MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước là cội nguồn của sự sống, là yếu tố quan trọng hàng đầu cho sự tồn tại và phát triển của con người cũng như sinh vật. Tuy nhiên hiện nay, tài nguyên nước đang suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng mà nguyên nhân chủ yếu - không ai khác lại là chính con người. Kinh tế phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng và nước thải là một hệ quả tất yếu.
Nước thải phát sinh từ mọi hoạt động sống, hoạt động sản xuất của con người và nếu không có biện pháp quản lý và xử lý kịp thời thì ô nhiễm môi trường nước do nước thải chỉ còn là vấn đề thời gian. Một trong những nguồn nước thải có tải trọng lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên nước của nước ta hiện nay là: nước thải chăn nuôi. [8] Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, hội nhập nền kinh tế thế giới, các ngành nghề đều được đẩy mạnh phát triển. Chăn nuôi cũng vậy: các cơ sở chăn nuôi ngày càng tăng dù là số lượng hay quy mô.
Phát triển chăn nuôi đem lại hiệu quả kinh tế cao, tuy nhiên bên cạnh những đóng góp về mặt kinh tế, chăn nuôi cũng bộc lộ nhiều nhược điểm. Các trang trại chăn nuôi với mặt bằng hạn hẹp không đảm bảo các điều kiện về vệ sinh thú y và nhất là không xử lý chất thải trước khi thải ra ngoài môi trường làm cho đất, nước, không khí ở những khu vực xung quanh bị ô nhiễm nặng. Tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh các cơ sở chăn nuôi ở Việt Nam đã đến mức báo động. Phần lớn nước thải từ chăn nuôi đều chưa được xử lý hoặc xử lý nhưng không đúng quy cách nên vẫn gây ô nhiễm đến môi trường.
Theo kết quả khảo sát đánh giá các loại mô hình khí sinh học của Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Đại học Bách Khoa năm 2010 cho biết nước thải từ việc chăn nuôi mặc dù đã được xử lý bằng hầm biogas, bể yếm khí, hồ phủ màng HDPE,. nhưng nước thải đầu ra xả vào nguồn hầu hết đều chưa đạt được qui chuẩn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 2 môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp). Chỉ tính riêng COD, hiệu quả xử lý của các công trình này đạt 39 - 82%, vượt 2 - 30 lần, tổng N, tổng P, vi khuẩn gây bệnh đều vượt tiêu chuẩn từ 2 - 6 lần. Cùng với các thành phần trên nước thải còn phát sinh các chất khí như CO2, NH3, H2S, CH4, N2 tạo nên mùi hôi thối trong khu vực nuôi ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí xung quanh, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước gây bức xúc những người dân.
Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải như: cơ học, lý - hoá học,. Bãi lọc trồng cây (Constructed wetland) những năm gần đây đã được biết đến trên thế giới như một giải pháp công nghệ xử lý nước thải mức độ xử lý cấp 2 trong điều kiện tự nhiên, đạt hiệu suất xử lý cao. Tuy nhiên, lợi ích về kinh tế là không nhiều và cũng chưa được quan tâm nghiên cứu. Ngược lại, Aquaponics là hệ thống canh tác nông nghiệp bền vững với hiệu quả kinh tế cao nhưng đòi hỏi người quản lý phải có trình độ kỹ thuật nhất định và tương đối khó khăn trong việc bổ sung chất dinh dưỡng (phân bón, các yếu tố vi lượng,…) tối ưu cho sự phát triển của cây trồng cũng như cân bằng T - N trong hệ thống.
Tồn tại phổ biến nhất của Aquaponics là vấn đề xử lý nước bể nuôi cá cũng như việc phải bổ sung dinh dưỡng cho phù hợp với sự phát triển của cây trong mô hình. Việc thay nước và bổ sung dung dịch dinh dưỡng cho hệ thống sau một thời gian sử dụng gây tốn kém, khó khăn cho vận hành và gây ô nhiễm môi trường. [3] Xử lý và tái sử dụng nước thải sau xử lý đang là một hướng đi mới đầy triển vọng, đảm bảo cho sự phát triển bền vững của tương lai, đã được triển khai nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới. Câu hỏi đặt ra ở đây là: “Làm thế nào để kết hợp được hiệu quả về mặt môi trường và hiệu quả kinh tế trên cùng một hệ thống xử lý nước thải, cụ thể ở đây là nước thải chăn nuôi, đồng thời đảm bảo tái sử dụng hiệu quả nước sau xử lý?”.
