Nghiên cứu thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi bằng than sinh học tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu thu hồi n và p từ nước thải chăn nuôi sau biogas bằng than sinh học chế tạo từ phụ phẩm, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Thị Hiền
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Hoàng Oanh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Thu Hồi N Và P Từ Nước Thải Chăn Nuôi Sau Biogas Bằng Than Sinh Học Chế Tạo Từ Phụ Phẩm Nông Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan nước thải chăn nuôi
• 1.2. Phát triển chăn nuôi ở Việt Nam
• 1.3. Đặc tính nước thải chăn nuôi
• 1.4. Tác động của nước thải chăn nuôi đến môi trường và sức khỏe con người
• 1.5. Tổng quan về các biện pháp thu hồi N, P
• 1.5.1. Sự cần thiết phải thu hồi N, P
• 1.5.2. Những biện pháp thu hồi
• 1.5.3. Than sinh học và ứng dụng trong quá trình thu hồi N và P
• 1.5.3.1. Định nghĩa than sinh học
• 1.5.3.2. Đặc điểm của than sinh học
• 1.5.3.3. Phương pháp chế tạo và biến tính than sinh học
• 1.5.3.4. Nghiên cứu ứng dụng của than sinh học trong hấp phụ N và P từ nước thải
• 2. CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi quy mô nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
• 2.3. Phương pháp điều tra, khảo sát, lấy mẫu thực địa
• 2.4. Phương pháp chế tạo than sinh học
• 2.5. Đánh giá đặc tính cấu trúc của vật liệu
• 2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ
• 2.7. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả điều tra về hiện trạng nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu
• 3.2. Đặc tính vật liệu than sinh học chế tạo từ vỏ lạc và xơ dừa
• 3.3. Hiệu suất chế tạo than sinh học
• 3.4. Cấu trúc bề mặt vật liệu
• 3.5. Điện tích bề mặt
• 3.6. Đặc điểm các nhóm chức
• 3.7. Thành phần nguyên tố trên bề mặt dựa trên phổ EDS
• 3.8. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình hấp phụ
• 3.8.1. Ảnh hưởng của thời gian lên quá trình hấp phụ
• 3.8.2. Ảnh hưởng của pH lên quá trình hấp phụ
• 3.8.3. Ảnh hưởng của nồng độ nước thải chăn nuôi lên quá trình hấp phụ
• 3.9. Đánh giá khả năng thu hồi N, P của than sinh học
• 3.10. Đánh giá chất lượng nước thải sau hấp phụ
• 3.11. Đặc điểm bề mặt vật liệu trước và sau hấp phụ
• 3.11.1. Điện tích bề mặt
• 3.11.2. Thành phần nguyên tố trên bề mặt của vật liệu trước và sau hấp phụ dựa trên phổ EDS
• 3.12. Đánh giá khả năng thu hồi N, P
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cao các chất dinh dưỡng như nitơ (N) và photpho (P). Việc thu hồi các chất này không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn dinh dưỡng cho nông nghiệp. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng than sinh học là một phương pháp hiệu quả để thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi.

1.1. Đặc điểm nước thải chăn nuôi và tác động đến môi trường

Nước thải chăn nuôi có chứa nhiều chất hữu cơ và vi sinh vật, gây ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng COD, TN, TP trong nước thải chăn nuôi lợn rất cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Sự cần thiết phải thu hồi N và P từ nước thải

Việc thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi là cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm và cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cây trồng. Nguồn phân bón từ nước thải có thể giúp tiết kiệm chi phí cho nông dân và bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong thu hồi N và P

Mặc dù có nhiều phương pháp thu hồi N và P, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc áp dụng chúng vào thực tiễn. Các công nghệ hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất và chi phí.

2.1. Các phương pháp thu hồi N và P hiện tại

Các phương pháp như xử lý sinh học, hóa học và vật lý đã được áp dụng, nhưng hiệu quả thu hồi N và P vẫn còn thấp. Cần nghiên cứu thêm để cải thiện hiệu suất của các phương pháp này.

2.2. Chi phí và hiệu quả của các công nghệ thu hồi

Chi phí đầu tư cho các công nghệ thu hồi N và P thường cao, trong khi hiệu quả thu hồi chưa đạt yêu cầu. Điều này khiến cho việc áp dụng công nghệ trở nên khó khăn trong thực tiễn.

III. Phương pháp thu hồi N và P bằng than sinh học

Than sinh học được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp có khả năng hấp phụ cao, giúp thu hồi N và P hiệu quả từ nước thải chăn nuôi. Nghiên cứu cho thấy, việc biến tính than sinh học có thể nâng cao khả năng hấp phụ của nó.

3.1. Định nghĩa và đặc điểm của than sinh học

Than sinh học là sản phẩm từ quá trình pyrolysis của các phụ phẩm nông nghiệp. Nó có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng hấp phụ các ion dinh dưỡng.

3.2. Phương pháp chế tạo và biến tính than sinh học

Quá trình chế tạo than sinh học bao gồm việc lựa chọn nguyên liệu, xử lý nhiệt và biến tính. Các phương pháp biến tính như xử lý hóa học có thể cải thiện khả năng hấp phụ của than sinh học.

IV. Ứng dụng thực tiễn của than sinh học trong thu hồi N và P

Than sinh học không chỉ được sử dụng để thu hồi N và P mà còn có thể cải thiện độ phì nhiêu của đất. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng than sinh học trong nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng.

4.1. Kết quả nghiên cứu về khả năng thu hồi N và P

Nghiên cứu cho thấy, than sinh học có khả năng thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi với hiệu suất cao. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, việc sử dụng than sinh học có thể giảm đáng kể hàm lượng N và P trong nước thải.

4.2. Lợi ích của than sinh học trong nông nghiệp

Than sinh học không chỉ giúp thu hồi dinh dưỡng mà còn cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng. Điều này giúp cây trồng phát triển tốt hơn và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

V. Kết luận và tương lai của thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi

Việc thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi bằng than sinh học là một giải pháp tiềm năng cho vấn đề ô nhiễm môi trường. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ để nâng cao hiệu quả thu hồi.

5.1. Tương lai của công nghệ thu hồi N và P

Công nghệ thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi sẽ tiếp tục phát triển, với sự cải tiến trong các phương pháp chế tạo và biến tính than sinh học. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho nông nghiệp bền vững.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu và ứng dụng

Cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và nông dân để phát triển và ứng dụng công nghệ thu hồi N và P. Các chính sách hỗ trợ cũng cần được xây dựng để khuyến khích việc áp dụng công nghệ này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chăn nuôi lợn tại Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc gia. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, đàn lợn cả nước đạt khoảng 27,4 triệu con năm 2017, với sản lượng thịt lợn đạt 3.733,2 nghìn tấn, tăng 1,23% so với năm 2010. Tuy nhiên, sự phát triển này cũng kéo theo lượng lớn nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm như COD (960-1512 mg/L), tổng Nitơ (248-561 mg/L) và tổng Phốt pho (44-110 mg/L), vượt nhiều lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62:2016/BTNMT). Nước thải sau xử lý bằng công nghệ biogas vẫn còn chứa lượng lớn N và P, gây nguy cơ phú dưỡng và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng thu hồi Nitơ (N) và Phốt pho (P) từ nước thải chăn nuôi sau biogas bằng than sinh học chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp như vỏ lạc và xơ dừa, qua đó góp phần giảm thiểu ô nhiễm và tái sử dụng nguồn dinh dưỡng trong nông nghiệp. Nghiên cứu được thực hiện tại huyện Bình Lục, tỉnh Hà Nam, với mẫu nước thải lấy từ 6 cơ sở chăn nuôi quy mô từ 1-10 m³/ngày. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi thân thiện môi trường, đồng thời cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí phân bón cho nông dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hấp phụ: Quá trình hấp phụ vật lý và hóa học được áp dụng để loại bỏ các ion N và P từ dung dịch. Mô hình hấp phụ Langmuir và Freundlich được sử dụng để mô tả quá trình hấp phụ và xác định dung lượng hấp phụ tối đa của than sinh học.

• Lý thuyết biến tính than sinh học: Than sinh học được biến tính bằng các phương pháp hóa học như ngâm dung dịch CaCl₂ và HCl nhằm tăng diện tích bề mặt, tạo các nhóm chức năng bề mặt như -OH, -COOH, giúp tăng khả năng hấp phụ các ion mang điện tích âm như NO₃⁻ và PO₄³⁻.

