Đánh giá hiện trạng và đề xuất công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp trên địa bàn tỉnh Bình Phước

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường MSHV: 60520320 I- Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO PHÙ HỢP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BÌNH PHƯỚC II- Nhiệm vụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Cao Trí Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 27/01/1984 Nơi sinh: Xã Cam Hòa, Huyện Cam Lâm, Tỉnh

Khánh Hòa

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường MSHV: 60520320

I- Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI HEO PHÙ HỢP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BÌNH PHƯỚC

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Đánh giá tình hình thu gom và xử lý nước thải của các cơ sở chăn nuôi heo trên địa bàn tỉnh Bình Phước ( bao gồm hộ dân và trang trại quy mô công nghiệp)

- Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm chính của nước thải và đánh giá các biện pháp

xử lý nước thải của các cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước

- Nghiên cứu và đề xuất công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp cho các cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi heo tập trung trên địa bàn tỉnh Bình Phước

- Phân tích tính khả thi của công nghệ xử lý lựa chọn

III- Ngày giao nhiệm vụ: (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài):

Tháng 06/2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Tháng 12/2014

V- Cán bộ hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Công Hào

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

GS TSKH Nguyễn Công Hào

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Công Hào đã tận tình hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện thuận lợi, cùng những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất cho em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô và Cán bộ của Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh đã hết long giảng dạy, truyền đạt kiến thức và giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập

Cảm ơn các học viên lớp Cao học môi trường đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập

để hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập

TÓM TẮT

Luận văn cao học ”Đánh giá hiện trạng và đề xuất công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp trên địa bàn tỉnh Bình Phước” đã thực hiện được các nội dung sau: Luận văn đã tổng quan được tình hình nghành chăn nuôi heo tại Việt Nam và trên địa bàn tỉnh Bình Phước Luận văn đã phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm chính của nước thải chăn nuôi heo khi chưa được xử lý và khi có các biện pháp xử lý khác

Qua việc đánh giá hiện trạng áp dụng các công nghệ xử lý nước thải tại các cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi heo công nghiệp cho thấy:

- Hầu hết các cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình đều có hầm biogas để xử lý nước thải và không có các biện pháp xử lý tiếp theo

- Tất cả các trang trại chăn nuôi heo công nghiệp đều có bể biogas và hầu hết có

hệ thống xử lý nước thải tiếp sau Tuy nhiên, các chỉ tiêu ô nhiễm vẫn còn cao hơn mức cho phép nhiều lần

Luận văn đã tính toán, đề xuất công nghệ xử lý phù hợp cho các cơ sở chăn nuôi

hộ gia đình và các trang trại quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước

ABSTRACT

Master degree thesis "evaluate the situation and propose suitable technologies for waste water treatment of swine breeding in the Binh Phuoc province " has completed the following contents:

Thesis has an overview of the situation of pig breeding industry in Vietnam and Binh Phuoc province Thesis analysed the main indicators of pig wastewater when it was not untreated and when the other treatment methods were applyed When assess the present status of wastewater treatment technology in the household pig breeding and industrial pig farms The results shown that:

- Most of the household pig breeding have biogas for waste water treatment without the other subsequent methods

- All of the pig industrial farms have biogas and most of them have waste water treatment system However, the polluted indicators are still higher than standard

Thesis was calculated, proposed suitable waste water treatment technologies for the household pig breeding and industrial pig farms in the Binh Phuoc province

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU x

DANH MỤC CÁC HÌNH xii

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 4

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 4

1.4.2 Nội dung nghiên cứu 4

1.4.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 5

1.4.3.1 Phương pháp luận 5

1.4.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể 5

1.5 Ý nghĩa của đề tài 8

1.5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 8

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 8

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 9

2.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi heo 9

2.1.1 Thành phần chất thải rắn trong các cơ sở chăn nuôi heo 9

2.1.2 Thành phần nước thải trong các sơ sở chăn nuôi heo 9

2.1.3 Thành phần khí thải trong các sơ sở chăn nuôi heo 11

2.1.4 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi heo đối với môi trường: 12

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo 14

2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học 14

2.2.2 Phương pháp hóa học 15

2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 16

2.2.3.1 Phương pháp sinh học kị khí 16

2.2.3.2 Phương pháp sinh học hiếu khí 22

2.2.3.3 Phương pháp sinh học thiếu khí khử nitơ 26

2.2.3.4 Phương pháp sinh học tự nhiên 28

2.2.3.5 Phương pháp sinh học kết hợp trong xử lý nước thải chăn nuôi heo 30

2.3 Tổng quan về xử lý nước thải chăn nuôi heo trên thế giới và Việt Nam 31

2.3.1 Trên thế giới 31

2.3.2 Tại Việt Nam 31

2.4 Tổng quan về tình hình chăn nuôi heo tại tỉnh Bình Phước 32

2.4.1 Điều kiện tự nhiên- kinh tế- xã hội của tỉnh Bình Phước 32

2.4.2 Hiện trạng phát triển các trang trại nuôi heo tại tỉnh Bình Phước 35

2.4.2.1 Hiện trạng 35

2.4.2.2 Đánh giá kết quả chăn nuôi 37

2.4.2.3 Định hướng phát triển các trang trại chăn nuôi heo tại tỉnh Bình Phước đến năm 2020 39

