Đề tài: Thiết kế hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas
Lê Thị Hiếu - Đoàn Duy Anh,
Nguyễn Đỗ Ngọc Diễm - Vương Minh Hải,
Lê Thị Diệu Hiền - Trường Đại học Thủ Dầu Một
Đặt vấn đề
Sự ứng dụng công nghệ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi đã được xem là giải pháp thiết thực để phát triển bền vững ngành chăn nuôi. Nguồn năng lượng sinh ra từ công nghệ biogas được dùng để làm chất đốt trong sinh hoạt, vừa tiết kiệm được chi phí vừa hạn chế được ô nhiễm không khí do sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Ngoài ra, nguồn chất thải tạo ra sau xử lý từ hầm biogas có thể được tận dụng làm phân bón cho cây trồng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, công nghệ này đã làm phát sinh một lượng nước thải khá lớn với nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vượt quá cao so với tiêu chuẩn yêu cầu (QCVN 40:2011/BTNMT, cột B) dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, với mục đích tìm ra phương pháp xử lý thích hợp để giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi sau biogas gây ra và tăng khả năng ứng dụng công nghệ đất ngập nước kiến tạo trong thực tế, hệ thống đất ngập nước kiến tạo được xây dựng tại một hộ chăn nuôi heo ở thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương dựa trên các thông số kỹ thuật và bảng thiết kế. Hệ thống được vận hành với lưu lượng đầu vào là 1m3/ ngày. Hiệu suất xử lý các thông số ô nhiễm trên 85%. Nước thải sau xử lý đạt chuẩn thải ra môi trường.
Kết quả thực hiện
Kết quả phân tích nước thải chăn nuôi heo sau biogas tại hộ chăn nuôi heo của ông Lê Minh Hoàng (xã Tân Vĩnh Hiệp, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương) cho thấy, các thông số nước thải phân tích đều vượt quá giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) (trừ pH và nhiệt độ). Hàm lượng photpho và nitơ tổng vượt chuẩn loại B lần lượt là 8,4 lần và 7,5 lần. Đây là nguyên nhân làm tăng hiện tượng phú dưỡng hóa khi nước thải chăn nuôi heo sau biogas được thải trực tiếp ra sông, hồ. Nhu cầu oxy sinh hóa (nồng độ BOD5) vượt chuẩn loại B đến 7,6 lần, nhu cầu oxi hóa học (nồng độ COD) vượt chuẩn loại B 4 lần, nồng độ chất rắn lơ lững vượt chuẩn loại B 3 lần. Từ kết quả trên cho thấy, nếu thải trực tiếp nước thải chăn nuôi heo sau biogas ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và chất lượng hệ sinh thái khu vực tiếp nhận nguồn nước thải. Cho nên việc tìm kiếm một phương pháp xử lý nước thải là cần thiết.
Dựa vào nồng độ BOD5 nhóm nghiên cứu tiến hành tính toán các thông số của bể đất ngập nước cần xây dựng và thiết kế như bản vẽ sau:
Thuyết minh hệ thống xử lý:
- Hệ thống đất ngập nước được thiết kế gồm 2 bể là bể đất ngập nước dòng chảy bề mặt đứng và bể đất ngập nước dòng chảy ngầm ngang nối liền nhau qua thành gạch (hình 1).
- Bể đất ngập nước dòng chảy bề mặt đứng (hình 1 và hình 2) được xây bằng gạch có kích thước dài x rộng x cao: 13,35m x 2,78m x 1,5m chia thành 02 ngăn. Ngăn 01 có chiều dài 11,75m chứa các lớp vật liệu được xếp theo thứ tự từ đáy bể lên là lớp đá 4 x 6cm, đá 1x2cm, đất. Trên lớp đất trồng 03 loại thực vật là cỏ vetiver, thủy trúc và phát tài với kích thước 3,9m/ loại thực vật với mật độ 20 cây/m2. Trên lớp đất ở đầu bể cũng đặt ống dẫn nước thải vào đường kính 90mm, từ ống này gắn thêm 03 ống đường kính 60mm có chiều dài 04m để phân phối nước thải trên bề mặt bể. Ngăn 02 được xếp đá 4x6cm có chiều dài 1,6m (theo chiều dài của bể). Cuối bể được gắn 02 ống nhựa đường kính 90mm dẫn nước sang bể đất ngập dòng chảy ngầm ngang.
