ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU THỊ CÚC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TUẦN HOÀN
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG KẾT HỢP
MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO
VÀ MÔ HÌNH AQUAPONICS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU THỊ CÚC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TUẦN HOÀN
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG KẾT HỢP
MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO
VÀ MÔ HÌNH AQUAPONICS
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. DƯ NGỌC THÀNH


Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới sự giúp đỡ tận
tình, quý báu đó!
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn

Lưu Thị Cúc


iii

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 3
3. Ý nghĩa của đề tài .......................................................................................... 3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4
1.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................................. 4
1.2. Tổng quan về nước thải chăn nuôi ............................................................. 4
1.2.1. Khái niệm về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi ................................ 4
1.2.2. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi ................................................ 5
1.2.3. Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi .............................................. 5
1.2.4. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn .................................... 7

3.1. Điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu khu vực nghiên cứu ..................... 37
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 37
3.1.2. Thời tiết - Khí hậu ................................................................................. 37
3.1.3. Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu đến nghiên cứu ......... 38
3.2. Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình nghiên cứu với các công thức
thí nghiệm khác nhau .............................................................................. 40
3.2.1. Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào ................................................ 40
3.2.2. Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý của các công thức
thí nghiệm .............................................................................................. 42
3.2.3. So sánh hiệu quả xử lý nước thải của các công thức thí nghiệm .......... 49
3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế và đề xuất giải pháp ....................................... 53
3.3.1. Tính toán tổng thu của từng công thức ................................................. 53


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu,
kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kì công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn
này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ
nguồn gốc./.

Tác giả luận văn

Lưu Thị Cúc


vi


DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

LSD

Least significant difference

Sai khác nhỏ nhất

National Technical Regulation

Qui chuẩn Việt Nam

QCVN

on industrial wastewater

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS

Total Suspended Solids

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Bảng 2.3. Hệ động vật sử dụng trong mô hình Aquaponics ........................... 29
Bảng 2.4. Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp phân tích ............................ 34
Bảng 3.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa – sinh học của nước thải
đầu vào............................................................................................. 40
Bảng 3.2. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu Vật lý của nước thải đầu vào ........ 41
Bảng 3.3. Khả năng xử lý BOD5 trong nước thải của các công thức thí nghiệm ... 42
Bảng 3.4. Khả năng xử lý COD trong nước thải của các công thức thí nghiệm..... 43
Bảng 3.5. Khả năng xử lý T-P trong nước thải của các công thức thí nghiệm ....... 44
Bảng 3.6. Khả năng xử lý T-N trong nước thải của các công thức thí nghiệm ...... 45
Bảng 3.7. Khả năng xử lý Coliform trong nước thải của các công thức thí nghiệm ... 46
Bảng 3.8. Khả năng xử lý TSS trong nước thải của các công thức thí nghiệm .... 48
Bảng 3.9. Khả năng xử lý EC và pH của các công thức thí nghiệm............... 48
Bảng 3.10. Khả năng xử lý Màu và mùi nước thải của các công thức thí nghiệm...... 49
Bảng 3.11. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của thực - động vật trong
mô hình nghiên cứu ........................................................................ 53
Bảng 3.12. Tổng thu của 3 công thức sau 03 tháng chạy mô hình ................. 54
Bảng 3.13. Tổng chi của 3 công thức sau 3 tháng chạy mô hình ................... 55
Bảng 3.14. So sánh hiệu quả kinh tế của 3 công thức thí nghiệm sau 03
tháng chạy mô hình ......................................................................... 56


viii

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt..................................................... 11
Hình 1.2. Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm .................................................. 12
Hình 1.3. Chu kỳ Nito trong mô hình Aquaponics ......................................... 15
Hình 1.4. Cấu tạo 1 mô hình Aquaponics điển hình ....................................... 16
Hình 1.5. Thành phần trái dừa ........................................................................ 25

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
môi trường (QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp
đỡ tạo điều kiện thuận lợi nhất, những ý kiến đóng góp và những lời chỉ bảo quý
báu của tập thể và cá nhân trong và ngoài trường đại học Nông Lâm Thái
Nguyên. Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc TS. Dư Ngọc Thành là
người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài
và hoàn thành luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Ủy
ban nhân dân thành phố Lào Cai, Công ty TNHH Giải pháp Kỹ thuật và Truyền
thông môi trường và các cơ quan ban ngành khác có liên quan tạo điều kiện cho
tôi thu thập số liệu, những thông tin cần thiết để thực hiện luận văn này.
Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới sự giúp đỡ tận
tình, quý báu đó!
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn

Lưu Thị Cúc

- Xử lý được nước thải chăn nuôi, bảo vệ môi trường.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. 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. [8]
1.2. Tổng quan về nước thải chăn nuôi
1.2.1. 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

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.