• Khái niệm về nước thải chăn nuôi: Nước thải chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, N, P và vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu nước thải chăn nuôi sau biogas được thu thập tại 6 cơ sở chăn nuôi lợn ở huyện Bình Lục, Hà Nam. Vật liệu than sinh học được chế tạo từ vỏ lạc và xơ dừa thu thập từ các đại lý địa phương.

• Phương pháp chế tạo than sinh học: Than sinh học được chế tạo theo ba dạng: biến tính trước nung (BTT), biến tính sau nung (BTS) và không biến tính (KBT). Quy trình bao gồm ngâm vật liệu trong dung dịch CaCl₂ 1M, nung ở 700°C trong điều kiện yếm khí, và hoạt hóa bằng HCl 6M.

• Phân tích đặc tính vật liệu: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát cấu trúc bề mặt, phổ FTIR để xác định nhóm chức bề mặt, máy đo điện tích bề mặt và phổ EDS để phân tích thành phần nguyên tố.

• Phương pháp khảo sát hấp phụ: Thí nghiệm hấp phụ được tiến hành trên mẫu nước thải với các điều kiện biến đổi về thời gian, pH và nồng độ ion NO₃⁻, PO₄³⁻, NH₄⁺. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

• Phân tích số liệu: Sử dụng thống kê mô tả và so sánh giá trị trung bình trên phần mềm Excel để đánh giá hiệu quả hấp phụ và so sánh giữa các loại vật liệu.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập mẫu và chế tạo vật liệu trong vòng 3 tháng, thí nghiệm hấp phụ và phân tích đặc tính vật liệu trong 4 tháng tiếp theo, xử lý số liệu và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính nước thải chăn nuôi sau biogas: Mẫu nước thải có pH trung bình 7,6, COD dao động từ 960 đến 1512 mg/L, tổng Nitơ từ 248 đến 561 mg/L, tổng Phốt pho từ 44 đến 110 mg/L, vượt 3-5 lần so với quy chuẩn QCVN 62:2016/BTNMT. Lượng BOD cũng cao, từ 174 đến 1017 mg/L, cho thấy nước thải vẫn còn ô nhiễm hữu cơ nặng.

2. Hiệu suất chế tạo than sinh học: Than sinh học biến tính sau nung (BTS) có hiệu suất tạo thành cao nhất, đạt khoảng 48% so với nguyên liệu ban đầu, cao hơn đáng kể so với than không biến tính (KBT) chỉ khoảng 28-29%.

3. Cấu trúc bề mặt vật liệu: Qua ảnh SEM, than sinh học biến tính (BTT và BTS) có bề mặt nhiều lỗ rỗng, kích thước hạt nhỏ hơn so với than không biến tính, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Điện tích bề mặt của than biến tính tăng lên đáng kể, tuy vẫn mang điện tích âm nhưng giảm độ âm điện, giúp hấp phụ các ion mang điện tích âm hiệu quả hơn.

4. Khả năng hấp phụ N và P: Than sinh học biến tính trước nung (BTT) từ vỏ lạc thể hiện khả năng hấp phụ ion PO₄³⁻ và NH₄⁺ cao nhất, với hiệu suất thu hồi N và P đạt trên 70% sau 5 giờ hấp phụ. So với than không biến tính, hiệu quả hấp phụ tăng từ 3 đến 3,7 lần. pH tối ưu cho hấp phụ nằm trong khoảng 6-7, phù hợp với điều kiện nước thải thực tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc biến tính than sinh học bằng CaCl₂ và HCl làm tăng diện tích bề mặt và tạo các nhóm chức năng bề mặt như -OH, -COOH, giúp tăng cường khả năng hấp phụ các ion N và P. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về biến tính than sinh học nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải. So với các phương pháp truyền thống như kết tủa hóa học hay sinh học, phương pháp hấp phụ bằng than sinh học có ưu điểm chi phí thấp, thân thiện môi trường và có thể tái sử dụng vật liệu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ của các loại than sinh học (BTT, BTS, KBT) theo thời gian và pH, cũng như bảng tổng hợp các chỉ tiêu chất lượng nước thải trước và sau xử lý. Các kết quả này khẳng định than sinh học biến tính là vật liệu tiềm năng để thu hồi N và P từ nước thải chăn nuôi sau biogas, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và tái sử dụng nguồn dinh dưỡng trong nông nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng than sinh học biến tính trong xử lý nước thải chăn nuôi: Khuyến khích các cơ sở chăn nuôi quy mô vừa và lớn áp dụng than sinh học biến tính từ vỏ lạc và xơ dừa để xử lý nước thải sau biogas, nhằm giảm tải ô nhiễm N và P trước khi thải ra môi trường. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các doanh nghiệp chăn nuôi và cơ quan quản lý môi trường.

