Nghiên cứu ứng dụng đá ong biến tính trong xử lý COD và Photpho từ nước thải chăn nuôi tại Việt Nam

Nghiên cứu đá ong biến tính xử lý hiệu quả COD và photpho trong nước thải chăn nuôi. Tìm hiểu giải pháp bảo vệ môi trường bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thị Bích Nụ
• Người hướng dẫn: Cô Nguyễn Thị Ngọc Bích
• Trường học: Khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng đá ong biến tính vào xử lý COD và Photpho trong nước thải chăn nuôi
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về xử lý nước thải chăn nuôi bằng đá ong biến tính

Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên lại tạo ra một lượng lớn nước thải với nồng độ chất ô nhiễm cao. Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất hữu cơ (COD, BOD5), nito (N), và photpho (P) vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Tình trạng này gây ra ô nhiễm hữu cơ trong nước thải nghiêm trọng, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái. Các phương pháp xử lý truyền thống như bể biogas tuy phổ biến nhưng không xử lý triệt để được Nito và Photpho. Trong khi đó, các công nghệ hiện đại lại có chi phí đầu tư và vận hành cao, không phù hợp với điều kiện kinh tế của đa số hộ nông dân. Do đó, việc tìm kiếm một vật liệu hấp phụ giá rẻ, có nguồn gốc tự nhiên và hiệu quả cao là một nhu cầu cấp thiết. Nghiên cứu ứng dụng đá ong biến tính (hay laterite biến tính) vào xử lý COD và photpho trong nước thải chăn nuôi mở ra một hướng đi đầy tiềm năng. Đá ong là một vật liệu lọc nước tự nhiên có sẵn, sau khi được biến tính bằng phương pháp nhiệt, cấu trúc bề mặt và khả năng hấp phụ của nó được cải thiện đáng kể. Giải pháp này không chỉ hứa hẹn hiệu quả xử lý cao mà còn là một mô hình xử lý nước thải chi phí thấp, thân thiện với môi trường và phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam.

1.1. Thực trạng ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi tại Việt Nam

Nước thải từ các trang trại chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn, có thành phần ô nhiễm rất phức tạp. Theo nghiên cứu của Cao Thế Hà và cộng sự (2015), các thông số như COD có thể lên tới 5630 ± 1032 mg/l, NH4+ là 544 ± 57 mg/l, và TP là 60 ± 18 mg/l. Các chỉ số này đều vượt gấp nhiều lần QCVN 01-79:2011/BNNPTNT. Hàm lượng Nito và Photpho cao là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm lượng oxy hòa tan trong nước và hủy hoại hệ sinh vật thủy sinh. Việc xả thải trực tiếp hoặc xử lý sơ bộ không đạt chuẩn đang là một vấn đề nhức nhối, đòi hỏi phải có các giải pháp kỹ thuật hiệu quả và bền vững.

1.2. Đá ong Laterite Vật liệu tiềm năng trong xử lý môi trường

Đá ong, hay Laterite, là một loại đất hình thành từ quá trình phong hóa mạnh mẽ ở vùng khí hậu nhiệt đới. Thành phần chính của đá ong bao gồm các oxit sắt (Fe2O3), nhôm (Al2O3) và silic (SiO2). Nhờ cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, đặc tính của đá ong rất phù hợp cho ứng dụng hấp phụ. Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã chứng minh khả năng hấp phụ của laterite đối với các kim loại nặng và asen. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng như COD và Photpho, việc biến tính vật liệu là cần thiết. Đây là cơ sở khoa học để phát triển một vật liệu xử lý nước thải bền vững từ nguồn tài nguyên sẵn có.

