ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO CÔNG SUẤT 400 M3/NGÀY ĐÊM

Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, nó đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân ở gần các trang trại. Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần.Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform, e.coli, COD..., và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC



ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 1

1.3 NỘI DUNG 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

2.1 TỔNG QUAN NƯỚCTHẢI CHĂN NUÔI 2

2.1.1 Phát triển chăn nuôi ảnh hưởng đến môi trường 2

2.1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 3

2.2 CÁC PHƯƠNGXỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 6

2.2.1 Phương pháp xử lý sơ bộ 6

2.2.2 Phương pháp xử lý cấp 2 7

2.2.3 Phương pháp xử lý cấp 3 8

CHƯƠNG III: CÁC ỨNG DỤNG VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 13

3.1 CÁC NGHIÊN CỨU 13

3.2 CÁC CÔNG TRÌNH ỨNG DUNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 14 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 18

4.1 LƯU LƯỢNG VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CẦN XỬ LÝ 18

4.2 LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 18

4.3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 19

4.3.1 Song chắn rác 19

4.3.2 Ngăn tiếp nhận 20

4.3.3 Bể điều hòa 20

4.3.4 Bể lắng 1 20

4.3.5 Bể UASB 21

4.3.6 Bể USBF 21

4.3.7 Bể khử trùng 22

4.3.8 Bể nén bùn 22

4.3.9 Sân phơi bùn 23

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24

5.1 KẾT LUẬN 24

5.2 KIẾN NGHỊ 24

PHỤ LỤC 26

TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 26

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, nó

đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân ở gần các trang trại Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần.Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform, e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép

Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi

1.2 MỤC TIÊU

 Nắm bắtđược kiến thức về xử lý nước thải chăn nuôi

 Với mục tiêu là lựa chọn công nghệ tối ưu để xử lý triệt để nước thải của quá trình chăn nuôi ở Việt Nam Đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời góp phần tăng năng suất và chất lượng của ngành chăn nuôi theo định hướng phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường

1.3 NỘI DUNG

 Thu thập tài liệu

 Tính toán thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ ĐỐI TƯỢNG

NGHIÊN CỨU 2.1 TỔNG QUAN NƯỚCTHẢI CHĂN NUÔI

2.1.1 Phát triển chăn nuôi ảnh hưởng đến môi trường

Trong những năm gần đây, nghành chăn nuôi nước ta phát triển nhanh chóng

cả về số lượng vật nuôi cũng như quy mô trang trại Trong khi đó cơ sở vật chất và

kỹ thuật chuồng trại chưa đảm bảo nên năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường và tác động đến sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: ô nhiễm môi trường đất, nước mặt, nước ngầm, không khí Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hóa do trong chất thải chăn nuôi có chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun , sán Tổ chức y tế thế giới(WHO) khuyến cáo: nếu chất thải chăn nuôi không được thu gom

và xử lý hiệu quả sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biệt là các loại virus biến thể từ các dịch bệnh long móng lở mồm, bệnh heo tai xanh… lây lan trong môi trường gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người và vật nuôi

Theo Tổ chức nông lương thế giới(FAO), chất thải chăn nuôi toàn cầu tạo ra 65% lượng Nito oxit(N2O) trong khí quyển Khí này hấp thu năng lượng ặt trời gấp

296 lần CO2 Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 73% lượng khí Methane(CH4)… Khí này có khả năng giữ nhiệt cao gấp 23 lần CO2 Ngoài các khí gây hiệu ứng nhà kính như trên, thì còn có tới hơn 40 loại khí gây mùi khác, mà chủ yếu là NH3 và H2S Theo số liệu thống kê của Cục chăn nuôi, hằng năm đàn gia súc, gia cầm của Việt Nam thải ra từ 73 đến 76 triệu tấn chất thải Số lượng chất thải này chủ yếu được sử dụng làm phân bón Tuy nhiên, trước khi đưa vào sử dụng chúng được xử lý trước, tùy vào quy mô của các trang trại chăn nuôi mà có các hình thức

xử lý khác nhau

Hiện nay, vẫn còn nhiều trang trại chăn nuôi heo, bò… vẫn thải một lượng lớn chất thải trực tiếp ra cống toát nước, kênh mương… gây ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biêt là các trang trại quy mô nhỏ ở các vùng nông thôn Gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người dân sống xung quanh

