HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO CỦA CHẾ PHẨM ACTIVE CLEANER Ở NHỮNG ĐIỀU KIỆN VÀ NỒNG ĐỘ KHÁC NHAU

Quá trình xử lí cơ học thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quá trình xử lí hay còn gọi là quá trình tiền xử lí, quá trình này dùng để loại các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

******

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO CỦA CHẾ PHẨM ACTIVE CLEANER Ở NHỮNG ĐIỀU KIỆN VÀ NỒNG ĐỘ KHÁC NHAU

Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện: VÕ LÊ THÙY TRANG Niên khóa : 2005 - 2009

Tháng 8/2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

******

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO CỦA CHẾ PHẨM ACTIVE CLEANER Ở NHỮNG ĐIỀU KIỆN VÀ NỒNG ĐỘ KHÁC NHAU

Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực hiện PGS.TS BÙI XUÂN AN VÕ LÊ THÙY TRANG

Tháng 8/2009

LỜI CẢM ƠN

Con xin gửi lòng biết ơn chân thành đến Ba Mẹ đã nuôi nấng, dạy dỗ, bảo ban con nên người, luôn ở bên con trong những lúc khó khăn, vấp ngã, là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho con vượt qua mọi thử thách và là nghị lực, là niềm tin theo con trong suốt cuộc đời

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS Bùi Xuân An đã gợi mở, giúp đỡ

và động viên em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy, Cô thuộc Bộ môn Công Nghệ Sinh Học - Trường ĐH Nông Lâm đã truyền đạt cho em kiến thức cũng như kinh nghiệm trong quá trình học tập và phấn đấu

Em xin cảm ơn các thầy cô, anh chị tại Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường, Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Khoa Học Công Nghệ; các thầy cô, anh chị tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình phân tích Cám ơn các anh chị đang làm việc tại công ty TNHH Tân Phương Lê đã tạo điều kiện để em hoàn thành khóa luận

Cám ơn các bạn lớp DH05SH cũng như các bạn lớp DH05MT đã giúp đỡ, chia sẻ niềm vui nỗi buồn cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện

Võ Lê Thùy Trang

TÓM TẮT

Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo của chế phẩm Active Cleaner

ở những điều kiện và nồng độ khác nhau, đề tài “ Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo của chế phẩm Active Cleaner (AC) ở những điều kiện và nồng độ khác nhau” đã được tiến hành từ tháng 2 đến tháng 7 năm 2009 tại phóng thí nghiệm Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường, Trung Tâm Nghiên Cứu và Chuyển Giao KHCN Trường Đại Học Nông Lâm Tp HCM

Nước thải chăn nuôi heo được xử lý bằng chế phẩm Active Cleaner ở 3 nồng độ 1/100, 1/200, 1/300 (ml AC/ml nước thải) theo từng mẻ trong 2 điều kiện có sục khí và không sục khí Sau 24 giờ xử lý, đánh giá hiệu quả qua các chỉ tiêu: đánh giá cảm quan

về mùi, COD, BOD5, tổng nitơ, tổng phospho

Kết quả xác định: Mùi hôi được cải thiện đáng kể Có sự khác biệt giữa điều kiện

xử lý, điều kiện sục khí là yếu tố cần thiết để gia tăng hiệu quả hoạt động của chế phẩm AC Các chỉ số BOD5, COD, tổng nitơ, tổng phospho trong nước thải sau xử lý cũng giảm nhiều, hiệu suất xử lý trên 50%

Như vậy AC có khả năng xử lý tốt nước thải chăn nuôi heo Kết hợp việc sục khí

sẽ tăng hiệu quả xử lý của AC Nồng độ AC thấp, hiệu quả xử lý càng cao Chưa tìm được nồng độ tối ưu để chế phẩm xử lý tốt nhất

SUMMARY

In order to assess effect of Active Cleaner on pig wastewater treatment, the thesis

“Effect of condition and concentration of Active Cleaner (AC) on pig wastewater treatment” was carried out at labotary of Environmental Technology Faculty and Institute of Biotechnology and Environment from February to September, 2009

Method: In this thesis, the pig wastewater was treated by three concentrations of Active Cleaner: 1/100, 1/200, 1/300 (mlAC/ml wastewater) and in two conditions: anaerobic and aerobic After wastewater was treated by AC in twenty-four hour, we assess the Active Cleaner’s effective treament by testing COD, BOD5, total N, total P The result of this thesis: The stench is solved considerable There is different between anaerobic and aerobic Aerobic condition is the most important element to increase the effect of Active Cleaner The indices of BOD, COD, total N, total P in the new waste water (water after treated) are also reduce more than in the old one (water before treated) The efficiency of this treament is higher than fifty percent