2.4.3 Thực trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi heo trên địa bàn tỉnh Bình Phước 40

2.4.3.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí 40

2.4.3.2 Thực trạng ô nhiễm môi trường nước mặt 40

2.4.3.3 Thực trạng ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi heo 42

2.5 Một số loại bệnh nguy hiểm thường gặp ở heo 43

2.5.1 Bệnh heo tai xanh 43

2.5.2 Bệnh lở mồm long móng 45

2.5.3 Biện pháp xử lý khi xảy ra ổ dịch 48

CHƯƠNG III: HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BÌNH PHƯỚC 50

3.1 Hiện trạng xử lý nước thải của các cơ sở chăn nuôi heo quy mô hộ gia đình trên địa bàn tỉnh Bình Phước: 50

3.2 Hiện trạng xử lý nước thải của các trang trại chăn nuôi heo quy mô trang trại công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước: 54

3.3 Đánh giá hiệu quả của các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo hiện tại của các hộ gia đình và các trang trại heo quy mô công nghiệp 62

3.3.1 Hiệu quả của phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo quy mô hộ gia đình 62 3.3.2 Hiệu quả của các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo quy mô trang trại công nghiệp 63

CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO PHÙ HỢP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BÌNH PHƯỚC 66

4.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho các cơ sở chăn nuôi hộ gia đình 66

4.1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ đề xuất cho các cơ sở chăn nuôi hộ gia đình 66

4.1.2 Công trình đơn vị của dây chuyền công nghệ xử lý nước đề xuất cho cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình 67

4.1.2.1 Bể Biogas 67

4.1.2.2 Bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa 69

4.2 Đề xuất sơ đồ xử lý nước thải phù hợp cho các trang trại chăn nuôi heo công nghiệp 72

4.2.1 Sơ đồ công nghệ lựa chọn 73

4.2.2 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ lựa chọn 74

4.2.3 Các công trình đơn vị trong quy trình công nghệ lựa chọn 76

4.2.3.1 Bể Biogas và bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa 76

4.2.3.2 Bể điều hòa 77

4.2.3.3 Bể Anoxic 77

4.2.3.4 Bể Aerotank 77

4.2.3.5 Bể lắng 2 78

4.2.3.6 Hồ sinh học tùy nghi 80

4.3 Đánh giá quy trình công nghệ đề xuất 81

4.3.1 Ưu điểm, nhược điểm của quy trình công nghệ đề xuất 81

4.3.2 Sự phù hợp của quy trình công nghệ đề xuất đối với địa bàn tỉnh Bình Phước 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

A KẾT LUẬN 86

B KIẾN NGHỊ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BKHCNMT Bộ Khoa học Công nghệ Môi trường

BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

COD Nhu cầu ôxy hóa học

DO Hàm lượng ôxy hòa tan

ĐTM Đánh giá tác động môi trường

KHCN Khoa học Công nghệ

KHKT Khoa học Kỹ thuật

KKPTCN Khuyến khích phát triển chăn nuôi

N-NH3 Hàm lượng nitơ trong amoniac

N-NO3 Hàm lượng nitơ trong nitrát

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

SBR Bể hoạt động gián đoạn

SS Hàm lượng chất rắn lơ lửng

STN&MT Sở Tài nguyên và Môi trường

TCMT Tiêu chuẩn Môi trường

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

UASB Bể xử lý bằng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới lên

XLNT Xử lý nước thải

WETI Viện nước và Công nghệ Môi trường

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của phân heo 9Bảng 2.2 Thành phần hóa học của hỗn hợp nước thải tươi và nước thải sau 7 ngày 10Bảng 2.3 Thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi heo 11Bảng 2.4 Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp keo tụ hóa học và phương pháp keo tụ hóa học kết hợp với điện hóa 15Bảng 2.5 Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas 20Bảng 2.6: Chất lượng nước thải đầu vào theo điều tra tại các hộ nuôi heo gia đình và các trang trại chăn nuôi heo tập trung 41Bảng 2.7: Số liệu nước thải sau khi xử lý tại các hộ nuôi heo gia đình và các trang trại chăn nuôi heo tập trung 41Bảng 3.1 Tính chất nước thải trước và sau hầm biogas của hộ nuôi Nguyễn Hữu Châu 51Bảng 3.2 Hiệu suất xử lý nước thải trước và sau hầm biogas của hộ nuôi Nguyễn Hữu Châu 51Bảng 3.3 Tính chất nước thải trước sau hầm biogas của hộ nuôi Lê Thị Trang 52Bảng 3.4 Hiệu suất xử lý nước thải sau hầm biogas của hộ nuôi Lê Thị Trang 53Bảng 3.5 Tính chất nước thải trước và sau hầm biogas của hộ nuôi Trần Thị Thanh 53Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý nước thải sau hầm biogas của hộ nuôi Trần Thị Thanh 54Bảng 3.7 Tính chất nước thải trước, sau hầm biogas và sau bể lắng 2 của trang trại Lộc Ninh 4 56Bảng 3.8 Hiệu suất xử lý nước thải sau hầm biogas của trang trại Lộc Ninh 4 56Bảng 3.9 Hiệu suất xử lý nước thải của bể aerotank tại trang trại Lộc Ninh 4 56Bảng 3.10 Tính chất nước thải trước, sau hầm biogas và sau bể lắng 2 của trang trại Phú Vinh 59Bảng 3.11 Hiệu suất xử lý nước thải sau hầm biogas của trang trại Phú Vinh 59Bảng 3.12 Hiệu suất xử lý nước thải của bể aerotank tại trang trại Phú Vinh 59

