Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo trang trại minh cảnh 77 ấp 2 xã mỹ yên huyện bến lức tỉnh long an công suất 150m3NGĐ

CHƯƠNG 2 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 2.1 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI Thành phần nước thải chăn nuôi là hỗn hợp lỏng và các chất rắn đi theo, bao gồm cả phâ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 LÝ DO TIẾN HÀNH ĐỀ TÀI

Từ ngàn năm nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với cây lúa vàchăn 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 nhưtăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi heo luôn được quan tâm và nó trở thành convật 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 vànâng 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 Hiện naytrên cả nước ta đã xây dựng nhiều mô hình chăn trại chăn nuôi heo với quy mô lớn, chủyếu phân bố tại 5 vùng trọng điểm là Mộc Châu (Sơn La), Hà Nội và các vùng phụ cận,khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh xung quanh, Lâm Đồng và một số tỉnhduyên hải miền Trung

Bên cạnh những mặt tích cực, vấn đề môi trường do ngành chăn nuôi gây ra đangđược dư luận và các nhà làm công tác môi trường quan tâm Ở các nước có nền chănnuôi công nghiệp phát triển mạnh như Hà Lan, Anh, Mỹ, Hàn Quốc,… thì đây là mộttrong những nguồn gây ô nhiễm lớn nhất Ở Việt Nam, khía cạnh môi trường của ngànhchăn nuôi chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi tốc độ phát triển chăn nuôingày càng tăng, lượng chất thải do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng nhiều, đedọa đến môi trường đất, nước, không khí xung quanh một cách nghiêm trọng

Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu

cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…nếu không xử lý kịp thời

Trang trại chăn nuôi Minh Cảnh đóng tại huyện Bến Lức tỉnh Long An là nơi sảnxuất và cung cấp heo giống cho các nông trại hay hộ gia đình trong khu vực Hiện naytrang trại có tổng số đàn là 250 con và hiện tại trang trại đang mở rộng diện tích chănnuôi heo có thể lớn tới 500 con Ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề lớn gây ảnhhưởng đến sản xuất và môi trường sống của người dân xung quanh Tại trang trại vẫnchưa có hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi Xuất phát từ hiện trạng trên, đòi hỏi phảiđánh giá lại hiện trạng môi trường và xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm góp phầnvào việc phát triển ngành chăn nuôi và tập trung giải quyết và tập trung giải quyết vấn

đề môi trường nóng bỏng từ nước thải chăn nuôi Vì vậy người thực hiện đã tiến hànhthực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo – Trang trạiMinh Cảnh 77 ấp 2, xã Mỹ Yên, huyện Bến Lức, tỉnh Long An công suất 150

CHƯƠNG 2 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG

CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

2.1 NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

Thành phần nước thải chăn nuôi là hỗn hợp lỏng và các chất rắn đi theo, bao gồm

cả phân, nước tiểu, nước tắm, nước tắm gia súc, rửa chuồng…

2.1.1 Phân

Phân là sản phẩm thải loại sau quá trình tiêu hóa của gia súc, gia cầm Là phầnthức ăn không được gia súc hấp thu để tạo ra sản phẩm mà bị bào tiết ra ngoài quađường tiêu hóa Chính vì vậy, phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồnghay các loại sinh vật khác như cá, giun,…Tuy nhiên, do thành phần giàu chất hữu cơcủa phân, chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, những chất mà khí phát tánvào môi trường có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, cho con người và các sinh vật khác.Thành phần hóa học của phân rất phong phú, bao gồm:

- Các chất hữu cơ: phân có thành phần hữu cơ rất đa dạng như các hợp chất protein,

carbonhydrat, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng Chúng có nguồn gốc từ thức

ăn, thông qua bộ máy tiêu hóa của gia súc, được phân giải thành các chất dinh dưỡngcần thiết cho gia súc, gia cầm; phần không được tiêu hóa được bài tiết ra ngoài dướidạng phân Trong đó, các chất xơ, do không bị thải ra theo phân, chiếm tỷ trọng lớntrong phân gia súc và là thành phần bị vi sinh vật phân giải nhanh nhất

Các chất vô cơ: thành phần vô cơ của phân bao gồm các hợp chất khoáng đa lượng

chứa Ca, P… và các nguyên tố vi lượng hay các kim loại nặng Cu, Fe, Pb, Co, Mn,Mg… có trong khẩu phần thức ăn gia súc, do không được tiêu hóa nên được thải ra

- Nước: nước là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phân Chúng chiếm từ 65

– 80% trọng lượng tươi của phân Chính do hàm lượng nước cao, trong điều kiện cóhàm lượng các chất hữu cơ cao, cho nên phân là môi trường tốt cho các vi sinh vật pháttriển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ, tạo nên các sản phẩm có thể gây độccho môi trường

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

- Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm: chúng bao gồm các thuốc

kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh…

- Các men tiêu hóa của bản thân gia súc: chủ yếu là các enzyme đường tiêu hóa sau

khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài…

- Các mô và chất nhờn: tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa của vật nuôi.

- Các thành phần tạp: từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến

thức ăn hay quá trình nuôi gia súc như đất, đá, cát, bụi…

- Các yếu tố gây bệnh sinh học: như các vi khuẩn hay ký sinh trong thức ăn.

Thành phần của phân có thể thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Chế độ dinh dưỡng của gia súc, gia cầm: thường tỷ lệ tiêu hóa thức ăn của gia súc,

gia cầm thấp nên một phần lớn chất dinh dưỡng trong thức ăn bị thải ra ngoài theo phân

và nước tiểu Khi thay đổi thành phần khẩu phần, thành phần và tính chất của các chấtkhoáng, protein, carbohydrate, các chất bổ sung khác chứa kích tố, kháng sinh enzym…thay đổi dẫn tới nồng độ các thành phần này trong phân hay các sản phẩm phân giải củaphân cũng sẽ thay đổi Đây chính là cơ sở để ngăn ngừa ô nhiễm từ chăn nuôi thông quaviệc điều chỉnh chế độ dinh dưỡng, tăng cường quá trình tích lũy trong các sản phẩmchăn nuôi, giảm bài tiết qua phân (Trương Thanh Cảnh, 1998)

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của phân heo có trọng lượng từ 70 – 100 kg

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv, (1997 – 1998)”

- Giai đoạn phát triển của gia súc và gia cầm: tùy thuộc vào giai đoạn phát triển của

gia súc, gia cầm mà nhu cầu dinh dưỡng và mức độ hấp thu thức ăn có sự khác nhau

Gia súc càng lớn có hệ số tiêu hóa càng thấp và lượng thức ăn bị thải ra trong phân cànglớn Vì vậy thành phần và khối lượng của phân cũng khác nhau ở các giai đoạn pháttriển của gia súc, gia cầm.

Trong các hệ thống chuồng trại, phân gia súc, gia cầm nói chung thường tồn tại cả

ở dạng phân lỏng, trung gian giữa chất lỏng và chất rắn hay tương đối rắn Chúng chứacác chất dinh dưỡng, đặc biệt là các hợp chất giàu nitơ và phospho Những chất này cóthể trở thành nguồn cung cấp dinh dưỡng phong phú cho cây trồng và làm tăng độ màu

mỡ của đất Vì vậy, trong thực tế thường dùng phân để vừa làm giảm chất thải phát tán

ra môi trường giảm thiểu ô nhiễm môi trường Theo nghiên cứu của Trương ThanhCảnh (1997, 1998), hàm lượng N tổng số trong phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32 g/kg Đây

là nguồn dinh dưỡng có giá trị, cây trồng dễ hấp thụ và góp phần cải tạo đất nếu nhưphân gia súc được sử dụng hợp lý

Trong phân chứa nhiều loại vi sinh vật và kí sinh trùng kể cả có lợi và có hại

Trong đó, các vi khuẩn thuộc loại Enterobacteriacea chiếm đa số với các loại điển hình như: E.coli, Samonella, Shigella, Kết quả phân tích của một số tác giả cho thấy: đa

phần các loại vi khuẩn gây bệnh tồn tại từ khoảng thời gian 5 – 17 ngày trong phân và

đất Đáng lưu ý là virus gây bệnh viêm gan Rheovirus, Adenovirus Cũng theo số liệu

của các nghiên cứu này cho biết, trong 1kg phân có thể chứa 2.100 – 5.000 trứng giun

sán, chủ yếu là Ascarisium (chiếm 39 – 83%), Oesophagostomum (chiếm 60 – 68,7 %)

và Trichocephalus (chiếm 47 – 58,3%) Điều kiện thuận lợi cho mỗi loại vi sinh vật tồn

tại, phát triển và gây hại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: quá trình thu gom, lưu trữ và sửdụng phân, các điều kiện môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ, ánh sáng, kết cấucủa đất, thành phần các chất trong phân…

Trong phân còn chứa nhiều loại vi sinh vật và kí sinh trùng kể cả có lợi và có hại

Trong đó, các vi khuẩn thuộc loại Enterobacteriacea chiếm đa số với các loại điển hình như: E.coli, Samonella,… Kết quả phân tích của một số tác giả cho thấy: đa phần các

loại vi khuẩn gây bệnh tồn tại từ trong khoảng thời gian 5 – 15 ngày trong phân và đất

Đáng lưu ý nhất là virus gây bệnh viêm gan Rheovirus, Adenovirus Cũng theo số liệu

của các nghiên cứu này cho biết trong 1kg phân có thể chứa 2.100 – 5.000 trứng giun

sán, chủ yếu là Ascarisium (chiếm 39 – 83%), Oesophagostomum (chiếm 60 – 68,7 %)

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

và Trichocephalus (chiếm 47 – 58,3%) Điều kiện thuận lợi cho mỗi laoij vi sinh vật tồn

tại, phát triển và gây hại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: quá trình thu gom, lưu trữ và sửdụng phân, các điều kiện môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ, ánh sáng, kết cấucủa đất, thành phần các chất trong phân

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm

Bảng 2.3 Thành phần hóa học nước tiểu heo 70 – 100kg

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv, (1997 – 1998)”

Thành phần chính của nước tiểu là nước, chiếm khoảng trên 99% khối lượng.Trong thành phần vật chất khô có một lượng lớn nitơ (chủ yếu dưới dạng urê) và một sốchất khác ở dạng vi lượng như các chất khoáng, các hormone, creatin, sắc tố, axit mật vànhiều sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của con vật…

Trong tất cả các chất có trong nước tiểu, ure là chất chiếm tỷ lệ cao và dễ dàng bị

vi sinh vật phân hủy trong điều kiện có oxy, tạo thành khí ammonia Ammonia là mộtkhí rất độc và thường tạo ra rất nhiều từ ngay trong giai đoạn sử dụng chất thải Khinước tiểu được động vật bài tiết ra ngoài, ure dễ dàng bị vi sinh vật của phân hay trongmôi trường phân hủy tạo thành khí ammonia bốc hơi vào trong không khí gây mùi hôikhó chịu Tuy nhiên nếu nước tiểu gia súc được sử dụng hợp lý hay bón cho cây trồngthì chúng là nguồn cung cấp dinh dưỡng giàu nitơ, phosphor và các yếu tố khác ở dạng

dễ hấp thu cho cây trồng

Thành phần nước tiểu thay đổi tùy thuộc loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinhdưỡng và điều kiện khí thải

Lượng nước tiểu thải ra hàng ngày của một số loại gia súc được trình bày trong bảngsau:

Bảng 2.4 Lượng nước tiểu thải ra hàng ngày của một số loại gia súc

Loài gia súc, gia cầm Lượng nước tiểu (kg/ngày)

-“Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, (1994)”

2.1.3 Nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được giasúc, gia cầm thải ra Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chănnuôi Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và các ctv (2006) trên gần 1.000 trại chănnuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía Nam cho thấy: hầu hết các cơ sở chănnuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc Cứ 1kg chất thải chăn nuôi dolợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc

từ các hoạt động tắm gia súc hay dùng để rửa chuồng hàng ngày… Việc sử dụng nướctắm cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn lơ lửng,các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các hợp chất nitơ và phospho.Nước thải chăn nuôi còn là nguồn phong phú chứa rất nhiều tác nhân sinh học như visinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác Do ở dạnglỏng và thành phần nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy visinh vật rất cao.

Chúng có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường đất,nước và không khí

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của phân,nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom phân như sốlần thu gom, phương pháp vệ sinh chuồng trại (có hốt hay không hốt phân, trước khi rửachuồng), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh chuồng trại…

Nước thải có hàm lượng từ 95 – 98,5% (Trương Thanh Cảnh và ctv 1998) Nướcthải chăn nuôi tuy không chứa nhiều các chất độc hại trực tiếp như nước thải côngnghiệp, nhưng chúng gây độc tiềm tàng, do chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy tạo nêncác sản phẩm độc hay chứa các vi khuẩn, virus, trứng giun sán hay ký sinh trùng gâybệnh,…

Theo nghiên cứu của nhiều tác giả (Jawetz et al, 1963; Bonde, 1967; Chang, 1968;Mosley và Koff, 1970; Primasevi, 1970; Mitchell, 1972; G.V Xoxibarov, 1974;A.Kigirov, 1982; G Rheiheinmer, 1985; và một số tác giả khác) về thành phần các loại

vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán trong thành phần phân heo và nước thải chăn nuôi heocũng như thời gian tồn tại của các tác nhân gây bệnh này trong phân gia súc, nước thải

chăn nuôi và môi trường cho biết: vi trùng gây bệnh đóng dấu Erypelothrix insidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Salmonella 6 – 7 tháng, Leptospira 5 – 6

tháng, virus lở mồn long móng trong nước thải 100 – 120 ngày Các loại vi trùng nha

bào như: Bacillus antharacis có thể tồn tại hơn 10 năm, Bacillus tetani 3 – 4 năm Trứng giun sán với các loại điển hình như Fasciola hepatica, Fasciola gigantic,… có

thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 – 28 ngày và tồn tại 5 – 6 tháng Các vi

trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới là Samonella typhi và Samonella paratyphi, E.Coli, Shigella, Vibrio comma, gây bệnh dịch tả Một số loại vi khuẩn có

nguồn gốc từ nước thải chăn nuôi có thể tồn tại trong các loại nhuyễn thể sống ở môitrường nước có nhiễm nước thải chăn nuôi Do đó, các vi trùng này có thể gây bệnh chocon người khi ăn uống các loài sò, ốc hay các thức ăn nấu chưa được chín kĩ (trích dẫnbởi Trương Thanh Cảnh, 2010).

Tính chất nước thải chăn nuôi được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.5 Tính chất nước thải chăn nuôi heo

2.2 TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO

Chất thải gia súc thải ra môi trường có thể dẫn đến hiện trạng phú dưỡng hóa đốivới nước mặt, ô nhiễm NH3, kim loại nặng và các loại kí sinh trùng, vi trùng (như

E.Coli, Salmonella, Cryptospridium, Giaradia, Cholera,…) Hiện tượng phú dưỡng hóa

là sự phát triển quá mức của tảo do dư Nitơ, Phospho Đến mức độ giới hạn tảo sẽ bịchết Do đó, các vi khuẩn phân hủy rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxy trong nướclàm cạn kiệt nguồn oxy một cách nhanh chóng và khi chết chúng tạo ra mùi khó chịucho nước Khi quá trình oxy hóa bị ngưng lại, khi đó các vi khuẩn kị khí có sẵn trongnguồn nước thải sẽ phân hủy kị khí các chất hữu cơ tạo thành CH4, CO2, H2S,… Cũng

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

chính môi trường này, một số loại sinh vật không tồn tại sự sống như cá, ếch nhái, nếulượng nước thải này được xả thải trực tiếp ra mạng lưới thoát nước sẽ gây mùi hôi thối

và gây ô nhiễm nước mặt Ngoài ra, các loại tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màngkhiến cho bên dưới không có ánh sáng Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới

bị ngưng trệ Đặc biệt, các chất thải sẽ thấm xuống đất, đi vào nước ngầm làm ô nhiễmmôi trường nước ngầm, nhất là các giếng mạch nông gần chuồng nuôi gia súc hay hốchứa chất thải mà không có hệ thống thoát nước an toàn

Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệthủy sinh, nghề nuôi trồng thủy sản, du lịch và cấp nước

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải tính cho 1000kg trọng lượng của heo

“Nguồn: ASEA standards (trích dẫn bởi Trương Thanh Cảnh, 2010)”

Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm chính đến môi trường nước và các chỉ tiêu đánhgiá ô nhiễm nước:

2.2.1 Chất hữu cơ

Trung bình 15% sinh khối thức ăn chuyển thành phân lợn khô Các thức ăn, dưỡngchất khó đồng hóa và hấp thụ cuối cùng được bài tiết ra bên ngoài theo phân, nước tiểucùng các sản phẩm trao đổi chất Ngoài ra, còn có thức ăn thừa, ổ lót và xác động vậtchết không được xử lý

Đa số các carbomhydrate, protein, chất béo trong chất thải có phân tử lượng lớnnên không thể thấm qua màng vi sinh Để chuyển hóa các phân tử này, vi sinh phải phânhủy chúng ra thành các mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào Vì thế quá trình phân hủyhợp chất hữu cơ nhờ VSV trải qua 2 giai đoạn chủ yếu như sau:

Giai đoạn 1: Thủy phân các chất phức tạp thành đơn giản như carbonhydrate thành

đường đơn, protein thành acid amin, chất béo thành acid béo mạch ngắn

Giai đoạn 2: Phân hủy sinh học hiếu khí để chuyển các chất hữu cơ thành khí carbonic

và nước theo sơ đồ sau:

+ ôxi hòa tan trong nướcChất hữu cơ CH4 + CO2 + năng lượng

Vi sinh hiếu khí

Còn trường hợp phân hủy kị khí thì sản phẩm cuối cùng sẽ là acid hữu cơ, rượu vàkhí carbonic, mêtan, hydrosulfua

Vi sinh hiếu khíChất hữu cơ CH4 + acid hữu cơ

Thông số đánh giá:

- Nhu cầu ôxy hóa học (COD): là lượng ôxy hóa (thể hiện bằng gram hay miligramO2 theo đơn vị thể tích) cần để ôxy hóa chất hữu cơ trong nước COD cao gây thiếu hụtôxy hòa tan trong nguồn tiếp nhận làm mất khả năng làm sạch của dòng nước

- Nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD): là lượng ôxy (thể hiện bằng gram hoặc miligram O2theo đơn vị thể tích) cần có VSV tiêu thụ để ôxy hóa sinh hóa học các chất hữu cơ.Thông số BOD có tầm quan trọng thực tế vì đây là thông số cơ sở để thiết kế và vậnhành khi xử lý nước thải

Sự khác nhau cơ bản giữa COD và BOD: cả hai thông số đều xác định lượng chấthữu cơ có khả năng bị ôxy hóa trong nước hoặc nước thải nhưng chúng khác nhau về ýnghĩa BOD chỉ thể hiện lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, nghĩa là chất hữu cơ

có thể bị ôxy hóa nhờ vai trò của VSV Còn COD thể hiện toàn bộ các chất hữu cơ cóthể bị ôxy hóa bằng tác nhân hóa học Do vậy tỉ số COD/BOD luôn lớn hơn 1

2.2.2 Nitơ và Phospho

Bởi vì khả năng hấp thụ nitơ, phospho của gia súc tương đối thấp nên phần lớn sẽđược bài tiết ra ngoài Vì vậy, hàm lượng nitơ, phospho trong chất thải chăn nuôi tươngđối cao, nếu không được xử lý tốt sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước,ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Nitơ: Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với heo trưởng thành, trong 100 g nitơ ăn

vào có 30g được giữ lại trong cơ thể, 50g được bài tiết theo nước tiểu dưới dạng urê làdạng dễ phân hủy sinh học và độc hại cho môi trường, 20g được bài tiết theo phân dạngnitơ VSV là dạng khó phân hủy và an toàn cho môi trường Tùy theo sự có mặt của ôxytrong nước mà Nitơ chủ yếu tồn tại dưới dạng NH4 , NO2-, NO3-

Khi nước tiểu và phân được bài tiết ra ngoài, nhóm niệu khuẩn Urobacteria như Micrococus ureae sẽ sản sinh ra enzym ureae chuyển hóa thành NH3, ammoniac nhanhchóng phát tán vào trong không khí gây nên mùi hôi hay khuếch tán vào trong nguồnnước gây ô nhiễm nguồn nước

(NH2)2CO + H2O NH4 + OH- + CO2  NH3 + H2O + CO2

Nồng độ amoniac tạo thành tùy thuộc vào lượng urê, pH chất thải và điều kiện lưutrữ chất thải

Sau khi amoniac khuếch tán vào nước, nó tiếp tục được chuyển hóa thành NO2-,NO3- nhờ vi khuẩn nitrat hóa trong điều kiện có ôxy Đến khi gặp điều kiện kỵ khí nitratlại bị VSV kỵ khí khử trùng thành nitơ tự do tách khỏi nước Lượng ôxy cần thiết đểôxy hóa các chất hữu cơ chứa nitơ trong nước thải chăn nuôi chiếm 47% TOD (nhu cầuôxy lý thuyết)

Cả 3 dạng ammoni (NH4 ), nitrit (NO2-), hay nitrat (NO3-) đều có ảnh hưởng đếnsức khỏe con người Vì khi đi vào cơ thể, gặp điều kiện thích hợp ammoniac và nitrat cóthể chuyển hóa thành nitrit, mà nitrit có ái lực mạnh với hồng cầu trong máu mạnh hơnôxy nên khi nó thay thế ôxy sẽ tạo thành methemoglobin, ức chế chức năng vận chuyển

ôxy đến các cơ quan của hồng cầu, ngăn cản quá trình trao đổi chất của cơ thể, làm cho

cơ quan thiếu ôxy, đặc biệt là ở não dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí dẫnđến tử vong

Phospho: Trong nước thải chăn nuôi, phosphate chiểm tỉ lệ cao, thường tồn tại ở dạng orthophosphate (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphosphat (hay polyphosphate) và

phosphate hữu cơ Phosphate không độc hại con người, nhưng là một chỉ tiêu giám sátmức độ chuyển hóa chất ô nhiễm của các công trình xử lý có hệ thống công trình có hồsinh vật và cây thủy sinh

Trong các hồ nghèo dinh dưỡng nồng độ phosphat là thấp và có xu hướng suygiảm Và tỉ lệ nồng độ nitơ và phospho thường lớn hơn 12, do đó sự phú dưỡng hóa là

do phospho khống chế Vì vậy có thể nói là thông số giới hạn để đánh giá sự phú dưỡng

do tác nhân ô nhiễm không bền vững

Nghiên cứu của Bonde, 1967 cho thấy đa số các VSV gây bệnh không thể pháttriển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong những ngày đầu sau

đó chậm dần Các loại vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới là Salmonella typhi và Salmonella paratyphi, E.Coli, Shigella, Vibrio comma gây bệnh dịch tả, nhiều

loại VSV có thể tồn tại và phát triển trong các loài nhuyễn thể do đó tạo nguy cơ gâybệnh do tập tục ăn sống sò, ốc

Một đặc điểm cần chú ý là mối quan hệ giữa thời gian sống sót của các virus, vikhuẩn đường ruột và độ lớn của quần thể VSV trong nguồn tiếp nhận nước thải chănnuôi phức tạp trong đó chủ yếu là vi khuẩn gây thối có 3 – 16 triệu/mlvới các đại diện:

Pseudomonas flourescen, Bacillus Subtilis, vi khuẩn phân hủy đường, mỡ, E.Coli,…Vi

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

khuẩn phân hủy nitrat hóa Thiobacilus Denitrificans, Micrococcus Denitrificans Hệ

VSV nay ảnh hưởng lớn đến tính chất và khả năng tự rửa sạch của nguồn nước

Chất NH3, sau một quá trình chuyển hóa, tạo NO3- trong nước NO3- tồn tại trong đất vớimột lượng cao có thể ngấm qua đất để vào nước ngầm Nước có nồng độ NO3- cao cókhả năng gây tử vong cho trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

Với thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi như trên, có thể áp dụng cácphương pháp xử lý sau:

2.3.1 Phương pháp xử lý 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 điềukiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình xử lý tiếp theo Ngoài ra có thể dùngphương pháp ly tâm hoặc lọc Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn(khoảng vài ngàn mg/l) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các côngtrình xử lý phía sau

Sau khi tách, nước thải được đưa sang các công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi ủ để làm phân bón

2.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý

2.3.2.1 Keo tụ – tạo bộng

Mục đích nhằm loại bỏ các 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 nhiềuthời 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 vớipolymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ.

Nguyên tắc của phương pháp này là: cho vào trong nước thải các hạt keo mangđiện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải (các hạt có nguồn gốc silic vàchất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắthidroxi được đưa vào mang điện tích dương) Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, cáchạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và

dễ lắng hơn

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2002) tại trại chăn nuôi heo 2/9: kếtquả phân tích nước thải sau xử lý cho thấy 74 % và 95% chất rắn lơ lửng được loại bỏbằng phương pháp keo tụ điện hóa Keo tụ điện hóa có thể là một phương pháp đơn giản

để xử lý nước thải chăn nuôi

Ngoài keo tụ còn loại bỏ được P tồn tại ở dạng PO43- do tạo thành kết tủa AlPO4 vàFePO4

Bảng 2.7 Hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp keo tụ điện hóa Chỉ tiêu Keo tụ hóa học Hiệu quả xử lý nước thải (%) Keo tụ hóa học kết hợp điện hóa

áp dụng nhằm tách các chất rắn có kích thước nhỏ, lắng kém

Các loại bể tuyển nổi thường gặp:

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ hoc (tuabin hướng trục) được sử

dụng rộng rãi trong lĩnh vực khai khoáng cũng như trong lĩnh vực xử lý nước thải,các thiết bị kiểu này cho phép tao bọt khí khá nhỏ

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén: qua các vòi phun (xử lý

nước thải chưa các tạp chất dễ ăn mòn vật liệu chế tạocác thiết bị cơ giới với cácchi tiết chuyển động), qua các tấm xốp…

- Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyển nổi chân không, tuyển nổi không

áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước): được sử dụng rộng rãi với nướcthải chứa chất bẩn kích thước nhỏ vì nó cho phép tạo bọt khí rất nhỏ

- Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học, tuyển nổi hóa học

2.3.2.3Khử trùng

Mục đích của việc khử trùng là nhằm loại bỏ các vi sinh vật (có nhiều trong nướcthải chăn nuôi) có khả năng gây ảnh hưởng đến môi trường tiếp nhận và sức khỏe conngười

Một số phương pháp và hóa chất khử trùng thường gặp:

 Phương pháp Chlor hoá

Là phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay Chlor cho vào nước thải dướidạng hơi hoặc Clorua vôi Lượng Clor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nướcthải là: 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn.Clor phải được trộn đều với nước và để đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúcgiữa nước và hoá chất là 30 phút trước khi nước thải ra nguồn Hệ thống Clor hoá nướcthải Clor hơi bao gồm thiết bị Clorato, máng trộn và bể tiếp xúc Clorato phục vụ chomục đích chuyển Clor hơi thành dung dịch Clor trước khi hoà trộn với nước thải vàđược chia thành 2 nhóm: nhóm chân không và nhóm áp lực Clor hơi được vận chuyển

về trạm xử lý nước thải dưới dạng hơi nén trong banlon chịu áp Trong trạm xử lý cầnphải có kho cất giữ các banlon này Phương pháp dùng Clor hơi ít được dùng phổ biến

 Phương pháp Ozon hoá

Ozon hoá tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hoá bằngOzon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước Bằng Ozon hoá có thể

xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, thuốc nhuộm … Sau quá trìnhOzon hoá số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99% Ngoài ra, Ozon còn oxy hoá cáchợp chất Nitơ, Photpho … Nhược điểm chính của phương pháp này là giá thành cao vàthường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp

kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau Và tùy theo khả năng về tài chính,diện tích đất mà người ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xửlý

2.3.3.1 Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học

 Xử lý theo phương pháp hiếu khí

Xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cầncung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Các vi sinhvật hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn N và P cùng với một số nguyên tố vilượng khác làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối.Bên cạnh đó quá trình hô hấp nội bào cũng diễn ra song song, giải phóng CO2 và nước.

Cả hai quá trình dinh dưỡng và hô hấp của vi sinh vật đều cần oxy Để đáp ứng nhu cầuoxy hòa tan trong nước, người ta thường sử dụng hệ thống sục khí bề mặt bằng cáchkhuấy đảo hoặc bằng hệ thống khí nén

 Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng (bùn hoạt tính)

Quá trình này sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tanhoặc các chất hữu cơ dạng lơ lửng Sau một thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn bắtđầu tăng trưởng và phát triển Các hạt lơ lửng trong nước thải được các tế bào vi sinhvật bám lên và phát triển thành các bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ Các

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

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

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, bên cạnh

đó còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật, giun, sán,… kết thànhdạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước Trong bùn hoạt tính ta thấy có

loài Zoogelea trong khối nhầy Chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy xung quanh tế

bào, bao nhầy này là một polymer sinh học với thành phần là polysaccharide có tácdụng kết các tế bào vi khuẩn lại tạo thành bông

Một số công trình hiếu khí phổ biến xây dựng trên cơ sở xử lý sinh học bằng bùnhoạt tính:

- Bể aerotank thông thường:

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug-flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiềurộng Trong bể, nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tínhtuần hoàn đưa vào đầu bể Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể Quá trình phânhủy nội bào xảy ra ở cuối bể

- Bể aerotank xáo trộn hoàn toàn:

Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp Thiết bị sục khí cơ khí(motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng Bể nàythường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhấttrong toàn bộ thể tích bể

- Bể aerotank mở rộng:

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp

và chất lượng nước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 -30ngày)

- Mương oxy hóa:

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủxáo trộn bùn hoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s đểtránh lắng cặn Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý N

- Bể hoạt động gián đoạn (SBR):

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làmđầy và xả cặn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạtđộng liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lầnlượt theo các bước: (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cặn, (5) ngưng.

 Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Khi dòng nước thải đi qua những lớp vật liệu rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽbám dính lên bề mặt Trong số các vi sinh vật này có loài sinh ra các polysaccaride cótính 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 đượctạo 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 nhậnđược 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 sửdụng Kết quả là lớp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lớp bên trong lại bị phânhủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc với màng

 Xử lý theo phương pháp kỵ khí

 Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

- Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

Về cấu trúc: Bể UASB là một bể xử lý với lớp bùn dưới đáy, có hệ thống tách và thu

khí, nước ra ở phía trên Khi nước thải được phân phối từ phía dưới lên sẽ đi qua lớpbùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ cótrong nước thải Bên trong bể UASB có các tấm chắn có khả năng tách bùn bị lôi kéotheo nước đầu ra

Về đặc điểm: Cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí được lắp đặt trong cùng một

công trình Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB hình thành loại bùn hạt có mật độ

vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng

lơ lửng

- Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Hỗn hợp bùn và nước thải được khuấy trộn hoàn toàn trong bể kín, sau đó được đưasang bể lắng để tách riêng bùn và nước Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dưthải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm Bể phản ứng tiếpxúc thực sự là một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếpxúc với các chất ô nhiễm trong nước thải.

 Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

- Bể lọc kỵ khí

Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa nhiềucacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếpxúc với lớp vật liệu có các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển

- Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc

cố định

Là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám

 Hồ sinh học

Người ta có thể ứng dụng các quy trình tự nhiên trong các ao, hồ để xử lý nướcthải Trong các hồ, hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vikhuẩn và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo Các quá trình lý học, hóa học bao gồmcác hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học … cũng diễn ratại đây Việc sử dụng ao hồ để xử lý nước thải có ưu điểm là ít tốn vốn đầu tư cho quátrình xây dựng, đơn giản trong vận hành và bảo trì Tuy nhiên, do các cơ chế xử lý diễn

ra với tốc độ tự nhiên (chậm) do đó đòi hỏi diện tích đất rất lớn Hồ sinh học chỉ thíchhợp với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Hiệu quả xử lý phụ thuộc sự phát triển của

vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo

và một số loài động vật khác nhau

Hệ hồ sinh học có thể phân loại như sau:

(1) Hồ hiếu khí (Aerobic Pond); (2)Hồ tùy nghi (Facultative Pond); (3) Hồ kỵ khí(Anaerobic Pond); (4) Hồ xử lý bổ sung

 Hồ hiếu khí (Aerobic Pond):

- Hồ làm thoáng tự nhiên:

Oxy được cung cấp cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ chủ yếu do sự khuếch tánkhông khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (rong, tảo,…).Chiều sâu của hồ phải bé (thường lấy khoảng 30-40 cm) để đảm bảo cho điều kiện hiếukhí có thể duy trì tới đáy hồ Trong hồ, nước thải được xử lý bởi quá trình cộng sinhgiữa tảo và vi khuẩn, các động vật bậc cao hơn như nguyên sinh động vật cũng xuất hiệntrong hồ và nhiệm vụ của chúng là làm sạch nước thải (ăn các vi khuẩn) Các nhóm vikhuẩn, tảo hay nguyên sinh động vật hiện diện trong hồ tùy thuộc vào các yếu tố nhưlưu lượng nạp chất hữu cơ, khuấy trộn, pH, dưỡng chất, ánh sáng và nhiệt độ

Hiệu suất chuyển hóa BOD5 của hồ rất cao, có thể lên đến 95% Tuy nhiên, chỉ cóBOD5 dạng hòa tan mới bị loại khỏi nước thải đầu vào, và trong nước thải đầu ra chứanhiều tế bào tảo và vi khuẩn, do đó nếu phân tích tổng BOD5 có thể sẽ lớn hơn cả tổngBOD5 của nước thải đầu vào Nhiều thông số không thể khống chế được nên hiện nayngười ta thường thiết kế theo lưu lượng nạp đạt từ các mô hình thử nghiệm Việc điềuchỉnh lưu lượng nạp phản ánh lượng oxy có thể đạt được từ quang hợp và trao đổi khíqua bề mặt tiếp xúc nước, không khí

Do độ sâu nhỏ, thời gian lưu nước dài nên diện tích của hồ lớn Vì thế hồ chỉ thíchhợp khi kết hợp việc xử lý nước thải với nuôi trồng thủy sản cho mục đích chăn nuôi vàcông nghiệp

- Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo:

Nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinh học từ các thiết bị như bơm khí nén haymáy khuấy cơ học Vì được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5 m.Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400 kg/(ha.ngày) Thời gian lưu nước trong hồ 1-3 ngày

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo do có chiều sâu hồ lớn, mặt khác việc làm thoángcũng khó đảm bảo toàn phần vì thế một phần lớn của hồ làm việc như hồ hiếu-kỵ khí,nghĩa là phần trên hiếu khí, phần dưới kỵ khí

 Hồ tùy nghi (Facultative Pond):

Việc xử lý nước thải tốt là do hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và tùynghi Từ trên xuống đáy hồ có 3 khu vực chính

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Khu vực thứ nhất (hay là khu vực hiếu khí) được đặc trưng bởi hệ cộng sinh giữa

vi khuẩn và tảo Nguồn oxy được cung cấp bởi oxy khí trời thông qua quá trình trao đổi

tự nhiên qua bề mặt hồ, và oxy được tạo ra qua quá trình quang hợp của tảo Oxy được

vi khuẩn sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các dưỡng chất và CO2, tảo sửdụng các sản phẩm này để quang hợp

Khu vực trung gian (hay là khu vực kỵ khí không bắt buộc) đặc trưng bởi các hoạtđộng của các vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc

Khu vực thứ ba (hay là khu vực kỵ khí) đặc trưng bởi các hoạt động của các vikhuẩn kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ lắng đọng dưới đáy bể

 Cánh đồng tưới

Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ốngphân phối phun nước thải lên mặt đất Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vàođất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏ sinh trưởng Phươngpháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đất khôcằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm

Nước thải Bể tự hoại

(hoặc biogas) Bể lắng Nguồn tiếp nhận

 Xả nước thải vào ao, hồ, sông suối

Nước thải được xả vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên

để pha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn Đối với nước thảichăn nuôi heo, biện pháp này thường không được áp dụng vì nó gây mùi hôi thối rấtnghiêm trọng và giết chết các loài thủy sinh vật sống trong nước Mặc dù vậy ở nước ta,phần lớn nước thải chăn nuôi thường xả vào các hệ thống sông, hồ gần khu vực chănnuôi sau khi xử lý bằng những biện pháp thô sơ như hầm biogas, hồ lắng,…

Ngoài các phương pháp sinh học tự nhiên trên, người ta còn sử dụng các phươngpháp vùng đất ngập nước (wetland), xử lý bằng đất (land treatment),… Hiện nay người

ta đã áp dụng việc sử dụng các loài thực vật nước để làm tăng hiệu quả xử lý tự nhiêncủa các ao hồ, đặc biệt thích hợp với nước thải chăn nuôi

2.4 MỘT SỐ MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI

2.4.1 Đối với cơ sở chăn nuôi qui mô nhỏ hộ gia đình

Chăn nuôi nhỏ hộ gia đình chủ yếu cải thiện đời sống, tận dụng thức ăn thừa…Hình thức chăn nuôi này còn tồn tại ở một số vùng nông thôn của thành phố Do sốlượng vật nuôi ít nên các hộ chăn nuôi không xử lý nước thải Để giảm thiểu ô nhiễmmôi trường do chăn nuôi, các hộ chăn nuôi nên áp dụng một số sơ đồ xử lý nước thảisau:

Sơ đồ 2.1 Qui trình xử lý nước thải chăn nuôi gia súc qui mô nhỏ hộ gia đình

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Phân và

nước thải Hầm biogas Hồ nuôi tảo Nguồn tiếp nhận

Chế phẩm tảoBiogas

Cặn lắng

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 1997 – 1998”

Ngoài ra, có thể kết hợp xử lý trong điều kiện tự nhiên và nhân tạo đối với những hộchăn nuôi muốn sử dụng biogas để xử lý chất thải, thu khí dùng trong sinh hoạt

Sơ đồ 2.2 Qui trình xử lý nước thải chăn nuôi bằng hệ thống biogas kết hợp với nuôi

tảo

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 1997 – 1998”

2.4.2 Đối với cơ sở chăn nuôi thương phẩm qui mô nhỏ

Đối với cơ sở chăn nuôi thương phẩm qui mô nhỏ, khối lượng chất thải tương đốilớn từ vài chục đến vài trăm kg phân Do đó, phân được mang đi ủ, nước thải xử lý quahầm biogas để tận dụng khí sinh ra

Sơ đồ 2.3 Qui trình xử lý nước thải chăn nuôi gia súc cho các cơ sở chăn nuôi thương

phẩm qui mô nhỏ

Trại chăn nuôi

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, (1997 – 1998)”

Ở Philipin một số trại chăn nuôi heo công nghiệp vừa và nhỏ sử dụng mô hình như sau:

“Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, (1994)”

2.4.3 Đối với cơ sở chăn nuôi thương phẩm qui mô vừa và lớn

Đối với những hộ chăn nuôi qui mô lớn, muốn xử lý nước thải trong điều kiện tựnhiên, phải tách phân mang đi ủ hoặc đến nơi khác xử lý trước khi rửa chuồng, tắm giasúc nhằm giảm tải trọng chất bẩn có trong nước Nếu nước thải gồm phân, nước tiểu vànước rửa chuồng có nồng độ ô nhiễm rất cao, không thể xử lý trong điều kiện tự nhiên

mà phải xây dựng hệ thống xử lý nhằm xả lý các chất ô nhiễm trong nước đạt tiêu chuẩnqui định

Phụ thuộc vào điều kiện cung cấp ôxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ có thể trongđiều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí Nước thải sau khi qua xử lý bằng sinh học được khửtrùng trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Bùn sinh ra trong bể xử lý lắng ở bể lắng 2 được

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

Nước thải Lắng 1 UASB Aerotank Lắng 2 Khử trùng

Bùn tuần hoàn

Bùn dư

Nguồn tiếo nhận

Phân Ủ phân Phân bón

Bùn tuần hoàn

Bùn dư

Nguồn tiếo nhận

Ao thực vật thủy sinh

Thùng cao vị

tách ra và sử dụng làm phân bón Một số công nghệ xử lý sau có thể áp dụng để xử lýnước thải chăn nuôi

Sơ đồ 2.4 Qui trình xử lý chất thải chăn nuôi gia súc thương phẩm vừa (1)

v

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, (1997 – 1998)”

Sơ đồ 2.5 Qui trình xử lý chất thải chăn nuôi gia súc thương phẩm vừa (2)

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, (1997 – 1998)”

Sơ đồ 2.6 Kỹ thuật lọc yếm khí- đĩa quay sinh học

Bể điều hòa

Sân phơi bùn

Hồ sinh học

Nguồn tiếp nhậnĐốt

“Nguồn: Ngô Kiến Sương, (2000)”

Sơ đồ 2.7 Hệ thống xử lý nước thải tại trung tâm chăn nuôi Bình Thắng

“Nguồn: Trương Thanh Cảnh, (2002)”

Ở Thái Lan bà Pacharin Dumronggitiule và ông Weerapan Kiatpakdee đã nghiên cứu đềtài xử lý kỵ khí nước thải chăn nuôi và đã đưa ra mô hình xử lý nước thải chăn nuôi ởcác trại chăn nuôi công nghiệp vừa và lớn như sau:

Sơ đồ 2.8 Qui trình xử lý chất thải chăn nuôi gia súc thương phẩm qui mô vừa (3)

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

để làm phân bón

Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo – Trang trại Minh Cảnh

2.5 GIỚI THIỆU TRANG TRẠI CHĂN NUÔI MINH CẢNH

2.5.1 Thông tin chung về Trang trại

- Vị trí: 77 ấp 2, xã Mỹ Yên – huyện Bến Lức – Tỉnh Long An

- Diện tích

Tổng diện tích đất sử dụng: 1.000 m2 Trong đó diện tích xây dựng để chăn nuôi heo là

500 m2

- Qui mô và hình thức kinh doanh

Hiện tại tổng đàn của toàn bộ trang trại là 250 con bao gồm cả heo nái sản sinh,heo trưởng thành và heo con Tuy nhiên trang trại đang trong quá trình mở rộng qui môđàn gia súc, dự kiến có thể lên đến 500 con

Hình thức kinh doanh của trang trại là cung cấp con giống và buôn bán heo trưởngthành để lấy thịt

- Hệ thống chuồng trại

Hệ thống chuồng nuôi khép kín, xung quanh là rèm che bằng nhựa, đảm bảo khôngcho mưa tạt, gió lùa, vừa đủ ánh sáng cần thiết cho heo Phía trước trại được thiết kếmột dàn máy làm lạnh kiểu tổ ong để làm mát chuồng nuôi, phía sau, cuối trại được gắnthêm quạt máy cỡ lớn liên tục quay để thông gió và một giếng nước bán công nghiệpkhoan sâu trên 80 m và hệ thống phun sương…

Trại có 3 khu, được bố trí rất khoa học: Khu chăn nuôi heo nái sinh sản được bố trígần dàn lạnh nhất, tiếp đến là khu heo con giống và sau cùng là khu heo thịt Nhờ vậy,các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đều đạt và vượt: Heo nái, sinh sản bình quân 2,2lứa/nái/năm, 9-10 con/lứa, heo con cai sữa 10-12 kg/con; heo thịt, kể từ khi đẻ đến xuất

Nuôi heo thịt Heo thịt

Heo giống các loại

Nước thải, chất thải rắn

Nước thải, chất thải rắn Nước thải, chất thải rắn

Nước thải, chất thải rắn

Nước thải, chất thải rắn Nước thải, chất thải rắn

chuồng trung bình 4,5 tháng, nặng 90-100 kg/con Trung bình mỗi tháng xuất chuồng 40

- 50 con, mỗi năm khoảng 1.000 con

2.5.2 Quy trình công nghệ và nhu cầu sử dụng nước của trang trại

 Quy trình chăn nuôi heo của trang trại

Trang trại cung cấp 2 loại heo thịt và heo giống Quy trình chăn nuôi được thể hiện ở sơ

đồ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất chăn nuôi heo tại trang trại chăn nuôi Minh Cảnh

 Nhu cầu sử dụng nước của trang trại

Nước thải chủ yếu từ khâu tắm heo và dọn dẹp vệ sinh chuồng trại bao gồm: phân,nước tiểu, nước vệ sinh chuồng Bên cạnh đó, nước còn dùng cho sinh hoạt của côngnhân Do đó, ước tính lượng nước dùng cho trang trại Minh Cảnh là 150 m3/ngày

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1.1 Khảo sát hiện trạng nước thải chăn nuôi heo trang trại Minh Cảnh

- Vị trí địa lý

- Diện tích trang trại

- Qui trình và hình thức kinh doanh

- Hệ thống chuồng trại

- Qui trình công nghệ và nhu cầu sử dụng nước của trang trại

3.1.2 Xác định các tiêu chuẩn thiết kế

- Xác định lưu lượng thiết kế

- Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý

- Tiêu chuẩn nước thải đầu vào

3.1.3 Đề xuất công nghệ xử lý

- Tính toán các công trình đơn vị của trạm xử lý nước

- Thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo công suất 150 m3/ngày.đêm

- Dự toán kinh phí: phần công trình và phần thiết bị

- Xây dựng qui trình vận hành và bảo trì

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập các số liệu đàn gia súc, lưu lượng nước cấp cho rửa chuồng và xử lý chấtthải trung bình ngày …

Tham khảo các tài liệu đã nghiên cứu về thành phần và khối lượng chất thải chănnuôi, các qui trình xử lý nước thải chăn nuôi

Lấy mẫu nước ở khu vực trước, sau bể biogas

Phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, BOD5, TSS, Ntổng, Ptổng, Coliform

Bảng 3.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu

Phương pháp tính toán dự toán kinh phí: Thông qua các thông số thiết kế để tính

dự toán cho các công trình đơn vị và thiết bị

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO

TRANG TRẠI MINH CẢNH

4.1 XÁC ĐỊNH TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

- Xác định lưu lượng thiết kế:

Tổng lưu lượng nước được thải ra hàng ngày và đưa vào hệ thống xử lý được tính toán như sau:

QngàyTB = Qsản xuất + QngườiVới:

Qsản xuất = 80 m3/ngàyQngười = Q1 + Q2Với: Q1: nước dùng cho tắm giặt

Q2: nước dùng cho nhà bếpTrên cơ sở các tiêu chuẩn qui định của bộ xây dựng (TCVN 33 -2006) và số lượng người có mặt ở trại (10 người), lượng nước thải được tính toán như sau:

Nước dùng cho tắm giặt:

Q1 = 10 * 120 l/người = 1.200 l/ngày = 1,2 m3/ngày

Nước dùng cho nhà bếp theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 4474 - 87), qui định 25 l/người:

Q2 = 10*25 L/người = 250 l/ngày = 0,25 m3/ngày

+ Nguồn tiếp nhận: kênh Mỹ Yên

+ QCVN 40:2011, đạt loại B

Bảng 4.1 Nồng độ nước thải đầu vào

Nước thải

từ chuồng

Bể biogas

Phần lỏngPhần rắn

“Nguồn: Trung tâm quan trắc và dịch vụ kỹ thuật môi trường”

4.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

4.2.1 Đề xuất công nghệ sản xuất

4.2.1.1 Mục tiêu của công nghệ

 Mục tiêu về kỹ thuật

- Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn loại B, QCVN 40:2011/BTNMT

- Thời gian làm việc liên tục

 Mục tiêu về kinh tế

- Vốn đầu tư không quá lớn

- Chi phí năng lượng và vận hành thấp

- Ít tốn diện tích

 Mục tiêu về môi trường

- Đảm bảo mỹ quan chung của trang trại

- Giảm thiểu việc phát sinh mùi hôi

Làm phân

bón

Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo – Trang trại Minh Cảnh

Phân cùng với nước thải ở các khu chuồng được đưa qua bể Biogas Tại đây phânđược lắng dưới đáy bể và phân hủy kỵ khí sinh ra khí CH4, khí sẽ được thu để dùng làmnhiên liệu cho việc nấu thức ăn Phần bùn trong bể sẽ được lấy định kì sau 1 tháng dùnglàm phân bón

Phần nước thải sau bể Biogas sẽ kết hợp với lượng nước thải sinh hoạt chảy trựctiếp vào bể điều hòa Tại đây, nhờ máy sục khí, nước thải được điều hòa về lưu lượng vànồng độ các chất như: COD, BOD, SS, pH,… đồng thời việc cung cấp khí sẽ nhằm oxyhóa một phần hàm lượng COD, BOD có trong nước thải, giảm bớt mùi hôi Từ bể điềuhòa, nước thải được bơm qua bể UASB Giá trị thuận lợi cho hoạt động của bể UASB là6,7 – 7,5 Khoảng giá trị này là khoảng cực thuận cho quá trình hình thành khí metan và

sự cân bằng trong trường hợp tải trọng của bể quá tải, hay pH trong bể xuống thấp Giátrị pH của nước thải mang tính axit, nên trước khi vào bể UASB nước thải sẽ được nânglên pH = 7, hoạt động điều chỉnh pH nhờ thiết bị đầu dò pH nối với tủ điều khiển hoạtđộng của bơm dung dịch NaOH Tại bể UASB, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi cácVSV kị khí thành các chất đơn giản hơn và khí CO2, CH4, H2S… Phần bùn sẽ được thugom định kỳ để làm phân bón

Nước thải tiếp tục được dẫn qua bể Aerotank Tại bể Aerotank, lượng nước thảikết hợp bới bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể lắng 2 và lượng oxy cho vào bể nhờ máy thổikhí để thực hiện quá trình oxy hóa những chất hữu cơ dễ bị oxy hóa

Sau đó nước thải được sẽ được dẫn qua bể lắng 2 Tại bể này, lượng bùn cặn sẽlắng xuống và lượng bùn được thu gom định kỳ để làm phân bón Và cuối cùng lượngnước thải sẽ tiếp tục đi vào bể khử trùng và được xả vào nguồn tiếp nhận

4.2.2 Tính toán các công trình đơn vị theo phương án

Mỗi ngày lượng phân thải ra từ 1 – 1,5 tấn Chọn lượng phân thải ra là 1,5 tấn

Lượng phân sinh ra sau 10 ngày: 1,5 x 10 = 15 tấn = 15.000 kg

Thể tích phân sau 10 ngày:

Dưới điều kiện kỵ khí lượng phân bón bị phân hủy 70% nên thể tích giảm 70%

Chiều cao phần chứa phân phân hủy:

h phân=V phân (1−α)

23,08∗(1−0,7)27∗14 =0,02 mChọn hphân= 0,5 m

Chiều cao bể:

H = hl + hphân + hkhí

Trong đó:

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

h: chiều cao vùng lắng

hphân: chiều cao vùng chứa bùn

hkhí: chiều cao vùng chứa khí hkhí = 0,3 – 0,5, chọn hkhí = 0,5

 H = 4 + 0,5 +0,5 = 5 m

Sản lượng khí sinh ra từ một số nguyên liệu theo bảng 4.2

Bảng 4.2 Sản lượng khí sinh ra từ một số nguyên liệu

Nguyên liệu Sản lượng khí sinh ra

(lit/1kg phân) Thành phần CH4, %

“Nguồn: Ngô Kế Sương – Nguyễn Lân Dũng, (1997)”

Chọn sản lượng khí sinh ra đối với heo là 40 lít/kg phân trong đó CH4 chiếm 58%.Lượng khí sinh ra mỗi ngày:

Vkhí = 40.M.10-3 = 40.1500.10-3 = 60 m3/ngày

Lượng khí CH4 sinh ra mỗi ngày:

VCH4 = 0,58*Vkhí = 0,58*60 = 34,8 m3/ngày

Ống dẫn nước thải

Vận tốc nước chảy trong ống v = 0,1 : 0,5 m/s, chọn 0,5 m/s

Đường kính ống dẫn nước thải khỏi bể:

D=√4 Q1

v π =√0,5∗π∗24∗36004∗1500 =0,21m

Chọn đường kính ống nhựa PVC có đường kính Ø = 210 mm

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:

π (D1)2=0,5 m/ s

 Thỏa điều kiện

Đường kính ống chính thu nước từ bể:

Vận tốc nước chảy trong ống v = 0,1 : 0,5 m/s, chọn 0,5 m/s

D=√4 Q v π=√0,5∗π∗24∗36004∗1500 =0,21 m

Chọn đường kính ống nhựa PVC có đường kính Ø = 210 mm

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:

Q h tb : Lưu lượng giờ lớn nhất, m3/h

t: Thời gian lưu nước (t = 4÷ 8h), ta chọn t = 8 h

Diện tích Bể điều hoà xác định: F = V/h = 50/3 = 16,7 m2

Chọn chiều sâu Bể điều hoà h = 3 m

Ta chọn L x B = 5,6 x 3 m

Chọn chiều cao bảo vệ là 0,5m

Vậy chiều cao tổng cộng:

H = 3 + 0,5 = 3,5 m

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh