Ứng dụng keo tụ tủa bông bằng PAC kết hợp ozon hóa tróng xử lý nước thải chăn nuôi

Hiện nay các trang trại chăn nuôi ở nước ta vẫn chưa có phương pháp xử lý các chất thải chăn nuôi hợp lý nên các chất thải này gây ô nhiễm, gây mùi hôi thối cho môi trường xung quanh.. n

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình tiến hành tìm kiếm tài liệu, xây dựng đề tài nghiên cứu

em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, hỗ trợ và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy

cô, các bạn và gia đình

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Ngọc Bích, thầy Lê Khánh Toàn đã chỉ bảo, giúp đỡ tận tình em từ khi xác định đề tài đến khi thực hiện đề tài và hoàn thành báo cáo khóa luận

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trung tâm thí nghiệm thực hành - khoa quản lý tài nguyên rừng và môi trường, trường đại học lâm nghiệp Việt Nam, lời cảm ơn đến nhà trường, thầy cô và các bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành báo cáo một cách tốt nhất

Với sự giúp đỡ của mọi người và sự cố gắng của bản thân, em đã hoàn thiện bài báo cáo khóa luận của mình, nhưng do sự hạn chế năng lực, kinh nghiệm của bản thân nên bài còn có nhiều thiếu sót, mong được sự quan tâm góp ý của thầy cô và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Nông Thị Hồng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

