NGHIÊN cứu xử lý THÀNH PHẦN hữu cơ TRONG nước THẢI CHĂN NUÔI lợn BẰNG hệ PHẢN ỨNG SINH học MÀNG cố ĐỊNH FBR

NGHIÊN cứu xử lý THÀNH PHẦN hữu cơ TRONG nước THẢI CHĂN NUÔI lợn BẰNG hệ PHẢN ỨNG SINH học MÀNG cố ĐỊNH FBR NGHIÊN cứu xử lý THÀNH PHẦN hữu cơ TRONG nước THẢI CHĂN NUÔI lợn BẰNG hệ PHẢN ỨNG SINH học MÀNG cố ĐỊNH FBR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phạm Đức Tú

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THÀNH PHẦN HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HỆ PHẢN ỨNG SINH HỌC MÀNG CỐ ĐỊNH (FBR)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Phạm Đức Tú

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THÀNH PHẦN HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HỆ PHẢN ỨNG SINH HỌC MÀNG CỐ ĐỊNH (FBR)

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã số: 8520320.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thị Hà

TS Ngô Vân Anh

Hà Nội – Năm 2020

MỤC LỤC

1 Tính cấp thiết 7

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 7

3 Nội dung nghiên cứu 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1.1 Nguồn phát sinh và tính chất của nước thải chăn nuôi lợn 9

1.1.1 Các chất vô cơ và hữu cơ 9

1.1.2 Nitơ và phốt pho 9

1.1.3 Vi sinh vật gây bệnh 9

1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường và con người 14

1.2 Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam và thế giới 15

1.2.1 Nước ngoài 21

1.2.2 Việt Nam 22

1.3 Tổng quan về hệ xử lý nước thải màng sinh học cố định 25

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.1 Nước thải chăn nuôi lợn 27

2.1.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu 27

2.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Phương pháp điều tra thực tế lấy mẫu nước thải 27

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thiết kế hệ FBR để xử lý thành phần hữu cơ 33

2.3.3 Phương pháp phân tích xác định thành phần xử lý nước thải 43

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 43

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn tại các cơ sở nghiên cứu 44

3.2 Kết quả xử lý của hệ thí nghiệm FBR 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

KẾT LUẬN 54

PHỤ LỤC 1 55

PHỤ LỤC 2 56

PHỤ LỤC 3 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần và mức độ ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn

ở các trang trại 11

Bảng 1.2 Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn pha loãng 13

Bảng 1.3: Đặc tính nước thải chăn nuôi tại Trung Quốc 13

Bảng 2.1: Thông tin về các cơ sở chăn nuôi điều tra khảo sát 28

Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật và thiết bị chính của hệ thống thiết bị thí nghiệm FBR 12L/ngày 35

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu phân tích thành phần hữu cơ nước thải chăn nuôi 43

Bảng 3.1: Bảng so sánh hiệu suất thay đổi theo tải trọng đầu vào từng tháng 47

Bảng 3.2: Hiệu suất xử lý phốt pho khi tăng tải trọng 49

Bảng 3.3: Hiệu quả xử lý BOD5 theo tải trọng COD 51

Bảng 3.4: Hiệu suất xử lý TSS khi tăng tải trọng COD 52

Bảng 3.5: Hiệu suất xử lý TVS khi tăng tải trọng COD 52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Qui trình đề xuất tổng thể xử lý nước thải chăn nuôi lợn 16

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả mẫu bể khí sinh học compostie (nguồn gốc Trung Quốc) 19

Hình 1.3: Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình 24

Hình 1.4: Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi ở trang trại quy mô lớn 25

Hình 2.1: So sánh kết quả thành phần hữu cơ của các cơ sở (ĐVT: mg/L) 31

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lý FBR phòng thí nghiệm 33

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế hệ công nghệ xử lý FBR phòng thí nghiệm 34

Hình 2.4: Sơ đồ thiết kế bể phản ứng lên men yếm khí (mặt đứng) 37

Hình 2.5: Sơ đồ thiết kế bể phản ứng lên men yếm khí (mặt bằng) 38

Hình 2.6: Sơ đồ thiết kế bể lắng (mặt đứng) 39

Hình 2.7: Sơ đồ thiết kế bể lắng (mặt đứng) 40

Hình 2.8: Hình ảnh của bơm định lượng 41

Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ FBR quy mô phòng thí nghiệm 41

Hình 2.10: Chế độ tải trọng COD chạy hệ thí nghiệm (gCOD/L.ngày) 42

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại trang trại hộ Đỗ Văn Trường 44

Hình 3.2: Bể biogas và túi ủ biogas của Công Ty TNHH MTV Sản xuất và Thương mại Phát Đạt 46

Hình 3.3: Biến thiên COD theo tải trọng đầu vào 47

Hình 3.4: Biến thiên thông số tổng nitơ theo tải trọng đầu vào 49

Hình 3.5: Biến thiên thông số tổng phốt pho theo tải trọng đầu vào 50

Hình 3.6: Biến thiên thông số BOD5 theo tải trọng đầu vào 51

Hình 3.7: Biến thiên thông số TSS theo tải trọng đầu vào 52

Hình 3.8: Biến thiên thông số TVS theo tải trọng đầu vào 53

DANH MỤC VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy sinh học

BNNPTNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

BTNMT: Bộ Tài nguyên môi trường

COD: Nhu cầu oxy hoá học

ĐVT: Đơn vị tính

FBR: Hệ phản ứng sinh học màng cố định

HYPHI: Hệ thống chảy nút

KH&CN: Khoa học và công nghệ

PVC: Poly Vinyl Clorua

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SBR: Hệ xử lý tuần tự theo mẻ

TSS: Tổng chất rắn lơ lửng

TVS: Tổng chất rắn dễ bay hơi

UASB: Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm và lòng biết ơn chân thành, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến:

- Quý Thầy/Cô Khoa Môi trường đã cung cấp cho tôi phương pháp nghiên cứu, kiến thức chuyên môn trong suốt khóa học và kỹ năng nghiên cứu sáng tạo, chủ động