Conclusion: AC can treat pig wastewater well In aerobic condition, AC treat better than anarobic The less concentration the more effect The best concentration has not found yet

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

SUMMARY v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1.Các phương pháp xử lí nước thải 3

2.1.1 Phương pháp xử lí cơ học 3

2.1.2 Phương pháp xử lí hóa lí và hóa học 3

2.1.3 Phương pháp xử lí sinh học 4

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 4

2.2.1.Cơ chế chuyển hóa sinh học 4

2.2.2 Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học 6

2.2.3 Phân loại 7

2.2.4 Các loại hình công nghệ xử lý nuớc thải bằng biện pháp sinh học 9

2.3 Những thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước 11

2.3.1 Mùi 11

2.3.2 pH 12

2.3.3 Nhu cầu oxy hóa học (COD-Chemical Oxygen Demand) 12

2.3.4 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD-Biochemical Oxygen Demand) 12

2.3.5 Hàm lượng nitơ 12

2.3.6 Hàm lượng phospho 13

2.3.7 Hàm lượng các chất rắn 13

2.3.8 Màu 13

2.3.9 Độ đục 13

2.3.10 Oxy hòa tan ( DO-Dissolved Oxygen) 13

2.3.11 Chỉ số LC50 (Nồng độ thấp nhất gây ức chế 50% sinh vật thí nghiệm) 14

2.3.12 Chỉ số vệ sinh (E.coli) 14

2.4 Tổng quan về chế phẩm Active Cleaner 14

2.4.1 Thành phần 15

2.4.2 Tác dụng 15

2.4.3 Cách sử dụng 15

2.4.4 Một số kết quả ứng dụng trong thực tế 16

2.5 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 16

2.5.1 Thành phần và tính chất chất thải gia súc 16

2.5.1 Tổng quan nước thải chăn nuôi heo 18

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

3.1.Thời gian và địa điểm 19

3.1.1 Thời gian 19

3.1.2 Địa điểm 19

3.2 Vật Liệu 19

3.3 Phương pháp nghiên cứu 20

3.3.1 Bố Trí thí nghiệm 20

3.3.2 Mô tả thí nghiệm 20

3.3.3 Các chỉ tiêu theo dõi 21

3.3.3.1 Đánh giá cảm quan (mùi) 21

3.3.3.2 Chỉ tiêu hóa lí 21

3.3.4 Phương pháp xử lí số liệu 21

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Kết quả 22

4.1.1 Đánh giá cảm quan (mùi) 22

4.1.2.1 Kết quả pH 23

4.1.2.2 Kết quả COD 24

4.1.2.3 Kết quả BOD 26

4.1.2.4 Kết quả N tổng 27

4.1.2.5 Kết quả P tổng 29

4.2 Thảo luận 31

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 32

5.1.Kết luận 32

5.2.Đề nghị 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AC Active Cleaner

ANOVA Phân tích phương sai (Analysis of variance)

BOD5 Nhu cầu oxy sinh học trong 5 ngày (Biological Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải 6

Bảng 2.2 Các chất mùi thường gặp trong quá trình xử lý chất thải 11

Bảng 2.3 Thành phần cơ bản của các loại phân gia súc 17

Bảng 4.1 Nồng độ các chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi heo và chế phẩm 23

DANH SÁCH CÁC HÌNH Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cơ chế sinh hoá của phương pháp xử lý kỵ khí 8

Sơ đồ 2.2 Các phương pháp sinh học làm sạch nước thải 9

Hình 2.1 Chế phẩm Active Cleaner 14

Biểu đồ 4.1 Mức độ mùi ở các nghiệm thức 22

Biểu đồ 4.2 Giá trị pH ở các nghiệm thức 23

Biểu đồ 4.3 Giá trị COD trung bình ở các nghiệm thức 24

Biểu đồ 4.4 Hiệu suất xử lý COD 25

Biểu đồ 4.5 Giá trị BOD trung bình ở các nghiệm thức 26

Biểu đồ 4.6 Hiệu suất xử lý BOD 26

Biểu đồ 4.7 Giá trị Nitơ tổng trung bình ở các nghiệm thức 27

Biểu đồ 4.8 Hiệu suất xử lý N tổng 28

Biểu đồ 4.9 Chỉ số P trung bình của các nghiệm thức 29

Biểu đồ 4.10 Hiệu suất xử lý P 30

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên trầm trọng và đang được

cả thế giới quan tâm, đặc biệt là ô nhiễm nước khi tình trạng nước ngọt dần khan hiếm

