Nghiên Cứu Sử Dụng Phèn Sắt Đề Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Lợn Sau Biogas Tại Trạng Trại Phạm Văn Quảng, Tỉnh Bắc Giang

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAMKHOA MÔI TRƯỜNG ---&---KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHÈN SẮT ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS TẠI TRANG TRẠI PHẠM VĂN QUẢNG –

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

-& -KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHÈN SẮT ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS TẠI TRANG TRẠI PHẠM VĂN QUẢNG – THÔN HỢP THẮNG – XÃ TIẾN THẮNG – HUYỆN YÊN THẾ

TỈNH BẮC GIANG

Người thực hiện : PHẠM THỊ DIỄM MY

Giáo viên hướng dẫn : TH.S TRẦN THANH HẢI

Địa điểm thực tập : BỘ MÔN HÓA – KHOA MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – Năm 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi Số liệu và kếtquả trong khóa luận là tôi làm ra và chưa từng được sử dụng trong bất cứluận văn nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luậnđều được sự đồng ý và các thông tin trích dẫn trong khóa luận được chỉ rõnguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Phạm Thị Diễm My

Tôi cũng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô khoa Môi trường – Học việnNông Nghiệp Việt Nam đã tận tình chỉ dạy tôi trong suốt bốn năm học vừaqua.

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Trần Thanh Hải đãtận tình hướng dẫn tôi suốt 3 năm học và trong suốt thời gian làm khóa luậnnày Nhờ thầy tôi không chỉ có thêm kiến thức trong học tập mà còn thêm cảkiến thức trong cuộc sống

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các em sinh viênnghiên cứu khoa học cùng tôi do Th.S Trần Thanh Hải hướng dẫn đã ủng hộgiúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

Phạm Thị Diễm My

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC ĐỒ THỊ viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình phát triển của ngành chăn nuôi lợn trong những năm gần đây 3

1.1.2 Hiện trạng của việc chăn nuôi lợn theo quy mô trang trại ở Việt Nam 6

1.1.3 Tình hình xả thải tại các trang trại chăn nuôi lợn và những ảnh hưởng đến môi trường 7

1.1.4 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn 9

1.2 Tổng quan về xử lý nước thải chăn nuôi lợn 11

1.2.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng hồ sinh học 11

1.2.2 Phương pháp mương oxy hóa 12

1.2.3 Phương pháp SBR( sequencing batch reactor: bùn hoạt tính theo mẻ) 12

1.2.4 Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí- thiếu khí kết hợp 13

1.2.5 Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí- thiếu khí kết hợp 13

1.2.6 Kỹ thuật xử lý yếm khí 14

1.2.7 Kỹ thuật xử lý hiếu khí 15

1.3 Tổng quan về phương pháp keo tụ 16

1.3.1 Khái niệm về hệ keo 16

1.3.2 Cấu tạo hạt keo ghét lưu 17

1.3.3 Tính bền của các hệ keo 18

1.3.4 Nguyên tắc gây keo tụ với các hệ keo 19

1.4 Đặc tính của phèn sắt 21

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2 Phạm vi nghiên cứu 24

2.3 Nội dung nghiên cứu 24

2.4 Phương pháp nghiên cứu 24

2.4.1 Phương thu thập số liệu thứ cấp 24

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 24

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích 24

2.4.4 Nghiên cứu xử lý nước thải 25

2.4.5 Phương pháp so sánh 26

2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu: 26

2.4.7 Phương pháp thực nghiệm 26

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Giới thiệu về trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế- tỉnh Bắc Giang 31

3.2 Bảng dữ liệu quan trắc nước thải chăn nuôi lợn sau hầm biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế- tỉnh Bắc Giang, so sánh với QCVN 40:2011/BTNMTcột B để kết luận mức ô nhiễm của nước thải 33

3.2.1 Giá trị các thông số vật lý (pH, nhiệt độ, TSS, TDS) 33

3.2.2 Giá trị các thông số hóa học (BOD5, COD, Nito tổng số, Photpho tổng số) 35

3.3 Xác định hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas bằng phương pháp keo tụ 37

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng phèn sắt tới hiệu quả xử lý pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số 37

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly gây keo tụ tới hiệu quả xử lý pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số 38

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng chất điện ly gây keo tụ tới hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas 40

3.3.4 Xác định hiệu quả keo tụ bằng phèn sắt và chất điện ly đối với nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp

Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 41

3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 47

3.4 Đề xuất một số biện pháp xử lý nguồn nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang bằng phèn sắt trước khi xả thải ra môi trường 52

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 58

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Số lượng lợn phân theo các vùng của Việt Nam 7

Bảng 1.2 Thành phần (%) của phân gia súc, gia cầm 10

Bảng 1.3 Thành phần trung bình của nước tiểu các loại gia súc 10

Bảng 2.1 Các phương pháp phân tích 25

Bảng 3.1 Sử dụng đất của trang trại 31

Bảng 3.2 Giá trị các thông số vật lý của mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế- tỉnh Bắc Giang 34

Bảng 3.3 Giá trị các thông số hóa học của nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp xã Tiến Thắng-huyện Yên Thế- tỉnh Bắc Giang 35

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng phèn sắt tới hiệu suất xử lý pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số 37

Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly tới hiệu suất xử lý TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số 38

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng chất điện ly keo tụ 40

Bảng 3.7 Bảng kết quả giá trị pH của mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp xã Tiến Thắng-huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt và chất điện ly 42

Bảng 3.8 Bảng kết quả giá trị TSS của mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên-tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt và chất điện ly 42

Bảng 3.9 Bảng kết quả giá trị BOD5 của mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp xã Tiến Thắng-huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt và chất điện ly 43

Bảng 3.10 Bảng kết quả giá trị COD của mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas

của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp xã Tiến huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt và chấtđiện ly 44Bảng 3.11 Bảng kết quả giá trị Nito tổng số của mẫu nước thải chăn nuôi lợn

Thắng-sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã TiếnThắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt

và chất điện ly 45Bảng 3.12 Bảng kết quả giá trị Photpho tổng số của mẫu nước thải sau

biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã TiếnThắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau sử dụng phèn sắt

và chất điện ly 46Bảng 3.13 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý 48Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu qủa xử lý 49

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Biểu đồ số lượng lợn trong giai đoạn 2005-2015 4