Bảng 3.13 Tính chất nước thải trước, sau hầm biogas và sau bể lắng 2 của trang trại

Bù Gia Mập 61Bảng 3.14 Hiệu suất xử lý nước thải sau hầm biogas của trang trại Bù Gia Mập 61Bảng 3.15 Hiệu suất xử lý nước thải của hồ sinh học tại trang trại Bù Gia Mập 61Bảng 3.16 Hiệu suất xử lý nước thải của bể biogas tại các hộ chăn nuôi heo trên địa bàn tỉnh Bình Phước 62Bảng 3.17 Hiệu suất xử lý nước thải của bể biogas tại các trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước 63Bảng 3.18 Hiệu suất xử lý nước thải của bể aerotank tại các trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước 64Bảng 4.1 Bảng tính thể tích bể biogas và kiểm tra tải trọng thể tích 69Bảng 4.2 Bảng tính thể tích bể kỵ khí giá thể xơ dừa và kiểm tra tải trọng thể tích71Bảng 4.3 Các thông số thiết kế hồ sinh học 80Bảng 4.4 So sánh quy trình hiện tại và quy trình công nghệ đề xuất 83

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Song chắn rác 14

Hình 2.2 Cấu tạo của bể UASB 18

Hình 2.3 Xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính 24

Hình 2.4 Các thiết bị khuấy trộn 25

Hình 2.5 Các quá trình sinh hóa xử lý nước thải trong hồ sinh học 30

Hình 2.6 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Phước 33

Hình 2.7 Trại chăn nuôi heo theo kiểu chuồng lạnh tại Bình Phước 36

Hình 2.8 Mô hình nuôi heo trên nền nệm lót sinh học tại xã Lộc Thiện, huyện Lộc Ninh 37

Hình 3.1 Hầm biogas hộ nuôi Nguyễn Hữu Châu 50

Hình 3.2 Cơ sở chăn nuôi heo của hộ nuôi Lê Thị Trang 52

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải trại heo Lộc Ninh 4 55

Hình 3.4 Bể lắng 2 trại heo Lộc Ninh 4 57

Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải trại heo Phú Vinh 58

Hình 3.6 Nhà đặt máy thổi khí của hệt hống xử lý nước thải trang trại Bù Gia Mập 60

Hình 3.7 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải trại heo Hớn Quản 60

Hình 3.8 Dây chuyền công nghệ đơn giản phù hợp với cơ sở chăn nuôi hộ gia đình trên địa bàn tỉnh Bình Phước 66

Hình 3.9 Giá thể xơ dừa 70

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Đất nước ta ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống mọi người ngày càng cao, dẫn đến việc khai thác tài nguyên thiên nhiên càng nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu đó Tài nguyên nước là một trong nguồn tài nguyên quan trọng cần được sử dụng có hiệu quả Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng có hiệu quả chúng ta cần phải xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường Với đà tăng dân số hiện nay, nhu cầu sử dụng thực phẩm của Việt Nam ngày một tăng cao Trong đó ngành chăn nuôi đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn thịt gia súc, gia cầm cho thị trường tiêu dùng Đặc biệt là ngành chăn nuôi heo, cung cấp một lượng thịt rất lớn cho người dân Tuy nhiên, ngành chăn nuôi heo cũng gây ra những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Quan trọng nhất là vấn đề nước thải từ các hoạt động sản xuất hàng ngày Trong hầu hết các trang trại chăn nuôi heo của Việt Nam, hầu như toàn

bộ lượng nước thải phát sinh đều không được thu gom và xử lý đạt tiêu chuẩn.Nồng

độ COD, BOD, Nitơ, photpho cao trong nước thải chăn nuôi heo khi thải ra sông suối, làm giảm trầm trọng hàm lượng DO trong nước và gây phú dưỡng hóa Điều này không những ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống của thủy sinh vật, mà còn gián tiếp ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân trong khu vực Ngoài ra, nước thải chăn nuôi heo có chứa một lượng vi khuẩn, virut gây bệnh đáng kể Khi nước thải chưa được xử lý đúng tiêu chuẩn thải ra ngoài, sẽ gây ô nhiễm vi khuẩn gây bệnh cho nguồn nước Hệ quả là gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và lây lan dịch bệnh cho cả người và động vật