II. Thách thức từ ô nhiễm COD và Photpho trong nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là một trong những nguồn gây ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nghiêm trọng nhất. Hai chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ ô nhiễm này là Nhu cầu Oxy Hóa học (COD) và tổng Photpho (TP). Nồng độ COD cao, có thể vượt ngưỡng 5000 mg/l, cho thấy lượng lớn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học có trong nước thải. Các chất này khi đi vào nguồn nước sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan, gây chết các loài thủy sinh và tạo ra mùi hôi thối do quá trình phân hủy yếm khí. Bên cạnh đó, hàm lượng Photpho cao, thường ở dạng photphat, là yếu tố giới hạn chính gây ra hiện tượng phú dưỡng. Chỉ một lượng nhỏ Photpho dư thừa cũng đủ để kích thích sự bùng nổ của tảo và thực vật phù du, làm mất cân bằng sinh thái nghiêm trọng. Thách thức lớn nhất hiện nay là các hệ thống xử lý phổ biến như biogas hầu như không có khả năng loại bỏ Photpho và hiệu quả giảm nồng độ COD còn hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu các công nghệ xử lý photpho và COD tiên tiến, chi phí hợp lý như xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ là vô cùng quan trọng để giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm tại các trang trại chăn nuôi.

2.1. Tác động tiêu cực của hàm lượng COD và Photpho cao

Hàm lượng COD và Photpho vượt ngưỡng cho phép trong nước thải chăn nuôi gây ra nhiều hệ lụy cho môi trường. COD cao làm cạn kiệt oxy trong nước, tạo ra các vùng nước 'chết'. Photpho gây phú dưỡng, làm nước chuyển màu xanh, có mùi tanh, cản trở ánh sáng mặt trời xuống các tầng nước sâu, và khi tảo chết đi, quá trình phân hủy chúng lại tiếp tục làm giảm oxy. Hơn nữa, một số loài tảo độc có thể sinh sôi, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và động vật khi sử dụng nguồn nước này. Vấn đề ô nhiễm hữu cơ trong nước thải không chỉ là bài toán môi trường mà còn là thách thức đối với sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

2.2. Hạn chế của các phương pháp xử lý nước thải hiện hành

Mặc dù hầm Biogas giúp giảm tải lượng hữu cơ và tạo ra năng lượng, nhưng nước thải đầu ra vẫn chứa nồng độ COD, Nito và Photpho rất cao. Các phương pháp sinh học hiếu khí như Aerotank tuy hiệu quả hơn nhưng đòi hỏi chi phí vận hành lớn cho việc cấp khí và xử lý bùn. Các phương pháp hóa học như keo tụ, tạo bông có thể loại bỏ Photpho nhưng lại phát sinh chi phí hóa chất và tạo ra bùn thải hóa học khó xử lý. Những hạn chế này cho thấy sự cần thiết của một giải pháp bổ trợ hoặc thay thế, đặc biệt là một mô hình xử lý nước thải chi phí thấp có khả năng xử lý đồng thời cả COD và Photpho.

III. Phương pháp biến tính đá ong bằng nhiệt để xử lý nước thải

Để tối ưu hóa khả năng xử lý nước thải, đá ong thô cần trải qua quá trình biến tính. Phương pháp biến tính vật liệu được lựa chọn trong nghiên cứu này là biến tính nhiệt, một quy trình đơn giản, không sử dụng hóa chất và dễ thực hiện. Quá trình này bao gồm việc nung đá ong đã qua xử lý sơ bộ ở các dải nhiệt độ khác nhau, từ 500°C đến 900°C. Mục tiêu của việc nung ở nhiệt độ cao là loại bỏ các tạp chất hữu cơ, nước liên kết bên trong cấu trúc vật liệu, và quan trọng nhất là làm thay đổi cấu trúc tinh thể, tăng độ xốp và diện tích bề mặt riêng. Kết quả phân tích hình thái học bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy, sau khi nung, đặc biệt ở nhiệt độ 700°C, bề mặt laterite biến tính trở nên gồ ghề hơn, xuất hiện nhiều lỗ xốp với kích thước đa dạng. Sự gia tăng diện tích bề mặt này là yếu tố then chốt giúp nâng cao khả năng hấp phụ của laterite, tạo ra nhiều vị trí hoạt động hơn để các phân tử COD và ion photphat có thể bám vào. Quá trình này biến đá ong từ một vật liệu tự nhiên thông thường thành một vật liệu hấp phụ giá rẻ có hiệu suất cao.

