Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trại Xuân Thọ III bằng quá trình lọc sinh học kị khí

Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 3 1.1 Giới thiệu về trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 1.1.1 Vị trí Ấp Thọ Hoà, xã Xuân Thọ, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai. ¾ Phía Bắc giáp khu đất trồng mía. ¾ Phía Nam giáp khu đất trồng điều. ¾ Phía Đông giáp ruộng lúa và mía. ¾ Phía Tây giáp khu đất trồng điều. 1.1.2 Diện tích Tổng diện tích đất sử dụng: 40000 m2. Trong đó diện tích đất xây dựng chiếm 14700 m2. 1.1.3 Qui mô và hình thức kinh doanh Toàn trại có tổng cộng 12 trại nhỏ, mỗi trại được phân làm 2 dãy. Số lượng heo trong mỗi dãy khoảng 800-850 con. Hiện tại, tổng đàn heo của toàn trại khoảng 20 000 con bao gồm cả heo con (nuôi trong lồng ấm) và heo trưởng thành (nuôi trong chuồng trại) Hình thức kinh doanh là nuôi gia công ( liên kết với công ty CP - Việt Nam) ¾ Hợp tác xã có trách nhiệm: 1. Đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, chuồng trại đạt tiêu chuẩn mà đối tác yêu cầu. 2. Cung cấp nhân công phục vụ chăn nuôi. 3. Trực tiếp quản lý trang trại. 4. Bảo quản và sử dụng đúng tài sản mà công ty CP cung cấp. 5. Quản lý, chăm sóc heo theo đúng những hướng dẫn của công ty CP. ¾ Công ty CP Việt Nam chịu trách nhiệm: Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 4 1. Cung cấp con giống, thức ăn gia súc, thuốc thú y (sát trùng, kháng sinh, vaccin…),các phương tiện kỹ thuật phục vụ chăn nuôi cho Hợp tác xã. 2. Cử cán bộ kỹ thuật đến hướng dẫn kỹ thuật chăn nuôi, cách quản lý, sắp xếp, phương pháp phòng bệnh. 3. Bao tiêu sản phẩm với giá ổn định. 1.1.4 Qui trình chăn nuôi heo của trại Hình 1.1: Sơ đồ qui trình chăn nuôi heo của trại Trại áp dụng qui trình chăn nuôi heo tiên tiến của Thái Lan. Con giống 2-3 tuần tuổi có trọng lượng không dưới 4,5 kg (do công ty cổ phần Việt Nam cung cấp) được nuôi trong lồng ấm đến khi đạt trọng lượng khoảng 25 kg thì được chuyển sang nuôi chuồng trại. Sau khi nuôi trong chuồng trại khoảng 4 tháng, các chuyên gia kỹ thuật của công ty CP sẽ chọn lọc những con đạt yêu cầu để nuôi tiếp làm heo giống, còn những con không đạt yêu cầu được đem bán đi để nuôi heo thịt. Số lượng con giống từ 10 000-20 000 con, cung cấp theo từng đợt tuỳ thuộc vào điều kiện chăn nuôi, địa điểm và thời gian do hợp tác xã qui định. Trong suốt thời gian nuôi, Hợp tác xã phải chịu trách nhiệm quản lý, chăm sóc heo thật nghiêm ngặt theo đúng hướng dẫn của công ty CP. Mật độ heo trong lồng ấm gấp đôi đôi so với trong chuồng trại. Đây là trại nuôi heo giống hậu bị, mỗi trại nhỏ lại được ngăn ra nhiều chuồng nhỏ, có máng ăn tự động, có hồ tắm mát cho heo, vòi nước uống tự động. Trại được làm mát bằng hệ thống dẫn không khí thông qua tấm giấy chứa nước, nhiệt độ trong chuồng luôn thấp hơn 5-80C so với nhiệt độ bên ngoài. CON GIỐNG 2-3 tuần tuổi NUÔI LỒNG ẤM CHUỒNG TRẠI CHỌN LỌC BÁN NUÔI HEO GIỐNG đạt yêu cầu không đạt Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 5 1.1.5 Nguyên liệu, sản phẩm và công suất Công ty CP-Việt Nam cung cấp con giống 2-3 tuần tuổi, trọng lượng không thấp hơn 4.5 kg, số lượng từ 10-20 ngàn con. Thức ăn cho heo do Công ty CP-Việt Nam cung cấp khoảng 10 tấn/ngày. Sản phẩm của trại chăn nuôi heo là heo giống hậu bị. Công suất: 10.000 con / 6tháng. Chất lượng đáp ứng yêu cầu heo giống cho công ty CP-Việt Nam. Công ty CP bao tiêu toàn bộ sản phẩm. 1.1.6 Nhu cầu sử dụng nước Tắm rửa heo và vệ sinh chuồng trại: 294 m3/ngày. Nước sinh hoạt cho công nhân: 19 người x 50 l/người.ngày = 1 m3/ngày Nước tưới cây xanh trong khuôn viên: 5 m3/ngày. Như vậy, tổng lượng nước sử dụng cho