Hình 1.2 Biểu đồ số lượng gà trong giai đoạn 2005-2015 4

Hình 1.3 Biểu đồ số lượng bò trong giai đoạn 2005-2015 5

Hình 1.4 Biểu đồ phân bố trang trại chăn nuôi theo vùng sinh thái năm 2014 6

Hình 1.5 Đồ thị biểu diễn lực tương tác giữa các hạt keo trong hệ keo 19

Hình 1.6 Sơ đồ về sự keo tụ nhạy cảm 20

Hình 3.1 Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi lợn của trang trại 32

Hình 3.2 Mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế- tỉnh Bắc Giang

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện giá trị Nito tổng số phân tích từ mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 36

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện giá trị Photpho tổng số phân tích từ mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 36

Hình 3.5 Mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas trước và sau xử lý 41

của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 41 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện hàm lượng BOD5của trang trại Phạm Văn

Quảng-thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau khi keo tụ so sánh với cột B QCVN40:2011/BTNMT43 Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện hàm lượng COD của trang trại Phạm Văn

Quảng-thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang trước và sau khi keo tụ so sánh với cột B QCVN40:2011/BTNMT44 Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện hàm lượng Nito tổng số của trang trại Phạm Văn

Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc

Giang trước và sau khi keo tụ so sánh với cột BQCVN40:2011/BTNMT 45Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện hàm lượng Photpho tổng số của trang trại Phạm

Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnhBắc Giang trước và sau khi keo tụ so sánh với cột B QCVN40:2011/BTNMT 46Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý 48Hình 3.11 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng keo tụ làm

giảm các giá trị COD, BOD5 của nước thải chăn nuôi lợn sau biogascủa trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng-huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 50Hình 3.12 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng keo tụ làm

giảm các giá trị Nito tổng số, Photpho tổng số của nước thải chănnuôi lợn sau biogas của trang trại Phạm Văn Quảng- thôn HợpThắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang 51

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD 5 Nhu cầu ôxy sinh hóa

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

NĐ - CP Nghị định – Chính phủ

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Chăn nuôi hiện đang là một ngành mũi nhọn trong việc chuyển đổi cơcấu sản xuất nông nghiệp theo hướng hàng hóa đa dạng vật nuôi, trong đó cóchăn nuôi lợn.Theo số liệu của Tổng cục thống kê trong giai đoạn 2011-

2015, chăn nuôi lợn từng bước phát triển ổn định, tăng cả về quy mô đầu con

và sản lượng thịt hơi xuất chuồng Năm 2011, tổng đàn lợn cả nước là 27,06triệu con, năm 2015 là 27,7 triệu con Phân bố đàn lợn theo từng vùng nhưsau: Vùng Đồng bằng sông Hồng là 25,74%, vùng Trung du miền núi phíaBắc là 24,1%, vùng Đông Nam Bộ là 10,51%, vùng Tây Nguyên là 6,58%.Năm 2000, Chính phủ ban hành Nghị quyết 03/2000/NQ-CP- Về kinh tếtrang trại- đã thúc đẩy sự chuyển đổi từ hình thức chăn nuôi nhỏ lẻ theo hộgia đình sang hình thức chăn nuôi tập trung theo quy mô trang trại Số lượngtrang trại chăn nuôi ở nước ta tăng từ 1.761 trang trại vào năm 2001 lên 9.897trang trại vào năm 2014( Tổng cục Thống kê, 2014)

Tuy nhiên trong điều kiện kinh tế xã hội ở nước ta hiện nay phát triểnchăn nuôi sẽ là sinh kế quan trọng của nhiều triệu nông dân, tạo việc làm tăngthu thập và cải thiện điều kiện sống cho hầu hết người lao động Nếu các chấtthải chăn nuôi đặc biệt là phân chuồng không được xử lý hiệu quả sẽ là mộttrong những nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trường, ảnh hưởng xấu đến đờisống, sức khỏe của cộng đồng dân cư trước mắt cũng như lâu dài Vấn đề đặt

ra là phát triển chăn nuôi nhưng phải bền vững để hạn chế tối đa mức độ gây

ô nhiễm và bảo vệ được môi trường sinh thái Trong thực tiễn hiện nay xử lýchất thải trang trại chăn nuôi lợn bằng hầm Biogas là phổ biến nhất nhằmgiảm thiểu khí methane và sản xuất năng lượng sạch Tuy nhiên với quy môtrang trại với số lượng nuôi lớn, lượng khí thải phát sinh nhiều khả năng xử lýcủa bể Biogas bị suy giảm không được xử lý triệt để, nước thải sau Biogasđược thải ra môi trường có hàm lượng các chất hữu cơ vẫn còn cao làm ảnhhưởng tới đời sống của con người và môi trường sinh thái Do đó việc nghiên

cứu xử lý nước thải tại trang trại là nhiệm vụ cấp bách để đảm bảo phát triểnngành chăn nuôi một cách bền vững.

Từ những lý do trên tôi lựa chọn thực hiện đề tài:” Nghiên cứu sử dụng Phèn sắt để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas tại trang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện Tân Yên- tỉnh Bắc Giang”.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Đánh giá các thông số vật lý và hóa học cơ bản của nước thải chăn nuôilợn sau Biogas tại trang trại Phạm Văn Quảng - thôn Hợp Thắng - xã TiếnThắng - huyện Tân Yên - tỉnh Bắc Giang

- Sử dụng Phèn sắt để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas nhằmgiảm thiểu tác động xấu đến môi trường

- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng Phèn sắt trong xử lý nước thải chănnuôi lợn sau Biogas

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về ngành chăn nuôi lợn ở Việt Nam

1.1.1 Tình hình phát triển của ngành chăn nuôi lợn trong những năm gần đây

Việt Nam là quốc gia có 70% dân số làm nông nghiệp Nông nghiệpđóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế của nước ta Chăn nuôi là một tronghai lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế nông nghiệp ( trồng trọt và chănnuôi) Chăn nuôi Việt Nam ngày nay đạt mức tăng trưởng cao không nhữngđáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn hướng tới xuất khẩu

Chăn nuôi gia súc, gia cầm đang chuyển dịch theo hướng tích cực, từchăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại,gia trại, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật, tăng hiệu quả kinh tế Theokết quả điều tra chăn nuôi tại thời điểm 01/10/2015, đàn trâu cả nước có 2,5triệu con, tăng 0,1% so với cùng thời điểm năm trước; đàn bò có 5,4 triệu con,tăng 2,5%, riêng đàn bò sữa đạt 275,3 nghìn con, tăng 21% Đàn lợn có 27,7triệu con, tăng 3,7%; đàn gia cầm có 341,9 triệu con, tăng 4,3% Sản lượngthịt hơi các loại năm nay ước tính đạt khá, trong đó sản lượng thịt trâu đạt85,8 nghìn tấn, tăng 0,1%; sản lượng thịt bò đạt 299,3 nghìn tấn, tăng 2,2%;sản lượng thịt lợn đạt 3,5 triệu tấn, tăng 4,2%; sản lượng thịt gia cầm đạt908,1 nghìn tấn, tăng 3,8%( Theo Tổng cục thống kê, 2015)

Hình 1.3 Biểu đồ số lượng bò trong giai đoạn 2005-2015.