Ở nước ta, ô nhiễm các chất phế thải vào nguồn nước đã đến tình trạng báo động, nhất

là tại các thành phố lớn với những khu chế xuất phức tạp, các nhà máy chế biến thực phẩm không có nguồn thoát nước, không trang bị hệ thống xử lý nước thải hoặc trang

bị chưa đạt yêu cầu Bên cạnh đó, nước ta là nước nông nghiệp, nên việc phát triển ngành chăn nuôi là vấn đề tất yếu Đặc biệt là trong những năm gần đây, khi giá thịt heo tăng cao, tạo điều kiện cho ngành này phát triển hơn Ngoài những trang trại quy

mô lớn có trang bị hệ thống xử lý nước thải, đa số là hình thức chăn nuôi hộ gia đình với kinh phí hạn hẹp nên vấn đề vệ sinh môi trường chưa được quan tâm đúng mức, đã thải ra môi trường một số lượng lớn nước thải với mùi hôi khó chịu kèm theo vi sinh vật, ký sinh trùng gây bệnh cho người và vật nuôi Lượng nước thải từ các mô hình chăn nuôi nhỏ lẻ đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sinh hoạt hàng ngày cũng như sức khỏe của người dân Do đó, việc xử lý một lượng không nhỏ loại nước thải này đang là vấn đề cấp bách của các địa phương có tồn tại các hộ chăn nuôi nói trên

Gần đây, Công ty Future Biotech (Đài Loan) đã cho ra đời sản phẩm Active Cleaner, là chế phẩm vi sinh giúp gia súc, gia cầm, cây cối phát triển khỏe mạnh, tăng trưởng nhanh, không gây ô nhiễm môi trường, làm giảm mùi hôi, không gây hại cho sức khỏe con người đồng thời giúp cải tạo chất lượng môi trường nước Active Cleaner đã được ứng dụng nhiều trong trồng trọt và chăn nuôi đem lại hiệu quả rất tốt, nhưng chưa được biết đến nhiều trong vai trò xử lý nước thải

Với mong muốn hiểu biết thêm về những tiềm năng của Active Cleaner trong xử

lý nước thải, tôi quyết định thực hiện đề tài “Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo của chế phẩm Active Cleaner ở những điều kiện và nồng độ khác nhau”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo của chế phẩm Active Cleaner trong các điều kiện và nồng độ khác nhau

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Chế phẩm Active Cleaner (AC)

Nước thải chăn nuôi heo

Mô hình xử lý nước thải theo mẻ có sục khí và không sục khí

1.4 Nội dung nghiên cứu

Dựng mô hình xử lý nước thải theo mẻ có và không sục khí

Sử dụng chế phẩm Active Cleaner xử lý nước phân heo trong những điều kiện có sục khí và không sục khí với 3 nồng độ khác nhau

Đánh giá hiệu quả xử lý của Active Cleaner thông qua các chỉ tiêu về mùi, pH, BOD, COD, tổng N, tổng P

1.9 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

- Đề tài được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm trong thời gian 4 tháng

- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi heo của chế phẩm Active Cleaner ở 3 nồng độ pha loãng trong điều kiện có sục khí và không sục khí

- Đánh giá hiệu quả xử lý qua 6 chỉ tiêu: mùi, pH, COD, BOD, tổng N và tổng P

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải

Nước thải nói chung và nước thải chăn nuôi heo nói riêng thường chứa rất nhiều tạp chất có bản chất khác nhau Mục đích của việc xử lý là khử các tạp chất đó sao cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu

đã đặt ra Để đạt được mục đích này, trong công nghệ xử lý nước thải đã kết hợp nhiều phương pháp xử lý khác nhau

2.1.1 Phương pháp cơ học

Bản chất của quá trình xử lí cơ học là gồm những quá trình mà khi nước thải đi

qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lí cơ học

nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lí tiếp theo

Quá trình xử lí cơ học thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quá trình xử lí hay còn gọi là quá trình tiền xử lí, quá trình này dùng để loại các tạp chất vô cơ và hữu

cơ có trong nước Nó được coi như là bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lí tiếp theo Tùy theo đặc điểm của các loại cặn có trong nước thải, các công trình đơn vị sau đây có thể được áp dụng: song chắn rác và lưới chắn rác, bể lắng cát, bể lắng đợt I, bể tách keo, bể điều hòa…

