Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng tảo spirulina platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở xã hà ninh huyện hà trung tỉnh thanh hóa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng tảo Spirulina platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas tại Hà Ninh, Hà Trung, Thanh Hóa.

• Tác giả: Phạm Thanh Huyền
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Thị Ngọc Lan
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Tảo Spirulina Platensis Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Lợn Sau Biogas Tại Hà Ninh, Hà Trung, Thanh Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về tảo Spirulina Platensis và ứng dụng trong xử lý nước thải

Tảo Spirulina Platensis là một loại vi tảo lam có khả năng sinh trưởng nhanh và hấp thụ hiệu quả các chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng tảo Spirulina Platensis để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas. Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh vật gây bệnh, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc sử dụng tảo Spirulina Platensis không chỉ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm mà còn tạo ra sinh khối có giá trị kinh tế.

1.1. Đặc điểm sinh học của tảo Spirulina Platensis

Tảo Spirulina Platensis có khả năng quang hợp mạnh, sinh trưởng nhanh trong điều kiện giàu dinh dưỡng. Tảo này có thể hấp thụ các hợp chất nitơ và phốt pho, đồng thời loại bỏ kim loại nặng như sắt và đồng. Đây là lý do tảo Spirulina Platensis được lựa chọn để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas, vì nước thải này chứa hàm lượng cao các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ.

1.2. Cơ chế xử lý nước thải của tảo Spirulina Platensis

Tảo Spirulina Platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn thông qua quá trình quang hợp, hấp thụ các chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho để phát triển. Đồng thời, tảo cũng hấp thụ các kim loại nặng và giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Quá trình này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giảm chi phí xử lý so với các phương pháp truyền thống.

II. Hiện trạng nước thải chăn nuôi lợn tại Hà Ninh Hà Trung Thanh Hóa

Nước thải chăn nuôi lợn tại Hà Ninh, Hà Trung, Thanh Hóa chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho, vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Việc xử lý nước thải sau biogas là cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả và bền vững để xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại khu vực này.

2.1. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi lợn chứa các chất hữu cơ như cellulose, protein, chất béo và các hợp chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Ngoài ra, nước thải còn chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh. Các thông số như BOD, COD, N tổng và P tổng trong nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

2.2. Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường

Nước thải chăn nuôi lợn không được xử lý đúng cách gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải làm suy giảm chất lượng đất và nước, đồng thời gây ra mùi khó chịu. Việc sử dụng tảo Spirulina Platensis để xử lý nước thải là một giải pháp hiệu quả và bền vững.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả thí nghiệm

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của tảo Spirulina Platensis trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas. Các thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện khác nhau về cường độ ánh sáng, nồng độ dinh dưỡng và tải trọng ô nhiễm. Kết quả cho thấy tảo Spirulina Platensis có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm và tạo ra sinh khối có giá trị.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thực hiện

Các thí nghiệm được thiết kế để đánh giá sự phát triển của tảo Spirulina Platensis trong các điều kiện khác nhau. Các thông số như pH, nhiệt độ, cường độ ánh sáng và nồng độ dinh dưỡng được theo dõi và ghi lại. Phương pháp phân tích các thông số nước thải được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc gia.

3.2. Kết quả và đánh giá hiệu quả xử lý

Kết quả thí nghiệm cho thấy tảo Spirulina Platensis có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm như nitơ và phốt pho. Hiệu suất xử lý đạt từ 70% trở lên, đồng thời tạo ra sinh khối có giá trị kinh tế. Nghiên cứu cũng đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải dựa trên các kết quả thí nghiệm.

IV. Đề xuất và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng tảo Spirulina Platensis. Giải pháp này không chỉ hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm mà còn mang lại lợi ích kinh tế từ sinh khối tảo. Việc áp dụng công nghệ này tại Hà Ninh, Hà Trung, Thanh Hóa sẽ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững.

4.1. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

Dây chuyền công nghệ bao gồm các bước: xử lý sơ bộ nước thải sau biogas, nuôi cấy tảo Spirulina Platensis, thu hoạch sinh khối tảo và xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn. Công nghệ này đơn giản, hiệu quả và có thể áp dụng rộng rãi tại các trang trại chăn nuôi.

4.2. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc sử dụng tảo Spirulina Platensis không chỉ giúp xử lý nước thải chăn nuôi lợn mà còn tạo ra sinh khối có giá trị kinh tế. Sinh khối tảo có thể được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc nguyên liệu sản xuất. Giải pháp này góp phần giảm chi phí xử lý và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của Đề tài: Chăn nuôi là một nghề truyền thống có từ lâu đời, hiện nay đang được phát triển và mở rộng nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội và cho xuất khẩu. Cùng với những mặt tích cực về tăng trưởng, ngành chăn nuôi lợn cũng đang gây ra những áp lực lên môi trường. Tuy thành phần chất thải chăn nuôi lợn không chứa các chất độc hại như chất thải công nghiệp nhưng chứa một lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng N, P, K và các sinh vật gây bệnh. Các chất này nếu không được loại bỏ triệt để trước khi thải sẽ lan truyền trong môi trường, gây tác động rất lớn đến môi trường nước, không khí , đất và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của cộng đồng.

Hiện nay ở Việt Nam nước thảichăn nuôi lợn chủ yếu được xử lý bằng hầm phân hủy yếm khí( hầm biogas) sau quá trình này các thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mức rất cao. Việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. Có rất nhiều giải pháp kỹ thuật được triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy theo quy mô. Xuất phát từ vấn đề thực tế đó, em lựa chọn nghiên cứu đề tài:” Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirunlina Platensis xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa”.

Việc nghiên cứu tảo Spirulina Platensis để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải hàm lượng nitơ và photpho là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo. Bên cạnh đó, vi tảo Spirulina platensis không những loại bỏ hiệu quả các hợp chất của N, P mà còn có khả năng hấp thu tốt các kim loại nặng độc hại có trong nước thải như sắt, đồng.hiệu quả loại bỏ chúng từ 70% trở lên. Việc xử lý nước bằng vi tảo lam Spirulina platensis vừa có hiệu quả cao, vừa giảm chi phí thực hiện và không ảnh hưởng đến môi trường. Mục đích của Đề tài: 1 Mục tiêu chung: Nghiên cứu ứng dụng tảo Spirunlina Platensis xử lý nước thải giàu dinh dưỡng như nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas ở Xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa Mục tiêu cụ thể: + Nuôi tảo và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo.

+ Xác định cường độ ánh sáng tối ưu thích hợp cho sự phát triển của tảo thông qua 2 thí nghiệm. + Xác định nồng độ dinh dưỡng nước thải chăn nuôi lợn đầu vào tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. + Xác định tải trọng ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn đầu vào tối ưu thông qua 4 thí nghiệm. + Xác định mật độ tảo Spirulina platensis tối ưu thông qua 4 thí nghiệm.

+ Đưa ra dây chuyền công nghệ ứng dụng và chạy mô hình thực tế dựa các điều kiện tối ưu đã tìm được. + Đánh giá sơ bộ về lợi ích kinh tế, lợi ích môi trường của việc sử dụng tảo trong xử lý ước thải chăn nuôi lợn.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nước thải chăn nuôi lợn xã Hà Ninh - Huyện Hà Trung - Tỉnh Thanh Hóa 4.Phƣơng pháp nghiên cứu (1) Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực địa và lấy mẫu nước thải tại khu vực nghiên cứu (2) Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập các thông tin và tài liệu liên quan đến việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam và các nước trên thế giới. (3) Phương pháp kế thừa, phân tích số liệu (4) Phương pháp thực nghiệm: Trong phòng thí nghiệm thực hiện phân tích các thông số đầu vào của nước thải chăn nuôi lợn và áp dụng phương pháp sinh học sử dụng tảo spirulina platensis. (5) Phương pháp mô hình vật lý (6) Phương pháp so sánh: So sánh các thông số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi QCVN 62- MT : 2016/BTNMT 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.

Tổng quan chất thải chăn nuôi lợn và thực trạng môi trƣờng 1. Nguồn gốc nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi lợn là nước thải do vệ sinh chuồng trại, máng ăn, máng uống… loại nước thải này gây ô nhiễm nặng nhất vì nó có chứa các chất vô cơ, hữu cơ, khoáng chất… Nước thải chăn nuôi lợn là hỗn hợp của phân tươi và nước từ việc tắm rửa lợn, vệ sinh chuồng trại.1 Trạng trại chăn nuôi heo Thành phần nước thải ngoài thành phần hữu cơ, vô cơ, dinh dưỡng thì vi khuẩn và vi rút rất nhiều mang mầm mống bệnh long móng, dịch tai xanh, tiêu chảy,…Do đó, cần phải có hệ thống xử lý nước thải nuôi lợn để tránh ảnh hưởng tới môi trường và đặc biệt là cuộc sống của người dân xung quanh. Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn 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, N, P và VSV gây bệnh. Nước thải chăn nuôi gồm nước phân, nước tiểu, nước rửa chuồng trại, nước uống cho lợn.

nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân 3 bón. Trong 1m3 nước phân có khoảng: 5-6kg N nguyên chất; 0,1kg P2O5; 12kg K2O[16] .Nước phân chuồng thường nghèo lân, giàu đạm và rất giàu Kali. 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: + Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protit, axit amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,… [1] + N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.

Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N-tổng = 200 – 350 mg/l trong đó N-NH4 chiếm khoảng 80-90%; P_tổng = 60-100mg/l. [1] + Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi lợn [2] QCVN 62-MT:2016/BTNMT STT Thông Số Đơn vị tính Giá trị (cột B) 1 pH - 7,23-8,07 5.5-9 2 BOD5 mg/l 1664-3268 100 3 COD mg/l 2561-5028 300 4 SS mg/l 1700-3218 150 5 N-NH4+ mg/l 10-50 - 6 N tổng mg/l 512-594 150 7 Tổng Photpho mg/l 13,8-62 - Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ, .) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3 /năm.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường và con người 4 1.Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi lợn đến môi trường Nước thải chăn nuôi lợn có nhiều thành phần và tải trọng ô nhiễm cao vượt so với QCVN rất nhiều lần như : BOD, COD, N, P, … Nguồn nước thải có tới 80% hàm lượng chất hữu cơ cellulose, axitamin,. là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng giàu nitơ, phốtpho, các chất khoáng,.

Bên cạnh đó nhiều loại vi khuẩn, vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Việc nguồn nước thải chăn nuôi lợn chưa qua xử lý thải bỏ trực tiếp ra ngoài môi trường đã, đang và sẽ gây nhiều tác hại tới môi trường. + Ô nhiễm môi trường đất Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các chất dinh dưỡng giàu nitơ, phốtpho. Đây là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng, nhưng khi bón trực tiếp vào đất quá mức cho phép, cây trồng không hấp thụ hết, chúng sẽ tích tụ lại làm bão hòa hay quá bão hòa chất dinh dưỡng trong đất, gây mất cân bằng sinh thái đất, thoái hóa đất, gây các tác động như làm chết cây, giảm sản lượng cây trồng, đồng thời tạo điều kiện cho vi sinh vật ưa nitơ, phospho phát triển, hạn chế chủng loại vi sinh vật khác gây mất cân bằng sinh thái đất.

Thêm vào đó, một số trường hợp như ở các nước chăn nuôi công nghiệp, thức ăn gia súc thường bổ sung chất kích thích tăng trưởng (thành phần chủ yếu là hợp chất đồng, kẽm). Khi các chất này được thải ra cùng phân và nước tiểu gia súc, dần dần tích tụ Hình 1.2 Khu đất tại chuồng chăn nuôi lợn thành lượng lớn trong đất, ảnh hưởng đến cây trồng và cuối cùng trở lại tác động vào con người [3]. Ngoài ra, trong phân tươi gia súc chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh, 5 chúng có thể sinh sôi và phát triển, tồn tại rất lâu trong đất như Salmonella trong đất ở độ sâu 50 cm và tồn tại được 2 năm, trứng ký sinh trùng cũng khoảng 2 năm. + Ô nhiễm môi trường nước Việc thải bỏ trực tiếp nước thải chăn nuôi lợn chưa qua hệ thống xử lý nước thải gây ảnh hưởng tới nguồn nước mặt và lâu dài nguồn nước ngầm bị ô nhiễm.

Hàm lượng chất hữu cơ, dinh dưỡng trong nước và thành phần khác khi thải bỏ ra môi trường nước sẽ làm suy giảm lượng oxy hòa tan. Cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiếu khí, các vi sinh vật này sử dụng khí oxy để phân hủy các hợp chất hữu cơ từ phân và nước thải chăn nuôi. Bên cạnh đó, trong nước thải chăn nuôi lợn luôn tồn tại rất nhiều loại vi khuẩn, vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. [3] Với điều kiện Hình 1.3 Nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chăn nuôi lợn thích hợp sự phát triển sinh sôi nhanh chóng là nỗi lo trực tiếp ô nhiễm nguồn nước, gián tiếp tới sức khỏe con người.

Đặc biệt nghiêm trọng hơn, nếu nước thải thấm xuống đất đi vào mạch nước ngầm sẽ gây ô nhiễm nước ngầm, nhất là các giếng mạch nông gần chuồng nuôi lợn hay gần hố chứa chất thải không có hệ hống thoát nước an toàn. + Ô nhiễm môi trường không khí Gây ra mùi khó chịu ảnh hưởng tới môi trường xung quanh là do quá trình phân hủy kỵ khí và hiếu khí chất thải chăn nuôi lợn ( chủ yếu là phân và nước tiểu).