Việt Nam là nước có nền nông nghiệp lâu đời với số dân làm nôngnghiệp lớn và nông nghiệp có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế đấtnước Tuy nhiên trong những năm gần đây nền nông nghiệp Việt Nam chịu áplực về đất đai rất lớn do tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa nhanh đã làmgiảm diện tích đất nông nghiệp Để đảm bảo an toàn về lương thực và thựcphẩm, biện pháp duy nhất là thâm canh trong cả trồng trọt lẫn chăn nuôi trong đóchăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát triển

Từ thực trạng trên Thủ tướng chính phủ đã ra quyết định số10/2008/QĐ-TT ngày 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ tướng chính phủ và phêduyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 như sau:

- Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phươngthức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảochất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu

- Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%.-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 2015-2020 đạt khoảng 5-6% năm

1.1.2 Hiện trạng của việc chăn nuôi lợn theo quy mô trang trại ở Việt Nam

Trong những năm gần đây việc phát triển chăn nuôi theo quy mô trangtrại tập trung phát triển mạnh, xu hướng chuyển từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tántheo quy mô hộ gia đình đang dần chuyển sang chăn nuôi trang trại tập trungtheo hướng sản xuất hàng hóa diễn ra mạnh ở nước ta Năm 2014 cả nước có9.897 trang trại chăn nuôi (bằng 38,72 tổng số trang trại nông nghiệp), 2 vùngĐồng bằng sông Hồng và Đông Nam bộ có nhiều trang trại nhất tương ứng có3.444 và 2.522 trang trại (Tổng cục thống kê, năm 2014) Số lượng trang trạichăn nuôi ở nước ta tăng tương đối nhanh và đều ở tất cả các vùng

Hình 1.4 Biểu đồ phân bố trang trại chăn nuôi theo vùng sinh thái

năm 2014.

Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trungngày càng trở lên phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới Hiệnnay, số lượng trại chăn nuôi lợn quy mô lớn ngày càng tăng Các trại chănnuôi tập trung có trên 100 – 200 đầu lợn có mặt thường xuyên trong chuồngnuôi Tuy nhiên, các khu công nghiệp vẫn còn phát triển tự phát chưa được

quy hoạch, chủ yếu được xây dựng trên đất vườn nhà, đất mua hoặc thuê tạiđịa phương Nhiều trang trại xây dựng ngay trong khu dân cư gây ô nhiễmmôi trường, nguy cơ dịch bệnh cho vật nuôi, con người và ảnh hưởng lớn tới

sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi

Bảng 1.1 Số lượng lợn phân theo các vùng của Việt Nam

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 nhậnđược tác hại về môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có mộtnghiên cứu đầy đủ nào về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi

Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chănnuôi cho hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ giađình gần như không phải là mối hiểm họa đối với môi trường, tuy nhiên, khichuyển sang hình thức tập trung theo quy mô lớn thì còn rất nhiều trang trạichăn nuôi lợn hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và

đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương trong vùng làm nhiều hộdân không có nước sinh hoạt( nước giếng trong vùng có váng, mùi hôi tanh),

tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẩm ngứa và nghẻ lở cao Ô nhiễm dochất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường khu dân cư màcòn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn tới kết quả sảnxuất chăn nuôi Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tụcdiễn ra ở nhiều nơi trên cả nước.

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn nước ta phát triển vớitốc độ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêuchuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi Do đó năng suất chănnuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng Ô nhiễm môitrường không những ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi

mà còn ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe con người và môi trường sống xungquanh Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra một lượng lớn chấtthải, với phương thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nướcthải không qua xử lý xả thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm trầm trọng

Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con ngườitrên nhiều khía cạnh: Gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trườngkhông khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp Đây chính là nguyênnhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hóa, do trong chất thải chứa nhiều

vi sinh vật 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 thỏađáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễmmôi trường trầm trọng” Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như lởmồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và cóthể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người

Kết quả điều tra hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi cho thấy hầunhư các cơ sở chăn nuôi đều chưa tiến hành xử lý chất thải trước khi chuyển

ra ngoài khu vực chăn nuôi Các cơ sở này chỉ có khu vực tập chung chất thải

ở vị trí cuối trại Chất thải được thu gom và đóng vào bao tải để bán chongười tiêu thụ làm phân bón hoặc nuôi cá Các bao tải này được sử dụngnhiều 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 rấtcao Đối với phương thức nuôi lợn trên sàn bê tông phía dưới là hầm thu gomthì không thu được chất thải rắn toàn bộ chất thải, bao gồm phân, nước tiểu,nước rửa chuồng được hòa lẫn và dẫn vào bể biogas Kết quả điều tra chothấy hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn đều có sơ đồ xử lý chất thải như sau:

Nước thải → Bể Biogas → Hồ sinh học → Thải ra môi trường

1.1.4 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn

Chất thải chăn nuôi lợn chia thành 3 nhóm:

+ Chất thải rắn: Phân, chất độn, lông,

+ Chất thải lỏng: Nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc

+ Chất thải khí: CO2, NH3, CH4

1.1.4.1 Chất thải rắn – Phân

Là những thành phần từ thức ăn 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:men tiêu hóa, chất xơ, protein dư thừa, axit amin (trong nước tiểu) Cáckhoáng chất dư thừa như P2O5, K2O, CaO, MgO cũng xuất hiện trong phân

- Các chất cặn bã của dung dịch tiêu hóa( trysin, 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.Thành phần trong phân lợn:

