Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas bẳng đất ngập nước kiến tạo

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành chăn nuôi Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ trong những năm qua với tốc độ tăng trưởng hàng năm từ 5-12%, góp phần nâng cao thu nhập và cải thiện đời sống cho người chăn nuôi Tuy nhiên, sự phát triển này cũng gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, bao gồm ô nhiễm nước, không khí và đất do lượng lớn chất thải chăn nuôi Việt Nam sản xuất hơn 100 triệu tấn phân mỗi năm, dẫn đến tình trạng mất vệ sinh và ô nhiễm nghiêm trọng tại các khu vực chăn nuôi Nhiều bệnh dịch như sốt xuất huyết và cúm cũng phát sinh từ các vùng nông thôn, gây thiệt hại kinh tế và đe dọa sức khỏe cộng đồng Hệ thống chuồng trại và xử lý nước thải hiện tại chưa đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, trong khi phương pháp xử lý chất thải qua biogas chỉ giải quyết phần nào vấn đề ô nhiễm Việc xử lý nước thải sau biogas và các chất ô nhiễm như nitơ và phốt pho là rất cần thiết, nhưng còn gặp nhiều khó khăn do hạn chế về lãi suất và nhân lực trong đầu tư nông nghiệp.

SVTH: Ngô Duy Thi 2 MSSV: 0951080085 GVHD: ThS Vũ Hải Yến

Để xử lý nước thải từ sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi, việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, khả năng tài chính và trình độ kỹ thuật của nông dân là rất quan trọng Công nghệ đất ngập nước kiến tạo nổi bật nhờ chi phí xây dựng và vận hành thấp, tiêu thụ năng lượng ít và không yêu cầu trình độ kỹ thuật cao Gần đây, các công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật trong mô hình đất ngập nước đã chứng tỏ hiệu quả cao và thân thiện với môi trường Vì vậy, đề tài “Xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng đất ngập nước kiến tạo” được thực hiện nhằm mục đích xử lý nước thải, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Mục đích nghiên cứu

• Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas trên mô hình đất ngập nước kiến tạo.

Nội dung nghiên cứu

• Thu thập tài liệu liên quan đến thành phần tính chất nước thải sau biogas, đất ngập nước, cây Sậy, cây Lục bình

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết lập một thí nghiệm để khảo sát khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của cây Sậy và Lục bình Mô hình đất ngập nước kiến tạo được sử dụng nhằm mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần cải thiện chất lượng nước và bảo vệ hệ sinh thái.

• Xác định thành phần, một số chỉ tiêu hóa lý của nước thải chăn nuôi sau biogas trước và sau xử lý:

+ Chất rắn lơ lửng (Suspension Solid): Chất rắn lơ lửng

+ COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học

+ BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

• Rút ra kết luận về thời gian và mô hình tối ưu

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thu thập tài liệu: thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu từ sách báo, internet và các đề tài nghiên cứu có liên quan

Phương pháp xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm bao gồm hai loại mô hình: mô hình bão hòa và mô hình không bão hòa Thời gian lưu nước trong thí nghiệm được thiết lập là 3,6 ngày, sử dụng hai loại thực vật là sậy và lục bình.

• Phương pháp phân tích mẫu: phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD, TSS, Nitơ tổng, NO3

Ý nghĩa đề tài

- Đề tài cung cấp một giải pháp công nghệ mới, phù hợp để xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas

- Dựa trên kết quả nghiên cứu, xác định được khả năng xử lý các chất ô nhiễm của mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy đứng

- Xử lý nước thải bằng thực vật ít tốn kém chi phí so với các biện pháp khác

Thực tế cho thấy xử lý nước thải bằng thực vật chỉ chiếm 10 – 20 % so với các

Ngô Duy Thi, sinh viên mã số 0951080085, dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến, đã nghiên cứu các biện pháp phát triển công nghệ xử lý nước thải bằng thực vật Phương pháp này không chỉ giúp giảm hiệu ứng nhà kính mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Sinh khối được tạo ra trong quá trình xử lý không chỉ được sử dụng để sản xuất đồ gia dụng xuất khẩu mà còn được tận dụng làm phụ phẩm trong chăn nuôi, từ đó tạo thêm nguồn thu nhập cho người dân.

Việc áp dụng hệ thống đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải mang lại nhiều lợi ích, bao gồm hiệu suất cao và chi phí thấp Hệ thống này hoạt động liên tục trong điều kiện tự nhiên, giúp tiết kiệm chi phí xây dựng và bảo trì Ngoài ra, nó còn góp phần nâng cao đa dạng sinh học, cải thiện cảnh quan xanh cho khu dân cư và khu vực giải trí, đồng thời thân thiện với môi trường và hỗ trợ phòng chống ô nhiễm.

TỔNG QUAN NGÀNH CHĂN NUÔI

Vai trò

Chăn nuôi heo đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam, bên cạnh lúa nước, đây là một trong hai thành phần chính và xuất hiện sớm nhất trong lĩnh vực này Một số vai trò nổi bật của chăn nuôi heo bao gồm việc cung cấp nguồn thực phẩm dồi dào và thúc đẩy kinh tế nông thôn.

 Cung cấp thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao cho con người

Chúng tôi cung cấp nguồn nguyên liệu chất lượng cho ngành công nghiệp chế biến thịt, bao gồm thịt xông khói, thịt hộp, thịt heo xay, cùng với các món ăn truyền thống của người Việt Nam như giò nạc, giò mỡ và các loại chả.

Phân heo là một nguồn phân hữu cơ chất lượng, giúp cải thiện và nâng cao độ phì nhiêu của đất, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp Việc cung cấp phân bón cho cây trồng từ phân heo không chỉ tăng cường sức khỏe của cây mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Trong công nghệ sinh học y học, heo đã được nhân bản gen để tạo ra nguồn nguyên liệu quý giá phục vụ cho việc nâng cao sức khỏe con người.

Vị trí

Chăn nuôi heo đóng vai trò quan trọng trong ngành chăn nuôi Việt Nam, với lịch sử hình thành từ sớm cùng với nghề trồng lúa nước Thịt heo là thực phẩm phổ biến trong bữa ăn hàng ngày, phù hợp với mọi đối tượng, từ trẻ em đến người già, nam và nữ Đặc biệt, thịt heo có mùi vị nhẹ nhàng, ít gây dị ứng, làm cho nó trở thành lựa chọn ưa thích của nhiều gia đình.

Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo

Thịt heo là món ăn phổ biến và được ưa chuộng bởi nhiều người Để đảm bảo thịt heo mang lại lợi ích cho sức khỏe, việc chọn giống và chăm sóc đàn heo là rất quan trọng Đàn heo cần phải khỏe mạnh, có sức đề kháng cao và chất lượng dinh dưỡng trong thịt phải được đảm bảo để cung cấp giá trị sinh học tốt.

1.2 Đặc điểm chất thải chăn nuôi heo

1.2.1 Thành ph ần của chất thải chăn nuôi heo

Chất thải trong chăn nuôi được phân loại thành ba loại chính: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Những loại chất thải này chứa hỗn hợp các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng, có khả năng gây bệnh cho cả động vật và con người.

Chất thải rắn bao gồm phân, thức ăn thừa của động vật, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác Đặc điểm của chất thải rắn là có độ ẩm từ 56% đến 83% và chứa tỷ lệ cao các nguyên tố dinh dưỡng như N, P, K.

 Chất thải lỏng hay còn gọi là nước thải, có độ ẩm cao trung bình khoảng

93 – 98%, gồm nước thải của thú, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hòa tan

 Chất thải khí là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá trình phân hủy của các chất hữu cơ rắn và lỏng

Phân được cấu thành từ các dưỡng chất không tiêu hóa, chất cặn bã, chất xơ, đạm, P2O5, niêm mạc ống tiêu hóa, chất nhờn, vi sinh vật và trứng giun sán có trong thức ăn và ruột.

Theo nghiên cứu của Lăng Ngọc Huỳnh (2000), lượng phân của gia súc thải ra trong 24 giờ chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như giống, loài, tuổi, khẩu phần ăn, lượng thức ăn tiêu thụ, tính chất của thức ăn và thể trọng Lượng phân thải ra có thể được ước tính dựa trên bảng 2.1.

Bảng 1.1: Lượng phân thải ra trung bình của gia súc trong ngày

Loại gia súc Phân nguyên ( kg/ngày) Nước tiểu ( kg/ngày)

Thành phần hóa học của phân phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn dinh dưỡng, tình trạng sức khỏe, phương pháp nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc và gia cầm, cùng với kỹ thuật chế biến thức ăn Đặc biệt, thành phần nguyên tố vi lượng trong phân sẽ thay đổi theo lượng và loại thức ăn mà động vật tiêu thụ.

Bo từ 5 – 7 ppm, Mn từ 30 – 75 ppm, Co từ 0,2 – 0,5 ppm, Cu từ 4 – 8 ppm, Zn từ 20 – 45 ppm, và Mo từ 0,8 – 1,0 ppm là các nguyên tố vi lượng quan trọng Trong quá trình ủ phân, vi sinh vật sẽ phân hủy các nguyên liệu này, giúp giải phóng các chất khoáng hòa tan dễ dàng cho cây trồng hấp thu.

Bảng 1.2 Thành phần hoá học các loại phân gia súc, gia cầm (%)

Loại phân Nước Nitơ P2O5 K2O CaO MgO

Ngoài ra trong thành phần phân gia súc còn chứa virus, vitrùng, đa trùng, trứng

Ngô Duy Thi, sinh viên mã số 0951080085, dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến, đã nghiên cứu về giun sán, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae chiếm ưu thế với các giống điển hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus và Klebsiella Một kilogram phân chứa từ 2000 đến 5000 trứng giun sán, chủ yếu là Ascaris suum.

Oesophagostomum và Trichocephalus có khả năng tồn tại từ vài ngày đến vài tháng trong phân và nước thải, gây ô nhiễm môi trường đất và nước, đồng thời ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người và vật nuôi.

 Thức ăn dư thừa, vật liệu lót chuồng và các chất thải

Sản phẩm này được chế biến từ nhiều thành phần đa dạng như cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, bột thịt, cùng với các khoáng chất bổ sung, kháng sinh, rau xanh, rơm rạ, bao bố, vải vụn và gỗ, tạo nên một hỗn hợp dinh dưỡng phong phú.

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp từ nước rửa chuồng, nước thức ăn, nước tiểu, phân và nước tắm của gia súc Đây là nguồn chất thải ô nhiễm nghiêm trọng, chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ từ phân, nước tiểu và thức ăn của động vật.

Organic matter constitutes 70-80% of the composition and includes compounds such as cellulose, proteins, amino acids, fats, carbohydrates, and their derivatives, along with food waste In contrast, inorganic materials make up 20-30% and consist of sand, soil, salts, urea, ammonium, chloride salts, and sulfate ions (SO4 2-).

Các loài gia súc và gia cầm có khả năng hấp thụ nitrogen (N) và phospho (P) rất kém, dẫn đến việc khi tiêu thụ thức ăn chứa N và P, chúng sẽ thải ra ngoài qua phân và nước tiểu Nước thải từ chăn nuôi heo thường có hàm lượng N và P cao, với N-tổng dao động từ 200-350 mg/l, trong đó N-NH4 chiếm 80-90%, và P-tổng từ 60-100 mg/l.

Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng sán gây bệnh

Bảng 1.3: Tính chất nước thải chăn nuôi heo

Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ

SVTH: Ngô Duy Thi 9 MSSV: 0951080085 GVHD: ThS Vũ Hải Yến Độ màu Pt-Co 350-870 Độ đục mg/l 420-550

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 1997-1998) 1.2.1.3 Khí thải

Mùi hôi chuồng nuôi là hỗn hợp khí phát sinh từ quá trình phân hủy kỵ khí và hiếu khí của chất thải chăn nuôi, bao gồm phân, nước tiểu và thức ăn thừa Cường độ mùi hôi chịu ảnh hưởng bởi mật độ vật nuôi, mức độ thông thoáng, cũng như nhiệt độ và độ ẩm không khí.

Thành phần khí trong chuồng nuôi thay đổi theo giai đoạn phân hủy chất hữu cơ, loại thức ăn, hệ vi sinh vật và sức khỏe của gia súc Những khí này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của cả con người và vật nuôi.

Ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi

Không khí trong khu vực chăn nuôi gây ảnh hưởng đến tình trạng sức khoẻ của con người và vật nuôi Đặc biệt là amoniac và hydro sulfua

NH 3 được xem là thông số chỉ thị để đánh giá chất lượng không khí trong chăn nuôi, vì đây là loại khí chiếm nhiều nhất trong các khí độc sinh ra từ chăn nuôi NH3 nhẹ hơn không khí (d = 0,59), ở pH thấp NH3 sẽ hòa tan trong nước và tồn tại ở dạng

NH 4 + , ở pH cao NH3 bốc hơi vào không khí gây mùi khó chịu

NH 3 là khí độc có khả năng kích thích mạnh lên đường hô hấp và niêm mạc, gây bỏng do phản ứng kiềm hoá kèm tỏa nhiệt Trường hợp NH3 trong không khí cao kéo dài có thể gây hôn mê

Bảng 1.4: Ảnh hưởng của NH3 lên người và heo Đối

Tượng Nồng Độ Tiếp Xúc Tác Hại Hay Triệu Chứng

6ppm đến 20 ppm trở lên Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp

100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc

400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi và cổ họng

1720 ppm (dưới 30 phút) Ho, co giật dẫn đến tử vong

700 ppm (dưới 60 phút) Lập tức ngứa ở mắt, mũi và cổ họng

Gây khó thở và mau chóng ngẹt thở Co thắt do phản xạ họng, xuất huyết phổi, ngất do ngạt, có thể tử vong

10 000 ppm trở lên Tử vong

50 ppm Năng suất và sức khoẻ giảm, nếu hít thở lâu sẽ sinh ra chứng viêm phổi và các bệnh khác về đường hô hấp

100 ppm Hắt hơi, chảy nước bọt, ăn không ngon

300 ppm trở lên Lập tức ngứa mũi miệng, tiếp xúc lâu dài sinh hiện tượng thở gấp

H2S là khí độc sinh ra từ sự phân hủy gia súc, có trọng lượng nặng hơn không khí (d = 1,19) và dễ hòa tan trong nước Chỉ cần một lượng nhỏ H2S cũng có thể gây tử vong Cơ chế độc hại của H2S chủ yếu là kích ứng màng nhầy, phù đường hô hấp, tích lũy K2S, Na2S, ức chế cytochrome oxidase, dẫn đến suy thoái chuyển hóa tế bào và ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương.

Ngoài việc tích luỹ 2 chất khí trên, không khí chuồng nuôi còn tích luỹ một số khí khác như CO2 và các khí có mùi hôi thối

Bảng 1.5Tác hại của amoniac đến sức khoẻ và năng suất của gia súc, gia cầm

Vật nuôi Nồng độ NH3 Tác hại

Tăng tỷ lệ gia súc bị ho Giảm tăng trọng/ngày: 12 – 13%

Giảm sản lượng trứng và thịt Gây hội chứng viêm phổi

Bảng 1.6Triệu chứng quan sát được ở công nhân khi có khí độc chăn nuôi

Triệu chứng Tỉ lệ quan sát (%)

Ho Đàm Đau bụng Chảy mũi Đau mắt (xốn và chảy nước mắt) Nhức đầu

Tức ngực Thở ngắn Thở khò khè Đau nhức cơ

Trong quá trình phân hủy yếm khí, khí metan (CH4) được sinh ra và có khả năng giữ lại năng lượng mặt trời gấp 21 lần so với carbon dioxide, góp phần vào hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu Theo nghiên cứu, khoảng 16% lượng CH4 phát thải hàng năm trên thế giới xuất phát từ hoạt động chăn nuôi.

Việc sinh khí amonia, dioxide sulphua và oxide nitrogen từ chất thải chăn nuôi sẽ đưa đến những trận mưa acid

Chất thải chăn nuôi nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường, làm tăng hàm lượng chất hữu cơ và vô cơ trong nước, dẫn đến giảm lượng oxy hòa tan và chất lượng nước Hậu quả là dòng nước có màu đen, mùi hôi thối, làm cho sinh vật không thể tồn tại, từ đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật và hệ sinh thái Hai hợp chất chính trong chất thải chăn nuôi dễ gây ô nhiễm nguồn nước là nitơ (đặc biệt là nitrat) và phosphor.

Chất thải chăn nuôi chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng, với thời gian tồn tại trong nước khá lâu Các nghiên cứu chỉ ra rằng Erysipclothrise insidiosa có thể tồn tại từ 92 đến 157 ngày, Brucella từ 105 đến 171 ngày, Mycobacterium lên đến 475 ngày, và virus lở mồm long móng tồn tại khoảng 190 ngày.

So với nước bề mặt, nước ngầm thường ít bị ô nhiễm hơn Tuy nhiên, với sự gia tăng chăn nuôi tập trung và lượng chất thải ngày càng lớn, việc xử lý và bảo vệ nguồn nước ngầm chưa đảm bảo, dẫn đến chất thải thấm vào đất và làm giảm chất lượng nước Hơn nữa, vi sinh vật có trong chất thải chăn nuôi cũng có khả năng xâm nhập vào nguồn nước ngầm, gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nước.

Việc sử dụng chất thải chăn nuôi chưa xử lý làm phân bón cho rau, cây có củ và cây ăn trái là không hợp lý, vì phân tươi chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh có thể tồn tại và phát triển trong đất Nếu không bón phân đúng kỹ thuật, vi sinh vật sẽ phát tán, tạo nguy cơ nhiễm bệnh cho con người và động vật Ngoài ra, phosphor trong đất có khả năng kết hợp với các nguyên tố như Ca, Cu, Al để tạo thành các hợp chất phức tạp, khó phân giải, dẫn đến tình trạng đất cằn cỗi và ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.

Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi

Xử lý nước thải chăn nuôi heo là cần thiết để giảm nồng độ chất ô nhiễm xuống mức cho phép trước khi xả vào nguồn tiếp nhận Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và quy trình xử lý nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.

 Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước

 Các điều kiện của trại chăn nuôi

 Hiệu quả xử lý Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp sau:

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học

Mục đích chính của việc xử lý nước thải là tách chất rắn, cặn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải thông qua quy trình thu gom và phân loại Để loại bỏ cặn thô, có thể sử dụng song chắn rác và bể lắng sơ bộ, giúp giảm khối lượng cho các công trình xử lý tiếp theo Ngoài ra, phương pháp ly tâm hoặc lọc cũng có thể được áp dụng Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi rất cao, khoảng vài ngàn mg/L, và dễ lắng, do đó việc lắng sơ bộ là cần thiết trước khi chuyển sang các công trình xử lý tiếp theo.

Sau khi tách, nước thải được chuyển đến các công trình xử lý phía sau, trong khi phần chất rắn được ủ để sản xuất phân bón Phương pháp này chủ yếu áp dụng cho các cơ sở chăn nuôi quy mô lớn, trang trại hoặc các hộ gia đình có khả năng xây dựng hệ thống xử lý nước thải.