toàn trại là 300 m3/ngày. 1.1.7. Lượng nước thải phát sinh Hiện nay, với tổng lượng heo là 20 000 con, lưu lượng nước thải khoảng 300 m3/ngày. Nước thải chủ yếu từ khâu tắm heo và dọn dẹp vệ sinh chuồng trại bao gồm: phân, nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại. 1.2 Ô nhiễm môi trường phát sinh từ trại chăn nuôi heo 1.2.1 Ô nhiễm do nước thải Việc dọn dẹp chuồng bằng nước sử dụng khá rộng rãi đã tạo ra 1 lượng nước thải khá lớn. Hiện nay với tổng đàn heo là 20 000 con, lượng nước thải ra hàng ngày của trại khoảng 300 m3. Nước thải chủ yếu phát sinh từ khâu dọn dẹp, vệ sinh chuồng trại bao gồm: phân, nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi heo là: ô nhiễm hữu cơ; ô nhiễm N, P và chứa nhiều loại vi trùng , vi khuẩn gây bệnh. 9 Các chất hữu cơ và vô cơ: Những chất hữu cơ chưa được gia súc đồng hoá, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác.Thức ăn dư thừa cũng là 1 nguồn gây ô nhiễm hữu cơ. Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 6 Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80 % gồm protit, acid amin, chất béo, hydratcarbon và các dẫn xuất của chúng. Hầu hết là các chất hữu cơ dễ phân huỷ, giàu Nitơ, Photpho. Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, amonium, muối chlorua, sulfate… Các hợp chất hoá học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân huỷ. Tùy điều kiện hiếmhí hay kị khí mà quá trình phân huỷ tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehide, CO2, H2O, NH3, H2S. Nếu quá trình phân huỷ có mặt O2 sản phẩm tạo thành sẽ là CO2, H2O, NO2, NO3. Còn nếu quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện thiếu khí thì tạo thành các sản phẩm CH4, N2, NH3, H2S, Indol, Scatol…Các chất khí sinh ra do quá trình phân huỷ kị khí và thiếu khí như NH3, H2S…gây ra mùi hôi thối trong khu vực nuôi ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí 9 Nitơ và Photpho: Khả năng hấp thụ Nitơ và photpho của gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa Nitơ, Photpho vào thì chúng sẽ bị bài thiết theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng Nitơ và photpho rất cao. Hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải của trại chăn nuôi đo được sau khi ra biogas từ 571 – 594 mg/l, Photpho từ 13.8-62 mg/l. Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với heo trưởng thành khi ăn vào 100 g Nitơ thì: 30 g được giữ lại cơ thể, 50 g bài tiết ra ngoài theo nước tiểu dưới dạng ure, còn 20 g ở dạng phân Nitơ vi sinh khó phân huỷ và an toàn cho môi trường. Nitơ bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure nhanh chóng chuyển hoá thành NH3 theo phương trình sau: (NH2)2CO + H2O ⎯→⎯ NH4 + OH- + CO2 ⎯→← NH3↑ + CO2 + H2O Khi nước tiểu và phân bài tiết ra ngoài, vi sinh vật sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hoá ure thành NH3, NH3 phát tán vào không khí gây mùi hôi hoặc khuyếch tán vào nước làm ô nhiễm nguồn nước. Nồng độ NH3 trong nước thải phụ thuộc vào: ¾ Lượng ure trong nước tiểu. ¾ pH của nước thải: khi pH tăng, NH4+ sẽ chuyển thành NH3. Ngược lại khi pH giảm, NH3 chuyển thành NH4+ enzime ureaza Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 7 NH3 + H2O ⎯→← NH4+ + OH- ¾ Điều kiện lưu trữ chất thải. Hàm lượng N-NH3 trong nước thải của trại sau khi ra biogas khá lớn, khoảng 304-471 mg/l, chiếm 75-85% hàm lượng N tổng. Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng lớn N, P. Đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng hoá cho các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các sinh vật sống trong nước. 9 Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, vius và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Do đó, loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm đồng thời lây lan 1 số bệnh cho người nếu không được xử lý. Theo nghiên cứu của Nanxera đối với nước thải chăn nuôi: vi trùng gây bệnh đóng dấu (Erisipelothris insidiosa) có thể tồn tại 92 ngày, Brucella từ 74-108 ngày, Samolnella từ 6-7 tháng, Leptospira 5-6 tháng, Microbacteria tuberculosis 75-150 ngày, vius lở mồm long móng (FMD) sống trong nước thải 100-120 ngày…, các loại vi trùng có nha bào như: Bacillus tetani 3-4 năm. Trứng giun sán nhiều trong nước thải chăn nuôi với nhiều loại điển hình như: Fasciolahepatica, Fasciola gigantica, Fasciolosis buski, Ascaris suum, Oesophagostomum sp, Trichocephalus dentatus… có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6-28 ngày và tồn tại 5-6 tháng. Theo A.Kigirop (1982), các loại vi trùng gây bệnh như; Samonella, E.coli và nha bào Bacilus anthrasis có thể xâm nhập theo mạch nước ngầm. Samonella có thể thấm sâu xuống lớp đất bề mặt 30-40 cm, ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải. Trứng giun sán, vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt gây dịch bệnh cho người và gia súc. Nghiên cứu của Bonde (1967) cho thấy: đa số các vi sinh vật gây bệnh không phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong những ngày đầu sau đó chậm dần. Các loạivi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới Samonella typhi và Samonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio comma gây dịch tả. Ngoài ra, G.Rhêinhinmer còn phân lập đựơc nhiều loài nấm gây bệnh. Đối với vi khuẩn và vius đường ruột, thì thời gian sống sót trong nước thải càng lâu thì số lượng cá thể của chúng càng nhỏ và ngược lại. Hệ vi sinh vật trong nước thải chăn nuôi rất phức tạp trong đó chủ yếu là vi khuẩn gây thối có 3-16 triệu/ml, vi khuẩn phân huỷ đường mỡ, E.coli 10 x 104 – 10 x 107 tế Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 8 bào/ml, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nitrat hoá. Hệ vi sinh vật này có ảnh hưởng lớn đến tính chất và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Bảng 1.1: Kết quả phân tích chất lượng nước thải sau quá trình biogas ở trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III, Xuân Lộc, Đồng Nai. Chỉ tiêu Kết quả phân tích Đơn vị pH 7.23 - 8.07 COD 2561 - 5028 mg/l BOD5 1664 - 3268 mg/l SS 1700 - 3218 mg/l N-NH3 304 - 471 mg/l N-tổng 512 - 594 mg/l P-tổng 13.8 - 62 mg/l (Kết quả đo tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường, trường ĐH Bách Khoa TpHCM) 1.2.2 Ô nhiễm môi trường không khí Kết quả phân tích chất lượng không khí tại khu vực đang chăn nuôi và khu vực hồ xử lý do Khoa Môi Trường, trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM thực hiện cho thấy các chỉ tiêu NH3, H2S đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Ngoài ra còn có các chất gây mùi hôi như diamin, mercaptan Nguồn gốc gây ô nhiễm không khí: 9 Hệ thống chuồng trại: Hệ thống chuồng trại được cách ly với môi trường xung quanh, được thông gió nhờ các quạt trục. Không khí trong chuồng luôn được lưu thông, tuy nhiên mùi do phân heo, nước tiểu heo vẫn phát sinh. Mùi này chủ yếu là do các khí NH3, H2S, mercaptan… 9 Hệ thống mương thoát nước thải cuc bộ 9 Hệ thống ao xử lý nước thải (các ao kị khí đều hở) Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 9 9 Kho chứa thức ăn 9 Máy phát điện dự phòng 1.3 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải của trại Với số lượng heo khoảng 20.000 con thì lượng nước thải ra hàng ngày của toàn trại gần 300m3/ngày. Hệ thống xử lý nước thải tập trung của toàn trại Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tập trung của trại