MỞ ĐẦU 5 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, hoạt động chăn nuôi heo tập trung hay hộ lẻ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền nông nghiệp chăn nuôi gia súc, góp phần tăng thu nhập cho nông dân và giải quyết được nhiều công việc cho lao động phổ thông. Song song đó, hoạt động này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng cần được quan tâm như mùi, chất thải rắn và nước thải. Việc ứng dụng công nghệ ủ kị khí để thu khí sinh học (Biogas) đã góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hoạt động chăn nuôi heo, nhưng chưa xử lý triệt để một số thành phần ô nhiễm có trong nước thải, gây ra những tác động nhất định đến môi trường. Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số b ệnh nguy hiểm cho người sử dụng.
Nitrat ạt o ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin hay alkyl cacbonat tạo ra những nitrosamin gây bệnh ung thư. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat có trong sữa mẹ. Sau khi vào cơ thể, nitrat chuyển hóa nhanh thành nitrit, NO 2 - hình thành ở dạ dày, truyền qua đường máu, phản ứng với huyết sắc tố mang O 2 , oxy hóa sắt để tạo thành huyết methaemoglobin làm giảm khả năng mang oxy của máu (hội chứng Baby - blue), có khả năng dẫn đến tử vong. Nồng độ ammoniac trong nước nuôi cá phải nhỏ hơn 1,2 ppm.
Với nồng độ 0,01 ppm NH 3 gây độc cho cá qua đường máu, nồng độ từ 0,2 – 0,5 ppm gây độc cấp tính. Nước thải chăn nuôi heo (NTCNH) là loại nước thải giàu nitơ, nitơ tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau và khó khăn về mặt kỹ thuật và kinh tế để xử lý đến giá trị giới hạn. Các hệ thống xử lý thông thường chỉ loại bỏ các chỉ tiêu ô nhiễm cơ bản như: chất hữu cơ (COD, BOD 5 ), chất lơ lửng, vi sinh (Coliform, E.Coli)…Hiệu quả loại nitơ chỉ một phần nhỏ. Do vậy, nhu cầu xử lý bậc cao sẽ là bước tất yếu tiếp theo để xử lý hiệu quả chất dinh dưỡng này trước khi thải vào nguồn tiếp nhận.
Các công nghệ xử lý truyền thống chủ yếu dựa vào sự kết hợp của hai quá trình nitrat hóa – khử nitrat. Tuy nhiên, do đặc tính của nước thải chăn nuôi heo giàu nitơ, quá trình xử lý khó khăn và tốn kém, phải trải qua nhiều giai đoạn với những yêu cầu phức tạp. Hiện nay, chúng ta đã sử dụng những công trình tự nhiên và nhân tạo để xử lý nitơ trong NTCNH (hồ thuỷ sinh vật, cánh đồng tưới…), những công trình này đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn do thời gian lưu kéo dài. Việc ứng dụng công nghệ SHARON – Anammox với sự kết hợp sử dụng hai nhóm vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Anammox trong xử lý NTCNH sẽ khắc phục được những nhược điểm của các công nghệ hiện tại về diện tích và năng lượng trong khi hiệu quả xử lý tương đương, vừa có hiệu quả kinh tế vừa đạt được yêu cầu xử lý.
Những kết quả nghiên cứu công nghệ Anammox ở qui mô phòng thí nghiệm, cũng như 6 những ứng dụng thực tế ở nước ngoài cho thấy những ưu điểm vượt trội của công nghệ này so với công nghệ xử lý nitơ truyền thống như sau [14]: - Khả năng chuyển hóa nitơ cao. - Giảm phát sinh CO 2 trên 90% so với công nghệ nitrat hóa - khử nitrat truyền thống. - Giảm 50% yêu cầu mặt bằng. - Giảm 60% nhu cầu năng lượng tiêu thụ.
- Giảm 100% nguồn cacbon hữu cơ cần cung cấp trong quá trình vận hành. - Quá trình tạo ra ít bùn. Như vậy, việc ứng dụng thành công công nghệ SHARON– Anammox, sẽ mở ra hướng mới trong việc xử lý nitơ của NTCNH nói riêng và các loại nước thải giàu nitơ khác nói chung, góp phần vào hoạt động bảo vệ môi trường, hướng đến sự phát triển bền vững.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ trong nước thải chăn nuôi heo với công nghệ SHARON – Anammox nhằm góp phần giảm ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Nước thải chăn nuôi heo (nước thải sau bể UASB của hệ thống xử lý nước thải xí nghiệp heo giống Đông Á – Dĩ An – Bình Dương). - Các dạng nitơ có trong nước thải chăn nuôi heo: N-NO 2 ; N-NO 3 ; N-NH 4 .4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Mô hình SHARON – Anammox trong phòng thí nghiệm.
- Các chỉ tiêu quan tâm: COD, N-NO 2 , N-NO 3 , N- NH 4 , P, pH, K p , K T. - Địa điểm: Phòng Công nghệ Biến đổi Sinh học – VSHNĐ.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Thu thập và tổng quan các tài liệu liên quan đến đề tài: nước thải chăn nuôi heo, vi khuẩn Nitrosomonas và Anammox, quá trình ứng dụng các nhóm vi k huẩn này trong xử lý nước thải… - Xây dựng mô hình thí nghiệm SHARON – Anammox. 7 - Vận hành và theo dõi hiệu quả xử lý thông qua việc phân tích các chỉ tiêu: COD, N-NO 2 , N-NO 3 , N- NH 4 , P, pH, K p , K T. - Xử lý số liệu và trình bày kết quả nghiên cứu.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để nghiên cứu những nội dung trên, các phương pháp được áp dụng là: Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu Trên cơ sở định hướng nghiên cứu của đề tài, tiến hành thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài, bao gồm: - Tình hình xử lý nước thải chăn nuôi heo.