NH MỤ H NH v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

HƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi 3

1.2 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi 3

1.2.1 Các chất hữu cơ và vô cơ 4

1.2.2 Nitơ và Photpho 4

1.2.3 Vi sinh vật gây bệnh 5

1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường 5

1.4 Một số nghiên cứu về xử lý nước thải chăn nuôi 7

1.5 Một số phương pháp xử lý nước thải 9

1.5.1 Phương pháp xử lý cơ học 9

1.5.2 Phương pháp xử lý hóa - lý 9

1.5.3 Phương pháp xử lý hoá học 9

1.5.4 Phương pháp xử lý sinh học 10

1.6 Phương pháp keo tụ tủa bông 12

1.6.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp keo tụ tủa bông 12

1.6.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ tủa bông 15

1.6.3 Ứng dụng của phương pháp keo tụ tạo bông 16

1.7 Vai trò của phương pháp ô xy hóa trong quá trình xử lý nước thải 17

1.7.1 Cơ sở lý thuyết 17

1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ô xy hóa bằng ozon 18

1.7.3 Ứng dụng của phương pháp ozon hóa 19

HƯƠNG II MỤC TIÊU, NỘI UNG VÀ PHƯƠNG PH PNGHIÊN CỨU20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20

2.1.1 Mục tiêu chung 20

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 20

2.2 Nội dung nghiên cứu 20

2.3 ơ sở lựa chọn phương pháp 20

2.4 Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu 21

2.4.1 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 21

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 21

2.4.3 Phương pháp phân tích mẫu theo các chỉ tiêu môi trường 24

2.5 Phương pháp đánh giá, biểu diễn số liệu 26

3.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi 27

3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng PAC 27

3.2.1 Đánh giá ảnh hưởng pH tới xử lý nước thải bằng PAC 28

3.2.2 Xác định lượng PAC tối ưu 32

3.3 Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng ozon 37

3.4 Đề xuất giải pháp 44

3.4.1 Giải pháp kỹ thuật 44

3.4.2 Giải pháp quản lý 45

3.4.3 Giải pháp truyền thông, giáo dục 45

4.1 Kết luận 46

4.2 Tồn tại 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi 3

Bảng 1.2 Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn 5

Bảng 2.1 ác bước tiến hành thí nghiệm xác định pH tối ưu 22

Bảng 2.2 ác bước tiến hành xác định lượng PAC tối ưu 22

Bảng 2.3 Điều kiện tiến hành oxy hóa bằng Ozon 23

Bảng 3.1 Kết quả phân tích đặc tính của nước thải chăn nuôi 27

Bảng 3.2 Kết quả của các thông số đánh giá khi thay đổi pH 28

Bảng 3.3 Kết quả của các thông số đánh giá khi thay đổi lượng PAC 32

Bảng 3.4 Kết quả của các thông số đánh giá 38

Bảng 3.5 Tổng số coliform trong nước thải trước và sau xử lý bằng ozon 43

N MỤ N

Hình 3.1 Biểu đồ hiệu suất xử lý TSS khi thay đổi pH 28

Hình 3.2 Biểu đồ hiệu suất xử lý O khi thay đổi pH 29

Hình 3.3 Biểu đồ hiệu suất xử lý BOD5 khi thay đổi pH 30

Hình 3.4 Biểu đồ hiệu suất xử lý N- NH4 + khi thay đổi pH 31

Hình 3.5 Biểu đồ hiệu suất xử lý P-PO43- khi thay đổi pH 31

Hình 3.6 Biểu đồ hiệu suất xử lý TSS khi thay đổi lượng PAC 33

Hình 3.7 Biểu đồ hiệu suấtxử lý O khi thay đổi lượng PAC 34

Hình 3.8 Biểu đồ hiệu suất xử lý BOD5 khi thay đổi lượng PAC 35

Hình 3.9 Biểu đồ hiệu suất xử lý N- NH4+ khi thay đổi lượng PAC 35

Hình 3.10 Biểu đồ hiệu suấtxử lý P-PO43- khi thay đổi lượng PAC 36

Hình 3.11 Sự thay đổi của màu sắc của nước khi thay đổi lượng ozon 37

Hình 3.12 Biểu đồ hiệu suất xử lý O khi tăng dần lượng khí sục 39

Hình 3.13 Biểu đồ hiệu suất xử lý BOD5 khi tăng dần lượng khí sục 40

Hình 3.14 Biểu đồ hiệu suấtxử lý N-NH4+ khi tăng dần lượng khí sục 41

Hình 3.15 Biểu đồ hiệu suấtxử lýP-PO43- khi tăng dần lượng khí sục 42

Hình 3.16 Sơ đồ bố trí các bể trong hệ thống xử lý nước thải 44

chăn nuôi 44

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước ta là đất nước nông nghiệp, có 70% dân cư sống dựa vào kinh tế nông nghiệp Trong đó chăn nuôi là một phần quan trọng trong nông nghiệp, đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội Sự gia tăng về số lượng và chất lượng các sản phẩm nông nghiệp đòi hỏi sự cạnh tranh của các sản phẩm phải cao Với một nghành nông nghiệp nhỏ lẻ, lạc hậu thì không có tính cạnh tranh với các sản phẩm nông nghiệp của các quốc gia khác vì vậy đòi hỏi cần phải có quy mô trang trại lớn, tiến tiến, người chăn nuôi phải có kiến thức đầy đủ là điều cần thiết và tất yếu của quy luật phát triển

Khi chăn nuôi còn diễn ra nhỏ lẻ thì chất thải chăn nuôi không phải là vấn

đề lớn bởi lượng chất thải thải ra môi trường vẫn nằm trong giới hạn cân bằng của môi trường Nhưng khi ngành chăn nuôi phát triển thì chất thải chăn nuôi lại

là một vấn đề cần được quan tâm vì với khối lượng chất thải lớn sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Phát triển chăn nuôi bền vững là phát triển phải đi đôi với bảo vệ môi trường Hiện nay các trang trại chăn nuôi ở nước ta vẫn chưa có phương pháp xử

lý các chất thải chăn nuôi hợp lý nên các chất thải này gây ô nhiễm, gây mùi hôi thối cho môi trường xung quanh Đặc biệt là trong chất thải chăn nuôi có chứa nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30 – 40 lần Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn chứa coliform, E.coli, COD, BOD và trứng giun sán cao hơn nhiều lần cho phép có thể gây ra dịch bệnh làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người, ảnh hưởng đến kinh tế, xã hội và môi trường

Với định hướng phát triển bền vững đất nước cần phải tăng cường, nâng cao các biện pháp xử lý các chất thải của ngành chăn nuôi, hoàn thiện luật pháp

về môi trường, nâng cao ý thức người dân Để giải quyết vấn đề về chất thải chăn nuôi cần phải xây dựng và đưa ra các biên pháp xử lý đáp ứng đầu ra phải

đảm bảo tiêu chuẩn môi trường cho phép Vì vậy đề tài nghiên “Ứng dụng keo

tụ tủa bông bằng PAC kết hợp ozon hóa trong xử lý nước thải chăn nuôi”

nhằm sử dụng các phương pháp hóa học – lý học – sinh học để xử lý hiệu quả nước thải chăn nuôi, giúp kiểm soát, xử lý các chất ô nhiễm môi trường, làm hạn chế đến mức thấp nhất những ảnh hưởng tiêu cực, giữ gìn môi trường xanh, sạch đẹp cho thế hệ hiện tại và tương lai, phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững đất nước

ƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi

- Chất thải chăn nuôi sinh ra do hoạt động chăn nuôi bao gồm chất thải ở dạng lỏng như: phân, thức ăn, ổ lót, xác gia súc, gia cầm chết, vỏ bao bì thuốc thú y, nước tiểu, nước rửa chuồng và khí thải chăn nuôi

- Khối lượng chất thải sinh ra từ vật nuôi phụ thuộc vào chủng loại, giống, giai đoạn sinh trưởng, chế độ dinh dưỡng và phương thức về sinh chuồng trại

- Với số lượng gia súc, gia cầm trong quy mô trang trại như hiện nay thì khối lượng chất thải chăn nuôi sinh ra hàng ngày tại nước ta sẽ rất lớn dưới nhiều dạng rắn, lỏng, khí

1.2 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi

- Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao với hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, Nitơ, Photpho và vi sinh vật gây bệnh Nước thải cần được xử lý trước khi thải

ra ngoài môi trường Để tìm ra và xây dựng hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi phù hợp ta cần phải xem xét thành phần và tính chất của nước thải

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi

Nguồn: Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, 2012 [2]

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp của nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng Nước tiểu có thành phần chính là nước, một lượng lớn nitơ (chủ yếu dưới dạng urê) và một số chất khoáng, các hormon, creatin, sắc tố, axit mật và nhiều sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của con vật

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

vi sinh vật phân hủy trong điều kiện có ô xy hóa tạo thành khí amoniac gây mùi

khó chịu Amoniac là khí rất độc, thường được tạo ra ngay trong hệ thống chuồng trại, nơi lưu trữ, chế biến và trong giai đoạn sử dụng chất thải Nhưng nếu được sử dụng hợp lý hay bón cho cây trồng thì chúng là nguồn cung cấp dinh dưỡng giàu nitơ, photpho và các yếu tố khác để cây trồng hấp thụ

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào lượng thức ăn rơi vãi, mức độ thu gom phân, phương thức thu gom chất thải trong chuồng hay lượng nước sử dụng khi vệ sinh chuồng trại hoặc tắm rửa gia súc [2]

1.2.1 Các chất hữu cơ và vô cơ

- Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcacbon và dẫn xuất của chúng có trong phân Các chất vô cơ chiếm 20- 30% gồm cát, đất, muối urê, amonium, muối clorua, SO42- Nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng COD, BOD5 rất cao, là nước thải chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy [2]

1.2.2 Nitơ và Photpho

- Khả năng hấp thụ nitơ và photpho của gia súc, gia cầm rất kém, nên khi thức ăn có chứa nitơphotpho thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng nitơ và photpho rất cao Hàm lượng N- tổng trong nước thải chăn nuôi 571 – 1026mg/l, photpho từ 39 – 94 mg/l Theo thời gian và sự có mặt của ô xy mà lượng nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3- Nếu không được xử lý tốt sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng và mất cân bằng hệ sinh thái, làm cho nước thải chăn nuôi có mùi hôi thối do sự chuyển hóa thành khí amoniac của nitơ phân tử Đặc biệt khi nitơ phân

tử chuyển hóa thành NO2- , khí này có ái lực mạnh với hồng cầu trong máu mạnh hơn ô xy nên nó sẽ thay thế ô xy tạo thành methomoglobin, ức chế chức năng vận chuyển ô xy đến các cơ quan của hồng cầu, ngăn cản quá trình trao đổi chất của cơ thể, làm các cơ quan thiếu ô xy, đặc biệt là não, dẫn đến đau đầu, mệt mỏi, hôn mê, thậm chí là tử vong [2]

Bảng 1.2 Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn

Nguồn: Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam,2012[2]

1.3 Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường

- Chất thải chăn nuôi chứa hàm lượng các chất ô nhiễm cao, nếu không

được xử lý hợp lý sẽ ảnh hưởng đến các thành phần môi trường

- Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ bị phân hủy, nitơ, photpho Đây là nguồn dinh dưỡng lớn cho cây trồng, nhưng nếu sử dụng trực tiếp vào đất quá mức cho phép, cây trồng không hấp thụ hết, sẽ tích tụ lại gây hiện tượng bão hòa hay quá bão hòa chất dinh dưỡng trong đất, làm chết cây, giảm sản lượng cây trồng, tạo điều kiên cho sinh vật ưa nitơ, photpho phát triển, hạn chế chủng loại vi sinh vật khác gây mất cân bằng sinh thái trong đất Trong các thức ăn chăn nuôi công nghiệp thường bổ sung chất kích thích tăng trưởng (thành phần chủ yếu là đồng và kẽm) Khi các chất này được thải ra cùng nước thải chăn nuôi sẽ dần tích tụ trong đất, ảnh hưởng đến cây trồng, và ảnh hưởng đến con người thông qua

chuỗi thức ăn

- Khi nước thải chăn nuôi không được xử lý hợp lý, hoặc thải trực tiếp vào môi trường nước sẽ làm giảm lượng ô xy hòa tan do cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiếu khí, các vi sinh vật này sử dụng ô xy để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước Trong nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng chất dinh dưỡng cao, lại giàu nitơ, photpho nên dễ dàng tạo điều kiện cho tảo phát triển, gây ra hiện tượng phú dưỡng, gây ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật thủy sinh Đồng thời nước cũng là môi trường thuận lợi cho sự sinh sôi và phát triển các vi sinh vật gây bệnh có trong nước Nếu các chất thải thấm xuống nước ngầm sẽ gây ô nhiễm nước ngầm, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người khi sử dụng

nguồn nước bị ô nhiễm

- Thành phần hóa học của chất thải chăn nuôi thay đổi một cách nhanh chóng trong quá trình lưu trữ Trong quá trình lưu trữ, một lượng lớn chất khí tạo thành bởi quá trình hoạt động của vi sinh vật, tạo ra các khí có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng, đề kháng của gia súc, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người,

tạo ra khí gây hiệu ứng nhà kính

- Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm 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 hoá, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun 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

- Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các cấp quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như không kìm hãm sự phát triển của ngành [12]

1.4 Một số nghiên cứu về xử lý nước thải chăn nuôi

Ở hâu , 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

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tìm ra nhiều công nghệ xử lý nước thải thích hợp như kỹ thuật lọc yếm khí, kỹ thuật phân hủy yếm khí hai giai đoạn, bể Biogas tự hoại

Hiện nay ở Trung Quốc các bể Biogas tự hoại đã sử dụng rộng rãi như phần phụ trợ cho các hệ thống xử lý trung tâm Bể Biogas là một phần không thể thiếu trong các hộ gia đình chăn nuôi heo vừa và nhỏ ở các vùng nông thôn, nó vừa xử lý được nước thải và giảm mùi hôi thối mà còn tạo ra năng lượng để sử dụng

Trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo tại Thái Lan thì trường đại học hiang Mai đã có nhiều đóng góp rất lớn - HYPHI (hệ thống xử

lý tốc độ cao kết hợp với hệ thống chảy nút): hệ thống HYPHI gồm có thùng lắng, bể chảy nút và bể U SB Phân heo 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 heo trung bình và lớn Để xử lý nước thải hiệu quả, sau bể biogas còn sử dụng tảo, xây dựng hồ thực vật kết hợp nuôi cá để xử lý nước thải chăn nuôi

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

Một số tác giả Úc cho rằng chiến lược giải quyết vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi heo là sử dụng kỹ thuật SBR (sequencing batch reactor) Ở Ý đối với các loại nước thải giàu Nitơ và Photpho như nước thải chăn nuôi heo thì các phương pháp xử lý thông thường không thể đạt được các tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng về Nitơ và Photpho 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 O , Nitơ, Photpho Nhận xét 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[4]

Ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi heo 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 heo 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 nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý nước thải chăn nuôi heo đang được 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 heo 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 heo trong các hộ gia đình chăn nuôi heo với số đầu heo 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, và xử lý nước thải chăn nuôi tập trung

Trong các nghiên cứu về quy trình công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo công nghiệp đã đưa ra một số kiến nghị sau:

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

Nhìn chung 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[12]

+ Đơn giản, dễ sử dụng, dễ quản lý

+ Chi phí thấp, các thiết bị dễ tìm kiếm

+ Hiệu quả xử lý sơ bộ tốt

- Nhược điểm:

+ Chỉ hiệu quả đối với các chất không tan

+ Không tạo được kết tủa để loại bỏ các chất rắn lơ lửng

1.5.2 Phương pháp xử lý hóa - lý

- Là quá trình dùng hóa chất và bể phản ứng nhằm tách các chất rắn lơ lửng, kim loại nặng và một số phần các chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng hiệu quả xử lý cho các công đoạn tiếp theo Gồm có các phương pháp chính sau:

keo tụ, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi ion, công nghệ màng

+ Chi phí mua hóa chất cao (đối với một số trường hợp)

+ Không hiệu quả đối với chất rắn hòa tan

+ Hiệu quả cao, ổn định về tính sinh học

+ Nguồn nguyên liệụ dễ tìm kiếm, có sẵn trong tự nhiên

+ Hạn chế khi thành phần của nước đầu vào biến động trong một khoảngrộng + Khá tốn diện tích

+ Hạn chế đối với nước thải có độc

1.5.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

- Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có ô xy

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

+ Ô xy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + H + Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + O2 + NH3-> Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O - H

+ Phân hủy nội bào :

C5H7O2N + O2->5CO2 + 2H2O + NH3 - H

ác phương trình phản ứng đều có xúc tác enzim

1.5.4.2 Phương pháp xử lý kỵ khí

- Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc

có lượng O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ

- Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí :

+ 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)

+ 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

+ Acetic hóa: Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới

+ Methane 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 [6]

1.6 Phương pháp keo tụ tủa bông

1.6.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp keo tụ tủa bông

- Trong nước thường tồn tại rất nhiều dạng chất ô nhiễm như các chất hữu

cơ, chất rắn lơ lửng, cặn bẩn tồn tại ở các dạng khác nhau ác phương pháp xử lý nước thải được áp dụng cho xử lý ban đầu chỉ có thể xử lý các chất ô nhiễm có kích thước lớn hoặc chất lắng chưa xử lý triệt để Công nghệ keo tụ tạo bông có thể xử

lý được các chất ô nhiễm ở dạng huyền phù với kích thước rất nhỏ kết hợp với hóa chất tạo kết dính giữa các hạt với nhau tạo thành bông keo kích thước lớn dễ dàng

xử lý

- Keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực

- Hiện tượng tạo bông và lắng xảy ra sau khi làm mất độ ổn định của hạt keo, ở đó sự kết tụ và tạo bông lớn được hình thành Việc khuấy trộn là cần thiết cho tạo bông Sau khi tạo bông, tiến hành lắng lọc các bông keo tụ

Sắt Clorua và sắt (III) sunphat FeSO4

Poly Aluminium Cloride ([Al2(OH)nCl6.nxH2Om) (PAC)

 Cấu tạo và tính chất hạt keo

- Hạt keo là các hạt có kích thước rất nhỏ (lớn hơn nguyên tử và ion nhưng không thể thấy bằng mắt thường) khoảng 0.001μm ≤ d ≤ 10μm

- Hạt keo có cấu tạo rất phức tạp gồm:

+ Nhân keo: là tập hợp có thể bằng hàng trăm hoặc hàng ngàn tùy thuộc vào độ phân tán, kích thước nguyên tử hay phân tử

+ Lớp hấp phụ: được tạo ra do nhân keo có khả năng hấp phụ mạnh và hấp phụ chọn lọc những ion có trong thành phần nhân hạt keo

+ Lớp khuyếch tán: tạo ra do các hạt keo còn hút những ion ngược dấu ở

xa hơn

- Khả năng lắng rất chậm (chuyển động Brown gây cản trở quá trình lắng

do trọng lực)

- Đặc tính bề mặt (điện thế, ái lực ) là yếu tố quan trọng

- ó xu hướng kết hợp với các chất môi trường xung quanh (tỉ lệ diện tích

bề mặt: khối lượng cao hơn)

- Có xu hướng tăng điện tích

- Đối với các hạt lơ lửng rất nhỏ và dạng keo có đường kính 10-6-10-3 mm thường rất khó lắng lọc, để tách hiệu quả thường sử dụng biện pháp keo tụ - tạo bông trước khi lắng lọc [5]

 ơ chế của quá trình keo tụ tạo bông

Quá trình nén các điện tích kép: Quá trình nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào đề giảm thế điện động zeta Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, giảm thế điện động zeta làm cho lực hút mạnh hơn lực đẩy và tạo ra sự kết dính của các hạt keo

Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0: Các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp thụ mạnh hơn Ví dụ, kết tủa Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 lên bề mặt, làm giàu lớp điện tích kép trong sản phẩm thủy phân mono hoặc dime Hấp thụ ion trái dấu làm trung hòa điện tích, giảm thế điện động zeta tạo ra khả năng kết dính giữa các hạt keo

Quá trình keo tụ do hấp phụ tĩnh điện thành từng lớp các hạt keo đều tích điện, nhờ lực tỉnh điện chúng có xu hướng kết hợp với nhau

Quá trình keo tụ do hiện tượng bác cầu ác polymer vô cơ hoặc hữu cơ (không phải Al hoặc Fe) có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo Điều cần lưu ý ở đây là tính toán đủ lượng tối ưu để tránh hiện tượng tái ổn định của hệ keo

Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng, hình thành các tinh thể Al(OH)3, Fe(OH)3, các muối không tan, polyelectrolit ơ chế này không phụ thuộc vào quá trình tạo bông, không có hiện tượng tái ổn định hệ keo Khi lắng, chúng hấp thụ cuốn theo các hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ, hữu cơ

lơ lửng và hòa tan trong nước

Khi hệ keo trong nước đã bị các chất keo tụ làm mất đi trạng thái ổn định của nó tốc độ tạo bông keo quyết định bởi sự chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau nhờ sự khuếch tán và chuyển động có hướng Khuếch tán chỉ có tác dụng hình thành bông keo nhỏ, để hình thành bông keo có kích thước lớn phải có chuyển động định hướng của các hạt keo để chúng tiếp xúc với nhau

ưới tác động của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt cặn có kích thước nhỏ va chạm và kết dính tạo thành hạt có kích thước lớn cho đến khi chúng không không còn khả năng tham gia vào chuyển động nhiệt nữa Lúc này tác động khuấy trộn tham gia vào quá trình tạo bông cặn lớn hơn

- Ưu điểm

+ Đơn giản dễ sử dụng

+ Rẻ tiền, nguyên vật liệu dễ tìm

+ Hiệu quả xử lí chất rắn lơ lửng cao

- Nhược điểm

+ Tạo ra bùn thải là kim loại

+ Tốn kinh phí trong việc vận chuyển, chôn lấp khi đưa bùn thải đi xử lý, không hiệu quả với nồng độ kim loại cao [10]

1.6.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ tủa bông

Keo tụ tủa bông bị ảnh hưởng chủ yếu bởi pH và lượng chất keo tụ

Ảnh hưởng của pH đối với điện tích hạt keo nhôm hydroxit

Điện tích của hạt keo trong dung dịch nước có quan hệ thành phần với ion của nước, đặc biệt là với nồng độ ion H+ Cho nên trị số pH đối với tính năng mang điện của hạt keo có ảnh hưởng rất lớn Khi 5<pH<8, hạt keo mang điện dương ấu tạo của đám keo này do sự phân hủy của nhôm sunfat mà hình thành Khi pH trong khoảng từ 7 – 8, hạt keo tồn tại ở trạng thái hydroxit trung tính nên dễ dàng kết tủa nhất

Ảnh hưởng của pH đối với các chất hữu cơ trong nước

Chất hữu cơ trong nước như các thực vật bị thối rữa, khi pH thấp dung dịch keo của acid humic mang điện âm Lúc này, dễ dàng dùng chất keo tụ khử

đi Khi pH cao, nó trở thành muối axit humic dễ tan Vì thế mà hiệu quả khử tương đối kém

Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ keo tụ dung dịch keo

Tốc độ keo tụ dung dịch keo có ảnh hưởng đến điện thế điện động của nó Trị số điện thế điện động càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu thì tốc độ keo

tụ của nó càng nhanh Khi điện thế điện động bằng 0, nghĩa là đạt đến điểm đẳng nhiệt, tốc độ keo tụ của nó lớn nhất Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế điện động của nó và điểm đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH của nước Cho nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ

Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phương pháp tính toán trị số pH tối ưu mà chỉ xác định bằng thực nghiệm Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau Nghĩa là cũng cùng một nguồn nước, các mùa khác nhau trị số pH tối ưu cũng có thể thay đổi

Khi dùng PAC làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu khoảng 7 - 8 Nói chung, khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịch keo tụ tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa vào quá trình keo tụ bản thân nó mà tách ra Nên dùng pH tương đối thấp là thích hợp vì khi này lượng điện tích dương của dung dịch keo nhôm

hydroxit tương đối lớn, rất có lợi để trung hòa điện tích âm của dung dịch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế điện động của nó Khi lượng phèn cho vào tương đối nhiều, chủ yếu là làm cho dung dịch keo nhôm hydroxit hình thành chất keo tụ càng tốt Để khử đi vật huyền phù và dung dịch keo tự nhiên trong nước, là dựa vào tác dụng hấp phụ của dung dịch keo nhôm hydroxit, cho nên khi pH gần bằng 8 là thích hợp nhất, vì nhôm hydroxit dễ kết tủa xuống

Nếu độ kiềm của nước nguồn quá thấp sẽ không đủ để khử tính acid do chất keo tụ thủy phân sinh ra Làm cho trị số pH của nước sau khi cho phèn vào quá thấp Ta có thể dùng biện pháp cho kiềm vào để điều chỉnh trị số pH của nước Kiềm cho vào có thể dung xút (NaOH), natricacbonat (Na2CO3) hay canxi hydroxit

1.6.3 Ứng dụng của phương pháp keo tụ tạo bông

- Xử lý các loại nước thải:

+ Nước thải chứa chất rắn lơ lửng cao

+ Hợp chất nước thải nhiều chất vô cơ Ví dụ: Rỉ rác, dệt nhuộm

+ Hợp chất nước thải nhiều chất hữu cơ Ví dụ: Giết mổ, thủy sản

+ Xử lý các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm

+ Các chất thường được đưa vào để làm chất kết dính là phèn nhôm (Al2(SO4)3), phèn sắt II ( FeSO4), phèn sắt III ( FeCl3)

1.7 Vai trò của phương pháp ô xy hóa trong quá trình xử lý nước thải

- Ozon là một chất ô xy hóa có hoạt tính mạnh và có độ hòa tan trong nước lớn gấp 10 lần ô xy Nó bền trong môi tường axit hơn so với môi trường bazơ Phương pháp này thường được sử dụng để xử lý nước thải có chứa chất hữu cơ ở dạng hòa tan và dạng keo nhờ khả năng ô xy hóa rất cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho các chất hữu cơ Ozon còn sử dụng để làm sạch nước phenol, sản phẩm dầu mpr, hydrosunfua, các hợp chất của asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, phẩm nhuộm, tiêu diệt các vi khuẩn

- Độ hòa tan của ozon trong nước phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng chất tan trong nước thải Với môi trường axit có muối trung tính sẽ làm tăng độ hòa tan của ozon, ngược lại trong môi trường kiềm sẽ làm giảm độ hòa tan của ozon [7]

 ơ chế của quá trình ozon hóa

Ozon tác dụng với các chất hữu cơ tan trong nước chủ yếu theo 2 cơ chế sau

- ơ chế 1: Ozon phản ứng trực tiếp với chất hữu cơ

Khi hòa tan ozon vào nước sẽ bị phân hủy tạo thành các gốc có tính ô xy hóa mạnh (*OH) Chúng tác dụng với các hợp chất hữu cơ, tạo thành dạng ô xy hóa của chúng Với phương trình phản ứng:

O3 + 2RH ->HOH + O2 + R-R Nhưng phản ứng trực tiếp của ozon với các hợp chất hữu cơ có tính chọn lọc, tức là ozon chỉ phản ứng với một số loại hợp chất hữu cơ nhất định Sản phẩm của các quá trình ozon hóa trực tiếp các chất vòng thơm thường là các axit

hữu cơ hoặc muối của chúng Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy cơ chế này xảy ra tương đối chậm và chiếm ưu thế ở khoảng pH thấp

- ơ chế 2: Ozon phản ứng với các chất thông qua các gốc tự do

O3 + HOH -> O2 + OH* + H+OH* + RH -> H2O + R*

Khi sục ozon vào nước, chất ô xy hóa thứ cấp là các gốc tự do *OH được hình thành và sự có mặt của các gốc tự do này giúp hiệu quả oxy hóa được nâng cao.Hoigné và các cộng sự (1977) đã nhận thấy, trong điều kiện axit, con đường

ô xy hóa trực tiếp bằng phân tử ozon là chủ yếu, trong khi đó điều kiện pH cao, hoặc trong những điều kiện có tác nhân khác như H2O2, UV, chất xúc tác, tạo điều kiện thuận lợi cho các gốc *OH, con đường ô xy hóa gián tiếp thông qua gốc hydroxyl sẽ là chủ yếu và hiệu quả ô xy hóa được nâng cao o đó, thay vì

sử dụng ozon một mình, nhiều công trình nghiên cứu đã theo hướng tìm kiếm các tác nhân phối hợp với ozon hoặc chất xúc tác nhằm tạo ra gốc *OH để nâng cao hiệu quả ô xy hóa của ozon khi cần xử lý những hợp chất bền vững, khó phân hủy ở trong nước thải Đó chính là quá trình ô xy hóa trên cơ sở của ozon[3]

Phương pháp ô xy hóa bằng ozon trở thành ô xy hóa bậc cao khi kết hợp ozon và UV, hay kết hợp với H2O2

1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ô xy hóa bằng ozon

Ảnh hưởng của pH: pH ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ ozon của nước thải chăn nuôi Giá trị pH quá thấp hoặc quá cao sẽ làm cho nước thải chăn nuôi

có hiệu suất hấp thụ không hiệu quả Giá trị pH thích hợp là khoảng pH từ 7 – 8,

cóthể tăng tốc độ tạo thành gốc *HO, tăng hiệu quả oxy hóa

Ảnh hưởng của nồng độ ozon: nồng độ ozon quá thấp sẽ không đử lượng ozon hòa tan để tạo ra các gốc *HO để phản ứng oxy hóa xảy ra Lượng ozon quá cao sẽ tạo ra khí ozon dư với lượng lớn, không hiệu quả Lượng khí vào thích hợp để oxy hóa nước thải chăn nuôi là 1,5 mg/l

1.7.3 Ứng dụng của phương pháp ozon hóa

Xử lý nước uống, nước sinh hoạt cho gia đình: máy ozone làm kết tủa các ion kim loại tồn dư trong nước có hại cho sức khỏe như Fe, Mangan, thủy ngân, chì, asen, loại bỏ các vi trùng gây ra các bệnh đường ruột, tụ cầu, kiết lị, ecoli Thực tế, hiện nay trên thế giới có trên 90% dây chuyền sản xuất nước tinh khiết ứng dụng công nghệ Ozone

Ứng dụng để khử độc rau quả thực phẩm, thịt cá, tôm… tiêu diệt các vi sinh vât, vi khuẩn khử dư lượng thuốc trừ sâu, dư lượng hoocmon kích thích tăng trưởng trên rau quả thực phẩm, thịt cá…

Sử dụng để bảo quản thịt, cá, hoa quả, thực phẩm đã chế biến trước khi đưa vào kho đông lạnh, giúp thức ăn được bảo quản tươi hơn và lâu hơn

Giúp khử trùng chai lọ, bình sữa của trẻ sơ sinh, đảm bảo vệ sinh tránh các bệnh lây lan qua đường tiêu hóa cho trẻ

Tạo nước ngậm ozone khử trùng và rửa sạch sẽ bề mặt vết thương: Dùng cho các vận động viên hoặc người có vết thương hở ngoài da, giúp sát trùng vết thương và mau lành da Ngoài ra, nước ozone dùng trong sinh hoạt còn giúp tái tạo nuôi dưỡng làn da khỏe mạnh, làm sạch gầu và giảm ngứa đầu do gầu và nấm hay mô hôi và bụi bẩn

Khử hết các mùi hóa chất: Mùi clo trong nước, mùi khói thuốc lá, khói xe, mùi hóa chất hữu cơ lên mêm, mùi mồ hôi, hơi thở có mùi, mùi súc vật và mùi tanh hải sản

Khử màu: khử màu anh do nấm, rêu hoặc các vi sinh vật gây ra Tẩy vết bẩn trên quần áo, bát đĩa [9]

ƯƠNG II MỤC TIÊU, NỘI UNG VÀ P ƯƠNG P P

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Sử dụng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp đơn giản, dễ vận hành, làm giảm tác động tiêu cực đến môi trường của nước thải chăn nuôi, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá được hiệu quả keo tụ tủa bông bằng PAC và ô xy hóađể xử lý

nước thải chăn nuôi

- Đề xuất được dây chuyền xử lý nước thải chăn nuôi đạt quy chuẩn môi

trường xả thải

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá đặc tính ô nhiễm của nước thải chăn nuôi thông qua một số chỉ

cơ, chất rắn lơ lửng trong nước ta sử dụng phương pháp keo tụ tủa bông, nhằm loại

bỏ các chất rắn lơ lửng, một phần nào đó các chất hữu cơ và các chất ô nhiễm khác, giúp cho nước trong hơn, dễ dàng để các chất ô xy hóa xử lý các chất hữu cơ, nitơ,

photpho, các vi sinh vật gây bệnh còn lại, như vậy hiệu quả xử lý sẽ cao hơn khi chỉ

sử dụng một công nghệ để xử lý

- Phương pháp ô xy hóa giúp xử lý chất hữu cơ và vi sinh vật trong nước thải chăn nuôi,làm giảm độ màu của nước thải, để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất, tạo ra nguồn nước thải phù hợp với tiêu chuẩn môi trường

2.4 Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu

- Phương pháp này rất cần thiết, thông qua số liệu giúp đề tài có kế thừa chọn lọc các thành quả nghiên cứu từ trước đến nay, những tài liệu cơ bản phục vụ

cho quá trình thực hiện bao gồm:

+ Tài liệu về phương pháp xử lý ô nhiễm nước bằng biện pháp hóa lý + Các giáo trình, luận văn, mạng Internet có nội dung liên quan đến đề

tài nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

- Dùng các can nhựa đã rửa sạch để đựng mẫu nước an được tráng kỹ

bằng chính mẫu nước lấy để làm thí nghiệm

- Nước thải cần lấy cho quá trình thực hiện đề tài được chứa trong các can

20 lít Mẫu được lấy trực tiếp từ bể chứa nước thải chăn nuôi

- Mẫu được vận chuyển đưa về phòng thí nghiệm ngay trong ngày

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm

- Để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ta sử dụng phương pháp ozon hóa

để sử dụng trong bể lắng, trước bể lắng ta sử dụng phương pháp keo tụ tủa bông

để làm giảm độ màu, giảm thành phần các chất hữu cơ và các chất ô nhiễm có trong nước đạt được chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường

2.4.2.1 Bố trí thí nghiệm keo tụ tủa bông

- Giai đoạn đầu là xử lý bằng keo tụ với phèn nhôm tồn tại ở dạng cao phân

tử (polyme) với công thức phân tử là [Al2(OH)nCl6-n]m Thành phần hóa học cơ bản là: Polyaluminium chloride, có thêm thuốc khử trùng gốc Clorin

 Xác định pH tối ưu

- Chuẩn bị dung dịch PAC, nồng độ 20g/l

- Dùng NaOH 0,5M và H2SO4 2N để điều chỉnh pH

- Quá trình tiến hành như trong bảng 2.1

Bảng 2.1: ác bước tiến hành thí nghiệm xác định pH tối ưu

 Xác định lượng PAC tối ưu

- Chuẩn bị 8 cốc có thể tích 500ml, cho 400ml nước thải vào mỗi cốc

- Đo pH của nước thải và điều chỉnh pH tối ưu như đã tìm được ở thí

nghiệm 1

- Sử dụng PAC nồng độ 20g/l

- Tiến hành thí nghiệm theo bảng sau

Bảng 2.2: ác bước tiến hành xác định lượng PAC tối ưu