2.1.2 Phương pháp hóa lí và hóa học

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lí diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào Các phương pháp hóa học là oxi hóa, trung hòa, đông keo tụ Thông thường, các quá trình keo tụ thường đi kèm quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lý khác Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa khử, phản ứng trung hòa, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại Nói chung, bản chất của quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp hóa học là dùng một số hóa chất và bể phản ứng nhằm nâng cao chất lượng của nước thải

để đáp ứng hiệu quả xử lí của các công đoạn sau Phương pháp này bao gồm các phương pháp: trung hòa, keo tụ, hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion và khử khuẩn (Lương Đức Phẩm, 2007)

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao Ta 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 polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi Tuy nhiên chi phí xử lý cao Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế

Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao, cũng không hiệu quả về mặt kinh tế đối với các trại chăn nuôi (Nguyễn Thị Mỹ Linh và ctv, 2008)

2.1.3 Phương pháp sinh học

Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học là việc sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng một số hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận được các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối được tăng lên (Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2006)

2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Trong nhiều biện pháp xử lý nước thải, thì biện pháp sinh học được quan tâm

nhiều nhất và cũng cho hiệu quả cao nhất So với biện pháp vật lý, hóa học, biện pháp sinh học chiếm vai trò quan trọng về quy mô cũng như giá thành đầu tư Đặc biệt, xử

lý nước thải bằng phương pháp sinh học sẽ không gây ô nhiễm, tái ô nhiễm môi trường, một nhược điểm mà phương pháp hóa học hay gặp phải (Nguyễn Xuân Thành

- Khuếch tán, chuyển dịch và hấp phụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt

tế bào vi khuẩn

- Oxi hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào

vi khuẩn

- Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu

cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn

Các chất đầu tiên bị oxi hóa để tạo thành năng lượng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của men ngoại bào Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxi hóa để giải phóng ra năng lượng học tổng hợp thành tế bào chất Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại bị oxi hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống

Vi khuẩn oxi hóa các chất hữu cơ bằng các cách: hô hấp và lên men Trong quá trình hô hấp, các cơ chất được oxi hóa bằng oxi tự do để sinh ra năng lượng và tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Đây là quá trình hô hấp hiếu khí diễn ra trong môi trường đủ oxi tự do Vi khuẩn thực hiện quá trình này là các vi khuẩn hiếu khí hoặc hiếu khí tùy nghi

Khi môi trường không đủ oxi tự do hoặc không có oxi tự do, các loại vi khuẩn hiếu khí hoặc hiếu khí tùy nghi sẽ tách oxi trong liên kết nitrat, nitrit hoặc sunfat để oxi hóa chất hữu cơ Sản phẩm tạo ra của quá trình thường là các chất mang tính khử như H2S, NO2-,… hoặc nitơ phân tử

Trong môi trường giàu chất hữu cơ và không có oxy tự do, vi khuẩn kị khí có thể oxi hóa cơ chất theo nguyên lý lên men Một phần cơ chất được vi khuẩn dùng men tách điện tử Phần cơ chất khác tiếp nhận điện tử Trong hệ hình thành thế năng oxi hóa khử và quá trình oxi hóa diễn ra để giải phóng năng lượng và hình thành các sản phẩm mới như CH4, H2S, acid hữu cơ… Quá trình lên men này được thực hiện nhờ các loại vi khuẩn kị khí, thường là các loại kị khí nghiêm ngặt

Việc lựa chọn các phương pháp và công trình xử lý sinh học nước thải thường dựa vào nồng độ và trạng thái các chất hữu cơ dễ bị oxi hóa trong nước thải Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải được nêu trong bảng sau:

Bảng 2.1 Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải (Trần Đức Hạ,

2002)

Hàm lượng BOD của

nước thải

Chất hữu cơ không hòa tan

Chất hữu cơ dạng keo

Chất hữu cơ hòa tan Cao

2.2.2 Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học

Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, phương pháp này thường dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải bằng các quá trình đã trình bày ở trên Đối với các chất vô cơ chứa trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử sulfit, muối amoni, nitrat – tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là : khí

CO2, nitơ, nước, ion sulfate, sinh khối…Cho đến nay người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ nhân tạo

Tuy nhiên, theo Lương Đức Phẩm (2007), để xử lý bằng biện pháp sinh học mang lại hiệu quả cao, nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Muốn đảm bảo điều kiện này nước thải phải:

- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trong nước thải Trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lượng các kim loại nặng Theo mức độc hại của các kim loại, sắp xếp theo thứ tự:

Sb > Ag > Cu >Hg > Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr3+ > V ≥ Cd > Zn > Fe

Muối của các kim loại này ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật, nếu quá nồng độ cho phép, các vi sinh vật không thể sinh trưởng được và có thể bị chết Như vậy, không thể tiến hành xử lý sinh học

- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và năng lượng cho vi sinh vật Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipid hòa tan thường

là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật

- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và BOD

Tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5 mới có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí) Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozơ, hemixenlulozơ, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kị khí

2.2.3 Phân loại

Theo Lê Trình (2007), có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học:

- Phương pháp hiếu khí (aerobic)

- Phương pháp thiếu khí (anoxic)

- Phương pháp yếm khí (anaerobic)

Tùy điều kiện cụ thể người ta dùng một trong các phương pháp trên hoặc kết hợp với nhau để xử lý nước thải

2.2.3.1 Các phương pháp hiếu khí

Phương pháp hiếu khí dùng để phân huỷ các chất hữu cơ bằng các loại vi sinh vật hiếu khí Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí sử dụng oxy hoà tan trong nước

để oxy hoá thành các sản phẩm vô cơ hoá

Chất hữu cơ + O2 vi sinh H2O + CO2 + năng lượng Chất hữu cơ + O2 vi sinh Tế bào mới

Tế bào mới + O2 năng lượng CO2 + H2O + NH3

Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 H2O +CO2 + NH3

Trong phương pháp hiếu khí amoniac cũng được loại bỏ bằng phản ứng oxy hoá nhờ vi sinh vật tự dưỡng (quá trình nitrit hoá):

NH4+ + 3O2 Nitrobacter 2NO3- + 4H+ + H2O + năng lượng 2NO2- + O2 Nitrosomonas 2NO3-

Tổng cộng: NH4+ + 2O2 Nitrbacter NO3- + 2H+ + 2H2O + năng lượng

Điều kiện cần thiết cho quá trình xử lý hiếu khí: pH = 6,5 – 8,5, oxy hòa tan

≥0,5 mg/l, nhiệt độ: 5 – 40oC

2.2.3.2 Các phương pháp thiếu khí (anoxic)

Trong điều kiện thiếu oxy hoà tan việc khử nitrit hoá sẽ xảy ra Oxy được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hoá chất hữu cơ nitơ và khí cacbonic sẽ được tạo thành

NO3- vi sinh NO2- + O2

O2 chất hữu cơ N2 + CO2 + H2O Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hoá sẽ xảy ra khi không có tiếp xúc với không khí Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần

và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên phương pháp anoxic được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải

Vi sinh tạo acid Vi sinh loại acid tạo metan

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cơ chế sinh hoá của phương pháp xử lý kỵ khí

2.2.3.4 So sánh các phương pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí

Các phương pháp xử lý kỵ khí và hiếu khí đều có điểm mạnh và điểm yếu, trong thực tế ở các trạm xử lý nước thải lớn người ta phải kết hợp cả hai phương pháp Điểm mạnh và yếu của các phương pháp này được so sánh qua các chỉ tiêu dưới đây:

 Năng lượng

Phương pháp hiếu khí: Tốn nhiều năng lượng Thí dụ để loại 1 kg BOD cần 1 kwh Phương pháp kỵ khí: Không cần cấp năng lượng, ngược lại còn tạo thêm năng lượng (0,7 m3 CH4 từ phân huỷ 1 kg BOD)

 Tạo bùn

Lượng bùn (chất rắn) được tạo ra khi phân huỷ 1 kg BOD là:

- Phương pháp hiếu khí: 500 – 700 g

- Phương pháp kỵ khí: 80 – 300 g

 Hiệu quả xử lý

- Phương pháp hiếu khí kết hợp nitrit hoá có thể loại đến 99% BOD

- Phương pháp kỵ khí có hiệu quả loại BOD kém hơn (khoảng 85%) do vậy sau khi xử lý kỵ khí nên tiếp tục xử lý hiếu khí

 Khả năng bị ức chế

Quá trình kỵ khí nhạy cảm hơn với các chất ức chế vi sinh Trong điều kiện nồng độ kim loại nặng và chất hữu cơ bền vững là 1 g/m3; hoặc nồng độ H2S, SO2, 50 – 400 g/m3 các vi sinh kỵ khí sẽ bị ức chế

2.2.4 Các loại hình công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Để xử lý nước thải nói chung và nước thải chăn nuôi heo nói riêng theo phương pháp sinh học, có thể áp dụng các biện pháp công nghệ sau:

Sơ đồ 2.2 Các phương pháp sinh học làm sạch nước thải (Lương Đức Phẩm, 2007) 2.2.4.1 Bùn hoạt tính

Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể aeroten), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà hạt nhân của nó là các phần tử cặn lơ lửng Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn, tạo nên các

bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong bể xử lý nước thải được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp Sinh khối bùn thay đổi Một vài loại vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp để chuyển thành các chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo Quá trình này được tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật được nữa

2.2.4.2 Đĩa quay sinh học

Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC (polyvinylchloride) hoặc PS (polystyren), lắp trên một trục Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (30 – 40% theo đường kính) và quay chậm khi làm việc Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy khi

ra khỏi nước thải (màng sinh học là tập hợp các vi sinh vật hiếu khí, kị khí và kị khí tùy nghi) Đĩa quay được nhờ môtơ hoặc sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh

2.2.4.3 Lọc sinh học

Nguyên lý của lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học.Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị khí Khi các chất hữu cơ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc Hiện tượng này gọi là “tróc màng” Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện

acid hữu cơ Bể kị khí có thể áp dụng xử lý nước thải ở các lò mổ, chế biến thịt gia súc gia cầm, nước có hàm lượng chất hữu cơ cao

2.2.4.6 Bể lọc kị khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Nước thải được nạp từ đáy hệ thống, chảy ngược lên qua lớp bùn hoạt tính (bùn hạt, hoặc thảm bùn) rồi chảy ra ngoài Khi tiếp xúc với những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, chất hữu cơ sẽ bị vi khuẩn kị khí xử lý còn chất rắn sẽ được giữ lại Các chất khí tạo thành được tách ra khỏi pha lỏng bằng thiết bị tách khí ở bên trong hệ thống bể Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kỳ được xả ra ngoài

2.3 Những thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước

Để đánh giá chất lượng cũng như mức độ ô nhiễm nước cần dựa vào một số thông số cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau Sau đây là một số thông

số cơ bản đánh giá chất lượng nước:

2.3.1 Thông số về mùi

Mùi được tạo ra do chất cho vào để xử lý hoặc được tạo ra do quá trình xử lý Các chất mùi thường gây khó chịu và ở chừng mực nào đó sẽ gây độc hại cho sức khỏe con người

Bảng 2.2 Các chất mùi thường gặp trong quá trình xử lý chất thải (Nguyễn Đức

Sự nhận biết của con người đối với các mùi khác nhau rất khác nhau Ở đây có sự phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản:

- Khả năng nhận biết mùi của từng người

- Nồng độ cácchất mùi khuếch tán trong không khí

Việc xác định mùi có thể sử dụng hai phương pháp:

- Phương pháp cảm quan qua khứu giác

- Phương pháp đo bằng những thiết bị, máy móc chuyên dùng

2.3.2 Chỉ số pH của nước thải sau xử lý

Là một trong những chỉ tiêu xác định dối với nước cấp và nước thải Chỉ số này cho phép ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi các quá trình hòa tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc của các phản ứng hóa sinh xảy ra trong nước

2.3.3 Chỉ số COD (Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học) của nước thải sau xử lý

Là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và nước Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường acid Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng

2.3.5 Hàm lượng nitơ tổng của nước thải sau xử lý

Hợp chất chứa nitơ có trong nước thải thường là các hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy :amôn, nitrat, nitrit Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước Trong nước rất cần thiết có một lượng nitơ thích hợp, đặc biệt là trong nước thải, mối quan hệ giữa BOD với N và P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxy hóa của bùn hoạt tính Vì vậy, trong xử lý nước thải cùng với các chỉ số trên người

ta cần xác định chỉ số tổng nitơ

2.3.6 Hàm lượng phospho tổng của nước thải sau xử lý

Phospho tồn tại trong nước ở các dạng muối phosphat Là một nguyên tố rất quan trọng đối với sự sinh trưởng của sinh vật Trong nước thải người ta thường xác định hàm lượng Pt để xác định tỷ số BOD: N: P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý Ngoài ra cũng có thể xác lập tỷ số giữa P và N để đánh giá mức dinh dưỡng có trong nước

2.3.7 Hàm lượng các chất rắn trong nước thải sau xử lý

2.3.8 Chỉ số độ màu của nước thải sau xử lý

Bản chất của nước là không màu, nước có màu là do các chất bẩn gây nên, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, thường dùng phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là chlorophantinat coban

2.3.9 Chỉ số độ đục của nước thải sau xử lý

Một trong những chỉ tiêu xác định chất lượng nước là độ đục Độ đục làm giảm khả năng truyền suốt ánh sáng của nước, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp dưới nước Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra Các vi khuẩn gây bệnh có thể xâm nhập vào các hạt rắn, sẽ không khử trùng được và có thể trở thành vi khuẩn gây bệnh trong nước

2.3.10 Chỉ số DO (Dissolved oxygen - oxy hòa tan) của nước thải sau xử lý

Là yếu tố xác định sự thay đổi xảy ra do vi sinh vật kị khí hay hiếu khí Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy DO còn là cơ

sở cho việc xác định BOD nhằm đánh giá mức ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp

2.3.11 Chỉ số LC 50 (Nồng độ thấp nhất gây ức chế 50% sinh vật thí nghiệm) của nước thải sau xử lý

Phương pháp thử độc tính của nước đối với sinh vật thí nghiệm dựa trên nguyên

lý các chất độc có trong nước ảnh hưởng đến đời sống sinh vật nuôi trong nước, như

cá hoặc bèo tấm, cũng có khi dùng để nuôi dưỡng động vật (dùng sinh vật thử là chuột trắng), giáp xác, vi tảo hay vi khuẩn

Thử độc tính của nước thải (trước và sau khi xử lý) nhằm xác định sự nguy hiểm của nước thải đối với hệ sinh thái nước, nghiên cứu khả năng xử lý sinh học và đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước cho giới thủy sinh

Các sinh vật thí nghiệm thường là các chủng nhạy cảm với những chất có độc tính, rất nhạy cảm với các chất làm ô nhiễm nước Các đối tượng này phải là dòng thuần chủng, được nhân giống để có sự đồng đều về sinh trưởng, sau đó được đưa vào các dịch thí nghiệm với các nồng độ pha loãng của nước thải Sau 96 giờ nuôi, xác định nồng độ nước thải thấp nhất ảnh hưởng đến sinh trưởng của 50% sinh vật thí nghiệm Chỉ số này được gọi là LC50 hay LOEC (Lowest Observed Effect Concentration – nồng độ thấp nhất gây ức chế )

2.3.12 Chỉ số E.coli của nước thải sau xử lý

Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải chăn nuôi…nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn ở trong phân người và phân súc vật Trong

đó có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là các bệnh về đường tiêu hóa, như

tả, lị, thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm Vì thế, cần phải xác định chỉ

số này để kiểm định chất lượng nước và đưa ra phương pháp xử lý thích hợp

2.4 Tổng quan về chế phẩm Active Cleaner

Hình 2.1 Chế phẩm AC (a) Dạng bột; (b) Dạng lỏng

Theo công ty Tân Phương Lê (2009), Active Cleaner là sản phẩm của công ty Future Biotech (Đài Loan), được Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn cho phép nhập khẩu vào Việt Nam thông qua đại lý độc quyền: Công ty TNHH Tân Phương Lê (Quận 3, TP Hồ Chí Minh) Active Cleaner giúp gia súc, gia cầm, cây cối phát triển khỏe mạnh, tăng trưởng nhanh, đồng thời không gây ô nhiễm môi trường, làm giảm mùi hôi, không gây hại cho sức khỏe con người

đó sẽ ức chế được các vi sinh vật gây thối rửa và vi khuẩn gây hại Ngoài ra, các vi sinh vật của AC còn phân giải được các chất hữu cơ lên men và chuyển chúng thành phân bón hữu cơ

+ Pha AC vào trong nước uống, phun vào thức an gia súc, gia cầm Pha loãng

300 - 500 lần

- Dạng bột

+ Trên heo con trộn 2kg/tấn thức ăn, heo lớn 1kg/tấn thức ăn

2.4.4 Một số kết quả ứng dụng trong thực tế

2.4.4.1 Kết quả ứng dụng trong chăn nuôi

- Tỷ lệ thay đổi thịt tăng cao: tỷ lệ thay đổi thịt tăng đến 2,5kg thức ăn gia súc

chuyển thành 1kg thịt heo

- Nâng cao tỷ lệ quay vòng

- Giảm tỷ lệ tử vong: tỷ lệ heo con sống tồn có thể nâng cao trên 50%

- Cải thiện môi trường giảm thuốc tồn lại: mùi hôi trong chuồng heo giảm, bệnh đường hô hấp cũng giảm

2.4.4.2 Kết quả ứng dụng trong trồng trọt

Active Cleaner gồm tổ hợp các vi sinh vật cố định đạm, phân giải photphat khó

tan, tổng hợp hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, có tác dụng đối kháng vi khuẩn, nấm bệnh vùng rễ cây trồng Chế phẩm dùng để bón gốc, bón lá; chứa các vi sinh vật thiên nhiên, không độc hại, tăng thông hơi trong đất, điều chỉnh độ pH, tăng cường hệ miễn dịch chống lại sâu bệnh, tăng khả năng thích ứng đối với môi trường

thiên nhiên

- Tỷ lệ thu hoạch tăng 20%

- Tăng độ ngọt và mùi thơm của trái

- Tăng cường hệ thống miễn dịch trong cây

2.4.4.3 Kết quả ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

- Giảm các chất có hại như amonia, acid nitric, hydrogen, lưu huỳnh

- Giảm tỷ lệ tử vong, giảm sử dụng thuốc hoặc không sử dụng

- Tăng sản lượng, không có thuốc tồn đọng đạt tiêu chuẩn xuất khẩu kiểm nghiệm

2.5 Tổng quan về chất thải chăn nuôi

2.5.1 Thành phần và tính chất chất thải gia súc

Chất thải trong chăn nuôi gia súc, gia cầm bao gồm phân gia súc, gia cầm, các thành phần thức ăn thừa, các chất độn chuồng (rơm, rạ, mạt cưa, trấu) và nước tiểu Tùy theo chuồng, trại và phương thức chăn nuôi, các loại chất thải này có thành phần vật lý và tính chất hoá học rất khác nhau

Bảng 2.3 Thành phần cơ bản của các loại phân gia súc (Nguyễn Đức Lượng và

Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Hàm lượng (%) Phân loại gia súc Mức

Tỷ lệ C/N

0,358 0,246 0,306 0,380 0,302 0,341 1,200 0,450 0,840 2,000 1,800 1,900

0,205 0,115 0,171 0,294 0,164 0,227 0,900 0,450 0,850 0,950 0,450 0,850

1,600 1,129 1,360 0,992 0,424 0,958 0,600 0,600 0,580 1,720 1,210 1,421

Phân các loại gia súc, gia cầm có chung một số tính chất như sau:

- Các loại phân gia súc như trâu, bò, heo ở các trại chăn nuôi hiện nay chứa nồng

độ nước rất cao Trước đây người dân nuôi trâu, bò, heo theo quy mô từng hộ gia đình, việc dọn dẹp chuồng chăn nuôi hàng ngày Người ta thường dọn phân ra khỏi những tạp chất chăn nuôi khác nên phân thường mang tính chất thuần nhất hơn Hiện nay, việc chăn nuôi phần lớn mang tính chất tập trung và mang dáng dấp của quy mô công nghiệp, nên việc dọn dẹp chuồng trại cũng hoàn toàn khác trước Phân gia súc tại các

cơ sở chăn nuôi này thường chứa nhiều nước và các phần dư thừa của thức ăn công nghiệp Ở nhiều chuồng trại người ta xối nước rửa chuồng trại kéo theo cả phân gia súc xuống cống thoát, khi đó phân gia súc như một chất lỏng đậm đặc

- Phân gà, phân vịt là loại chất hữu cơ dễ phân huỷ trong điều kiện tự nhiên, do đó các loại phân này có mùi thối rất mạnh Trong các trại chăn nuôi gà, vịt hiện nay, người

ta thường cho trấu, mạt cưa vào như một chất độn, nhằm làm giảm độ ẩm để hạn chế quá trình phân giải Do đó, thành phần hoá học các chất cơ bản cùng thay đổi theo

- Các loại phân trâu, bò thường chứa nhiều vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose hơn các loại phân heo, phân gà và phân vịt Do đó, việc sử dụng các loại