Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas và kết hợp với hồ thực vật tại địa bàn xã lương phong huyện hiệp hòa

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu cải thiện kết quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas và kết hợp với hồ thực, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Văn Phong
• Người hướng dẫn: Th.S Hà Đình Nghiêm
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Nâng Cao Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Bằng Mô Hình Biogas Và Kết Hợp Với Hồ Thực Vật Tại Địa Bàn Xã Lương Phong, Huyện Hiệp Hòa, Tỉnh Bắc Giang
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
• 1.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học
• 2.2. Định nghĩa về chất thải chăn nuôi
• 2.3. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi
• 2.4. Tổng quan về nước thải chăn nuôi heo, nguồn gốc phát sinh thành phần và tính chất nước thải
• 2.5. Tổng quan về Hồ sinh học trong xử lí nước thải
• 2.6. Quan hệ giữa giới thủy sinh trong hệ thống hồ sinh học và vai trò của chúng trong làm sạch nước thải. Xử lý nước thải bằng thực vật
• 2.7. Sơ lược về bã mía, cây lục bình và cây rau muống
• 2.8. Cây rau muống (Ipomoea Aquatica)
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.3. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.4. Địa điểm đặt mô hình
• 3.5. Thời gian tiến hành nghiên cứu
• 3.6. Nội dung nghiên cứu
• 3.7. Phương pháp nghiên cứu
• 3.8. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.9. Phương pháp xây dựng mô hình và vận hành mô hình thực nghiệm
• 3.10. Phương pháp phân tích
• 3.11. Phương pháp tổng hợp phân tích, xử lí số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội xã Lương Phong, Huyện Hiệp Hòa, Tỉnh Bắc Giang
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội
• 4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas truyền thống và mô hình biogas cải tiến (bổ sung bã mía)
• 4.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải bằng hồ thực vật sau xử lý biogas trong đó sử dụng chủ yếu là cây lục bình (Eichhornia crasspers) và cây rau muống (Aquatica Ipomoea)
• 4.4. Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý của hồ thực vật (tiếp theo thí nghiệm A2)
• 4.5. Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý của hồ thực vật (tiếp theo thí nghiệm A3)
• 4.6. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas cải tiến kết hợp với hồ thực vật
• 4.7. Về hiệu quả xử lý của mô hình Biogas cải tiến (bổ sung bã mía)
• 4.8. Khả năng xử lí của hệ thống hồ sinh học thực vật
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng cách kết hợp mô hình biogas và hồ thực vật tại xã Lương Phong, Hiệp Hòa, Bắc Giang. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả của mô hình biogas cải tiến (bổ sung bã mía) so với mô hình truyền thống, đồng thời nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của hồ thực vật. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện chất lượng nước thải chăn nuôi.

1.1. Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Chăn nuôi là ngành kinh tế quan trọng tại các vùng nông thôn, nhưng cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh, và các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho. Việc xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas đã được áp dụng rộng rãi, nhưng hiệu quả chưa tối ưu. Do đó, nghiên cứu này đề xuất kết hợp hồ thực vật để nâng cao hiệu quả xử lý.

1.2. Mục tiêu cụ thể

Nghiên cứu nhằm so sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi giữa mô hình biogas truyền thống và mô hình biogas cải tiến (bổ sung bã mía). Đồng thời, đánh giá khả năng xử lý của hồ thực vật sử dụng cây lục bình và rau muống. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần đề xuất giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện địa phương.

II. Tổng quan về chất thải chăn nuôi và phương pháp xử lý

Chất thải chăn nuôi bao gồm phân, nước tiểu, thức ăn thừa, và các chất thải khác. Chúng chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, và vi sinh vật gây bệnh. Nước thải chăn nuôi là nguồn ô nhiễm chính, gây ảnh hưởng đến môi trường nước, đất, và không khí. Phương pháp xử lý truyền thống như biogas đã được áp dụng, nhưng cần cải tiến để đạt hiệu quả cao hơn.

2.1. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ (70-80%) như cellulose, protit, và chất béo, cùng các chất vô cơ (20-30%) như nitơ, photpho. Các vi sinh vật gây bệnh như E. coli, Salmonella cũng có mặt trong nước thải. Việc xả thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

2.2. Phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi

Phương pháp biogas sử dụng quá trình phân hủy kỵ khí để xử lý chất thải, tạo ra khí methane làm nhiên liệu. Tuy nhiên, nước thải sau xử lý vẫn chứa nhiều chất ô nhiễm. Hồ thực vật là phương pháp bổ sung, sử dụng thực vật thủy sinh như lục bình và rau muống để hấp thụ chất dinh dưỡng và vi sinh vật, giúp làm sạch nước thải.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu được thực hiện bằng cách xây dựng mô hình thí nghiệm biogas và hồ thực vật. Các thông số như pH, COD, BOD, T-N, và T-P được theo dõi để đánh giá hiệu quả xử lý. Kết quả cho thấy mô hình biogas cải tiến (bổ sung bã mía) có hiệu quả xử lý cao hơn so với mô hình truyền thống. Hồ thực vật cũng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ chất dinh dưỡng và vi sinh vật.

3.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm bao gồm biogas truyền thống, biogas cải tiến (bổ sung bã mía), và hồ thực vật sử dụng cây lục bình và rau muống. Nước thải chăn nuôi được xử lý qua các mô hình này, và các thông số chất lượng nước được phân tích định kỳ.

3.2. Kết quả và thảo luận

Kết quả cho thấy mô hình biogas cải tiến giảm COD và BOD hiệu quả hơn so với mô hình truyền thống. Hồ thực vật giúp giảm đáng kể nồng độ T-N và T-P trong nước thải. Sự kết hợp giữa biogas cải tiến và hồ thực vật mang lại hiệu quả xử lý toàn diện, phù hợp với điều kiện địa phương.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc kết hợp mô hình biogas cải tiến và hồ thực vật trong xử lý nước thải chăn nuôi. Giải pháp này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm phụ có giá trị như khí biogas và thực vật thủy sinh. Đề xuất nhân rộng mô hình này tại các địa phương có hoạt động chăn nuôi quy mô lớn.

4.1. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chăn nuôi, đồng thời cung cấp giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, chi phí thấp. Việc sử dụng hồ thực vật còn tạo ra nguồn thức ăn cho gia súc và cải thiện cảnh quan môi trường.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Cần nghiên cứu thêm về hiệu quả của các loại thực vật khác trong hồ thực vật, cũng như tối ưu hóa quy trình vận hành mô hình biogas cải tiến. Việc áp dụng công nghệ này cần được hỗ trợ bởi chính sách và nguồn lực từ chính quyền địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Chăn nuôi là hình thức phổ biến ở các địa phương trong cả nước đặc biệt là khu vực nông thôn. Với vai trò là ngành cung cấp lượng protein động vật chủ yếu trong bữa ăn hàng ngày của cộng đồng cũng như cung cấp cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm… Số vật nuôi là các cơ sở chăn nuôi trong những năm qua tăng đáng kể. Với truyền thống sản xuất từ xưa cũ là các trang trại chăn nuôi thường bên cạnh các con sông hay nằm trong khu vực dân cư, vấn đề ô nhiễm môi trường xung quanh làm chất lượng môi trường thành phần cũng suy thoái là một vấn nạn đòi hỏi cần giải quyết. Do vậy, ngày càng nhiều dòng sông, kênh rạch ô nhiễm trầm trọng do tiếp nhận dòng thải từ hoạt động trên.

Nằm trong mối quan hệ mật thiết của các thành phần môi trường, tất yếu không khí, nước ngầm, đất và sinh vật trong đó có con người cũng bị đe dọa. Xuất phát từ nhận thức đó, nhiều dự án, chương trình nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi được tiến hành như là giải pháp hỗ trợ việc giảm tải lượng và nồng độ ô nhiễm trước khi xả thải ra môi trường. Trong đó có việc xây dựng hệ thống biogas. Sau thời gian hoạt động, các công trình này góp phần tích cực trong công tác kiểm soát chất lượng dòng thải khi xả ra nguồn tiếp nhận, đồng thời cũng thu được khí sinh học phát sinh trong phân hủy kị khí làm nhiên liệu phục vụ các mục đích khác trong đó có việc góp phần giải quyết bài toán năng lượng phục vụ sinh hoạt, đặc biệt có ý nghĩa ở vùng nông thôn ngày nay … Tuy vậy, thực tế vận hành, cũng như chất lượng nước sau xử lý bằng hầm biogas nhìn chung cũng chưa tối ưu nhất khi thải ra sông ngòi.

n 2 Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, nhằm nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng việc xây dựng mô hình thí quy mô phòng thí nghiệm giúp nâng cao hiệu quả xử lý so với hiện tại chỉ áp dụng với mô hình biogas, với việc bổ sung thêm ngăn lọc bã mía đầu bể, hệ thống nước thải đầu ra được cho qua xử lý bằng hồ thực vật, đề tài "Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình biogas và kết hợp với hồ thực vật tại địa bàn xã Lương Phong, Huyện Hiệp Hòa, Tỉnh Bắc Giang". Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu - Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng mô hình biogas có bổ sung một số điểm khác biệt so với mô hình truyền thống - Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của hồ sinh học thực vật. Yêu cầu của đề tài - Làm mô hình thí nghiệm biogas, so sánh giữa mô hình biogas truyền thống với mô hình biogas cải tiến (có bổ xung bã mía) - Thu thập các thông tin, tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Lương Phong - Số liệu phân tích phải chính xác, khách quan, trung thực 1.

Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học + Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này + Vận dụng và phát huy được các kiến thức đã học vào nghiên cứu -Ý nghĩa trong thực tiến + Hướng tới công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng sinh học đơn giản dễ áp dụng, không tốn kém nhiều chi phí vận hành, nhiều cơ hội thu các sản phẩm từ quá trình phục vụ sản xuất, sinh hoạt cho cộng đồng, đặc biệt là vùng nông thôn. n 3 + Giải quyết bài toán kiểm soát dòng thải trước khi phát tán ra môi trường. Cải tiến chất lượng môi trường xung quanh, đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng. - Giúp sinh viên trau dồi kiến thức, kỹ năng giao tiếp, mối quan hệ đồng nghiệp trong môi trường làm việc.

- Hiệu quả của việc sử dụng hầm biogas cải tiến (bổ sung bã mía) áp dụng vào thực tiến. - Góp phần tuyên truyền, giáo dục, nâng cao nhận thức của người dân về hiệu quả của việc sử dụng hầm bioga trong xử lý chất thải chăn nuôi. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2.

Định nghĩa về chất thải chăn nuôi Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như phân, nước tiểu, xác xúc vật …. Chất thải trong chăn nuôi được chia làm 3 loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí. Trong chất thải chăn nuôi có nhiều các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác súc vật chết, thức ăn dư thừa của vật nuôi, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 50% - 83%.

Chất thải lỏng (nước thải) có độ ẩm cao hơn, trung bình khoảng 93% - 98% gồm phần lớn là nước thải của vật nuôi, nước rửa chuồng và phân lỏng hòa tan. Chất thải khí là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở dạng rắn và lỏng. Tổng quan về nƣớc thải chăn nuôi heo, nguồn gốc phát sinh thành phần và tính chất nƣớc thải * Phân Trong phân chứa một lượng lớn các chất như nito, phosphor, kali, kẽm. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như P2O5, K2O, CaO, MgO, phần lớn đều xuất hiện trong phân.

Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau cả về khối lượng và thành phần.1: Lƣợng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm Phân nguyên Nƣớc tiểu STT Loại gia súc (kg/con/ngđ) (kg/con/ngđ) 1 Trâu 18-25 8,0-12,0 2 Bò 15-20 6,0-10,0 3 Ngựa 12-18 4,0-6,0 4 Heo <10kg 0,5-1,0 0,3-0,7 5 Heo15-45kg 1,0-3,0 0,7-2,0 6 Heo 45- 100kg 3,0-5,0 2,0-4,0 7 Dê 1,5-2,5 0,6-1,0 (Nguồn: Lăng Ngọc Huỳnh, 2011) [4] Phân heo nói chung được xếp vào dạng lỏng hoặc hơi lỏng. Theo Trương Thanh Cảnh thì thành phần hóa học của phân heo từ 70 kg – 100 kg được thể hiện qua bảng sau: Bảng 2.2: Thành phần hóa học của phân heo từ 70 – 100kg Đặc tính Đơn vị Gía trị Vật liệu khô g/kg 213 – 342 NH4 – N g/kg 0,66 – 0,76 N tổng g/kg 7,99 – 9,32 Chất xơ g/kg 151 – 261 Carbonnatri g/kg 0,23 – 2,11 Các acid béo ngắn g/kg 3,38 – 4,47 pH 6,47 – 6,95 (Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2002) [2] n 6 Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân heo nói riêng còn chức các loại virus, vi khuẩn, trứng giun sán… Và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức khỏe của con người và vật nuôi. * Xác súc vật chết Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi. Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác.

Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ… [2] * Nước thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh gia súc, chuồng trại, nước ăn uống và phân lỏng hòa tan. Đây là một nguồn chất thải ô nhiễm nặng, chứa các chất hữu cơ và vô cơ có trong phân, nước tiểu, thức ăn của gia súc. Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (có hót phân hay không hót phân trước khi tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…). Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành công nghiệp khác (acid, kiềm, kim loại nặng, chất oxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có trong phân gia súc.

Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hydrat cacbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, nước tiểu và thức ăn thừa. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, ammonium, muối Clorua, muối Sunfat. Khí thải * Mùi hôi chuồng nuôi Là do hỗn hợp khí được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu gia súc, thức ăn dư thừa…Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, n 7 ẩm độ, mật độ nuôi. Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của gia súc.

NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do các vi sinh vật gây thối, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ nước tiểu. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của thú. Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2. [2] * Ô nhiễm môi trường nước Ô nhiễm môi trường nước Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi heo khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, gây thiếu oxy cho các quá trình hô hấp và quang hợp của hệ thủy sinh vật.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân hủy yếm khí (< 2 mg O2/l) sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động lớn đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị cạn kiệt sẽ gây mất cân bằng sinh thái, vô hiệu hóa quá trình tự làm sạch của sông rạch nhờ các vi sinh vật có lợi do đó môi trường nước mặt càng bị xuống cấp trầm trọng. Con người, động vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Hiện nay, hầu hết nước thải chăn nuôi đều qua hệ thống xử lý mà được thải trực tiếp ra môi trường kênh, rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung của khu vực.

Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần chuồng nuôi.