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dạng hạt nhỏ, khó lắng và tách ra bằng phương pháp cơ học thông thường Để loại bỏ chúng hiệu quả, phương pháp keo tụ có thể được áp dụng, sử dụng các chất keo tụ như phèn nhôm, phèn sắt và phèn bùn, kết hợp với polymer trợ keo tụ nhằm tăng cường quá trình keo tụ.

Phương pháp xử lý nước thải này dựa trên nguyên tắc sử dụng các hạt keo mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng trong nước thải Cụ thể, các hạt silic và chất hữu cơ trong nước thải mang điện tích âm, trong khi hạt nhôm hydroxid và sắt hidroxit mang điện tích dương Khi điện thế trong nước bị phá vỡ, các hạt này sẽ kết tụ lại thành các bông cặn lớn hơn, dễ lắng hơn, giúp cải thiện hiệu quả xử lý nước thải.

Nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi 2/9 cho thấy phương pháp keo tụ có khả năng loại bỏ từ 80-90% hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải chăn nuôi heo.

Ngoài keo tụ còn loại bỏ được P tồn tại dạng PO4

3- do tạo thành kết tủa AlPO4 và FePO 4

Phương pháp này hiệu quả trong việc loại bỏ hầu hết các chất bẩn từ nước thải chăn nuôi, nhưng chi phí xử lý lại rất cao, khiến cho việc áp dụng trở nên không hiệu quả về mặt kinh tế.

Nước thải chăn nuôi thường có tỉ lệ BOD/COD cao và chứa nhiều cặn hữu cơ dễ phân hủy, với tỷ lệ BOD:N:P phù hợp cho vi sinh vật phát triển Do đó, phương pháp xử lý hiệu quả nhất cho loại nước thải này là xử lý sinh học Bằng cách áp dụng vi sinh vật một cách hiệu quả, chúng ta có thể xử lý nước thải chăn nuôi đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế từ hệ thống xử lý nước thải.

Phương pháp sinh học xử lý chất thải chăn nuôi dựa vào khả năng của vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ Các vi sinh vật này sử dụng hợp chất hữu cơ và khoáng chất trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng, từ đó xây dựng tế bào và sinh trưởng Tùy thuộc vào nhóm vi khuẩn hiếu khí hay kỵ khí, các công trình xử lý sẽ được thiết kế khác nhau Ngoài ra, tùy vào khả năng tài chính và diện tích đất, người ta có thể lựa chọn giữa hồ sinh học hoặc bể nhân tạo để xử lý chất thải.

1.4.3.1 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên

 Sử dụng ao hồ để xử lý

Sử dụng ao hồ để xử lý chất thải là một phương pháp sinh học hiệu quả, dựa trên quá trình tự làm sạch nước thải Trong ao hồ, vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí, cùng với sự cộng sinh của vi khuẩn và tảo, đóng vai trò chủ đạo trong quá trình xử lý Bên cạnh đó, các quá trình lý học và hóa học như pha loãng, lắng, hấp thụ và phản ứng hóa học cũng diễn ra Hệ động thực vật trong ao hồ rất quan trọng trong việc vô cơ hóa các hợp chất hữu cơ Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, đồng thời cung cấp oxy qua quá trình quang hợp cho cá, trong khi cá giúp khuấy trộn nước, tăng cường hiệu quả xử lý.

Ngô Duy Thi, sinh viên mã số 0951080085, dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến, nghiên cứu về sự tiếp xúc của oxy với nước, ảnh hưởng đến hoạt động và phân hủy của vi sinh vật Dựa vào mức độ hiện diện của oxy trong các ao hồ, nước thải được phân loại thành các loại ao hiếu khí, ao tùy nghi và ao kỵ khí để xử lý hiệu quả.

Hiện nay, ao hồ được sử dụng để xử lý chất thải và tái sử dụng dinh dưỡng, phục vụ cho việc sản xuất tảo và nuôi cá Chất thải từ chăn nuôi có thể được thải trực tiếp vào ao hồ sau khi nước đã được xử lý qua hầm biogas.

1.4.3.2Sử dụng thủy sinh thực vật để xử lý

Thủy sinh thực vật là những loài thực vật phát triển trong môi trường nước, có thể gây ra một số vấn đề cho con người do sự phát triển nhanh chóng và phân bố rộng rãi của chúng Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng để xử lý chất thải, loại bỏ các chất dinh dưỡng trong nước thải, giúp ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng hóa và chuyển hóa các chất dinh dưỡng thành năng lượng cho sự phân hủy chất thải.

Các loại thủy sinh thực vật chính gồm:

Thủy sinh thực vật sống chìm là loài thực vật phát triển dưới mặt nước, yêu cầu ánh sáng đầy đủ để sinh trưởng Tuy nhiên, chúng có thể gây hại bằng cách làm tăng độ đục của nguồn nước và ngăn cản sự khuếch tán ánh sáng, dẫn đến việc giảm hiệu quả trong việc làm sạch chất thải.

Thủy sinh thực vật sống nổi có rễ không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, với thân lá phát triển theo gió và dòng nước Rễ của chúng giúp vi khuẩn bám vào, từ đó phân hủy các chất thải hiệu quả.

TỔNG QUAN ĐẤT NGẬP NƯỚC VÀ THỰC VẬT ĐẤT NGẬP NƯỚC

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành từ ngày 01/04/2013 đến 01/06/2013 tại trại thực nghiệm Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường thuộc Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM Các chỉ tiêu nước thải đã được phân tích tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới Tp.HCM.

Vật liệu, đối tượng, thiết bị và dụng cụ trong nghiên cứu

Bểplastic (1x1x1m) được dùng để tạo thành hệ thống đất ngập nước Bể composite (1,5x0,6x0,8 m) được dùng làm bể chứa

Máy bơm nước hỏa tiễn hiệu HSM (F), công suất 0,11- 0,19 m 3 /phút Máy bơm định lượng hiệu Simon

Hình 3.1: Vật liệu và thiết bị dùng trong nghiên cứu

A> Máy bơm hỏa tiễn hiệu HSM

B> Máy bơm định lượng hiệu simon

C> , D> Bể plastic dùng cấp nước

E>Bể composite dùng chứa nước thải

F> Ống thu nước cắt khía răng cưa

Trong xây dựng, các vật liệu cần thiết bao gồm cát, đá với kích thước 1 cm x 2 cm, 3 cm x 4 cm, và 4 cm x 6 cm, cùng với gạch 4 lỗ và xi măng sắt Ngoài ra, các vật liệu khác như ống nhựa dẻo PE với đường kính Ф 8 mm, Ф 27 mm, xô nhựa, và ống nhựa PVC Bình Minh với các kích thước Ф 21, Ф 27, Ф 34, và Ф 60 mm cũng rất quan trọng Đối tượng nghiên cứu liên quan đến nước thải từ biogas, hệ thống đất ngập nước kiến tạo dòng chảy đứng, và các loại cây như cây sậy (Phragmites australi) và lục bình (Eichhornia crassipes).