Vì vậy, vấn đề xử lý đạt chuẩn các chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi heo là vô cùng cấp bách, đặc biệt là vấn đề nước thải Điều này nhằm giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ngành chăn nuôi đang đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm cho thị trường tiêu dùng Việt Nam Tuy nhiên, các chất thải phát sinh trong hoạt động sản xuất là một vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết Không khí phát sinh từ chuồng trại có nồng độ các khí H2S, NH3 cao Nước thải thì chứa nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ nghiêm trọng

Do ý thức về bảo vệ môi trường của hầu hết các hộ dân và chủ trang trại quy

mô công nghiệp còn thấp và kinh phí để đầu tư, vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn còn cao Nên hầu hết các cơ sở chăn nuôi heo ở Việt Nam chưa có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn

Tại Việt Nam, công tác xử lý nước thải trong chăn nuôi heo đã được quan tâm

từ lâu Tuy nhiên, nó còn phụ thuộc vào điều kiện thực tế của từng địa phương nói chung và tỉnh Bình Phước nói riêng Tại Bình Phước, nước thải từ các cơ sở chăn nuôi heo hộ gia đình và trang trại quy mô công nghiệp sau khi qua bể Biogas được thải trực tiếp ra môi trường hoặc qua hệ thống xử lý nước thải nhưng chưa đủ tiêu chuẩn xả thải ra môi trường Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng trực tiếp đến chất lượng nguồn nước cấp cho người dân Ngoài ra, chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm đáng kể từ chính các dòng thải này

Vì vậy, đề tài “ Đánh giá hiện trạng và đề xuất công nghệ xử lý nước thải

chăn nuôi heo phù hợp trên địa bàn tỉnh Bình Phước” là cần thiết, nhằm đánh giá

đúng hiện trạng ô nhiễm và đề xuất công nghệ xử lý phù hợp cho các cơ sở hộ gia đình và trang trại quy mô công nghiệp, để cho nghành chăn nuôi heo phát triển bền vững

1.3 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi heo Nhưng tập trung chủ yếu vào nước thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi heo vì đây đang là vấn đề nổi trội nhất trên địa bàn tỉnh Bình Phước hiện nay

Do đặc trưng của tỉnh có rất nhiều diện tích trồng cao su, nên các trang trại chăn nuôi heo tập trung hầu hết nằm sau trong các vườn cao su, rất xa khu dân cư Nên vấn đề mùi hôi phát sinh từ hoạt động chăn nuôi không gây ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư Mặc khác phân chuồng cũng được tận dụng làm phân bón vi sinh, cung cấp một lượng phân hữu cơ hữu ích cho các vườn cao su xung quanh trang trại

Vấn đề ảnh hưởng môi trường đang được quan tâm tại địa bàn tỉnh là nước thải xuất phát từ hoạt động chăn nuôi gây ô nhiễm nguồn nước mặt nghiêm trọng trong thời gian dài nhưng chưa được xử lý triệt để

Đề tài nghiên cứu chọn 03 trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp và 03

cơ sở chăn nuôi heo quy mô gia đình tại 3 huyện khác nhau của tỉnh để tiến hành khảo sát thực tế vì các nguyên nhân sau:

Các huyện Hớn Quản, Lộc Ninh, Bù Gia Mập là các huyện có số lượng đàn heo tập trung nhiều nhất tỉnh Bình Phước

Ngoài các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại công nghiệp ( quy mô lớn hơn

8000 con), trên địa bàn tỉnh còn có nhiều các cơ sở chăn nuôi quy mô hộ gia đình ( quy mô từ 100 – 500 con) Những ảnh hưởng môi trường của các cơ sở chăn nuôi này đang là vấn đề được cộng đồng quan tâm

Hầu hết các trang trại chăn nuôi quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh chỉ xử

lý nước thải bằng bể biogas và hồ sinh học Do tính chất của nước thải chăn nuôi heo, nên chỉ có công trình hồ sinh học sau biogas là không thể xử lý triệt để được nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải Nên đề tài lựa chọn các trang trại có công trình xử

lý bổ sung sau biogas và trước hồ sinh học, nhằm tìm kiếm công nghệ thích hợp đang được áp dụng

Các trang trại chăn nuôi quy mô công nghiệp được khảo sát như sau:

Trang trại heo Lộc Ninh 4, quy mô 12000 con heo hậu bị của Công Ty TNHH

An Phú Khánh Bình Phước tại xã Lộc Thịnh, huyện Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước

Trang trại heo Phú Vinh, quy mô 10200 con heo hậu bị của công ty Cổ Phần Phú Vinh tại xã Thuận Phú, huyện Đồng Phú, tỉnh Bình Phước

- Trang trại heo Bù Gia Mập, quy mô 10000 con heo hậu bị của Công Ty TNHH An Phú Khánh Bình Phước tại xã Phước Minh, huyện Bù Gia Mập, tỉnh Bình Phước

Các cơ sở chăn nuôi quy mô hộ gia đình được khảo sát như sau:

- Cơ sở chăn nuôi heo hậu bị, quy mô 150 con của hộ ông Nguyễn Hữu Châu tại xã Lộc Thịnh, huyện Lộc Ninh, tỉnh Bình Phước