- Đặc điểm của hai nhóm vi sinh vật Nitrosomonas và Anammox. - Tình hình ứng dụng công nghệ Anammox ở Việt Nam và trên thế giới. nhằm tổng quan tài liệu, tạo cơ sở lý thuyết cho đề tài nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm trên mô hình SHARON – Anammox Sau khi xây dựng mô hình theo công nghệ nghiên cứu, bắt đầu vận hành mô hình, theo dõi và điều chỉnh hợp lý một số thông số để mô hình vận hành có hiệu quả (lưu lượng, oxy hòa tan…).
Phương pháp lấy mẫu và phân tích Trong quá trình vận hành mô hình, hằng ngày lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình để phân tích các chỉ tiêu quan tâm. Phương pháp xử lý số liệu Những kết quả thu được sau khi phân tích sẽ phản ánh hiệu quả xử lý, cũng như tình hình hoạt động của vi sinh vật trong mô hình. Những số liệu này sẽ được thống kê và xử lý trên phần mềm Excel. Phương pháp hồi cứu Từ kết quả đạt được của mô hình nghiên cứu, tiến hành so sánh với những nghiên cứu khác đã thực hiện và đưa ra nhận xét liên quan.7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ SHARON – Anammox xử lý nitơ trong NTCNH sẽ mở ra những nghiên cứu ứng dụng các công nghệ Anammox khác để xử lý n ước thải giàu nitơ phù hợp với điều kiện cụ thể ở nước ta.
Ứng dụng công nghệ SHARON – Anammox giảm chi phí đến 4 lần so với công nghệ xử lý truyền thống. Bên cạnh đó, nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa lớn về mặt môi trường, giá thể sử dụng trong đề tài là ống hút tái sử dụng, tiết kiệm được chi phí xử lý chất thải rắn. 8 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 9 2.1 TÌNH HÌNH CHĂN NUÔI HEO HIỆN NAY Ở NƯỚC TA 2.1 Vai trò của ngành chăn nuôi trong nền kinh tế quốc dân Ở nước ta, chăn nuôi luôn giữ vai trò quan trọng trong nông nghiệp, gắn liền với đời sống con người, đáp ứng nhu cầu ăn, mặc của con người. Cùng với quá trình phát triển kinh tế, quy mô của hoạt động chăn nuôi cũng được mở rộng từ quy mô hộ gia đình đến những cơ sở chăn nuôi tập trung với số lượng lớn.
Vai trò quan trọng của ngành chăn nuôi được thể hiện như sau: Chăn nuôi là nguồn cung cấp thực phẩm dinh dưỡng cao (thịt, trứng, sữa) cho đời sống con người. Khi kinh tế ngày càng phát triển, mức sống của con người ngày càng được nâng cao. Trong điều kiện của nền kinh tế hiện nay, cùng với tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa tăng nhanh, đòi hỏi cường độ lao động Hình 2.1 Trại heo công nghiệp chân tay và lao động trí óc nhiều hơn trước, nhu cầu thực phẩm từ sản phẩm động vật ngày càng chiếm tỷ lệ cao trong bữa ăn hàng ngày của người dân. Chăn nuôi sẽ đáp ứng được yêu cầu đó.
Một heo nái một năm đẻ trung bình 2 lứa, mỗi lứa 10 heo con cai sữa, nếu đưa vào nuôi thịt sau 6 tháng sẽ cho ra 2000 kg thịt heo. Các sản phẩm chăn nuôi đều là các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng, hàm lượng protein cao và giá trị sinh vật học của protein cao hơn các thức ăn có nguồn gốc thực vật. Vì vậy, thực phẩm từ chăn nuôi luôn là các sản phẩm dinh dưỡng đối với con người. Chăn nuôi là nguồn cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp.
Các ngành công nghiệp chế biến, công nghiệp tiêu dùng đều sử dụng nguyên liệu từ chăn nuôi. Thịt, sữa là sản phẩm đầu vào của các quá trình công nghiệp chế biến. Chăn nuôi là nguồn cung cấp sức kéo. Chăn nuôi cung cấp sức kéo cho canh tác, khai thác lâm sản, đi lại, vận chuyển hàng hóa trên các vùng núi cao, đặc biệt hiểm trở nhiều dốc.
Chăn nuôi là nguồn cung cấp phân bón cho trồng trọt. Trong sản xuất nông nghiệp hướng tới canh tác bền vững không thể không kể đến vai trò của phân bón hữu cơ nhận được từ chăn nuôi. Phân chuồng với tỷ lệ N.K cao và cân đối có ý nghĩa lớn trong cải tạo đất trồng trọt, nâng cao năng suất cây trồng.1 Thành phần và số lượng phân nguyên chất của một số loài vật nuôi Sản lượng Tổng Loại Nước Nitơ Photpho Kali NPK phân cả lượng phân (%) (%) (%) (%) (%) năm (kg) NPK (kg)* Trâu 82 0,31 0,162 0,129 1,604 3650 58,84 Bò 73,8 0,38 0,284 0,992 1,622 2190 36,59 Lợn 83 0,53 0,930 0,984 2,453 700 17,17 Gà 16 2,46 1,710 - - - - Vịt 17 1,52 1,030 - - - - (*) Trâu, bò chỉ tính lượng phân nhận được trong chuồng. Heo tính cho một đời heo thịt.
Chăn nuôi là một mắc xích quan trọng trong sản xuất nông nghiệp bền vững, tạo việc làm, tăng thu nhập, góp phần xóa đói giảm nghèo. Ðể đạt được một nền sản xuất nông nghiệp bền vững và góp phần cho xóa đói giảm nghèo thì chăn nuôi luôn có vị trí quan trọng.