Đặt vấn đề Chăn nuôi là hình thức phổ biến trong cả nước đặc biệt là khu vực nông thôn. Nó có vai trò chính là cung cấp lượng protein động vật chủ yếu cho con người. Với truyền thống sản xuất xa xưa là các trang trại thường nằm bên cạnh các con sông hay nằm trong khu dân cư, vấn đề ô nhiễm môi trường xung quanh làm chất lượng môi trường các thành phần cũng bị suy thoái là một vấn nạn đòi hỏi cần giải quyết. Ngày càng có nhiều sông, kênh rạch bị ô nhiễm trầm trọng do các chất hoạt động chăn nuôi thải ra kéo theo các thành phần như: không khí, nước ngầm, đất và vi sinh vật trong đó có con người cũng bị đe dọa.
Để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi đã có nhiều dự án phương pháp được tiến hành 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 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận, đồng thời thu được khí sinh học làm nhiên liệu phục vụ sinh hoạt, đặc biệt có ý nghĩa ở vùng nông thôn hiện nay. Tuy nhiên do quá trình vận hành chưa đúng các yếu tố kỹ thuật nên chất lượng nước thải sau khi xử lý bằng hầm Biogas chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý đảm bảo điều kiện xả thải, nồng độ chất ô nhiễm trong nước vẫn còn khá cao. Hàm lượng các chất hữu cơ, hàm lượng chất rắn lơ lửng, hàm lượng nitơ, hàm lượng photpho rất cao so với tiêu chuẩn cho phép.
Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hồng, Phạm Khắc Liệu “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng hầm Biogas quy mô hộ gia đình tại Thừa Thiên Huế”. Tạp chí khoa học, đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012, trang 83-91 cho kết quả: hàm lượng nito tổng số là 421-778mg/l, hàm lượng photpho tổng số là 131-512mg/l, khi so sánh e 2 với TCN678-2006 và QCVN24:2009/BTNMT thì hàm lượng photpho tổng vượt gấp 20 lần tiêu chuẩn cho phép, hàm lượng nitơ vượt khoảng hơn 10 lần tiêu chuẩn cho phép. Với hàm lượng nitơ và photpho cao như vậy nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồn nước tự nhiên, tạo điều kiện cho các vi sinh vật có hại phát triển, ảnh hưởng tới hệ sinh thái, đặc biệt có thể gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe của con người. Do đó cần có giải pháp tác động chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đặc biệt là hợp chất chứa nitơ sang một dạng khác không nguy hại tới môi trường, tới hệ sinh thái.
Xuất phát từ thực tế đó, tôi đã chọn đề tài: “Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn nitrat hóa có khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas”. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài Tìm ra chủng vi khuẩn nitrat hóa có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas 1. Yêu cầu của đề tài - Thu thập mẫu và phân lập được chủng vi khuẩn có trong nước thải chăn nuôi sau Biogas - Phân lập và tuyển chọn được các chủng vi khuẩn nitrat hóa - Thử nghiệm được khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas trên quy mô phòng thí nghiệm.
Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong khoa học Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu tiếp theo về việc xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas. Ý nghĩa trong thực tiễn Kết quả của đề tài góp phần nâng cao công tác quản lý và xử lý tốt hơn nguồn nước thải sau hầm Biogas. e 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Cơ sở khoa học của đề tài 2. Tổng quan về nước thải chăn nuôi Nguồn nước thải chăn nuôi là một trong những nguồn chất thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…nếu không xử lý kịp thời. Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật như NH3, CO2, CH4, H2S, .Các loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái[15].
Chính vì vậy mà việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho các trại chăn nuôi là một hoạt động hết sức cần thiết. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi heo là: ô nhiễm hữu cơ; ô nhiễm N, P và chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn gây bệnh. Ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ Những chất hữu cơ chưa được gia súc đồng hoá, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác.Thức ăn dư thừa cũng là 1 nguồn gây ô nhiễm hữu cơ. Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80 % gồm protit, acid amin, chất béo, hydratcarbon và các dẫn xuất của chúng.
Hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân huỷ, giàu Nitơ, Photpho. Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, amonium, muối chlorua, sulfate…[16] e 4 Các hợp chất hoá học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân huỷ. Tùy điều kiện hiếu khí hay kị khí mà quá trình phân huỷ tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehide, CO2, H2O, NH3, H2S. Nếu quá trình phân huỷ có mặt O2 sản phẩm tạo thành sẽ là CO2, H2O, NO2, NO3.
Còn nếu quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện thiếu khí thì tạo thành các sản phẩm CH4, N2, NH3, H2S, Indol, Scatol… Các chất khí sinh ra do quá trình phân huỷ kị khí và thiếu khí như NH3, H2S…gây ra mùi hôi thối trong khu vực nuôi ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí. Ô nhiễm Nitơ và Photpho: Khả năng hấp thụ Nitơ và photpho của gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa Nitơ, Photpho vào thì chúng sẽ bị bài thiết theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng Nitơ và Photpho rất cao. Hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải của trại chăn nuôi đo được sau khi ra biogas từ 571 - 594 mg/l, Photpho từ 13.
Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với heo trưởng thành khi ăn vào 100 g Nitơ thì: 30 g được giữ lại cơ thể, 50 g bài tiết ra ngoài theo nước tiểu dưới dạng ure, còn 20 g ở dạng phân Nitơ vi sinh khó phân huỷ và an toàn cho môi trường. Nitơ bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure nhanh chóng chuyển hoá thành NH3 theo phương trình sau: (NH2)2CO + H2O → NH4 + OH- + CO2 ↔ NH3↑ + CO2 + H2O Khi nước tiểu và phân bài tiết ra ngoài, vi sinh vật sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hoá ure thành NH3, NH3 phát tán vào không khí gây mùi hôi hoặc khuyếch tán vào nước làm ô nhiễm nguồn nước. Nồng độ NH3 trong nước thải phụ thuộc vào: - Lượng ure trong nước tiểu. - pH của nước thải: khi pH tăng, NH4+ sẽ chuyển thành NH3.
Ngược lại khi pH giảm, NH3 chuyển thành NH4+ e 5 NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- - Điều kiện lưu trữ chất thải. Hàm lượng N-NH3 trong nước thải của trại sau khi ra biogas khá lớn, khoảng 304-471 mg/l, chiếm 75-85% hàm lượng N tổng. Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng lớn N, P. Đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng hoá cho các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các sinh vật sống trong nước [15].
Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Do đó, loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm đồng thời lây lan 1 số bệnh cho người nếu không được xử lý. Theo nghiên cứu của Nanxera đối với nước thải chăn nuôi: vi trùng gây bệnh đóng dấu (Erisipelothris insidiosa) có thể tồn tại 92 ngày, Brucella từ 74-108 ngày, Samolnella từ 6-7 tháng, Leptospira 5-6 tháng, Microbacteria tuberculosis 75-150 ngày, virus lở mồm long móng (FMD) sống trong nước thải 100-120 ngày…, các loại vi trùng có nha bào như: Bacillus tetani 3-4 năm. Trứng giun sán nhiều trong nước thải chăn nuôi với nhiều loại điển hình như: Fasciolahepatica, Fasciola gigantica, Fasciolosis buski, Ascaris suum, Oesophagostomum sp, Trichocephalus dentatus… có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6-28 ngày và tồn tại 5-6 tháng [15].Kigirop (1982), các loại vi trùng gây bệnh như: Samonella, E.coli và nha bào Bacilus anthrasis có thể xâm nhập theo mạch nước ngầm.
Samonella có thể thấm sâu xuống lớp đất bề mặt 30-40 cm, ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải. Trứng giun sán, vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt gây dịch bệnh cho người và gia súc. e 6 Nghiên cứu của Bonde (1967) cho thấy: đa số các VSV gây bệnh không phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong những ngày đầu sau đó chậm dần. Các loại vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới Samonella typhi và Samonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio comma gây dịch tả.Rhêinhinmer còn phân lập được nhiều loài nấm gây bệnh.
Đối với vi khuẩn và virus đường ruột, thì thời gian sống sót trong nước thải càng lâu thì số lượng cá thể của chúng càng nhỏ và ngược lại. Hệ vi sinh vật trong nước thải chăn nuôi rất phức tạp trong đó chủ yếu là vi khuẩn gây thối có 3-16 triệu/ml, vi khuẩn phân huỷ đường mỡ, E.coli 10 x 104 - 10 x 107 tế bào/ml, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nitrat hoá. Hệ vi sinh vật này có ảnh hưởng lớn đến tính chất và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Việc xử lý nước thải chăn nuôi nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận.
Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như : Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước. Lưu lượng nước thải. Các điều kiện của trại chăn nuôi. Hiệu quả xử lý.
Nước thải chăn nuôi sau mô hình khí sinh học Biogas Về cảm quan nước thải sau hầm Biogas có màu đen hoặc xanh đen, ít có mùi hôi thối.