3.1. Quy trình chuẩn bị và xử lý sơ bộ đá ong tự nhiên

Đá ong thô được thu thập, sau đó được đập nhỏ và rửa sạch bằng nước cất để loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất bám trên bề mặt. Vật liệu sau đó được sấy khô ở nhiệt độ 60°C. Tiếp theo, đá ong được nghiền và sàng để thu được kích thước hạt đồng đều (khoảng 1mm). Kích thước hạt đồng nhất giúp đảm bảo quá trình biến tính nhiệt diễn ra hiệu quả và tạo ra một lớp vật liệu lọc có độ rỗng ổn định, tránh hiện tượng tắc nghẽn dòng chảy trong các mô hình xử lý thực tế.

3.2. Phân tích đặc tính vật liệu sau khi biến tính nhiệt

Kết quả chụp SEM cho thấy sự thay đổi rõ rệt về cấu trúc bề mặt. Đá ong chưa biến tính có bề mặt tương đối nhẵn, ít lỗ xốp. Khi nhiệt độ nung tăng lên 500°C, 600°C, các lỗ xốp bắt đầu xuất hiện. Tại 700°C, bề mặt vật liệu có cấu trúc tối ưu nhất với nhiều lỗ xốp và diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên, khi nung ở nhiệt độ quá cao (900°C), hiện tượng kết khối có thể xảy ra, làm giảm diện tích bề mặt. Phân tích EDX (Phổ tán sắc năng lượng tia X) cũng xác nhận thành phần chính của vật liệu sau biến tính vẫn là các oxit của Si, Al, Fe, những thành phần đóng vai trò quan trọng trong cơ chế hấp phụ photphat.

IV. Cơ chế xử lý COD và Photpho ưu việt của laterite biến tính

Hiệu quả của đá ong biến tính trong việc loại bỏ COD và Photpho dựa trên cơ chế hấp phụ phức hợp, bao gồm cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Đối với COD, các phân tử hữu cơ được loại bỏ chủ yếu thông qua cơ chế hấp phụ vật lý. Nhờ cấu trúc lỗ xốp và diện tích bề mặt lớn sau khi biến tính, vật liệu hoạt động như một màng lọc vi mô, giữ lại các phân tử hữu cơ có kích thước phù hợp trên bề mặt. Quá trình này phụ thuộc vào động học hấp phụ và sự tương tác giữa các phân tử hữu cơ với bề mặt vật liệu. Đối với Photpho, cơ chế xử lý phức tạp hơn. Ion photphat (PO4³⁻) trong nước thải có thể bị hấp phụ lên bề mặt laterite biến tính thông qua lực hút tĩnh điện và trao đổi ligand với các nhóm hydroxyl (-OH) trên bề mặt của oxit sắt và nhôm. Cụ thể, các ion photphat sẽ thay thế các nhóm hydroxyl, tạo thành các phức chất bề mặt bền vững. Phản ứng này được mô tả trong các nghiên cứu về cơ chế hấp phụ photphat, giải thích tại sao đá ong giàu oxit sắt và nhôm lại có ái lực cao với Photpho. Việc hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa các điều kiện vận hành để đạt hiệu quả xử lý cao nhất.

