phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo công nghiệp

trình bày về phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo công nghiệp

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

Thành phần của nước thải chăn nuôi heo hầu hết là các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật tồn tại ở dạng hoà tan, phân tán nhỏ hay có kích thước lớn hơn Đặc trưng ô nhiễm của loại nước thải này là chất hữu cơ, Nitơ, Phospho và vi sinh gây bệnh Tuỳ theo qui mô sản xuất, quĩ đất dùng cho xử lý, điều kiện kinh tế, mục đích sử dụng chất thải, nước thải

từ chăn nuôi, yêu cầu của nguồn tiếp nhận…mà có thể áp dụng các biện pháp xử lý thích hợp

2.1.1 Phương pháp cơ học

Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, phân riêng Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình xử lý tiếp theo.Ngoài ra ,có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá cao (khoảng vài ngàn mg/l) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi mới đưa sang các công trình xử lý phía sau

Sau khi tách, nước thải được đưa vào các công trình xử lý phía sau, còn chất rắn tách được có thể đem đi ủ để làm phân bón

2.1.2 Phương pháp hoá lý

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Nhưng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn…kết hợp với sử dụng polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá trình keo tụ

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9: phương pháp keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải chăn nuôi heo

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi Tuy nhiên chi phí xử lý cao Nên áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn nuôi

là không hiệu quả về mặt kinh tế

2.1.3 Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật có trong nước, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh

Phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chổ chi phí thấp và tính ổn định cao, đặc biệt hiệu quả xử lý rất cao ở thời gian lưu ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học

Nước thải chăn nuôi được xác định là loại nước thải dễ phân huỷ sinh học vì chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ như carbon hidrat (cellulose, hemicellulose, tinh bột, đường, dextrin…), protit Xử lý nước thải chăn nuôi bằng biện pháp sinh học là phổ biến ở hầu hết các trại chăn nuôi công nghiệp nhờ tính khả thi và tính kinh tế cao của

nó

2.1.3.1 Phương pháp xử lý kị khí

a Quá trình xử lý kị khí trong bể Biogas

Đây là phương pháp xử lý kị khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thường thấy ở hầu hết các trại chăn nuôi heo công nghiệp vừa và lớn, kể cả qui mô hộ gia đình Nước thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu nước trong bể khoảng 15-30 ngày, tận dụng hoạt động của các vi sinh vật kị khí trong bể và trong lớp bùn đáy để khoáng hoá các chất hữu cơ Thông thường, mực nước trong bể được thiết kế chiếm 2/3 chiều cao bể, còn phần thể tích ứng với 1/3 chiều cao ở phía trên bị khí CH4,

CO2 và các khí khác sinh ra do phân huỷ kị khí chiếm chỗ Phía trên có đặt hệ thống thu khí để thu hồi các khí sinh ra (biogas) tận dụng làm khí đốt hoặc chạy máy phát điện… Dưới cùng là lớp bùn đáy tương đối ổn định Cặn ở lớp bùn đáy được tháo ra định kì và

có thể đem đi làm phân bón

Tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ…mà thành phần biogas sinh ra có thể khác nhau Trong đó, CH4 có

ý nghĩa quan trọng nhất trong việc tận dụng nguồn năng lượng tái sinh này vì có nhiệt trị cao khoảng 9 000 kcal/m3 Phần trăm các chất khí trong biogas:

CH4 : 55-65%

CO2 : 35-45%

N2 : 0-3%

H2 : 0-1%

H2S : 0-1%

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

Biogas, BOD giảm khoảng 79-87%, Coliform giảm 98-99.7%, trứng giun sán giảm

95.6-97%

Đối với nước thải chăn nuôi, công trình Biogas được coi là công trình xử lý cơ bản đầu tiên để làm giảm COD và SS trước khi đưa vào các công trình xử lý sinh học tiếp theo Để tăng hiệu quả lắng cặn, bể Biogas thường được chia ra làm nhiều ngăn

b Quá trình kị khí UASB

Đây là công trình xử lý sinh học kị khí ngược dòng Nước thải được đưa từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn kị khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn Quá trình khoáng hoá 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 huỷ kị khí (CH4, CO2 và một số khí khác) sẽ kết dính với các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn và nước Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí sẽ va chạm vào các tấm chắn hình nón, các bọt khí được giải phóng cùng 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 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi từ xí nghiệp chăn nuôi heo Vĩnh An được thực hiện ở viện CEFINA trên mô hình kị khí UASB đối với nước thải nguyên thuỷ cho thấy: ở tải trọng 2-5 kg COD/m3.ngày, hiệu quả xử lý đạt 70-72%; còn ở tải trọng 5-6 kgCOD/m3.ngày, thì hiệu quả khoảng 48%

Nhiều trại chăn nuôi heo ở Thái Lan, công trình xử lý sinh học nước thải sau Biogas là UASB