- Cơ sở chăn nuôi heo hậu bị, quy mô 150 con của hộ bà Trần Thị Thanh tại

xã Minh Tâm, huyện Hớn Quản, tỉnh Bình Phước

- Cơ sở chăn nuôi heo hậu bị, quy mô 200 con của hộ bà Lê Thị Trang tại xã Thanh Lương, thị xã Bình Long, tỉnh Bình Phước

1.4 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là đánh giá mức độ ô nhiễm và công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo từ các hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước Từ đó, đề xuất các biện pháp xử lý nước thải phù hợp cho các hộ dân và các trang trại chăn heo công nghiệp nhằm bảo vệ môi trường trên địa bàn tỉnh Bình Phước

1.4.2 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích một số chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm nước thải chăn nuôi heo đặc trưng trước và sau khi thu gom, xử lý của các hộ dân và các trang trại quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước Qua đó, đánh giá thực trạng ô nhiễm nước thải chăn heo và các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo đang được áp dụng tại tỉnh Bình Phước

- Nghiên cứu và đề xuất các biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp cho các hộ dân và các trang trại quy mô công nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước

- Phân tích tính khả thi của công nghệ lựa chọn

1.4.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

1.4.3.1 Phương pháp luận

Chăn nuôi heo là một trong những lĩnh vực đang được khuyến khích phát triển tại tỉnh Bình Phước Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích kinh tế mà ngành chăn nuôi mang lại, nó cũng phát sinh một lượng lớn chất thải ảnh hưởng đến cộng đồng xung quanh và môi trường

Các cơ sở chăn nuôi hộ gia đình và các trang trại công nghiệp đã có những biện pháp xử lý chất thải nhưng hiệu quả xử lý không được triệt để Hầu hết các cơ

sở chăn nuôi hộ gia đình chỉ có hầm biogas để xử lý chất thải Các trang trại chăn nuôi công nghiệp hầu hết xử lý nước thải sau biogas bằng hồ sinh học Tuy nhiên, nồng độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi heo rất cao và có chứa thành phần Nitơ, Photpho rất cao nên phương pháp này không phù hợp Một số các trang trại đã đầu

tư hệ thống xử lý nước thải sau bể Biogas, nhưng chưa đạt yêu cầu xả thải do các lựa chọn công nghệ chưa phù hợp với nước thải chăn nuôi heo Vì vậy, tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi heo đang có chiều hướng gia tăng trên địa bàn tỉnh Bình Phước

Trước tình hình đó, để tài “ Đánh giá hiện trạng và đề xuất công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp trên địa bàn tỉnh Bình Phước” sẽ khảo sát, thu thập, đánh giá mức độ xử lý của các biện pháp xử lý đang được áp dụng Từ các đánh giá đó, đề xuất được các công nghệ xử lý phù hợp nhất trên địa bàn tỉnh Bình Phước để đạt được mục tiêu kinh tế và môi trường

1.4.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

Để đạt được các nội dung nghiên cứu như trên, các phương pháp nghiên cứu sau đây được áp dụng:

 Phương pháp 1: Để phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài “ đánh giá

hiện trạng ô nhiễm môi trường từ hoạt động chăn nuôi và tình hình thu gom và xử

lý chất thải trên địa bàn tỉnh Bình Phước” thì các phương pháp nghiên cứu sau được

áp dụng

 Phương pháp tổng hợp và biên tập tài liệu

Phương pháp này được áp dụng nhằm kế thừa những kết quả từ các chương trình nghiên cứu, các đề tài khoa học nhằm phục vụ cho dề tài

Bên cạnh đó, việc áp dụng phương pháp này đồng thời cũng nhằm mục đích tổng hợp, phân tích các tài liệu để tìm hiểu tài nguên, các điều kiện thủy văn và các hoạt động kinh tế - xã hội của tỉnh Bình Phước Qua các phân tích đó, đánh giá được các tác động của các cơ sở chăn nuôi heo đến môi trường và cộng đồng dân

cư

Các thông tin chủ yếu cần thu thập như sau:

- Thu thập các tài liệu tổng quan về nghành công nghiệp chăn nuôi heo và

hiện trạng nước thải của nghành này

- Thu thập tài liệu trong và ngoài nước ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi

heo đến môi trường và cộng đồng dân cư

 Phương pháp điều tra, khảo sát và thu thập thông tin

Phương pháp này được áp dụng để thu thập các thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu, đánh giá tình hình thu gom, xử lý chất thải cảu các cơ sở chăn nuôi heo

hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi heo quy mô công nghiệp Phương pháp này

sẽ đi điều tra, khảo sát tại các cơ sở chăn nuôi heo để tìm hiểu các thông tin thực tế cần thiết như sau:

- Thu thập thông tin về một số trang trại heo ( công ty và hộ dân) trên địa bàn tỉnh Bình Phước như hiện trạng ô nhiễm do nước thải và các biện pháp xử lý đang

được áp dụng

- Thông tin về hoạt động chăn nuôi heo ( hình thức, quy mô, nhu cầu sử dụng

nước, nguồn cấp nước)