4.1. Quá trình hấp phụ vật lý và loại bỏ chất hữu cơ COD

Các chất hữu cơ gây ra chỉ số COD trong nước thải chăn nuôi bị giữ lại trong các mao quản và lỗ xốp của đá ong biến tính. Diện tích bề mặt càng lớn, khả năng hấp phụ của laterite càng cao. Quá trình này diễn ra tương đối nhanh ở giai đoạn đầu và dần đạt đến trạng thái cân bằng khi các vị trí hấp phụ trên bề mặt bị bão hòa. Đây là một trong những ứng dụng điển hình của xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ cho các chất ô nhiễm hữu cơ.

4.2. Hấp phụ hóa học và cơ chế loại bỏ Photpho hiệu quả

Việc loại bỏ Photpho chủ yếu diễn ra qua tương tác hóa học. Các oxit kim loại như Fe₂O₃ và Al₂O₃ có trên bề mặt đá ong đóng vai trò là các tâm hấp phụ tích cực. Trong môi trường nước, bề mặt các oxit này được hydrat hóa tạo thành các nhóm Fe-OH và Al-OH. Ion photphat trong dung dịch sẽ phản ứng trao đổi với các nhóm -OH này, tạo thành các liên kết bền vững như Fe-O-P và Al-O-P. Quá trình này đặc biệt hiệu quả trong môi trường pH axit nhẹ đến trung tính, đây là một điểm quan trọng cần lưu ý khi thiết kế công nghệ xử lý photpho ứng dụng vật liệu này.

V. Đánh giá hiệu quả xử lý COD Photpho bằng đá ong biến tính

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh hiệu quả vượt trội của đá ong biến tính trong việc xử lý nước thải chăn nuôi. Các thí nghiệm được tiến hành trên mô hình cột lọc với dòng chảy liên tục, mô phỏng điều kiện hoạt động thực tế. Việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải được thực hiện bằng cách phân tích nồng độ COD và Photpho của nước thải đầu vào và đầu ra. Kết quả cho thấy vật liệu đá ong được biến tính ở 700°C cho hiệu suất xử lý cao nhất và ổn định nhất. Cụ thể, với nồng độ COD đầu vào là 1488 mg/l, nồng độ sau xử lý giảm xuống chỉ còn 480 mg/l, đạt hiệu suất xử lý gần 68%. Đối với Photpho, hiệu suất xử lý còn ấn tượng hơn, đạt trên 90% ở các điều kiện tối ưu. Nghiên cứu cũng khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như pH và nồng độ đầu vào, cho thấy vật liệu hoạt động tốt nhất trong dải pH từ 4-6. Những kết quả này khẳng định tiềm năng to lớn của việc sử dụng laterite biến tính như một giải pháp hiệu quả để giảm nồng độ COD và Photpho, góp phần giải quyết bài toán xử lý nước thải trang trại.

5.1. Hiệu suất giảm nồng độ COD trong nước thải thực tế

Thí nghiệm cho thấy đá ong chưa biến tính có khả năng xử lý COD rất hạn chế. Ngược lại, đá ong biến tính ở 700°C thể hiện khả năng loại bỏ COD ổn định trong một thời gian dài. Đồ thị xử lý cho thấy nồng độ COD giảm mạnh trong 1500ml nước thải đầu tiên và duy trì ở mức thấp cho đến khi vật liệu dần bão hòa. Hiệu suất trung bình đạt khoảng 67.74%, một con số rất đáng khích lệ đối với một vật liệu hấp phụ giá rẻ.

5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ photphat của vật liệu

Đá ong biến tính nhiệt cho thấy khả năng loại bỏ Photpho cực kỳ hiệu quả. Với nồng độ đầu vào khoảng 15.2 mg/l, nồng độ Photpho sau xử lý giảm xuống dưới 1 mg/l ở một số mẫu. Hiệu suất xử lý Photpho của vật liệu biến tính ở 700°C đạt tới 95.8%, cao hơn đáng kể so với các mức nhiệt độ khác. Kết quả này cho thấy đây là một công nghệ xử lý photpho đầy hứa hẹn, có khả năng đưa chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải.