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

-Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống

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

- Tình trạng sức khỏe vật nuôi và nhu cầu cá thể: Nếu nhu cầu cá thểcao, sử dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải ra sẽ ít và ngược lại

Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng kýsinh trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với cácgiống điển hình như Escherichia, Samonella, 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 1.2 Thành phần (%) của phân gia súc, gia cầm

K2O (Bergmann,1965) Nước phân chuồng nghèo lân, giàu đạm và rất giàukali Đạm trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: urê, axituric và axit hippuric, khi để tiếp xúc với không khí một thời gian hay bón vàođất thì bị VSV phân giải axit uric và axit hippuric thành urê và sau đó chuyểnthành amoni cacbonat

Bảng 1.3 Thành phần trung bình của nước tiểu các loại gia súc

TT

Loại gia

súc, gia

cầm

Thành phần trong nước tiểu (%)

(Nguồn: Suzuki Tatsushiko,1968)

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả nănggây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn

lơ lửng, N, P và VSV gây bệnh Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môitrường của Viện chăn nuôi (2014) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tậptrung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, BìnhDương, Đồng Nai đã chỉ ra một số đặc điểm của nước thải chăn nuôi như sau:

- Các chất hữu cơ: Hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% thành phần trongnước thải bao gồm cellulose, protit, axit amin, chất béo, hidratcacbon và cácdẫn xuất của chúng, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài

ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất vòng thơm, hợp chất

đa vòng, hợp chất chứa clo hữu cơ Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát,đất, muối, urê, ammonium, muối clorua, SO42-

- N và P: khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rấtkém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theophân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N

và P rất cao Hàm lượng N-tổng = 200-350 (mg/l) trong đó N-NH4+chiếmkhoảng 80-90%; P-tổng = 60-100 (mg/l)

- Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chưa nhiều loại vi trùng, virus

và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

1.1.4.3 Khí thải

Chất thải khí: chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4,

H2S, thuộc các loại khí nhà kính chính) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa củavật nuôi, do ủ phân, chế biến thức ăn,

1.2 Tổng quan về xử lý nước thải chăn nuôi lợn

1.2.1 Phương pháp xử lý nước thải bằng hồ sinh học

Hồ sinh học là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi

là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải… Trong hồ sinh học diễn ra quá trình oxyhóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinhvật khác

Nguyên tắc hoạt động: vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trongquá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu

cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy,oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cầnphải giữ giá trị pH và nhiêt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 60C.Theo quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại: hồ hiếu khí, hồ

kỵ khí và hồ tùy nghi

Hồ sinh học dùng xử lý nước thải chủ yếu dựa vào quá trình làm sạchcủa hồ Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, chi phí hoạt động rẻtiền Quy trình công nghệ xử lý theo phương pháp này khá đơn giản.

Biện pháp xử lý bằng hồ sinh học có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ thiết kế

và xây dựng dễ vận hành, không đòi hỏi cung cấp năng lượng( sử dụng nănglượng mặt trời), có khả năng làm giảm các vi sinh vật ô nhiễm kể cả vi sinhvật gây bệnh xuống tới mức thấp nhất, có khả năng loại được các chất hữu cơ,

vô cơ hòa tan trong nước, hệ sinh vật ở đây có thể chịu được nồng độ kim loạinặng khá cao( >30mg/l) Tuy nhiên xử lý theo phương pháp này cũng gặpphải nhược điểm là thời gian xử lý dài, đòi hỏi phải có diện tích rộng và quátrình xử lý phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện tự nhiên như trong mùa đôngcác quá trình sinh học xảy ra chậm nên sẽ kéo dài thời gian xử lý, hoặc nếumưa lớn nước chảy tràn sẽ gây ô nhiễm cho các nguồn nước khác

1.2.2 Phương pháp mương oxy hóa

Mương ôxy hóa là một dạng thiết bị sục khí kéo dài Phương pháp này

có ưu điểm là có thể xử lý hiệu quả đồng thời hữu cơ và nitơ, vận hành đơngiản, tốn ít năng lượng, tạo ra ít bùn, tuy nhiên cần diện tích xây dựng lớn.Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến đối với quy mô nhỏ Do hiệuquả xử lý nitơ cao, vận hành đơn giản nên đây có thể là một phương pháp phùhợp đối với một số trang trại chăn nuôi có diện tích lớn

1.2.3 Phương pháp SBR( sequencing batch reactor: bùn hoạt tính theo mẻ)

Bể SBR (Sequencing Batch Reactor) là bể xử lý nước thải bằng phươngpháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục Đây là một dạng của

bể Aerotank

Quá trình này được thực hiện theo từng mẻ, trong đó các giai đoạnthiếu khí (không sục khí) và hiếu khí ( có sục khí) xảy ra nối tiếp luân phiêntrong cùng một bể phản ứng Trong giai đoạn hiếu khí, xảy ra quá trình nitrathóa, amoni được chuyển hóa thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrat hóa Trong giaiđoạn thiếu khí, nitrat được chuyển hóa thành nitơ tự do nhờ vi khuẩn khửnitrat Nhờ vậy mà quá trình này xử lý được cả thành phần dinh dưỡng Quá

trình này có thể ứng dụng cho tất cả các loại nước thải có thể xử lý được bằngphương pháp bùn hoạt tính.

Đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn cũng như nhiềuloại nước thải công nghiệp khác (nước thải chế biến thực phẩm, nước thải nhàmáy sữa, nước thải chế biến phomat, nước thải giết mổ gia súc, …) bằngphương pháp SBR

+ Kết quả nghiên cứu của Kim và cộng sự: “Đối với nước thải chăn nuôilợn ( COD = 1000mg/l, N-NH4+ = 3400mg/l, T-P = 145mg/l) trong khoảng tảitrọng 0,063 – 0,25 kg-COD/m3-ngày với chu trình xử lý 12h cho thấy hiệu suất

xử lý đạt 57,4% - 87,4% đối với COD, 90,8 – 94,7% đối với N-NH4+”

+ Kết quả nghiên cứu của Edgerton và cộng sự: “Đối với nước thải đầu

có vào COD = 4500 mg/l, N-NH4+ = 250 mg/l, T-P = 383mg/l, với các quátrình yếm khí/hiếu khí/thiếu khí, ở tải trọng 1,18 kg-COD/m3-ngày, chu trình

xử lý 12h cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tương ứng với COD,

