NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT 50M3/NGÀY.ĐÊM

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, d



HUỲNH ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT 50M3/NGÀY.ĐÊM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 7/2010



HUỲNH ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT 50M3/NGÀY.ĐÊM

Ngành: Kỹ Thuật môi Trường

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn: KS VŨ VĂN QUANG

Thành phố Hồ Chí Minh

LỜI CẢM ƠN

Với sự kính trọng sâu sắc và lòng biết ơn chân thành, tôi xin gởi vài lời tri ân đến những người đã giúp đỡ, thương yêu tôi trong suốt thời gian học tập

và làm khoá luận tốt nghiệp này

Trước hết, tôi muốn gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy, Cô trong khoa Môi Trường và Tài Nguyên đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức giúp tôi tự tin bước vào cuộc sống

Kế đến, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn: kỹ sư Nguyễn Văn Huy, kỹ sư Vũ Văn Quang đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm khoá luận tốt nghiệp này

Lời cảm ơn tiếp theo, tôi dành cho gia đình tôi Với sự kính trọng và thương yêu nhất, tôi xin cảm ơn người Mẹ của tôi Cảm ơn Mẹ đã dưỡng dục

và luôn ở bên che chở cho con trên những bước đường đời Và ngàn lời tri ân, tôi xin gởi đến người Cha quá cố của tôi Cảm ơn các anh, các chị của tôi đã luôn quan tâm và động viên tôi mỗi khi tôi vấp ngã

Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn thân thương nhất, trìu mến nhất đến tập thể lớp DH06MT Cảm ơn các bạn đã luôn đoàn kết, luôn chia sẻ và luôn bên tôi những lúc tôi cần Các bạn đã tạo cho tôi một gia đình thứ hai trong những năm tháng đại học Tôi sẽ luôn nhớ đến các bạn!

Dù đã cố gắng và phấn đấu hết sức nhưng trong quá tình học tập cũng như trong khoá luận không thể tránh khỏi những sai sót nên tôi mong quý thầy

cô thông cảm và sửa chữa cho

Thành thật cảm ơn!

Huỳnh Đức Thành

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng công nghệ Hybrid Áp dụng thiết kế hệ thống xủ lý nước thải chăn nuôi heo theo QCVN 24 – 2009TNMT, cột A, công suất 50m 3 /ngày đêm” được tiến hành tại phòng

thí nghiệm khó Môi trường và Tài nguyên trường Đại học Nông Lâm TPHCM, thời gian từ 15/08/2009 đến 30/04/2010

Kết quả thu được cho thấy mô hình Hybrid có hiệu quả xử lý khá cao đối với nước thải chăn nuôi heo, có khả năng thích ứng nhanh đối với sự thây đổi bất thường của nồng độ nước thải đầu vào

Hiệu quả xử lý nước thải tại nồng độ COD đầu vào 600mg/l – 900mg/l đạt khá cao, hiệu suất xử lý lên đến 90% - 92%

Ngoài ra, bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đặc tính của nước thải và điều kiện vận hành của mô hình Việc kết hợp xử lý nước thải bằng vi sinh vật sinh trưởng

lơ lửng và sinh trưởng bám dính tạo nên ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử

lý Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống

Ứng dụng thiết kế hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi ĐH.Nông Lâm TP.HCM công suất 50m3/ngày.đêm

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt Vấn Đề 1

1.2 Mục Tiêu Khóa Luận 1

1.3 Nội Dung Nghiên Cứu 2

1.4 Phương Pháp Thực Hiện 2

1.5 Đối Tượng Và Phạm Vi Đề Tài 2

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHĂN NUÔI HEO – CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 4

