Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
 NGÔ THỊ TUYẾT NGA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC
THẢI CHĂN NUÔI BẰNG BÃI LỌC NGẦM
TRỒNG CÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
TRỒNG CÂY

Chuyên ngành : Khoa học Môi trƣờng
Mã Số : 60.44.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. DƯ NGỌC THÀNH Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa hề bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và thông tin trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2013


Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Mục tiêu nghiên cứu 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
4.1.Ý nghĩa khoa học 3
4.2.Ý nghĩa thực tiễn 3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4
1.1. Tổng quan về chất thải từ chăn nuôi 4
1.1.1. Thành phần và tính chất của chất thải chăn nuôi 4
1.1.1.1. Nguồn phát thải ô nhiễm 4
1.1.1.2. Thành phần rắn từ chất thải chăn nuôi 5
1.1.1.3.Thành phần lỏng từ nước thải chăn nuôi 6
1.1.1.4. Thành phần khí từ chất thải chăn nuôi 9
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi 9
1.2. Các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi 11
1.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý 11
1.2.1.1. Xử lý cơ học 11
1.2.1.2. Xử lý hóa lý 11

2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp. 40
2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp. 40

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v
2.4.2.1. Phương pháp lấy mẫu . 40
2.4.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 40
2.4.2.3. Phương pháp phân tích mẫu. 44
2.4.2.5. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm 45
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46
3.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu 46
3.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của các vật liệu lọc 48
3.2.1. Hiệu suất xử lý BOD
5
48
3.2.2. Khả năng xử lý COD của các công thức vật liệu lọc 49
3.2.3. Khả năng xử lý T-N của các công thức vật liệu lọc 50
3.2.4. Hiệu suất xử lý lân tổng số: 51
3.2.5. Hiệu suất xử lý TDS: 52
3.2.6 Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công thức và DO 53
3.3. Xác định ngưỡng chịu tải lượng BOD
5
của cây tham gia thí nghiệm 55
3.3.1. Xác định nồng độ BOD
5
đầu vào của thí nghiệm 56
3.3.2. Biểu hiện kiểu hình của các loại cây trồng ở các nồng độ khác nhau 56
3.3.3. Tỉ lệ sống của các loại cây ở các nồng độ khác nhau 58
3.3.4.1. Chiều cao và tốc độ tăng trưởng chiều cao của các loại cây 59


Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính 5
Bảng 1.2. Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày 5
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm 6
Bảng 1.4. Lượng nước tiểu thải ra hằng ngày 7
Bảng 1.5. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg 7
Bảng 1.6. Tính chất thành phần và hàm lượng một số chất trong nước thải
chăn nuôi gia súc 8
Bảng 1.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu 16
Bảng 1.8. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas 17
Bảng 1.9. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải trong
nông nghiệp 17
Bảng 3.1. Bảng số liệu điều kiện thời tiết khí hậu thành phố Thái Nguyên 46
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý BOD
5
của các công thức 48
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của các công thức 49
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý T-N 50
Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý T-P của các công thức 51
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý TDS của các công thức 52
Bảng 3.7. Kết quả xác định màu sắc, mùi sau xử lý của các công thức 53
Bảng 3.8. Kết quả xác định màu EC và pH sau xử lý của các công thức (mg/l) 54
Bảng 3.9. Lượng nước cần pha tương ứng với các nồng độ cần 56
Bảng 3.10. Sự biểu hiện hình thái màu sắc lá của các loại cây ở các nồng độ
BOD


ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí 12
Hình 3.1. Chiều cao của cây trong thời gian thí nghiệm 59
Hình 3.2. Tốc độ tăng trưởng các loại cây theo các giai đoạn 62
Hình 3.3. Hiệu quả xử lý T - N của các công thức 68
Hình 3.4. Hiệu quả xử lý T - P của các công thức 70
Hình 3.5 Hiệu suất xử lý BOD
5
, COD, TSS, T- N, T- P của các công thức 77

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa hóa học
CV
Coefficient of variation
Hệ số biến động

VSV

Vi sinh vật
UASB
Upflow anaerobic sludge blanket
Bể xử lý sinh học dòng chảy
ngược qua tầng bùn kỵ khí
EC

Độ dẫn điện
EGSB
Expanded Granular Sludge Bed
Hệ thống xử lý kỵ khí

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
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.
Nước thải phát sinh từ mọi hoạt động sống, hoạt động sản xuất của con
người. Kinh tế phát triển, nhu cầu sử dụng nước ngày một và nước thải là một hệ
quả tất yếu. 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 là: nước thải
chăn nuôi.
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, hội nhập kinh nền kinh tế quốc tế,

2
S, CH
4
, N
2
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, Tuy
nhiên việc áp dụng các biện pháp đó tốn kém và có thể gây ô nhiễm thứ sinh.
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 cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời góp phần
làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường của địa phương.
Mặt khác, Việt Nam là nước nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm, rất thích hợp cho sự
phát triển của các loại thực vật thủy sinh. Do vậy, tôi lựa chọn đề tài“ Nghiên
cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây ”
2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nói chung và nước thải chăn nuôi nói
riêng bằng công nghệ rẻ tiền, có chi phí xây dựng cũng như vận hành bảo dưỡng
thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường
và cho phép tái sử dụng nước thải sau xử lý trong nông nghiệp.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu các công thức vật liệu lọc để tìm ra công thức cho hiệu quả
xử lý tốt nhất
- Xác định độ dẫn thủy lực của một số loại vật liệu lọc và tải trọng thủy
lực tối ưu

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/


tập đến gây mất vệ sinh và làm tăng sự ô nhiễm đối với môi trường. [12]
Hàng ngày, gia súc và gia cầm thải ra một lượng phân và nước tiểu rất lớn.
Khối lượng phân và nước tiểu được thải ra có thể chiếm từ 1,5 – 6% khối lượng
cơ thể gia súc. Các chất thải này chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm. Theo
Nguyễn Thị Hoa Lý,1994,các chỉ tiêu ô nhiễm trong chất thải của gia súc đều cao
hơn của người theo tỉ lệ tương ứng BOD5 là 5:1, Ntổng là 7:1, TS là 10:1,…[15]
Khối lượng chất thải chăn nuôi tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn
phát triển, khẩu phần thức ăn và thể trọng gia súc và gia cầm. Riêng đối với gia
súc, lượng phân và nước tiểu tăng nhanh theo quá trình tăng thể trọng. Nếu tính
trung bình theo khối cơ thể thì lượng phân thải ra mỗi ngày của vật nuôi rất cao,
nhất là đối với gia súc cao sản.

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5
Bảng 1.1. Lƣợng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính
trên % khối lƣợng cơ thể
Loại gia súc
Tỷ lệ % phân
so với khối lƣợng cơ thể
Lợn
6 – 8
Bò sữa
7 – 8
Bò thịt
5 – 8
Gà, vịt
5
Nguồn: Lochr,1984
Ngoài phân và nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, các

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

6
là nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho cây trồng và làm tăng độ màu mỡ của
đất. Vì vậy, trong thực tế thường dùng phân để bón cho cây trồng, vừa tận dụng
được nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải phát tán trong môi
trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu của Trương Thanh
Cảnh (2010), hàm lượng N tổng số trong phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32g/kg
phân. Đây là nguồn dinh dưỡng có giá trị, cây trồng dễ hấp thụ và góp phần cải
tạo đất nếu như phân gia súc được sử dụng hợp lý [6]. Theo tác giả Ngô Kế
Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), thành phần N tổng số, P tổng số của một số
gia súc, gia cầm khác như sau:
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm
Loại vật nuôi
Thành phần hóa học
(% Loại vật nuôi trọng lƣợng vật nuôi)
Ntổng số
Ptổng số
Bò sữa
0,38
0,10
Bò thịt
0,70
0,20
Cừu
1,00
0.30
Gia cầm (gà)
1,20
1,20

pH
6,77 – 8,19
Vật chất khô
30,9 – 35,9
NH
4

0,13 – 0,4
N tổng
4,90 – 6,63
Tro
8,5 – 16,3
Urê
123 - 196
Carbonat
0,11 – 0,19
Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6]
- Nước thải: Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước
tắm gia súc, rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn
bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm
khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi. Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và
các ctv (2010) trên gần 1.000 trại chăn nuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh
phía Nam cho thấy hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn
nước cho gia súc. Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với
từ 20 đến 49 kg nước. Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm
cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc xử dụng nước tắm

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

8


COD
5000 – 12000
mg/l
DO
0 – 0,3
mg/l
Tổng P
36 –72
mg/l
Tổng N
220 - 460
mg/l
Dầu mỡ
5 - 58
mg/l
SS
180 – 450
mg/l
NH
4
+

15 – 28,4
mg/l
E.coli
12,6.10
6
– 68,3.10
3 Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv,2010[6]
Hình 1.1. Các sản phẩm từ quá trình phân huỷ kỵ khí các chất thải chăn nuôi
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng do chất thải chăn nuôi
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất
nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật về
chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi. Do đó năng suất chăn nuôi thấp và gây ô
nhiễm môi trường một cách trầm trọng. Ô nhiễm môi trường không những ảnh
Andehyde và Ketone
Alcohol
H
2
O, CO
2
, hydrocacbon mạch ngắn
Cacbohydrat
Các Axit hữu cơ
H
2
O, CO
2
và CH
4Axit béo
Andehyde và Ketone

bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn
nuôi còn có chứa Coliform, E.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều
lần so với tiêu chuẩn cho phép.
Ô nhiễm môi trường khu vực trại chăn nuôi do sự phân huỷ các chất hữu cơ có
mặt trong phân và nước thải của lợn. Sau khi chất thải ra khỏi cơ thể của lợn thì các
chất khí đã lập tức bay lên, khí thải chăn nuôi bao gồm hỗn hợp nhiều loại khí trong
đó có trên 40 loại gây mùi, chủ yếu là H
2
S và NH
3
. Trong điều kiện kỵ khí cộng với
sự có mặt của vi khuẩn trong phân và nước thải xảy ra quá trình khử các ion
sunphát (SO
4
2-
) thành sunphua (S
2-
). Trong điều kiện bình thường thì H
2
S là một

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

11
trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi. Nồng độ S
2-
tại hố thu
nước thải chăn nuôi lợn có thể lên đến 330 mg/l cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn
(theo TCVN 5945-2005 cột C nồng độ sunfua là 1,0mg/l).
Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các

bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác
bởi những enzym đặc biệt. Sơ đồ biểu diễn tổng quát quá trình xử lý kỵ khí [39] Nguồn: Viney, 2004[39]
Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí.
Biện pháp xử lý kỵ khí cho chất lượng nước đầu ra còn chứa nhiều hợp chất
có mùi hôi, vì vậy chúng chỉ được coi là một bước tiền xử lý trong hệ thống xử lý.
1.2.3. Xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí
1.2.3.1. Các quá trình trong quá trình hiếu khí
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
C
x
H
y
O
z

Methane
70
30

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

13
- Tổng hợp tế bào mới:
C
x
H
y
O
z
+ O
2
+ NH
3
Enzyme
TÕ bµo vi khuÈn (C
5
H
7
O
2
N)+CO
2
+ H
2
O - H

Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ: chất hữu cơ, cặn lơ
lửng hoặc trứng giun sán.
+ Bể lọc nhỏ giọt: vật liệu lọc là sỏi nhẹ, than đường kính hạt 20 - 50
mm. Chiều dày lớp vật liệu lọc từ 1,5 - 2,0 m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các
cửa thông gió xung quanh bể hoặc cấp khí cưỡng bức. Tải trọng của bể lọc sinh
học nhỏ giọt thấp 0,1-0,2 kgBOD/m
3
VLL, tải trọng thủy lực 1-3m
3
nước thải/m
2

bề mặt bể.ngày. Thông thường hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học nhỏ giọt
E=75-90% [16].
+ Bể lọc sinh học cao tải: chiều dày lớp vật liệu lọc khoảng 2,0 - 4,0 m. Bể
được cấp khí cưỡng bức với lưu lượng 8-12 m
3
khí/m
3
nước thải. Tải trọng của bể lọc
sinh học cao tải 0,2-1,5 kgBOD/m
3
VLL, tải trọng thủy lực 10-30m
3
nước thải/m
2
bề
mặt bể.ngày. Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học cao tải E=60-85% [16].