

Photpho được sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn của vật nuôi, lượng photpho chiếm 0,25 – 1,4%, và một ít trong nước tiểu, xác chết của vật nuôi. Trong nước thải chăn nuôi photpho chiếm tỉ lệ cao, tồn tại ở các dạng orthophotphat (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphotphat (hay polyphotphat PO43) và photphat hữu cơ. [1] - 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, 4 lỵ, thương hàn, kiết lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poio virus, 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.

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. 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.

Nito, photpho 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. [1] Khi xử lý nito 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.

[1] 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 5 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. [1] 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 nước 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.

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, 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.

Ngoài ra đối với các trang trại tập trung chăn nuôi quy mô lớn, mô hình này không đáp ứng được công suất xử lý do đòi hỏi thời gian lưu dài của nước 6 thải (khoảng 30 - 40 ngày) trong thiết bị xử lý dẫn tới việc phải xây dựng hệ thống xử lý trên một diện tích lớn, mà điều này chắc chắn là không mong muốn đối với các chủ trang trại, thậm chí là bất khả thi trong tình hình áp lực về đất đai hiện nay. Hệ thống xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas 1. Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi 1. Phương pháp vật lý Các phương pháp áp dụng như: sàng lọc; tách cơ học; trộn, khuấy; lắng; lọc hay hóa lỏng khí…nhằm loại bỏ một phần cặn ra khỏi nước thải chăn nuôi, tạo điều kiện cho quá trình xử lý hóa học và sinh học tiếp theo được thực hiện tốt hơn.[8] Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, phân riêng.

Có thể dùng song ch ắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình xử lý tiếp theo. Ngoài ra có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/L) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình xử lý phía sau. Sau khi tách, nước thải được đưa sang các công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi ủ để làm phân bón.

Các phương pháp hóa lý Các quá trình thường áp dụng là: trung hòa;sử dụng các chất oxy hóa khử; kết tủa hay tuyển nổi; hấp phụ; tách bằng màng và khử trùng;…. Trong đó, xử lý hóa học thường gắn với phương pháp xử lý vật lý hay xử lý sinh học. 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 các 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 polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và dễ lắng hơn. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9: phương pháp keo tụ có thể tách được 80 -90% hàm lượng chất lơ lửng có trong nước th ải chăn nuôi heo. Ngoài keo tụ còn loại bỏ được P tồn tại ở dạng PO 4 do tạo thành kết tủa AlPO4 và FePO4.

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi. 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 đối với các trại chăn nuôi. Công nghệ xử lý bằng phương pháp vi sinh Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của VSV để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các VSV sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên.

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. [8] Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí m à người ta thiết kế các công trình khác nhau. Và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý. 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 trồng cây).

Biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi bằng thực vật 1. Khả năng xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh Hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nước thải được áp dụng rất hiệu quả.