2.1 Tổng Quan Nghành Chăn Nuôi Heo 4

2.2 Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo 5

2.2.1 Phương pháp cơ học 6

2.2.2 Phương pháp lý học 6

2.2.3 Phương pháp sinh học 6

2.2.3.1 Phương pháp xử lý kị khí 7

2.3 Tổng Quan Chung Về Công Nghệ Hybrid 14

2.3.1 Giới thiệu công nghệ hybrid 14

2.3.2 Các nghiên cứu về công nghệ hybrid đã thực hiện 15

2.4 Công Nghệ Hybrid Aeroten Kết Hợp Lọc Sinh Học & Lắng 19

2.4.1 Cấu tạo 19

2.4.2 Nguyên lý hoạt động – chế độ vận hành 20

2.4.3 Các quá trình diễn ra trong hệ thống 21

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình của hệ thống 22

2.4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 22

2.4.4.2 Ảnh hưởng của pH 23

2.4.4.3 Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt 23

2.4.4.4 Nhu cầu oxy 23

2.4.4.5 Lượng dinh dưỡng 24

2.4.4.6 Tỉ số F/M 25

2.4.4.7 Lượng bùn tuần hoàn 25

2.4.4.8 Thời gian lưu bùn 26

CHƯƠNG III 27

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ VẬT LIỆU LỌC 27

3.1 Chế Độ Vận Hành 27

3.1.1 Vị trí lắp đặt mô hình 27

3.1.2 Mô hình thí nghiệm 27

3.1.3 Mẫu nước thải 28

3.1.4 Bùn hoạt tính 28

3.2 Phương Pháp Thí Nghiệm 28

3.3.1 Giai đoạn chuẩn bị 28

3.3.2 Giai đoạn chạy thích nghi và xác định thông số động học 28

3.3.3 Giai đoạn chạy chính thức 29

3.2.3.1.Thí nghiệm 1 - ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý 29

3.2.3.2.Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước tới hiệu quả xử lý 29

3.2.3.3.Thí nghiệm 3 - ảnh hưởng của nồng độ bùn đến hiệu quả xử lý 30

3.3 Dụng Cụ Máy Móc Thiết Bị Và Phương Pháp Nghiên Cứu 30

3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm 30

3.3.2 Phương pháp phân tích 31

3.4 Kết Quả Và Thảo Luận 32

3.4.1 Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi heo sau hầm tự hoại 32

3.4.2 Kết quả nghiện cứu sự thích nghi 33

3.4.3 Tính toán các thông số động học 34

3.4.4 Kết quả nghiên cứu giai đoạn vận hành chính thức 38

3.4.3.1.Thí nghiệm 1 – So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi tại các nồng độ COD khác nhau 38

3.4.3.2.Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước đến hiệu quả xử lý 42

3.4.3.3.Thí nghiệm 3 - So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi tại các nồng độ bùn khác nhau 44

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 47

4.1 Quy Trình Công Nghệ 47

4.2 Tính Toán Thiết Kế Các Công Trình Đơn Vị 50

4.2.1 Ngăn tiếp nhận 50

4.2.2 Bể điều hòa 50

4.2.3 Bể UASB 51

4.2.4 Bể kết hợp (Hybrid) 51

4.2.5 Hồ sinh học bậc 1 52

4.2.6 Hồ sinh học bậc 2 52

4.2.7 Bể nén bùn 53

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 KẾT LUẬN 54

5.2 KIẾN NGHỊ 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tổng hợp đặc tính của vật liệu lọc 18

Bảng 2.2 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi sinh vật 24

Bảng 2.3 Giá trị dinh dưỡng cần thiết dể khử BOD( g/kg) 25

Bảng 3.1 Dụng cụ thí nghiệm 31

Bảng 3.2 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu 31

Bảng 3.3 Tính chất nước thải chăn nuôi heo 32

Bảng 3.4 Kết quả nghiên cứu sự thích nghi 33

Bảng 3.5 Các biến số và thông số của các phương trình 35

Bảng 3.6 Các thông số dùng để tính tốc độ sử dụng cơ chất riêng K (ngày1) và hằng số bán tốc độ Ks (mg/l) 36

Bảng 3.7 Các thông số dùng để tính hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd 37

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm 1 39

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm 2 42

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm 3 44

Bảng 4.1 Kết quả phân tích tích chất nước thải chăn nuôi 47

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí kết hợp lọc khị khí 16

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm Hybrid vách ngăn (JMS) + lọc sinh học (RBC) 18

Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm 19

Hình 3.1 Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí + lắng 27

Hình 3.2 Đồ thị biểu thị hiệu suất xử lý COD qua từng ngày 34

Hình 3.3 Sự biến thiên 1/U theo 1/S 36

Hình 3.4 Sự biến thiên 1/c theo U 37

Hình 3.5 Đồ Thị hiệu quả xử lý COD ứng với các nồng độ COD khác nhau 40

Hình 3.6 Đồ Thị sự biến đổi NTU ở các nồng độ COD khác nhau 40

HÌnh 3.7 Đồ Thị hiệu quả xử lý COD ứng với thời gian lưu khác nhau 43

Hình 3.8 Đồ Thị sự biến đổi NTU ở thời gian lưu khác nhau 43

Hình 3.9 Đồ Thị hiệu suất xử lý COD ứng với nồng độ bùn khác nhau 45

Hình 3.10 Đồ Thị sự biến đổi NTU ở các nồng độ bùn khác nhau 45

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) : Nhu cầu oxy sinh hóa 5

COD (Chemical Oxygen Demand) : Nhu cầu oxy hóa học

DO (Dissolved Oxygen) : Oxy hòa tan

F/M (Food and microorganism ratio) : Tỷ số thức ăn/ vi sinh vật

HRT (Hydraulic Retension Time) : Thời gian lư nước

MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) : Chất rắn lơ lửng trong hỗn dịch

SS (Suspended Solids) : Cặn lơ lửng

SRT(S Retension Time) : Thời gian lưu bùn

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1.1 Đặt Vấn Đề

Từ ngàn năm nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với cây lúa và chăn nuôi gia súc Chăn nuôi heo không chỉ cung cấp phần lớn thịt tiêu thụ hằng ngày,

là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho cây trồng, mà chăn nuôi heo còn tận dụng thức ăn

và thu hút lao động dư thừa trong nông nghiệp Với những đặc tính riêng của nó như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi heo luôn được quan tâm và nó trở thành con vật không thể thiếu được của cuộc sống hằng ngày trong hầu hết các gia đình nông dân Trong những năm gần đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện

và nâng cao, nhu cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt heo ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi heo bước sang bước phát triển mới Song song với sự phát triển của nghành chăn nuôi thì vấn đề môi trường do nguồn nước thải chăn nuôi gây ra cũng đang làm đau đầu các nhà quản lý môi trường và nhà đầu tư Hiện nay đã có rất nhiều công trình xử lý nước thải chăn nuôi tuy nhiên với chi phí xây dựng HTXL nước thải kiểu cũ tương đối cao gây ảnh hưởng đến chi phi thành phẩm, từ đó đã có rất nhiều nghiên cứu để đưa ra mô hình XLNT đạt hiệu xuất cao chi phí vận hành tương đối thấp Và công nghệ Hybrid đã được chú ý, là mục tiêu nghiên cứu của các nhà môi trường

1.2 Mục Tiêu Khóa Luận

Xác định thành phần tính chất nước thải chăn nuôi heo

Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ Hybrid thông qua các chỉ tiêu

Khảo sát chế độ vận hành công nghệ Hybrid

Đề xuất công nghệ XLNT chăn nuôi heo bằng công nghệ Hybrid

Ứng dụng thực tiễn (Thiết kế hệ thống XLNT Trại chăn nuôi heo DHNL đạt quy chuẩn QCVN 24 – 2009 BTNMT cột A)

1.3 Nội Dung Khóa Luận

Tổng quan về công nghệ Hybrid

Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu nước thải

Thiết kế và vận hành mô hình hybrid

Chạy mô hình theo từng giai đoạn thí nghiệm, phân tích xác định các chỉ tiêu Tổng hợp số liệu, ứng dụng thiết kế hệ thống XLNT Trại chăn nuôi heo DHNL

1.4 Phương Pháp Thực Hiện

Thu thập tài liệu từ thầy cô, sách, báo, internet,

Chạy mô hình

Phân tích mẫu

Phân tích, thống kê, tổng hợp kết quả

1.5 Đối Tượng Và Phạm Vi Đề Tài

Nước thải chăn nuôi tại Trung tâm chăn nuôi thú y thuộc khoa Chăn nuôi thú y Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Mô hình công nghệ Hybrid, thể tích 40 lít, được đặt tại phòng thí nghiệm khoa Công Nghệ Môi Trường Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM

Các thông số nghiên cứu: pH, COD, N tổng, P tổng, SS, độ đục

Thời gian nghiên cứu từ 15/8/2009 – 30/4/2010

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHĂN NUÔI HEO – CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI HEO

2.1 Tổng Quan Nghành Chăn Nuôi Heo

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế ở nước ta, vấn đề ô nhiễm môi trường trở thành vấn đề bức thiết hiện nay Một trong những nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trường là từ chăn nuôi

Ngành chăn nuôi ở nước ta những năm gần đây đã và đang phát triển nhanh chóng về cả chất lượng và quy mô Tuy nhiên, chăn nuôi hộ gia đình nhỏ lẻ cũng như trại chăn nuôi lớn việc quản lý và sử dụng các nguồn chất thải từ chăn nuôi còn nhiều bất cập Một số trang trại lớn đã có những biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn nuôi Trong khi đó, việc xử lý chất thải ở một số trang trại chưa được quan tâm Đặc biệt, chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu như còn bị thả nổi Một trong những nguyên nhân là do người chăn nuôi chưa hiểu rõ tầm quan trọng của việc xử lý nguồn chất thải; kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải còn thấp; luật xử lý chất thải còn chưa đồng bộ và khó áp dụng; chăn nuôi nhỏ lẻ cũng là một trong những nguyên nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải còn gặp nhiều khó khăn;…

Trong những năm gần đây, nhà nước cũng đã có nhiều chính sách hỗ trợ để cải thiện việc xử lý chất thải như: hỗ trợ kinh phí xây dựng hầm biogas; tận dụng nguồn chất thải để nuôi trùn quế; sử dụng chất thải chăn nuôi cho ngành trồng trọt…

Một số biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi có thể được áp dụng như sau:

1 Ủ sản xuất khí sinh học

Phương pháp này dựa vào nguyên lý lên men kị khí chất thải chăn nuôi để tạo ra khí CH4, CO2, H2S, và một số khí khác Các khí này được sử dụng để làm khí đốt dùng trong sinh hoạt gia đình, chạy máy phát điện…

2 Ủ phân hữu cơ

Sử dụng phân và một số nguyên liệu khác như cỏ khô, rơm, trấu, mụn cưa…trong một thời gian sau đó hỗn hợp này được sử dụng bón phân cho cây trồng Phương pháp này sẽ làm cho phân hoai mục và làm tiêu diệt trứng giun sán, mất mùi hôi…

3 Hồ sinh học

Được sử dụng đối với chất thải ở dạng lỏng Có thể kết hợp nuôi cá và dùng một

số loại cây thủy sinh như bèo tây, rau muống…Các yếu tố này làm sạch nước thải chăn nuôi

2.2 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

2.2.1 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

2.2.2 Phương pháp lý học

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

2.2.3 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

2.2.3.1 Phương pháp xử lý kị khí

a Quá trình 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:

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:

— Đơn giản trong vận hành

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

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

— Có thể vận hành ở tải trọng cao,

— 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

2.2.3.2 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

 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:

 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

 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

 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

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:

- 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

- 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

2.3 Tổng Quan Chung Về Công Nghệ Hybrid

2.3.1 Giới thiệu công nghệ hybrid

Sau giai đoạn ra đời của các hệ thống sinh học kị khí và hiếu khí vào năm 1968, cùng với sự hình thành hệ thống lọc sinh học kị khí, một số hệ thống Hybrid kị khí đã được bắt đầu nghiên cứu (Kennedy & Guiot, Post Couf, Sao Paulo.) Đến 1982, Weber Berghausen đã phát triển công nghệ hybrid hiếu khí bio 2 sludge Sau đó lần lượt các thế hệ hybrid lần lượt ra đời

Theo ADI Inc, Hybrid là sự kết hợp của hai hay nhiều quá trình sinh học, bao gồm cả quá trình sinh học hiếu khí và kị khí cũng như quá trình lơ lững và dính bám vào trong cùng thiết bị xử lý Hybrid có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào sự kết hợp các quá trình như: bùn hoạt tính với lọc sinh học, UASB với lọc sinh học, lọc sinh học

kị khí với lọc sinh học hiếu khí… Với cấu tạo trên, thiết bị hybrid đảm bảo mật độ vi sinh lớn nhất với thời gian lưu nhỏ nhất và rất thích hợp đối với các công trình có quy

mô nhỏ Ngoài ra, hệ thống Hybrid còn có thể nâng cao khả năng nitrat hóa nhờ kéo dài thời gian lưu tế bào (hay còn gọi là thời gian lưu bùn - phụ thuộc vào bùn bị loại bỏ) (Ochoa et al, 2002)

Các hệ thống hybrid được nghiên cứu:

 Kết hợp sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính trên cùng một hệ kỵ khí hoặc hiếu khí, tăng tải trọng vận hành và hiệu quả xử lý nhờ mật độ vi sinh vật cao dẫn đến giảm khối tích công trình

 Kết hợp sinh học và hấp phụ, sử dụng các chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn tham gia hấp phụ các chất ô nhiễm nhờ vậy gia tăng hiệu quả xử lý, loại bỏ các hợp chất độc hại, khó phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng

 Kết hợp sinh học và màng lọc nhờ vậy giảm khối tích công trình, tăng tải trọng vận hành, loại bỏ thành phần dinh dưỡng và lượng cặn sinh học triệt để, đơn giản hóa quy trình vận hành

 Kết hợp sinh học kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống xử

lý Cho phép các phản ứng thủy phân cắt mạch các hợp chất phức tạp được xảy ra đồng thời với các phản ứng sinh học hiếu khí chuyển hóa thành CO2 và nước Phản ứng diễn ra nối tiếp với tốc độ cao Đặc biệt là quá trình khử Nitơ sinh học như Nitrat hóa, khử Nitrat hay anammox (Nguyễn Thị Phương Loan, 2007) xảy ra trực tiếp trong cùng một hệ thống xử lý

2.3.2 Các nghiên cứu về công nghệ hybrid đã thực hiện

 Hybrid sinh học kị khí (UASB) kết hợp lọc sinh học hiếu khí

Công nghệ Hybrid được lựa chọn để nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt là công nghệ Hybrid sinh học kị khí (UASB) kết hợp với lọc sinh học hiếu khí (attached-growth):

Hình 2.1 Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí kết hợp lọc khị khí

 Các ưu điểm nổi bật của mô hình công nghệ Hybrid kị khí và hiếu khí:

- Hiệu quả xử lý rất cao, loại bỏ triệt để các chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng

có trong nước thải sinh hoạt

- Tiêu tốn năng lượng thấp

- Tiết kiệm diện tích sử dụng

- Rất linh hoạt, có thể ứng dụng ở quy mô lớn, vừa và nhỏ

- Có thể làm việc tốt khi tải trọng nước thải đầu vào biến động

- Lượng bùn sinh ra thấp (so với phương pháp bùn hoạt tính thông thường)