5.3. Khả năng tái sinh và tính bền vững của vật liệu hấp phụ

Một ưu điểm quan trọng của các vật liệu xử lý nước thải bền vững là khả năng tái sử dụng. Mặc dù nghiên cứu này chưa đi sâu, nhưng các tài liệu khác cho thấy tái sinh vật liệu hấp phụ như đá ong có thể được thực hiện bằng cách rửa giải với dung dịch kiềm (để loại bỏ photphat) hoặc nung lại (để loại bỏ chất hữu cơ). Việc nghiên cứu quy trình tái sinh hiệu quả sẽ giúp giảm chi phí vận hành và tăng tính bền vững cho toàn bộ hệ thống xử lý.

VI. Hướng tới mô hình xử lý nước thải chi phí thấp và bền vững

Từ những kết quả nghiên cứu tích cực, việc ứng dụng đá ong biến tính mở ra một hướng đi thực tiễn để xây dựng các mô hình xử lý nước thải chi phí thấp cho ngành chăn nuôi. Một mô hình được đề xuất là kết hợp hệ thống xử lý bằng đá ong biến tính như một bậc xử lý thứ cấp, đặt sau bể Biogas. Bể Biogas sẽ thực hiện nhiệm vụ xử lý sơ bộ, giảm phần lớn tải lượng hữu cơ dễ phân hủy. Dòng thải sau biogas với nồng độ COD và Photpho vẫn còn cao sẽ được dẫn qua bể lọc chứa các lớp laterite biến tính. Mô hình này tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp: Biogas giúp giảm tải và thu hồi năng lượng, trong khi bể lọc đá ong xử lý triệt để các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ khó phân hủy. Đây là một giải pháp vật liệu xử lý nước thải bền vững, không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật tại các vùng nông thôn. Tương lai của công nghệ này nằm ở việc tối ưu hóa quy trình biến tính vật liệu ở quy mô lớn, nghiên cứu khả năng tái sinh vật liệu hấp phụ, và triển khai các dự án thí điểm để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong điều kiện vận hành thực tế tại các trang trại.

6.1. Đề xuất mô hình tích hợp bể Biogas và bể lọc đá ong

Mô hình đề xuất bao gồm một bể lắng để loại bỏ cặn rắn, tiếp theo là hầm Biogas để phân hủy yếm khí. Nước thải sau Biogas được dẫn qua một hệ thống lọc đa lớp, trong đó lớp vật liệu chính là đá ong biến tính, xen kẽ với các lớp cát, sỏi để tăng hiệu quả phân phối dòng chảy và tránh tắc nghẽn. Mô hình này đơn giản trong cấu tạo, dễ vận hành và bảo trì, không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, rất phù hợp cho quy mô hộ gia đình hoặc trang trại nhỏ.

6.2. Tiềm năng ứng dụng và triển vọng phát triển trong tương lai

Với nguồn nguyên liệu đá ong dồi dào và giá rẻ tại Việt Nam, công nghệ này có tiềm năng nhân rộng rất lớn. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu về động học hấp phụ để xác định chính xác tuổi thọ của vật liệu và chu kỳ cần thay thế hoặc tái sinh. Đồng thời, việc nghiên cứu biến tính hóa học kết hợp nhiệt có thể mở ra khả năng xử lý đồng thời cả Nito, tạo ra một giải pháp toàn diện cho xử lý nito trong nước thải chăn nuôi. Chuyển giao công nghệ và xây dựng các chính sách hỗ trợ sẽ là chìa khóa để đưa giải pháp này vào thực tiễn, góp phần bảo vệ môi trường nông thôn một cách bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, sự tăng trƣởng nhanh của ngành chăn nuôi tại Việt Nam đã g p phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc. Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, ngành chăn nuôi đang gây ô nhiễm môi trƣờng ngày càng nghiêm trọng, gây ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng dân cƣ và hệ sinh thái tự nhiên. Nƣớc thải từ trang trại đƣa vào nguồn tiếp nhận chƣa qua xử lý hoặc xử lý bằng cách đơn lẻ, không hiệu quả, không đạt tiêu chuẩn xả thải. Trong số đ , phải kể đến nguồn nƣớc thải từ các trang trại chăn nuôi lợn với hàm lƣợng chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất dinh dƣỡng Nito, Photpho và vi sinh vật gây bệnh cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải cho phép.