- Bể đất ngập nước dòng chảy ngầm ngang (hình 1 và 3) được xây bằng gạch có kích thước (11,01m x 2,3m x 1,5m) chia thành 05 ngăn theo chiều dài của bể là ngăn 01 và 05 chứa đá 4x6cm, ngăn 02 và 04 chứa đá 1x2cm, ngăn 03 chứa đất. Cuối bể được gắn 01 ống nhựa đường kính 90mm đặt giữa bể theo chiều ngang. Thực vật trồng ở lớp đất của bể là cây phát tài.
Vận hành hệ thống đất ngập nước xử lý: Nước thải từ hồ thu nước sau biogas được chảy sang bể đất ngập nước dòng chảy bề mặt đứng thông qua các ống phân phối nước trên bề mặt bể, nước được thấm từ từ qua các lớp vật liệu nền xuống dưới đáy bể và tự chảy về ngăn đá 4x6cm thu nước cuối bể. Lưu lượng nước thải đưa vào bể là 1m3/ngày. Sau 18 ngày lưu ở bể đất ngập nước dòng chảy đứng nước thải được xử lý qua các cơ chế sinh học của thực vật và vi sinh vật, cơ chế vật lý của các vật liệu nền và cơ chế hóa học. Tiếp đó, nước thải chảy sang bể đất ngập nước dòng chảy ngang. Tại đây, nước thải được di chuyển ngầm trong các vật liệu nền theo chiều ngang từ đầu đến cuối bể tiếp tục được xử lý qua các quá trình hóa học, sinh học và lý học và đặc biệt trong bể đất ngập nước dòng chảy ngang sẽ tạo ra nhiều vùng thiếu khí giúp cho quá trình khử nitơ trong nước thải được tăng lên và được đưa vào hồ thu nước sau xử lý nhờ ống dẫn cuối bể.
Kết quả phân tích nước thải sau xử lý cho thấy tất cả các thông số trong nước thải đều giảm hơn rất nhiều so với trước xử lý. Các chỉ tiêu BOD5, COD, pH, SS, Coliform, tổng photpho đều đạt chuẩn (loại A) theo QCVN 40:2011/BTNMT. Hàm lượng BOD5 giảm từ 380mg/l xuống 5,07mg/l đạt hiệu quả xử lý 87,38%. Hàm lượng COD giảm xuống còn 5,07mg/l đạt hiệu quả xử lý là 99,1%. Hàm lượng photpho tổng nồng độ giảm xuống còn 0,20mg/l đạt hiệu quả 99,6%. Hàm lượng coliform giảm gần như 100% từ 9,3x105 MPN/100ml xuống 93 MPN/100ml đạt hiệu quả xử lý 99,9. Hiệu quả xử lý cất rắn lơ lững là 89,3%. Hiệu quả xử lý độ đục là 82,1%. Nitrat giảm xuống còn 0,1mg/l đạt hiệu suất xử lý 80,4%, pH không thay đổi nhiều. Có thể do bộ rễ thực vật chưa phát triển nhiều nên hiệu quả xử lý nitơ tổng chưa tối ưu nhưng nồng độ nitơ tổng vẫn đạt chuẩn loại B.
Như vậy hiệu suất xử lý của hệ thống đất ngập nước rất cao trong điều kiện thí nghiệm (trên 80%). Điều này cho thấy việc ứng dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo vào xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas thay cho các phương pháp truyền thống đã từng sử dụng trong chăn nuôi là khả thi và cần thiết.
Kết luận
Hệ thống xử lý xây dựng với công suất 1m3/ngày gồm bể đất ngập nước dòng chảy bề mặt đứng và bể đất ngập nước dòng chảy ngầm ngang. Hệ thống xây dựng đã xử lý hiệu quả nước thải chăn nuôi heo sau biogas cho kết quả loại bỏ các chất ô nhiễm khá cao trên 80%. Nước thải đầu ra đạt chuẩn cho phép thải ra môi trường. Nên hệ thống đất ngập nước xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas hoàn toàn có thể được nhân rộng áp dụng tại các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ và cả các trang trại chăn nuôi với quy mô lớn khác để xử lý nước thải chăn nuôi heo hay khác heo sau biogas đạt chuẩn thải ra môi trường để giúp ngành chăn nuôi ở nước ta phát triển theo hướng bền vững.
Do hạn hẹp về thời gian và kinh phí nên đề tài còn những hạn chế nhất định như diện tích bể quá lớn so với lưu lượng nước xử lý là 1m3/ngày.đêm. Vì thế, nếu điều kiện cho phép đề tài sẽ tính tối ưu diện tích lại để giảm diện tích hệ thống xử lý lại nhưng hiệu quả xử lý vẫn được duy trì.