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

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 b

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

BOD: Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

COD: Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học

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

thực quốc tế

thôn Việt Nam SBR: Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SVI: Sludge Volume Index Chỉ số bùn – thể tích 1g bùn chiếm

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

trại lợn

Số trang trại gia cầm

Số trang trại bò

Số trang trại trâu

Số trang trại dê

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

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:

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 sunphát (SO42-) thành sunphua (S2-) Trong điều kiện bình thường thì H2S là một 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

nhiễm

Gây bệnh nđtp* vật nuôi người

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

Bảng 1.5 Lượng chất thải chăn nuôi ước tính năm 2008

TT Loại vật

nuôi

Tổng số đầu con năm 2008 (1.000.000 con)

Chất thải rắn bình quân (kg/con/ngày)

Tổng chất thải rắn/ năm (tr tấn)

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

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

(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

súc, gia

cầm

Thành phần trong nước tiểu (%)

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

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

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

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

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

vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-,…

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

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

Trại lợn Tam Điệp

Trại Cty Gia Nam

Trại Hồng Điệp

Chất thải lỏng trong chăn nuụi (nước tiểu vật nuụi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ, ) ước tớnh khoảng vài chục nghỡn tỷ m3 /năm

1.2.1.3 Khớ thải

Chất thải khớ: Chăn nuụi phỏt thải nhiều loại khớ thải (CO2, NH3, CH4, H2S, thuộc cỏc loại khớ nhà kớnh chớnh ) do hoạt động hụ hấp, tiờu húa của vật nuụi, do ủ phõn, chế biến thức ăn, ước khoảng vài trăm triệu tấn/ năm

1.2.2 Tỡnh hỡnh về quản lý chất thải chăn nuụi lợn tại Việt Nam

1.2.2.1 Chất thải rắn

Cụng tỏc quản lý chất thải trong chăn nuụi lợn đang gặp nhiều khú khăn, việc

sử dụng phõn lợn trong nụng nghiệp vẫn cũn bị hạn chế do phõn lợn khụng giống phõn bũ hay gia cầm khỏc Phõn lợn ướt và hụi thối nờn khú thu gom và vận chuyển, phõn lợn là phõn “núng” khú sử dụng, hiệu quả khụng cao và cú thể làm chết hoặc mất năng suất cõy trồng (sầu riờng mất mựi, nhón khụng ngọt ) Theo điều tra tỡnh hỡnh quản lý chất thải chăn nuụi ở một số huyện thuộc TP HCM và một số tỉnh lõn cận [2] chỉ cú 6% số hộ nuụi lợn cú bỏn phõn cho cỏc đối tượng sử dụng để nuụi cỏ và làm phõn bún, khoảng 29% số hộ chăn nuụi lợn sử dụng phõn cho bể biogas và 9% hộ dựng phõn lợn để nuụi cỏ

Hỡnh 1.1 Mục đớch sử dụng phõn trong quỏ trỡnh chăn nuụi lợn theo điều

tra tại một số huyện thuộc TP Hồ Chớ Minh

Theo kết quả điều tra đỏnh giỏ hiện trạng mụi trường của Viện chăn nuụi (2006) tại cỏc cơ sở chăn nuụi lợn cú quy mụ tập trung ở Hà Nội, Hà Tõy, Ninh Bỡnh, Nam Định, Quảng Nam, Bỡnh Dương, Đồng Nai cho thấy: Chất thải rắn bao

Phân bón 6%

Biogas 29%

Bá n phân 6%

Không mục đích 50%

Nuôi cá

9%

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

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

Xö lý s¬ bé, th¶i ra MT 45%

Biogas 40%

T­ í i c©y 15%

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

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 dụng cho các mục đích nông nghiệp

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

Cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ

Nuôi thả, chuông hở

Hệ thống nuôi

trên sàn

Kho chứa chất thải rắn

Land

Trang trại lớn quy mô

công nghiệp

Dòng nước thải Dòng chất thải rắn

Ruộng, cánh đồng

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:

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

- 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]:

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

 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 cách thúc đẩy hoạt tính của VSV methane hóa và duy trì điều kiện đệm (hệ đệm là HCO3- - CO32-)

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

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

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

học/1kg chất khô (m3/kg)

%CH4 trong khí sinh học

Thời gian lên men (ngày)

- 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

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 350C, 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 sau:

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

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

lờn đến đỉnh cỏc bọt khớ sẽ va chạm với cỏc tấm chắn nghiờng, cỏc bọt khớ được giỏi phúng tự do cũn bựn được rơi xuống theo trọng lực Tấm chắn được đặt nghiờng trong vựng tỏch pha để tăng tiết diện, tiết diện dũng chảy tăng do đú làm giảm tốc

độ lắng của pha rắn tại vựng này, bựn được tớch tụ trờn bề mặt tấm chắn nghiờng khi

đủ lớn tỏch ra và rơi xuống vựng lắng

Hỡnh 2.2 Sơ đồ cấu tạo bể UASB

Hiệu quả xử lý của bể UASB cú tỏch pha và khụng tỏch pha khỏc nhau [35]

Trường hợp khụng tỏch pha: E = 1 – 1,53 -0,64

: thời gian lưu (giờ)

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

進流水分配器

出流水 甲烷氣

Tầng bùn lơ

lửng

Nước thải sau bể UASB Khí Biogas

Máng thu

nước

quanh bể

Tầng pha nước, pha

khí

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

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:

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 đĩ hồ hiếu khí cĩ thể kết hợp xử lý nước thải và nuơi trồng thủy sản

Đối với hồ hiếu khí nhân tạo (cung cấp oxy cưỡng bức) thì chiều sâu hồ cĩ 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 hĩa 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 cĩ nhiều oxy hịa tan nên quá trình oxy hĩa xảy ra ở mơi trường hiếu khí; Lớp giữa là lớp trung gian; Lớp dưới cùng quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở mơi trường yếm khí

Hình 2.3 Các quá trình sinh hĩa XLNT trong hồ sinh học

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

Trong XLNT, thực vật thủy sinh (TVTS) cĩ vai trị rất quan trọng TVTS tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, phốtpho, kim loại nặng và

2

2

H S Mặ t trờ i

2

CO

Nế u khô ng có O ở lớ p phía trê n củ a hồ có thể sinh ra khí có mù i

2

O (cá c giờ chiế u sá ng trong ngà y)

Vù ng hiế u khí

4 2

Vù ng tù y tiệ n

2 4

2 2

2 3

CO + NH + H S + CH

2

O Tế bà o chế t

Vi khuẩ n

Tế bà o chế t

3- 4 3

Tế bà o mớ i

NH

PO ,

Axit hữ u cơ, rượu

Gió (gió thú c đẩ y quá trình

hò a trộ n và là m thoá ng)

Chấ t thả i hữ u cơ

Chấ t rắ n có

thể lắ ng