- Chi phí phù hợp, dễ vận hành nên dễ dàng triển khai ra thực tế Rõ ràng, với nhiều ưu điểm trên, việc nghiên cứu mô hình công nghệ Hybrid là việc làm hết sức thiết thực, góp phần mang lại hiệu quả xử lý cao nhất cho tất cả các loại nước thải sinh hoạt, trả lại sự trong sạch cho nguồn nước, trả lại sự trong sạch cho môi trường

 Nguyên tắc hoạt động của mô hình Hybrid:

Nước thải sau khi đã xử lý sơ bộ được bơm qua thiết bị Hybrid Nước thải sẽ dâng từ dưới lên đi qua lớp bùn kị khí, tại đây quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các

vi sinh vật kị khí, đồng thời quá trình loại bỏ các chất dinh dưỡng N, P cũng xảy ra tại vùng kị khí này (chủ yếu là chất dinh dưỡng đã bị nitrat hóa từ dòng hồi lưu) Sau đó, nước thải tiếp tục đi lên vùng thiếu khí (tùy nghi) Tại đây, quá trình phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ các chất dinh dưỡng được thực hiện triệt để hơn Nước thải tiếp tục

đi lên vùng lọc sinh học hiếu khí Tại đây, không khí được sục nhẹ để duy trì oxy trong vùng hiếu khí, một phần oxy khuyếch tán xuống dưới tạo thàng vùng tùy nghi Quá trình phân hủy chất hữu cơ gần như hoàn toàn trên giá thể lọc (ống ruột gà Ф27mm, l = 30mm), đồng thời quá trình nitrat hóa (nitrification) các chất dinh dưỡng cũng xảy ra Dòng hồi lưu sẽ tuần hoàn một phần nước thải đã nitrat hóa về vùng kị khí để thực hiện quá trình khử nitrat (denitrification), loại bỏ hoàn toàn N, P có trong nước thải Sau khi ra khỏi vùng lọc sinh học hiếu khí, các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải đã được loại bỏ triệt để, đảm bảo đạt tiêu chuẩn loại A để xả vào nguồn tiếp nhận

Bảng 2.1 Tổng hợp đặc tính của vật liệu lọc

 Hybrid vách ngăn (JMS) + lọc sinh học (MBR)

Sau xử lý bậc 1 những hợp chất hòa tan còn lại có thể loại bỏ nhờ xử lý sinh học

bổ sung hoặc xử lý hóa lý Việc kết hợp này được biết như công nghệ Hybrid đơn giản

và hiệu quả, Watarabe và cộng sự đã phát triển vách ngăn (JMS), bao gồm nhiều đĩa được đục lỗ đặt vuông gốc với dòng nước trong kênh Trong hệ thống này, sau khi tạo bông, bông lớn được giữ lại bởi những lỗ trên đĩa Vì vậy nước sau đĩa sẽ được xáo trộn nhờ lực của chính nó Quá trình keo tụ, tạo bông và lắng diễn ra như trên Để tăng hiệu quả đối với các phân tư đơn lẻ 1 bể lắng được đặt gần cuối của JMS Keo tụ lắng

sẽ làm giảm những hợp chất vô cơ, hữu cơ có đường kính lớn hơn 10-1µm vì vậy HCHC đi vào bể oxi hóa sinh học sẽ rất thấp như bằng 1 Trong trường hợp này, bể lọc sinh học hiệu quả hơn bùn hoạt tính Watanabe và đồng nghiệp đã nghiên cứu 1 loại mới của RBC sử dụng cho công nghệ hybrid

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm Hybrid vách ngăn (JMS) + lọc sinh học (RBC)

Kết hợp JMS và RBC (nâng cấp), áp dụng xử lý nước thải đô thị MiYaZaKi với Q= 100 m3/ngày., sau khi qua SCR vào JMS Sau khi thêm chất keo tụ, quá trình tạo bông (bông cặn màu nâu) lắng xảy ra trong JMS (PAC là chất keo tụ) kích thướt JMS: LxBxH là 200x100x136 Đĩa gồm 77 lỗ θ1cm trên nữa đĩa, khoảng cách các đĩa 20cm, RBC 3 bậc (3đĩa) có cánh khuấy 8 cánh inox không rỉ 141, ngang 2m, dày 0.25mm, 30 bánh răng Tốc độ quay 2rpm, Q=100 m3/ngày Trong trường hợp này thời gian lưu nước trong JMS là 45p, điện năng tiêu thụ của RBC là 0.07 KWH/m3 lượng điện năng

là thấp so với quá trình sinh học khác Theo thiết kế của tổ chức thoát nước nông thôn nhật bản, kênh oxy hóa với cùng thể tích xử lý như trên tiêu thụ lớn 0.4 kWH/m3

Có 2 lý do RBC tiêu thụ ít lượng điện hơn

1) bản chất RBC cần ít điện năng cho việc cung cấp oxy cho vsv

2) khả năng chịu tải RBC (Q lớn) lớn hơn so với hệ thống truyền thống có lắng bậc 1, vì quá trình tạo bông lắng loại bỏ lượng chất rắn lơ lửng lớn bao gồm

cả CHC

2.4 Công Nghệ Hybrid Aeroten Kết Hợp Lọc Sinh Học & Lắng

2.4.1 Cấu tạo

Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm

Mô hình được cấu tạo gồm 3 ngăn: ngăn aerotank, ngăn lọc sinh học (vật liệu làm bằng ống ruột gà) và ngăn lắng Mương chảy tràn hình răng cưa thu nước đầu ra, ống dẫn thu bùn dư và tuần hoàn bùn khi cần thiết, bộ phận sục khí… Các thiết bị cần thiết bao gồm: 1 máy bơm định lương bơm nước thải đầu vào, 1 máy thổi khí, 1 máy bơm bùn

Mô hình được làm bằng kính, với các kích thước như sau:

và phần Aerotank Mô hình họat động theo nguyên tắc nước thải sau giai đoạn kị khí được pha loãng theo nồng độ cần nghiên cứu, và được dẫn từ thùng chứa qua bể Aerotank (bùn hoạt tính) bằng bơm định lượng có van điều chỉnh, sau đó nước thải từ

bể Aerotank tự chảy qua bể lọc sinh học qua lớp vật liệu lọc theo quy tắc bình thông nhau qua khe hở ở phần dưới mô hình

Nước thải tiếp tục di chuyển qua ngăn lắng theo nguyên lý bình thông nhau qua khe hở giữa vách ngăn ngăn lắng và chảy ngược lên máng thu nước phía trên để xả ra ngoài Bùn lắng đọng dưới đáy bể lắng sẽ được tuần hoàn lại ngăn Aerotank , một phần

sẽ được thải bỏ theo yêu cầu bằng máy bơm bùn

2.4.2 Nguyên lý hoạt động – chế độ vận hành

Nước thải sau khi lấy từ công trình kỵ khí, pha loãng rồi được bơm qua thiết bị Hybrid bằng bơm định lượng Nước thải sẽ đi vào ngăn Aerotank qua lớp bùn hoạt tính

lơ lửng, tại đây quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hiếu khí, đồng thời xảy ra quá trình nitrat hóa các chất dinh dưỡng Sau đó, nước thải tiếp tục đến ngăn lọc sinh học hiếu khí qua khe hở ở phần dưới mô hình Tại đây, quá trình phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ các chất dinh dưỡng được thực hiện triệt để hơn Không khí được sục điều để duy trì oxy trong vùng hiếu khí Quá trình phân hủy chất hữu cơ gần như hoàn toàn trên giá thể lọc (ống ruột gà Ф27mm, l= 35mm) Nước thải sau ngăn lọc chảy vào ngăn lắng theo dòng từ dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng Tại đây nước thải đi qua lớp bùn và được xử lý thêm 1 lần nữa Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy tràn vào mương thu nước đầu ra Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn trở laị ngăn aerotank bằng máy bơm bùn

2.4.3 Các quá trình diễn ra trong hệ thống

Hybrid là công nghệ cải tiến được kết hợp từ hai quá trình sinh học nối tiếp nhau, đầu tiên nước thải được xử lý qua hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng Kế tiếp, nước thải lại được xử lý sinh học lại 1 lần nữa bằng phương pháp

xử lý lọc sinh học hiếu khí VSV sinh trưởng bám dính, làm cho VSV của hệ thống hoạt động ổn định và xử lý chất ô nhiễm triệt để hơn và kết hợp vùng lắng bùn lơ lững trong một công trình xử lý sinh học Là một hệ thống kết hợp nên chiếm ít không gian và các thiết bị đi kèm

Quá trình xử lý nước thải với vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng dạng lơ lửng: Quá trình này sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất hữu cơ dạng lơ lửng Sau một thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng và phát triển Các hạt lơ lửng trong nước thải được các tế bào vi sinh vật bám lên và phát triển thành các bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ Các

hạt bông cặn dần dần lớn lên do được cung cấp oxy và hấp thụ các chất hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển

Khi dòng nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, các vi sinh vật sẽ bám dính lên bề mặt giá thể tại ngăn lọc hiếu khí Trong số các vi sinh vật này có loài sinh ra các polysaccaride có tính chất như là một polymer sinh học có khả năng kết dính tạo thành màng Màng này cứ dày thêm với sinh khối của vi sinh vật dính bám hay cố định trên màng Màng được tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, với mật độ vi sinh vật rất cao Màng có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ, trong do ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được O2 sẽ chuyển sang phân hủy kỵ khí, sản phẩm của biến đổi

kỵ khí là các acid hữu cơ, các alcol,…Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã bị các vi sinh vật khác sử dụng Kết quả là lớp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lớp bên trong lại bị phân hủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc với màng

Công nghệ Hybrid được thiết lập trên nguyên lý bể lắng dòng chảy lên có lớp bùn lơ lững (upflow sludge blanket clarifier) Ngăn này có dạng hình tam giác, nước thải sau khi được xáo trộn đi từ dưới đáy bể lắng qua hệ thống vách ngăn thiết kế đặc biệt mà ở đó xảy ra quá trình tạo bông thủy lực Bể lắng hình tam giác tạo ra tốc độ dâng dòng chảy ổn định trên toàn bề mặt từ đáy đến mặt trên bể lắng, điều này cho phép sự giảm gradient vận tốc dần dần trong suốt bể lắng

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình của hệ thống

2.4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật

mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và sự phát triển cũng như tính lắng của bông bùn

Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng vật lý đến bông bùn Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc

độ lắng của bông bùn Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của bông bùn tăng lên

Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bông bùn Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ Những chất này được bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống

2.4.4.2 Ảnh hưởng của pH

pH là một yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật pH lớn quá hay thấp quá đều ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh Sự hình thành bông bùn tốt nhất ở pH nằm trong khoảng 6.5 - 8.5 Khi pH < 6.5 và > 8.5, liên kết giữa các bông bùn trở nên yếu, bùn nổi lên do các vi khuẩn không liên kết chặt chẽ

2.4.4.3 Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt

Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt động bề mặt như xà bông hoặc thuốc tây, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngưng trệ Khi đó, số lượng lớn bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu quả xử lý, tăng chi phí vận hành Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam) Một vài chất hoạt động bề mặt còn hiện diện như là độc tố

2.4.4.4 Nhu cầu oxy

Hàm lượng oxi hoà tan (DO): đây là một trong các thông số quan trọng nhất trong xử lý nước thải Nhu cầu DO tuỳ thuộc vào yêu cấu thiếu khí, hiếu khí hay kị

khí Khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn Nên duy trì DO trong ngăn hiếu khí: 2 - 4 mg/l DO cao (>

2 mg/l) có thể cải thiện tốc độ nitrat hoá với tải lượng BOD cao Giá trị DO > 4 mg/l

không cải thiện hoạt động đáng kể trong khi chi phí làm thoáng tăng đáng kể

2.4.4.5 Lượng dinh dưỡng

Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, BOD, làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không tan và thành tế bào mới Thiếu dinh dưỡng

sẽ gây ra một số vấn đề vận hành trong bùn hoạt tính bao gồm: mất bùn và gây bọt trên

bề mặt ngăn hiếu khí

Bảng 2.2 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi sinh vật

Các chất dinh dưỡng cần thiết C, Ca, Cl, H, K, Mg, O,P,S

Các chất dinh dưỡng thứ yếu B, Co, Cu, Cr, F, Fe, Mn, Mo, Se, Si, Zn

Theo Settleability Problem and loss of Solids in the Activated Sludge Proces

Nồng độ dinh dưỡng sẽ giới hạn khi nồng độ Nitơ và Photpho nằm trong khoảng Tỉ lệ BOD:N :P thường là 100:5:1.Nước thải công nghiệp thường chứa một lượng lớn BOD hòa tan phân hủy nhanh vì vậy cần phải cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng Khi thiếu dinh dưỡng lâu dài, các vi khuẩn dạng sợi sẽ phát triển, xuất hiện bọt, bông bùn do thiếu dinh dưỡng trở nên không tốt Trong suốt quá trình thiếu dinh dưỡng, một phần BOD không phân hủy được và sẽ chuyển sang dạng không tan polysaccharide hay bùn loãng Dạng này sẽ được hòa tan và phân hủy sau khi dinh dưỡng được bộ sung thêm Bùn loãng này ở bên ngoài tế bào, ảnh hưởng khả năng lắng

và làm sản sinh, tích lũy bọt

Bảng 2.3 Giá trị dinh dưỡng cần thiết dể khử BOD( g/kg)

Dinh dưỡng Số lượng cần thiết (g)

Mục đích của tuần hoàn bùn là duy trì đủ nồng độ bùn hoạt tính trong bể làm thoáng

Lưu lượng tuần hoàn bùn khoảng 50 - 70% của lưu lượng nước thải trung bình

2.4.4.8 Thời gian lưu bùn

SRT là yếu tố quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính, vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy

Hình 3.1 Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí + lắng

- Mô hình nghiên cứu được chế tạo bằng kính được kí hiệu như sau:

(1) : Ngăn aerotank

(2) : Ngăn lọc sinh học (vật liệu lọc: ống ruột gà ) (3) : Ngăn lắng

(4) : Bể chứa nước thải vào

- Các thiết bị đì kèm bao gồm: 1 bơm nước thải, 1 bơm bùn, 1 máy thổi khí

và đá bọt tán khí……

3.1.3 Mẫu nước thải

Mẫu nước thải tiến hành nghiên cứu là nước thải chăn nuôi heo, có đặc tính là ô nhiễm chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao được lấy từ bể chưá nước thải của Trung tâm chăn nuôi thú y thuộc khoa Chăn nuôi thú y trường ĐH Nông Lâm TPHCM

3.1.4 Bùn hoạt tính

Bùn được lấy tại bể lắng 2 của trạm xử lý nước thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức Bùn mang về được cung cấp chất dinh dưỡng, oxi để tạo bùn hoạt tính

3.2 Phương Pháp Thí Nghiệm

o Giai đoạn chuẩn bị

Đây là giai đoạn thiết kế mô hình, lấy bùn, lấy nước thải… và chuẩn bị những thiết bị cần thiết như bơm, dụng cụ thí nghiệm, vật dụng đựng nước…

Nước thải được lấy tại nguồn nước đầu ra tại bể tự hoại của trại chăn nuôi heo DHNL, sau đó được vận chuyển trong các can 30L về phòng thí nghiệm Tiến hành pha loãng nước thải để được nồng độ COD cần thiết

o Giai đoạn chạy thích nghi và xác định thông số động học

 Giai đoạn chạy thích nghi:

- Mục đích: Để có thời gian cho vi sinh vật thích nghi với nước thải và mô hình dần vào giai đoạn ổn định Đồng thời, giai đoạn này cũng là giai đoạn kiểm tra hệ

thống có hoạt động có đúng yêu cầu thiết kế hay không (kiểm tra hệ thống bơm, sục khí và dòng chảy nước thải trong hệ thống….)

- Cách tiến hành: Giai đoạn này hệ thống đang hoạt động với mô hình tĩnh, tải trọng thấp, nước thải được pha loãng để COD khoảng 200 – 400 mg/l Kiểm tra các thông số DO, nhiệt độ, pH, BOD : N : P

 Xác định thông số động học:

- Thay đổi lưu lượng cấp vào từ thấp đến cao, thời gian lưu nước giảm dần theo thang 8h, 6h, 4h, 2h ở bể Hybrid, cố định COD Lấy mẫu nước trước và sau xử lý để xác định hiệu suất xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng Đồng thời, xác định thời gian lưu nước tối ưu của bể

o Giai đoạn chạy chính thức

3.2.3.1 Thí nghiệm 1 - ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý Mục đích: Khảo sát sự thây đổi của hiệu suất xử lý ở các nồng độ COD khác nhau nhằm rút ra kết luận hệ thống hoạt động tốt ở nồng dộ chất ô nhiễm nào là thích hợp

Cách tiến hành:

- Sử dụng nồng độ bùn hoạt tính ở 3000mg/l, sau đó tăng dần nồng độ COD từ

300 – 1400 mg/l Khi tăng dần COD hiệu quả xử lý sẽ thay đổi theo Vẽ đồ thị hiệu suất H theo COD ta sẽ xác định được khoảng COD tối ưu cần tìm

3.2.3.2 Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước tới hiệu quả xử lý Kiểm soát nồng độ bùn ở khoảng 3000mg/l, đồng thời cho vào cùng một nguồn nước (COD như nhau), sau đó thay đổi lưu lương nước vào Cuối cùng phân tích chỉ tiêu COD đầu vào và đầu ra Vẽ biểu đồ thời gian lưu nước và hiệu quả khử COD, ta xác định được thời gian lưu tối ưu

3.2.3.3 Thí nghiệm 3 - ảnh hưởng của nồng độ bùn đến hiệu quả xử lý

Nồng độ bùn là thông số rất quan trọng trong quá trình xử lý nước thải vì nó ảnh hưởng tới rất nhiều thông số và quá trình, cuối cùng ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý Rõ ràng khi nồng độ bùn càng cao thì hiệu quả xử lý càng cao, giảm được thời gian xử lý

và dung tích bể Nhưng nồng độ bùn cao sẽ gây khó khăn cho bể lắng và quá trình vận hành hệ thống Do đó, ta phải khảo sát ảnh hưởng của nồng độ bùn nhằm xác định được khoảng nồng độ bùn nào là thích hợp với nước thải

Cách tiến hành:

- Kiểm soát hệ thống hoạt động dưới tải trọng thấp

- Tăng dần nồng độ bùn lên từ 2000 – 4000 mg/l; khảo sát hiệu quả xử lý tương ứng bằng cách xác định hiệu quả khử COD, chọn khoảng nồng độ bùn thích hợp

- Hiệu quả khử COD xác định theo công thức:

% 100





v

r v

COD

COD COD