N-NH4+ và T-P”

1.2.4 Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí- thiếu khí kết hợp

Đây là một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính truyền thống,trong đó có bổ sung các ngăn thiếu khí xen kẽ với các ngăn hiếu khí kết hợpvới hồi lưu nước thải sau xử lý về ngăn xử lý đầu tiên Quá trình này có thể

xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ Quá trình nitrat hóa được thực hiện ởngăn hiếu khí và quá trình khử nitrat được thực hiện ở ngăn thiếu khí Gầnđây quá trình ngày càng được cải tiến bằng cách chia dòng vào các ngăn thiếukhí nhằm tận dụng nguồn cacbon trong nước thải cho quá trình khử nitrat đểnâng cao hiệu quả xử lý nitơ

1.2.5 Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí- thiếu khí kết hợp

Nguyên lý của quá trình tương tự phương pháp bùn hoạt tính hiếu thiếu khí kết hợp, nhưng ở đây các quá trình nitrat hóa và khử nitrat đượcthực hiện ở trong các thiết bị lọc sinh học chứa vật liệu mang vi sinh Ưuđiểm của quá trình này là thiết bị gọn nhẹ do có thể vận hành ở tải trọng

khí-cao( tải trọng BOD có thể lên đến 2- 3 kg BOD/m3-ngày), quá trình ổn định,vận hành đơn giản, tiêu hao ít năng lượng Tuy nhiên chi phí đầu tư lớn.

1.2.6 Kỹ thuật xử lý yếm khí

Nước thải chăn nuôi lợn thuộc loại giàu TSS, COD, BOD5, N, P vì vậy

để xử lý nước thải chăn nuôi lợn kỹ thuật yếm khí luôn là sự lựa chọn đầutiên Cũng như các quá trình sinh học khác, quá trình xử lý yếm khí dựa vàokhả năng đầu tiên của hệ vi sinh vật yếm khí Muốn phát triển về số lượngphải tiêu thụ vật chất, “thức ăn” của chúng ở đây chính là các chất ô nhiễm( chủ yếu là các chất hữu cơ),lượng thức ăn nhiều thì càng phát triển nhanh.VSV ăn càng nhiều nghĩa là xử lý càng tốt Ở đây vi khuẩn là tác nhân pháttriển nhanh nhất sẽ là động lực chính Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chấthữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợpchất không gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi những enzym đặc biệt và sảnphẩm cuối cùng là các chất đơn giản hơn

Phương trình tổng thể hiện phản ứng yếm khí phân hủy chất hữu cơnhư sau:

Có thể nói xử lý yếm khí chịu trách nhiệm xử lý tới khoảng 90% ô nhiễm hữu

cơ Tuy nhiên, sau yếm khí vẫn phải xử lý hiếu khí do kỹ thuật xử lý yếm khíkhông xử lý được hoàn toàn các chất hữu cơ Một trong những công trình xử

lý yếm khí phổ biến và hiệu quả đó là hầm 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: Bể Biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinhhọc để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác Trong bể Biogascác chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau biogas nước thải có hàm

lượng chất hữu cơ thấp hơn và ít mùi hơn Bùn cặn trong bể biogas có thể sửdụng để cải tạo đất nông nghiệp.

Ở các nước châu Âu và Mỹ, nhất là ở Anh, nước và chất thải chăn nuôiđược coi là nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học và thu hồi năng lượng

Ở Đức biogas từ chất thải chăn nuôi và các nguồn thải hữu cơ khác đã đượcđưa vào cán cân năng lượng quốc gia để đạt mục tiêu 20% năng lượng sửdụng là năng lượng tái tạo vào năm 2020

Tuy nhiên hầm Biogas không giải quyết được hoàn toàn vấn đề ônhiễm, nhất là về khía cạnh nước ra sau hầm biogas: hàm lượng chất hữu cơ,

N, P vẫn ở ngưỡng cao, đòi hỏi quá trình hiếu khí kèm theo để xử lý triệt đểcác chất hữu cơ

Một điều đáng lưu ý là hầu hết các trang trại chăn nuôi hiện nay đều chỉ

sử dụng hệ thống Biogas trong xử lý nước thải, trong khi chất lượng nước thải từđầu ra của hệ thống này lại không đạt tiêu chuẩn Chính nguyên nhân này sẽ dẫnđến việc ô nhiễm các ao, hồ, sông khi xả trực tiếp nguồn thải này ra ngoài

1.2.7 Kỹ thuật xử lý hiếu khí

Ưu điểm: Phương pháp hiếu khí xử lý triệt để chất hữu cơ, thời gian xử

lý nhanh hơn, ngoài khả năng ôxy hóa các hợp chất hữu cơ còn oxy hóa cảcác hợp chất gây ô nhiễm khác ( như N-amoni), nên có thể được áp dụng để

xử lý sạch nước thải tới mức đạt các tiêu chuẩn thải

Nhược điểm: Kỹ thuật xử lý hiếu khí tiêu tốn năng lượng cấp khí, phátsinh nhiều bùn, có thể sinh ra chất ô nhiễm thứ cấp và chỉ xử lý được nướcthải có nồng độ chất hữu cơ thấp

Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát sinh bởi Arden và Lockettnăm 1914 tại Anh Vi khuẩn dính bám lên các bông cặn có trong nước thải vàphát triển thành 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 ôxy cần thiếtcho hoạt động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng Các bôngbùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vậtnguyên sinh qua đó nước thải được làm sạch

Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà(1998) ở trại chăn nuôi 3/2TP.HCM: “Ứng với tải trọng 0,6 - 1,5 kg COD/m3.ngày, nồng độ COD đầuvào 200 – 500mg/l và thời gian lưu nước 8 – 10 giờ thì hiệu quả xử lý đạtđược 80 – 85%”.