Khó khăn khi vận hành bể UASB là kiểm soát hiện tượng bùn nổi, tức phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bùn và nước thải để duy trì hiệu quả xử lý của bể

c Quá trình lọc sinh học kị khí

Đây là quá trình kị khí dính bám, sử dụng những vi sinh vật dính bám trên các giá thể như sỏi, đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ, xơ dừa…để khoáng hoá các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy

Quá trình này có nhiều ưu điểm:

¾ Đơn giản trong vận hành

¾ Khả năng chịu biến động về tải lượng ô nhiễm,

¾ Không phải kiểm soát hiện tượng bùn nổi như trong bể UASB,

¾ Có thể vận hành ở tải trọng cao,

¾ Có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ chậm phân huỷ…

Tuy nhiên không điều khiển được sinh khối trong các bể lọc này

Sử dụng quá trình màng vi sinh vật kị khí cũng như hiếu khí để xử lý nước thải chăn nuôi, ngoài việc loại bỏ được các chất bẩn hữu cơ, còn có thể loại bỏ được một lượng lớn các chất lơ lửng, trứng giun sán kể cả các loài vi trùng, vi khuẩn gây bệnh…nhờ cơ chế hấp phụ Vì khi sinh khối của màng tăng lên ( tức lớp màng càng dày hơn) dần dần bịt các khe giữa các vật liệu lọc, phin lọc, giữ lại các tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước…làm cho vận tốc nước qua màng chậm dần, khi đó màng sẽ làm việc có hiệu quả hơn

Tuy nhiên khi xử lý nước thải chăn nuôi bằng quá trình lọc sinh học, cần lưu ý sự tích luỹ cặn trong lớp lọc vì hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn Sự tích luỹ cặn quá nhiều sẽ làm nghẹt lớp vật liệu lọc tạo ra các vùng chết, hoặc nếu xãy ra hiện tượng “đánh thủng lớp lọc” sẽ làm cho dòng chảy ngắn và nước thải phân bố không đều Cả 2 trường hợp đều làm giảm thời gian lưu nước trong bể dẫn đến hiệu quả xử lý kém Đồng thời sự phân huỷ của cặn tích luỹ sẽ làm COD đầu ra tăng sau một thời gian vận hành Để khắc phục những hiện tượng này, nên loại bỏ bớt cặn lơ lửng trước khi vào

bể lọc đồng thời rửa ngược lớp lọc định kì để loại bỏ cặn tích luỹ trong lớp lọc

Trong bể lọc kị khí ngược dòng, do dòng chảy quanh co đồng thời tích luỹ sinh khối dễ gây ra vùng chết và dòng chảy ngắn Để khắc phục, có thể bố trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí biogas

2.1.3.2 Phương pháp xử lý hiếu khí

a Aerotank

Đây là quá trình xử lý hiếu khí lơ lửng.Vi sinh vật bám lên các hạt cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành các bông bùn có hoạt tính phân huỷ chất hữu

cơ nhiễm bẩn Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức để đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân huỷ và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc, nhờ đó nước thải được làm sạch

Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà (1998) ở trại chăn nuôi heo 3/2, TP HCM: ứng với tải trọng 0.6-1.5 kg COD/m3.ngày, nồng độ COD đầu vào 200-500mg/l và thời gian lưu nước 8-10 giờ, hiệu quả xử lý của aerotank đạt 80-85% Khi tăng thời gian lưu nước lên, hiệu quả xử lý không tăng nữa

Xử lý nước thải 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 và vận hành khá lớn so với các phương pháp hiếu khí khác như ao hồ thực vật, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc Do đó tuỳ

điều kiện kinh tế, quĩ đất xử lý, yêu cầu xả thải của trại chăn nuôi mà lựa chọn hình thức

xử lý thích hợp

b Lọc sinh học hiếu khí

Sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các giá thể để khoáng hoá chất hữu cơ khi tiếp xúc với nước thải, giống như lọc sinh học kị khí Sở dĩ vi sinh vật có thể bám dính lên giá thể vì nhiều loài có khả năng tiết ra các polymer sinh học giống như chất dẻo dính vào giá thể, tạo thành màng Màng này cứ dày lên và có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ, hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán

Sự phân loại màng sinh học kị khí và màng sinh học hiếu khí chỉ mang tính tương đối, vì trong quá trình màng hiếu khí vẫn luôn tồn tại các chủng vi sinh vật kị khí ở lớp màng phía trong tuỳ thuộc vào điều kiện cấp khí

c Ao hồ sinh học (hay ao hồ ổn định nước thải)

Cơ sở khoa học của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là hệ vi sinh vật và các thủy sinh sống trong nước

