Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây
- 10 trang
- file .pdf
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
Thái Nguyên - 2013
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
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
Người thực hiện luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi đã
nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp
này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Phòng quản lý
đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Dư Ngọc Thành - người đã tận tình hướng
dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn
tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K19 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt
quá trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá
trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu của
các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi.
Tác giả luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
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
1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kỵ khí................. 12
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv
1.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học hiếu khí.............. 12
1.2.3.1. Các quá trình trong quá trình hiếu khí..................................................... 12
1.2.3.2. Bể hiếu khí Aerotank ............................................................................... 13
1.2.3.3. Lọc sinh học hiếu khí............................................................................... 13
1.2.3.3. Hồ sinh học hiếu khí và hiếu kị khí ......................................................... 14
1.2.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng thuỷ sinh thực vật ............................... 15
1.2.4. Các công nghệ thường được sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi ........ 16
1.2.4.1. Bể Biogas ................................................................................................. 16
1.2.4.2. Hồ sinh học kị khí .................................................................................... 18
1.2.4.3. Lọc sinh học kỵ khí.................................................................................. 18
1.2.4.4. Quá trình kỵ khí trong UASB.................................................................. 18
1.2.4.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) .......................................... 19
1.2.4.6 Công nghệ bãi lọc trồng cây ..................................................................... 20
1.3. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về bãi lọc trồng cây ............. 33
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 33
1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................................ 36
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................... 39
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 39
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 39
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 39
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 39
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................... 39
2.2.2. Thời gian nghiên cứu .................................................................................. 39
2.3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 39
2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 40
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 BOD5 ................................................................................. 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 BOD5 của cây tham gia thí nghiệm.......... 55
3.3.1. Xác định nồng độ BOD5 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
3.3.4.2. Số lá của các loại cây qua các nồng độ ................................................... 63
3.3.4.3. Số rễ và chiều dài rễ của các loại cây ...................................................... 65
3.4. Khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng ................................ 66
3.4.1. Tính chất nước thải sau biogas khi chưa qua xử lý bằng bãi lọc ngầm .... 66
3.4.2. Hiệu quả của một số công thức sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây xử lý
nước thải sau biogas ............................................................................... 67
3.4.2.1. Khả năng xử lý (T- N) của các công thức cây trồng .............................. 67
3.4.2.2. Khả năng xử lý (T - P) của các công thức cây trồng .............................. 70
3.4.2.3. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng ................................ 72
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi
3.4.2.4. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng ................................ 74
3.4.2.5. Hiệu quả xử lý tổng chất rắn lơ lửng (TSS) ở các công thức cây trồng ... 75
3.4.2.6. So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức đối với các chỉ tiêu theo dõi ... 76
3.4.3. Kết quả đánh giá định tính (cảm quan) ...................................................... 77
3.5. Kết quả nghiên cứu về độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc và tải
trọng tối ưu ứng dụng trong công thức vật liệu lọc được sử dụng ....... 78
3.5.1. Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc ......................................... 78
3.5.2. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu lọc
được sử dụng: ......................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 85
1. Kết luận ............................................................................................................. 85
2. Đề nghị .............................................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 87
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
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
Thái Nguyên - 2013
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
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
Người thực hiện luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi đã
nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp
này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến:
Tập thể các thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Phòng quản lý
đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Nông - Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Dư Ngọc Thành - người đã tận tình hướng
dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin cảm ơn các tập thể, cơ quan, ban, ngành đã tạo điều kiện và giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn
tập thể lớp Cao học Khoa học Môi trường K19 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt
quá trình học tập: Bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá
trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu của
các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi.
Tác giả luận văn
Ngô Thị Tuyết Nga
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
1.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kỵ khí................. 12
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv
1.2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học hiếu khí.............. 12
1.2.3.1. Các quá trình trong quá trình hiếu khí..................................................... 12
1.2.3.2. Bể hiếu khí Aerotank ............................................................................... 13
1.2.3.3. Lọc sinh học hiếu khí............................................................................... 13
1.2.3.3. Hồ sinh học hiếu khí và hiếu kị khí ......................................................... 14
1.2.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng thuỷ sinh thực vật ............................... 15
1.2.4. Các công nghệ thường được sử dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi ........ 16
1.2.4.1. Bể Biogas ................................................................................................. 16
1.2.4.2. Hồ sinh học kị khí .................................................................................... 18
1.2.4.3. Lọc sinh học kỵ khí.................................................................................. 18
1.2.4.4. Quá trình kỵ khí trong UASB.................................................................. 18
1.2.4.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) .......................................... 19
1.2.4.6 Công nghệ bãi lọc trồng cây ..................................................................... 20
1.3. Các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về bãi lọc trồng cây ............. 33
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 33
1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................................ 36
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................... 39
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 39
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 39
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 39
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 39
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................... 39
2.2.2. Thời gian nghiên cứu .................................................................................. 39
2.3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 39
2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 40
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 BOD5 ................................................................................. 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 BOD5 của cây tham gia thí nghiệm.......... 55
3.3.1. Xác định nồng độ BOD5 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
3.3.4.2. Số lá của các loại cây qua các nồng độ ................................................... 63
3.3.4.3. Số rễ và chiều dài rễ của các loại cây ...................................................... 65
3.4. Khả năng xử lý nước thải của các công thức cây trồng ................................ 66
3.4.1. Tính chất nước thải sau biogas khi chưa qua xử lý bằng bãi lọc ngầm .... 66
3.4.2. Hiệu quả của một số công thức sử dụng trong bãi lọc ngầm trồng cây xử lý
nước thải sau biogas ............................................................................... 67
3.4.2.1. Khả năng xử lý (T- N) của các công thức cây trồng .............................. 67
3.4.2.2. Khả năng xử lý (T - P) của các công thức cây trồng .............................. 70
3.4.2.3. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng ................................ 72
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi
3.4.2.4. Hiệu quả xử lý BOD5 của các công thức cây trồng ................................ 74
3.4.2.5. Hiệu quả xử lý tổng chất rắn lơ lửng (TSS) ở các công thức cây trồng ... 75
3.4.2.6. So sánh hiệu suất xử lý giữa các công thức đối với các chỉ tiêu theo dõi ... 76
3.4.3. Kết quả đánh giá định tính (cảm quan) ...................................................... 77
3.5. Kết quả nghiên cứu về độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc và tải
trọng tối ưu ứng dụng trong công thức vật liệu lọc được sử dụng ....... 78
3.5.1. Độ dẫn thủy lực của các công thức vật liệu lọc ......................................... 78
3.5.2. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu lọc
được sử dụng: ......................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 85
1. Kết luận ............................................................................................................. 85
2. Đề nghị .............................................................................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 87
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/