- Nhóm nghiên cứu thực hiện Nhiệm vụ NĐT 31.JPA/17, các thầy cô, NCS Nguyễn Trường Quân và các bạn sinh viên đã hỗ trợ thực hiện

- Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến cô giáo hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Thị Hà

và TS Ngô Vân Anh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

- Đặc biệt, tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến những người đã sinh thành và nuôi dạy tôi trưởng thành, những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Dù đã có cố gắng rất nhiều trong thời gian nghiên cứu nhưng bản luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được nhận những ý kiến đóng góp quý báu của Quý Thầy/Cô và các bạn để bản luận văn này được hoàn thiện hơn Xin trân trọng cảm ơn

Hà Nội, ngày tháng năm

Học viên

Phạm Đức Tú

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Nước thải chăn nuôi lợn chứa nhiều hợp chất hữu cơ, vi trùng, trứng giun sán nguồn nước này nếu xả thải không qua xử lý có nguy cơ gây ô nhiễm tầng nước ngầm, nước mặt và nguyên nhân trực tiếp cho phát sinh dịch bệnh Nước thải

chứa nhiều mầm bệnh như: Leptospira, Samonella Mặt khác còn sản sinh ra nhiều

loại khí do hoạt động của vi sinh vật như NH3, CH4, H2S gây ảnh hưởng đến môi trường sống con người và sinh thái

Hệ phản ứng sinh học màng cố định (FBR) có chế độ hoạt động liên tục, xử lý chất bẩn hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh vật yếm khí bám dính trên các giá thể lắp cố định bên trong hệ Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Hệ FBR là công nghệ mới hiện đại đã được sử dụng rộng rãi bởi tính hiệu quả của nó

FBR là hệ thống xử lý sinh học nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học được vi sinh vật yếm khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống Các giá thể vi sinh cố định giúp quá trình khử các hợp chất hữu cơ diễn ra nhanh và hiệu quả hơn nhờ tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của giá thể Mặt khác hệ FBR có chế độ vận hành khá đơn giản và an toàn, thích hợp với xử lý nước thải chăn nuôi có nồng độ các chất hữu cơ, N, P cao

Với những ưu điểm như trên, việc nghiên cứu hệ phản ứng sinh học màng cố định FBR để xử lý nước thải chăn nuôi là rất cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đánh giá được nguồn thải và đặc tính thành phần hữu cơ của nước thải chăn nuôi lợn của các cơ sở lựa chọn

Đánh giá được khả năng xử lý thành phần hữu cơ của hệ phản ứng màng sinh học cố định (FBR) quy mô phòng thí nghiệm (12L/ngày đêm) và định hướng sử dụng các kết quả để mô phỏng tối ưu hóa quá trình xây dựng hệ thống qui mô bản thực nghiệm (pilot) trên thực tế

3 Nội dung nghiên cứu

3.1 Tổng quan về nguồn phát sinh đặc tính, thành phần hữu cơ trong nước thải chăn nuôi và biện pháp xử lý

3.2 Điều tra, khảo sát lấy mẫu và đánh giá các dòng thải và mức độ ô nhiễm thành phần hữu cơ trong nước thải chăn nuôi lợn của các cở sở lựa chọn

3.3 Nghiên cứu, đánh giá khả năng xử lý thành phần hữu cơ (theo thông số COD, BOD5) của hệ FBR quy mô phòng thí nghiệm (12L/ngày đêm)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguồn phát sinh và tính chất của nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tuổi vật nuôi, chế độ ăn uống, nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng, cách thức quản lý, xử lý chất thải, Đặc tính nước thải chăn nuôi bị ảnh hưởng nhiều nhất do pha loãng, lưu trữ và cách tách loại rắn lỏng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường rất cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ, phốt pho và sinh vật gây bệnh Trong các loài vật nuôi như lợn, bò và gia cầm thì nước thải chăn nuôi lợn có khả năng gây ô nhiễm cao nhất (Phùng Đức Tiến và cs (2009); Trịnh Quang Tuyên và cs (2010)) Để chọn ra được một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần tính chất nước thải, bao gồm:

1.1.1 Các chất vô cơ và hữu cơ

Trong nước thải chăn nuôi thành phần chất hữu cơ chiếm tỉ lệ lớn (70–80%) gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng

có trong phân, thức ăn thừa Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-

, … và hầu hết các chất hữu cơ đều là chất dễ phân hủy

1.1.2 Nitơ và phốt pho

Hầu hết các loài gia súc và gia cầm hấp thụ khá kém nitơ và phốt pho nên khi

ăn thức ăn có chứa nitơ và phốt pho thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu ngay Vì thế trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng nitơ và phốt pho rất cao Trong môi trường nước thải hợp chất phốt pho tồn tại ở các dạng: phốt pho hữu cơ, phôtphat đơn (H2PO4-, HPO42-, PO43-) tan trong nước, polyphotphat hay còn gọi là phôtphat ngưng tụ, muối phôtphat và phốt pho trong tế bào sinh khối Trong khi đó theo thời gian và sự có mặt của oxy mà hợp chất nitơ trong nước thải tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3- và N hữu cơ

1.1.3 Vi sinh vật gây bệnh

Nước thải chăn nuôi có chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun

sán gây bệnh cho con người Số lượng vi khuẩn, virut gây bệnh trong nước thải chăn nuôi được tìm thấy rất lớn và nhiều chủng loại Ví dụ như các loại vi khuẩn

như: E coli, Streptococcus, Salmonella, Shigenla, Proteus, Clostridium …đây là

các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ Thêm vào đó là các loại virus có thể tìm thấy như: corona, poio, aphto…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh trùng Chúng dễ dàng đi vào nguồn nước qua phân và nước tiểu của vật nuôi

Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi, kết quả khảo sát của Viện KH&CN Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2009) cho thấy, giá trị COD, TN, TP, SS và coliform trong nước thải chăn nuôi lợn rất cao, với các giá trị tương ứng là 2500 – 12120 mgO2/L, 185 – 4539, 28 - 831, 190 –

5830 mg/L và 4x104 - 108 MPN/100 mL Một kết quả khác về chất lượng nước thải tại trang trại Hòa Bình Xanh (xã Hợp Hòa, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình) với khoảng 3000 đầu lợn cũng cho thấy các thông số ô nhiễm như COD, NH4+, TP

và SS tương ứng lần lượt là 5630 ± 1032, 544 ± 57, 60 ± 18 và 4904 ± 901 mg/L (Cao Thế Hà và cs, 2015) Các giá trị ô nhiễm này đều không đạt tiêu chuẩn Ngành về vệ sinh nước thải chăn nuôi 10 TCN 678:2006 và vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn khắt khe hơn là Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01-79: 2011/BNNPTNT và QCVN 62-MT :2016/BTNMT)

Theo kết quả khảo sát tại 05 địa phương là Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Thái Bình và Hòa Bình với 20 trang trại (Trần Văn Tựa và cs (2015)), đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn ở 3 công đoạn tại các trang trại điều tra có thành phần và mức độ ô nhiễm như tổng kết ở bảng 1.1

Bảng 0.1 Thành phần và mức độ ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn

Trước biogas lượng COD, TN, TP trong nước thải rất cao với các số liệu tương ứng là 3587; 343 và 92 mg/L Sau khi được xử lý kỵ khí bàng hầm biogas các thông số trên giảm còn 800; 307 và 62 mg/L Tại các ao sinh học các số liệu nhận được cũng còn khá cao: 161 mg/L COD; 55 mg/L- TN và 12 mg/L- TP Lượng ôxy hòa tan trong nước thải trước biogas hầu như không có, sau xử lý biogas cũng không đáng kể và tại ao sinh học cũng rất thấp (3,83 mg/L)

Yếu tố ô nhiễm nghiêm trọng nước thải chăn nuôi lợn là lượng coliform Kết quả khảo sát của đề tài cho thấy rằng lượng coliform trong nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Điều này không chỉ đối với nước thải từ chuồng trại, nước sau biogas mà cả nước ở các ao xử lý sinh học Trong nước thải trước khi vào hầm biogas lượng coliform 372.104MPN/100 mL

Phùng Đức Tiến và cs (2009), Trịnh Quang Tuyên và cs (2010) đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi nói chung cũng chỉ ra rằng tình hình xử

lý chất thải còn chưa được quan tâm đúng mức Tỷ lệ cơ sở chăn nuôi có khu xử lý chất thải rất thấp Phương thức xử lý còn rất thô xơ chủ yếu là ủ phân tươi và phân nhỏ xử lý bằng biogas Còn lại một tỷ lệ lớn chất thải đổ trực tiếp ra môi trường Môi trường chăn nuôi bị ô nhiễm nặng Nước thải chăn nuôi không được xử lý gây

ô nhiễm nặng nề môi trường xung quanh, đặc biệt là các chỉ tiêu vi sinh vật Đây là một nguồn lây lan dịch bệnh Hàm lượng coliform cao hơn mức cho phép Mức độ

ô nhiễm có xu hướng tăng theo qui mô chăn nuôi Chăn nuôi trang trại với mức tập trung cao, không có biện pháp xử lý chất thải có mức độ ô nhiễm cao hơn

Nước thải chăn nuôi tại Châu Âu cũng mang đặc điểm chung của nước thải chăn nuôi là có tải trọng chất hữu cơ và dinh dưỡng cao Ngoài ra, nước thải chăn nuôi lợn còn chứa hàm lượng các kim loại cao như Zn và Cu được sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng (Abe và cs (2012), De la Torre và cs (2000)) Đặc tính của nước thải chăn nuôi được xác định như trong Bảng 1.2

Bảng 0.2 Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn pha loãng

cơ, amoni và photphat cao Đặc tính của nước thải được thể hiện trong Bảng 1.3

Bảng 0.3: Đặc tính nước thải chăn nuôi tại Trung Quốc

1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường và con người

Ảnh hưởng đầu tiên là sức khỏe của con người và động thực vật nơi có nguồn chất thải chăn nuôi Với những địa điểm này, thường thì thực vật và động vật rất khó sống, không những thế ngay cả con người cũng bị đe dọa một cách trầm trọng Hầu hết những người sống tại đây thường xuyên mắc phải những bệnh như tiêu chảy, đau đầu, ói mửa, … tất cả đều do bị ảnh hưởng bởi mùi hôi thối khó chịu của các chất thải vật nuôi

Nguy hiểm hơn nữa, những địa điểm này thường là địa điểm trú ngụ của ruồi, muỗi, gián, các loại vi khuẩn, … dễ dàng truyền các bệnh nguy hiểm như sốt xuất huyết, tay chân miệng, thậm chí nguy hiểm hơn là mầm mống của các bệnh ung thư, hô hấp, …

Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi đến môi trường là vô cùng lớn nếu không được xử lý Đây được xem như những ổ dịch gây bênh cho con người rất nhiều Các loại dịch bệnh như H5N1, H1N1, tai mũi họng, … Các loại ký sinh trùng được hình hình qua quá trình hô hấp và thải trực tiếp ra các vi sinh vật gây bệnh trực tiếp hoặc gián tiếp tới con người như: vi khuẩn e coli, enterobacteriaceae,

Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương trong vùng làm nhiều hộ dân không có nước sinh hoạt, tỷ lệ người dân bị mắc bệnh tiêu chảy, mẫn ngứa và ghẻ lở cao

Chất thải chăn nuôi còn ảnh hưởng đến nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hóa, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã cảnh báo, nếu không có biện pháp thu gom và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như: lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người

1.2 Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam và thế giới

Đã có nhiều nghiên cứu khoa học trong xử lý thành phần hữu cơ trong nước thải chăn nuôi và hầu hết các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào 3 nhóm phương pháp chính gồm xử lý sinh học hiếu khí, sinh học kỵ khí và biện pháp sử dụng thực vật Một số nghiên cứu khác tập trung vào biện pháp màng sinh học (MBR) trong

xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp giàu nitơ (Phan Đỗ Hùng, 2015) và hệ sinh học kết hợp màng lọc - MBR (Nguyễn Sáng, 2016)

Xử lý bằng biện pháp hiếu khí, bể phân huỷ sinh học tuần tự theo mẻ - SBR (Đặng Thị Hồng Phương và cs, 2010), hệ màng sinh học vật liệu mang chuyển động – MBBR (Phạm Thị Hồng Đức và cs 2012) và bể sục khí – aerotank (Trịnh Quang Tuyên và cs, 2011; Vũ Đức Toàn, 2013) đã được nghiên cứu ứng dụng cho các loại nước thải giàu hữu cơ như nước thải chăn nuôi lợn, nước thải sản xuất tương, nước thải thuỷ sản và nước rỉ rác Sử dụng chế phẩm sinh học EM của một số nghiên cứu khá hiệu quả trong xử lý nước thải giàu hữu cơ bằng biện pháp hiếu khí (Trịnh Quang Tuyên và cs, 2011) Nhóm các biện pháp kỵ khí đã được nghiên cứu gồm màng lọc kỵ khí (Dương Thu Hằng và cs, 2015), bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB (Nguyễn Thị Sơn, 2004; Nguyễn Thị Sơn & Nguyễn Thị Thu Hà, 2004; Nguyễn Thị Hà và cs, 2014; Đinh Duy Chinh và cs, 2016), hệ vật liệu mang cố định (Trần Thị Hiền Hoa, 2016) cho nước thải chăn nuôi, nước thải mía đường, nước thải sản xuất tinh bột sắn và nước thải thuỷ sản Nhóm tác giả thuộc viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu ứng dụng thực vật trong hệ ngập nước nhân tạo nhằm xử lý nước thải chăn nuôi lợn và nước thải thuỷ sản (Trịnh Quang Tuyên và cs, 2011; Trần Văn Tựa và cs, 2010; Trần Văn Tựa, 2015; Vũ Thị Nguyệt và cs, 2014)

Do đặc tính của nước thải chăn nuôi là thành phần hữu cơ cao nên lựa chọn biện pháp xử lý kỵ khí hiện là giải pháp có tính xu hướng và lợi thế hơn so với các biện pháp sinh học khác So với quá trình xử lý hiếu khí thì biện pháp kỵ khí lại có thể thu hồi khí metan tạo ra năng lượng đốt cháy và từ đó bù lại được lượng năng lượng sử dụng cho quá trình xử lý Hơn nữa so với xử lý hiếu khí, xử lý kỵ khí tạo

ra lượng bùn thấp hơn giúp giảm chi phí xử lý bùn thải Việc xử lý bằng thực vật là biện pháp rất thân thiện với môi trường, tuy nhiên, biện pháp này đòi hỏi diện tích rất lớn để triển khai hệ thống; ngoài ra cần nhiều thời gian để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi nước thải

Dựa theo một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý yếm khí có thể phân loại thành 5 loại hình quy trình công nghệ điển hình được các trang trại lợn áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi (Trần Văn Tựa, 2015)

Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải ra ngoài

Hình 0.1: Qui trình đề xuất tổng thể xử lý nước thải chăn nuôi lợn

(Trần Văn Tựa, 2015)

Các trang trại tuy đã có biện pháp xử lý hoặc xử lý kết hợp nhiều biện pháp nhưng phần lớn vẫn còn ô nhiễm môi trường và chất lượng nước thải ra chưa đạt tiêu chuẩn xả thải, điều này cũng đúng với trang trại sử dụng hệ thống bể sục khí Hơn nữa, lượng khí sinh học thu được từ hầm biogas hầu như chưa được sử dụng triệt để, mà bị thải thẳng ra môi trường, hoặc chỉ tận dụng một phần vào mục đích đun nấu và thắp sáng, chứ hầu như chưa sử dụng để chạy máy phát điện

Nghiên cứu của Dương Thu Hằng và cs (2014) chỉ ra rằng khả năng thu hồi

khí metan từ xử lý nước thải giết mổ lợn bằng hệ màng sinh học kỵ khí (AnMBR) là 0,3 m3 CH4/kg COD tương ứng với nước thải giết mổ với COD 600-1350 mg/L

Theo kết quả đề tài “Mô hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn tại xí nghiệp chăn nuôi Gò Sao” được coi là đầy đủ và đại diện cho các nghiên cứu xử lý nước thải

chăn nuôi ở Việt Nam Nhưng đây chỉ là mô hình thử nghiệm có công suất xử lý 30

m3/ngày với thể tích ao thực vật thủy sinh 720 m2; trong khi, tổng lượng nước thải của Xí nghiệp nghiên cứu 12.000 đầu lợn các loại là 935 m3/ngày Nếu tính cho cả

xí nghiệp sẽ cần gần 2,5 ha, điều này sẽ khó khả thi nếu không tính tới phương án

sử dụng mặt nước hiệu quả hơn và sinh khối bèo dư (Ngô Kế Sương, 2006)

Mô hình đề xuất bao gồm dây chuyền xử lý nước thải đã được thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot, thu được các kết quả chính sau:

- Hệ xử lý hiếu khí - thiếu khí SBR có hiệu quả xử lý tốt hơn so với hệ mương ôxi hoá đối với đã qua xử lý kỵ khí Hệ SBR hoạt động ổn định và cho hiệu suất xử lý cao Với tải trọng COD và T-N tương ứng trong các khoảng 0,3 – 1,4 kg-COD/(m3.ngày) và 0,22 – 0,34 kg-N/(m3.ngày), hiệu suất xử lý SS: 90 – 99 %; COD: 83 – 95 %; NH4+-N: 84 – 97 %; T-N: 82 – 90 % T-P 60-70%

- Mô hình bao gồm hệ đất ngập nước dòng chảy bề mặt, hệ thống thực vật nổi

và dòng chảy ngầm qui qui mô 600 m2, công suất 30 m3 nước thải có hiệu suất

xử lý đạt tiêu chuẩn cột B của QCVN 40: 2011/BTNMT về COD và T-N

- Mô hình xử lý nước thải pilot với công suất 30 m3/ngày gồm 3 công đoạn kỵ khí cao tải ABR, hệ hiếu khí-thiếu khí SBR và hệ đất ngập nước nhân tạo sử dụng thực vật thuỷ sinh đã đạt hiệu suất xử lý cao với tỉ lệ loại bỏ đạt 98% với COD; 96,82% với T-N; 99,9 với TSS và 88,85% với T-P Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải loại B của QCVN 40/2011 BTNMT về COD và T-N Mô hình

có chi phí hợp lý, có thể áp dụng cho các trang trại chăn nuôi lợn qui mô khác nhau

Nguyễn Sáng (2016) nghiên cứu hệ xử lý sinh học kết hợp lọc màng để xử lý nước thải chăn nuôi Hệ thống xử lý sinh học được bố trí gồm các bể yếm khí UASB, thiếu khí và hiếu khí kết hợp lọc màng đã đạt được hiệu suất xử lý cao trong

xử lý nước thải chăn nuôi lợn khi vận hành ở điều kiện tối ưu: lưu lượng đầu vào 45 L/ngày, năng suất lọc 12 L/m2

.giờ với chế độ hút 10 phút nghỉ 2 phút, cường độ sục khí 0,0675 – 0,075 L/cm2/phút, duy trì DO trong bể hiếu khí 3 – 6 mg/L, nồng độ BHT trong bể tích hợp môđun màng lọc duy trì khoảng 9000 mg/L, thời gian lưu bùn SRT 50 ngày và tỷ lệ dòng tuần hoàn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí ở mức 300% Chỉ với thời gian lưu nước toàn hệ rất ngắn 1,52 ngày, hiệu suất xử lý COD,

NH4+, NO3-, TN và TP của hệ thống đạt được rất cao, tương ứng lần lượt là 97,5 – 98,3, trên 99,9; 70,8 – 88,3; 84,8 – 97,5 và 91,8 – 98,3%, tương ứng các giá trị đầu

ra là 52 – 98; thấp hơn 1; 5,7 – 27,72; 8,1 – 29,2 và 0,7 – 6,5 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B Bên cạnh đó, chỉ tiêu coliform đạt tiêu chuẩn loại A và độ đục thấp hơn 1 NTU Năng suất cực đại mà hệ đạt được

là 4,8 kg COD/m3.ngày và 0,484 kg NH4+/m3.ngày

Thiết bị khí sinh học bể composte:

Bể khí sinh học bằng vật liệu composite có nguồn gốc từ Trung Quốc Từ khoảng những năm 2005 - 2006, mô hình sử dụng thiết bị bể composite này đã du nhập vào Việt Nam và đã được sản xuất và phát triển bởi một số các doanh nghiệp tại Việt Nam Mặc dù mới áp dụng ở Việt Nam trong thời gian ngắn trên dưới 10 năm, nhưng hiện nay hầm biogas composite đã tương đối phổ biến ở nhiều địa phương Số lượng hầm biogas composite đã lắp đặt đến nay khoảng gần 100.000 công trình, quy mô phổ biến chỉ đứng sau hầm khí sinh học do Viện Năng lượng,

Bộ NN&PTNT thiết kế Đến nay, đã có nhiều thiết kế khác nhau, cải tiến của hầm biogas bằng vật liệu composite, nhưng nhìn chung các thiết kế này đều giữ nguyên

lý hoạt động, vận hành giống nhau

Bể phân hủy là bộ phận chính quan trọng nhất được thiết kế dạng hình cầu, phần dưới chứa dịch/nguyên liệu phân hủy, phần trên khối cầu là nơi chứa khí Bể đầu vào và bể đầu ra vừa là nơi đưa phân vào và đưa dịch phận hủy ra ngoài vừa có vai trò làm bể điều áp Tùy theo mỗi loại hình thiết kế mà bể đầu vào và bể đầu ra

có thể tích bằng nhau hoặc thể tích bể đầu vào nhỏ hơn thể tích bể đầu ra

Hình 0.2: Sơ đồ mô tả mẫu bể khí sinh học compostie

ph n hủ đầu vào và đầu ra

Bể biogas composite có nguyên lý hoạt động tương tự mẫu do Viện Năng lượng, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (NN&PTNT) thiết kế

Các ưu điểm của thiết bị khí sinh học bằng vật liệu composite như sau: Có độ kín khí, kín nước gần như tuyệt đối; lắp đặt dễ dàng, không yêu cầu đào tạo thợ xây

vì quá trình lắp đặt đuợc thực hiện bởi các kỹ thuật viên của nhà cung cấp dịch vụ; thời gian lắp đặt nhanh; được làm bằng vật liệu compsite nên có độ bền rất cao; thích hợp với khu vực có nền đất yếu và khu vực có mực nước ngầm cao; vận hành

và bảo dưỡng đơn giản, dễ dàng trong việc phát hiện hư hỏng, sửa chữa; và có thể

di chuyển đến vị trí khác khi cần thiết

Bên cạnh đó, nhược điểm của thiết bị khí sinh học bằng vật liệu composite là: thể tích hầm giới hạn, không thích hợp với quy mô chăn nuôi vừa và lớn; chi phí đầu tư trên một đơn vị diện tích cao hơn so với các mẫu hầm khác; đối với một số thiết kế cũ, khi khí gas sử dụng hoàn toàn, dịch phân hủy trong bể phân hủy có thể tràn lên đường ống dẫn khí gây hiện tượng tắc, khí gas không tới được thiết bị sử dụng; đặc biệt phải sản xuất tập trung, vận chuyển cồng kềnh

Thiết bị khí sinh học dạng túi:

Nghiên cứu thiết bị khí sinh học bằng túi ủ nilong đã được phát triển đầu tiên tại Colombia Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, biogas túi ủ nilong được tiếp nhận và phát triển bởi Đại học Nông Lâm Thủ Đức Hầm biogas bằng nilong là mô hình biogas rất đơn giản, chỉ bao gồm 1 hầm phân hủy bằng nilong và 1 túi chứa khí cũng bằng nilong Hầm không có bể điều áp, áp suất khí được tạo ra bằng cách đặt những vật nặng lên bề mặt túi/bể phân hủy hoặc thắt chặt túi chứa khí bằng sợi dây

có độ đàn hồi Do tính đơn giản trong vật liệu và lắp đặt đồng thời giá thành thấp vì vậy thập niên cuối của thế kỷ trước đã có rất nhiều tổ chức cá nhân trên cả núớc đã tham gia xây dựng phát triển Đến nay, có khoảng gần 100.000 công trình theo kiểu này đã được lắp đặt, sử dụng ở Việt Nam Mẫu biogas túi ủ nilong được cấu tạo bởi những bộ phận chính sau:

- Túi chứa khí: Được làm bằng 1-2 lớp túi nilong và được treo cố định trên gác chuồng trại hoặc gác bếp

- Túi phân hủy: Được làm bằng 2-3 lớp túi nilong lồng vào nhau có đường kính

từ 0,9 - 1,1m; chiều dài từ 7 đến trên 10m (tùy thuộc vào nhu cầu Hai đầu của túi được buộc với ống đầu vào và ống đầu ra Túi phân hủy được đặt trong một rãnh/hào (có thể không hoặc có xây tường bằng gạch/bê tông)

- Ống đầu ra: Có thể sử dụng ống PVC hoặc ống gốm/bê tông

- Ống đầu vào: Có thể sử dụng ống PVC hoặc ống gốm/bê tông

- Van an toàn: Được chế tạo đơn giản bằng chai nhựa và ống PVC để giới hạn

áp suất khí gas trong hệ thống

- Ống dẫn khí

Nguyên lý hoạt động của thiết bị khí sinh học dạng túi nilong: Nguyên liệu được đưa vào túi/bể phân hủy thông qua ống đầu vào Khí tạo ra trong quá trình phân hủy theo đường ống dẫn khí đến lưu trữ tại túi dự trữ Nguyên liệu sau khi vào túi phân hủy sẽ tự di chuyển tới đầu ra và thoát ra ngoài qua ống đầu ra Áp lực để đẩy khí tới túi dự trữ và đến thiết bị sử dụng được tạo ra bằng cách đặt vật nặng lên

bề mặt túi phân hủy hoặc thắt chặt túi chứa khí bằng sợi dây đàn hồi Lớp váng có

thể hình thành trong bể/túi phân hủy có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng tay, chân ép lên bền mặt túi tới bề mặt dịch phân hủy

Các ưu điểm của thiết bị khí sinh học bằng nilong như sau:

- Vật liệu nilong gọn nh , dễ vận chuyển và tạo thuận lợi trong khả nâng tiếp cận của người dân

- Chi phí đầu tư thấp

- Thích hợp với hộ gia đình có thu nhập thấp hoặc những hộ gia đình không có

ý định chăn nuôi thường xuyên

- Lắp đặt đơn giản, dễ dàng; không yêu cầu kỹ thuật được đào tạo

Các nhược điểm của thiết bị khí sinh học bằng nilong như sau:

- Khó khăn trong việc lấy cặn bã, lắng đọng trong túi phân hủy

- Áp suất khí thấp, hạn chế trong vận hành sử dụng khí gas

- Độ bền thấp; dễ bị thủng/hư hỏng do tác động cơ học và điều kiện thời tiết

- Độ an toàn thấp, dễ xảy ra rò rỉ khí gas

- Tốn nhiều diện tích

1.2.1 Nước ngoài

Ở một số nước Châu Á, các nước như: Trung Quốc, Thái Lan, … là những nước có ngành chăn nuôi công nghiệp lớn trong khu vực nên rất quan tâm đến vấn

đề xử lý nước thải chăn nuôi

Một số kỹ thuật xử lý nước thải chăn nuôi từ các nhà nghiên cứu Trung Quốc đưa ra như:

để sử dụng

Một số nhà nghiên cứu ở Úc thì cho rằng chiến lược giải quyết vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi lợn là sử dụng kỹ thuật SBR (sequencing batch reactor) Ở Ý đối với các loại nước thải giàu nitơ và phốt pho như nước thải chăn nuôi lợn thì các phương pháp xử lý thông thường không thể đạt được các tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng về nitơ và phốt pho trong nước ra sau xử lý Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ ở Ý đưa ra là SBR có thể giảm trên 97% nồng độ COD, nitơ, phốt pho

Ở Nga các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu xử lý nước thải phân heo, phân bò dưới các điều kiện ưa lạnh và ưa nóng trong điều kiện khí hậu ở Nga

Tại Thái Lan thì trường đại học Chiang Mai đã có nhiều đóng góp rất lớn trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn như hệ thống xử lý tốc độ cao kết hợp với hệ thống chảy nút (HYPHI): hệ thống HYPHI gồm có thùng lắng,

bể chảy nút và bể UASB Phân lợn lợn được tách làm 2 đường, đường thứ nhất là chất lỏng có ít chất rắn tổng số, còn đường thứ hai là phần chất rắn với nồng độ chất rắn tổng số cao, kỹ thuật này đã được xây dựng cho các trại lợn lợn trung bình và lớn

Nhìn chung về công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ sinh học trên thế giới là áp dụng tổng thể và đồng bộ các thành tựu kỹ thuật lên men yếm khí, lên men hiếu khí và lên men thiếu khí, nhằm đáp ứng các yêu cầu kinh tế xã hội và bảo

vệ môi trường Trên cơ sở đó có thể đề xuất ra những giải pháp kỹ thuật phù hợp với từng điều kiện sản xuất cụ thể

1.2.2 Việt Nam

Nước thải chăn nuôi lợn được coi là một trong những nguồn nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng Việc mở rộng các khu dân cư xung quanh các xí nghiệp chăn nuôi lợn nếu không được giải quyết thỏa đáng sẽ gây ra ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và gây ra những vấn đề mang tính chất xã hội phức tạp

Nhiều nguyên cứu trong lĩnh vực xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang được hết sức quan tâm vì mục tiêu giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đồng thời với việc

tạo ra năng lượng mới Các nghiên cứu về xử lý nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam đang tập trung vào hai hướng chính, hướng thứ nhất là sử dụng các thiết bị yếm khí tốc độ thấp như bể lên men tạo khí Biogas kiểu Trung Quốc, Ấn độ, Việt Nam, hoặc dùng các túi PE Phương hướng thứ nhất nhằm mục đích xây dựng kỹ thuật xử lý yếm khí nước thải chăn nuôi lợn trong các hộ gia đình chăn nuôi lợn với

số đầu lợn không nhiều Hướng thứ hai là xây dựng quy trình công nghệ và thiết bị tương đối hoàn chỉnh, đồng bộ nhằm áp dụng trong các xí nghiệp chăn nuôi mang tính chất công nghiệp Trong các nghiên cứu về quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn công nghiệp đã đưa ra kiến nghị công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi công nghiệp có thể tiến hành như sau:

(1) xử lý cơ học: lắng 1;

(2) xử lý sinh học: bắt đầu bằng sinh học kị khí UASB, tiếp theo là sinh học hiếu khí (Aerotank hoặc hồ sinh học);

(3) khử trùng trước khi thải ra ngoài môi trường

Những nghiên cứu của chúng ta đã đi đúng hướng, tiếp cận được công nghệ thế giới đang quan tâm nhiều Tuy nhiên số lượng nghiên cứu và chất lượng các nghiên cứu của chúng ta còn cần được nâng cao hơn, nhằm nhanh chóng được áp dụng trong thực tế sản xuất

a Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi theo qu mô ở Việt Nam

- Hộ gia đình

Lượng chất thải chăn nuôi thải ra hằng ngày còn ít nên các cơ sở chăn nuôi hộ gia đình có thể thu gom quét dọn chuồng thường xuyên Có thể áp dụng một biện pháp xử lý chất thải theo các sơ đồ sau:

Hình 0.3: Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình

- Cơ sở chăn nuôi nhỏ và vừa

Ở các cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ, lượng phân gia súc thải ra hằng ngày khoảng vài trăm kg, do đó việc sử dụng túi hoặc biogas để xử lý phân là không khả thi vì tốn rất nhiều diện tích và công xây dựng Trường hợp này ta có thể tách riêng quá trình xử lý phân và nước thải Nước thải chăn nuôi được xử lý bằng hệ thống biogas, phân được thu gom và xử lý riêng bằng quá trình làm phân bón Cặn lắng từ khâu xử lý nước thải được thu gom xử lý chung với phân và nước rỉ trong quá trình

ủ phân có thể đưa ngược trở lại hệ thống xử lý nước thải

- Trang trại quy mô lớn

Đối với các cơ sở chăn nuôi có quy mô lớn với trên 3000 đầu lợn, để rút ngắn thời gian xử lý và tăng hiệu quả xử lý, có thể thêm khâu tiền xử lý trước khâu xử lý sinh học hoặc kết hợp xử lý sinh học với xử lý bậc cao

Với quy mô vừa trở lên, việc đầu tư cho một hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi là có thể thực hiện được Tùy vào trường hợp cụ thể mà có thể áp dụng quy trình sau:

Hình 0.4: Sơ đồ xử lý nước thải chăn nuôi ở trang trại quy mô lớn

1.3 Tổng quan về hệ xử lý nước thải màng sinh học cố định

Để xử lý nước thải giàu hữu cơ nhiều nghiên cứu khoa học đã được thực hiện

để đánh giá hiệu quả và tính phù hợp của các biện pháp xử lý khác nhau

Trong nghiên cứu này lựa chọn hệ phản ứng sinh học màng cố định (FBR) Công nghệ FBR là một công nghệ 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, nitơ, … Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển, hệ thống FBR áp dụng tích hợp cả 3 quá trình sinh học bùn hoạt tính lơ lửng, quá trình tuỳ nghi khử nitơ phốt pho và quá trình vi sinh vật sinh trưởng ở dạng bám dính trên bề mặt giá thể đặt trong hệ thống

Trong quá trình vận hành một hệ thống xử lý nước thải, chi phí vận hành đáng

kể nhất của là chi phí điện năng và hoá chất tiêu thụ FBR có thể giảm thiểu việc sử dụng hoá chất bằng cách tăng giá trị MLSS của các chủng vi sinh nuôi cấy

Sử dụng bể phân hủy kĩ thuật vi sinh bám dính cố định sẽ giảm được thể tích của bể phản ứng Bể phân hủy yếm khí là một trong những loại thiết bị dễ thiết kế

và đơn giản trong nhóm các phương pháp sinh học ứng dụng trong xử lý nước thải Kích thước bể phản ứng có chiều cao (H/D = 8 – 10; trong đó: H chiều cao; D đường kính bể lọc sinh học yếm khí) được nạp đầy vật liệu lọc, bể mà vi sinh vật có thể phát triển và được giữ lại trên lớp vật liệu lọc Chất thải được xử lý thường đi qua lớp vật liệu lọc theo hướng từ dưới lên trên, và tồn tại thông qua siphon khí Sự phát triển của vi sinh vật trong bể lọc bao gồm 2 loại: loại vi sinh bám dính trên vật

liệu lọc và vi sinh dính bám trên vật liệu lọc dạng phân tán, như sinh dính bám bên trong mao quản của lớp vật liệu lọc Tại tải thủy lực thấp, cả hai dạng kĩ thuật lọc ở trên đều phổ biến, trong khi ở tải thủy lực cao các vi sinh vật lơ lửng bị thoát ra ngoài, chỉ còn giữ lại vi sinh bám dính Vì việc giữ và dính bám, nên thời gian lưu bùn (c) cao có thể đạt được tại thời gian lưu thủy lực rất thấp

Hệ lọc yếm khí còn có tên gọi là cột lọc tầng tĩnh, vật liệu mang vi sinh được xếp đặt cố định trong tầng lọc Vật liệu mang vi sinh có nhiệm vụ cung cấp bề mặt cho vi sinh bám dính trên đó Chiều của dòng nước thải có thể bố trí chảy từ trên xuống hay từ dưới lên Thế hệ lọc đời mới thường sử dụng phương thức dòng chảy ngược do nó có khả năng lưu giữ sinh khối tới mật độ cao hơn so với lọc xuôi vì ngoài phần vi sinh bám trên chất mang còn có phần vi sinh tồn tại ở trạng thái huyền phù ở trong khoảng không gian rỗng giữa chất mang và bên dưới chất mang Nhược điểm của cột lọc chảy ngược là dễ bị tắc hơn so với trường hợp lọc xuôi

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước thải chăn nuôi lợn

Mẫu nước thải nghiên cứu được lấy tại hố thu gom sau thời gian rửa chuồng,

trước bể Biogas có tải trọng hữu cơ cao tại các trại chăn nuôi lợn thuộc ba tỉnh Vĩnh

Phúc (quy mô nuôi gần 3000 đầu lợn để nghiên cứu xử lý với hệ FBR qui mô phòng

thí nghiệm (12L/ngày đêm)), Hà Tĩnh và Đồng Nai để đánh giá đặc tính Nước thải

đã được tiền xử lý qua rây lọc thô có kích thước lỗ 1mm để loại bỏ cặn rác thô trước

khi sử dụng nghiên cứu

2.1.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu

Nguồn vi sinh vật yếm khí: bùn vi sinh được lấy từ nhà máy bia Sabeco có chỉ

số SVI =10,5

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Địa điểm cơ sở lấy mẫu thường xuyên để nghiên cứu xử lý là tại hộ gia đình

ông Nguyễn Văn Tính, Xã Kim Xá, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc Riêng Hà

Tĩnh và Đồng Nai là hai cơ sở kế thừa kết quả từ đề tài nghiên cứu

Thời gian lấy mẫu: 1 lần/ 2 tuần, mỗi lần khoảng 450 lít nước thải (sử dụng

can 20 và 30L)

Mẫu nước thải nghiên cứu được lọc thô qua rây lọc 1mm sau đó cho vào bồn

chứa, nghiên cứu và mô hình thí nghiệm (12L/ngày đêm) được thực hiện tại Phòng

thí nghiệm Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phương pháp

như sau:

2.3.1 Phương pháp điều tra thực tế lấy mẫu nước thải

Mục đích của phương pháp này là để xác định hiện trạng xử lý nước thải chăn

nuôi của các cơ sở có thực sự hiệu quả không, từ đó tìm ra đặc điểm, tính chất

nguồn thải và đưa ra sự so sánh của các cơ sở chăn nuôi Dựa vào kết quả khảo sát

sẽ làm cơ sở đánh giá tiềm năng xử lý thành phần hữu cơ cao và khả năng thu hồi khí metan

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát cơ sở chăn nuôi tại tỉnh Vĩnh Phúc, riêng hai tỉnh Hà Tĩnh và Đồng Nai (Bảng 2.1) có kế thừa kết quả nghiên cứu của đề tài

Bảng 0.1: Thông tin về các cơ sở chăn nuôi điều tra khảo sát

Số lao động

Thời gian bắt đầu hoạt động

Tổng diện tích (ha)

Quy mô trang trại Vĩnh Phúc

Hộ chăn nuôi

Đỗ Văn

Trường

Thôn Hạ Chuế, xã Kim Xá, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc

30 lợn nái

200 lợn thịt

Hộ chăn nuôi

Trần Văn

Tính

Thôn Hạ Chuế, xã Kim Xá, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc

400 lợn thịt

100 lợn giống

60 lợn nái

Hà Tĩnh Hợp tác xã

chăn nuôi

tổng hợp

Đồng Môn

Trụ sở: Xóm Thúy Hội, xã Thạch Hưng, TP Hà Tĩnh, tỉnh Hà Tĩnh

300 lợn nái ngoại sinh sản

04 lợn

Cơ sở Địa chỉ

Số lao động

Thời gian bắt đầu hoạt động

Tổng diện tích (ha)

Quy mô trang trại

Trang trại: Thôn Tiền Tiến, xã Thạch Môn, TP Hà

Tĩnh

đực 850 lợn thịt

600 lợn nái

2000 lợn thịt

Công ty CP

chăn nuôi

Mitraco

Xã Thạch Vĩnh, huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh

1200 đầu lợn (300 lợn giống

900 lợn nái)

Đồng Nai Trại lợn thuộc

lợn nái

Cơ sở Địa chỉ

Số lao động

Thời gian bắt đầu hoạt động

Tổng diện tích (ha)

Quy mô trang trại

171.819

m2 (diện tích chuồng trại là 26.280

m2)

12.000 lợn hậu bị

và 2.400 lợn nái

41.328

m2, trong đó diện tích xây dựng chuồng trại là 5.569

m2

1200 lợn nái

Phương thức lấy mẫu: Mẫu nước thải được lấy tại các hố thu gom của hệ thống trang trại và vị trí lấy mẫu là tại hai thời điểm khi chưa rửa chuồng và trong khi rửa chuồng

Nhận xét

Một số kết quả đánh giá đặc tính nước thải đầu vào tại các cơ sở khảo sát được chỉ ra ở Phụ lục 1 Giá trị pH của các mẫu nước thải đầu vào và ra đều nằm trong QCVN đối với nước thải chăn nuôi (Phụ lục 1)

Hình 0.1: So sánh kết quả thành phần hữu cơ của các cơ sở (ĐVT: mg/L)

Nước thải chăn nuôi lợn ở khu vực nghiên cứu ô nhiễm rất cao so với cột B của tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi gia súc QCVN 62:2016/BTNVMT, cụ thể: COD cao gấp 20-40 lần, NH4+, N- cao gấp 10-20 lần, tổng chất rắn lơ lửng cao gấp 9 -20 lần

Các thành phần hữu cơ đầu vào có giá trị rất cao: BOD5 gần 800 mg/L ở các

cơ sở Vĩnh Phúc trong khi tại các cơ sở ở Đồng Nai cũng gần 600 mg/L, COD các mẫu ở khu vực Vĩnh Phúc vẫn ở mức rất cao trung bình 2000 mg COD/L; thông số đường/glucozơ thì các cơ sở chăn nuôi ở Đồng Nai có giá trị gần 1500 mg/L; đối với TSS, các mẫu đầu vào nằm trong khoảng 1000-2000 mg/L, riêng cơ sở chăn nuôi Phát Đạt, Vĩnh Phúc và Huệ Hùng, Hà Tĩnh có giá trị rất cao 3500-4000 mg/L