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể Aerotank có ưu điểm là tiết kiệmđược 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 lựachọn hình thức xử lý cho phù hợp

1.3 Tổng quan về phương pháp keo tụ

1.3.1 Khái niệm về hệ keo

Hệ keo là hệ phân tán dị thể có kích thước hạt phân tán từ 10-7cm– 10-4

cm Tùy theo bản chất của keo và sự tương tác giữa các hạt phân tán với môitrường, người ta chia các hệ ra làm 2 loại:

- Nếu giữa các hạt phân tán và môi trường không có sự tương tác thì hệkeo được gọi là keo ghét dung môi Nếu dung môi là nước thì hệ keo được gọi

là keo ghét lưu Keo ghét lưu thường được tạo ra từ các hợp chất vô cơ nhưAl(OH)3, Fe(OH)3 vì không có sự tương tác (hoặc sự tương tác là khôngđáng kể), không tạo thành lớp vỏ hydrat, không có sự đồng nhất giữa các hạtphân tán nên hệ keo ghét lưu kém bền, dễ xảy ra hiện tượng keo tụ

- Nếu có sự tương tác giữa các hạt phân tán và môi trường , hệ keođược gọi là keo ưu lưu Keo ưa lưu thường được tạo ra từ các chất hữu cơhoặc các chất cao phân tử hữu cơ như gelatin, tinh bột, các chất protit Các hạtphân tán kết hợp với các phân tử dung môi tạo thành lớp vỏ hydrat bền vững

Ở đây có sự đồng nhất tương đối giữa các hạt phân tán và môi trường nên hệkeo ưa lưu có độ bền cao hơn nhiều so với hệ keo ghét lưu

1.3.2 Cấu tạo hạt keo ghét lưu

Hạt keo bao giờ cũng được tạo ra bởi một nhân keo Nhân keo là mộttập hợp các phân tử trung hòa hoặc các nguyên tử tạo thành một hạt có kíchthước lớn, có tạo ra một bề mặt dị thể với môi trường Bề mặt nhân keo sẽ hấpphụ các ion trong dung dịch( tuân theo quy tắc của sự hấp phụ hóa học) Cácion bị hấp phụ làm cho các nhân keo bị tích điện cùng dấu và đẩy nhau để gây

ra sự phân tán

Các ion bị hấp phụ được gọi là các ion quyết định thế Các ion quyếtđịnh thế gây ra một điện trường kéo theo một số ion trái dấu gắn chặt vào hạtnhân tạo thành lớp hấp phụ

Lớp hấp phụ gắn chặt vào nhân keo để tạo thành ion keo

Ion keo mang điện tích của ion quyết định thế

Ion quyết định thế là dương, ta có keo dương

Ion quyết định thế là âm ta có keo âm

Ion gây ra một điện trường hút theo một số ion trái dấu đủ để trung hòađiện Các ion này liên kết với nhân lỏng lẻo hơn tạo thành lớp khuếch tán

Lớp khuếch tán này cùng với ion keo tạo thành hạt keo

*Các điện thế trên bề mặt hạt keo:từ cấu tạo của hạt keo ta thấy trong thành

phần của hạt keo có những lớp tích điện trái dấu gọi là các lớp điện tích kép

Ví dụ lớp điện tích kéo giữa ion quyết định thế với các ion trái dấu, lớp điệnkép giữa ion keo và lớp khuếch tán

Trong mỗi lớp điện kép gồm các lớp điện tích trái dấu sẽ có sự chênhlệch điện thế Các hiệu điện thế trong các lớp điện kép được gọi là các điệnthế trên bề mặt hạt keo Quan trọng nhất là hai điện thế sau đây:

+ Thế nhiệt động (ε ) là hiệu điện thế giữa các ion quyết định thế vàtoàn bộ các ion trái dấu của hạt keo Thế nhiệt động tương đối ổn định, nó chỉphụ thuộc vào nồng độ các ion quyết định thế trong dung dịch

+ Thế điện động ( ξ ) là thế điện động xuất hiện trên bề mặt tiếp xúcgiữa lớp hấp phụ và lớp khuếch tán

Ta đã biết rằng lớp hấp phụ gắn chặt với bề mặt nhân keo tạo ra ionkeo, các ion của lớp khuếch tán bị hút bởi các ion quyết định thế nhưng liênkết với bề mặt lỏng lẻo hơn.

Ion keo và lớp khuếch tán có thể chuyển động trượt tương đối so với nhau.Chuyển động trượt giữa hai lớp tích điện trái dấu tạo ra thế điện động học

Khi bề mặt lớp khuếch tán tăng lên, chuyển động trượt giữa hai lớpcàng mạnh, thế điện động càng lớn Khi hạt keo chuyển động càng mạnh, hệkeo càng bền

Vậy thế điện động gắn liền với tính bền của hạt keo Thế điện độngcàng lớn, hệ keo càng bền Thế điện động phụ thuộc vào lực ion của dungdịch Khi lực ion tăng, các ion quyết định thế hút mạnh, các ion cùng dấu vớiion của khuếch tán trong dung dịch sẽ “ nén “ các ion ở lớp khuếch tán giảmdần tới 0 thì ξ dần tới 0, bề mặt hạt keo trung hòa diện, lực hút chiếm ưu thế

và bắt đầu xảy ra hiện tượng keo tụ

Trong thực tế giữa các hạt keo luôn tồn tại 2 lực tương tác:

+ Lực đẩy(Fđ ) là lực tương tác điện vì chúng mang điện cùng dấu( ionquyết định thế cùng dấu, ion ở lớp khuếch tán cùng dấu) Khoảng cách giữacác hạt keo càng nhỏ thì lực đẩy càng lớn

+ Lực hút(Fh ) có bản chất của lực hấp dẫn Khi các hoạt càng gần nhauthì lực hút càng lớn

Hình 1.5 Đồ thị biểu diễn lực tương tác giữa các hạt keo trong hệ keo

Nhìn vào đồ thị ta thấy: tổng hợp của 2 lực Fh và Fđ quyết định hệ keotồn tại hay không tồn tại Khi hệ keo tồn tại lực đẩy thắng lực hút nhưngkhông nhiều Chỉ cần một số tác động thì Fđ và Fh triệt tiêu nhau Các hạt sẽkết hợp với nhau để gây ra sự keo tụ

1.3.4 Nguyên tắc gây keo tụ với các hệ keo

1.3.4.1 Nguyên tắc gây keo tụ với hệ keo ghét lưu

* Keo tụ keo ghét lưu bằng chất điện ly:

Nguyên tắc: Muốn gây keo tụ keo ghét lưu người ta phải tăng lực ion

của dung dịch Lúc đó các ion cùng dấu với ion ở lớp khuếch tán bị hút bởicác ion quyết định thế làm cho lớp khuếch tán bị nén lại Khi 0, thì ξ 0 Bềmặt hạt keo trung hòa điện, khi đó lực hút chiếm ưu thế, các hạt keo sẽ hútnhau gây ra hiện tượng keo tụ