2. Phát triển công nghệ chế tạo than sinh học tại địa phương: Hỗ trợ xây dựng các cơ sở chế tạo than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp tại các vùng chăn nuôi trọng điểm, giúp tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, giảm chi phí đầu vào và tạo ra vật liệu hấp phụ hiệu quả. Thời gian triển khai 2-3 năm, chủ thể là các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp địa phương.

3. Nâng cao nhận thức và đào tạo kỹ thuật cho người chăn nuôi: Tổ chức các khóa đào tạo về xử lý nước thải bằng than sinh học, cách thức vận hành và bảo trì hệ thống hấp phụ, giúp người dân và doanh nghiệp hiểu rõ lợi ích và áp dụng hiệu quả công nghệ. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là các cơ quan quản lý nông nghiệp và môi trường.

4. Xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích sử dụng vật liệu thân thiện môi trường: Đề xuất các chính sách ưu đãi về thuế, hỗ trợ tài chính cho các dự án xử lý nước thải bằng than sinh học, đồng thời ban hành quy chuẩn kỹ thuật phù hợp để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi. Chủ thể là Bộ Nông nghiệp, Bộ Tài nguyên Môi trường và các cơ quan liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về xử lý nước thải chăn nuôi bằng than sinh học, giúp mở rộng kiến thức và phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

2. Doanh nghiệp chăn nuôi và xử lý môi trường: Thông tin về hiệu quả và quy trình chế tạo than sinh học biến tính giúp doanh nghiệp lựa chọn công nghệ phù hợp để giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí xử lý.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và nông nghiệp: Cung cấp dữ liệu thực tế và giải pháp công nghệ để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và chương trình hỗ trợ xử lý nước thải chăn nuôi.

4. Người nông dân và các tổ chức hợp tác xã nông nghiệp: Hướng dẫn áp dụng công nghệ thân thiện môi trường, tận dụng phụ phẩm nông nghiệp để xử lý nước thải và tái sử dụng dinh dưỡng, nâng cao hiệu quả sản xuất bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Than sinh học là gì và tại sao lại dùng để xử lý nước thải chăn nuôi?
   Than sinh học là sản phẩm cacbon được tạo ra từ quá trình nhiệt phân phụ phẩm nông nghiệp trong điều kiện yếm khí. Nó có diện tích bề mặt lớn và nhiều nhóm chức năng bề mặt, giúp hấp phụ hiệu quả các chất ô nhiễm như N và P trong nước thải chăn nuôi.

2. Phương pháp biến tính than sinh học có tác dụng gì?
   Biến tính than sinh học bằng các dung dịch như CaCl₂ và HCl làm tăng diện tích bề mặt, tạo các nhóm chức năng như -OH, -COOH, giúp tăng khả năng hấp phụ các ion mang điện tích âm, nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

3. Hiệu quả thu hồi N và P bằng than sinh học biến tính đạt được bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy than sinh học biến tính trước nung từ vỏ lạc có thể thu hồi trên 70% N và P trong nước thải sau biogas chỉ sau 5 giờ hấp phụ, cao hơn 3-3,7 lần so với than không biến tính.

4. Điều kiện pH ảnh hưởng thế nào đến quá trình hấp phụ?
   pH tối ưu cho quá trình hấp phụ N và P bằng than sinh học biến tính nằm trong khoảng 6-7, phù hợp với điều kiện nước thải thực tế, giúp tăng cường tương tác giữa vật liệu và các ion ô nhiễm.

5. Than sinh học có thể tái sử dụng sau khi hấp phụ không?
   Than sinh học sau khi hấp phụ có thể được tái sinh hoặc sử dụng làm phân bón hữu cơ do chứa các chất dinh dưỡng N và P, góp phần giảm chi phí và tăng tính bền vững trong quản lý chất thải.