Chăn nuôi được xác định là một trong những nghành tạo ra lượng chất thải lớn nhất Chất thải chăn nuôi bao gồm các chất ở dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh ra trong qua trình sản xuất chăn nuôi Như:

- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như phân, nước tiểu, lông, vảy da và

- Nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết bị chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi…

- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình chăn nuôi

Bảng 2.1: Lượng phân gia súc, gia cầm thải ra hằng ngày tính theo tỷ lệ % khối

Bảng 2.2: Lượng chất thải chăn nuôi 1000 kg lợn trong 1 ngày

2.1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi

a Phân

Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hoá của gia súc, gia cầm bị bài tiết

ra ngoài qua đường tiêu hóa Trong phân chứa nhiều chất hữu cơ nên là nguồn dinh dưỡng tốt cho cây trồng và các loài động vật khác như cá, giun Thành phần hóa học

- Nước: là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65 – 80% khối lượng của phân

- Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh…

- Các men tiêu hĩa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hĩa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngồi…

- Các mơ và chất nhờn trĩc ra từ niêm mạc đường tiêu hố

- Các thành phần tạp từ mơi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình chế biến thức ăn hay quá trình nuơi dưỡng gia súc (đá, cát, bụi,…)

- Các yếu tố gây bệnh như các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hố gia súc hay trong thức ăn

Bảng 2.3: Thành phần hĩa học của phân lợn từ 70 – 100 kg

Bảng 2.4: Thành phần hĩa học của nước tiểu lợn cĩ khối lượng 70-100kg

cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc Cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc xử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng

lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước thải sau này

Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng

lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các hợp chất chứa nitơ và photpho Nước thải chăn nuôi còn chứa rất nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác Do ở dạng lỏng và giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh 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 (số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại và có hốt phân hay không hốt phân trước khi rửa chuồng), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh chuồng trại…

Bảng 2.5: Các chỉ tiêu nước thải chăn nuôi

Bảng 4.2: Tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi(TCN 678 - 2006)

STT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp thử Giới hạn tối đa

Loại A Loại A Loại B

và lọc

 Song chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác Tại đây các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… được giữ lại Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống

xử lý nước thải Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 –

100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45 – 600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 850 nếu làm sạch bằng máy Vận tốc nước chảy qua song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 -1m/s

 Lắng cát

Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ

bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phía sau Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt qua 0,3 m/s Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo

 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn Khi khối lượng riêng của bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt nổi lên bề mặt

Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30 micromet (bình thường từ 50 – 120 micromet Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng

2.2.2 Phương pháp xử lý cấp 2

 Trung hòa

Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm;

Bổ sung các tác nhân hóa học;

Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid

 Keo tụ - tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên xẩy ra hiện tượng hóa học bề mặt Theo nguyên tắc lực hút Vander Waals giữa các hạt., lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán

nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông

2.2.3 Phương pháp xử lý cấp 3

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, Sunfit, ammonia, Nito… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:

- Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy

- Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục

2.2.3.1 Phương pháp sinh học kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật + Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: thủy phân Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo)

 Giai đoạn 2: acid hóa Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới

 Giai đoạn 3: acetate hóa Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới

 Giai doạn 4: methan hóa Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB);

- Qúa trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process)

2.2.3.2 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí trong xử lý nước thải

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ

lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được

sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng,

bể phản ứng hoạt động gián đoạn, bể aeroten thông thường , bể aeroten xáo trộn hoàn toàn, bể aeroten mở rộng,mương oxy hóa, quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, hồ sinh học, hồ tùy nghi, hồ xữ lý bổ sung, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định

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

a Xử lý theo phương pháp hiếu khí

Xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn N và P cùng với một số nguyên tố vi lượng 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 cầu oxy hòa tan trong nước, người ta thường sử dụng hệ thống sục khí bề mặt bằng cách khuấy 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 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

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 thành dạng 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 tác dụng 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 bùn hoạt tính :

 Bể aeroten thông thường

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

 Bể aeroten 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 này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể

 Bể aeroten 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 (20-30 ngày)

 Mương oxy hóa

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s để tránh 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 làm đầy và xả cặn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt 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

sẽ bám dính lên bề mặt 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

b 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 lớp bùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Bên trong bể UASB có các tấm chắn có khả năng tách bùn bị lôi kéo theo 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

 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 nhiều cacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc 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

CHƯƠNG III: CÁC ỨNG DỤNG VÀ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI 3.1 CÁC NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu 1: Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc dòng bùn ngược

(Trương Thanh Cảnh, Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, ĐHQG - TPHCM)

Nghiên cứu này, sử dụng mô hình công nghệ sinh học kết hợp lọc sinh học dòng bùn ngược( the Upflow Sludge Blanket filteration, USBF) để xử lý nước thải chăn nuôi Đây là công nghệ kết hợp 3 quá trình thiếu khí , hiếu khí và lọc sinh học trong một đơn vị xử lý nước thải Kết quả của nghiên cứu cho thấy mô hình tương đối thích hợp với xử lý nước thải chăn nuôi Hiệu quả xử lý vào khoảng 97%, 80%, 94%, 90% và 85% tương ứng cho COD, BOD5, SS, N và P Việc kết hợp 3 modul trong 1 quá trình xử lý tạo ra ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử lý, với sự kết hợp này sẽ đơn giản hóa hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống Chất lượng nước đầu ra có thể đạt tiêu chuẩn loại B đến loại A TCN 678-2006

 Nghiên cứu 2: Nghiên cứu Công nghệ bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải chăn nuôi trong điều kiện tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam

(Dư Ngọc Thành, Đại học Nông Lâm Thái Nguyên)

Mục tiêu của nghiên cứu này : Nghiên cứu hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây xử

lý nước thải chăn nuôi từ đó xác định các thong số thiết kế, chỉ số kỹ thuật và vận hành thiết bị ứng với công suất và chất lượng nước khác nhau Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng bãi lọc ngầm trồng cây đáp ứng tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam

Nội dung nghiên cứu

- Lựa chọn vật liệu lọc sử dụng trong mô hình thích hợp để sử dụng trong mô hình

- Lựa chọn xác định công thức cây trồng để trồng trong mô hình bãi lọc ngầm

- Xây dựng mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang 1 bậc với các tải trọng thủy lực khác nhau

- Xây dựng quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng bải lọc ngầm dòng chảy ngang

Kết quả: Đề tài góp phần làm sạch môi trường do đưa ra mô hình bãi lọc ngầm

trồng cây xử lý nước thải chăn nuôi và các nước thải phân tán khác

 Về mặt xã hội: Góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng thong qua việc làm sạch nguồn nước

 Về mặt kinh tế và đa dạng sinh học : Đây là mô hình xử lý nước thải theo nguyên lý xử lý sinh học không cần sử dụng đến năng lượng, sẽ tiết kiệm

và đem lại hiệu quả kinh tế cao khi được áp dụng vào thực tế so với các phương pháp khác Ngoài ra cây trồng trong bãi lọc có thể sử dụng làm thức chăn nuôi Nước sau khi xử lý có thể tuần hoàn để tắm cho lợn, rửa chuồng trại và tưới cho cây trồng rất tốt

 Nghiên cứu 3: xử lý nước thải chăn nuôi xử dụng biện pháp bùn

siêu hạt

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng hiếu khí bùn hạt có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi gia súc từ một nông trại trong một loạt lò phản ứng trình tự (SBR) mà không có sự hiện diện của các tài liệu hỗ trợ Một quy mô SBR phòng thí nghiệm được vận hành cho 80 d sử dụng 4 giờ thời gian chu kỳ với tốc độ tải trọng hữu cơ (OLR) của 9 kg COD m3 /1d Kết quả cho thấy các hạt hiếu khí đã được phát triển 0,1-4,1 mm vào cuối thời gian thí nghiệm Chỉ số khối lượng bùn (SVI) là 42 mg/l trong khi nồng độ sinh khối trong các lò phản ứng đã tăng lên đến 10,3 g/L đại diện cho tách sinh khối tuyệt vời và khả năng giải quyết tốt các hạt Trong thời gian này, COD tối đa, tổng Nito và hiệu quả loại bỏ tổng Photpho (74%, 73% và 70%, tương ứng) đã được quan sát trong hệ thống SBR, xác nhận hoạt động của vi sinh vật cao trong hệ thống SBR

Kết luận: Sự phát triển của hiếu khí bùn hạt ăn với gia súc nước thải đã được phát triển thành công sau 30 ngày kể từ ngày hoạt động Hạt trưởng thành đã được quan sát trong các lò phản ứng với các kích thước khác nhau 3,5 - 4,1 mm Các hạt hiếu khí phát triển trong nước thải chăn nuôi gia súc có tính chất giải quyết tuyệt vời với SVI của 42,1 mg/l và MLSS 10,27 g/L thu được vào cuối thí nghiệm Tại một OLR của 9 kg COD m? 3 d 1 và thời gian chu kỳ 4 tiếng, lên đến 74% COD, 73%

TN và 70% hiệu quả loại bỏ TP đã được quan sát trong hệ thống SBR điều trị nước thải chăn nuôi

3.2 CÁC CÔNG TRÌNH ỨNG DUNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN

NUÔI HEO

 Ứng dụng 1: Trại chăn nuôi heo Xuân Thọ III

Với số lượng heo khoảng 20.000 con thì lượng nước thải ra hang ngày của toàn trại gần 300m3/ngày Hệ thống xử lý nước thải tập trung của toàn trại

Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tập trung của trại

Nước thải ở các trại được gom về các bể biogas 4 ngăn với thời gian lưu nước

là 20 ngày Qua biogas, loại bỏ được khoảng 50-60% COD và 70-80% cặn lơ lửng Nước thải sau khi ra biogas được dẫn qua ao lọc kị khí xơ dừa (30m x 30m x 4m) Thời gian lưu nước trong ao này là 5 ngày Xơ dừa được làm tơi và cho vào các sọt đan bằng tre, các sọt được cột sát nhau, cứ 4 sọt tạo dàn ngang thành 1 lớp lọc, các lớp lọc được bố trí từ trên mặt ao xuống đáy ao nhờ cột các sọt vào các cây tầm vông Các cây tầm vông này được thả đứng xuống ao và được giữ dưới nước bằng cách cột vào các hòn đá nặng Điều này nhằm tránh cho sơ dừa không bị nổi lên mặt nước, phát huy tối đa hiệu quả xử lý của ao lọc Nước thải sau đó được dẫn tiếp qua

2 ao kị khí, kích thước mỗi ao là 30m x 30m x 4m, thời gian lưu nước trong mỗi ao khoảng 10 ngày Sau khi ra khỏi các ao kị khí, nước thải được xử lý tiếp ở ao hiếu khí thả lục bình (70m x 43m x 1.5m) Thời gian lưu nước trong ao hiếu khí này là

10 ngày

Nhưng hiện nay, ao kị khí xơ dừa hoạt động không tốt do lượng xơ dừa trong

ao quá ít, chỉ khoảng 1/3 thể tích của ao là có xơ dừa, còn 2/3 thể tích còn lại chưa được bổ sung xơ dừa nên chất lượng nước ra sau ao xơ dừa chưa đạt hiệu quả mong muốn Mặt khác, hàm lượng SS trong nước thải vào ao khá cao (1700-3200 mg/l), làm giảm hiệu quả dính bám của vi sinh, và sau 1 thời gian vận hành chính sự phân huỷ của lượng cặn này sẽ làm COD ra ao xơ dừa tăng lên Do đó nồng độ nước thải vào hồ hiếu khí cao so với khả năng chịu đựng của lục bình

 Ứng dụng 2: Mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo 30 m 3 /ngày

tại xí nghiệp chăn nuôi Gò Sao quận 12 thành phố Hồ Chí Minh

Hệ thống thiết bị xử lý gồm : Bể chứa nước thải dung tích 22,4 m3, sàng tách chất rắn, bể chứa nước để bơm lên bồn cao vị, bồn cao vị dung tích 5 m3 đặt trên bể phân hủy yếm khí, bể phân hủy yếm khí 30 m3

(2,8 m x 2,8 m x 3,8 m) (dung tích làm việc 28 m3), bể lọc yếm khí dung tích 22 m3 (f = 2,8 m, h = 3,6 m) (dung tích làm việc 20 m3) và ao thực vật thủy sinh 720 m2

Ao lọc kị khí giá thể xơ dừa

Hệ thống xử lý nước thải công suất 30 m3/ngày đã được thiết kế và xây dựng tại XNCN Gò Sao Hiệu quả xử lý đạt như sau COD 96,7%, BOD 97,4%, N-

NH4+ 99,4% và SS 97,9% Nước ra đạt loại B theo TCVN

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi mô hình vừa và nhỏ ứng dụng Mô hình Biogas cải tiến: Vacvina:

Mô hình khí sinh học (hầm biogas VACVINA cải tiến) do Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển cộng đồng nông thôn (CCRD) thuộc Hội Làm vườn Việt Nam triển khai trong khuôn khổ dự án Tiếp cận Năng lượng bền vững (Enabling Access

to Sustainable Energy – EASE) đã được nhiều nông dân ủng hộ và học tập

 Ưu điểm của Hầm VACVINA cải tiến:

 Bể phân huỷ hình khối hộp chữ nhật (hoặc có thể có hình dạng bất kỳ) giúp cho việc xây dựng đơn giản và dễ dàng

 Nắp hầm có thể tận dụng làm nền chuồng trại chăn nuôi gia súc, đỡ tốn diện tích

 Hố xí của gia đình có thể xây dựng ngay trên nắp hầm hoặc bên cạnh hầm và chất thải từ hố xí cũng được đưa luôn vào bể này Do vậy các gia đình áp dụng loại hầm này không cần phải đầu tư thêm việc xây hố xí tự hoại

 Áp lực ga thấp, túi dự trữ ga có thể thu toàn bộ ga từ bể phân huỷ tiện lợi và chủ động cho việc sử dụng ga để đun nấu hàng ngày

 Việc nạp phân gia súc vào hầm cho phép thực hiện theo cách rơi tự do từ một

hệ thống ống si-phông vào hầm, cũng như chất thải của người được nạp vào hầm thông qua bệ xí bệt hoặc xí xổm vào hầm dễ dàng và liên tục hàng ngày

Do đó Váng trong hầm phân huỷ không có điều kiện phát triển, khí biogas sản xuất trong điều kiện ổn định

 Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều (= gần 55% giá thành hầm nắp vòm có cùng thể tích)

 Ứng dụng 3: Công ty TNHH Seshinclean

(http://www.seshinclean.co.kr)

Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi gia súc của Công ty TNHH Seshinclean Hàn Quốc, có thể được sử dụng cho các trang trại nhỏ và vừa Sơ đồ công nghệ:

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 4.1 LƯU LƯỢNG VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CẦN XỬ LÝ

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

Lưu lượng nước thải trung bình là 400 m3/ngày đêm

Nồng độ các chất ô nhiễm rất cao.Tỷ lệ BOD5/COD khoảng 0.7.Tỷ lệ này rất thích hợp cho xử lý sinh học

4.2 LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thuyết minh công nghệ:

Nước thải từ hệ thống cống thoát nước đi qua song chắn rác để loại bỏ cặn bẩn

có kích thước lớn.Sau đó nước thải sẽ được đưa đến bể tiếp nhận Bơm nước thải được trang bị trong bể tiếp nhận vận hành theo chế độ tự động hoàn toàn theo tín hiệu mực nước Bơm nước thải vào bể điều hòa Bể điều hòa nhằm điều chỉnh lưu lượng cho các bể xử lý tiếp sau do lượng nước thải ra không đều trong các giờ Trong bể điều hòa không khí được cung cấp vào nhằm khuấy trộn nước thải và tạo điều kiện hiếu khí tránh hiện tượng phân hủy kỵ khí gây mùi hôi thối Bơm nước thải lên bể lắng Nước thải chảy qua bể lắng dẫn vào ống trung tâm Trong bể lắng nước di chuyển trong ống trung tâm xuống đáy bể sau đó di chuyển ngược từ dưới lên trên chảy qua 2 ống thu nước để tràn sang bể UASB Cặn lắng phải được xả ra theo định kỳ bằng cách xả van bùn ở bên cạnh bể lắng Tại bể UASB quá trình phân hủy kỵ khí được xảy ra.Thời gian lưu nước ở bể UASB là 10h Nước thải tiếp tục đươc bơm lên bể USBF Tại bể USBF sẽ thực hiện quá trình xử lý sinh học kếp hợp với lắng Không khí được cung cấp nhờ vào máy thổi khí để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động Vi sinh trong bể USBF sẽ được bổ sung liên tục từ bùn tuần hoàn ở ngăn lắng đồng thời dưỡng chất cũng được cung cấp vào để vi sinh vật sinh trưởng Cặn lắng ở ngăn lắng được tuần hoàn lại bể USBF nhằm ổn định sinh khối cho quá trình xử lý sinh học, một phần được bơm định kỳ về bể chứa bùn dựa trên lượng bùn dư Cuối cùng nước đã được lắng đều được dẫn vào bể khử trùng, đây là công trinh xử lý cuối cùng trong hệ thống xử lý nước thải Tất cả bùn cặn từ các công trình: bể lắng, bể USBF, bể UASB đều được thu gom vào bể chứa bùn Bể chứ bùn gồm 2 ngăn: 1 ngăn chứa bùn cặn và 1 ngăn chứa nước Phần nước sẽ được tuần hoàn lại vào bể điều hòa, còn bùn cặn sẽ được thu gom xử lý

4.3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

4.3.1 Song chắn rác

Bảng 4.2: Các thông số thiết kế song chắn rác

kế

4.3.2 Ngăn tiếp nhận

Bảng 4.3: Các thồn số thiết kế ngăn tiếp nhận

4.3.3 Bể điều hòa

Bảng 4.4: Các thông số thiết kế bể điều hòa

8 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể mm 80

4.3.5 Bể UASB

Bảng 4.6: Các thông số thiết kế bể UASB

19 Chiều cao máng thu nước cuối bể mm 400

4.3.6 Bể USBF

Bảng 4.7: Các thông số thiết kế bể USBF

4 Chiều dài tổng cộng của máng trộn m 2,65

4.3.9 Sân phơi bùn

Bảng 4.10: Các thông số thiết kế sân phơi bùn

9 Chiều cao lớp dung dịch bùn cm Vb/f = 6/42 = 14

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN

 Mô hình tương đối đơn giản có thể áp dụng trên quy mô nhỏ va cả quy mô lớn Mô hình có thể tùy ý thay đổi thể tích của các bể cũng như các ngăn

trong mỗi bể tùy vào mục đích xử lý

 Mô hình có khả năng chịu sốc khi thay đổi tính chất và nồng độ nước thải

 Mô hình bể USBF rất thích hợp để xử lý nước thải có chất dinh dưỡng cao như nuóc thải chăn nuôi, nước thải chế biến sữa… với sực kết hợp của 3 ngăn: thiếu khí, hiếu khí và lắng lọc ngược bùn hoạt tính đã kết hợp qua các quá trình xử lý khác nhau trong cùng 1 đơn vị đã tạo được những ưu điểm

lớn nhằm nâng cao hiệu quả xử lý so với mô hình cổ điển

 Nước thải nghiên cứu có tính chất tương đối ổn định có chất dinh dưỡng cao nên đáp ứng đầy đủ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển

vì thế không cần thêm hóa chất trong quá trình xử lý

5.2 KIẾN NGHỊ

Nên ứng dụng mô hình cho các loại nước thải có nồng độ chất dinh dưỡng cao

Có thể áp dụng đối với quy mô nhỏ