Xuất phát từ trăn trở đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ xử lý và tuần hoàn nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 3 thải chăn nuôi sử dụng kết hợp mô hình đất ngập nước kiến tạo và mô hình Aquaponics”. Kết quả của đề tài sẽ góp phần giải quyết hiệu quả bài toán về môi trường và kinh tế: vừa bảo vệ chất lượng nguồn nước, làm tăng hiệu quả sử dụng đồng thời giảm chi phí xử lý nước thải chăn nuôi, bảo vệ sức khỏe người lao động, rất thích hợp với điều kiện của Việt Nam; vừa cung cấp lợi ích thiệt thực về kinh tế thông qua lượng sinh khối thu được từ mô hình Aquaponics. Mục tiêu của đề tài 2. Mục tiêu chung - Xác định được khả năng xử lý và tuần hoàn nước thải chăn nuôi khi kết hợp mô hình đất ngập nước kiến tạo và mô hình Aquaponics.
Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau bể biogas của từng công thức trong mô hình; - Đánh giá hiệu quả kinh tế và đề xuất giải pháp. Ý nghĩa của đề tài 3. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học vào nghiên cứu. - Nâng cao kiến thức, kĩ năng bố trí thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu, rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho các nghiên cứu sau này.
- Nâng cao khả năng tự học, tự nghiên cứu và tra cứu tài liệu. - Bổ sung tư liệu cho học tập. Ý nghĩa thực tiễn - Đưa ra 1 đi hướng mới trong công nghệ xử lý môi trường: kết hợp xử lý và tuần hoàn nước thải, kết hợp việc đảm bảo lợi ích về môi trường (đất ngập nước kiến tạo) và lợi ích kinh tế (Aquaponics). - Xử lý được nước thải chăn nuôi, bảo vệ môi trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Các khái niệm cơ bản * Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí,.
Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu. * Nước thải chăn nuôi: 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. Tổng quan về nƣớc thải chăn nuôi 1.
Khái niệm về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi là: sự thay đổi bất lợi môi trường không khí, môi trường đất và môi trường nước hoàn toàn hay đại bộ phận do hoạt động chăn nuôi các hoạt động nuôi trồng thủy sản do con người tạo nên. Những hoạt động này tác dụng trực tiếp, gián tiếp đến sự thay đổi về mặt năng lượng, mức độ bức xạ, thành phần hóa học, tính chất vật lý,. Những thay đổi đó tác động có hại đến con người và sinh vật trên trái đất. [15] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.
Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi Nguồn gốc phát sinh ô nhiễm môi trường nước trong hoạt động chăn nuôi chủ yếu được gây ra do nước thải trong khi rửa chuồng, nước tiểu lợn. Ô nhiễm chất thải rắn do phân, thức ăn thừa của lợn vương vãi ra nền chuồng mà không được thu gom kịp thời. Các chất này là các chất dễ phân hủy sinh học: carbonhydrate, protein, chất béo dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi trường. Đây là các chất gây ô nhiễm nặng nhất và thường thấy ở các trang trại chăn nuôi tập trung.
Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi - Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,. [8] Trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí sẽ cho các sản phẩm CO2, H2O, NO2-, NO3-. Còn trong quá trình kị khí là CH4, N2, NH3, H2S,.
- N và P: Với điều kiện chăn nuôi bằng thức ăn công nghiệp như hiện nay, sử dụng phổ biến thức ăn đậm đặc, với hàm lượng N và P cao, do vậy vật nuôi bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu một lượng đạm cao. Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N-tổng trong nước thải chăn nuôi 571 - 1026 mg/l photpho từ 39 - 94 mg/l. - Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn như Salmonella, Shigella, Proteus, Arizona.
Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiola hepatica, Fasiolagigantiac, Fasiolosis buski, có thể gây bệnh cho người và gia súc. [8] - Thành phần hóa học nước tiểu lợn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Thành phần hóa học nƣớc thải của lợn [15] STT Đặc tính Đơn vị Giá trị 1 Vật chất khô g/kg 30.3 5 Urea mmol/l 123 - 196 6 Cacbonates g/kg 0.