Nước thải ở các trại được gom về các bể biogas 4 ngăn với thời gian lưu nước là 20 ngày. Qua biogas, loại bỏ được khoảng 50-60% COD và 70-80% cặn lơ lửng. Nước thải sau khi ra biogas được dẫn qua ao lọc kị khí xơ dừa (30mx30mx4m). Thời gian lưu nước trong ao này là 5 ngày. Xơ dừa được làm tơi và cho vào các sọt đan bằng tre, các sọt được cột sát nhau, cứ 4 sọt tạo dàn ngang thành 1 lớp lọc, các lớp lọc Nước thải Bể biogas Ao kị khí 1 Ao hiếu khí lục bình Ao lọc kị khí giá thể xơ dừa Ao kị khí 2 Nước ra tưới cho đồng ruộng Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 10 được bố trí từ trên mặt ao xuống đáy ao nhờ cột các sọt vào các cây tầm vông. Các cây tầm vông này được thả đứng xuống ao và được giữ dưới nước bằng cách cột vào các hòn đá nặng. Điều này nhằm tránh cho sơ dừa không bị nổi lên mặt nước, phát huy tối đa hiệu quả xử lý của ao lọc. Nước thải sau đó được dẫn tiếp qua 2 ao kị khí, kích thước mỗi ao là 30mx30mx4m, thời gian lưu nước trong mỗi ao khoảng 10 ngày. Sau khi ra khỏi các ao kị khí, nước thải được xử lý tiếp ở ao hiếu khí thả lục bình (70mx43mx1.5m). Thời gian lưu nước trong ao hiếu khí này là 10 ngày. Nhưng hiện nay, ao kị khí xơ dừa hoạt động không tốt do lượng xơ dừa trong ao quá ít, chỉ khoảng 1/3 thể tích của ao là có xơ dừa, còn 2/3 thể tích còn lại chưa được bổ sung xơ dừa nên chất lượng nước ra sau ao xơ dừa chưa đạt hiệu quả mong muốn. Mặt khác, hàm lượng SS trong nước thải vào ao khá cao (1700-3200 mg/l), làm giảm hiệu quả dính bám của vi sinh, và sau 1 thời gian vận hành chính sự phân huỷ của lượng cặn này sẽ làm COD ra ao xơ dừa tăng lên. Do đó nồng độ nước thải vào hồ hiếu khí cao so với khả năng chịu đựng của lục bình. Hiện nay, COD vào ao hiếu khí là 840 mg/l, lục bình trong ao đã chết. Theo các nghiên cứu dùng lục bình trong xử lý nước thải cho thấy lục bình chỉ phát triển được ở COD không quá 200-250 mg/l. Hiện tại ao xơ dừa hoạt động không tốt, còn ao hiếu khí thả lục bình thực chất chỉ là ao chứa nước. Hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống không đạt. Chất lượng nước đầu ra không đạt tiêu chuẩn thải loại B (TCVN 5945-1995) Bảng 1.2: Chất lượng nước đầu ra sau hệ thống xử lý nước thải của trại Chỉ tiêu Kết quả phân tích TCVN 5945-1995 (loại B) Đơn vị pH 7.78-8.1 5.5-9 COD 312-336 100 mg/l N-NH3 303 1 mg/l SS 206-240 100 mg/l (Kết quả đo tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường, trường ĐH Bách Khoa TpHCM) Chương 1 Khảo sát hoạt động của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III 11 Trại vừa mới tiến hành bỏ sơ dừa vào 3 ao nhỏ kế tiếp nhau, mỗi ao có kích thước 5mx10mx2m , mục đích là dẫn nước thải sau ao kị khí xơ dừa có sẵn lần lượt qua 3 ao nối tiếp này rồi nước ra dẫn trực tiếp vào ao hiếu khí. Nhưng phương án này đến nay vẫn chưa được hoàn tất do điều kiện nhân lực và thời gian của trại hiện chưa cho phép. 1.4 Định hướng nghiên cứu Hiện nay hệ thống xử lý nước thải của trại hoạt động không hiệu quả do nhiều nguyên nhân (trong đó có nguyên nhân ở công trình quan trọng là ao lọc kị khí xơ dừa), dẫn đến chất lượng nước đầu ra không đạt tiêu chuẩn thải loại B (TCVN, 5945 -1995). Nhận thấy nước thải chăn nuôi không phải là loại nước thải khó xử lý, đồng thời nước thải sau quá sau quá trình biogas của trại có đặc tính dễ phân huỷ sinh học (BOD/COD ≈70%), nếu công nghệ xử lý thích hợp và hệ thống xử lý hoạt động tốt, chất lượng nước đầu ra có thể đạt tiêu chuẩn loại B. Xuất phát từ đó, luận văn này thực hiện với mục đích nghiên cứu khả năng xử lý của quá trình lọc kị khí xơ dừa đối với nước thải chăn nuôi ở trại (sau khi đã qua xử lý biogas), từ đó đưa ra hướng công nghệ xử lý thích hợp hơn.