6

Bảng 1.1. Thành phần hóa học nước thải của lợn [15]
STT
1
2
3
4
5
6
7

Đặc tính
Vật chất khô
NH4-N
Nt
Tro
Urea
Cacbonates
pH

Đơn vị
g/kg
g/kg
g/kg

3
4
5
6
7
8

Đặc tính
Độ màu
Độ đục
BOD5
COD
SS
Pt
Nt
Dầu mỡ

Đơn vị
Pt-CO
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

Giá trị
350 - 870
420 - 550

1.2.5. Thực trạng xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay ở Việt Nam .................. 8
1.3. Tổng quan về đất ngập nước kiến tạo ...................................................... 10
1.3.1. Khái niệm đất ngập nước kiến tạo ........................................................ 10
1.3.2. Các loại hình đất ngập nước nhân tạo ................................................... 11
1.3.3. Cấu tạo của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm hay bãi lọc
trồng cây dòng chảy ngầm (SSF) .......................................................... 13
1.4. Tổng quan về Aquaponics........................................................................ 14
1.4.1. Khái niệm về Aquaponics ..................................................................... 14
1.4.2. Đặc trưng cơ bản của Aquaponics ........................................................ 14


8

+ Tháp lọc sinh học;
+ Tháp lọc sinh học nhỏ giọt;
+ Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC).
- Xử lý theo phương pháp kỵ khí:
+ Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước từ dưới lên (UASB);
+ Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc;
+ Bể lọc kỵ khí;
+ Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp
vật liệu lọc cố định.
* Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học.
- Hồ sinh học:
+ Hồ hiếu khí;
+ Hồ làm thoáng tự nhiên;
+ Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Hồ tùy nghi; Hồ kỵ khí; Hồ xử lý
bổ sung;
+ Cánh đồng tưới;
+ Vùng đất ngập nước (bãi lọc ngầm trồng cây - Constructed Wetland).

QCVN 40-20111(cột B)
-

Mùi

-

Hôi

Không có mùi

COD

mg/l

661.04

150

BOD5

mg/l

484.76

50

T-N

mg/l


mg/l

850.68

100

pH

-

7.96

5.5-9

EC

mS/m

8518

-

Qua bảng 1.3 ta thấy: Nước thải tuy đã được xử lý qua bể biogas nhưng
hàm lượng các chất hữu cơ, các cặn bẩn vẫn còn rất cao, đặc biệt như:
- BOD5 là 484.76 mg/l trong đó TCCP là 50 mg/l, như vậy vượt TCCP là
9.69 lần.
- COD là 611.04 mg/l, trong đó TCCP là 150 mg/l, như vậy vượt TCCP là
4.1 lần.
- T-N là 410.43 mg/l trong đó TCCP là 40mg/l, như vậy vượt TCCP 10.26 lần.

thành phần trong hệ thống các công trình xử lý nước thải sau bể tự hoại hay
sau xử lý bậc hai. [1]


11

1.3.2. Các loại hình đất ngập nước nhân tạo
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy:
Loại dòng chảy tự do trên mặt đất (Free surface flow) và loại chạy ngầm trong
đất (Subsurface slow).
1.3.2.1. Đất ngập nước có dòng chảy bề mặt (Surface flow wetland - SFW)
hay bãi lọc trồng cây ngập nước
Hệ thống này mô phỏng một đầm lầy hay đất ngập nước trong điều kiện
tự nhiên. Dưới đáy bãi lọc là một lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc rải một
lớp vải nhựa chống thấm. Trên lớp chống thấm là đất hoặc vật liệu phù hợp cho
sự phát triển của thực vật có thân nhô lên khỏi mặt nước. Dòng nước thải chảy
ngang trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Hình dạng bãi lọc này thường là kênh dài hẹp,
vận tốc dòng chảy chậm, thân cây trồng nhô lên trong bãi lọc là những điều kiện
cần thiết để tạo nên chế độ thuỷ kiểu dòng chảy đẩy (plug-flow). [1]

