Đặt vấn đề Ngày nay,Việt Nam đang trên con đƣờng hội nhập kinh tế thế giới,từng bƣớc công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nƣớc.Tuy nhiên, với khoảng 70% số dân sống ở vùng nông thôn,sản xuất nông nghiệp vẫn đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế - xã hội nƣớc ta.Trong những năm qua,ngành chăn nuôi,đặc biệt là chăn nuôi lợn phát triển khá mạnh về cả số lƣợng lần quy mô.Nhƣng sự phát triển thiếu quy hoạch, chƣa đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi đã dẫn đến một hệ lụy tất yếu là môi trƣờng ngày càng ô nhiễm trầm trọng.Trong năm 2014, tổng đàn lợn của cả nƣớc có 28,6 triệu con và trung bình mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra 75-85 triệu tấn phân [29]. Với một lƣợng chất thải lớn nhƣ vậy, ngành chăn nuôi lợn đã gây ra ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng và đặt ra những vấn đề cấp thiết về xử lý nƣớc thải chăn nuôi. Nguồn nƣớc thải chăn nuôi có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vi khuẩn,virus, trứng giun sán… Nguồn nƣớc này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nƣớc mặt, nƣớc ngầm và trở thành nguyên nhân phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. Gây ảnh hƣởng trực tiếp đến năng suất,chất lƣợng sản phẩm chăn nuôi, gây thiệt hại kinh tế cho ngƣời sản xuất.
Đồng thời nƣớc thải chăn nuôi có thể lây lan một số bệnh cho con ngƣời và ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh vì còn chứa nhiều mầm bệnh nhƣ: Samonella, Leptospira, Clostridium. Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí đƣợc tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật nhƣ NH3, CO2, CH4, H2S, .Các loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí và nguồn nƣớc ngầm ảnh hƣởng đến đời sống con ngƣời và hệ sinh thái.Ví dụ nhƣ sự lắng đọng NH3 trong đất với khả nặng đệm thấp có thể gây nên axit hóa đất hoặc rút hết các cation cơ bản. NH3 trong không khí chuồng nuôi đƣợc tích tụ sẽ gây kém thông thoáng, ảnh hƣởng xấu đối với sức khỏe và năng suất vật nuôi[28]. NH3 có thể tác động xấu lên sức khỏe con ngƣời, dù chỉ ở mức thấp cũng có thể gây sƣng phổi, sƣng mắt, ảnh hƣởng tới hô hấp và tim mạch.
Chính vì vậy việc thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải chăn nuôi để đảm bảo nƣớc thải n 2 sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định là một hoạt động hết sức cần thiết nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng và góp phần xây dựng nền chăn nuôi phát triển bền vững. Thành phần nƣớc thải chăn nuôi chủ yếu là các chất hữu cơ thuận tiện cho việc xử lý bằng phƣơng pháp sinh học, bên cạnh đó các thành phân vô cơ hoà tan trong nƣớc thải chăn nuôi là nguồn dinh dƣỡng cho thực vật thủy sinh, do đó sử dụngphƣơng pháp sinh học để xử lý nƣớc thải chăn nuôi có nhiều ƣu điểm và rất phù hợp với nƣớc ta. Từ những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài“Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ dòng chảy phối hợp sử dụng bèo tây và cỏ Vetiver”.2 Mục đích nghiên cứu Đánh giá đƣợc hiệu suất xử lý các hợp chất vô cơ của nitơ, phospho, COD trong nƣớc thải chăn nuôi lợn sau khâu xử lý vi sinh của hệ thống thực vật thủy sinhphối hợp giữa bèo tây và cỏ Vetiver, qua đó đƣa ra mô hình xử lý thích hợp ứng dụng cho qui mô lớn hơn.3 Mục tiêu nghiên cứu -Xác định các chỉ tiêu hoá lý của nƣớc thải chăn nuôi sau quá trình vi sinh để làm cơ sở cho việc đề xuất các phƣơng án xử lý và lựa chọn phƣơng án khả thi nhất để tính toán thiết kế. - Xác định hiệu suất xử lý của hệ thống đối với các chất: Nitơ (các dạng), Phospho (tổng), COD - Xác định các thông số vận hành hệ thống để nhằm áp dụng xử lý ở qui mô lớn (tải lƣợng dòng chảy khác nhau)… 1.4 Ý nghĩa của nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá vai trò của hệ thống thực vật thủy sinh trong việc xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn sẽ tạo cơ sở cho việc đề xuất các phƣơng án xử lý và lựa chọn phƣơng án khả thi nhất trong việc góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Đặc điểm của nƣớc thải chăn nuôi lợn 2.1 Nguồn phát sinh Nƣớc thải chăn nuôi lợn bao gồm nƣớc tiểu, nƣớc vệ sinh chuồng trại, nƣớc tắm vật nuôi với khối lƣợng nƣớc thải rất lớn. Các chất này đều là những chất dễ phân hủy sinh học nhƣ carbonhydrate, protein, chất béo…dẫn đến các vi sinh vật phân hủy làm phát tán mùi hôi thối ra môi trƣờng [9].2 Thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi Nƣớc thải chăn nuôi là một loại nƣớc thải đặc trƣng và có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cao do có chứa hàm lƣợng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trƣờng của Viện Chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập cho thấy đặc điểm của nƣớc thải chăn nuôi nhƣ sau [2]: - Các chất hữu cơ: Hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protein, amino acid, chất béo, carbonhydrate và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa.
Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure… - Nitơ và Phospho: Hàm lƣợng N, P trong nƣớc thải tƣơng đối cao do khả năng hấp thụ kém của vật nuôi. + Theo Jongbloes và Lenis (1992), lƣợng nitơ đƣợc vật nuôi ăn vào 100% có 30% lƣợng nitơ tạo thành sản phẩm cho cơ thể, 70% bài tiết ra ngoài. Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lƣợng nitơ trong nƣớc tồn tại ở các dạng khác nhau nhƣ: NH4+, NO2-, NO3-. + Trong nƣớc thải chăn nuôi Phospho chiếm tỉ lệ cao, tồn tại ở các dạng orthophotphate (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphotphate (hay polyphotphate PO43-) và photphate hữu cơ.
- Sinh vật gây bệnh: Nƣớc thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.Theo nghiên cứu của Nanxera vi trùng gây bệnh n 4 đóng dấu Erisipelothris insidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Samonella 6 – 7 tháng.Ngoài ra trong nƣớc thải còn chứa môt lƣợng lớn trứnggiun sán có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nƣớc mặt tạo thành dịch bệnh cho ngƣời và vật nuôi. Thành phần, đặc tính nƣớc thải chăn nuôi của một số trang trại chăn nuôi tập trung đƣợc mô tả qua bảng 2.1 Thành phần nƣớc thải của một số trại tập trung Chỉ tiêu Đơn vị Trại TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty Trại kiểm tra Đan Phuợng Thụy Phƣơng Tam Điệp Gia Nam Hồng Điệp pH 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 BOD5 mg/l 1339,4 1080,70 882,3 783,4 1221,2 COD mg/l 3397,6 2224.6 N_tổng mg/l 332,8 280,1 250,9 204,8 275,4 Do đặc tính giàu dinh dƣỡng với khả năng gây ô nhiễm cao, đồng thời chứa nhiều các mầm bệnh mà vấn đề xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn là vấn đề vô cùng cấp thiết.Ngày nay, tình trạng thiếu nƣớc đang trở nên ngày càng phổ biến trên toàn thế giới và nƣớc thải cần đƣợc coi là một nguồn tài nguyên chứ không phải là vấn nạn cần đƣợc giải quyết. Xu thế hiện nay là tái sử dụng nƣớc thải, tái sử dụng mọi nguồn nƣớc do con ngƣời và các hoạt động của con ngƣời thải ra. Do vậy, các thông số của nƣớc thải sau khi xử lý phải phù hợp.2 Một vài thông số đặc trƣng đối với chất lƣợng nƣớc[12] Nƣớc đƣợc chấp nhận sau Các thông số Nƣớc thải xử lý BOD, mg/l 100 - 250 5 - 15 COD, mg/l 200 - 700 15 - 75 Tổng Nitơ, mg/l 20 - 30 2-5 Tổng Photpho, mg/l 6 - 10 0,2 - 0,6 Chất rắn lơ lửng, mg/l 100 - 400 10 - 25 n 5 Bảng 2.3 Các thành phần quan trọng của nƣớc thải chăn nuôi liên quan đến công nghệ xử lý Thành phần Ghi chú Các chất rắn lơ lửng có thể làm tăng khả năng lắng bùn và điều kiện yếm khí khi Các chất rắn lơ lửng thải nƣớc thải không qua xử lý vào môi trƣờng nƣớc.
Gồm protein, carbonhydrate và chất béo. Các chất này đƣợc đo bằng chỉ tiêu BOD Các chất hữu cơ phân hủy sinh học và COD. Nếu thả trực tiếp vào môi trƣờng sẽ dẫn đến nguyên nhân gây mùi và vị. Rất nhiều bệnh có thể lan truyền do các Các nhân tố gây bệnh vi khuẩn gây bệnh có trong nƣớc thải.
Cả N, P và C đều là các chất dinh dƣỡng chính cho sự phát triển của sinh vật. Khi thải vào môi trƣờng nƣớc có thể dẫn đến Các chất dinh dƣỡng sự phát triển của các sinh vật ngoài ý muốn trong môi trƣờng nƣớc. Khi thải chúng với một lƣợng dƣ vào đất sẽ gây ô nhiễm nƣớc ngầm.2 Tổng quan xử lý nƣớc thải bằng thực vật thủy sinh. Thực vật thủy sinh là những thực vật sinh trƣởng trong môi trƣờng nƣớc.
Nhiều nghiên cứu cho thấy một số loại thực vật thủy sinh có khả năng xử lý nƣớc thải nhƣ bèo tây, cỏ Vetiver, thủy trúc,sậy… Hệ thống xử lý bằng thực vật thủy sinh là một trong những lựa chọn thích hợp phục vụ cho mục đích khôi phục và tái sử dụng nƣớc thải. Hệ thống này làm ổn định chất thải và xử lý các chất dinh dƣỡng. n 6 Sử dụng thực vật hấp thụ các chất dinh dƣỡng và sau đó thu hoạch là một phƣơng pháp loại bỏ các chất gây ô nhiễm một cách có hiệu quả. Có 3 nhóm thực vật thủy sinhchính : - Nhóm thực vật thủy sinh sống chìm (Submergedplant): Loại thực vật thủy sinh này phát triển dƣới mặt nƣớc và chỉ phát triển đƣợc ở các nguồn nƣớc có đủ ánh sáng và oxy.Chúng gây nên các tác hại nhƣ làm tăng độ đục của nguồn nƣớc, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nƣớc.
Do đó loại này không hiệu quả lắm trong việc xử lý nƣớc thải. - Nhóm thực vật thủy sinh trôi nổi (Floating plants):Là loại thực vật có bộ rễ chìm trong nƣớc, còn lá và thân vƣơn lên trên mặt nƣớc nhƣ: lục bình, rau muống, bèo tấm… Loại thực vật này phát triển không phụ thuộc vào chiều sâu của nƣớc. Rễ của chúng tạo giá bám cho các vi sinh vật trong xử lý nƣớc thải. - Nhóm thực vật thủy sinh nửa ngập nước (enmergent plants): Đây là loại thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập nƣớc.
Phần rễ bám vào đất ngập nƣớc, nhận các chất dinh dƣỡng có trong đất, chuyển lên lá trên mặt nƣớc để tiến hành quá trình quang hợp. Thuộc nhóm này là các loài cỏ nƣớc nhƣ cây Sậy (Phragmites) và các loài lúa nƣớc.