Kết luận

• Nước thải chăn nuôi sau biogas tại huyện Bình Lục, Hà Nam chứa hàm lượng N, P và COD vượt quy chuẩn quốc gia, cần xử lý hiệu quả trước khi thải ra môi trường.
• Than sinh học chế tạo từ vỏ lạc và xơ dừa, đặc biệt là loại biến tính trước nung (BTT), có cấu trúc bề mặt xốp, điện tích bề mặt được cải thiện, giúp tăng khả năng hấp phụ N và P.
• Hiệu suất thu hồi N và P bằng than sinh học biến tính đạt trên 70% trong điều kiện pH và thời gian tối ưu, vượt trội so với than không biến tính.
• Nghiên cứu đề xuất ứng dụng than sinh học biến tính trong xử lý nước thải chăn nuôi, đồng thời phát triển công nghệ chế tạo vật liệu tại địa phương để giảm chi phí và tăng hiệu quả.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng quy mô thí nghiệm, đánh giá khả năng tái sử dụng vật liệu và xây dựng hướng dẫn kỹ thuật áp dụng trong thực tế.

Hành động ngay hôm nay: Các cơ sở chăn nuôi và nhà quản lý môi trường nên phối hợp triển khai thử nghiệm công nghệ than sinh học biến tính để giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn dinh dưỡng quý giá từ nước thải chăn nuôi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Những năm gần đây, sự tăng trưởng nhanh của ngành chăn nuôi tại Việt Nam, đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, ngành chăn nuôi đã và đang làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng dân cư và hệ sinh thái tự nhiên. Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng chất hữu cơ, N, P và coliform rất cao. Hiện nay ở nước ta, xử lý nước thải chăn nuôi lợn chủ yếu mới là xử lý bằng công nghệ biogas và hồ sinh học.

Ưu điểm của bể biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác và xử lý được một phần ô nhiễm trong nước thải. Tuy nhiên nước thải sau biogas vẫn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ và vi sinh vật, chưa đáp ứng các tiêu chuẩn thải của quốc gia và ngành về COD, tổng N và tổng P. Kết quả khảo sát của Viện KH&CN Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2009) cho thấy, giá trị COD, TN, TP trong nước thải chăn nuôi lợn rất cao, với các giá trị tương ứng là 2500 – 12120 mgO/L, 185 – 4539 mg/L, 28 – 831 mg/L. Hồ sinh học có thể xử lý N và P nhưng hiệu quả thấp, cần diện tích lớn và thời gian lưu lâu.

N và P là yếu tố gây phú dưỡng cho các thuỷ vực tiếp nhận dẫn đến suy giảm chất lượng nước, đặc biệt lượng oxy hòa tan gây chết các sinh vật thủy sinh. Việc xử lý chúng gây chi phí tốn kém trong khi chúng là các yếu tố dinh dưỡng cần được thu hồi để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp. Việt Nam là một đất nước có truyền thống nông nghiệp lâu đời với nền nông nghiệp lúa nước và cần một lượng phân bón lớn cho cây trồng. Hiện tại lượng N, P trong phân bón khoáng có chi phí khoảng 7.

Lượng phân bón cây không hấp thụ hết sẽ đi vào trong môi trường làm đất chai cứng, hoặc bị rửa trôi hay thấm rút gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, hoặc bị bay hơi gây ô nhiễm không khí. Do vậy, cần nguồn phân bón thân thiện với môi trường có khả năng lưu trữ dinh dưỡng cho đất vừa hạn chế việc sử dụng phân bón vừa tiết kiệm chi phí cho người nông dân. 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hiện nay than sinh học đang là một vật liệu hấp phụ chi phí thấp nhận được nhiều sự quan tâm bởi những tiềm năng ứng dụng trong môi trường và lợi ích của vật liệu này. Không những được sử dụng để loại bỏ chất ô nhiễm vô cơ, hữu cơ; than sinh học còn được ứng dụng trong nông nghiệp như một loại phân bón thế hệ mới, cải tạo độ phì nhiêu của đất, tăng khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng.

Nguyên liệu chế tạo than sinh học là những phụ phẩm nông nghiệp được thải bỏ trong quá trình sử dụng. Từ đó, phân bón thành phẩm có chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên khả năng hấp phụ của than sinh học chưa cao đặc biệt đối với ion âm nên cần biến tính để tăng cường hiệu quả hấp phụ. Do đó luận văn “Nghiên cứu thu hồi N và P từ nƣớc thải chăn nuôi sau biogas bằng than sinh học chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp” có mục tiêu đánh giá khả năng thu hồi N và P trong nước thải chăn nuôi sau biogas bằng than sinh học chế tạo theo các cách biến tính khác nhau hướng tới ứng dụng trong nông nghiệp.

Đề tài gồm các nội dung nghiên cứu sau:  Khảo sát đặc trưng của nước thải chăn nuôi khu vực nghiên cứu.  Chế tạo và đánh giá đặc tính cấu trúc vật liệu biến tính từ phụ phẩm nông nghiệp vỏ lạc và xơ dừa.  Đánh giá khả năng thu hồi N và P bằng vật liệu hấp phụ than sinh học. 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.

Tổng quan nƣớc thải chăn nuôi 1. Phát triển chăn nuôi ở Việt Nam 1. Lịch sử phát triển ngành chăn nuôi Chăn nuôi là một ngành quan trọng của nông nghiệp hiện đại, nuôi lớn vật nuôi để sản xuất những sản phẩm như thực phẩm, lông và sức lao động. Sản phẩm từ chăn nuôi nhằm cung cấp lợi nhuận và phục vụ cho đời sống sinh hoạt của con người.

Đặc điểm nổi bật của nông nghiệp Việt Nam từ xa xưa là hệ thống sản xuất kết hợp mà rõ ràng nhất là sự kết hợp mật thiết giữa chăn nuôi và trồng trọt. Việc kết hợp này có tác động hỗ trợ và sử dụng hợp lý các nguồn thức ăn tại chỗ sẵn có. Ví dụ, chăn nuôi gia súc để lấy sức kéo phục vụ cho trồng trọt; phụ phẩm từ chăn nuôi được sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi thuỷ sản và phân bón cho ngành trồng trọt. Ngày nay, hình thức kết hợp này vẫn còn đang được sử dụng dưới hình thức chăn nuôi nông hộ, và theo mô hình vườn ao chuồng (VAC).

Giá thành chăn nuôi cao do thức ăn chăn nuôi, con giống và những chất phụ gia thuốc thú y đều nhập khẩu với tỉ trọng lớn. Chỉ một số ít cơ sở có giá thành cạnh tranh khi nuôi lợn theo phương thức VAC kết hợp trồng trọt, nuôi thủy sản. Một trong những xu hướng của chăn nuôi là nuôi gia công cho công ty nước ngoài (Thanh Trà và Huy Vũ, 2016). Hiện nay, chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ hộ gia đình vẫn chiếm tỷ trọng lớn khoảng 65 - 70% về số lượng và sản lượng.

Tuy nhiên, ngành chăn nuôi nước ta đang có những dịch chuyển nhanh chóng từ chăn nuôi nhỏ lẻ sang chăn nuôi quy mô lớn, trang trại, công nghiệp. Đặc biệt là đã có sự hình thành, đầu tư của các doanh nghiệp lớn, đó là nền tảng bền vững cho nền chăn nuôi Việt Nam trong tương lai (Nam Nguyên, 2015). Từ một nước thiếu thốn trầm trọng về thực phẩm, đến nay, có thể nói nhiều sản phẩm chăn nuôi sản xuất trong nước như trứng, thịt lợn, thịt gia cầm… đã cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước với giá cả không cao hơn 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nhiều so với mặt bằng chung thế giới, một số sản phẩm chăn nuôi như thịt lợn, trứng, sữa… đã có xuất khẩu. Nhiều giống lợn ngoại phong phú về nguồn gốc đã được đưa vào sản xuất và lai tạo giúp giống lợn trong nước được nâng lên một bước, nhất là tỉ lệ nạc.

Tỉ lệ giống lợn ngoại, lợn lai 2-3 máu ngoại được nuôi ở các trang trại đang ngày càng tăng. Tiến bộ về giống là yếu tố quan trọng giúp trọng lượng lợn thịt xuất chuồng cả nước bình quân từ 67,7 kg/con (năm 2011) tăng lên trên 70 kg/con (năm 2015). Sản lượng ngành chăn nuôi Trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi trong nước luôn giữ mức tăng trưởng cao và ổn định. Theo số liệu tổng hợp kết quả chương trình điều tra chăn nuôi năm 2012, cả nước có khoảng 26494 nghìn đầu lợn; năm 2013 cả nước có khoảng 26264,4 nghìn đầu lợn; năm 2014 cả nước có khoảng 26761,4 nghìn đầu lợn đến năm 2015 cả nước có khoảng 27750,7 nghìn đầu lợn (Tổng cục thống kê, 2015).