Trên thực tế, ở nƣớc ta cho đến nay vấn đề xử lý nguồn nƣớc thải ô nhiễm này thƣờng bị bỏ qua. Do đ , việc xử lý một khối lƣợng lớn nƣớc thải phát sinh từ ngành chăn nuôi gia súc là nhu cầu cấp thiết của ngành công nghiệp môi trƣờng. Ở nƣớc ta hiện nay, c rất nhiều các kỹ thuật xử lý nƣớc thải đƣợc phổ biến và ứng dụng. Tuy nhiên chủ yếu là xử lý bằng h a chất hay các chế phẩm sinh học.

Mặc dù hiệu quả xử lý rất cao, nhƣng giá thành rất đắt, không phù hợp với nguồn thu nhập thấp của nông dân. Theo th i quen và tập quán, ngƣời dân vẫn thải trực tiếp ra kênh thoát nƣớc hoặc ao, vƣờn trong gia đình. Do đ , môi trƣờng nông thôn sẽ không đƣợc cải thiện nếu áp dụng kỹ thuật xử lý nƣớc chi phí cao. Vì vậy, việc tìm ra biện pháp sử dụng các vật liệu tự nhiên sẵn c mà vẫn đảm bảo đƣợc khả năng xử lý nƣớc thải hiệu quả c chi phí thấp, thân thiện với môi trƣờng, phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình ở nông thôn là rất cần thiết.

Xuất phát từ các vấn đề nêu trên đề tài “Nghiên cứu ứng dụng đá ong biến tính vào xử lý COD và Photpho trong nƣớc thải chăn nuôi” đƣợc thực hiện nhằm đề xuất công nghệ chi phí thấp áp dụng vào thực tiễn để xử lý và tái sử dụng nƣớc thải, g p phần giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, hạn chế ô nhiễm môi trƣờng. 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam Nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi Chất thải chăn nuôi sinh ra trong quá trình chăn nuôi bao gồm chất thải nhƣ: phân, thức ăn, ổ l t, xác gia xúc, nƣớc tiểu, nƣớc rửa chuồng, khí thải chăn nuôi. Khối lƣợng chất thải chăn nuôi phụ thuộc vào chủng loại, giống, giai đoạn phát triển sinh trƣởng, chế độ dinh dƣỡng và phƣơng thức vệ sinh chuồng trại.

Với số lƣợng chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô trang trại hiện nay thì khối lƣợng chất thải chăn nuôi sinh ra hằng ngày tại nƣớc ta sẽ rất lớn dƣới nhiều dạng rắn, lỏng, khí. Tình hình phát triển chăn nuôi tại Việt Nam Trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi trong nƣớc luôn giữ mức tăng trƣởng cao và ổn định. Về hình thức chăn nuôi, hiện nay chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ hộ gia đình vẫn chiếm tỷ trọng lớn khoảng 65 - 70% về số lƣợng và sản lƣợng. Tuy nhiên, ngành chăn nuôi nƣớc ta đang c những dịch chuyển nhanh chóng từ chăn nuôi nhỏ lẻ sang chăn nuôi quy mô lớn, trang trại, công nghiệp.

Thành phần và đặc tính nƣớc thải chăn nuôi Nƣớc thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nƣớc tiểu, nƣớc rửa chuồng, nƣớc tắm vật nuôi. Chỉ tính riêng với chăn nuôi lợn, nếu trung bình lƣợng nƣớc thải ra 25 lít/con lợn/ngày thì lƣợng nƣớc thải ra một năm khoảng 85 triệu m3, một con số đáng kể (Trần Văn Tựa, 2015). Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lƣợng và nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao. Về thành phần nước thải Thành phần và mức độ ô nhiễm của nƣớc thải chăn nuôi, qua kết quả khảo sát về chất lƣợng nƣớc thải tại trang trại Hòa Bình Xanh (xã Hợp Hòa, huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hòa Bình) với khoảng 3000 con lợn cũng cho thấy các thông số ô nhiễm nhƣ COD, NH4+, TP và SS tƣơng ứng lần lƣợt là 5630 ± 1032 mg/l, 544 2 ± 57 mg/l, 60 ± 18 mg/l và 4904 ± 901mg/l (Cao Thế Hà và ncs, 2015).

Các giá trị ô nhiễm này đều không đạt tiêu chuẩn Ngành về vệ sinh nƣớc thải chăn nuôi 10 TCN 678:2006 và vƣợt gấp nhiều lần tiêu chuẩn khắt khe hơn là Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải chăn nuôi gia súc [10]. Đặc tính nước thải chăn nuôi TT pH TSS N-NH4+ N_Tổng P_Tổng COD BOD5 Đơn vị - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Kết quả 7.5-9 100 10 30 6 100 50 24/2009 (Nguồn: Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, 2012) Các chất hữu cơ và vô cơ Trong nƣớc thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcacbon và dẫn xuất của chúng có trong phân. Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối ure, ammonium, muối clorua, SO42-. Nƣớc thải chăn nuôi chứa hàm lƣợng BOD5, COD rất cao, là nƣớc thải chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy.

Theo nghiên cứu của Nguyễn Sáng thì nƣớc thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu ô nhiễm rất cao so với cột B của Tiêu chuẩn nƣớc thải chăn nuôi gia súc QCVN 01-79:2011/BNNPTNT. Cụ thể, COD cao gấp 29 - 83 lần, NH4+-N cao gấp 15 - 65 lần, T-P cao gấp 4 - 12 lần, SS cao gấp 20 - 35 lần và coliform cao gấp 160 - 440 lần [7]. Nitơ và Photpho Khả năng hấp thụ của Nito và Photpho rất thấp, nên thức ăn chứa Nito, Photpho sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nƣớc tiểu. Trong nƣớc thải chăn nuôi thƣờng chứa hàm lƣợng Nito và Photpho rất cao, hàm lƣợng T-P cao gấp 4 - 12 lần so với cột B của tiêu chuẩn nƣớc thải chăn nuôi gia súc QCVN 01- 79:2011/BNNPTNT [10].

Theo Cao Thế Hà và cộng sự thì TP có giá trị dao động 60 ± 18 mg/l. Nếu không đƣợc xử lý tốt sẽ gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng và mất cân bằng hệ sinh 3 thái, làm cho nƣớc thải có mùi hôi thối do sự chuyển hóa thành khí amoni của Nito phân tử. Đặc biệt khi Nito phân tử chuyển hóa thành NO2-, khí này có ái lực mạnh với hồng cầu trong máu mạnh hơn oxy nên n sẽ thay thế oxy tạo thành methomoglobin, ức chế chức năng vận chuyển oxy đến các cơ quan của hồng cầu, ngăn cản quá trình trao đổi chất của cơ thể, làm các cơ quan thiếu oxy, đặc biệt là não, dẫn đến đau đầu mệt mỏi, hôn mê, thậm chí là tử vong. Vi sinh vật gây bệnh Trong nƣớc thải chăn nuôi c chứa nhiều loại vi sinh vật gây bệnh nhƣ vi trùng, vi rút, trứng ấu trùng giun sán gây bệnh, có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 28 ngày, tồn tại từ 5 - 6 tháng.

Các loại vi trùng tồn tại lâu trong nƣớc ở các vùng nhiệt đới có thể gây bệnh tả, nhiều loại vi sinh vật có thể tồn tại và phát triển trong các loài nhuyễn thể, do đ tạo nguy cơ gây bệnh do th i quen ăn các loại thức ăn tƣơi sống. Khí thải Quá trình thối rữa các chất hữu cơ trong phân, nƣớc tiểu hay thức ăn dƣ thừa sẽ sinh ra các khí độc hại, khí có mùi hôi thối khó chịu, khí từ quá trình tiêu hóa thức ăn trong đƣờng ruột. Cƣờng độ của mùi hôi phụ thuộc vào mật độ nuôi cao, sự thông thoáng kém, nhiệt độ và độ ẩm không khí cao. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy các chất hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi.

Các nghiên cứu cho thấy, mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn khí thải, trong đ khí CO2 chiếm 9%, khí CH4 chiếm 37%, khí NOx chiếm 65% còn lại là các khí khác nhƣ: H2S, NH3 … Theo báo cáo của Viện Chăn nuôi, nồng độ khí H2S và NH3 trong chất thải chăn nuôi cao hơn khoảng 30 - 40 lần mức cho phép. Khí CO2 từ chăn nuôi chủ yếu phát sinh từ việc đốt nhiên liệu chạy máy móc dùng cho thức ăn gia súc, gia cầm. Khí CH4 phát sinh chủ yếu từ quá trình lên men thức ăn ở dạ cỏ của động vật nhai lại và phân của gia súc [1]. 4 Xác gia súc chết Xác gia súc chết là một loại chất thải đặc biệt của chăn nuôi.

Thƣờng gia súc chết do các nguyên nhân bệnh lý, cho nên chúng là một nguồn phát sinh ô nhiễm nguy hiểm, dễ lây lan các dịch bệnh. Xác gia súc chết phân hủy có thể tạo nên các sản phẩm độc. Các mầm bệnh và độc tố có thể lƣu giữ trong đất trong thời gian dài hay lan truyền trong môi trƣờng nƣớc và không khí, gây nguy hiểm cho ngƣời, vật nuôi và khu hệ sinh vật trên cạn hay dƣới nƣớc. Gia súc chết có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau.

Việc xử lý phải đƣợc tiến hành nghiêm túc. Gia súc bị bệnh hay chết do bị bệnh phải đƣợc thiêu hủy hay chôn lấp theo các quy định về thú y. Chuồng nuôi gia súc chết bị bệnh, phải đƣợc khử trùng bằng vôi hay hóa chất chuyên dùng trƣớc khi dùng để nuôi tiếp gia súc. Trong điều kiện chăn nuôi phân tán, nhiều hộ gia đình vất xác chết vật nuôi bị chết do bị dịch ra hồ ao, cống rãnh, kênh mƣơng.

đây là nguồn phát tán dịch bệnh rất nguy hiểm. Thức ăn thừa, ổ lót chuồng và các chất thải khác Trong các chuồng trại chăn nuôi, ngƣời chăn nuôi thƣờng dùng rơm, rạ hay các chất độn khác. Sau một thời gian sử dụng, những vật liệu này sẽ đƣợc thải bỏ. Loại chất thải này tuy chiếm khối lƣợng không lớn, nhƣng chúng cũng là một nguồn gây ô nhiễm quan trọng, do phân, nƣớc tiểu các mầm bệnh có thể bám theo chúng.

Vì vậy, chúng cũng phải đƣợc thu gom và xử lý hợp vệ sinh, không đƣợc vứt bỏ ra ngoài môi trƣờng tạo điều kiện cho chất thải và mầm bệnh phát tán vào môi trƣờng. Ngoài ra, thức ăn thừa, thức ăn bị rơi vãi cũng là nguồn gây ô nhiễm, vì thức ăn chứa nhiều chất dinh dƣỡng dễ bị phân hủy trong môi trƣờng tự nhiên.