9 Ao hồ hiếu khí

Là loại ao nông, sâu từ 0.3-1m, đủ để ánh sáng mặt trời chiếu rọi và oxy có thể khuyếch tán vào để tảo phát triển Tảo quang hợp cung cấp oxy cho vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ, ngược lại vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ giải phóng CO2 làm nguồn C cho tảo và các thực vật thủy sinh quang hợp Thời gian lưu nước trong hồ hiếu khí thường từ 3-15 ngày

9 Ao hồ kị khí

Là loại ao sâu, từ 2.8-4.8m, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí Vi sinh vật kị khí phân huỷ chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối cùng là CO2, CH4, H2S…Nước thải lưu ở

hồ kị khí thường có mùi hôi thối do các khí H2S, NH3 …sinh ra

Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân huỷ cặn ở vùng đáy Có khả năng chịu được tải trọng cao Thời gian lưu nươc từ 20-50 ngày

9 Ao hồ tuỳ nghi

Sâu 1.2-2 m, phổ biến trong thực tế Trong hồ xãy ra 2 quá trình song song: phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan có đều trong nước và phân huỷ kị khí cặn lắng ở vùng đáy

Ao hồ tuỳ nghi có 3 vùng: vùng hiếu khí ở trên, vùng tuỳ nghi ở giữa và vùng kị khí ở dưới Thời gian lưu nước trong hồ này thường từ 5-30 ngày

Trong các ao hồ sinh học thường kết hợp nuôi cá, thả thực vật thuỷ sinh như bèo cái, bèo tây, rau muống…

Nguyễn Thị Hoa Lý khi nghiên cứu các chỉ tiêu nhiễm bẩn của nước thải chăn nuôi heo tập trung và áp dụng một số biện pháp xử lý, cho thấy: khi dùng ao hồ thực vật để xử

lý nước thải chăn nuôi, COD giảm 61-71%, BOD giảm 74-82,1%, Nitơ tổng giảm 99.2-99.7%

Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi của Lâm Quang Ngà, nước thải chăn nuôi sau khi xử lý bằng quá trình UASB đưa qua hồ hiếu khí lục bình, hiệu quả xử lý COD của hồ đạt 40-45% Nếu ở nồng độ COD = 200 mg/l, nước thải đầu ra sẽ dưới 100 mg/l

Trong thực tế, ao hồ sinh học được dùng phổ biến để xử lý nước thải chăn nuôi vì

có nhiều ưu điểm:

¾ Đây là phương pháp kinh tế nhất, dễ thiết kế và xây dựng, dễ vận hành (không cần quản lý, theo dõi chặt chẽ như các công trình xử lý khác), không đòi hỏi cung cấp năng lượng (sử dụng năng lượng mặt trời) phù hợp với điều kiện kinh tế và trình

độ kĩ thuật của các trại chăn nuôi trong công tác giảm thiểu các tác động môi trường do trại gây ra

¾ Các trại chăn nuôi heo hầu hết nằm ở vùng nông thôn, vùng ven đô thị, có diện tích đất rộng, thích hợp để xử lý bằng ao hồ sinh học

¾ Có khả năng làm giảm các vi sinh vật gây bệnh nhiễm trong nước thải xuống tới mức thấp nhất (dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời) Mà nước thải chăn nuôi là loại nước thải có chứa nhiều vi trùng, vi khuẩn gây bệnh cần phải loại bỏ trước khi đưa vào nguồn tiếp nhận

¾ Khả năng khử N-NH3 và P cao

¾ Có khả năng loại được các chất vô cơ và hữu cơ hoà tan trong nước thông qua quá trình sinh trưởng của vi sinh vật và thực vật thủy sinh

d Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới là những khu đất được qui hoạch cẩn thận để vừa xử lý nước thải, vừa trồng cây nông nghiệp hoặc rau quả

Cánh đồng lọc chỉ có chức năng xử lý nước thải

Nguyên tắc xử lý: nước thải đi qua đất như đi qua lọc, cặn nước được giữ lại trên mặt đất, nhờ có oxy trong các lổ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân huỷ các chất hữu cơ ô nhiễm Càng sâu xuống, oxy càng ít và quá trình oxy hoá chất bẩn giảm dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ diễn ra quá trình khử nitrat Các nhà nghiên cứu đã xác định được quá trình oxy hoá nước thải chỉ diễn ra ở lớp đất mặt đến độ sâu 1.5m

Kỹ thuật này đã tận dụng được:

¾ Đặc tính hoá lý của nền đất: lọc, hấp phụ, trao đổi ion, khả năng thấm nước và giữ nước, giữ cặn và các cá thể sinh vật nhỏ

¾ Đặc tính sinh học của nền đất: tác động của vi sinh vật và cây cỏ

Hiệu quả làm sạch của cánh đồng lọc rất cao: hiệu quả xử lý BOD lớn hơn 90%, Coliform hơn 95%, nước thải sau xử lý khá trong

Với nguồn nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học như nước thải chăn nuôi, có thể sử dụng cánh đồng tưới để xử lý Cây trồng hấp thụ các chất hữu cơ

sẽ đẩy nhanh tốc độ phân hủy Bộ rễ của cây còn có tác dụng vận chuyển oxy xuống tầng đất sâu dưới mặt đất để oxy hoá các chất hữu cơ thấm xuống

Khi sử dụng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi cũng như các loại nước thải khác, sau một thời gian thì các lỗ hổng trong đất sẽ bị bít vì cặn và màng vi sinh dính bám, dẫn đến hiệu quả xử lý giảm Để tránh hiện tượng này, cánh đồng tưới phải được làm thoáng định kì và tránh ứ đọng bùn Ngoài ra còn phải chú ý đến độ

ẩm, chế độ tưới nước cũng như yêu cầu phân bón cho cây trồng

2.2 Các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo ở một số trại

2.2.1 Trại chăn nuôi heo Bình Thắng

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi heo Bình Thắng

Nước thải

Bể gạn và lắng cặn phân Song chắn rác

Hồ thực vật hiếu khí

Bể UASB

Hồ tuỳ nghi

Bể Mêtan

Bãi rác Đốt

Thiết bị ép bùn

Phân bón Cặn phân

2.2.2 Trại chăn nuôi heo vừa và lớn ở Philippin

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi heo vừa và lớn ở Philippin

Trong công nghệ này, tảo và vi khuẩn cộng sinh với nhau cùng phát triển.Vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cung cấp CO2 cho tảo quang hợp, ngược lại tảo quang hợp cung cấp nguồn O2 cho vi sinh vật Các loại tảo sử dụng ở đây là Ankistrodesmas, Scenedesmas, Pediastrum Tảo sau khi thu hoạch được đưa đi làm thức ăn cho gia súc Nước được đưa

đi tưới tiêu phục vụ nông nghiệp Đây là 1 phương pháp mới để xử lý nước thải chăn nuôi

do tổ chức bảo vệ sức khoẻ OMS đưa ra

Trại chăn nuôi

Bể biogas

Bể lắng

Bể nuôi tảo

Hồ thực vật kết

Tái sử dụng làm nước rửa chuồng

Thức ăn

gia súc

Phân

bón

Bùn

gas

2.2.3 Trại chăn nuôi heo vừa và lớn ở Thái Lan

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ở các trại chăn nuôi heo vừa và lớn ở Thái Lan

( do bà Pacharin Dumronggittigule và ông Weerapan Kiatpadee đề xuất )

2.3 Lựa chọn hướng công nghệ xử lý cho trại heo Xuân Thọ III

2.3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý

• Nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas của trại Xuân Thọ III có đặc tính: dễ phân huỷ sinh học (BOD/COD = 60-70%) Nên chọn phương pháp xử lý sinh học

là thích hợp

• Công nghệ lựa chọn có chi phí đầu tư và vận hành thấp; thiết kế, thi công đơn giản; dễ quản lý và vận hành, có tính ổn định phù hợp với điều kiện kinh tế và trình

độ kỹ thuật của trại chăn nuôi nhưng có thể đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường

• Dựa trên cơ sở có thể cải tiến hệ thống xử lý sẵn có của trại

• Trại heo Xuân Thọ III có diện tích dành cho xử lý khá rộng, áp dụng 1 dãy

ao hồ kị khí, tuỳ nghi, hiếu khí kết hợp thả lục bình và nuôi cá là biện pháp xử lý đơn giản

và ít tốn kém nhất

Bùn

Phân bón

Ra nguồn

Trại chăn nuôi

Bể biogas

Bể lắng

Hồ nuôi cá

Bể lắng 2

Bể UASB Cặn

gas

2.3.2 Đề xuất hướng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo cho trại Xuân Thọ III

Qua quá trình:

• Phân tích ưu, nhược điểm các phương pháp xử lý có thể áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi heo

• Xem xét đến một số công nghệ đã được áp dụng để xử lý nước thải ở các trại chăn nuôi heo trong và ngoài nước

• Dựa vào tính chất nước thải sau biogas, yêu cầu kinh tế, kĩ thuật, mặt bằng

xử lý của trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III và hệ thống xử lý sẵn có

• Xem xét yêu cầu xả thải ra môi trường

, đề xuất hướng công nghệ xử lý như sau:

Công nghệ 1:

Hình 2.4: Công nghệ 1 đề xuất xử lý nước thải chăn nuôi heo trại Xuân Thọ III

Nước thải từ trại chăn nuôi

Ao lắng

Bể biogas

Ao lọc kị khí giá thể xơ dừa

Phân

bón

Bùn

gas

Ao tùy nghi

Ao hiếu khí lục bình, bậc1

Ao hiếu khí lục bình, bậc 2

Nước ra Bùn