Như vậy ta có thể dùng chất điện ly để gây keo tụ keo ghét lưu:

Các quy tắc keo tụ bằng chất điện ly:

- Ion gây keo tụ là các ion cùng dấu với ion ở lớp khuếch tán hay iontrái dấu với ion quyết định thế

- Keo tụ keo ghét lưu bằng chất điện ly tuân theo quy tắc Sunze –Hacdy:

+ Ngưỡng keo tụ (Cn) tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 6 hóa trị của iongây keo tụ

K

Cn =

Trong đó: + K: hệ số tỷ lệ, hằng số với mỗi hệ keo

+ Zi: Hóa trị ion gây keo tụ

+ Tác động gây keo tụ của ion hóa trị III mạnh hơn hàng chụclần ion hóa trị II và hàng trăm lần so với ion hóa trị I

Đối với ion gây keo tụ cùng hóa trị, ion nào hydrat hóa càng mạnh( bánkính hydrat càng lớn) cường độ điện trường của nó càng nhỏ, tác dụng gâykeo tụ của nó càng kém

Ngưỡng keo tụ (Cn) của chất điện ly là nồng độ tối thiểu của chất điện

ly cần thiết để bắt đầu gây keo:

Cn =

k đ

đ V V

V C



.

(mol/l)Trong đó:

+ C: nồng độ(mol/l) dung dịch điện ly

+ Vk, Vđ lần lượt là thể tích hệ keo và thể tích dung dịch điện ly

* Hiện tượng keo tụ nhạy cảm

Ngoài ra người ta còn dùng một lượng nhỏ keo ưa lưu cho vào hệ keo ghétlưu làm cho hệ keo ghét lưu dễ bị keo tụ Hiện tượng này gọi là sự keo tụ nhạy cảm

Nguyên tắc: Vì lượng keo ưa lưu ít, các mạnh phân tử của keo ưa lưu

đóng vai trò là vật hấp phụ, chúng tập hợp các hạt keo ghét lưu làm cho cáchạt keo ghét lưu tiến lại gần với nhau và tập hợp thành các hạt lớn dễ keo tụ.Hấp phụ

+ n

Hạt keo ưu lưu Hạt keo ghét lưu Hạt ưu lưu được ghét lưu hóa

Hình 1.6 Sơ đồ về sự keo tụ nhạy cảm.

* Sự keo tụ tương hỗ

Nguyên tắc: Khi ta trộn 2 hệ keo ghét lưu trái dấu, sự keo tụ rất dễ xảy

ra Hiện tượng này gọi là sự keo tụ tương hỗ

Ở keo dương ion quyết định thế là ion dương, các ion ở lớp khuếch tán

1.3.4.2 Nguyên tắc gây keo tụ với hệ keo ưa lưu

Keo ưa lưu là những hệ keo rất bền vì vậy để gây keo tụ keo ưa lưu cần phải:

- Phá vỡ lớp vỏ hydrat Để làm việc này người ta thường tăng nhiệt độ,

Hoá học của muối sắt tương tự như muối nhôm nghĩa là khi thuỷ phân

sẽ tạo axit, vì vậy cần đủ độ kiềm để giữ pH không đổi

Phương trình điện ly:

Fe2(SO4)3 2Fe3+ + 3SO4

2-Quá trình thủy phân Fe2(SO4)3 xảy ra như sau:

Fe3+ + HOH Fe(OH)2+ + H+

Fe(OH)2+ + HOH Fe(OH)2+ + H+

Fe(OH)2+ + HOH Fe(OH)3 + H+

_

Fe3+ + 3HOH Fe(OH)3 + 3H+

Fe(OH)3 tạo thành trong môi trường H2SO4 là keo dương.

Công thức hạt keo có dạng như sau:

{[mFe(OH)3]nFe(OH)2+xSO42-}(n-2x)+ (n 22x)SO4

2-Giá trị pH môi trường mà tại đó hạt keo bị trung hòa điện tích gọi làđiểm đẳng điện của hệ keo Dung dịch keo Fe(OH)3 có điểm đẳng điện là 8,1.Trạng thái mạng điện của hạt keo được mô tả như sau:

OH- + Fe(OH)2+ Fe(OH)3 Fe(OH)2O- + H+ (*)

+ Tại điểm đẳng điện pH=8,1: Hạt keo trung hòa điện, ξ=0

+ Tại pH 8,1: Ion Fe(OH)2O- là ion quyết định thế, hạt keo mangđiện âm

+ Tại pH 8,1: Ion Fe(OH)2+ là ion quyết định thế, hạt keo mang điệndương

Trong nước thải chủ yếu là keo ghét lưu mang điện tích âm Phèn sắtthủy phân tạo ra hệ keo dương Fe(OH)3 Do đó khi trộn với nhau sẽ xảy ra sựkeo tụ tương hỗ, các hạt keo hút nhau hình thành nên các hạt lớn hơn nặng vàlắng xuống làm nước trong

Ngoài ra, trong nước thải có chứa ít keo ưa lưu nên sự keo tụ nhạy cảmxảy ra, chúng có vai trò hấp phụ các hạt keo ghét lưu Fe(OH)3 để hình thànhcác hạt lớn và lắng xuống

Quá trình keo tụ có thể bổ sung K2SO4: Là chất điện ly mạnh, điện ly raion SO42- có tác dụng gây keo tụ với hệ keo dương nên sự keo tụ diễn ra hiệuquả và nhanh hơn

Phèn sắt tốt hơn ở nhiệt độ thấp, độ bền lớn và có kích thước bông keo

có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối: có thể khử được mùi vị khí

H2S Phèn sắt (III) khi thuỷ phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ Vùng pH tốiưu: 5 – 9

So sánh keo của phèn nhôm và phèn sắt được tạo thành cho thấy:

- Độ hoà tan của keo Fe(OH)3 trong nước nhỏ hơn Al(OH)3

- Tỉ trọng của Fe(OH)3 = 1,5 Al(OH)3 ( trọng lượng đơn vị của Al(OH)3

= 2,4 còn của Fe(OH)3 = 3,6 ) do vậy keo sắt tạo thành vẫn lắng được khitrong nước có ít chất huyền phù

Ưu điểm của phèn sắt so với phèn nhôm:

- Liều lượng phèn sắt (III) dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 liều lượngphèn nhôm

- Phèn sắt ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng

- Nhược điểm của phèn sắt (III) là ăn mòn đường ống mạnh hơn phènnhôm (vì trong quá trình phản ứng tạo ra axit)

Quá trình keo tụ thường áp dụng trước lắng hoặc lọc để:

- Giảm độ đục, làm trong nước

- Giảm hàm lượng TSS trước khi đi vào xử lý sinh học

- Tăng cường khả năng lắng của bể lắng cấp 2 trong xử lý nước thải

- Lọc trực tiếp nếu TSS không quá cao

Ứng dụng để xử lý các loại nước thải:

- Nước thải chứa chất rắn lơ lửng cao làm trong nước, giảm hàm lượngTSS trước khi đi vào xử lý sinh học

- Hợp chất nước thải nhiều chất vô cơ như: Nước rỉ rác, nước thải dệtnhuộm

- Hợp chất nước thải nhiều chất hữu cơ như: Giết mổ, thủy sản, chăn nuôi

- Xử lý hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4mm

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas của trang trại Phạm Văn thôn Hợp Thắng - xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế - tỉnh Bắc Giang

Quảng-2.2 Phạm vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu được tiến hành tại trang trại chăn nuôi lợn PhạmVăn Quảng - thôn Hợp Thắng - xã Tiến Thắng- huyện Yên Thế - tỉnh BắcGiang

Thời gian nghiên cứu từ: 12/2015- 5/2016

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá chất lượng nước thải chăn nuôi lợn sau hầm biogas củatrang trại Phạm Văn Quảng- thôn Hợp Thắng- xã Tiến Thắng- huyện YênThế- tỉnh Bắc Giang thông qua việc lấy mẫu nước và phân tích mẫu tại phòngthí nghiệm

- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau Biogasbằng Phèn sắt

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

- Thu thập số liệu thứ cấp từ các thông tin về trang trại nghiên cứu, cáccông trình nghiên cứu, các báo cáo, bài báo khoa học, tạp chí khoa học, báocáo tổng kết, internet và các số liệu thống kê sẵn có liên quan tới đề tài

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Tiến hành điều tra khảo sát tạitrang trại chăn nuôi đang tiến hành nghiên cứu nhằm quan sát, chụp ảnh vàthu thập các thông tin liên quan tới đề tài

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích

- Phương pháp lấy mẫu, bảo quản:

+ Tiến hành lấy mẫu đầu ra của bể biogas vào chai nhựa PVC 500mltheo tiêu chẩn lấy mẫu( TCVN 6663-1:2011) làm cơ sở để nghiên cứu vàđánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằngphương pháp keo tụ.

+ Tổng số mẫu: 1 mẫu nước thải sau Biogas

+ Tần suất và thời gian lấy mẫu: quá trình lấy mẫu được thực hiện 5 đợtvới tần suất 1 lần/tháng từ tháng 12/2015 đến tháng 4/2016 sau khi đã tìm rakhối lượng tối ưu Phèn sắt để xử lý 1 lít nước thải

+ Mẫu được bảo quản theo TCVN 6663-3:2008- Chất lượng nước- Lấymẫu- Hướng dẫn bảo quản và xử lý cho chai 500ml

- Phương pháp phân tích:

Bảng 2.1: Các phương pháp phân tích

Nhiệt độ Phương pháp đo bằng nhiệt kế trước khi tiến hành

phân tích

BOD5 Phương pháp nuôi cấy trong tủ định ôn tại 200 C trong

vòng 5 ngày sau đó đo DO bằng máy đo DONitơ tổng số Phương pháp Kjeldahl

Phốt Pho tổng số Phương pháp axit Ascobic, so màu tại bước sóng

880nm

2.4.4 Nghiên cứu xử lý nước thải

Sử dụng phèn sắt và một số chất hóa học để xử lý nước thải chăn nuôilợn sau biogas ra môi trường nhằm đạt theo Cột B QCVN 40:2011/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

2.4.5 Phương pháp so sánh

Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được so sánh với Cột B QCVN

40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu:

Phần mềm Excel

2.4.7 Phương pháp thực nghiệm.

Nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn hóa – Khoa

Môi Trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam Đề tài nghiên cứu sử dụng

hóa chất tạo hệ keo là Fe2(SO4)3, chất điện ly gây keo tụ là K2SO4

Sa lắng hệkeo

Xác định

pH, TSS,COD, BOD

ly

Khảo sát qua tiến hành thí nghiệm để tìm ra khoảng phèn sắt, chất điện ly tối ưu nhất.

Tiến hành với 4 thí nghiệm như sau:

• Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của lượng phèn sắt tới hiệu quả xử

lý pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số

- Lắc đều chai nước thải sau biogas đã lấy về, tiến hành lấy mẫu nướcmang điphân tích các chỉ tiêu đầu vào : pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số,Photpho tổng số

- Chuẩn bị 6 cốc thủy tinh 250ml có đánh số từ 1 đến 6, dùng ống đonglấy 200ml nước thải cho vào mỗi cốc

- Cân chính xác khối lượng phèn sắt lần lượt là: 0,25g; 0,5g; 0,75g; 1,0g;1,25g; 1,5g, chuyển toàn bộ lượng cân vào cốc chứa mẫu nước có đánh số từ

1 đến 6 theo thứ tự trên

- Dùng đũa thủy tinh khuấy đều cho đến khi hòa tan hết phèn sắt, dùngmàng bọc bọc lại phần miệng cốc

- Để lắng:

+ Xác định thời gian bắt đầu để lắng

+ Quan sát quá trình lắng, khi dung dịch tách thành 2 pha riêng biệt bọctúi nilon đen vào cốc hoặc có thể để vào góc tối dùng đèn pin soi cứ 15 phútquan sát một lần cho đến khi phần dung dịch trong không còn các chất lơ lửngthì xác định thời gian lắng của từng cốc

-Tiến hành phân tích: dùng pipet hút phần dung dịch trong đem đo đạc vàphân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photpho tổng số Kếtquả xác định được lượng phèn sắt tối ưu: a(g)/ 200 ml nước thải sau biogas

• Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly tới thời

gian lắng và hiệu quả xử lý pH, TSS, COD, BOD5, Nito tổng số, Photphotổng số