3.2.1 Mô hình đất ngập nước

Mô hình(MH) được xây dựng theo dạng dòng chảy đứng với thành bằng nhựa kích thước dài x rộng x cao tương ứng là 1 x 1 x 1 m

Hình 3.2 Cấu trúc các lớp đá trong mô hình thí nghiệm trồng sậy

Lớp cát nằm trên cùng dày 15 cm, bên dưới là lớp đá midày khoảng 15 cm, đến lớp đá

1 x 2 cm dày khoảng 20 cm, dưới đáy là lớp đá 4 x 6 cm dày khoảng 20 cm Cát và đá

Ngô Duy Thi, sinh viên mã số 0951080085, dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến, đã thực hiện quy trình rửa sạch vật liệu trước khi đưa vào bể, nhằm đảm bảo hệ thống dưới đáy không bị tắc nghẽn Độ rỗng của toàn bộ khối vật liệu đạt 40%.

Dưới đáy bể, có hệ thống ống dẫn thoát nước có đường kính 60 cm, được thiết kế dạng xương cá để tối ưu hóa khả năng thoát nước Hệ thống này được kết nối ra ngoài, và bể được xây dựng ngoài trời, đảm bảo phù hợp với điều kiện tự nhiên và cung cấp đủ ánh sáng cho sự phát triển của cây.

Hình 3.3: Đối tượng dùng trong nghiên cứu

A>MH đối chứng và hệ thống phân phối nước

B> MH sậy dòng chảy không bão hòa

C> MH sậy dòng chảy bão hòa

3.2.2 Thành ph ần nước thải chăn nuôi sau biogas

Sau khi xử lý biogas từ chăn nuôi, nước thải được tạo ra bằng cách sử dụng khoảng 30kg phân heo hòa với 1000 lít nước và ủ trong 5 ngày để vi sinh vật tự nhiên phân hủy Quá trình này cần được theo dõi và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho môi trường.

Bảng 3.1 Chất lượng nước thải chăn nuôi sau biogas ở đầu vào trước khi xử lý

Thành phần Đơn vị Giá trị

Đề tài nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng hầm biogas quy mô hộ gia đình ở Thừa Thiên Huế” thuộc Đại học Huế đã tiến hành khảo sát đầu ra của hệ thống xử lý nước thải Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả và tính khả thi của việc sử dụng hầm biogas trong việc xử lý nước thải từ chăn nuôi lợn, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân địa phương.

9 hầm biogas ởthành phốHuế, huyện Phú Vang và thị xãHương Thủy nhận thấy có sự

SVTH: Ngô Duy Thi 62 MSSV: 0951080085 GVHD: ThS Vũ Hải Yến tương đồng về kết quả (BOD5 trung bình là 307mgO2/l, COD là 463mgO 2 /l, TSS là

373mg/l, TKN là 536 mg/l, TP là 318 mg/l, NH 4 -N là 259 mg/l) Nhưng theo đề tài

Bài viết "Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải bằng bể biogas của một số trang trại chăn nuôi heo ở đồng bằng sông Hồng" thuộc Đại học Nông Nghiệp Hà Nội đã trình bày các kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý chất thải từ chăn nuôi heo thông qua hệ thống bể biogas Nghiên cứu cho thấy bể biogas không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả cho các trang trại Các trang trại sử dụng bể biogas đã ghi nhận sự cải thiện rõ rệt trong quản lý chất thải và tiết kiệm chi phí năng lượng.

Các chỉ số chất lượng nước thải chăn nuôi heo sau biogas bao gồm BOD 5 đạt 179 mgO2/l, COD 507 mgO2/l, TKN 139 mg/l và NH4-N 27 mg/l Điều này cho thấy sự vận hành của các hệ thống biogas trong các cơ sở chăn nuôi heo khác nhau là không đồng nhất và không được chuẩn hóa theo một quy trình cụ thể Do đó, cần tiến hành mô hình hóa với các kết quả đầu vào chất lượng nước thải như đã nêu trong bảng 3.1.

Phương pháp thực hiện

3.3.1Nghiên c ứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của cây thủy sinh trên mô hình đất ngập nước kiến tạo

3.3.1.1 So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm bảo hòa và không bảo hòa với thời gian lưu nước 3 ngày, lưu lượng là 0,105 (m 3 /m 2 ngày)

Hệ thống gồm các bể sau:

Bể cấp nước là hệ thống cung cấp nước thải được bơm lên các bể đặt cao 2.5m, cách mặt bể thí nghiệm 1m Nước thải sẽ chảy xuống các bể thí nghiệm qua các bơm định lượng Simon, giúp thiết lập thời gian lưu nước phù hợp cho từng thí nghiệm.

_Hệ thống bể thí nghiệm gồm có 3 bể plastic và được bố trí thành 2 dãy bể ( 1 dãy 1 bể và 1 dãy 2 bể)

Trước khi tiến hành thí nghiệm, cần chuẩn bị các yếu tố cho mô hình, bao gồm sậy trồng 1 năm tuổi trong mô hình xử lý và mô hình dòng chảy ngầm đứng với diện tích 1m² Thí nghiệm sẽ được thực hiện theo các bước đã định sẵn.

• DC: Nghiệm thức đối chứng là mô hình không trồng cây

• Sậy: Nghiệm thức trồng sậy trên mô hình

• Lục Bình: Nghiệm thức trồng lục bình trên mô hình

• Các chỉ tiêu theo dõi: TSS, BOD, COD, Nitơ tổng, Phosphor tổng, NO3

Sơ đồ 3.1 Bể thí nghiệm với thời gian lưu nước 3 ngày

Miêu tả thí nghiệm: Mô hình bão hòa và không bão hòa có 2 bể: Đối chứng và sậy

Mô hình lục bình không có đối chứng, và sau 3 ngày thu mẫu từ mô hình đối chứng và sậy, mô hình sậy được nối tiếp với mô hình lục bình Cuối cùng, mẫu đầu ra được thu thập sau 3 ngày lưu nước trong mô hình lục bình.

3.3.1.2So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas của mô hình đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm bảo hòa và không bảo hòa với thời gian lưu nước 6 ngày, lưu lượng là 0,053 (m 3 /m 2 ngày)

Mô hình dòng chảy đứng Đối chứng

Sơ đồ 3.2 Bể thí nghiệm với thời gian lưu nước 6 ngày

Miêu tả thí nghiệm: Mô hình bão hòa và không bão hòa có 2 bể: Đối chứng và sậy

Mô hình lục bình không có đối chứng và sau 6 ngày thu mẫu từ mô hình đối chứng và sậy Tiếp theo, mô hình sậy được kết nối với mô hình lục bình, và mẫu đầu ra được thu thập sau 6 ngày lưu nước trong mô hình lục bình.

3.3.1.3 Cấu trúc bể thí nghiệm

• Mô hình bão hòa lục bình

Mô hình dòng chảy đứng Đối chứng

Hình 3.3 Cấu trúc bể thí nghiệm mô hình bão hòa lục bình

• Mô hình không bão hòa lục bình

Hình 3.4 Cấu trúc bể thí nghiệm mô hình không bão hòa lục bình

Mẫu được thu thập bằng xô nhựa với nước chảy ra tự nhiên nhờ áp lực từ máy bơm Quá trình lấy mẫu diễn ra liên tục trong 3 ngày Đối với mô hình bão hòa, mẫu được lấy cách bề mặt khoảng 20cm, trong khi mô hình không bão hòa lấy mẫu ở đáy bễ.

Với thời gian lưu nước 3 ngày, quá trình bắt đầu vào ngày thứ nhất với việc chạy mô hình Sau đó, vào ngày 4, 5, 6, tiến hành lấy mẫu và tiếp tục qua bể lục bình, trước khi lấy mẫu vào ngày 7, 8, 9.

Với thời gian lưu nước 6 ngày, quá trình bắt đầu từ ngày thứ nhất khi mô hình được chạy, sau đó tiến hành lấy mẫu vào các ngày 7, 8, 9 Tiếp theo, mẫu sẽ được nối tiếp qua bể lục bình và tiếp tục lấy mẫu vào ngày 13, 14, 15.

3.3.2Nghiên c ứu khả năng sử dụng nước thải chăn nuôi sau biogas làm nguồndinh dưỡng của cây sậy

Nghiên cứu này nhằm xác định phản ứng của thực vật đối với môi trường nước thải chăn nuôi sau biogas, từ đó đánh giá khả năng sử dụng nước thải này như một nguồn dinh dưỡng hỗ trợ cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.

Bằng cách theo dõi các chỉ tiêu đạm tích lũy trong cát và phân bố đạm trong thực vật, chúng ta có thể đánh giá khả năng sử dụng đạm từ nước thải chăn nuôi sau biogas để hỗ trợ sự phát triển của cây trồng.

Các chỉ tiêu cần khảo sát để thấy khả năng sử dụng nguồn dinh dưỡng đạm trong nước thải chăn nuôi sau biogas của cây sậy

 Sự tăng sinh khối (tươi và khô) của cây sậy trong môi trường nước thải chăn nuôi sau biogas

Trước khi thực hiện thí nghiệm, cần đo chiều cao và khối lượng của cây Sau khi thí nghiệm hoàn tất, tiến hành cân đo lại chiều cao và khối lượng để xác định khối lượng sinh khối tươi của cây.

Từ đó xác định tốc độ tăng sinh khối của cây, thể hiện khả năng chống chịu của cây trong môi trường nước thải chăn nuôi heo sau biogas

 Chỉ tiêu năng suất sinh khối của cây (tươi và khô)

Sau khi đo trọng lượng sinh khối thô của cây, tiếp tục tiến hành đo sinh khối khô Đầu tiên, cân trọng lượng ban đầu của mẫu, sau đó sấy khô mẫu ở nhiệt độ 103 – 105 độ C cho đến khi đạt khối lượng không đổi Tiếp theo, hút ẩm mẫu trong bình hút ẩm trong 1 giờ và cân lại trọng lượng khô của mẫu Qua đó, có thể xác định được năng suất sinh khối thực sự của cây.

Năng suất sinh khối thực sự được đo bằng kg chất khô và là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng sinh trưởng của thực vật Để tính toán năng suất sinh khối, cần áp dụng công thức cụ thể.

N t = N 0 X t Trong đó: N t : Khối lượng cây sau một thời gian kiểm tra (g).

N 0 : Khối lượng cây ban đầu (g)

X: Hệ số tăng hằng ngày

Sự tích lũy nitrogen trong cát và sự phân bố nitrogen trong các bộ phận của cây như rễ, thân, và lá là rất quan trọng Sau khi mô hình vận hành hoàn tất, mẫu cát sẽ được thu gom và trộn đều để tạo thành một mẫu đồng nhất, giúp nghiên cứu hiệu quả hơn về sự phân bố nitrogen trong cây.

Các phương pháp dùng trong nghiên cứu CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Phương pháp đo thể tích thực ( độ rỗng) của mô hình đất ngập nước

Tháo hết nước trong từng mô hình, sau đó bơm nước mới vào cho đến khi mực nước đạt ngang với lớp đá trên cùng Cuối cùng, tiến hành xả nước trong mô hình ra một lần.

SVTH: Ngô Duy Thi, MSSV: 0951080085, dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến, đã tiến hành đo toàn bộ lượng nước chảy ra bằng các dụng cụ đo thể tích cho đến khi không còn nước chảy Kết quả thu được là thể tích nước đo được, phản ánh thể tích thực của các mô hình.

Phương pháp phân tích mẫu:các thông số đo và phương pháp phân tích tương ứng bảng sau:

STT Thông số Phương pháp phân tích

1 SS Phương pháp khối lượng

2 BOD Phương pháp đo hàm lượng oxy hòa tan

3 COD Phương pháp đun kín

4 Nitơ tổng Phương pháp Kjedalh

5 Phosphor tổng Phương pháp quang phổ hấp thụ phân từ

Cadmium (Cd) Phản ứng điazo hóa

Phương pháp xử lý số liệu: Thí nghiệm được thực hiện 2-3 lần lấy kết quả trung bình

Giá trị trung bình được sử dụng để tính toán và biểu diễn trên đồ thị, trong khi số liệu cụ thể về giá trị trung bình và sai số của nó được trình bày chi tiết trong phụ lục.

Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Các chỉ tiêu lý, hóa, sinh học của nước đầu ra

4.1.1.1 Biến đổi BOD 5 của các nghiệm thức

Giá trị BOD là chỉ số quan trọng thể hiện khả năng phân hủy sinh học của các chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi sau biogas Tỷ lệ BOD5/COD trong nước thải này khoảng 0.55, với BOD5 đầu vào đạt 349 mgO2/l, cho thấy BOD5 đầu ra đã giảm đáng kể.

Hình 4.1Biểu đồ so sánh khả năng xử lý BOD5(mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Bảng 4.1Hiệu quả xử lý BOD5 của mô hình bão hòa

BOD5 đầuvào Hiệu quả xử lý %

Thời gian (Ngày) Đầu vào Đối chứng

(mgO2/l) 3 ngày 6 ngày Đối chứng Thí nghiệm Đối chứng Thí nghiệm

Hình 4.2Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý BOD5(mgO 2 /L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Với thời gian lưu nước 3 ngày lưu lượng (0.105 m/ngày) cho thấy hiệu quả xử lý

BOD 5 của hệ thống đất ngập nước nhân tạo tương đối cao, cụ thể BOD5 đầu ra của

MH sậy có chỉ số oxy hòa tan đo được là 85 mgO2/l, thấp hơn so với mẫu đối chứng là 96 mgO2/l, đạt hiệu suất 75.6% so với đầu vào Tải lượng BOD5 của MH sậy được ghi nhận là 8.93 g/m²/ngày, trong khi mẫu đối chứng có tải lượng BOD5 là 10.08 g/m²/ngày.

Với thời gian lưu nước 6 ngày và lưu lượng 0.0525 m³/ngày, hiệu quả xử lý BOD5 đã giảm rõ rệt Cụ thể, BOD5 đầu ra của mẫu MH sậy là 25 mgO2/l, thấp hơn so với mẫu đối chứng là 32 mgO2/l, đạt hiệu suất 92.8% so với đầu vào.

MH sậy là 3.68g/m 2 /ngày MH đối chứng là 5.99 g/m 2 /ngày

Trong thời gian lưu nước 3 đến 6 ngày, hiệu quả xử lý của MH sậy và đối chứng tương đương nhau Điều này cho thấy vai trò xử lý của chất hữu cơ, đại diện bởi BOD5, chủ yếu phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và kị khí, dẫn đến không có sự khác biệt về hiệu suất giữa hai phương pháp.

Thời gian (Ngày) Đối chứngSậy

Trong nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas, SVTH Ngô Duy Thi (MSSV: 0951080085) dưới sự hướng dẫn của ThS Vũ Hải Yến đã tiến hành xử lý BOD5 Kết quả cho thấy, số lượng cần thiết của các chỉ tiêu là giống nhau giữa mô hình đối chứng và thí nghiệm Sau 6 ngày, nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.

4.1.1.2 Biến đổi COD của các nghiệm thức

COD chỉ lượng chất hữu cơ có trong nước thải Với lượng COD vào là 640mgO2/l, COD đầu ra kết quả được trình bày bảng 4.3

Hình 4.3Biểu đồ so sánh khả năng xử lý COD (mgO2/L) của sậy và đối chứngcủa mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Bảng 4.2Hiệu quả xử lý CODcủa mô hình bão hòa

3 ngày 6 ngày Đối chứng Thí nghiệm Đối chứng Thí nghiệm

Thời gian (Ngày) Đầu vào Đối chứngSậyQCVN 40:2011 AQCVN 40:2011 B

Hình 4.4Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý COD (mgO2/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Với thời gian lưu nước 3 ngày

+ COD đầu vào MH đo được là 640 (mgO2/l), trong đó COD đầu ra MH sậy là 146

Hiệu suất xử lý của mẫu MH sậy đạt 77.2% với nồng độ mgO2/l là 198, trong khi mẫu đối chứng chỉ đạt 69.1% Tải lượng COD đầu ra từ MH sậy được ghi nhận là 15.33 g/m²/ngày, trong khi mẫu đối chứng có tải lượng cao hơn, đạt 20.79 g/m²/ngày.

Kết quả nghiên cứu cho thấy COD đầu ra của MH sậy đạt 52 mgO2/l, thấp hơn so với đối chứng là 139 mgO2/l, với hiệu suất xử lý đạt 91.9% so với đầu vào Điều này chứng tỏ MH sậy đã thích nghi tốt với COD trong nước thải, làm tăng hiệu quả xử lý Tải lượng COD đầu ra đo được trên MH sậy là 2.73 g/m²/ngày, trong khi MH đối chứng là 7.29 g/m²/ngày Sau 6 ngày, nước thải đầu ra đã đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.

COD đại diện cho các chất phân hủy sinh học và không phân hủy sinh học, bao gồm muối kim loại vi và đa lượng trong thức ăn gia súc Sự phân hủy sinh học do vi sinh vật tạo ra, cùng với tác động của cây trồng như tăng cường vi sinh vật bám rễ và hấp thụ, đã đóng góp quan trọng vào hiệu suất xử lý COD Chất hữu cơ được vi sinh vật sống trên rễ cây chuyển hóa thành các hợp chất đơn giản.

4.1.1.3 Biến đổi TSS của các nghiệm thức

TSS, hay tổng chất rắn lơ lửng, là một chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước Mặc dù nồng độ chất rắn lơ lửng đầu vào không cao, nhưng vẫn vượt quá giới hạn quy định trong QCVN 40:2011/BTNMT Hình 4.5 minh họa sự chênh lệch giữa TSS đầu vào và đầu ra.

Hình 4.5Biểu đồ so sánh khả năng xử TSS (mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòatrong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Bảng 4.3Hiệu quả xử lý TSScủa mô hình bão hòa

Hình 4.6Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý TSS (mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Kết quả đo TSS ở đầu ra cho thấy hiệu quả xử lý tốt, với TSS đầu vào giảm 90,6% từ 169 mg/l xuống 15,9 mg/l sau 3 ngày, và sau 6 ngày, TSS tiếp tục giảm 92,6% còn 12,5 mg/l.

TSS không phụ thuộc nhiều vào cây thủy sinh, mà chủ yếu là kết quả của quá trình lắng tụ và lọc trong hệ thống Rễ cây chỉ đóng vai trò như vật liệu lọc với hiệu quả rất thấp trong việc xử lý TSS Do đó, cấu trúc tương tự của lớp vật liệu lọc trong cả mô hình thí nghiệm và đối chứng dẫn đến kết quả TSS tương đồng Để đạt hiệu quả xử lý TSS, hệ thống cần phụ thuộc vào tính chất và kích thước của vật liệu lọc.

4.1.1.4 Biến đổi Nitrogen : Tổng nitrogen Kieldal, Nitrat (NO 3 -N), NH 4 + của các nghiệm thức

• Nitơ tổng: Nitơ tổng trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas đầu vào là 118mg/l, đây là chỉ số quan trọng và là chất dinh dưỡng cho cây

Hình 4.7Biểu đồ so sánh khả năng xử Nitơ tổng(mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Bảng 4.4Hiệu quả xử lý Nitơ tổng của mô hình bão hòa

Nitơ tổng đầu vào (mg/l)

Thời gian (Ngày) Đ ố i ch ứ ng

Hình 4.8Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý Nitơ tổng(mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Kết quả cho thấy hàm lượng Nitơ tổng tại đầu ra các MH giảm rõ rệt so với đầu vào, với Nitơ tổng đầu ra của MH sậy là 32mg/l, thấp hơn so với mức 57mg/l của đối chứng, đạt hiệu suất 72.9%.

Kết quả hàm lượng nitơ tổng giảm rất rõ rệt so với thời gian lưu nước 3 ngày và so với đầu vào

Cụ thể là Nitơ tổng đầu ra MH thí nghiệm 3mg/l thấp hơn so với đối chứng 17 mg/l và đạt hiệu suất 97.5% so với đầu vào

Quá trình xử lý nitrogen hữu cơ trong thiên nhiên diễn ra qua hai con đường chính: nitrat hóa và phản nitrat hóa, cả hai đều do vi sinh vật thực hiện Nitrat hóa xảy ra trong điều kiện có oxy hòa tan, sản phẩm tạo ra là các muối NOx-N bị oxy hóa như NO2-N và NO3-N Ngược lại, phản nitrat hóa diễn ra trong môi trường thiếu oxy, dẫn đến sản phẩm là N2, được thải trở lại khí quyển.

Nitrate và nitrite là các dạng trung gian trong quá trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ, bao gồm sản phẩm từ oxy hóa ammonia và khử nitrate Những quá trình này diễn ra trong nước tự nhiên, hệ thống cung cấp nước và nước thải.

Bảng 4.5 NO 3 - của nước đầu ra sau khi xử lýcủa mô hình bão hòa

NO3 sau xử lý (mg/l)

SVTH: Ngô Duy Thi 78 MSSV: 0951080085 GVHD: ThS Vũ Hải Yến Đối chứng Thí nghiệm Đối chứng Thí nghiệm

Bảng 4.6Hiệu quả xử lý NO3của mô hình bão hòa

Bảng 4.7NH4+ của nước đầu ra sau khi xử lýcủa mô hình bão hòa

NH4+ sau xử lý (mg/l)

Hình 4.9Biểu đồ so sánh khả năng xử NH4

+(mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Bảng 4.8Hiệu quả xử lý NH4

+của mô hình bão hòa

Hình 4.10Biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý NH4

+(mg/L) của sậy và đối chứng của mô hình bão hòa trong thời gian lưu nước 3,6 ngày

Hàm lượng nitrat đã tăng từ 1.5 mg/l lên 31.6 mg/l ở mô hình đối chứng và 21.7 mg/l ở mô hình thí nghiệm Vùng rễ cây rất giàu oxy, nhờ vào khả năng vận chuyển oxy vào thân cây, hỗ trợ cho quá trình hô hấp của các mô và giúp bộ rễ thoát khí oxy Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ, tuy nhiên lại không hỗ trợ cho quá trình phản nitrat hóa Để phản nitrat hóa xảy ra, cần có điều kiện thiếu oxy và nguồn carbon đầy đủ.

SVTH: Ngô Duy Thi 80 MSSV: 0951080085 GVHD: ThS Vũ Hải Yến lượng NO3

Kết luận

Đề tài nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas bằng phương pháp đất ngập nước kiến tạo đã đạt được các kết quả sau

• Với thời gian lưu nước 3 ngày

 Mô hình bão hòa trồng sậy BOD5 giảm 75.6%, COD giảm 77.2%, TSS giảm 90.6%, Nitơ tổng giảm 72.2%, Phosphor tổng giảm 67.2%

 Mô hình không bão hòa trồng sậy BOD5 giảm 77.7%, COD giảm 80%, TSS giảm 90.1%, Nitơ tổng giảm 60.4%, Phosphor tổng giảm 57.3%

• Với thời gian lưu nước 6 ngày

 Mô hình bão hòa trồng sậy BOD5 giảm 92.8%, COD giảm 91.9%, TSS giảm 92.6%, Nitơ tổng giảm 97.3%, Phosphor tổng giảm 75.9%

 Mô hình không bão hòa trồng sậy BOD5 giảm 94.5%, COD giảm 93.2%, TSS giảm 92.1%, Nitơ tổng giảm 87.5%, Phosphor tổng giảm 68.2%

Các chỉ tiêu BOD5, COD, và TSS đều đạt hiệu suất trên 70%, trong khi chỉ tiêu Nito tổng và phosphor cũng cho kết quả khả quan Nghiên cứu cho thấy vai trò của cây trong việc xử lý Nito tổng và phosphor rất quan trọng.

Với thời gian lưu nước 6 ngày, mô hình bão hòa và không bão hòa đã đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011 về các chỉ tiêu BOD5, COD, TSS và Nitơ tổng.

A Chỉ tiêu phosphor tổng giảm nhưng vẫn khá cao với tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT

• Xác định được mô hình bão hòa xử lý tốt Nitơ tổng và phosphor tổng hơn mô hình không bão hòa

• Xác định được khả năng xử lý của mô hình dòng chảy đứng (trồng sậy) cao hơn mô hình dòng chảy tự do (hồ lục bình)

Để xử lý hiệu quả nước thải chăn nuôi sau biogas đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011 BTNMT, cần lưu trữ nước trong thời gian 6 ngày với mô hình trồng sậy bão hòa.

Kiến nghị

• Tiếp tục nghiên cứu khả năng xử lý phosphor tổng để nâng cao chất lượng nước đầu ra bằng các loại cây thủy sinh khác

• Tiếp tục nghiên cứu khả năng xử lý của các cây thủy sinh khác trong việc xử lý nước thải khác.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Mô Hình Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo Sau Biogas Bằng Đất Ngập Nước Kiến Tạo
Tác giả	Ngơ Duy Thi
Người hướng dẫn	ThS. Vũ Hải Yến
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Môi Trường
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2013
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	150
Dung lượng	4,06 MB