- Thông tin về lượng nước thải phát sinh thực tế

- Thông tin về các biện pháp xử lý chất thải và các biện pháp bảo vệ môi

trường khác đang được thực hiện

 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu

Phương pháp nghiên cứu này nhằm xử lý số liệu đã thu thập Từ đó, rút ra những nhận xét đối với các vấn đề đang nghiên cứu

 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu

Phương pháp này được áp dụng nhằm thu thập những kết quả phân tích mẫu nước thải trước và sau xử lý nhằm đánh giá đúng hiện trạng về chất lượng nước thải sau các biện pháp xử lý đang được áp dụng Từ đó, đánh giá đúng hiện trạng ô nhiễm và hiện trạng các công nghệ xử lý đang được áp dụng đối với nước thải chăn nuôi heo trên địa bàn tỉnh

Quá trình lấy mẫu được tiến hành như sau:

- Lấy mẫu nước thải tại 03 cơ sở chăn nuôi heo hộ dân và 03 trang trại quy

mô công nghiệp trên địa bàn 03 huyện khác nhau để phân tích và kiểm tra các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng

- Mỗi cơ sở chăn nuôi sẽ lấy các mẫu trước và sau các công trình xử lý quan trọng

- Các chỉ tiêu phân tích: pH, TSS, COD, BOD5, Tổng Nitơ, N-NH4, N-NO3,

3, tổng photpho, tổng coliform

 Phương pháp 2: Để phục vụ cho nghiên cứu nội dung “ Đề xuất công nghệ

xử lý nước thải chăn nuôi heo phù hợp cho địa bàn tỉnh Bình Phước” thì các

phương pháp nghiên cứu sau được áp dụng

 Phương pháp so sánh

- So sánh khả năng ứng dụng vào thực tế của công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi mới được đề xuất so với các công nghệ hiện đang được áp dụng tại tỉnh Bình

Phước

- So sánh tính khả thi của công nghệ mới được đề xuất khi áp dụng vào điều

kiện thực tế của tỉnh Bình Phước

- So sánh tính kinh tế của công nghệ đề xuất so với các công nghệ đang được

áp dụng

 Phương pháp chuyên gia

- Tham vấn từ các chuyên gia công nghệ môi trường nhằm hoàn thiện các giải pháp công nghệ đề xuất

1.5 Ý nghĩa của đề tài

1.5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Đề tài này sẽ là cơ sở tham chiếu cho các nghiên cứu sau này trong công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi phù hợp trên địa bàn tỉnh Bình Phước

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ngày 06/11/2011, UBND tỉnh Bình Phước đã ban hành quyết định số 2208/QĐ–UBND về việc phê duyệt đề án phát triển chăn nuôi trên địa bàn tỉnh đến năm 2020

- Trong đề án này nhấn mạnh đến việc phát triển nghành chăn nuôi bắt buộc phải kết hợp với bảo vệ môi trường nhằm phát triển bền vững Vì vậy, đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu và đề xuất giải pháp công nghệ phù trong vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi nhằm bảo vệ môi trường trên địa bàn tỉnh Bình Phước Đồng thời góp phần vào việc thực hiện đề án của tỉnh

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi heo

2.1.1 Thành phần chất thải rắn trong các cơ sở chăn nuôi heo

 Thành phần hóa học trong phân heo

Trong phân heo có chứa xenluloz, lignin, protein, lipid, axit hữu cơ và axit vô

cơ Ngoài ra trong phân heo có chứa hàm lượng N,P rất cao

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của phân heo

Thể tích

(m 3 )

Trọng lượng tươi

0,09-Nguồn: Lê Văn Chân, 1982

 Thành phần vi sinh của phân heo

Trong phân heo có chứa nhiều loại vi khuẩn, ký sinh trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với các giống điển hình: Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella Trong một kilogam phân có chứa 2000 – 5000 trứng giun sán, chủ yếu các loại như: Oesophagostomum, Trichocephalus, Ascaris suum (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004)

2.1.2 Thành phần nước thải trong các sơ sở chăn nuôi heo

 Thành phần hóa học

Các chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi heo chiếm khoảng 80 - 90% tổng các chất Các chất hữu cơ này bao gồm chất hữu cơ động vật: phân,… Nồng độ các chất hữu cơ thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD5, COD

Các chất vơ cơ trong nước thải chiếm 10 - 20% gồm chủ yếu là thức ăn thừa : Cát, đất sét, các axit, bazơ vô cơ,… Nước thải chứa các hợp chất hóa học dạng vô

cơ như: amonium, ure (1)

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của hỗn hợp nước thải tươi và nước thải sau 7

10 Khối lượng (g/ngày.heo) 4877 – 5656 -

Nguồn : Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997 ;1998

 Thành phần vi sinh vật

Trong nước thải chăn nuôi còn có mặt nhiều dạng vi sinh vật: Vi khuẩn, vi rút, nấm, trứng giun sán… Trong số các dạng vi sinh vật đó, có thể có cả các vi trùng gây bệnh, ví dụ như bệnh lỵ, thương hàn,…và có khả năng gây thành dịch bệnh

 Tính chất nước thải trang trại heo

Nước thải chăn nuôi heo có nồng độ các chất ô nhiễm cao Ngoài ra, còn chứa lượng lớn N, P và các vi sinh vật gây bệnh (2)

Bảng 2.3 Thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi heo

Nguồn : Nguyễn Văn Phước, 2007

Như vậy, nước thải trang trại heo thường có các đặc trưng ô nhiễm trung bình,

2.1.3 Thành phần khí thải trong các sơ sở chăn nuôi heo

Trong các cơ sở chăn nuôi heo phát sinh nhiều loại khí thải như: CH4, CO2,

H2S… Các khí này phát sinh từ quá trình phân hủy phân heo, hoạt động hô hấp của vật nuôi

2.1.4 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi heo đối với môi trường:

- Ảnh hưởng của khí thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi heo:

Các hóa chất độc hại bị phát tán vào môi trường không khí sẽ tích tụ dần trong

cơ thể và gây tác hại từ từ tới sức khỏe của chính người dân đang sinh sống và canh tác trong khu vực

Ô nhiễm không khí có những ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ con người, đặc biệt đối với đường hô hấp Khi môi trường không khí bị ô nhiễm, sức khoẻ con người bị suy giảm, quá trình lão hoá trong cơ thể bị thúc đẩy, chức năng của phổi bị suy giảm; gây bệnh hen suyễn, viêm phế quản; gây bệnh ung thư, bệnh tim mạch và làm giảm tuổi thọ con người Các nhóm cộng đồng nhạy cảm nhất với sự ô nhiễm không khí là những người cao tuổi, phụ nữ mang thai, trẻ em dưới 14 tuổi, người đang mang bệnh, người thường xuyên phải làm việc ngoài trời… Mức độ ảnh hưởng của từng người tùy thuộc vào tình trạng sức khoẻ, nồng độ, loại chất và thời gian tiếp xúc với môi trường ô nhiễm

- Trong những năm gần đây, các bệnh về đường hô hấp có tỷ lệ mắc cao nhất trên toàn quốc Thực tế cho thấy nhiều bệnh đường hô hấp có nguyên nhân trực tiếp bởi môi trường không khí bị ô nhiễm do bụi, SO2, NOx, Các tác nhân này gây ra các bệnh: viêm nhiễm đường hô hấp, hen, lao, dị ứng, viêm phế quản mãn, ung thư

- Sự lây nhiễm mầm bệnh từ chất thải chăn nuôi heo:

Nước bề mặt bị nhiễm bẩn phân vật nuôi trực tiếp đã cho thấy nguy cơ nhiễm bẩn này sẽ lan rộng nhiều hơn Vật nuôi này mang những mầm bệnh của động vật khác cùng với nguồn nước bề mặt bị nhiễm bẩn sẽ đe doạ đến sức khoẻ của chúng

và vật nuôi khác Vật nuôi cũng có thể gây ô nhiễm bề mặt nước trên diện rộng Khi thời tiết lạnh, đặc biệt là khi trời mưa thì nguy cơ lây nhiễm của vi sinh vật gây bệnh thương hàn ở dòng nước đứng (nước tan chảy) là rất cao Điều này cũng được thấy mầm bệnh vi sinh vật có ở cả bệnh nhân và vật nuôi khi nhiễm bẩn trực tiếp nước bề mặt chứa phân

Hơn nữa, sự nhiễm bẩn thực phẩm cũng được tìm thấy khi quản lý chất thải chăn nuôi không tốt Phân chuồng bón cho thực vật có thể bị nhiễm trong đất do vi sinh vật thương hàn) Các bằng chứng nhiễm bẩn đã tìm thấy trong thức ăn sống, từ

đó làm tăng xu hướng nhiễm bệnh Sử dụng phân tươi bón cho cây trồng cũng gây

ra những chứng bệnh khác thường là có liên quan đến E.coli

Rau, cỏ có thể bị nhiễm nước tưới lấy từ nước thải của nông trại chăn nuôi Trong tương lai nguồn lây nhiễm sẽ rất nghiêm trọng nếu nguồn nước tưới sạch giảm chất lượng và nhu cầu nước tưới gia tăng

Việc nhiễm phân và bộc phát dịch bệnh trong thức ăn cũng là vấn đề đáng quan tâm Bộc phát dịch bệnh trong thức ăn nhiễm phân rõ ràng là thường xuyên hơn bộc phát dịch bệnh trong nước nhiễm phân Nhiều thống kê cho thấy rằng số

lượng bộc phát dịch bệnh trong thức ăn cao hơn nhiều

- Ảnh hưởng của nước thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi heo:

 Chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học và các chất tiêu thụ ôxy trong nước thải làm suy kiệt hàm lượng ôxy hòa tan trong nước.(3) Do trong nước thải bị ô nhiễm hữu cơ, đòi hỏi một lượng ô xy cung cấp cho vi khuẩn để tự làm sạch.Điều này dẫn đến hệ sinh thái dưới nước bị ảnh hưởng, đồng thời sản phẩm của chất hữu

cơ bị phân hủy còn có thể là độc tố đối với sinh vật thủy sinh

 Số lượng vi sinh vật trong nước thải trang trại heo, chủ yếu là vi khuẩn có trong nước thải rất lớn Ngoài việc chúng đóng vai trò trong việc phân hủy chất hữu

cơ , cùng với các chất khoáng khác dùng làm chất nuôi tế bào vi khuẩn và đồng thời làm sạch nước thải, chúng còn có một số vi sinh vật gây bệnh (E.Coli, Coliform,…) Các loài vi sinh vật hiện hữu trong nước thải đưa ra góp phần làm cho các bệnh, đặc biệt là bệnh đường ruột ( thương hàn, tả lị,…) gia tăng do lây lan qua đường ăn uống và sinh hoạt.(4)

 Hàm lượng Nitơ, Photpho trong nước thải chăn nuôi là khá cao Đây là chất dinh dưỡng của các loài thủy sinh Khi các chất dinh dưỡng này quá nhiều sẽ thúc đẩy sự phát triển các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm nước, tảo thực vật nổi Hậu quả đầu tiên là sự tăng trưởng phiêu sinh thực vật cấp thấp, tăng trưởng đáng kể sinh khối hệ phiêu sinh Tăng trưởng đáng kể các loại tảo que, tảo xanh, tảo độc Sự thiếu dưỡng khí làm giảm khả năng tự làm sạch nguồn nước cùng với sự phân hủy chất hữu cơ làm nước bị nhiễm bẩn có mùi khó chịu, pH nước giảm.(5)

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo

2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học

Phương pháp xử lý cơ học được ứng dụng để loại ra khỏi nước tất cả các vật

có thể gây tắt nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của các giai đoạn sau Trong xử lý nước thải chăn nuôi heo, phương pháp cơ học có thể được sử dụng là song chắn rác

Song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Rác có thể lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bị cào rác cơ khí

Hình 2.1 Song chắn rác

Song chắn rác sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi heo có thể đặt sau bể biogas nhằm tránh gây tắc nghẽn cho thiết bị xử lý phía sau

Bảng 2.4 Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp keo tụ

hóa học và phương pháp keo tụ hóa học kết hợp với điện hóa

2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô như: H2S, sulfide, ammonia, … dựa trên

cơ sở hoạt động của vi sinh vật Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Các phương pháp xử lý sinh học có thể được áp dụng hiệu quả trong xử lý nước thải chăn nuôi heo gồm: phương pháp sinh học kị khí, phương pháp sinh học hiếu khí, phương pháp sinh học thiếu khí, phương pháp sinh học tự nhiên

2.2.3.1 Phương pháp sinh học kị khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxy

Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kị khí xảy ra theo 04 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử

 Giai đoạn 2: Acid hóa

 Giai đoạn 3: Acetate hóa

 Giai đoạn 4: Methane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều hợp chất cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin … trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phân tử đơn giản hơn, dễ thủy phân hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acid béo Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp Chất hữu cơ Vi sinh vật CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2 Vi khuẩn methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamine và CO Các phương trình phản ứng xảy ra như sau:

kị khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm

 Bể xử lý bằng lớp bùn kị khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Hình 2.2 Cấu tạo của bể UASB

Đây là một trong những quá trình kị khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế do hai đặc điểm chính sau:

 Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình

 Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt

xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kị khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:

 Ít tiêu tốn năng lượng vận hành

 Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn

HÖ thèng

thu khÝ biogas

 Bùn sinh ra dễ tách nước

 Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng

 Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h,

pH thích hợp cho quá trình phân hủy kị khí dao động trong khoảng 6,6 – 7,6 Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để đảm bảo pH của nước luôn lớn hơn 6,2 vì ở pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa Methane không hoạt động được Do

đó, trong quá trình vận hành ban đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra 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 sinh vật acetate hóa (7)

 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

 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

- 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 (11)

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

- Nhiệt độ: lý tưởng là 350C, tuy nhiên quá trình phân huỷ vẫn xảy ra ở nhiệt

độ 15-200

C Nếu nhiệt độ thấp hơn thì VSV khó phát triển, dưới 100

C 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:

- 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 (12)

- 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

 Bể lọc kỵ khí

Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kị khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử

lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày)

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

2.2.3.2 Phương pháp sinh học hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxy liên tục Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 03 giai đoạn

sau:

 Ôxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 CO2 + H2O + H

 Tổng hợp tế bào mới:

 Phân hủy nội bào:

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kị khí và hiếu khí có thể xảy

ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình ôxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên

Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực Nước chảy liên tục vào bể aerotank, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuống đáy Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoàn về bể aerotank để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ Lượng sinh khối dư mỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến công trình xử lý bùn

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3

2-, … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,…và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, Nitrobacter Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỡ không quá 25 mg/L, pH từ 6,5 – 8,5 và nhiệt độ từ 6 – 370C Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như : Bể aerotank thông thường, bể aerotank xáo trộn hoàn chỉnh, mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bể aerotank mở rộng Một số công trình hiếu khí có thể được áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi heo hiệu quả

 Bể Aerotank thông thường

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug – flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng Trong bể này nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể (ECKENFELDER W.W.,1989) Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kg BOD5/m3 ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/L, thời gian lưu nước từ 4 – 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4, thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày

Hình 2.3 Xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính