Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam: Luận văn

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam

MỤC LỤC

MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt ..................................................................................................4 Danh mục bảng .........................................................................................................5 Danh mục hình ..........................................................................................................7 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................8 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .................................................................................... 10 1.1 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam .................................................................... 10 1.1.1. Hiện trạng chăn nuôi lợn ......................................................................... 10 1.1.2. Định hướng phát triển chăn nuôi lợn tại Việt Nam .................................. 11 1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi lợn .................................... 12 1.1.4. Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường đến năng suất chăn nuôi ................. 14 1.1.5. Tình hình dịch bệnh trong ngành chăn nuôi lợn và thiệt hại kinh tế ........ 15

1.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam ............................................................................................ 15 1.2.1. Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn ............................................................ 15 1.2.2. Tình hình về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam ...................... 20 1.2.3. Tổng quan về quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới ..................... 22

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA VIỆT NAM ............. 25 2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp cơ học và hóa lý ............... 25 2.1.1. Xử lý cơ học ........................................................................................... 25 2.1.2. Xử lý hóa lý ............................................................................................ 25 2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí................. 25 2.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý kỵ khí ..................................................... 25 2.2.2. Các công trình kỵ khí có triển vọng áp dụng cho XLNT chăn nuôi ......... 28 2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí .............. 38 2.3.1. Các quá trình trong quá trình hiếu khí ..................................................... 38 2.3.2. Các công trình hiếu khí có triển vọng áp dụng cho XLNT chăn nuôi ...... 38 2.4. Xử lý N, P trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học .......... 42 2.4.1. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải ................................. 44 2.4.2. Các dây chuyền xử lý N, P trong nước thải ............................................. 49 2.4.3. Quá trình mới xử lý Nitơ trong nước thải ................................................ 52 2.4.4. Phương pháp xử lý P trong nước thải ...................................................... 55 2.4.5. Loại bỏ hợp chất N, P trong nước thải bằng thực vật thủy sinh: .............. 57

2.5. Đề xuất và lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn tập trung phù hợp với điều kiện Việt Nam ..................................................... 57 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 61 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 62 3.1. Kết quả xử lý theo sơ đồ DCCN số 1............................................................. 62 3.1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ .................................................................. 62 3.1.2. Kích thước các công trình ....................................................................... 62 3.1.3. Kết quả và thảo luận ............................................................................... 63 3.2. Kết quả xử lý theo sơ đồ DCCN số 2............................................................. 70 3.2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ .................................................................. 71

3.2.2. Vận hành công trình ............................................................................... 72 3.2.3. Kết quả và nhận xét ................................................................................ 72 3.3. Cơ sở lý thuyết và tính toán các công trình theo sơ đồ DCCN số 3 ................ 75 3.3.1. Bể Biogas ............................................................................................... 76 3.3.2. Bể UASB................................................................................................ 78 3.3.3. Mương oxy hóa: ..................................................................................... 83 3.3.4. Bể lắng 2 ................................................................................................ 84 3.3.5. Hồ sinh học ............................................................................................ 84 3.4. So sánh lựa chọn công nghệ tối ưu cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn ........... 85 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN ..................................................................................... 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 92 PHỤ LỤC................................................................................................................ 96 Phụ lục 1: Một số hình ảnh về hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 1 ....................... 96 Phụ lục 2: Một số hình ảnh về hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 2 ....................... 98 Phụ lục 3: Một số hình ảnh và bản vẽ hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 3 .......... 100

Danh mục từ viết tắt

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

Adenozin Diphotphat ADP:

Adenozin Triphotphat ATP:

Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BOD:

Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học COD:

Dissolved Oxygen Oxy hòa tan DO:

Food / Microorganisms Tỷ lệ thức ăn / vi sinh vật F/M

Viện nghiên cứu chính sách lương IFPRI:

thực quốc tế

MARD: Bộ nông nghiệp và phát triển nông

thôn Việt Nam

Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SBR:

Sludge Volume Index Chỉ số bùn – thể tích 1g bùn chiếm SVI:

chỗ ở trạng thái lắng

Tổng Nitơ Kjehdahl TKN

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN

Thực vật thủy sinh TVTS

Volatile Faty acid Axit béo dễ bay hơi VFA

Vật liệu lọc VLL

Vi sinh vật VSV

UASB Upflow Anaerobic Sludge Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng

Blanket lên

Xử lý nước thải XLNT

Danh mục bảng

Bảng 1.1. Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến hết năm 2006 ............................. 10

Bảng 1.2. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm ............................................ 10

Bảng 1.3. Các bệnh điển hình liên quan đến chất thải chăn nuôi ............................ 14

Bảng 1.4. Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm ....... 16

Bảng 1.5. Lượng chất thải chăn nuôi ước tính năm 2008 ....................................... 17

Bảng 1.6. Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm ............................................. 17

Bảng 1.7. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn ............. 18

Bảng 1.8. Thành phần trung bình của nước tiểu các lọai gia súc ............................ 18

Bảng 1.9. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung ......... 19

Bảng 1.10. Phương pháp xử lý và sử dụng chất lỏng tại các hệ thống .................... 22

Bảng 2.1. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas ............................................. 28

Bảng 2.2. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải

trong nông nghiệp .......................................................................................... 29

Bảng 2.3. Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu .......... 30

Bảng 2.4. Tỷ lệ C/N trong phân gia súc gia cầm .................................................... 30

Bảng 2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu đến hiệu quả sinh khí ............. 31

Bảng 2.6. Các thông số kỹ thuật đối với các công trình xử lý kỵ khí ...................... 35

Bảng 2.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu ......................................................... 42

Bảng 2.8. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thường ..................... 43

Bảng 2.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/TKN đến (%) VSV tự dưỡng trong hệ hiếu khí

...................................................................................................................... 44

Bảng 2.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh trưởng của VSV nitrat hóa .... 45

Bảng 2.11. Hợp chất Photpho và khả năng chuyển hóa .......................................... 55

Bảng 2.12. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn........................................................ 58

Bảng 3.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải sau bể Biogas ..................................... 63

Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 2 (sau bể thiếu khí) .... 64

Bảng 3.3: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 3 (sau bể lọc SH) ....... 65

Bảng 3.4: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 2 (tuần hoàn 20%) ..... 66

Bảng 3.5: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 3 (tuần hoàn 20%) ..... 66

Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 4 (Sau hồ sinh học) .... 68

Bảng 3.7: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 4 (tuần hoàn 20%) ..... 68

Bảng 3.8: Đánh giá tổng hợp hiệu quả xử lý và kết quả sau các quá trình .............. 69

Bảng 3.9. Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas .................. 71

Bảng 3.10:Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 6 .......................................... 73

Bảng 3.11:Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 7 .......................................... 73

Bảng 3.12. Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 8 ......................................... 74

Bảng 3.13. Tính toán lượng thải và xác định dung tích bể Biogas .......................... 76

Bảng 3.14. Các loại bùn nuôi cấy ban đầu bể UASB ............................................. 82

Bảng 3.15. Các thông số thiết kế hồ sinh học ......................................................... 84

Bảng 3.16. So sánh các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn

...................................................................................................................... 86

Danh mục hình

Hình 1.1. Mục đích sử dụng phân trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại một

số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh ................................................................... 20

Hình 1.2. Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại

một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh ............................................................ 21

Hình 1.3. Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới ............................. 23

Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí. Số liệu chỉ %COD

trong từng giai đoạn ....................................................................................... 26

Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo bể UASB.......................................................................... 34

Hình 2.3. Các quá trình sinh hóa XLNT trong hồ sinh học .................................... 40

Hình 2.4. Sơ đồ quá trình khử hợp chất N .............................................................. 44

Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình A2/O ................................... 49

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình Bardenpho 5 giai đoạn ......... 50

Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình UCT .................................... 50

Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình VIP ...................................... 51

Hình 2.9. Sơ đồ hoạt động của bể SBR .................................................................. 51

Hình 2.10. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P trong mương oxy hóa ............................... 52 Hình 2.11: Sơ đồ quá trình xử lý N-NH4+ .............................................................. 53

Hình 2.12. Sơ đồ xử lý P bằng phương pháp sinh học sử dụng vật liệu bám dính

cốt sắt (Fe) không có bùn hoạt tính tuần hoàn ................................................ 57

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu theo dây chuyền số 1 ................................. 62

Hình 3.2. Nồng độ các chất ô nhiễm tại từng giai đoạn thời gian ........................... 69

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu theo dây chuyền số 2 ................................. 71

Hình 3.4. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại bể thiếu khí ................... 74

Hình 3.5. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại bể aerotenk ................... 75

Hình 3.6. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại ao sinh học.................... 75

Hình 3.7. Cấu tạo bể UASB ................................................................................... 79

Hình 3.8. Tấm chắn khí trong bể UASB ................................................................ 80

Hình 3.9. Tấm hướng dòng trong bể UASB ........................................................... 81

MỞ ĐẦU

Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn

nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng

ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng

triệu người dân hiện nay. Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với

nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp.

Sự gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm

ngày càng cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ. Sự

phát triển bùng nổ của ngành chăn nuôi để đáp ứng các nhu cầu là một tất yếu.

Công nghiệp hóa chăn nuôi có thể là hệ quả tất yếu của chuỗi thực phẩm liên kết

theo chiều dọc và cung ứng cho các cửa hàng bán lẻ lớn, nhưng cũng có thể xảy ra

một cách độc lập.

Khi các nước tiến hành công nghiệp hóa họ đi theo mô hình tổ chức vùng

chuyên canh. Chăn nuôi truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có của địa phương

như đồng cỏ tự nhiên và phụ phẩm cây trồng. Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải

thích sự phân bố của ngành chăn nuôi gia súc nhai lại. Trong lúc đó phân bổ chăn

nuôi lợn và gia cầm lại sát với dân cư vì chúng chuyển hóa các vật phế thải thành

thịt và trứng. Ví dụ, ở Việt Nam, nước mới bắt đầu công nghiệp hóa 90% mô hình

chăn nuôi gia cầm đều gắn với phân bố dân cư (Gerber và cộng sự - 2005).

Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn nuôi cho

hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ gia đình gần như

không phải là một mối hiểm họa đối với môi trường.

Phát triển chăn nuôi bền vững, nhất là chăn nuôi lợn hàng hóa như thế nào

trong hoàn cảnh cuộc sống của phần lớn các hộ nông dân còn chật vật khó khăn, đại

bộ phận' người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, ít

quan tâm về thông tin thị trường, nếu có thì thiếu cụ thể; hiểu biết về sản xuất hàng

hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng đều giữa các vùng,... là

những rào cản trong phát triển chăn nuôi lợn hàng hóa hiện nay.

Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn

gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm cho

môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, nó

đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân ở

gần các trang trại. Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi [1], hầu hết các hộ

chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối

nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức

cho phép khoảng 30-40 lần [2]. Tổng số VSV và 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.

Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định về

bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề

môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã

nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã

được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý

chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, mặc dù đã phần nào cảm nhận được tác hại về

môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào

về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ ngành hóa môi trường tác giả xin đưa ra:

“Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học

phù hợp với điều kiện Việt Nam” với mục đích lựa chọn công nghệ tối ưu để xử lý

triệt để chất thải lỏng trong quá trình chăn nuôi lợn ở Việt Nam. Đảm bảo nước thải

sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời

góp phần tăng năng suất và chất lượng chăn nuôi lợn theo định hướng phát triển

kinh tế và bảo vệ môi trường.

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam

1.1.1. Hiện trạng chăn nuôi lợn

Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO): Châu Á sẽ trở thành

khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất. Chăn nuôi Việt

Nam, giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp

ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu. Trong thời

gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh (Bình quân giai

đoạn 2001-2006 đạt 8,9%).

Bảng 1.1. Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến hết năm 2006

Miền Số trang Số trang Số trang Số trang Số trang Tổng số

trại lợn trại gia trại bò trại trâu trại dê

cầm

2.837 6.405 247 757 17.721 Cả nước 7.475

1.274 1.547 222 201 6.313 Miền Bắc 3.069

1.563 4.858 25 556 11.408 4.406 Miền

Nam

Bảng 1.2. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm

(§¬n vÞ: %)

Năm 1986-1990 1990-1996 1997-2005 1986-2005 2006-2010 Ngành

nông nghiệp 3,4 6,0 5,5 5,2 4,1

khác

trồng trọt 3,4 6,1 5,4 5,2 5,5

chăn nuôi 3,4 5,8 6,7 5,6 8,5

Nguồn: tctk- viện kinh tế nông nghiệp việt nam-2009

dịch vụ 4,1 4,6 2,3 3,6 4,2

Trong những năm gần đây xu hướng chăn nuôi nhỏ lẻ đã giảm đi đáng kể. Tỷ

lệ số hộ nuôi 1 con lợn giảm đi rõ rệt từ 45% năm 1994 xuống dưới 30% năm 2001.

tuy nhiên, tỷ lệ số hộ nuôi 2 con lợn năm 2001 vẫn chiếm 67% tổng số hộ (so với

82% năm 1994) [21]. Quy mô phát triển chăn nuôi của các hộ đã lớn hơn nhưng vẫn

còn nhỏ, tính chuyên môn hoá chưa cao.

Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trung ngày

càng phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới. Hiện nay, số lượng trại

chăn nuôi quy mô lớn ngày càng tăng. Các trại chăn nuôi lợn tập trung có trên 400 -

500 đầu lợn có mặt thường xuyên trong chuồng nuôi. Tính đến năm 2006 cả nước

có: 17.721 trang trại, chưa kể các trang trại chăn nuôi các loại vật nuôi khác như

thỏ, lợn rừng, nhím và các loại động vật sống trong nước (cá sấu,... ). Trong đó: có

7.475 trang trại chăn nuôi lợn, (miền Bắc: 3.069, miền Nam: 4.406); với 2.990 trang

trại nuôi lợn nái. Số trang trại chăn nuôi gia cầm là 2.837, miền Bắc: 1.274, miền

Nam: 1.564); Số trang trại chăn nuôi bò là 6.405, trong đó có 2.011 trang trại chăn

nuôi bò sữa (miền Bắc: 3.069. miền Nam: 4.406); Số trang trại chăn nuôi trâu là:

247 miền Bắc: 222, miền Nam: 27); Số trang trại chăn nuôi dê là: 757 miền Bắc:

201, miền Nam: 556).

Hình 1.1. Tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm về số đầu con

9.30

9.10

7.60

7.20

6.70

6.00

5.90

4.60

3.80

3.50

3.20

2.60

2.40

2.30

0.80

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2000-2003

2003-2005

Gia sóc

Lî n Gia cÇm

1.1.2. Định hướng phát triển chăn nuôi lợn tại Việt Nam

Trong số các nước thuộc khối asean, Việt Nam là nước chịu áp lực về đất đai

lớn nhất. Tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa đã làm giảm diện tích đất nông

nghiệp. Để đảm bảo an toàn về lương thực và thực phẩm, biện pháp duy nhất là

thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong

định hướng phát triển.

Theo quyết điịnh số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ

tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020

thì:

+ Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương thức

trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng

cho tiêu dùng và xuất khẩu;

+ Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%, trong đó

năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%;

+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế có hiệu

quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi;

+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại, công

nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải,

bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường.

+ Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008-2010 đạt khoảng 8-9% năm;

giai đoạn 2010-2015 đạt khoảng 6-7% năm và giai đoạn 2015-2020 đạt khoảng 5-

6% năm

1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm môi trường do chăn nuôi lợn

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 hưởng đến sức

khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con

người và môi trường sống xung quanh. Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm

thải ra khoảng 75-85 triệu tấn phân, với phương thức sử dụng phân chuồng không

qua xử lý ổn định và nước thải không qua xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô

nhiễm nghiêm trọng.

Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều

khía cạnh: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường

đất và các sản phẩm nông nghiệp. Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh

về hô hấp, tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun. tổ

chức y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu không có biện pháp thu gom và xử lý

chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con

người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt là các virus biến

thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan

nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người.

Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô nhiễm

môi trường do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi

[1], hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh

gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H2S và

NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần [2]. Tổng số VSV và 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 H2S và NH3. 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 2-) thành sunphua (S2-). Trong điều kiện bình thường thì H2S là một sunphát (SO4 trong những nguyên nhân gây ra các vấn đề về màu và mùi. Nồng độ S2- 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) [2].

Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các cấp

quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô

nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như

không kìm hãm sự phát triển của ngành.

1.1.4. Ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường đến năng suất chăn nuôi

Tình hình dịch bệnh bùng phát trên quy mô rộng ngày càng tăng, dịch bệnh có

nhiều nguyên nhân và từ nhiều nguồn khác nhau: do vius, vi khuẩn, ký sinh trùng.

Vì vậy để hạn chế các nguyên nhân gây bệnh trên, ô nhiễm môi trường chuồng nuôi

là vấn đề cấp bách cần giải quyết hiện nay.

Bệnh và các loại vi khuẩn gây bệnh trên lợn: bệnh tiêu hóa do vi khuẩn E.coli

gây ra ỉa chảy ở lợn con, bệnh do ký sinh trùng gây ra làm lợn chậm lớn, còi cọc...

bên cạnh đó chất lượng không khí trong chuồng nuôi cũng rất quan trọng, gia súc

hít vào phổi những chất độc hại gây viêm nhiễm đường hô hấp làm ảnh hưởng đến

sự tăng trưởng. Phân và nước thải không được thu gom xử lý sẽ phân hủy gây ô

nhiễm môi trường không khí ảnh hưởng đến năng suất chăn nuôi, môi trường chăn

nuôi bao gồm các yếu tố: khí amoniac, hyđro sunfua, nhiệt độ, độ ẩm, bụi và các khí

gây mùi hôi thối khác.

Bảng 1.3. Các bệnh điển hình liên quan đến chất thải chăn nuôi

Tên mầm bệnh Loại Đường ô Gây bệnh

nhiễm nđtp* vật nuôi người

e. coli vi trùng nước, thức ăn + + +

salmonella vi trùng nước, thức ăn + + +

leptospira vi trùng nước, thức ăn - + +

dịch tả lợn virut nước, thức ăn - + -

ascarissuum ký sinh trùng nước, thức ăn - + +

bệnh ngoài da nấm, kst nước, thức ăn. - + +

da niêm mạc

(*nđtp: ngộ độc thực phẩm)

c. parium kst nước, thức ăn - + +

Theo nghiên cứu của viện chăn nuôi [26] về ảnh hưởng của môi trường tới

năng suất chăn nuôi cho thấy, nếu lợn được chăn nuôi trong một môi trường không

ô nhiễm có thể tăng trọng cao hơn nuôi trong môi trường ô nhiễm bình quân

34g/ngày/con (tăng 7% so với chuồng nuôi bị ô nhiễm), tỷ lệ lợn mắc bệnh ở

chuồng ô nhiễm cũng cao hơn 7% so với chuồng không ô nhiễm. Điều đó cho thấy

môi trường có ý nghĩa rất lớn đến năng suất chăn nuôi và công tác kiểm soát dịch

bệnh đối với vật nuôi.

1.1.5. Tình hình dịch bệnh trong ngành chăn nuôi lợn và thiệt hại kinh tế

Dịch lở mồm long móng (LMLM): các triệu chứng điển hình như trâu, bò, lợn

chảy nhiều nước bọt, loét niêm mạc lưỡi, lở mồm và tụt móng. Ở nước ta bệnh

LMLM đã xuất hiện dai dẳng trong nhiều năm qua và khó tiêu trừ, biện pháp duy

nhất là tiêu huỷ gia súc trong khu vực dịch bệnh. Đến tháng 2 năm 2007 dịch này

vẫn xuất hiện ở nhiều tỉnh và phải thực hiện tiêu huỷ hàng ngàn con lợn, bò [29].

Dịch bệnh tai xanh của lợn (rối loạn hô hấp và sinh sản - hội chứng PRRS)

triệu chứng: bỏ ăn, sốt, tai chuyển màu xanh và chết. bệnh tai xanh do virus lelytad

tấn công và phá hủy đại thực bào (cơ quan có chức năng tiêu diệt vi khuẩn), nên lợn

rất dễ chết vì bị bội nhiễm do vi khuẩn gây bệnh tả, tụ huyết trùng, hen suyễn…một

số bệnh tích thường gặp: não sung huyết, phổi viêm xuất huyết, gan sưng... Ở Việt

Nam, bệnh đã xuất hiện tại miền nam nhiều năm trước đây, vào tháng 3/2007 tại

Hải Dương xuất hiện dịch bệnh tai xanh, sau đó đã có thêm gần 30.000 con lợn tại

một số tỉnh đồng bằng Bắc bộ bị nhiễm bệnh. Vào tháng 3-4/2008 dịch bệnh tai

xanh lại bùng phát ở 11 tỉnh thành ở cả 3 miền trong cả nước, số lợn mắc bệnh phải

tiêu hủy là 26.300 con [29]. Để chữa trị bệnh tai xanh cho lợn có thể sử dụng thuốc

kháng sinh cho lợn, tuy nhiên đã xảy ra hiện tượng nhờn thuốc. Biện pháp tối ưu

nhất để ngăn chặn sự lây lan dịch bệnh là khoanh vùng ổ dịch và tiêu hủy lợn bệnh.

Dịch bệnh đối với vật nuôi ở nước ta mấy năm gần đây liên tục bùng phát, hết

dịch bệnh này đến dịch bệnh khác, gây tổn thất lớn cho nền kinh tế và nhiều chủ trại

chăn nuôi bị phá sản. Các dịch bệnh sau khi được ngăn chặn có nguy cơ bùng phát

trở lại rất cao, mặc dù các cấp các ngành và nhân dân đã mất nhiều công sức và tiền

của để phòng dịch và dập dịch. Tuy nhiên để đảm bảo phát triển bền vững lâu dài,

cần phải đặt công tác môi trường chuồng trại chăn nuôi lên hàng đầu.

1.2. Tổng quan về chất thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý chất thải chăn

nuôi lợn ở Việt Nam

1.2.1. Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn

Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm:

+ Chất thải rắn: Phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ...

+ Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ,

các dụng cụ…

+ Chất thải khí: CO2, NH3, CH4…

Chất thải rắn và nước thải. Chất thải rắn chủ yếu là phân, rác, thức ăn thừa của

vật nuôi.... Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56-83%, tỷ lệ N, P, K cao, chứa

nhiều hợp chất hữa cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh

trùng có thể gây bệnh cho người và vật nuôi.

Tùy theo đặc điểm chuồng nuôi và hình thức thu gom chất thải, chất thải chăn

nuôi lợn bao gồm: chất thải rắn, nước tiểu, nước thải chăn nuôi (hỗn hợp phân, nước

tiểu, nước rửa chuồng..).

1.2.1.1. Chất thải rắn - Phân

Là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ

được và thải ra ngoài cơ thể. Phân gồm những thành phần:

- Những dưỡng chất không tiêu hóa được của quá trình tiêu hóa vi sinh.

- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa (trypsin, pepsin …), các mô tróc ra từ các

niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài.

- Các loại vi sinh vật trong thức ăn, ruột bị thải ra ngoài theo phân.

a. Lượng phân:

Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi và

khẩu phần ăn. Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6-8% trọng lượng

của vật nuôi [2]. Lượng phân thải trung bình của lợn trong 24 giờ được thể hiện

dưới bảng sau:

Bảng 1.4. Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm

Loại gia súc Lượng phân (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày)

10-15 20-25 Trâu bò lớn

0,3-0,7 0,5-1 Lợn (<10kg)

0,7-2,0 1-3 Lợn (15-45kg)

2-4 3-5 Lợn (45-100kg)

Bảng 1.5. Lượng chất thải chăn nuôi ước tính năm 2008

TT Loại vật Tổng số đầu con Chất thải rắn bình Tổng chất thải rắn/

nuôi năm 2008 quân (kg/con/ngày) năm (tr tấn)

(1.000.000 con)

1 Bò 6.33 10 23.13

2 Trâu 2.89 15 15.86

3 Lợn 26.70 2 19.49

4 Gia cầm 247.32 0.2 18.05

5 Dê 1.34 1.5 0.73

6 Cừu 0.08 1.5 0.04

7 Ngựa 0.12 4 0.17

8 Hươu, nai 0.04 2.5 0.03

9 Chó 8.07 1 2.95

Tổng cộng 80.45

b. Thành phần trong phân lợn

Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống;

- Độ tuổi của lợn (mỗi độ tuổi sẽ có khả năng tiêu hóa khác nhau);

- Tình trạng sức khỏe vật nuôi và nhu cầu cá thể: nếu nhu cầu cá thể cao thì sử

dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải sẽ ít và ngược lại.

Bảng 1.6. Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm

Loại phân Nước Nitơ CaO MgO P2O5 K2O

0.60 0.41 0.26 0.09 0.10 82.0 Lợn

0.29 0.17 1.00 0.35 0.13 83.14 Trâu, bò

1.63 0.54 0.85 2.40 0.74 56.0 Gà

Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký sinh

trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với các giống điển

hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella. Trong 1 kg phân

có chứa 2000-5000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại: Ascaris suum,

Oesophagostomum, Trichocephalus (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004).

Bảng 1.7. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn

Đơn vị Chỉ tiêu

MNP/100g Coliform

MPN/100g E. Coli

MPN/100g Số lượng 4.106-108 105-107 3.102-104 Streptococus

Vk/25ml Salmonella

Vk/ml Cl. Perfringens

MNP/10g 10-104 10-102 0-103 Đơn bào

1.2.1.2. Nước phân

Nước phân chuồng là hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng. Vì vậy

nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân bón. Trong 1m3 nước phân có khoảng: 5-6kg N nguyên chất; 0,1kg P2O5; 12kg K2O

(Bergmann, 1965). Nước phân chuồng là nghèo lân, giàu đạm và rất giàu Kali. Đạm

trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: urê, axit uric và axit

hippuric, khi để tiếp xúc với không khí một thời gian hay bón vào đất thì bị VSV

phân giải axit uric và axit hippuric thành urê và sau đó chuyển thành amoni

carbonat.

Bảng 1.8. Thành phần trung bình của nước tiểu các lọai gia súc

TT Loại gia Thành phần trong nước tiểu (%)

súc, gia Nước CHC N P2O5 K2O CaO MgO Cl

cầm

Trâu bò 1 92,5 3,0 1,0 0,01 1,5 0,15 0-0,1 0,1

Ngựa 2 89,0 7,0 1,2 0,05 1,50 0,02 0,24 0,2

Lợn 3 94,0 2,5 0,5 0,05 1,0 0-0,2 0-0,1 0,1

1.2.1.3. Nước thải

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. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện

chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà

Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm

của nước thải chăn nuôi [1]:

 Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% bao gồm cellulose, protit,

2-,…

acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. Các chất

 N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên

vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO4

khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.

Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng

N-tổng = 200 – 350 mg/l trong đó N-NH4 chiếm khoảng 80-90%; P_tổng = 60-

100mg/l.

 Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và

trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.

Bảng 1.9. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung

Chỉ tiêu

Đơn vị

Trại

TTNC Lợn

Trại lợn

Trại Cty

Trại

TB±SD

kiểm tra

Đan Phuợng

Thụy Phương

Tam Điệp

Gia Nam

Hồng Điệp

7,02

7,15

7,26

7,08

6,78

6,83

± 0,24

1061,40

mg/l

1339,4

1080,70

882,3

783,4

1221,2

BOD5

± 278

2324,60

COD

mg/l

3397,6

2224.5

1924,8

1251,6

2824.5

± 1073

4412,80

TDS

mg/l

4812,8

4568.44

3949,56

4012,8

4720.4

± 400

78,40

P_tổng

mg/l

99,4

80.2

69,4

57,4

85.6

± 21

268,80

N_tổng mg/l

332,8

280,1

250,9

204,8

275,4

± 64

Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa

chuồng, vệ sinh dụng cụ, ...) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3 /năm.

1.2.1.3. Khí thải

Chất thải khí: Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4, H2S, ...

thuộc các loại khí nhà kính chính ) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, do ủ

phân, chế biến thức ăn, ... ước khoảng vài trăm triệu tấn/ năm.

1.2.2. Tình hình về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam

1.2.2.1. Chất thải rắn

Công tác quản lý chất thải trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn, việc

sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn bị hạn chế do phân lợn không giống

phân bò hay gia cầm khác. Phân lợn ướt và hôi thối nên khó thu gom và vận

chuyển, phân lợn là phân “nóng” khó sử dụng, hiệu quả không cao và có thể làm

chết hoặc mất năng suất cây trồng (sầu riêng mất mùi, nhãn không ngọt...). Theo

điều tra tình hình quản lý chất thải chăn nuôi ở một số huyện thuộc TP. HCM và

một số tỉnh lân cận [2] chỉ có 6% số hộ nuôi lợn có bán phân cho các đối tượng sử

dụng để nuôi cá và làm phân bón, khoảng 29% số hộ chăn nuôi lợn sử dụng phân

Biogas 29%

Ph©n bãn 6%

B¸ n ph©n 6%

Nu«i c¸ 9%

Kh«ng môc ®Ých 50%

cho bể biogas và 9% hộ dùng phân lợn để nuôi cá.

Hình 1.1. Mục đích sử dụng phân trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều

tra tại một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh

Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi

(2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung ở Hà Nội, Hà Tây, Ninh

Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: Chất thải rắn bao

gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi khi là xác gia súc, gia

cầm chết. Kết quả điều tra hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi cho thấy 100% số

cơ sở chăn nuôi đều chưa tiến hành xử lý chất thải rắn trước khi chuyển ra ngoài

khu vực chăn nuôi. Các cơ sở này chỉ có khu vực tập trung chất thải ở vị trí cuối

trại, chất thải được thu gom và đóng bao tải để bán cho người tiêu thụ làm phân bón

hoặc nuôi cá. Các bao tải này được tái sử dụng nhiều lần, không được vệ sinh tiêu

độc nên nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và lây nhiễm lan truyền dịch bệnh từ trang

trại này sang trang trại khác là rất cao. Đối với phương thức nuôi lợn trên sàn bê

tông phía dưới là hầm thu gom thì không thu được chất thải rắn. Toàn bộ chất thải,

bao gồm phân, nước tiểu, nước rửa chuồng được hòa lẫn và dẫn về bể biogas.

1.2.2.2. Chất thải lỏng

Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:

- Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng

và tắm cho lợn là 30-50 lít nước/1con.ngđ.

- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các mục

đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản;

- Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh

T í i c©y 15%

Biogas 40%

Xö lý s¬ bé, th¶i ra MT 45%

tác xung quanh.

Hình 1.2. Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại

một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh

Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi

(2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh

Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải của các

cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước

tắm rửa cho lợn. Cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều có chỉ có hệ thống xử

lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas. Kết quả điều tra của cho thấy hệ thống xử

lý nước thải tại các trang trại trên là: Nước thải  bể Biogas  hồ sinh học  thải

ra môi trường, hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn khác cũng có sơ đồ xử lý chất

thải như trên [1].

Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn.

Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất thấp. Vì vậy cần

có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô

nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra.

Bảng 1.10. Phương pháp xử lý và sử dụng chất lỏng tại các hệ thống

Đơn

Chỉ tiêu VAC AC VC C vị

trang trại 42,5 24,39 64,70 73,68 %

xử lý bằng Chất 3,87 ±5,43 4,41±1,28 3,73±1,83 3,98 ±2,98 m3 biogas thải

được trang trại % 11,25 - - -

xử lý xử lý bằng m3 5,59 ±2,86 - - - ao lắng

trang trại % 63,75 75,60 - - Chất đưa xuống m3 4,99 ±1,28 6,58±4,32 - - thải ao cá không trang trại % 11,25 12,19 57,14 63,15 được đổ ra môi xử lý m3 2,22 ±2,23 4,91±2,95 3,98 ±5,75 3,50±5,40 trường

1.2.3. Tổng quan về quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới

Việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn đã được nghiên cứu triển khai ở các nước

phát triển từ cách đây vài chục năm. Các nghiên cứu của các tổ chức và các tác giả

như (Zhang và Felmann, 1997), (Boone và cs., 1993; Smith & Frank, 1988),

(Chynoweth và Pullammanappallil, 1996; Legrand, 1993; Smith và cs., 1988; Smith

và cs., 1992), (Chynoweth, 1987; Chynoweth & Isaacson, 1987)... Các công nghệ

áp dụng cho xử lý nước thải trên thế giới chủ yếu là các phương pháp sinh học. Ở

các nước phát triển, quy mô trang trại hàng trăm hecta, trong trang trại ngoài chăn

nuôi lợn quy mô lớn (trên 10.000 con lợn), phân lợn và chất thải lợn chủ yếu làm

phân vi sinh và năng lượng Biogas cho máy phát điện, nước thải chăn nuôi được sử

Cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ

Trang trại lớn quy mô công nghiệp

Hệ thống nuôi trên sàn

Nuôi thả, chuông hở

Kho chứa chất thải rắn

Bể chứa, hồ chứa nước thải, hệ thống xử lý yếm khí, bể biogas dung tích lớn..

ủ phân compost

Kênh mương tiếp nhận nước thải

Ruộng, cánh đồng

dụng cho các mục đích nông nghiệp.

Dòng nước thải

Dòng chất thải rắn

Land

Hình 1.3. Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới

Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước

thải chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua.

Tại Hà Lan, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng công nghệ SBR qua 2 giai

đoạn: giai đoạn hiếu khí chuyển hóa thành phần hữu cơ thành CO2, nhiệt năng và

nước, amoni được nitrat hóa thành nitrit và/hoặc khí nitơ; giai đoạn kỵ khí xảy ra

quá trình đề nitrat thành khí nitơ. Phốtphat được loại bỏ từ pha lỏng bằng định

lượng vôi vào bể sục khí (Willers et al.,1994).

Tại Tây Ban Nha, mước thải chăn nuôi được xử lý bằng quy trình

VALPUREN (được cấp bằng sáng chế Tây Ban Nha số P9900761). Đây là quy

trình xử lý kết hợp phân hủy kỵ khí tạo hơi nước và làm khô bùn bằng nhiệt năng

được cấp bởi hỗ hợp khí sinh học và khí tự nhiên.

Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau Biogas là UASB. Đây là công

trình xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng. Nước thải được đưa vào từ dưới lên, xuyên

qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn. Quá trình khoáng hóa các chất

hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này. Một phần khí sinh ra

trong quá trình phân hủy kỵ khí (CH4, CO2 và một số khí khác) sẽ kết dính với các

bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bùn, tạo sự khuấy trộn đều giữa

bùn và nước. Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí được giải phóng với khí tự do và bùn

sẽ rơi xuống. Để tăng tiếp xúc giữa nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau

khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn trở lại hệ thống.

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

THẢI CHĂN NUÔI LỢN PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA VIỆT NAM

Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau:

- Phương pháp xử lý cơ học.

- Phương pháp xử lý hóa lý.

- Phương pháp xử lý sinh học.

Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các công

trình xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học, hóa lý.

2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp cơ học và hóa lý

2.1.1. Xử lý cơ học

Mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu

gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng... để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều

kiện xử lý và giảm khối tích các công trình phía sau.

2.1.2. Xử lý hóa lý

Sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều cặn hữu cơ và vô cơ có kích

thước nhỏ, có thể dùng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Theo nghiên cứu của

Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn: phương pháp cơ học và

keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn. Tuy

nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi.

Ngoài ra tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại bỏ cặn trong nước thải chăn

nuôi lợn, tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sở

chăn nuôi.

2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí

2.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý kỵ khí

Vào những năm 19 quá trình phân hủy kỵ khí được ứng dụng rộng rãi trong xử

lý bùn thải và phân, sau đó phương pháp này được áp dụng cho XLNT nhờ có

những ưu điểm sau:

- Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí;

- Thời gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước. Một lượng sinh

khối lớn được giữ lại trong bể;

- Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiếu khí);

- Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng (khí sinh học – Biogas);

- Hệ thống công trình xử lý đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn

toàn, kỵ khí tiếp xúc...

Bên cạnh các ưu điểm trên, quá trình xử lý kỵ khí có một số nhược điểm sau:

- Nhạy cảm với môi trường (to, pH, nồng độ kim loại nặng…);

- Phát sinh mùi;

- Tốc độ phát triển sinh khối chậm.

Trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý 2 yếu tố quan trọng:

- Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt;

- Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và sinh khối vi khuẩn.

Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp,

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 [41]:

ChÊt h÷u c¬ kh«ng tan, protein, hydrat carbon, lipit

Acid bÐo Acid amin, ®êng

11 11

Hîp chÊt trung gian (propionat, butyrat,…)

Acetate Hydro

Methane

Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí. Số liệu chỉ %COD trong

từng giai đoạn

 Giai đoạn 1- (giai đoạn thủy phân): Nước thải chăn nuôi lợn có chứa nhiều

polyme hữu cơ phức tạp và không tan trong nước (protein, chất béo, carbon hydrat,

cellulose, ligin..). Trong giai đoạn thủy phân những polyme hữu cơ bị bẻ gãy bởi

các enzym ngoại bào do VSV thủy phân sinh ra để tạo thành các hợp chất hữu cơ

đơn giản hơn. Phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành acid amin, carbon

hydrat thành đường đơn và chất béo thành acid hữu cơ mạch dài và glyxerin. Nhưng

phản ứng thủy phân cellulose và các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ

đơn giản xảy ra chậm hơn rất nhiều trong giai đoạn 1 và các giai đoạn sau, yếu tố

này cũng sẽ hạn chế tốc độ quá trình phân hủy kỵ khí.

Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào nồng độ chất nền, lượng vi khuẩn và các yếu tố môi trường khác (tốc độ thủy phân xảy ra rất chậm khi nhiệt độ<200C)...

 Giai đoạn 2 - giai đoạn acid hóa: các hợp chất hữu cơ đơn giản từ quá trình

thủy phân được các vi khuẩn acetogenic chuyển hóa thành acid acetic, H2 và CO2.

 Giai đoạn 3 - giai đoạn acetate hóa: Sản phẩm của quá trình acid hóa được

tiếp tục chuyển hóa thành nguyên liệu trực tiếp cho quá trình methane hóa. Trong sơ

đồ 3.1 cho thấy 70%COD của nguồn được chuyển thành acid acetic và 30%COD

còn lại đóng vai trò là chất cho điện tử và được chuyển hóa thành CO2 và H2.

 Giai đoạn 4 - giai đoạn methane hóa: là giai đoạn chậm nhất trong quá trình

xử lý yếm khí. Khí methane hình thành từ phản ứng của acid acetic hoặc khí CO2 và

H2. Quá trình này được thực hiện bởi loại VK acetotrophic và hydrogenotrophic.

; CH3COOH --> CH4 + CO2 4H2 + CO2 --> CH4 + H2O

Vi sinh vật tạo methane từ hydro và carbonic (hydrogenotrophic) có tốc độ

phát triển nhanh hơn nên đóng vai trò quyết định trong quá trình này. Song song với

quá trình phân hủy các chất hữu cơ là quá trình tổng hợp tế bào của tất cả các nhóm

vi sinh có mặt trong quá trình xử lý.

Từ cơ chế phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí cho thấy:

- Theo sơ đồ 3.1 quá trình hình thành methane COD chuyển thành H2 chỉ

là 30% thông qua nhóm vi khuẩn hydrogenotrophic. Vì vậy, để đạt hiệu quả xử lý

COD cao cần tạo điều kiện cho nhóm vi khuẩn này phát triển.

- Trong giai đoạn acid hóa, pH của môi trường bị giảm do hình thành acid

béo và các sản phẩm trung gian có tính acid. Mặt khác chủng loại vi sinh tạo

methane chỉ phát triển thuận lợi trong môi trường trung tính. Để khắc phục hiện

tượng “chua” cần tạo thế cân bằng giữa hai quá trình acid hóa và methane hóa bằng

2-).

cách thúc đẩy hoạt tính của VSV methane hóa và duy trì điều kiện đệm (hệ đệm là

- - CO3

HCO3

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.

2.2.2. Các công trình kỵ khí có triển vọng áp dụng cho XLNT chăn nuôi

a. Bể Biogas: Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, thấy ở hầu hết các cơ

sở chăn nuôi quy mô trang trại, kể cả quy mô hộ gia đình. Ưu điểm của bể Biogas là

có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các

nguồn năng lượng khác.

Trong bể Biogas các chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau Biogas

nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và ít mùi hơn. Bùn cặn trong bể biogas có

thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp. Cùng với việc có nguồn năng lượng mới sử

dụng, còn góp phần giảm thiểu hiện tượng chặt phá rừng và bảo vệ môi trường. Khí

Biogas là một nguồn năng lượng có triển vọng trong tương lai đồng thời góp phần

bảo vệ môi trường và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.

Bảng 2.1. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas

Loại khí Thành phần khí

55-65% CH4

35-45% CO2

0-3% N2

0-1% H2

0-1% H2S

Khi đốt cháy 1m3 hỗn hợp khí biogas sinh ra nhiệt lượng khoảng 4.500-6.000 calo/m3 tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay

2,2 kW điện [21].

Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu

nước, tải trọng chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lượng khí sinh ra là khác nhau.

Bảng 2.2. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải trong

nông nghiệp

Động vật Khí được sản sinh Thực vật Khí được sản sinh

(l/kg chất thải rắn) (l/kg chất thải rắn)

340-500 Cỏ 90-130 Lợn

310-620 Rơm 105 Gà

280-550 Bèo tây 375 Bò

Các quá trình sinh hóa trong bể Biogas:

Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas như sau: Nhóm vi khuẩn biến

dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí metan.

+ Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym

cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử.

Theo A.R.Prevot, chúng có mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus,

Endosponus, Terminosponus. Trong điều kiện yếm khí chúng phân hủy tạo ra: CO2,

H2 và một số chất tan trong nước như formandehit, acetat, ancol methylic.. Các chất

này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan.

+ Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Nhóm này rất chuyên biệt và đã được

nghiên cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cs.., 1997 ở Mỹ, được xếp thành 3 bộ, 4 họ,

17 loài. Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó

việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan, như vậy quá

trình lên men mới đảm bảo triệt để. Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển cần

có lượng CO2 đủ trong môi trường, nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ

C/N = 20:1. Trong quá trình lên men kỵ khí các loài VSV gây bệnh bị tiêu diệt

không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong

đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh

dinh dưỡng,… Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến

100%.

Các yếu tố ảnh hưởng và duy trì hệ thống Biogas:

- Nguyên liệu đưa vào: cần phải bổ sung hàng ngày khối lượng phân đầy đủ,

nếu quá nhiều hoặc quá ít phân đều có thể sản sinh ra ít khí hoặc không có khí. Do

đó cần phải duy trì sự cân bằng giữa các nhóm vi khuẩn trên, nếu dư các chất hữu

cơ nhóm sinh vật thứ nhất sản sinh ra nhiều acid gây ức chế sự phát triển và hoạt

động của nhóm vi khuẩn thứ hai. Công thức pha trộn chung là: 1,5kg phân tự nhiên

+ 30 lít nước = hỗn hợp bùn lỏng có nồng độ căn lơ lửng 5%. Sản phẩm khí tạo ra 0,35-0,40m3 khí/1kg cặn lơ lửng, thời gian lưu nước trong bể Biogas đối với phân

lợn là 10-15 ngày [29].

Bảng 2.3. Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu

STT Nguyên liệu Lượng khí sinh Thời gian %CH4 trong

khí sinh học lên men

học/1kg chất khô (m3/kg) (ngày)

1 Phân trâu bò 0,33 58 10

2 Phân gia súc khác 0,23-0,50 58 10

3 Phân trâu 0,86-1,11 57 10

4 Phân gà 0,31-0,54 60 30

5 Phân lợn 0,69-0,76 58-60 10-15

6 Phân Cừu 0,37-0,61 64 20

- Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N: quá trình phân huỷ kỵ khí tốt nhất nếu nguyên

liệu đưa vào đảm bảo tỷ lệ C/N=30/1 [29].

Bảng 2.4. Tỷ lệ C/N trong phân gia súc gia cầm

Vật nuôi Thành phần

Chất tan (%) N(%) P(%) C/N

Bò sữa 7,33 0,38 0,10 25,30

Bò thịt 9,53 0,70 0,20 26,30

Lợn 21,50 1,00 0,30 25,50

Gà 16,60 1,20 1,20 15,00

Trâu 10,20 0,31

Chất lượng nguyên liệu và tỷ lệ hỗn hợp phân/nước: dung dịch lên men phải

đảm bảo hàm lượng chất khô 2-4%, với chất dễ tiêu khoảng 7%. Thông thường tỷ lệ

phân/nước=1/1-1/5.

- Quá trình khuấy trộn: phải thường xuyên thực hiện phá lớp váng nổi trong

bể Biogas để tạo điều kiện cho khí thoát lên vòm bể và thúc đẩy quá trình sinh khí.

Đồng thời trong các vi khuẩn sinh khí có loài thụ động có loài năng động, do đó cần

khuấy trộn để cung cấp thức ăn cho loài vi khuẩn thụ động.

- Hoá chất, các độc tố: các hóa chất như thuốc kháng sinh hoặc các sản phẩm

hoá học khác có thể gây ức chế cho quá trình phát triển của VSV. Vi sinh vật có thể

ngừng làm việc và hiệu quả sinh khí thấp, vì vậy cần hạn chế sự có mặt của các chất

hoá học trong bể Biogas.

- pH: tối ưu khoảng 7-8,5.

- áp suất: Vi khuẩn tạo khí methane rất nhạy cảm với áp suất, chúng chỉ hoạt

động bình thường trong điều kiện áp suất <40mm cột nước [29]. - Nhiệt độ: lý tưởng là 350

C, tuy nhiên quá trình phân huỷ vẫn xảy ra ở nhiệt độ 15-200C. Nếu nhiệt độ thấp hơn thì VSV khó phát triển, dưới 100C thì gần như

quá trình sinh khí không diễn ra. Theo Mignotte lượng khí sinh ra trên 1 tấn phân ở

các nhiệt độ khác nhau trong khoảng thời gian khác nhau được thể hiện trong bảng

Bảng 2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu đến hiệu quả sinh khí Nhiệt độ (0C)

Khí sinh ra (m3/ngày) Thời gian (tháng)

15 12 0,15

20 6 0,3

25 3 0.6

30 2 1.0

35 1 2,0

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) nước thải sau khi qua bể Biogas,

BOD giảm 79-87%, Coliform giảm 98-99,7%, trứng giun sán giảm 95,6-97%.

b. Hồ kỵ khí: Chiều sâu hồ khoảng 3-5m, lớp nước trong hồ được khuấy đảo nhờ

các bọt khí sinh ra từ quá trình kỵ khí ở đáy và các yếu tố khác như gió, chuyển

động đối lưu... Hiệu quả xử lý của hồ kỵ khí phụ thuộc vào thời gian lưu và tải

lượng chất hữu cơ, mối quan hệ giữa hiệu quả xử lý và thời gian lưu được thể hiện

qua công thức [2]: E(%) = 1 – 2,4. 0,5

Tải trọng BOD của hồ kỵ khí tương đối cao, từ 200-500 kgBOD/ha.ngày. Hiệu

quả khử BOD từ 50-85%. Hàm lượng chất lơ lửng khi ra khỏi hồ 80-160 mg/l [21].

c. Quá trình lọc sinh học kỵ khí: Kỹ thuật lọc yếm khí được sử dụng trong thực tế

lần đầu tiên vào năm 1969, kỹ thuật trên phù hợp với nước thải có hàm lượng chất

hữu cơ cao. Tải lượng chất hữu cơ của bể lọc yếm khí có thể đạt tới 1-20 kgBOD/m3.ngđ [2].

Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi, đá, vòng

nhựa tổng hợp, tấm nhựa, xơ dừa.. để xử lý nước thải trong điều kiện không có oxy.

Bể lọc kỵ khí có dòng chảy hướng lên hoặc dòng chảy ngang. Nước thải đi qua và

tiếp xúc với toàn bộ lớp vật liệu lọc. Sinh khối dính bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc

cố định do đó sinh khối được giữ lại trong bể với thời gian lâu hơn thời gian lưu

nước (thời gian lưu nước là 8h, thời gian lưu bùn có thể lên đến 100 ngày).

Quy trình này có nhiều ưu điểm:

- Đơn giản trong vận hành;

- Chịu được biến động lớn về tải lượng ô nhiễm; vận hành ở tải trọng cao;

- Không phải kiểm soát lượng bùn nổi như trong bể UASB;

- Có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phân hủy chậm;

- Thời gian lưu bùn rất cao (khoảng 100 ngày) [9].

Tuy nhiên có nhược điểm là không điều khiển được sinh khối của bể lọc này.

Sử dụng quá trình màng VSV kỵ khí cũng như hiếu khí để XLNT chăn nuôi ngoài

việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ còn có thể loại bỏ một lượng lớn các chất lơ lửng,

trứng giun sán, vi khuẩn... nhờ cơ chế hấp phụ. Tuy nhiên khi XLNT chăn nuôi cần

lưu ý sự tích lũy cặn trong lớp VLL vì hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải là khá

lớn. Sự tích lũy cặn sẽ làm tắc lớp VLL tạo ra các vùng chết hoặc xảy ra hiện tượng

đánh thủng lớp VLL làm cho dòng chảy ngắn và phân bố không đều dẫn đến giảm

hiệu quả xử lý. Vì vậy cần loại bỏ cặn lơ lửng trước khi đi vào công trình.

Sự phát triển của mô hình động học phân hủy yếm khí hiện chưa đạt tới mức

độ cho phép thiết lập các thông số thiết kế cho một hệ xử lý hoặc cần tới quá nhiều

các thông số nhưng tính đặc trưng và ổn định của chúng thấp, vì vậy thiết kế hệ lọc

yếm khí chủ yếu dựa trên kinh nghiệm hoặc từ kết quả nghiên cứu từ thí nghiệm

pilot [2].

Trên cơ sở các thí nghiệm và thực nghiệm với hệ lọc sử dụng vật liệu mang

khác nhau, mặc dù số liệu khá tản mạn nhưng người ta xác lập được mối quan hệ

[2]:

lg(Se/Si) = -A lg + B; E = 1- Se/Si = 1 – B. ()-A (3-1)

Trong đó : Si, Se : nồng độ cơ chất đầu vào và đầu ra khỏi hệ

A, B : hằng số kinh nghiệm

E: hiệu quả xử lý

: thời gian lưu (giờ)

Theo các số và B=0,87, nếu thời gian lưu tính theo giờ thì hiệu quả xử lý được

xác định theo công thức: E = 1 – 0,87.-0,5 [2].

Theo [1] tổng hợp các kết quả nghiên cứu về lọc kỵ khí trên thế giới cho thấy

bể lọc kỵ khí. Đối với nước thải sau Biogas trong đối tượng nghiên cứu có COD

khoảng 1500mg/l tương ứng với hiệu suất xử lý COD khoảng E=65% tương ứng

với thời gian lưu nước qua bể lọc kỵ khí là 8giờ. Kết quả trên cũng phù hợp với công thức tổng hợp của Lê Văn Cát (E = 1 – 0,87.-0,5).

d. Quá trình kỵ khí trong UASB: Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi

Gatze Lettinga và các cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những

năm 1970, nó thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp

tới cao tại các vùng nhiệt đới. Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng

chất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể.

Nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng hạt. Quá

trình sinh hóa diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp hạt bùn này. Khí sinh ra sẽ kéo

các bông bùn lên lơ lửng trong bể tạo ra sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước. Khi

lên đến đỉnh các bọt khí sẽ va chạm với các tấm chắn nghiêng, các bọt khí được giái

phóng tự do còn bùn được rơi xuống theo trọng lực. Tấm chắn được đặt nghiêng

trong vùng tách pha để tăng tiết diện, tiết diện dòng chảy tăng do đó làm giảm tốc

độ lắng của pha rắn tại vùng này, bùn được tích tụ trên bề mặt tấm chắn nghiêng khi

KhÝ Biogas 甲烷氣

TÇng pha 污泥毯區 níc, pha khÝ

氣固液三相分離裝置 V¸ch ng¨n t¸ch khÝ

Níc th¶i 出流水 sau bÓ UASB

溢流堰

M¸ng thu níc quanh bÓ

TÇng bïn l¬ 污泥床區 löng

HÖ thèng 進流水分配器 ph©n phèi níc

Níc th¶i 進流水 vµo

đủ lớn tách ra và rơi xuống vùng lắng.

Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo bể UASB

Hiệu quả xử lý của bể UASB có tách pha và không tách pha khác nhau [35].

Trường hợp không tách pha: E = 1 – 1,53. -0,64

Trường hợp có tách pha: E = 1 – 0,68. -0,64

Theo G. Lettinga, 2002:

lg(Se/Si) = -A lg + B; E = 1- Se/Si = 1 – B. ()-A (3-1)

Trong đó : Si, Se : nồng độ cơ chất đầu vào và đầu ra khỏi hệ

A, B : hằng số kinh nghiệm

E: hiệu quả xử lý

: thời gian lưu (giờ)

Các hằng số kinh nghiệm A, B trong công thức (3-1) được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.6. Các thông số kỹ thuật đối với các công trình xử lý kỵ khí

Hệ thống xử lý yếm khí

A

B

 đối với

E=80% (giờ)

0,68 0,68 5,5 UASB tiêu chuẩn

0,60 0,56 5,5 Lưu thể giãn nở

0,50 0,87 20,0 Lọc sinh học

0,50 2,40 144,0 Hồ yếm khí

So sánh với các kỹ thuật xử lý yếm khí khác, trên nhiều phương diện cho thấy kỹ

thuật UASB là phương án tốt nhất. Thông thường thời gian lưu là 6 ngày cho vùng

khí hậu nhiệt đới, chiều cao bể 4-6m, vận tốc nước dâng v = 0,6-0,9 m/h [3].

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của bể UASB:

- Nhiệt độ: UASB có thể hoạt động ở nhiệt độ ấm (30 – 350C) hoặc nóng (50 – 550C). Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hoạt động của bể UASB là 350C. Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn tạo methane hầu như không hoạt động.

- pH: pH tối ưu cho quá trình hoạt động của bể UASB là từ 6,5-7,5. Nếu pH

giảm thì ngưng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng

acid tăng lên dẫn đến làm chết các vi khuẩn tạo CH4. Phải duy trì độ kiềm

trong nước thải khoảng 1.000-1.500mg/l làm dung dịch đệm để không cho

pH<6,3.

- Hàm lượng chất hữu cơ: khi COD < 100mg/l, xử lý bằng USAB không thích

hợp. Khi COD>50.000mg/l, cần pha loãng nước thải [2].

- Khả năng phân huỷ sinh học của các chất hữu cơ: có thể xác định bằng cách

cho một lượng COD đã định lượng trước vào mô hình tĩnh và theo dõi lượng

khí methane sinh ra hoặc lượng COD còn lại trong thời gian khoảng 40 ngày.

- Chất dinh dưỡng: nhu cầu dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn kị khí

thường thấp hơn so với vi khuẩn hiếu khí. Hàm lượng tối thiểu của các nguyên

tố dinh dưỡng xác định theo tỷ lệ (COD/Y) : N : P : S = (50/Y : 5 : 1 : 1).

Trong đó Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào nước thải. Nước thải

không dễ acid hóa có Y = 0,15; nước thải dễ acid hóa có Y = 0,03.

- Hàm lượng cặn lơ lửng: UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm

lượng cặn lơ lửng lớn > 3000mg/l. Cặn khó có thể phân hủy sinh học được, do

đó cặn sẽ tích lũy dần trong bể gây trở ngại cho quá trình xử lý nước thải.

+ Ưu điểm:

- Theo nghiên cứu XLNT trại chăn nuôi lợn Vĩnh An (CEFINA-Trung tâm

Công nghệ quản lý môi trường) trên mô hình kỵ khí UASB cho thấy: ở tải lượng 2-5 kgCOD/m3.ngày, hiệu suất xử lý đạt 70-72% còn ở tải trọng 5- 6kgCOD/m3.ngày thì hiệu quả là 48% [19]. Hệ thống UASB có ưu điểm nổi

bật là khả năng chịu tải trọng COD lớn và có chịu được sự thay đổi đột ngột

COD trong nước thải.

- Trong bể UASB các loại bùn có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa

so với bùn hoạt tính hiếu khí ở dạng lơ lửng. Lượng bùn sinh ra trong quá trình

xử lý UASB chỉ bằng khoảng 1/5 so với phương pháp hiếu khí [34,36,38].

- Cả ba quá trình: phân hủy, lắng bùn, tách khí được xây dựng, lắp đặt trong

cùng một công trình và có khả năng thu hồi khí Methane;

- Tốn ít năng lượng cho quá trình vận hành, lượng bùn dư ít nên giảm chi phí

xử lý bùn, bùn sinh ra sau hệ thống dễ tách nước.

- Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động

trở lại sau một thời gian ngưng nạp nhiên liệu.

+ Nhược điểm: Khó khăn khi kiểm soát hiện tượng bùn nổi, tức là phải đảm bảo sự

tiếp xúc tốt nhất giữa bùn và nước thải để duy trì hiệu quả xử lý của bể.

Một số thông số kỹ thuật khi thiết kế bể UASB:

- Vận tốc nước thải đưa vào bể duy trì trong khoảng 0,6-0,9m/h;

- pH duy trì trong khoảng 6,6-7,6 (pH<6,2 thì vi khuẩn chuyển hóa methane

hoạt động kém), cần duy trì dung dịch đệm độ kiềm cần duy trì 1000-

1500mg/l);

- Chu trình sinh trưởng của VSV acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với VSV

acetate hóa (2-3 giờ, so với 2-3 ngày). Do đó trong quá trình vận hành ban đầu

tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì VSV acid hóa sẽ tạo ra các acid

béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các

acid này thành acetate dưới tác dụng của vi khuẩn acetate. Do ở Việt Nam

chưa có loại bùn hạt nên quá trình vận hành ban đầu tải trọng COD khoảng 3kg COD/m3.ngđ, khi hệ thống hoạt động ổn định có thể tăng lên đến 15-20 kgCOD/m3.ngđ (thời gian này kéo dài khoảng 3-4 tháng) [16].

e. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed): Một trong những yếu tố quan

trọng của hệ UASB là dạng tập hợp sinh khối, sinh khối keo tụ thành hạt bùn: kích

thước 1-5mm, khối lượng riêng lớn, độ bền cơ học cao, tốc độ sa lắng lớn và hoạt

tính methane hóa cao. Một hệ UASB thông thường không có khả năng tạo ra các

hạt bùn có tính chất như trên mặc dù có hiệu quả xử lý cao, chứng tỏ chúng không

phải là điều kiện tiên quyết cho hiệu quả xử lý của hệ, chính từ quan điểm trên

người ta đã biến thể hệ UASB thành hệ EGSB. Năm 1983 Lettinga và cs, đã phát

minh ra hệ thống EGSB - Expanded Granular Sludge Bed (lớp bùn hạt mở rộng).

Dòng nước thải đi vào hệ thống theo chiều từ dưới lên, qua một lớp bùn hạt

mở rộng, chứa những vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất hữu cơ chứa trong bùn

thải. Vận tốc dòng lên của hệ thống có thể đạt trên 9 m/h, cao hơn nhiều hệ thống

UASB (0,6 - 0,9m/h). Nước thải ra khỏi hệ thống có thể được tuần hoàn trở lại một phần, do tải lượng của bể EGSB (2-4kgCOD/m3.ngày [17]) thấp hơn so với bể

UASB.

+ Ưu điểm:

- Giảm được chi phí xây dựng (do tải trọng xử lý cao);

- Độ ổn định cao ngay cả với những điều kiện hoạt động không thuận lợi, có

thể hoạt động được ở nhiệt độ thấp: 8-120C; có thể xử lý nhiều chất độc hại và

nhiều loại acid béo có cấu tạo bền vững;

- Vận tốc nước dâng lớn: 9-12m/h (trong bể UASB là 0,6-0,9m/h)

+ Nhược điểm:

- Tốn năng lượng do dòng tuần hoàn;

- Bùn dư có khả năng phân tách kém hơn bùn trong hệ UASB;

- Do tốc độ dâng nước lớn nên rất khó tạo bùn hạt (loại bùn có hoạt tính cao)

Từ các ưu nhược điểm trên cho thấy hệ thống EGSB nên áp dụng cho nước

thải có tải lượng COD thấp và chứa các chất hữu cơ dạng hòa tan.

2.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí

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:

 Enzyme CO2 + H2O + H

CxHyOz + O2

- Tổng hợp tế bào mới:

 Enzyme TÕ bµo vi khuÈn (C5H7O2N)+CO2 + H2O -

CxHyOz+ O2 + NH3

H

- Phân hủy nội bào:

 Enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3  H

C5H7O2N + O2

2.3.2. Các công trình hiếu khí có triển vọng áp dụng cho XLNT chăn nuôi

a. Aerotank: Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi Arden và

Lockett năm 1914 tại Anh. Vi khuẩn dính bám lên các bông cặn có trong nước thải

và phát triển sinh khối tạo thành bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ. Các

bông bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động

phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các bông bùn lớn dần lên do

hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vật nguyên sinh... qua đó nước thải

được làm sạch.

Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà (1998) ở trại chăn nuôi 3/2 TP. HCM: ứng với tải trọng 0,6-1,5kgCOD/m3.ngày, nồng độ COD đầu vào 200-500 mg/l và

thời gian lưu nước 8-10 giờ thì hiệu quả xử lý đạt được 80-85%. Khi tăng thời gian

xử lý lên thì hiệu quả xử lý không tăng nữa.

XLNT chăn nuôi bằng bể Aerotank có ưu điểm là tiết kiệm được diện tích và

hiệu quả xử lý cao, ổn định nhưng chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành khá

lớn so với các phương pháp xử lý hiếu khí khác như: ao hồ sinh học, mương oxy

hóa... Do đó tùy điều kiện kinh tế, quỹ đất mà lựa chọn hình thức xử lý phù hợp.

b. Lọc sinh học hiếu khí: Sử dụng hệ VSV dính bám trên các VLL để xử lý các

chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại

VSV có khả năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá thể, tạo

thành màng. 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/m3 VLL, tải trọng thủy lực 1-3m3 nước thải/m2 bề mặt

bể.ngày. Thông thường hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học nhỏ giọt E=75-90%

[19].

+ 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 m3 khí/m3 nước thải. Tải trọng của bể lọc sinh học cao tải 0,2-1,5 kgBOD/m3 VLL, tải trọng thủy lực 10-30m3 nước thải/m2 bề mặt bể.ngày. Hiệu quả xử lý BOD của bể lọc sinh học cao tải E=60-85%

[19].

c. Hồ sinh học: Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương như quá trình tự làm

sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn. Trong hồ có thể nuôi

trồng thủy thực vật, tảo, vi sinh vật, cá.... để tăng hiệu quả xử lý. Quần thể động

thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp

chất hữu cơ của nước thải. Đầu tiên VSV phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành

các chất đơn giản, đồng thời trong quá trình quang hợp chúng lại giải phóng ra oxy

cung cấp cho động thực vật. Cá bơi khuấy trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc

của oxy với nước, thúc đẩy sự họat động, phân hủy của vi sinh vật...

Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh học còn có các lợi ích: nuôi trồng

thủy sản và cây trồng, điều hòa lưu lượng, dự trữ nước cho các mục đích sử dụng

nước khác.

Căn cứ vào đặc tính tồn tại của các nhóm VSV và cơ chế xử lý mà có thể chia

ra các loại hồ: hồ hiếu khí; hồ kỵ khí; hồ tùy tiện.

+ Hồ hiếu khí: Là loại hồ cạn, độ sâu lớp nước trong hồ 0,4-0,8m để cho ánh sáng

mặt trời xâm nhập sâu vào lớp nước. Lượng oxy cho các quá trình sinh hóa chủ yếu

là oxy trong không khí xâm nhập qua bề mặt và hoạt động quang hợp của thực vật

trong nước. Tải lượng của hồ khoảng 250-300 kgBOD/ha.ngày; thời gian lưu nước

khoảng 3-12 ngày. Do độ sâu nhỏ và thời gian lưu nước lớn do đó hồ hiếu khí có

thể kết hợp xử lý nước thải và nuôi trồng thủy sản.

Đối với hồ hiếu khí nhân tạo (cung cấp oxy cưỡng bức) thì chiều sâu hồ có thể

2-4,5m; tải lượng 400 kgBOD/ha.ngày; thời gian lưu nước 1-3 ngày.

+ Hồ tùy tiện: được sử dụng rộng rãi trong XLNT, trong hồ xảy ra song song hai

quá trình: oxy hóa hiếu khí chất hữu cơ và phân hủy methane cặn lắng. Chiều sâu

của hồ tùy tiện thường lấy 1,0-1,5m. Theo chiều sâu của hồ phân ra thành ba vùng:

Lớp nước phía trên có nhiều oxy hòa tan nên quá trình oxy hóa xảy ra ở môi trường

hiếu khí; Lớp giữa là lớp trung gian; Lớp dưới cùng quá trình phân hủy các chất

Maët trôøi

Gioù (gioù thuùc ñaåy quaù trình hoøa troän vaø laøm thoaùng)

Neáu khoâng coù O ôû lôùp phía treân cuûa hoà coù theå sinh ra khí coù muøi

2O (caùc giôø chieáu saùng trong ngaøy)

2H S

2CO

Laøm thoaùng

Taûo

Teá baøo cheát

Nöôùc thaûi

Vuøng hieáu khí

Teá baøo môùi

3NH PO ,...

3- 4

H S + 2O H SO

2CO

Teá baøo môùi

NH PO ,...

3 3- 4

Chaát raén coù theå laéng

Vi khuaån

Vuøng tuøy tieän

Teá baøo cheát

Buøn ñaùy

Chaát thaûi höõu cô

CO + NH + H S + CH

Axit höõu cô, röôïu

Vuøng kî khí

hữu cơ ở môi trường yếm khí.

Hình 2.3. Các quá trình sinh hóa XLNT trong hồ sinh học

d. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thuỷ sinh thực vật

Trong XLNT, thực vật thủy sinh (TVTS) có vai trò rất quan trọng. TVTS tham

gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, phốtpho, kim loại nặng và

VSV gây bệnh. Trong quá trình XLNT thì sự phối hợp chặt chẽ giữa TVTS và các

sinh vật khác (động vật phù du, tảo, vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên sinh,

nhuyễn thể, ấu trùng, côn trùng…) có ý nghĩa quan trọng. Vi sinh vật tham gia trực

tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và tạo nguyên liệu dinh dưỡng (N,

P và các khoáng chất khác…) cho thực vật sử dụng. Đây chính là cơ chế quan trọng

để TVTS loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P. Hiện nay việc sử dụng TVTS trong công

tác bảo vệ môi trường ngày càng được chú ý hơn vì chúng có những ưu điểm nổi

bật:

- Xử lý được nhiều tác nhân gây ô nhiễm;

- Thân thiện với môi trường;

- Tốc độ tăng trưởng sinh khối nhanh: sinh khối của TVTS sau xử lý có thể sử

dụng làm thức ăn chăn nuôi, sản xuất khí mêtan, phân bón…;

- Giá thành xử lý thấp hơn so với các phương pháp sinh học khác.

+Xử lý nước thải bằng tảo: Tảo có khả năng quang hợp, chúng có tốc độ sinh

trưởng nhanh, chịu được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong

nước thải, có giá trị dinh dưỡng cao. Do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này

của tảo để: chuyển đổi năng lượng mặt trời và chất dinh dưỡng trong nước thải

thành năng lượng sinh khối tảo. Thông thường người ta kết hợp việc XLNT với sản

xuất và thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải,

Các yếu tố cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng tảo:

Dưỡng chất: Ammoni là nguồn đạm chính cho quá trình tổng hợp nên protein

của tế bào thông qua quá trình quang hợp của tảo. Các nguyên tố vi lượng ảnh

hưởng đến sự phát triển của tảo, trong tế bào tảo tỷ lệ P: Mg: K là 1,5:1:0,5

[18].

Độ sâu của tảo: độ sâu của tảo được lựa chọn trên cơ sở tối ưu hóa khả năng

sử dụng ánh sáng trong quá trình quang hợp của tảo, độ sâu thường là 40 -

50cm.

Thời gian lưu chất thải trong ao: thường chọn lớn hơn 2-8 ngày [18].

Lượng BOD nạp cho hồ tảo: ảnh hưởng đến năng suất tảo vì nếu lượng BOD

nạp quá cao môi trường sẽ trở nên yếm khí ảnh hưởng đến quá trình cộng sinh

của tảo và vi khuẩn. Một số thí nghiệm ở Thái lan cho thấy trong điều kiện nhiệt đới thì lượng BOD nạp vào là 336 kg/ha.ngày (33,6 g/m2.ngày) [18].

+ Xử lý bằng thực vật thủy sinh có kích thước lớn: Thực vật thủy sinh kích thước

lớn có thể sử dụng trong xử lý nước thải chia làm 3 nhóm :

- Nhóm nổi: bèo tấm (Lemna minor), bèo Nhật bản (Eichhornia crassipes),

loại này có thân, lá nổi trên mặt nước, chỉ có phần rễ là chìm trong nước.

- Nhóm nửa chìm, nửa nổi: sậy (Pharagmites communis), lau (Cirpus

lacustris). Loại này có bộ rễ cắm vào đất, bùn còn phần thân chìm trong nước,

phần còn lại và lá ở phía trên. Mực nước thích hợp của cây là >1,5m.

- Nhóm chìm: rong xương cá (Potamogeton crispus), rong đuôi chó (Littorella

umiflora), thực vật loại này chìm hẳn trong nước, rễ của chúng bám chặt vào

bùn đất, còn thân và lá ngập trong nước.

Bảng 2.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu

Loại Tên thông thường Tên khoa học

Thuỷ sinh vật sống chìm Hydrilla Hydrilla verticilata

Water milfoil Myriophyllum spicatum

Blyxa Blyxa aubertii

Thuỷ sinh vật sống trôi Lục bình Eichhornia crassipes

nổi Bèo tấm Wolfia arrhiga

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Salvinia Salvinia spp

Thuỷ sinh thực vật sống Cattails Typha spp

nổi Bulrush Scirpus spp

Sậy Phragmites communis

2.4. Xử lý N, P trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học

+=180-280mg/l; N-NO2

-=1-3mg/l; N-NO3

Trong nước thải chăn nuôi hàm lượng các hợp chất N, P trong nước thải là rất -= 15- cao (Ntổng= 200-350mg/l; N-NH4

60mg/l; BOD5=800-1400mg/l; COD=1300-3500mg/l; Ptổng=60-100mg/l). Hợp chất

nitơ bền và không có hậu quả xấu với môi trường là khí N2. Xử lý hợp chất N trong

nước thải với mục tiêu cao nhất về phương diện công nghệ là chuyển chúng về dạng

khí nitơ.

Khả năng loại bỏ N, P qua các quá trình XLNT:

- Trong quá trình xử lý sơ bộ lắng nồng độ N giảm khoảng 5-10% do hợp chất

N được giữ lại ở trong các hợp chất lắng.

- Trong quá trình xử lý yếm khí quá trình oxy hóa amoni hầu như không diễn

ra chỉ một phần nhỏ tham gia tổng hợp sinh khối. Trong quá trình yếm khí chỉ

chuyển hóa từ dạng N-hữu cơ về dạng N-vô cơ qua quá trình thủy phân.

- Trong quá trình xử lý hiếu khí so với quá trình phân hủy COD thì quá trình

oxy hóa N-amoni thành Nitrit và Nitrat diễn ra chậm hơn nhiều. Như vậy đối

với nước thải chăn nuôi lợn có hàm lượng N, P cao – thành phần N, P luôn dư

so với nhu cầu tổng hợp tế bào. Vậy cần có quá trình thiếu khí để thực hiện

quá trình khử nitrat.

Bảng 2.8. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thường

Đơn vị công nghệ

Hiệu quả xử lý (%) - Tổng N N-NO3 N-NH4 Nhữa cơ

Lắng 1 - - 10 – 20 5 – 10

Xử lý bậc 2 <10 ít 10 - 50 10 - 30

Tổng hợp tế bào ít - 3-70

Nitrat hóa 40-70 - ít ít 5-20 ->NO3

Khử Nitrat - 80-90 - 70-95

Hồ oxy hóa Bay hơi ít nitrat ít 20-90

Trong quá trình XLNT luôn tồn tại nhiều chủng loại VSV có khả năng cùng

sống trong một môi trường. Tỷ lệ của các loại VSV trong quần thể phụ thuộc vào

thành phần nước thải. Trong cùng điều kiện hiếu khí, tỷ lệ VSV hiếu khí dị dưỡng +), tỷ lệ các VSV trên (oxy hóa Chữa cơ) và loại VSV hiếu khí tự dưỡng (oxy hóa NH4

phụ thuộc vào tỷ lệ BOD/N được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/TKN đến (%) VSV tự dưỡng trong hệ hiếu khí

Tỷ lệ BOD/TKN Vi sinh vật tự Tỷ lệ BOD/TKN Vi sinh vật tự

dưỡng (%) dưỡng (%)

0,5 35,0 5 5,4

1 21,0 6 4,3

2 12,0 7 3,7

3 8,3 8 3,3

4 6,4 9 2,9

2.4.1. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải

nước

Quá trình khử hợp chất N có thể được sơ đồ hóa như sau:

-  NO3

+ NH4 Nước

Khử nitrat

(  NO2 ( NO2  N2 ) NH4

Nitrat hóa

N-hữu cơ

Amôn hoá

Hình 2.4. Sơ đồ quá trình khử hợp chất N

a. Quá trình oxy hóa amoni

Công thức tổng hợp mô tả sự oxy hóa và tổng hợp tế bào:

++1,89O2+2,02HCO3

-  0,021C5H7NO2 + 1,06 H2O+ 1,92

1,02NH4

+ được tiêu thụ trong quá trình tổng hợp tế bào. Phản

H2CO3 + NO3

Có khoảng 20-40% NH4

ứng tổng hợp sinh khối có thể viết như sau:

- + NH4

+ + H2O  C5H7O2N (tÕ bµo vi khuÈn)

4 CO2 + HCO3

+ 5 O2

Oxy hóa amoni bao gồm 2 phản ứng kế tiếp nhau nên tốc độ oxy hóa của quá

trình bị khống chế bởi gian đoạn có tốc độ thấp hơn. Tốc độ phát triển của - thấp hơn trong giai đoạn Nitrosomonas chậm hơn Nitrobacter do đó nồng độ NO2

ổn định. Vì vậy trong quá trình động học người ta chỉ sử dụng các thông số liên

quan đến vi khuẩn Nitrosomonas để đặc trưng cho quá trình oxy hóa amoni.

S N 

DO  K

 .   m 

  

 .  

  

Tốc độ phát triển của VSV tự dưỡng tuân theo quy luật động học của Monod. + và DO. Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của VSV tự dưỡng là nồng độ NH4

Trong đó: : hằng số phát triển riêng của VSV tự dưỡng

m: hằng số phát triển cực đại của VSV tự dưỡng

SN: nồng độ NH4

DO: nồng độ oxy hòa tan

KN: hằng số bán bão hòa của NH4

KDO: hằng số bán bão hòa của oxy

Phương trình trên có 3 thông số động học (m, KN, KDO), các thông số (KN, +/l, KDO=0,15-2,0

+/l, KDO=0,4mgO2/l [20].

KDO) được xác định bằng thực nghiệm KN=0,256-1,84mgN-NH4 mgO2/l. Tại nhiệt độ 200C nên chọn KN=1,0 mgN-NH4

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của VSV tự dưỡng:

+ DO: DO cần thiết cho quá trình nitrat hoá xảy ra ít nhất là 0,3 mg/l

(Downing và Scragg, 1958). Tốc độ nitrat hoá đối với Nitrosomonas không phụ

thuộc vào DO nếu DO>1mg/l và đối với Nitrobacter khi DO>2mg/l (Schoberl và

Angel, 1964). Theo Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ sinh trưởng của Nitrobacter ở DO=1 mg/l và DO bão hoà ở nhiệt độ 30 - 350C cho thấy: ở DO =

1mg/l tốc độ sinh trưởng bằng 97%, 80%, 70%, 58% ở DO bão hoà; tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7; 29; 350C. Các nghiên cứu trên thể hiện ảnh hưởng của DO

đến quá trình nitrat hóa.

+ Nhiệt độ: tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrat hoá suy giảm

khi giảm nhiệt độ. Một số nghiên cứu đề xuất mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ

sinh trưởng riêng cực đại của VSV tự dưỡng được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh trưởng của VSV nitrat hóa

Nguồn n,max theo nhiệt độ

n,max theo nhiệt độ 150C 200C 100C

Downing (1964) 0,77 0,47 0,29

Hultman (1971) 0,47.e0,098(T-15) 0,50.e0,033(T-15) 0,50 0,34 0,23

Nguồn n,max theo nhiệt độ

n,max theo nhiệt độ 150C 200C 100C

Barnard (1975) 0,37 0,18 0,10

Painter (1983) 0,33.(1,127)T-20 0,18.e0,0729(T-15) 0,26 0,18 0,12

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hệ số bán bão hòa Kn của quá trình nitrat hóa: - Theo (Knowles và cs..,1965) mối quan hệ giữa Kn và nhiệt độ: Kn = 10(0,051.t-1,148) - Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa trong khoảng 30 – 360C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4 – 500C (Focht và Chang, 1975; Painter, 1970).

+ pH: giá trị pH thích hợp là từ 7,6-8,6; khi pH<6,2 hoặc pH>10 sẽ ức chế

hoàn toàn quá trình hoạt động của VSV. Ảnh hưởng của pH lên tốc độ phát triển

riêng cực đại của VSV tự dưỡng: n,pH = n,7,2.[1 – 0,833(7,2 – pH)]

Tốc độ nitrat hoá giảm tuyến tính khi pH < 7,2 và ít có sự ảnh hưởng khi pH =7,2 –

8,0 (Angle và Alexander, 1958; và Downing, 1964). Tốc độ nitrat hoá đối với

Nitrobacter ở pH=6,5 bằng 60% tốc độ ở pH=7,5 (Boon và Laudelout, 1962). Khi

sử dụng các mẻ vi sinh nuôi cấy chưa thích nghi cho thấy tốc độ nitrat hoá ở pH=6,9 bằng 84% tốc độ ở pH=7,0 ở 200C. Tốc độ nitrat hoá ở pH=6,8 bằng 42% tốc độ ở pH=7,8 tại 150C, ở nhiệt độ thấp hơn thì ảnh hưởng của pH nhiều hơn

(Antoniou và cs.., 1990). Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại được phục hồi sau khi

thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi hoàn toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7 –

6 trong các quá trình sinh trưởng dính bám (Stankwich, 1972; Haug và McCathy,

1972).

+ Độc tố: các hợp chất có độc tố cao với VSV tự dưỡng là: hợp chất phenol, hợp chất clo, Cl- và các kim loại nặng. Đối với VSV có tốc độ phát triển chậm thì

ảnh hưởng của độc tố đến nó là ít hơn, như vậy trong hai quá trình thì loại

Nitrosomonas ít bị ảnh hưởng bởi độc tố hơn Nitrobacter. VSV tự dưỡng có sức

chịu đựng độc tố kém hơn VSV dị dưỡng, Một độc tố rất quan trọng là NH3 và axit

HNO2 ở dạng trung hòa – sản phẩm và nguyờn liệu của quá trình, Nitrobacter bị

ảnh hưởng nhiều hơn (0,1-1,0 mgN-NH3/l) so với Nitrosomonas (5-20 mgN-NH3/l).

Tuy nhiên pH của nước thải chăn nuôi thường ở mức trung tính nên nồng độ NH3

trong nước thải là thấp. Ngược lại HNO2 lại tồn tại và thể hiện độc tính ở pH thấp.

+ Thời gian lưu bùn: thời gian lưu bùn phải đủ lớn để đảm bảo cho vi khuẩn

nitrat hoá phát triển ổn định. Thời gian lưu bùn rất quan trọng đối với nước thải

chứa các hợp chất độc hại. SRT đủ lớn để cho vi khuẩn thích nghi dần với các chất

độc hại. Theo Bridle và cộng sự cho thấy đối với một số nước thải công nghiệp

chứa các hợp chất độc hại SRT > 160 ngày thì hiệu quả nitrat hoỏ đạt > 90%. Thời

gian lưu bùn ảnh hưởng tới nhu cầu oxy mà loài vi khuẩn nitrat hoá nhạy cảm với

yếu tố này.

b. Quá trình khử nitrat.

Nitrat là sản phẩm cuối của qúa trình oxy hóa amoni, nitrat chưa được xem là

bền vững cũng gây độc cho môi trường nên cần được khử thành khí nitơ. - + 4H+ + 5Chữu cơ 5CO2 + 2N2 + 2H2O 4NO3

Một số loài vi khuẩn khử nitrat như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,

Paracoccus, Spirillum, Thiobacilus, Micrococcus, Denitrobacillus.. (Painter, 1970).

Để khử nitrat VSV cần có chất khử, chất khử có thể là các chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ như (S, Fe2+). Phần lớn VSV nhúm Denitrifier thuộc loại dị dưỡng –

chúng sử dụng C hữu cơ để tổng hợp tế bào, ngoài phần sử dụng cho khử nitrat.

Song song với quá trình khử nitrat là quá trình tổng hợp tế bào, do đó lượng chất

hữu cơ tiêu hao cho cả quá trình lớn hơn nhiều so với lượng chất hữu cơ cần thiết

cho khử nitrat.

Quá trình khử nitrat không phải là quá trình lên men yếm khí mà nó giống như - - và NO3 quá trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy chúng sử dụng NO2

khi môi trường thiếu oxy. Trong hệ khử nitrat bởi VSV, mức độ tiêu hao chất điện

tử phụ thuộc vào sự có mặt của chất nhận điện tử (chất oxy hóa) trong hệ: oxy hòa

tan, nitrit, nitrat, sunfat. Trong đó oxy hòa tan có khả năng phản ứng tốt nhất với

các chất khử vì trong hệ luôn có VSV dị dưỡng hiếu khí. VSV chỉ sử dụng đến

2-.

nitrat và nittrit khi môi trường cạn kiệt oxy hòa tan. Mức độ cạnh tranh về phương

-  NO2

- > SO4

diện sử dụng chất cho điện tử: O2 > NO3

Các chất hữu cơ mà nhóm VSV khử nitrat sử dụng: nguồn nước thải, các hóa

chất hữu cơ đưa vào, các chất hữu cơ hỡnh thành từ quá trình phõn hủy nội sinh.

-0,706 (trong đó:  - là thời gian lưu tế bào)

Tốc độ phản ứng khử nitrat được thể hiện qua công thức sau [20]:

vi = 0,03(F:M) + 0,029; vi = 0,12.c

Tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ DO: Qúa trình khử nitrat xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên nồng độ oxy

hòa tan - DO ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình vỡ oxy trong nước thải ức

chế các enzyme khử nitrat. Oxy ức chế các enzyme nitrit mạnh hơn các enzyme khử

nitrat. Theo các nghiên cứu của Skerman và MacRae (1957), Terai và Mori (1975)

cho biết loài Pseudomonas bị ức chế ở DO 0,2mg/l. Theo Nelson và Knowless

(1978) cho biết khử nitrat bị dừng khi DO là 0,13mg/l. Theo Wheatland và cs..

(1959), tốc độ khử nitrat ở DO = 0,2mg/l chỉ bằng một nửa tốc độ khử nitrat ở DO

là 0mg/l, khi DO tăng lên 2mg/l thì tốc độ khử nitrat chỉ bằng 10% ở DO là 0mg/l.

+ pH: Theo nghiên cứu của Dawson và Murphy (1972) cho biết tốc độ khử

nitrat ở pH=6 và 8 bằng một nửa ở pH=7 cho cùng một mẻ nuôi cấy. Theo Nommik

(1956), Wiljer và Delwiche (1954), Bremmer và Shaw (1958) cho thấy tốc độ khử

nitrat không bị ảnh hưởng khi pH từ 7-8, khi pH từ 8-9,5 và từ 4-7 thì tốc độ khử

nitrat hoá giảm tuyến tính.

+ Nhiệt độ: tốc độ tăng lên gấp đôi khi tăng nhiệt độ lên 100C trong khoảng

nhiệt độ 5-250C [2].

+ Chất hữu cơ: các chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy tạo điều kiện tốt thúc đẩy

- cần khoảng 3g COD).

tốc độ khử nitrat. Quá trình khử xảy ra trong điều kiện thiếu khí và cần nguồn C-

hữu cơ (1g N-NO3

+ Độc tố và yếu tố kìm hãm quá trình khử Nitrat: loại Denitrifier ít bị ức chế

bởi các độc tố hơn nhưng vẫn là vấn đề cần quan tâm. Oxy ức chế enzym khử nitrit.

Nồng độ oxy hòa tan sẽ ức chế qúa trình khi đạt 13% nồng độ bão hòa.

Hệ xử lý nitơ trong nước thải bằng phương phỏp sinh học có thể riêng rẽ hoặc

tổ hợp hai quá trình: oxy húa amoni và khử nitrat. Theo Lê Văn Cát (2007) khi

BOD/TKN>5 nên kết hợp hai quá trình trên, khi BOD/TKN<3 thì nên tách ra thành

2 giai đoạn. Đối với nước thải chăn nuôi nên áp dụng kỹ thuật xử lý 2 giai đoạn

riêng rẽ. Phương pháp xử lý này có ưu điểm: linh hoạt, dễ tối ưu hóa các quá trình,

và giảm thiểu các độc tố với VSV tự dưỡng (do đó được oxy hóa ở giai đoạn 1).

Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng COD và nitơ đều cao nên sự hoạt động

của VSV tự dưỡng sẽ bị cạnh tranh quyết liệt bởi VSV dị dưỡng, dẫn đến khả năng

xử lý các hợp chất chứa nitơ trở lên khó khăn hơn. Do đó cần phải oxy hóa nước

thải theo nhiều giai đoạn, để tạo điều kiện cho giai đoạn sau oxy hóa các hợp chất

nitơ được dễ dàng.

2.4.2. Các dây chuyền xử lý N, P trong nước thải

Nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn nitơ và phốtpho do đó nên áp dụng

biện pháp xử lý kết hợp cả nitơ và photpho. Bằng cách sử dụng bùn hoạt tính, các

hợp chất trong các quá trình xử lý thiếu khí, xử lý hiếu khí, xử lý yếm khí kết hợp

hoặc riêng biệt để thực hiện quá trình khử nitơ và photpho. Các công nghệ được sử

dụng thông dụng trên thế giới bao gồm:

- Quy trình A2/O (kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí);

- Quy trình Bardenpho (5 bước);

- Quy trình UCT;

- Quy trình VIP;

- Bể Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR - Sequencing Batch Reactor);



- Mương oxy hóa.

Quy trình A2/O (Kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí): quy trình này được cải

tiến từ quy trình A/O và bổ sung thêm ngăn thiếu khí để khử nitrat, thời gian lưu

-) và nitrit (NO2

nước trong ngăn thiếu khí khoảng 1h. Tại ngăn thiếu khí VSV lấy oxi từ nitrat 2-), lượng nitrat và nitrit được bổ sung bởi hỗn hợp nước thải (NO3

N í c th¶i tuÇn hoµn

kþ kh Ý

Th iÕu kh Ý

HiÕu kh Ý

BÓ l ¾n g

N í c th¶i ®Çu vµo

N í c th¶i sau xö lý

Bï n d

Bï n tuÇn hoµn

tuần hoàn từ sau ngăn hiếu khí.

Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình A2/O



Quy trình Bardenpho (5 giai đoạn): Từ bể Bardenpho 4 giai đoạn để

xử lý Nitơ, bổ sung thêm giai đoạn thứ 5 là quá trình kỵ khí để khử photpho. Sự sắp

xếp các giai đoạn và cách tuần hoàn hỗn hợp nước thải giữa các ngăn cũng khác nhau và khác quy trình xử lý A2/O. Hệ thống 5 bước có các ngăn kỵ khí, thiếu khí,

hiếu khí để khử cả Nitơ, Photpho và hợp chất hữu cơ. Ngăn thiếu khí (giai đoạn 2)

để khử nitrat và được bổ sung nitrat từ ngăn hiếu khí (giai đoạn 3). Ngăn thiếu khí

N í c th¶i tuÇn hoµn

kþ khÝ Th iÕu khÝ

HiÕu khÝ Th iÕu khÝ HiÕu khÝ

BÓ l ¾n g

N í c th¶i ®Çu vµo

N í c th¶i sau xö lý

Bï n d chøa P

Bï n tuÇn hoµn

cuối cùng tách khí N2 ra khỏi nước và giảm hàm lượng Photpho xuống tối đa. Thời gian xử lý kéo dài hơn quy trình A2/O. Tổng thời gian lưu nước là 10-40ngày.

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình Bardenpho 5 giai đoạn



Quy trình UCT (University of Cape Town): Được thiết lập tại trường đại học Cape Town, giống quy trình A2/O nhưng có 2 sự khác biệt. Thứ nhất, bùn

hoạt tính được tuần hoàn đến ngăn thiếu khí thay vì ngăn kỵ khí. Thứ hai, xuất hiện

vòng tuần hoàn từ ngăn thiếu khí đến ngăn kỵ khí. Bùn hoạt tính đến ngăn thiếu khí,

hàm lượng nitrat trong ngăn kỵ khí sẽ bị loại bỏ, theo đó tách được photpho trong

bể kỵ khí. Bản chất của vòng tuần hoàn giữa các ngăn là cung cấp hợp chất hữu cơ

đến ngăn kỵ khí. Hợp chất từ ngăn thiếu khí bao gồm các hợp chất hữu cơ hòa tan

nhưng hàm lượng nitrat rất ít, tạo điều kiện tốt nhất để lên men kỵ khí trong ngăn kỵ

N í c th¶i tuÇn hoµn

Kþ kh Ý

Th iÕu kh ÝTh iÕu kh Ý HiÕu kh Ý

BÓ l ¾n g

N í c th¶i sau xö lý

Bï n tuÇn hoµn

Bï n d chøa P

khí.

Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình UCT



Quy trình VIP (Virginia Initiative Plant in Norfolk. Virginia): Quy trình này giống A2/O và UCT ngoại trừ cách tuần hoàn hỗn hợp nước thải giữa các ngăn

trong bể. Bùn hoạt tính cùng với nước thải sau ngăn hiếu khí (đã khử nitrat) được

đưa lại ngăn thiếu. Nước thải từ ngăn thiếu quay trở lại đầu vào của ngăn kỵ khí.

Trên cơ sở những dữ liệu kiểm tra được, xuất hiện một số hợp chất hữu cơ trong

nước thải đầu vào, đảm bảo sự ổn định trong hoạt động của bể kỵ khí, làm giảm

N í c th¶i tuÇn hoµn

kþ kh Ý

Th iÕu kh Ý

HiÕu khÝ

BÓ l ¾n g

N í c th¶i ®Çu vµo

N í c th¶i sau xö lý

Bï n d

Bï n tuÇn hoµn

nhanh chóng lượng oxi theo yêu cầu.

Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình VIP



Bể Aeroten hoạt động theo mẻ - SBR (Sequencing Batch Reactor): Là

một dạng công trình XLNT bằng phương pháp bùn hoạt tính, hoạt động của bể SBR

bao gồm các giai đoạn sau: đưa nước thải vào bể, khuấy trộn và sục khí, để lắng

N í c th¶i ®Çu vµo

X¶ n í c th¶i

X¶ bï n

Lµm ®Çy

L¾ng

Thæi khÝ

tĩnh, lần lượt xả nước thải và xả bùn dư.

Hình 2.9. Sơ đồ hoạt động của bể SBR

Nên phân bổ thời gian hoạt động của chu kì như sau: nước chảy vào bể (25%); sục

 Mương oxy hóa: có cấu tạo hình ôvan, chiều sâu lớp nước từ 1,0-1,5m,

khí (35%); lắng (20%); tháo nước (15%); tháo bùn (5%).

vận tốc nước trong mương 0,1-0,4m/s. Để đảm bảo lưu thông bùn, nước, cung cấp

oxy người ta thường lắp đặt hệ thống khuấy trộn dạng guồng quay trục ngang.

HiÕu khÝ

BÓ l ¾n g

N í c th¶i sau xö lý

Ý h k Õu h T

HiÕu khÝ

Bï n d

Bï n tuÇn hoµn

N í c th¶i ®Çu vµo

Hình 2.10. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P trong mương oxy hóa

Tại khu vực hai đầu mương khi dòng chảy đổi chiều, vận tốc nước ở phía

trong nhỏ hơn phía ngoài làm cho bùn lắng lại sẽ giảm hiệu quả xử lý, do đó phải

xây dựng tường hướng dòng ở hai đầu mương để tăng tốc độ dòng phía trong.

Nguyên lý hoạt động của mương oxy hóa tuần hoàn là bùn hoạt tính thổi khí kéo dài, lượng oxy cần cung cấp 1,5-1,8 kgO2/kgBOD5 để đảm bảo quá trình khử

nitrat (Gray, 1990). Liều lượng bùn hoạt tính 2.000-6.000mg/l. Thời gian lưu nước

24-36giờ, thời gian lưu bùn 15-33 ngày, hệ số tuần hoàn bùn 0,75-1,5. Trong

mương oxy hóa có các vùng hiếu khí và thiếu khí, vùng hiếu khí (DO>2mg/l) diễn

ra quá trình oxy hóa chất hữu cơ và nitrat hóa, vùng thiếu khí (DO<0,5mg/l) diễn ra

quá trình hô hấp kỵ khí và khử nitrat. Hiệu quả xử lý BOD đạt 85-90%, hiệu quả xử

lý N đạt 40-80%.

2.4.3. Quá trình mới xử lý Nitơ trong nước thải

a. Công nghệ oxy hóa kỵ khí Amoni

Phương pháp xử lý nitơ truyền thống dựa trên sự kết hợp 2 giai đoạn nitrat hóa

và khử nitrat (hình 3.11). Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới cả về lý

thuyết và thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí ammoni

(Anaerobic Ammonium Oxidation - Anammox). Trong đó amoni được oxi hóa bởi

nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành nitơ

phân tử (Strouss và cs.,1995). Quá trình anammox xảy ra theo phương trình phản

- + 0.13 H+ 

ứng dưới đây (Van Der Graaf và cs..,1995-1996, Strous và cs..,1997):

+ + 1.32 NO2

- + 0.066 HCO3

NH4

- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O

 1.02 N2 + 0.26NO3

-= 1/1,32. Cần bổ sung nitrit vào, hoặc là chuyển hoá một

+/NO2

Tỷ lệ mol giữa NH4

nửa amôni ban đầu thành nitrit rồi chính nitrit sinh ra phản ứng với phân nửa amôni

còn lại. Hướng thứ hai là nguyên lý cho các ứng dụng công nghệ anammox.

Đến nay đã có 3 chi của vi khuẩn anammox được phát hiện, gồm Brocadia,

Kuenenia và Scalindua. Về mặt phân loại, các vi khuẩn anammox là những thành

viên mới tạo thành phân nhánh sâu của ngành Planctomycetes, bộ Planctoycetales

(Schmid và cs.., 2005). Mặc dù vi khuẩn anammox tồn tại trong tự nhiên và trong

môi trường hệ thống xử lý nước thải giàu ammoni, nhưng việc nuôi cấy, phân lập và

làm giàu rất khó khăn do chúng sinh trưởng chậm (thời gian nhân đôi >10 ngày).

b. Ưu điểm của các quá trình mới trong xử lý nitơ

Quá trình xử lý amoni trong nước thải được thể hiện qua sơ đồ sau:

n o b r a C % 0 0 1

t a r t i n ử h K

n o b r a C % 0 6

t i r t i N ử h K

25%O2

75%O2

NO2-N N2

Nitrit hóa

NH4-N NO2-N NO3-N

Hình 2.11: Sơ đồ quá trình xử lý N-NH4+

+ Quá trình loại bỏ amoni thông thường:

- + 4 H+ + 2 H2O

Quá trình Nitrat hóa: 2 NH4

Quá trình khử Nitrat: 2 NO3

2 NH4

+ + 4 O2  2 NO3 - + 8g COD + 2 H+  N2 + 3g Bùn ++4 O2+8 COD  N2+2 H++3g Bùn

+ Quá trình oxy hóa kỵ khí amoni (Anammox):

+ + 1.5O2= NH4

+ + NO2

- + H2O + 2H+

Quá trình Nitrit hóa bán 2NH4

phần:

Quá trình Anammox: NH4

2NH4

+ + NO2 -= N2 + 2H2O + + 1.5O2= N2 + 3H2O + 2H+

+ Quá trình SHARON - Single reactor High activity Ammonia Removal Over

Nitrite (Hellinga và cs.., 1998; Van Loosdrecht và Jetten, 1998) nitrit hoá hoàn

toàn.

- + 4 H+ + 2 H2O

Quá trình Nitrit hóa: 2 NH4

Quá trình khử Nitrit: 2 NO2

2 NH4

+ + 4 O2  2 NO2 - + 4.8g COD + 2 H+  N2 + 1.8g Bùn ++3 O2+4.8 COD  N2+2 H++1.8g Bùn

+ So sánh quá trình Anammox với các quá trình xử lý N truyền thống:

- Quá trình diễn ra nhanh hơn do đó giảm thời gian lưu đồng nghĩa với giảm

khối tích công trình;

- Giảm 62,5% lượng ôxy cung cấp;

- Không cần C hữu cơ;

- Không có bùn sinh ra;

+ So sánh quá trình SHARON với các quá trình xử lý nitơ truyền thống:

- Quá trình diễn ra nhanh hơn do đó giảm thời gian lưu;

- Giảm 25% lượng ôxy cung cấp so với quá trình loại bỏ amoni thông thường;

- Giảm 40% lượng C hữu cơ yêu cầu;

- Lượng bùn sinh ra chỉ bằng 40% so với phương pháp xử lý thông thường.

c. Các giải pháp để tạo sản phẩm oxy hóa amoni là nitrit

Có 2 cách tiếp cận khác nhau để tránh oxy hóa hoàn toàn ammoni thành nitrat

và ngừng quá trình chuyển hóa ở mức độ nitrit [16]:

- Dựa vào đặc điểm là ở nhiệt độ cao (trên 300C), các vi khuẩn oxy hoá

amôni sẽ sinh trưởng nhanh hơn các vi khuẩn oxy hoá nitrit và giảm thời gian lưu

trong hệ thống và không duy trì sinh khối để cho vi khuẩn oxy hoá nitrit bị rửa trôi

khỏi bể phản ứng và quá trình oxy hoá amôni chỉ dừng ở nitrit.

- Không tạo điều kiện tích lũy dạng Nitribacter bằng cách giảm thời gian

lưu tế bào ngang bằng với thời gian lưu nước (không hồi lưu bùn), kiểm soát cấp

khí trong quá trình oxy hóa (giảm công suất cấp khí, bố trí các điểm cấp khí xa

nhau)... như vậy sẽ ngăn cản quá trình hình thành nitrat, tích lũy nitrit trong hệ.

d. Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ anammox ở Việt Nam

Nghiên cứu về công nghệ anammox và các ứng dụng vào xử lý nitơ vẫn còn là

lĩnh vực khá mới mẻ trên thế giới, vì vậy cũng là vấn đề rất mới ở Việt Nam. Hiện ở

Việt Nam chưa có công trình nào về ứng dụng công nghệ anamox xử lý nước thải

chăn nuôi lợn. Hiện nhóm nghiên cứu ở Viện Sinh học Nhiệt đới tại TP Hồ Chí

Minh đã có các kết quả ban đầu về làm giàu vi khuẩn anammox từ bùn kỵ khí của

bể biogas nước thải nuôi lợn [9].

Tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ áp dụng cho xử lý nước thải giàu nitơ, với yêu cầu

nước thải đầu vào công trình: amoni>200mg/l và nồng độ chất hữu cơ thấp (tỷ lệ

C/N<0,15) (Banashri Sinha và Ajit P. Annachhatre, 2005). Đối với nước thải chăn

nuôi lợn nồng độ N_tổng  200mg/l -> COD200*0,15=30mg/l, để giảm nồng độ

COD trong nước thải chăn nuôi lợn xuống dưới 30mg/l là không khả thi. Như vậy

công nghệ anammox là một hướng mới xử lý N trong nước thải, nhưng hiện tại

không phù hợp với xử lý N trong nước thải chăn nuôi lợn với điều kiện Việt Nam.

2.4.4. Phương pháp xử lý P trong nước thải

-, HPO4

2-, PO4

Hợp chất photpho trong nước thải chăn nuôi tồn tại ở các dạng: P hữu cơ, 3-) tan trong nước, poly photphat và photpho photphat đơn (H2PO4

trong tế bào. Trong đó hợp chất polyphotphat, hợp chất hữu cơ chứa photphat chiếm

tỷ lệ lớn.

Bảng 2.11. Hợp chất Photpho và khả năng chuyển hóa

Hợp chất Khả năng chuyển hóa

Photpho hữu cơ Phân hủy thành photphat đơn và trùng

ngưng

Photphat đơn Tan, phản ứng tạo muối, tham gia phản

ứng sinh hóa

Photphat trong tế bào Thành phần của tế bào hoặc lượng dư

trong tế bào của một số loại VK

Xử lý các hợp chất Photpho dựa trên các nguyên tắc sau:

- Kết tủa các ion photphat bằng các ion sắt, nhôm, canxi.. Tuy nhiên phương

pháp này có các nhược điểm như làm cho giá thành xử lý nước thải tăng lên.

- Phương pháp sinh học: dựa trên đặc điểm của một số loại VK có khả năng

tích lũy hợp chất photpho nhiều hơn khả năng tổng hợp tế bào. Thông thường trong

tế bào hàm lượng photpho chiếm 1,5-2,5% khối lượng tế bào khô, một số loài có

khả năng hấp thụ cao 6-8%. Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra các phần tích

lũy dư thừa. Photpho được tách ra khỏi nước thải qua bùn dư hoặc muối kết tủa.

Xử lý photpho bằng phương pháp sinh học thường được kết hợp với oxy hóa

BOD và khử hợp chất nitơ. Trong các hệ xử lý N (hệ A2/O, Bardenpho 5 giai

đoạn...) nhóm vi khuẩn kỵ khí tùy tiện Acinetobacter – nhóm này có khả năng tích

lũy trong sinh khối cao (2-5%). Trong các công trình trên vi khuẩn Acinetobacter

được luân chuyển giữa các điều kiện nên khả năng lấy P trong nước thải tăng lên rất

nhiều, Photpho được loại bỏ trong bùn lắng.

Một nghiên cứu tại Đại học Xây dựng Mát-xcơ-va (MGSU), cho phép loại bỏ

P ra khỏi nước thải sinh hoạt bằng hệ vi sinh bám dính dựa trên nguyên tắc ăn mòn

sinh học (hình 3.12). Vật liệu bám dính có cốt sắt (Fe) được sử dụng trong bể

aeroten. Các màng sinh học bám dính lên bề mặt kim loại thực hiện quá trình ăn

mòn sinh học liên tục làm nồng độ sắt Fe trong aeroten tăng đột ngột, tạo điều kiện

cho quá trình keo tụ hoá lý phosphate được diễn ra nhanh chóng. Nồng độ bùn hoạt

tính lơ lửng tăng, đồng thời chỉ số bùn giảm mạnh, khi đó hiệu quả loại bỏ P đạt

100% cho nước thải sinh hoạt. Số lượng cốt sắt cần thiết được tính theo công thức:



319

(

)).

3 4

  3 PO ) 4 POqD (.

C EX 3  ) 4

= AFe



AFe : bề mặt cốt sắt cần thiết (m2) Q: lưu lượng nước thải giờ max (m3/h).

(

)

3 4

: nồng độ phosphate vào và ra khỏi công trình xử lý.



D: đường kính sợi cốt thép

)

( POg

. ngd

POq 3 ( 4

3 4

Bể Lắng

Nước thải vào

Nước thải sau xử lý

aerot

Bùn dư

1.Vật liệu bám dính cốt sắt

: tải trọng phosphat trên diện tích sợi thép,

Hình 2.12. Sơ đồ xử lý P bằng phương pháp sinh học sử dụng vật liệu bám dính cốt

sắt (Fe) không có bùn hoạt tính tuần hoàn

2.4.5. Loại bỏ hợp chất N, P trong nước thải bằng thực vật thủy sinh:

Theo nghiªn cøu ®¸nh gi¸ cña Lª V¨n C¸t (2007) vÒ

hiÖu qu¶ xö lý dinh dìng cña thuû thùc vËt:

Ngìng chÞu nång ®é amoni cña thùc vËt thuû sinh:

Mçi loµi thùc vËt thñy sinh cã thÓ tån t¹i vµ ph¸t triÓn

trong m«i trêng cã nång ®é chÊt dinh dìng nhÊt ®Þnh.

Nång ®é chÊt dinh dìng qu¸ cao g©y k×m h·m ph¸t triÓn

cho c©y trång thËm chÝ cßn bÞ chÕt (hiÖn tîng kh« l¸).

BÌo tÊm nu«i trong m«i trêng cã nång ®é amoni 200-

350mg/l chØ tån t¹i ®îc 3 ngµy vµ chÕt hoµn toµn sau 7

ngµy. Rau muèng cã kh¶ n¨ng ph¸t triÓn b×nh thêng trong

vïng nång ®é amoni 50-350 mg/l. Tèc ®é ph¸t triÓn kh«ng

kh¸c nhau nhiÒu trong vïng nång ®é kh¶o s¸t.

2.5. Đề xuất và lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi

lợn tập trung phù hợp với điều kiện Việt Nam

Phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi phổ biến hiện nay là sử dụng bể Biogas

để cung cấp khí sinh học cho việc đun nấu, thắp sáng và chạy máy phát điện... Việc

xử dụng bể Biogas ở các trang trại chăn nuôi nhằm mục đích xử lý chất thải và khai

thác nguồn năng lượng mới. Nhưng nước thải sau bể Biogas vẫn còn nhiều chất gây

ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi thải vào môi trường. Việc lựa chọn

phương pháp và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:

- Lưu lượng nước thải.

- Các điều kiện của trại chăn nuôi (khả năng đầu tư xây dựng, diện tích đất xây

dựng hệ thống xử lý nước thải).

- Hiệu quả yêu cầu xử lý: áp dụng tiêu chuẩn thải đối với ngành chăn nuôi 10-

TCN – 678: 2006.

Bảng 2.12. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn

Kết quả phân tích

10-TCN – 678: 2006

STT

Đơn vị

Các chỉ tiêu

Trước Biogas

Sau Biogas

5.5 – 7.8

6,9 – 8,0

5-9

TDS

mg/l

2000 - 4000

800 – 1200

TSS

mg/l

800 - 1500

600 – 900

500

COD

mg/l

1300 – 3500

800 – 1500

400

mg/l

800 – 1400

600 – 1000

300

mg/l

200 – 350

150 – 250

150

BOD5 N-tổng +

mg/l

180 - 280

120 – 220

N-NH4

mg/l

1 – 3

0,5 – 1,5

N-NO2

mg/l

15 – 60

10 - 50

N-NO3

P-tổng

mg/l

60-100

40-80

Nước thải sau bể Biogas có các yếu tố cơ bản: BOD5/COD =0,67; BOD5: N:

P = 12: 3,5: 1. Công nghệ lựa chọn để có thể đáp ứng được điều kiện của các trang

trại chăn nuôi hiện nay ở Việt Nam cần đáp ứng được các tiêu chí quan trọng là:

+ Chi phí đầu tư xây dựng không cao;

+ Chi phí vận hành thường xuyên thấp;

+ Nước thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn (áp dụng mục B - tiêu chuẩn thải đối

với ngành chăn nuôi 10-TCN -678: 2006).

Trên cơ sở đó đề tài đưa ra 3 sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi

tập trung:

 Dây chuyền công nghệ số 1 được xây dựng thử nghiệm tại trại lợn nhà

ông Thanh xã Đông Hưng - Đồng Tâm – Vĩnh Yên – Vĩnh Phúc.

 Dây chuyền công nghệ số 2 được xây dựng thử nghiệm tại trại lợn

Hoàng Liễn – xã Song An – huyện Vũ Thư – tỉnh Thái Bình.

 Từ đánh giá kết quả của 2 dây chuyền công nghệ xử lý nước thải trên,

đề xuất dây chuyền công nghệ số 3, thực hiện xây dựng cơ sở lý thuyết

và tính toán các công trình xử lý nước thải theo dây chuyền công nghệ

số 3.

S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ 1:

Nước thải chăn nuôi

KhÝ Biogas

Bể Biogas

M¸y b¬m

n µ o h

Bể phân hủy thiếu khí

n Ç u t c í N

BÓ läc sinh häc nhá giät

Bïn d (c¶i t¹o ®Êt, ñ ph©n bãn)

BÓ l¾ng 2

Chuçi hå Sinh häc

Nguån tiÕp nhËn

S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ 2:

Níc th¶i ch¨n nu«i

KhÝ Biogas

BÓ Biogas

M¸y b¬m

M¸y thæi khÝ

Bể phân hủy thiếu khí

Bïn tuÇn hoµn

BÓ Aerotank

Bïn d (c¶i t¹o ®Êt, ñ ph©n bãn)

BÓ l¾ng

Chuçi hå Sinh häc

Nguån tiÕp nhËn

S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ 3:

Níc th¶i ch¨n nu«i

KhÝ Biogas

M¸y b¬m

Bïn d (c¶i t¹o ®Êt, ñ ph©n bãn)

BÓ UASB

BÓ Biogas

n Ç u t n ï B

BÓ l¾ng 2

M¬ng oxy hãa

Chuçi hå Sinh häc

Nguån tiÕp nhËn

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả xử lý theo sơ đồ DCCN số 1

Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn tập trung theo sơ đồ dây chuyền

công nghệ số 1. Xây dựng mô hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn công suất 3 – 5 m3/ngày.đêm tại trại lợn nhà ông Thanh xã Đông Hưng – Vĩnh Yên – Vĩnh Phúc.

3.1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ

1 2

Phân huỷ thiếu khí Läc sinh häc nhá giät Bioga s

Níc tuÇn hoµn

Ghi chó: 1, 2, 3, 4: C¸c ®iÓm lÊy mÉu

BÓ l¾ng 2

Hå sinh häc

Th¶i ra MT

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu theo dây chuyền số 1

- Nước thải từ hệ thống bể Biogas đã có được tách ra một phần (3-5 m3/ngày),

đưa về bể thu gom kết hợp bể kỵ khí có ngăn lọc.

- Nước sau bể này được bơm lên bể lọc sinh học nhỏ giọt. Nước sau lọc sinh

học nhỏ giọt được tuần hoàn khoảng 20-30% lưu lượng về bể kỵ khí với mục đích

pha loãng nước thải trước khi vào bể lọc sinh học cũng như tăng cường khả năng xử

lý Nitơ và Phốtpho.

- Nước thải còn lại sau lọc sinh học nhỏ giọt tự chảy sang ao sinh học và được

xử lý bởi các quá trình thuỷ sinh học tự nhiên nhằm giảm thiểu các chất ô nhiễm.

3.1.2. Kích thước các công trình

+ Bể kỵ khí: bể kỵ khí kết hợp ngăn lắng, kích thước bể 2x2.5x1.5 (m)

+ Bể lọc sinh học: kích thước 1x1x2,5 (m). Vật liệu mang sử dụng là sỏi nhẹ d=15-

30mm, có 4 lớp vật liệu mang mỗi lớp dày dày 25 cm, giữa các lớp có cửa thu khí ở

tường bể. Nước thải được tưới lên bề mặt VLL bằng ống xương cá đục lỗ.

+ Hồ sinh học: Xây dựng hồ sinh học tùy tiện kích thước 10x4x1,2 m.

3.1.3. Kết quả và thảo luận

Sau khi hệ thống xử lý hoạt động ổn định (30 ngày sau khi hệ đạt trạng thái làm

việc bình thường). Tiến hành lấy mẫu nước thải tại các điểm (theo sơ đồ 3.2) phân +, ...) để đánh giá hiệu quả xử lý. Kết tích các thông số cơ bản (pH, COD, BOD, NH4

quả phân tích chất lượng nước thải được thể hiện trong các bảng (Bảng 3.1 đến 4.5).

Bảng 3.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải sau bể Biogas

TCN – Stt Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả phân tích 678:2006

11/4/2007 19/5/2007 25/6/2007 Cột B

7.15 7.21 7.18 5-9 1 pH

2011 1879 1946 - 2 TDS mg/l

1330 1188 1295 500 3 TSS mg/l

425 398 413 - mg/l 4 N-NH4

+ -

0.51 0.65 0.77 - mg/l 5 N-NO2

115 94 101 - mg/l 6 N-NO3

568 517 515 150 7 N_tổng mg/l

71 65 69 20 8 P_tổng mg/l

0.16 0.19 0.18 - mg/l 9 PO4

1267 1195 1211 400 10 COD mg/l

572 525 565 300 mg/l 11 BOD5

TCN –

Đơn

Stt Chỉ tiêu

Kết quả phân tích

678:2006

vị

02/7/2007 11/8/2007 19/9/2007 Giá trị TB Cột B

7.11 7.19 7.21 7.18 5-9 1 pH

2 TDS mg/l 1958 2145 1890 1972 -

Đơn

TCN –

Stt Chỉ tiêu

Kết quả phân tích

vị

678:2006

02/7/2007 11/8/2007 19/9/2007 Giá trị TB Cột B

1310 3 TSS 1298 948.8 1228 500

396 415 385 405 - 4 N-NH4

0.91 0.85 1.01 0.78 - 5 N-NO2

105 mg/l + mg/l - mg/l - mg/l 98 113 104 - 6 N-NO3

468 7 N_tổng mg/l 539 499 518 150

70 8 P_tổng mg/l 62 66 67 20

0.19 mg/l 0.21 0.23 0.2 - 9 PO4

1208 10 COD mg/l 1195 1095 1195 400

517 mg/l 538 485 534 300 11 BOD5

Kết quả trên cho thấy nước thải chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm đặc trưng của

nước thải chăn nuôi (COD cao gấp 2.99 lần, BOD gấp 1.78 lần, ∑N cao gấp 3.45

lần, ∑P cao gấp 3.35 lần, TSS cao gấp 2.45 lần, ...) so với tiêu chuẩn ngành. Nếu so

với tiêu chuẩn 5945:2005 – cột B (BOD 50, COD 100, SS 100, ∑N 60, ∑P 6) và

nguồn tiếp nhận là sông hồ thì các chỉ tiêu này cao hơn rất nhiều lần {Phần lớn các

trang trại chăn nuôi ở đồng bằng thì nguồn tiếp nhận thường là sông, ngòi tưới

tiêu}

Bảng 3.2: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 2 (sau bể thiếu khí)

Kết quả phân tích

Stt

10-TCN- 678:2006

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Ngày 12 - 18/12/2007 Ngày 19 - 25/12/2007 Ngày 26/12/2007 - 5/1/2008

pH 1 7.45 7.58 7.62 5-9

+ mg/l

TSS mg/l 2 1085 945 830 500

385 345 323 - 3 N-NH4

- mg/l - mg/l

4.23 3.65 3.23 - 4 N-NO2

145 138 141 - 5 N-NO3

6 N_tổng mg/l 484 461 431 150

Stt

Kết quả phân tích

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

10-TCN- 678:2006

Ngày 12 - 18/12/2007 Ngày 19 - 25/12/2007 Ngày 26/12/2007 - 5/1/2008

7 P_tổng mg/l 55 44 20 48

8 COD mg/l 1089 850 400 921

9 485 475 300 461 BOD5 mg/l

Bảng 3.3: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 3 (sau bể lọc SH)

Stt Tên chỉ

Đơn

Kết quả phân tích

10-TCN-

tiêu

vị

678:2006

(cột B)

Ngày 12/12/2007

Ngày 19/12/2007

Ngày

-18/12/2007

-25/12/2007

26/12/2007 -

7.75

5/1/2008 7.76

5-9

7.65

2 TSS

mg/l

615

465

500

472

+ mg/l

3 N-NH4

305

228

267

- mg/l

4 N-NO2

25.5

0.98

4.6

- mg/l

5 N-NO3

215

185

189

6 N_tổng mg/l

457

342,20

288,86

150

7 P_tổng

mg/l

53,5

8 COD

mg/l

684

428

400

559

mg/l

9 BOD5

225

201

300

198

Nhận xét:

Kết quả cho thấy sau khoảng 3 tuần hoạt động thì bể hoạt động ổn định, các quá

trình diễn ra tại đây là tương đối chậm mặc dù thời gian lưu nước tại đây là khá lớn

(ngăn có khuấy trộn- thời gian lưu khoảng 4-6 giờ). Các giá trị ô nhiễm trong nước

thải sau bể kỵ khí giảm đáng kể: TSS giảm 32%, COD giảm 28.87%, ∑N giảm

16.7%, ∑P giảm 16.4%, và sau bể lọc sinh học nhỏ giọt các giá trị này giảm lần lượt

là 62%, 64%, 44.2% và 48%. Thời điểm đầu (tuần đầu) có sự gia tăng mạnh nồng

độ nitrit, sau đó nồng độ nitrit giảm nhanh chóng, là do quá trình nitrat hóa đã diễn

ra và nồng độ nitrat đã tăng đột ngột. Ở đây % các giá trị được loại bỏ cho thấy

chiều hướng tốt của quá trình xử lý nếu có sự tuần hoàn nước sau xử lý.

Bảng 3.4: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 2 (tuần hoàn 20%)

Stt Tên chỉ

Kết quả phân tích

10-TCN- 678:2006

tiêu

Đơn vị

Ngày 5-

Ngày 13 -

Ngày 20-

12/01/08

19/01/08

26/1/08

5-9

7.75

7.68

7.71

500

1 pH

741

682

665

2 TSS mg/l

325

275

263

+ -

mg/l 3 N-NH4

2.01

1.89

1.54

mg/l 4 N-NO2

175

211

179

150

mg/l 5 N-NO3

398

367,13

350,94

6 N_tổng mg/l

400

7 P_tổng mg/l

989

921

935

300

8 COD mg/l

415

394

405

mg/l 9 BOD5

Bảng 3.5: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 3 (tuần hoàn 20%)

Stt Tên chỉ

Đơn

Kết quả phân tích

10-TCN-

tiêu

vị

678:2006

Ngày 5-

Ngày 13 -

Ngày 20-

(cột B)

12/01/08

19/01/08

26/1/08

7.91

7.85

8.01

5-9

2 TSS

mg/l

345

298

314

500

Stt Tên chỉ

Đơn

Kết quả phân tích

10-TCN-

tiêu

vị

678:2006

Ngày 5-

Ngày 13 -

Ngày 20-

(cột B)

12/01/08

19/01/08

26/1/08

mg/l

3 N-NH4

198

189

205

mg/l

4 N-NO2

0.43

0.21

0.32

mg/l

5 N-NO3

245

238

255

6 N_tổng

mg/l

248

150

237

235

7 P_tổng

mg/l

8 COD

mg/l

331

400

322

335

mg/l

9 BOD5

155

300

125

138

Nhận xét: Lượng nước tuần hoàn đã làm quá trình oxy hóa các chất diễn ra tốt hơn, mặc dù

chưa khảo sát được chi tiết ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn nhưng theo các tài liệu thì đây là

một tỷ lệ khá tối ưu. Nồng độ các chất ô nhiễm còn lại là TSS 25%, COD 27%, ∑N 46%,

∑P 47%.

Bảng 3.6: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 4 (Sau hồ sinh học)

Stt Tên chỉ tiêu Đơn

Kết quả phân tích

TCN –

678: 2006

vị

Ngày 12-

Ngày 19 -

Ngày 26/12/07

Giá trị

18/12/07

25/12/07

-5/1/08

7.89

7.98

5-9

8.01

mg/l

2 TSS

113

500

108

165

mg/l

3 N-NH4

138

118

175

mg/l

4 N-NO2

mg/l

5 N-NO3

131

255

mg/l

6 N_tổng

191

150

168

265

mg/l

P_tổng

36,5

32,4

38,2

mg/l

8 COD

458

400

352

515

mg/l

9 BOD5

157

300

146

165

Bảng 3.7: Kết quả phân tích mẫu nước tại điểm lấy mẫu số 4 (tuần hoàn 20%)

Stt Tên chỉ

Đơn

Kết quả phân tích

TCN – 678:

tiêu

vị

2006

Ngày 5-

Ngày 13 -

Ngày 20-

12/01/08

19/01/08

26/1/08

8.02

8.14

8.11

5-9

2 TSS

mg/l

165

113

108

500

mg/l

3 N-NH4

152

138

118

mg/l

4 N-NO2

0.25

0.15

0.21

mg/l

5 N-NO3

6 N_tổng

mg/l

222,45

199,93

185,65

150

7 P_tổng

mg/l

28,2

26,5

22,4

8 COD

mg/l

275

298

252

400

mg/l

9 BOD5

135

127

116

300

Bảng 3.8: Đánh giá tổng hợp hiệu quả xử lý và kết quả sau các quá trình

Chỉ Đầu Bể thiếu khí có Bể lọc sinh học Hồ sinh học Hiệu

tiêu vào ngăn lắng nhỏ giọt suất xử

(mg/l) lý

(% )

Hiệu Còn lại Hiệu Còn Hiệu Còn lại

suất (mg/l) suất lại suất (mg/l)

(%) (%) (mg/l) (%)

TSS 1228 45.85% 665 52.78% 314 65.61% 108 91.21%

N- 405 35.06% 263 28.14% 189 37.57% 118 70.86% NH4

N_tổng 518 32.25% 350,94 32.47% 237 21.67% 185,65 64.16%

P_tổng 67 31.34% 46 30.43% 32 30.00% 22,4 66.57%

COD 1195 21.76% 65.56% 322 21.74% 935 252 78.91%

1400

1200

TSS

1000

NH4

800

NH4

600

COD

400

BOD

200

534 24.16% 76.54% 125 7.20% 405 116 78.28% BOD5

Hình 3.2. Nồng độ các chất ô nhiễm tại từng giai đoạn thời gian

- Chi phí đầu tư xây dựng thấp (tổng chi phí: 27.000.000đ, suất đầu tư

khoảng 9triệu/1m3). Chi phí xử lý 1 m3 nước thải là: 1.800đ

- Công nghệ không phức tạp, vận hành đơn giản, diện tích xây dựng ít;

- Trong thời gian thử nghiệm có lúc nhiệt độ ngoài trời xuống thấp hơn 100C

trong một khoảng thời gian khá dài (cuối tháng 12 đến giữa tháng 01/2008) do đó

hiệu quả xử lý không cao, với điều kiện thời tiết bình thường có thể cho hiệu quả xử

lý cao hơn.

- Theo bảng 3.1: cho thấy nước thải sau Biogas chứa nhiều chất hữu cơ và các

chất khác có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Chất lượng nước thải

sau bể Biogas có chất lượng khá ổn định.

- Kết quả cho thấy nước thải sau khi xử lý: COD 288,33mg/l (400mg/l); BOD5

102,67mg/l (300mg/l); TSS 128,67mg/l (500mg/l) – (trong ngoặc là giá trị tiêu

chuẩn cho phép 10 - TCN- 678:2006).

- Đối với các chỉ tiêu về N, P còn vượt xa tiêu chuẩn TCN – 678:2006: Ntổng =

202,68mg/l (150mg/l), P = 35,7mg/l (20mg/l). Kết quả này cũng nằm trong dự đoán

khi đưa ra dây chuyền công nghệ, nhưng chi phí đầu tư xây dựng công trình thấp đó

cũng là tiêu chí lựa chọn của các trang trại nuôi lợn.

3.2. Kết quả xử lý theo sơ đồ DCCN số 2

Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn theo sơ đồ DCCN số 2,

thực hiện lấy mẫu, phân tích đánh giá kết hợp với dự án xây dựng hệ thống xử lý nước thải trại lợn công suất 30m3/ngđ tại xã Song An – huyện Vũ Thư – tỉnh Thái

Bình.

Giới thiệu trang trại:

- Tổng diện tích 30.000 m2, trong đó khu nuôi lợn 14.000 m2, tổng diện tích

các ao 10.000 m2, diện tích còn lại là nhà điều hành, vườn cây, …

- Hiện tại trại lợn giống có 300 con lợn nái sinh sản, khoảng 1000 con lợn thịt

và khoảng 4000 đến 5000 con lợn hậu bị.

- Hệ thống Biogas hiện tịa gồm 2 hầm, thể tích mỗi hầm 30 m3

- Tổng số lao động thường xuyên khoảng 20 người

- Nước cấp cho sinh hoạt và chăn nuôi là nước giếng khoan lấy trực tiếp tại

trại (nước ở đây bị nhiễm mặn, amoni cao, clorua cao) và chỉ được xử lý bằng các

hệ thống lọc thông thường.

Kết quả phân tích chất lượng nước được thể hiện trong các bảng sau:

Bảng 3.9. Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas

Kết quả phân tích 10-TCN 678:2006 Thông số Đơn vị Trước TT (Loại B) Sau Biogas Biogas

1 pH 7.5 5 – 9 7.1

2 Tổng N mg/l 650 150 684

3 Tổng P mg/l 54 20 109

4 COD mg/l 1250 400 3250

5 Kiềm toàn phần mg/l 2060 - 2835

6 Hàm lượng SS mg/l 1070 500 2655

7 TDS mg/l 2150 - 3250

Nhận xét: Nước thải sau xử lý Biogas ở đây cũng có các chỉ tiêu ô nhiễm đặc

trưng của nước thải chăn nuôi, thể hiện qua các chỉ tiêu TSS, COD, BOD, ∑N, ∑P

và cần tiếp tục xử lý trước khi có thể thải ra môi trường.

3.2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Aeroten

Phân huỷ thiếu khí

Sơ đồ công nghệ hệ xử lý

n à o h n ầ u t

Bể lắng 2

n ù B

Ao sinh học

Thải ra MT

Biog as

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu theo dây chuyền số 2

Các thông số của hệ thống như sau:

+ Bể Biogas:

Hệ thống bể Biogas hiện có vẫn hoạt động tốt, sử dụng bể hiện có, lượng nước thải trung bình khoảng 50-60 m3/ ngày, và tập trung vào các thời điểm

vệ sinh chuồng trại (sáng, trưa, chiều).

+ Bể thiếu khí:

Thể tích bể 12,6 m3; kích thước bể: BxLxH = 2,0 x 1,8 x 3,5 (m)

Thời gian lưu nước 4,0 h.

+ Bể Aeroten:

Kích thước bể: BxLxH = 3,6x2,0x3,5m; lớp nước trong bể là 3,1m.

Thời gian làm thoáng 7-8 giờ.

+ Bể lắng:

Thời gian lắng 1,5h (trong bể có bố trí bơm bùn tuần hoàn)

3.2.2. Vận hành công trình

Quá trình nuôi cấy như sau:

- Lấy mầm vi sinh từ nước thải ra sau Biogas của nước cần xử lý.

- Cung cấp không khí và các dưỡng chất dựa trên kết quả phân tích nước thải:

thành phần dưỡng chất phải tương ứng với thành phần của nước thải.

Quá trình cho vi sinh thích nghi với nước thải được tiến hành như sau:

- Tuần 1: bơm nước thải với lưu lượng 1 m3/h, chu kỳ bơm: bơm 1h, ngừng

2h.

- Tuần 2: bơm nước thải với lưu lượng 1 m3/h, chu kỳ bơm: bơm 1h, ngừng

1h.

- Tuần 3: bơm nước thải với lưu lượng 1 m3/h, bơm liên tục. - Sau đó tăng dần lưu lượng nước thải vào hệ lên 1,5 - 2 - 2,5 m3/h và cuối

cùng là 3 m3/h ở các tuần thứ 4 và 5.

3.2.3. Kết quả và nhận xét

Tổng hợp kết quả phân tích chất lượng nước các tuần thứ 6, 7 và 8 được cho

trong các bảng 3.8, bảng 3.9 và 3.10.

Bảng 3.10:Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 6

Sau aerotenk

Sau ao sinh học

Chỉ tiêu

Hiệu suất xử lý (% )

Sau bể thiếu khí

TCN: 678: 2006

Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l) Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l)

pH 7.65 7.85 7.41 5-9

TSS 655.00 67.18% 215.00 62.79% 80.00 87.79% 500.00

598.00 29.77% 420.00 70.24% 125.00 79.10% 150.00 N- tổng

47.00 25.53% 35.00 71.43% 10.00 78.72% 20.00 P- tổng

COD 985.00 43.76% 554.00 70.22% 165.00 83.25% 400.00

354.00 36.44% 225.00 74.86% 60.44% 89.00 BOD5 300.00 Ghi chú: 1- sau bể kỵ khí ; 2- sau hệ xử lý; 3-sau hồ sinh học số 3

Bảng 3.11:Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 7

Sau aerotenk

Sau ao sinh học

Chỉ tiêu

Hiệu suất xử lý (% )

Sau bể thiếu khí

TCN: 678: 2006

Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l) Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l)

pH 7.71 7.95 7.51 5-9

TSS 538.00 71.19% 155.00 58.06% 65.00 87.92% 500.00

521.00 26.30% 384.00 65.89% 131.00 74.86% 150.00 N- tổng

42.00 19.05% 34.00 73.53% 9.00 78.57% 20.00 P- tổng

COD 891.00 74.41% 228.00 35.09% 148.00 83.39% 400.00

279.00 62.37% 105.00 38.10% 76.70% 65.00 BOD5 300.00 Ghi chú: 1- sau bể kỵ khí ; 2- sau hệ xử lý; 3-sau hồ sinh học số 3

Bảng 3.12. Hiệu quả xử lý sau các quá trình tuần thứ 8

Sau aerotenk

Sau ao sinh học

Chỉ tiêu

Hiệu suất xử lý (% )

Sau bể thiếu khí

TCN: 678: 2006

Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l) Hiệu suất (%) Còn lại (mg/l)

5-9 7.68 8.01 7.65 pH

541.00 68.21% 172.00 58.72% 71.00 86.88% 500.00 TSS

509.00 57.76% 215.00 32.56% 145.00 71.51% 150.00 N- tổng

43.00 18.60% 35.00 68.57% 11.00 74.42% 20.00 P- tổng

COD 805.00 70.81% 235.00 49.36% 119.00 85.22% 400.00

265.00 64.15% 31.58% 75.47% 65.00 95.00 BOD5 300.00 Ghi chú: 1- sau bể kỵ khí ; 2- sau hệ xử lý; 3-sau hồ sinh học số 3

Dưới đây là đồ thị diễn biến các thông số ô nhiễm theo thời gian, qua từng

1400.00

1200.00

1000.00

TSS

Ntổng

800.00

Ptổng

600.00

COD

BOD5

400.00

200.00

0.00

công đoạn:

Hình 3.4. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại bể thiếu khí

1400.00

1200.00

1000.00

TSS

800.00

N-tổng P-tổng

600.00

400.00

COD BOD5

200.00

0.00

Hình 3.5. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại bể aerotenk

1400.00

1200.00

1000.00

TSS

N-tổng

800.00

P-tổng

600.00

COD

BOD5

400.00

200.00

0.00

Hình 3.6. Diễn biến quá trình phân hủy theo thời gian tại ao sinh học

Nhận xét:

- Nước thải sau xử lý theo dây truyền 2 đạt tiêu chuẩn TCN-678:2006. Tuy nhiên do hệ thống ao ở đây rất lớn (15.000m3) so với lượng nước thải ra trong ngày (50-60 m3) nên lượng nước thải ra đã bị pha loãng là chính. Với thời gian trên là

chưa đủ để đánh giá khả năng xử lý của hệ thống ao sinh học, cần tiếp tục nghiên

cứu đánh giá.

- Chi phí xử lý theo dây truyền này cao hơn so với xử theo theo kiểu dây

truyền 1, ước tính chi phí xử lý khoảng 3.500 đ/m3.

3.3. Cơ sở lý thuyết và tính toán các công trình theo sơ đồ DCCN số 3

3.3.1. Bể Biogas

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) nước thải chăn nuôi sau khi

qua Biogas, BOD giảm khoảng 79-87%, Coliform giảm 98-99.7%, trứng giun sán

giảm 95,6-97%. Phân lợn có tỷ lệ C/N=2025 thích hợp cho xử lý kị khí bằng bể

biogas.

Bảng 3.13. Tính toán lượng thải và xác định dung tích bể Biogas

Nội dung thông số Số lượng ĐVT

1. Số lợn nái: Con N1

Nhu cầu thức ăn kg/con/ngày 5

Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng lít/con/ngày 40

Lượng phân tạo ra (30% lượng thức ăn) kg/con/ngày 1,5

Lượng nước thải tạo ra (70% lượng nước sử lít/con/ngày 28 dụng)

Tổng lượng phân tạo ra tấn/ngày 1,5*N1

Tổng lượng nước thải tạo ra 0,028*N1

Tổng lượng chất thải (phân + nước thải) m3/ ngày m3/ ngày 1,528*N1

2. Số lợn giống, lợn thịt: Con N2

Nhu cầu thức ăn kg/con/ngày 2,5

Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng lít/con/ngày 40

Lượng phân tạo ra (30% lượng thức ăn) kg/con/ngày 0,75

Lượng nước thải tạo ra (70% lượng nước sử lít/con/ngày 28 dụng)

Tổng lượng phân tạo ra 0,75* N2

Tổng lượng nước thải tạo ra 0,028* N2

Tổng lượng chất thải (phân + nước thải) 0,778* N2

Tổng lượng chất thải (1+2) tấn/ngày m3/ ngày m3/ ngày m3/ ngày Q=1,528*N1+0,778*N2

Thời gian lưu trữ trong bể 15

Tổng thể tích hữu ích bể chứa Ngày M3 V=15*Q

Vậy dung tích phần chứa nước trong ngăn phân hủy của bể Biogas:

Vnước = 15*(1,528. N1 + 0,778. N2) = 22,92. N1 + 11,67.N2 (m3)

Trong đó: N1: số lượng lợn nái

N2: số lượng lợn giống, lợn thịt

Nước trong bể chiếm chỗ khoảng 2/3 chiều cao bể còn lại dung tích để chứa khí.

Dung tích của ngăn phân hủy của bể Biogas:

Vphân hủy = 3/2*(22,92. N1+11,67. N2) = 34,38. N1 + 17,505. N2



0 SQ v V

phanhuy

Kiểm tra tải trọng thể tích: (nằm trong khoảng 1-6 kgCOD/m3.ngđ)

Trong đó: Qv: lưu lượng nước thải vào bể mỗi ngày, m3/ngđ

S0: nồng độ COD đầu vào, mg/l

 Lượng khí sinh ra mỗi ngày:

 45.0



Thông thường 1m3 nguyên liệu (phân và nước thải) trong bể Biogas có thể sinh ra khoảng 0,45m3 khí Biogas một ngày, trong CH4 chiếm 65% [6].

Vkhí

Lượng khí sinh ra mỗi ngày: (m3/ngày)



%65





65.0



45,0





2925 . V

Lượng khí CH4 sinh ra mỗi ngày:

khí

(m3/ngày)

Cấu tạo của bể biogas thành 3 vùng chính:

- Ngăn tiếp nhận, lắng cát: là nơi tiếp nhận phân và nước thải, đồng thời là

ngăn lắng cát.

- Ngăn phân huỷ: là nơi mà phân và nước thải được phân hủy kỵ khí và sinh

khí Biogas. Ngăn này phải đảm bảo hoàn toàn kín, có vòm cố định thu khí.

- Ngăn áp lực: chứa cặn lắng và nước thải sau bể Biogas. Khi sử dụng khí gas,

các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân

huỷ để đẩy khí Biogas ra.

Trong hỗn hợp khí Biogas có lẫn các thành phần: hơi nước, CO2, H2S và một số khí

khác. Để sử dụng khí sinh học đạt nhiệt trị cao và tránh ô nhiễm thứ cấp từ đốt khí

sinh học cần loại bỏ các tạp chất khí trên (làm giàu khí sinh học).

- Loại bỏ hơi nước: hơi nước trong hỗn hợp khí có thể làm tắc ống dẫn khí do

ngưng tụ, do đó ống dẫn khí cần tránh điểm tụ nước. Loại bỏ hơi nước bằng cách

sục hỗn hợp khí biogas qua bình nước.

- Loại bỏ CO2: khí CO2 tan tốt trong nước nên có thể dùng nước để loại bỏ

CO2. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là cần một lượng nước lớn (trong khí sinh học chiếm 35% khí CO2 và khối lượng riêng của CO2 là 1,84kg/m3 thì cần một lượng nước là 429l để rửa 1m3 khí sinh học). Khí CO2 được hấp phụ bởi những dung dịch kiềm (NaOH, Ca(OH)2,..) các phương trình phản ứng:

2NaOH + CO2 ---> Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + CO2 + H2O ---> 2NaHCO3

Ca(OH)2 + CO2 ----> CaCO3 + H2O

Dung dịch kiềm thường được sử dụng thường là nước vôi trong, 1kg vôi sống sử

dụng có thể loại trừ 300l CO2 tương ứng với 860l hỗn hợp khí biogas.

- Loại bỏ H2S: dùng dung dịch Na2CO3 ở quá trình trên có thể dùng để loại

H2S trong khí Biogas: H2S + Na2CO3 ---> NaHS + NaHCO3

Có thể cho Biogas đi qua mạt sắt trộn lẫn với dăm bào:

Fe2O3 + 3H2S -----> Fe2S3 + 3H2O

Sau khi sử dụng oxyt sắt được tái sinh bằng cách đem Fe2S3 phơi nắng trong không

khí, ta có:

2Fe2S3 + 3O2 -----> 2Fe2O3 + 3S2

3.3.2. Bể UASB

a. Các thông số kỹ thuật tính toán bể UASB:

- Vận tốc nước thải đưa vào bể duy trì trong khoảng 0,6-0,9m/h;

- pH duy trì trong khoảng 6,6-7,6 (pH<6,2 thì vi khuẩn chuyển hóa methane

hoạt động hiệu quả kém);

- Thời gian lưu là 6 ngày cho vùng khí hậu nhiệt đới, chiều cao bể 4-6m [22].

b. Tính toán các thông số kỹ thuật bể UASB trong sơ đồ dây chuyền công nghệ

V 

(

)

 Các thông số kích thước bể:

G L

 QG



COD

(

ngd

)

- Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết:

G: lượng COD cần khử trong ngày

Q: lưu lượng nước thải cần xử lý, m3

COD



COD

%100(*



COD: lượng COD cần khử (mg/l)

E%: hiệu quả xử lý của bể UASB

kgCOD

. ngd

F 

(

)

L: tải trọng xử lý trong bể UASB,

Q v

- Diện tích bề mặt cần thiết của bể:

v: vận tốc nước dâng trong bể, để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc

HÖ thèng thu khÝ biogas

Ý h k ¾n h c m Ê T

TÊm ch¾n khÝ vµ h í ng dßng

a r t

m Ó k g n è

g n è h t Ö H

độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,60,9m/h.

Hình 3.7. Cấu tạo bể UASB

HHHH 





(

)

- Tổng chiều cao của bể:

H  1

V F

H1: chiều cao phần xử lý yếm khí.

H2: chiều cao vùng lắng. Để đảm bảo không gian an toàn cho bùn lắng xuống

phía dưới thì chiều cao vùng lắng phải lớn hơn 1,0m [2]. Chọn H2=1,1m

H3: chiều cao dự trữ, chọn H3=0,5m

- Kiểm tra lại thời gian lưu trong bể trong khoảng 4-10h

 Tính toán ngăn lắng:





- Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng (kể cả chiều cao vùng lắng và chiều cao dự





nglaéng

tg 2

trữ): > 30% Hbể.

a: cạnh của mặt bằng bể UASB hình vuông (m)

: góc nghiêng giữa các tấm chắn khí so với phương ngang,  = 450600

- Thời gian lưu trong ngăn lắng phải lớn hơn 1 giờ:

taám chaén 2

g én a g n H

1 h

1 y

taám chaén 1

 Tấm chắn khí:

Hình 3.8. Tấm chắn khí trong bể UASB

- Khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm hướng dòng là bằng



dng

nhau. Tổng diện tích giữa các khe hở trên f=(1520%) tổng diện tích đơn nguyên.



(

)

khe

)

- Diện tích mỗi khe hở (trong bể thường có tổng số n khe hở):

khe  r

S khe a

- Bề rộng của khe hở:

- Tính toán tấm chắn số 1:



sin



(

sin/)

l 1

y 1

 b 1

b 1

nglang 





l 2

b 2

x 1

x 2







Chiều dài: ; Chiều rộng: ; Chiều cao:

nglaéng

y 1

400

x 1 





sin

mm ;

 90



h 1

kher

- Tấm chắn 2: Chiều dài:  H ; Chiều rộng:   h 1 ;

 3 sin

 Tấm hướng dòng :

1 h

Hình 3.9. Tấm hướng dòng trong bể UASB Tấm hướng dòng cũng được đặt nghiêng một góc  = 40-60o

so với phương ngang



cách tấm chắn khí một khoảng rkhe.

kher  090 cos







cos

am  ;

l 

;





sin

tg  ;



;





180

2 



a 1

r khe

a 1

r khe

h a

Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn 1:

Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 1020cm. Chọn mỗi bên

l 

150

L 

nhô ra 15cm. Chiều rộng tấm hướng dòng:

2 sin

Chiều dài tấm hướng dòng:

c. Tính toán lượng khí và bùn sinh ra trong hệ thống UASB:

 Tính lượng khí sinh ra trong bể: - Thể tích khí sinh ra đối với 1kgCOD bị khử là 0,5m3 [5]. Tổng thể tích khí sinh

 5,0



Vkhí

ra trong một ngày: (m3/ng)

- Tính lượng khí CH4 sinh ra: trong hỗn hợp khí sinh ra CH4 chiếm 70%, vậy thể

 7,0



khí

(m3/ng) tích khí CH4 sinh ra:

 Tính lượng bùn sinh ra:

- Lượng bùn do VSV sinh ra từ 0,10,5kg/kgCOD được loại bỏ.

- Bùn được xả định kỳ từ 16 tháng nhờ áp lực thủy tĩnh của nước trong bể. ống

thu bùn được đặt dọc theo chiều dài bể và cách đáy 1m.

d. Một số đặc điểm khi vận hành bể UASB:

- Khởi động bể, bùn nuôi cấy ban đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt

tính methane càng cao thì thời gian khởi động càng ngắn. Bùn hạt hoặc bùn lấy từ

một bể kị khí đã hoạt động là tốt nhất. Ngoài ra, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất

hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.

Bảng 3.14. Các loại bùn nuôi cấy ban đầu bể UASB

STT Loại bùn Hoạt tính Methane

Hàm lượng VSS (kg/m3) (kg CH4-COD/kg VSS)

Bùn hạt 0.80-1.50 15-35 1

Bùn từ các bể kỵ khí khác 0.4-1.20 10-25 2

Bùn cống rãnh 0.02-0.10 8-20 3

Phân chuồng 0.02-0.08 20-80 4

Bùn bể tự hoại 0.01-0.02 15-50 5

6 Phân gia súc khác 0.001-0.004

30-100 - Nồng độ bùn cung cấp ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10kg VSS/m3.

- Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.

- Trong giai đoạn khởi động vận tốc vận tốc nước đi lên là rất quan trọng,

nếu vận tốc nước dâng quá lớn bùn trong bể sẽ bị cuốn trôi ra ngoài.

- Bể phải khởi động ở tải trọng thấp hoặc nồng độ COD thấp. Khi bể hoạt

động cần theo dõi lượng khí sinh học sinh ra, hiệu quả xử lý hoặc chất lượng nước

đầu ra. Chỉ tăng tải trọng khi mọi thứ hoạt động tốt và không có một trở ngại nào.

- Khi có loại bùn nuôi cấy tốt, bể UASB có thể vận hành ở tải trọng 3kg

COD/m3/ngày và thời gian lưu nước khoảng 24 giờ.

- Ở giai đoạn này cần tạo điều kiện cho vi khuẩn methane phát triển do bùn nuôi

cấy ban đầu thường có rất ít lượng vi khuẩn. Vì vậy, giai đoạn khởi động thường

mất rất nhiều thời gian.

- Lấy mẫu phân tích định kỳ trong quá trình vận hành bể: Để biết được sự hoạt

động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu. Với các mẫu thu

được ở cùng một van, ta có thể ước đoán lượng bùn ở độ cao đặt van đó. Sự ước

đoán này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng thực sự của bùn và thời gian lưu bùn

hiện trong bể là bao nhiêu, từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp.

Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật độ bùn

tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đó, việc lấy mẫu vẫn được

đề nghị thực hiện đều đặn.

Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần

giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thông thường lấy

50-150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h.

3.3.3. Mương oxy hóa:

Mặt bằng mương oxy hóa hình ôvan, có hệ thống guồng quay trục ngang cung cấp

+; vùng thiếu khí khử NO3

oxy cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ. Thể tích mương oxy hóa là tổng thể tích của - thành khí vùng hiếu khí khử BOD5 và oxy hóa N-NH4

 Thể tích mương oxy hóa: V = V1 + V2

N2:



max



;



V 1

BOD



QNm ). .(  X

SQ . F M

0   

  

   V    

   ;    

+ Thể tích vùng hiếu khí (V1):

Trong đó: Q: lưu lượng nước thải, m3/ngày

So: BOD5 đầu vào mương oxy hóa, mg/l

F/M: tỷ số hàm lượng BOD5/bùn hoạt tính

X: nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng, mg/l

+ thành NO3

XN: nồng độ bùn hoạt tính đối với vi khuẩn oxy hóa amoni - m: tỷ lệ khử NH4

-/mg bùn hoạt tính

(N): tổng hàm lượng nitơ trong nước thải, mg/l

- thành N2, mgNO3

DN: tốc độ khử NO3



 .( NOn ) Q 3  X DN .

+ Thể tích vùng thiếu khí khử nitrat (V2):

- thành N2

-, mg/l

Trong đó: n: tỷ lệ khử NO3

-: hàm lượng NO3

-/mg bùn hoạt tính

NO3

- thành N2, mgNO3

DN: tốc độ khử NO3

 Các thông số tính toán cấu tạo mương oxy hóa [17]:

- Chiều sâu lớp nước trong mương từ 1,0-1,5m;

- Vận tốc trong mương 0,1-0,4m/s.

- Lắp đặt hệ thống khuấy trộn dạng guồng quay trục ngang, tốc độ quay

n=60-110 vòng/phút.

Thời gian lưu nước 24-36giờ, thời gian lưu bùn 15-33 ngày, hệ số tuần hoàn bùn

0,75-1,5. Sau quá trình xử lý bằng mương oxy hóa, hiệu quả xử lý BOD đạt 85-

90%, hiệu quả xử lý N đạt 40-80%.

3.3.4. Bể lắng 2

Bể lắng đợt 2 sau mương oxy hóa được thiết kế với các chỉ tiêu [8]:

- Tải trọng bề mặt 8-12m3/m3bể.ngày

- Chiều sâu bể lắng: 3-4m

- Thời gian lắng: 6-12h

3.3.5. Hồ sinh học

Theo điều tra đánh giá hiện trạng môi trường tại các cơ sở chăn nuôi (Viện

Chăn nuôi, 2006) cho thấy: tại các cơ sở chăn nuôi hầu hết sử dụng hồ sinh học để

xử lý nước thải. Mặt khác hồ sinh học còn tạo cảnh quan, dự trữ nước các hoạt động

nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Nước thải sau các công trình xử lý COD (bể

Biogas, UASB, mương oxy hóa) hàm lượng chất hữu cơ có thể đã đạt tiêu chuẩn

thải (COD=400mg/l). Vấn đề chính trong nước thải chăn nuôi là các hợp chất N, đối

với xử lý nước thải giàu hợp chất N thì xử lý chất hữu cơ là vấn đề thứ yếu. Để xử

lý nước thải tiếp theo sử dụng chuỗi hồ sinh học: Hồ tùy tiện -> hồ hiếu khí, ngoài

ra tăng cường hiệu quả xử lý nước thải trong hồ sinh học bằng cách kết hợp nuôi

trồng một số loài thực vật thủy sinh (mục 3.4.5). Các thông số thiết kế hồ sinh học

được thể hiện trong bảng sau [17].

Bảng 3.15. Các thông số thiết kế hồ sinh học

Các thông số Đơn vị Hồ hiếu khí Hồ tùy tiện Hồ kỵ khí

Chiều sâu m 1,0-1,5 1,0-2,5 2,5-5,0

Thời gian lưu nước ngày 2-6 7-50 30-50

g/m2.ngày 10-20 2-10 - Tải trọng BOD5

Hiệu quả xử lý BOD 80-95 70-95 50-70 %

Hàm lượng cặn lơ lửng 150-350 100-350 - mg/l

trong nước thải ra khỏi hồ

+ Hồ tùy tiện:

+ Thời gian lưu nước trong hồ, theo Mara DD.., 1976 thời gian lưu nước trong hồ





1 K

L a L t

  

 .1 

tùy tiện được xác định theo công thức:

Trong đó: KT = K20.(1,06)T-20 ; K20 = 0,3 ngày-1

F   .



Q . KH

L a L t

  

  

+ Diện tích xây dựng hồ: (m2)

Trong đó: Q – lưu lượng nước thải, m3/ngày

H – chiều sâu trung bình của hồ, m

 – hệ số phụ thuộc vào chiều rộng (B) và chiều dài hồ (L). Với các tỷ lệ

B/L khác nhau thực hiện nội suy theo bảng sau:

1/1 B/L 1/3 1/10 1/30

2,85 2,50 1,80 1,25 

Trên cơ sở xác định trên thực hiện kiểm tra lại các giá trị trong bảng 3.11.

. tK



10

+ Hồ hiếu khí: trong hồ hiếu khí các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ diễn

L t L

ra theo phản ứng bậc 1:

Trong đó: KT = K20.(1,06)T-20 ; K20 = 0,25 ngày

t – thời gian lưu nước trong hồ, ngày

Từ phương trình trên xác định được thời gian lưu nước trong hồ, sau đó kiểm tra lại

các giá trị trong bảng 4.11.

3.4. So sánh lựa chọn công nghệ tối ưu cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý

nước thải chăn nuôi lợn, thực hiện so sánh và đánh giá ưu nhược điểm của từng sơ

đồ dây chuyền từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ phù hợp với điều kiện Việt

Nam.

Bảng 3.16. So sánh các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn

G.đoạn

Dây chuyền 1

Dây chuyền 2

Dây chuyền 3

Biogas:

(Như dây chuyền 1)

Biogas: Biogas:

Hầu hết các trang trại (Như dây chuyền 1)

hiện có và xây dựng mới

đều sử dụng bể Biogas,

ộ b

ngoài nhiệm vụ xử lý sơ

ơ s ý l

bộ nước thải nó còn cho

ử X

một lượng khí gas tương

lớn

đối (0,45m3khí/1m3nước

thải). Do đó Biogas là sự

lựa chọn đầu tiên trong xử

lý nước thải chăn nuôi.

G.đoạn

Dây chuyền 1

Dây chuyền 2

Dây chuyền 3

Bể UASB:

+ Ưu điểm:

Bể thiếu khí có ngăn Bể thiếu khí có ngăn

- Tải trọng cao, có khả

lắng: lắng:

năng chịu biến động của

+ Ưu điểm: (Như dây chuyền 1)

nước thải đầu vào.

- Tải trọng cao, thời gian

- Có thể thu được một

lưu bùn lớn.

lượng khí Biogas đáng

- Đơn giản trong vận hành

kể.

- Lượng bùn sinh ra ít

+ Nhược điểm:

(bằng 20% so với quá

í h k ỵ k ý l

- Khó kiểm soát lượng

trình hiếu khí).

ử X

bùn

- Giảm diện tích xây

- Ngăn lọc dễ tắc, khó

dựng

+ Nhược điểm:

- Yêu cầu trình độ vận

hành cao.

- Các yếu tố kiểm soát

nghiêm ngặt,

kiểm soát.

G.đoạn

Dây chuyền 1

Dây chuyền 2

Dây chuyền 3

Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Bể Aeroten: Mương oxy hóa:

+ Ưu điểm: + Ưu điểm: + Ưu điểm:

- Hiệu quả xử lý cao, có - Tải trọng chất hữu cơ - Kết hợp xử lý C, N

thể cấp khí cho hệ thống cao và P.

bằng thoáng khí tự nhiên + Nhược điểm: - Công tác quản lý vận

+ Nhược điểm: - Không xử lý được N, P hành đơn giản, phù

- Tải trọng bề mặt thấp, (chỉ một lượng nhỏ đi hợp với xử lý nước

dẫn đến diện tích công vào sinh khối); thải chăn nuôi.

trình lớn; - Bùn sau xử lý có tính - Thời gian lưu bùn dài

- Không chịu được nước ổn định thấp, do đó cần do đó bùn sinh ra từ

thải có hàm lượng BOD có biện pháp xử lý bùn; quá trình xử lý có tính

cao, do đó cần phải pha - Tốn năng lượng cho sục ổn định cao.

loãng dẫn đến tăng dung khí (cường độ sục lớn); - Năng lượng cần cung

tích công trình và tăng cấp ít hơn công trình

í h k u ế i h ý l ử X

năng lượng bơm. hiếu khí khác.

- Tốn năng lượng cho quá - Nước từ bể UASB tự

trình bơm nước thải từ bể chảy sang mương oxy

kỵ khí lên bể lọc sinh học. hóa, do đó không cần

năng lượng bơm

(phương án 1 và

phương án 2 cần năng

lượng bơm).

+ Nhược điểm:

- Diện tích xây dựng

lớn.

- Ngăn lọc dễ tắc, khó

kiểm soát.

G.đoạn

Dây chuyền 1

Dây chuyền 2

Dây chuyền 3

Ưu điểm : Sau quá trình Nhược điểm: bùn sau Ưu điểm : Sau mương

lọc sinh học nhỏ giọt, bùn aeroten hay bị hiện tượng oxy hóa, bùn dễ lắng

2 g n ắ l ể B

dễ lắng nên dễ kiểm soát khó lắng nên bể lắng 2 nên dễ kiểm soát và

và khối tích công trình hoạt động kém hiệu quả, khối tích công trình

nhỏ. khối tích công trình lớn nhỏ.

Ao sinh học: Ao sinh học: Hồ sinh học:

Sau các quá trình kỵ khí, Sau các quá trình xử lý Sau các quá trình

lọc sinh học hiệu quả xử nói chung nước thải đạt UASB, mương oxy

lý N(21,6%), P(30%), tiêu chuẩn TCN-678: hóa. Hiệu quả xử lý N,

hàm lượng N (186mg/l), 2006. Tuy nhiên cần phải P cao hơn sơ đồ 1 và

P(22,4mg/l) gần đạt đến khảo sát thêm. sơ đồ 2 (do hiệu quả

ngưỡng tiêu chuẩn. Có của các công trình

g n ờ ư c g n ă t ý l ử X

thể giảm xuống dưới mức UASB và mương oxy

tiêu chuẩn nếu ở rộng ao hóa xử lý N, P).

sinh học Xây dựng hồ kết hợp

dự trữ nước, nuôi

trồng thủy sản và ổn

định nước thải.

G.đoạn

Dây chuyền 1

Dây chuyền 2

Dây chuyền 3

- Hiệu quả xử lý không - Hiệu quả xử lý COD - Hiệu quả xử lý COD,

cao (thấp hơn phương án cao hơn phương án 1 N, P cao nhất trong cả

3) nhưng thấp hơn phương 3 phương án.

- Khối tích công trình lớn án 3; hiệu quả xử lý N, P - Bể UASB kiểm soát

(bể lọc nhỏ giọt) thấp nhất trong 3 phương được lượng bùn, hiệu

- Tốn năng lượng trong án. quả xử lý cao do đó

quá trình vận hành (bơm - Tốn năng lượng cấp khí giảm được chi phí xây

nước từ bể kỵ khí lên bể trong bể aeroten. dựng công trình và

n á g n ơ ư h p c á c h n á s o S

lọc, tuần hoàn nước thải) - Bùn sau quá trình xử lý diện tích đất xây dựng.

có độ ổn định thấp, nên

tốn chi phí cho bể lắng 2

và xử lý ổn định bùn.

Trên cơ sở phân tích đánh giá theo bảng trên và qua thực tế tìm hiểu các trang trại

chăn nuôi lợn tập trung, dựa trên các yếu tố kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường ở

các trại chăn nuôi. Trong luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất: áp dụng sơ đồ dây

chuyền công nghệ số 1 cho xử lý nước thải trại chăn nuôi lợn tập trung ở Việt Nam.

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải lựa chọn đáp ứng đầy đủ các yếu tố: chi phí

đầu tư xây dựng không cao, công tác quản lý vận hành đơn giản, chi phí vận hành

thường xuyên thấp, thỏa mãn các tiêu chuẩn về môi trường đối với ngành chăn

nuôi. Tuy nhiên, cần phải có thêm các khảo sát tính toán cho phù hợp với điều kiện

của từng trang trại

Cũng trên cơ sở các phân tích đánh giá trên tác giả đề xuất nghiên cứu công nghệ xử

lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas theo dây truyền sau: Nước thải  Bể Biogas

 Hồ sinh học  môi trường. Nội dung các tính toán (xem phụ lục 2). Đồng thời

đề xuất nghiên cứu tiếp theo hướng mô hình 3.

CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN

Trong những năm gần đây chăn nuôi lợn phát triển rất nhanh: tăng trưởng

bình quân 8,9%/năm; số trang trại chăn nuôi lợn năm 2006 (113.730) tăng gấp 2 lần

so với năm 2000 (57.069 trang trại). Cùng với sự phát triển trên ngành chăn nuôi

lợn thải ra môi trường một lượng lớn chất thải (75-85 triệu tấn phân), trong khi đó

công tác quản lý và xử lý môi trường gần như chưa được quan tâm. Hầu hết các

trang trại chăn nuôi lợn chưa có hệ thống xử lý nước thải, nếu có thì chỉ là hệ thống

xử lý nước thải đơn giản (mục đích chính là thu khí sinh học): Nước thải  Bể

Biogas  Hồ sinh học  môi trường.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ tác giả đã thực hiện được các vấn đề:

- Đánh giá tổng quan ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam;

- Hiện trạng môi trường chăn nuôi lợn và ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi,

con người và môi trường;

- Xây dựng mô hình thực tiễn đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi

lợn trên dây chuyền công nghệ số 1 và số 2.

1. Dây truyền công nghệ số 1

Biogas --> Bể thiếu khí --> Lọc sinh học nhỏ giọt --> Hồ sinh học

Kết quả nước sau xử lý: TSS- 108 (mg/l); BOD- 116 (mg/l); COD- 252 (mg/l);

Tổng N- 186 (mg/l); Tổng P- 22 (mg/l).

2. Dây truyền công nghệ số 2

Biogas --> Bể thiếu khí --> Bể Aeroten --> Hồ sinh học

Kết quả nước sau xử lý: TSS- 71 (mg/l); BOD- 65 (mg/l); COD- 119 (mg/l);

Tổng N- 145 (mg/l); Tổng P- 11 (mg/l).

- Trên cơ sở phân tích đánh giá các tiêu chí về kỹ thuật, kinh tế, tiêu chuẩn

thải tác giả đề xuất, lựa chọn và xây dựng cơ sở lý thuyết cho sơ đồ dây chuyền

công nghệ số 3 phù hợp với điều kiện xử lý nước thải chăn nuôi ở Việt Nam: Nước

thải chăn nuôi  Biogas  UASB  Mương ôxy hóa  Hồ sinh học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát: Báo cáo “Chăn nuôi

Việt Nam và triển vọng 2010”; ấn phẩm của tổ chức PRISE của Pháp;

2. Bùi Xuân An: Nguy cơ tác động đến môi trường và hiện trạng quản lý chất

thải trong chăn nuôi vùng Đông Nam Bộ, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí

Minh, 2007;

3. Nguyễn Việt Anh: Bể tự hoại và bể tự hoại cải tiến, NXB Xây dựng – 2007

4. Lê Văn Cát: Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ và, Phốtpho – Nhà Xuất

bản Khoa học tự nhiên và công nghệ – 2007

5. Nguyễn Hoài Châu: An toàn sinh học – yếu tố quan trọng hàng đầu trong

chăn nuôi tập trung, 2007;

6. Nguyễn Phước Dân: Báo giảng tập huấn Bảo vệ môi trường – Các phương

pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn, 2007;

7. Hoàng Kim Giao: Phát triển chăn nuôi với vấn đề bảo vệ môi trường, 2007;

8. Trần Đức Hạ: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải đô thị, Nhà

xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2006;

9. Trần Thị Hiền Hoa: Phương pháp mới loại bỏ amoniac khỏi chất thải của

động vật bằng vi khuẩn Anammox, 2005.

10. Hồ Thị Kim Hoa, Lê Thanh Hiền, Trần Thị Dân: Tình hình quản lý chất

thải chăn nuôi ở một số huyện ở TP.Hồ Chí Minh và 3 tỉnh lân cận, 2005;

11. Lăng Ngọc Huỳnh: Vệ sinh môi trường trong chăn nuôi, 2005;

12. Lương Ngọc Khánh: Xử lý ô nhiễm nước bằng vi khuẩn Anammox, 2005;

13. Đặng Đình Kim: Báo cáo tổng quan”Ứng dụng phương pháp sinh học xử lý

chất thải hữu cơ sinh ra từ một số ngành công nghiệp trên thế giới và khả

năng ứng dụng tại Việt Nam”, 2002.

14. Trịnh Xuân Lai: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Nhà xuất

bản Xây dựng Hà Nội, 2000;

15. Tôn Thất Lãng: Bùn hạt và những phương pháp đẩy nhanh quá trình tạo

bùn hạt, 2004;

16. Tôn Thất Lãng: Mô hình xử lý kỵ khí tốc độ cao và ứng dụng trong xử lý

nước thải, 2005;

17. T«n ThÊt L·ng: Bïn h¹t vµ nh÷ng ph¬ng ph¸p ®Èy

nhanh qu¸ tr×nh t¹o bïn h¹t, 2004;

18. Phạm Khắc Liệu, Trần Thị Hiền Hoa, Lê Công Nhất Phương, Lương

Ngọc Khánh, Trần Hiếu Nhuệ, Kenji Furukawa: Oxy hóa kỵ khí amôni

ứng dụng xử lý nitơ trong nước thải ở Việt Nam, Tạp chí Xây dựng, năm

2005, số 10, trang 41-45.

19. Nguyễn Thị Hoa Lý: Một số vấn đề liên quan đến việc xử lý nước thải chăn

nuôi, lò mổ, Tạp chí khoa học nông nghiệp, năm 2005, số 5;

20. Nguyễn Văn Phước: Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo, 2007;

21. Lê Công Nhất Phương: Nghiên cứu triển khai ứng dụng xử lý ammonium trong nước thải nuôi heo với công suất 20 m3/ngày và nuôi dưỡng sinh khối

có nhóm vi khuẩn Anammox, 2007;

22. Tiêu chuẩn xây dựng hầm Biogas, Viện Năng lượng - Bộ Công nghiệp,

2001.

23. Tổng cục thống kê: Báo cáo thống kê số trang trại chăn nuôi theo địa

phương, 2007;

24. Phùng Thị Vân: Xây dựng mô hình chăn nuôi lợn trong nông hộ nhằm giảm

thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao năng suất chăn nuôi, Báo nông

nghiệp số 123;

25. Viện chăn nuôi: Điều tra đánh giá hiện trạng môi trường trại chăn nuôi lợn,

2006;

26. Viện chăn nuôi: Báo cáo hiện trạng môi trường chăn nuôi ở một số tỉnh,

2006;

27. Viện Công nghệ môi trường. Báo cáo đề tài “Nghiên cứu đánh giá hiệu

quả sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa phòng chống bệnh và tăng hiệu

quả chăn nuôi gia cầm”. 2005.

28. Viện kinh tế nông nghiệp: Báo cáo tổng quan “Các nghiên cứu về ngành

chăn nuôi Việt Nam”, tháng 8 – 2005;

Tiếng Anh

29. A.C.Van Haandel,G.Lettinga: Anaerobic sewage: established technologies

and perspectives. Wat. Sci. Technol. Vol.45.No.10, (2002) pp181-186]

30. Ahn TH, Min KS, Speece RE: Full scale UASB reactor performance in

brewery industry, Environ Technol, 2001 Apr, 22(4): 463-76.

31. Bileen Wolmarans and Gideon H de Villiers: Start-up of a UASB effuent

treatment plan on distellery wastewater, Water South Africa Vol.28 No.1

January 2002.

32. Greenway M2003:. Water Science and technology Vol 48 No2: 121-128

33. Joseph F. Malina: Design of Anaerobic Process for the Treatment of

Induatual and municipal

34. Jens Rjbye Schmidt and Birgitte Kiar Ahring: Treatment of waste water

from a multi product food-processing company, inflow anaerobic sludge

blanket (UASB) reactors: The effect of sesonal variation, Pure & Appl.

Chem, Vol.69, No. 11, pp. 2447-2452, 1997.

35. Mecalf & Eddy: Wastewater engineering, 2005;

36. Seabloom R.W.et al., 2003: Constructed Wetland. University of

Washington: 1-31

37. W. Gujer, A. J. B. Zenhnder. Conversion process in anaerobic digestion,

Wat. Sci. Technol. Vol. 15. No.1, (1982) pp.127-135.

38. Mark Rice, Assistant Director: Solid Separation/Constructed Wetland

System for Swine Wastewater Treatment, 2005

39. Dr. Leonard S. Bull, PI: “Innovative Sustainable systems Utilizing

Economical Solutions (ISSUES)”, 2005

40. Dr. Leonard S. Bull, PAS: For the NC Attorney General-Smithfield

Foods/Premium Standard Farms/Frontline Farmers Agreements, 2004

41. Viney P. Aneja: An Integrated Study of the Emissions of Ammonia, Odor

and Odorants, and Pathogens and Related Contaminants from Potential

Environmentally Superior Technologies (ESTs) for Swine Facilities, 10/2004

42. (EPA) United States Environmental Protection Agency: Managing

Manure with Biogas Recovery Systems Improved Performance at

Competitive Costs, 2002

43. EAS - Manure management technologies – Advanced manure treatment

techology for Deerboine Colony, 2007

44. Matias B. Vanotti and Patrick G. Hunt: Amonium removal from swine

wasterwater using immobilized nitrifiers, 2008

45. The Society for engineering in agricultura, food and biological systems:

Comparison of Plastic Trickling Filter Media for the Treatment of Swine

Lagoon Effluent, 2001

46. Nicholas P. Cheremisinoff: Handbook of wtare and wastewater treatment

technologies

47. N. Cicek: A review of membrane bioreactors and their potential application

in the treatment of agricultural wastewater; Volume 45 2003

48. Greg Johnsona, Dr. Brad Culkin Ph.D. a, Larry Stowella: Membrane

Filtration of Manure Wastewater, Vol 45, 2003

49. S.Y. Sheen, C.M. Hong, M.T. Koh, and C.C. Su: Swine Waste Treatment

in Taiwan, 1993

50. Sebastià PUIG BROCH: Operation and Control of SBR Processes for

Enhenced Biological Nutriel Remove from wastewater, 2008

51. Dr. Arux Chaiyakul: Thailand Country Profile(Agriculture Segment), 2007

52. Y. Harada: Treatment and utilization of Animal Waster in Japan, 1993

53. D.I. MASSÉ and L. MASSE: Treatment of slaughterhouse wastewater in

anaerobic sequencing batch reactors, 2006

54. Liangwei Denga,b, Ping Zhenga,*, Ziai Chenb, Qaisar Mahmooda:

Improvement in post-treatment of digested swine wastewater, 5/2007

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Một số hình ảnh về hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 1

Phụ lục 2: Một số hình ảnh về hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 2

3

1

2 Phụ lục 3: Một số hình ảnh và bản vẽ hệ thống xử lý áp dụng dây chuyền 3

100

®2

®1

mÆt c ¾t 1-1

mÆt b » n g

mÆt c ¾t 2-2

®1

+6.50

BOÀN HAÁP THUÏ KHÍ

INOX D50

+5.70

+5.05

+4.90

+4.82

TAÁM INOX DAØY 5MM

BULOÂNG INOX M10

BULOÂNG NÔÛ INOX D10

+3.20

+2.80

350

PVC D50/60

+0.25

+0.20

0.00

-0.20

-0.30

0.80

100

400 300

300

4350

300

300 400 100

300

800

9000

800

300

19900

Mặt cắt bể UASB

+6.50

BOÀN HAÁP THUÏ KHÍ

0 5 D X O N

+5.70

700

+5.05

+4.85

+4.35

+3.20

+2.80

INOX D50

+0.30

+0.25

0.00

PVC D50/60

-0.30

-0.50

-0.70

650

250

300

4350

300

300 400

100

1500

9000

800

11300

Luận văn:Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam

Chủ đề:

Đồ án môn kỹ thuật y sinh

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Giải pháp công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam

MỤC LỤC

Danh mục từ viết tắt

Danh mục bảng

Danh mục hình

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

Bảng 1.1. Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến hết năm 2006

Bảng 1.2. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm

Hình 1.1. Tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm về số đầu con

Bảng 1.3. Các bệnh điển hình liên quan đến chất thải chăn nuôi

Bảng 1.4. Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm

Bảng 1.5. Lượng chất thải chăn nuôi ước tính năm 2008

Bảng 1.6. Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm

Bảng 1.7. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn

Bảng 1.8. Thành phần trung bình của nước tiểu các lọai gia súc

Bảng 1.9. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung

Chỉ tiêu

Đơn vị

Trại

TTNC Lợn

Trại lợn

Trại Cty

Trại

TB±SD

kiểm tra

Đan Phuợng

Thụy Phương

Tam Điệp

Gia Nam

Hồng Điệp

Hình 1.1. Mục đích sử dụng phân trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều

tra tại một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh

Hình 1.2. Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại

một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh

Bảng 1.10. Phương pháp xử lý và sử dụng chất lỏng tại các hệ thống

Hình 1.3. Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

THẢI CHĂN NUÔI LỢN PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA VIỆT NAM

Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí. Số liệu chỉ %COD trong

từng giai đoạn

Bảng 2.1. Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas

Bảng 2.2. Lượng khí Biogas được sinh ra từ chất thải động vật và các chất thải trong

nông nghiệp

Bảng 2.3. Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu

Bảng 2.4. Tỷ lệ C/N trong phân gia súc gia cầm

Bảng 2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu đến hiệu quả sinh khí Nhiệt độ (0C)

Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo bể UASB

Bảng 2.6. Các thông số kỹ thuật đối với các công trình xử lý kỵ khí

Hệ thống xử lý yếm khí

A

B

 đối với

E=80% (giờ)

Hình 2.3. Các quá trình sinh hóa XLNT trong hồ sinh học

Bảng 2.7. Một số loại thuỷ sinh vật tiêu biểu

Bảng 2.8. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thường

Bảng 2.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/TKN đến (%) VSV tự dưỡng trong hệ hiếu khí

Nitrat hóa

Hình 2.4. Sơ đồ quá trình khử hợp chất N

Bảng 2.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh trưởng của VSV nitrat hóa

Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình A2/O

Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình Bardenpho 5 giai đoạn

Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình UCT

Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P theo quy trình VIP

Hình 2.9. Sơ đồ hoạt động của bể SBR

Hình 2.10. Sơ đồ công nghệ xử lý N, P trong mương oxy hóa

Hình 2.11: Sơ đồ quá trình xử lý N-NH4+

+ + 4 O2  2 NO3 - + 8g COD + 2 H+  N2 + 3g Bùn ++4 O2+8 COD  N2+2 H++3g Bùn

+ + NO2 -= N2 + 2H2O + + 1.5O2= N2 + 3H2O + 2H+

+ + 4 O2  2 NO2 - + 4.8g COD + 2 H+  N2 + 1.8g Bùn ++3 O2+4.8 COD  N2+2 H++1.8g Bùn

Bảng 2.11. Hợp chất Photpho và khả năng chuyển hóa

Hình 2.12. Sơ đồ xử lý P bằng phương pháp sinh học sử dụng vật liệu bám dính cốt

sắt (Fe) không có bùn hoạt tính tuần hoàn

Bảng 2.12. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn

Kết quả phân tích

10-TCN – 678: 2006