Hình 1.1. Bãi lọc trồng cây dòng chảy mặt
1.3.2.2. Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm hay đất ngập nước dòng chảy dưới
bề mặt đất ngập nước (Subsurface flow wetland)
Hệ thống này chỉ mới xuất hiện gần đây và được biết đến với các tên
gọi khác nhau như lọc ngầm trồng cây (Vegetated submerged bed - VBS), hệ
thống xử lý với vùng rễ (Root zone system), bể lọc với vật liệu sỏi trồng sậy


12


vùng đất ngập nước của SSF được thiết kế để nước chảy theo chiều ngang
hoặc theo chiều dọc thông qua các bề mặt và dưới bề mặt mặt đất. Các loài
thực vật được trồng phổ biến nhất trong bãi lọc là Cỏ nến, Sậy, Cói, Bấc,
Lách,... oxy cung cấp cho bề mặt và cho phép sinh học tăng trưởng tích lũy về
nguồn gốc của nó. Vi khuẩn và nấm có lợi sống trong chất nền như màng sinh
học gắn liền với các hạt chất nền. Dòng chảy được duy trì bởi đáy và độ dốc
hoặc một cấu trúc điều chỉnh cho phép mực nước được hạ xuống ở cuối nền.
Loại này ít tốn kém và tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn loại chảy
ngầm, nhưng hiệu quả xử lý kém hơn, tốn diện tích đất nhiều hơn và có thể
phải giải quyết thêm vấn đề muỗi và côn trùng phát triển. [15]
1.3.3. Cấu tạo của đất ngập nước kiến tạo dòng chảy ngầm hay bãi lọc
trồng cây dòng chảy ngầm (SSF)
- Cấu tạo: Về cơ bản cũng tương tự như bãi lọc trồng cây ngập nước,
nhưng nước thải chảy ngầm trong lớp lọc của bãi lọc. Lớp lọc, nơi thực vật
phát triển trên đó thường có đất, cát, sỏi và đá, được xếp thứ tự từ trên xuống
dưới, giữ độ xốp của lớp lọc. [1]
- Loại này bao gồm cả các loại bãi lọc có dòng chảy nằm ngang (HF)
hay dòng chảy thẳng đứng (VF) từ dưới lên, từ trên xuống.
- Lớp vật liệu bảo đảm sự sinh trưởng cho thực vật bao gồm đất, cát, sỏi,
đá, được xếp theo thứ tự đó từ trên xuống nhằm tạo độ xốp tốt hơn. Kiểu dòng
chảy của nước thải có thể là hướng lên trên, hướng xuống dưới, ngang; kiểu
dòng chảy ngang là phổ biến nhất. Hầu hết các SSF được thiết kế với độ dốc 1%
hay hơn một chút. [4]


14

- Nước thải chảy qua các vùng lọc, sẽ được làm sạch nhờ tiếp xúc với
bề mặt của chất liệu lọc, rễ thực vật. Vùng ngầm thường thiếu oxy, nhưng
thực vật có thể vận chuyển lượng oxy dư thừa tới phần rễ, bằng cách đó tạo ra

1.4.4. Lợi ích sử dụng Aquaponics ................................................................. 16
1.5. Cơ sở khoa học của nghiên cứu ............................................................... 17
1.5.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài................................................................ 17
1.5.2. Các nghiên cứu ở trong nước ................................................................ 24
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 28
2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................... 28
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu............................................................ 28
2.3. Nội dung nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi .......................................... 28
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 29
2.4.1. Phương pháp thiết kế mô hình thí nghiệm ............................................ 29
2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 33
2.4.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích ....................................................... 34
2.4.4. Phương pháp tổng hợp và so sánh ........................................................ 36
2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 36
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................ 37

3.1. Điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu khu vực nghiên cứu ..................... 37
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 37
3.1.2. Thời tiết - Khí hậu ................................................................................. 37
3.1.3. Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, thời tiết - khí hậu đến nghiên cứu ......... 38
3.2. Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình nghiên cứu với các công thức
thí nghiệm khác nhau .............................................................................. 40
3.2.1. Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào ................................................ 40
3.2.2. Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý của các công thức
thí nghiệm .............................................................................................. 42
3.2.3. So sánh hiệu quả xử lý nước thải của các công thức thí nghiệm .......... 49
3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế và đề xuất giải pháp ....................................... 53
3.3.1. Tính toán tổng thu của từng công thức ................................................. 53