Tại thời điểm 1/10/2016, đàn lợn 29,1 triệu con, tăng 1,3 triệu con (Tổng cục thống kê, 2016). Tại thời điểm 01/10/2017, đàn lợn có 27,4 triệu con, giảm 5,7%[3]. Về sản lượng thịt lợn các năm gần đây có xu hướng tăng dần, cụ thể: Năm 2010 sản lượng thịt hơi đạt 3.200 tấn/năm, tăng 1,05% so với năm 2010; năm 2013 đạt 3.217,9 tấn/năm, tăng 1,06% so với năm 2010; năm 2015 đạt 3.491,6 tấn/năm, tăng 1,15% và năm 2017 đạt 3.733,2 tấn/năm, tăng 1,23% so với năm 2010 (Tổng cục thống kê, 2017). Về lượng chất thải thì để sản xuất 1000 kg thịt lợn thì hàng ngày phát sinh 84 kg nước tiểu, 39 kg phân, 11 kg TS (rắn tổng số), 3,1 kg BOD5, 0,24 kg NH4+-N (Bùi Hữu Đoàn, 2011).

Từ chỗ thiếu thốn trầm trọng về thực phẩm, nước ta đã cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu nhiều sản phẩm chăn nuôi. Đến nay, chăn nuôi lợn mới đạt 17-20 con cai sữa/nái/năm (so với mức 31-33 con/nái/năm của Đan Mạch, 24-26 con/nái/năm của các nước như Trung Quốc, Mỹ, Thái Lan…). Tỷ lệ hao hụt lợn con vẫn còn lớn, từ lúc sơ sinh đến cai sữa lên tới 20-25%. Tuy vậy, năng suất thịt của chăn nuôi nước ta nói chung vẫn còn ở mức thấp; tổ chức sản xuất dù đã tăng quy mô 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nhưng nhìn chung vẫn còn phân tán nhỏ lẻ, chưa hình thành được các chuỗi liên kết; công tác vệ sinh ATTP trong giết mổ, dịch bệnh luôn tiềm ẩn… cũng là những yếu tố khiến khả năng cạnh tranh của chăn nuôi Việt Nam còn thua kém xa so với nhiều nước, nhất là các nước có thế mạnh chăn nuôi trong khối hiệp định TPP (Hoàng Thanh Vân, 2015).

Phân bố ngành chăn nuôi Mặc dù chăn nuôi ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ tuy nhiên mật độ vật nuôi và số lượng các trang trại chăn nuôi ở nước ta phân bố không đồng đều giữa các vùng miền trong cả nước. Tỷ lệ phân bố các hộ chăn nuôi ở nước ta tập trung chủ yếu tại khu vực miền Bắc đặc biệt là các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc. Tuy nhiên hoạt động chăn nuôi tập trung chủ yếu lại phát triển mạnh nhất tại khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng. Dưới đây là một số hình thể hiện tỷ lệ phân bố ở nước ta (Chăn nuôi Việt Nam - Thông tin chuyên ngành chăn nuôi, 2018): Hình 1: Bản đồ phân bố tổng đàn lợn 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hình 2: Phân bố sản lƣợng thịt lợn theo địa phƣơng Hình 3: Biểu đồ phân bố trang trại chăn nuôi Qua thống kê tính hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam năm 2018 cho thấy chăn nuôi lợn phân bố chủ yếu ở khu vực đồng bằng sông Hồng chiếm 34,8%; khu vực Đông Nam Bộ chiếm 25,5%; khu vực Đông Bắc chiếm 12,3%; khu vực Đồng Bằng sông Cửu Long chiếm 9,2%; khu vực Bắc Trung Bộ chiếm 8,2%; khu vực Tây Nguyên chiếm 6,2%; khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ chiếm 3% và khu vực Tây Bắc chiếm 0,8%.

6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Đặc tính nƣớc thải chăn nuôi 1.