Xử lý chất thải bằng phương pháp hiếu khí

Ngày nay ngành chăn nuôi của chúng ta ngày càng phát triển, đồng nghĩa chất thải chăn nuôi càng nhiều, làm thế nào để xử lý chúng là một trong những vấn đề mà ta quan tâm để đảm bảo yếu tố môi trường, sức khỏe vật nuôi và con người.Có 3 phương pháp xử lý nước thải chăn nuôiVật lý: dùng các tác nhân vật lý để tách phần rắn ra khỏi dòng nước thảiHóa học: dùng hóa chất để tách hoặc chuyển hóa các chất ô nhiễmSinh học: dùng các tác nhân sinh học để tách hoặc phân giải, chuyển hóa các chất ô nhiễmPhương pháp xử lý chất thải trong chăn nuôi bằng phương pháp hiếu khí bao gồm khái niệm, vi sinh vật hiếu khí, cơ chế xử lý và các yếu tố ảnh hưởng, các hệ thống xử lý và thực hành quản lý chất thải.

University of agriculture and forestry

Faculty of animal science and veterinary medicine

Chuyên đề 7:

Phương pháp và quy trình xử lý chất thải bằng

phương pháp hiếu khí

GVHD: PGS.TS Dương Nguyên Khang

Nhóm sinh viên:

1 Võ Phạm Danh DH17CN 17111020

2 Nguyễn Thị Diệu Linh DH16CN 16111084

3 Nguyễn Văn Nam DH16CN 16111099

4 Trương Thế Tài DH16CN 16111182

1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr

10-30% chất vô

cơ

70-90% chất hữu cơ

Vật lý

Sinh họcHóa học

Chất thải chăn nuôi giàu thành phần hữu cơ → dễ áp

dụng phương pháp xử lý sinh học

I Khái niệm

Các chất hữu

cơ hòa tan

Vi sinh vật hiếu khí

Oxy hóa khử

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí?

Phân giải các CHC thành dạng đơn giản như CH4, CO2, H2O, NH3, NOx… và loại bỏ khỏi dòng nước bằng quá trình lắng bùn, chuyển thành dạng bền vững không độc của các CHC và vô cơ hòa tan, loại bỏ N, P khỏi nước thải.

1 Mục đích

Ưu điểm: rẻ tiền, an toàn môi trường, tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị KT

như: khí sinh học (biogas), phân vi sinh…

Nhược điểm: phụ thuộc vào các yếu tố môi trường (thời tiết, nhiệt độ), thời

gian xử lý khá lâu, đòi hỏi mặt bằng rộng và có thể tạo mùi nếu không che phủ kín và quản lý tốt

2 Ưu điểm và nhược điểm

II Vi sinh vật hiếu khí

• Chiếm ưu thế (90%)

• Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc nhiều điều kiện môi trường, các yếu tố về

thiết kế, vận hành hệ thống và tính chất của nước thải

• Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium,

Pseudomonas, và Zoogloea (Jenkins và cs, 1993).

• Hai nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm cho việc chuyển hóa amonia thành nitrat là:

vi khuẩn nitrobacter và nitrosomonas

1 Vi khuẩn

• Tham gia vào quá trình trao đổi chất và cạnh tranh với vi khuẩn trong môi

trường hoạt động

• Có khả năng oxy hóa NH3 thành nitrit và nitrat

• Sphaerotilus natans và Zoogloea sp.

Flagellates Rolifer

Ciliates

III Cơ chế xử lý và các yếu tố ảnh hưởng

+ +

III Cơ chế xử lý và các yếu tố ảnh hưởng

Các yếu tố ảnh hưởng:

1 Oxygen (): Xử lý nước thải bằng VSV hiếu khí, là yếu tố không thể thiếu

Nước sau khi qua bể lắng 2 vỏ phải có []

IV Các hệ thống xử lý hiếu khí

Phân loại

1 Xử lý nước thải

1.1 Bể Aerotank

• Bể bùn hoạt tính hay bể sụt hiếu khí

• Là bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm các VSV sinh trưởng tạo thành các hạt bùn lơ lửng

Nguyên lý hoạt động: 3 giai đoạn

• Giai đoạn 1: Tốc độ OXH mạnh, bùn hoạt tính được hình thành và phát triển

• Giai đoạn 2: Tốc độ OXH ổn định, các CHC bị phân hủy mạnh nhất

• Giai đoạn 3: Tốc độ OXH giảm, quá trình nitrat hóa thành ammoniac xảy ra Sau cùng, quá trình phân hủy hiếu khí kết thúc

Mô hình xử lý hiếu khí (aerotank) nước thải chăn nuôi

Bể Aerotank loại truyền thống Bể Aerotank có trọng tải cao nhiều bậc

Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với

bùn hoạt tính Bể Aerotank cấp khí kéo dài

Phân loại

1.1 Bể Aerotank

Ưu điểm:

• Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%

• Loại bỏ được N trong nước thải

• Vận hành đơn giản, an toàn

• Thích hợp với nhiều loại nước thải

• Có thể tăng công suất đến 20% mà không phải tang thể tích bể

Nhược điểm:

Chi phí vận hành và yêu cầu năng lượng cao

1.2 Lọc sinh học (Biofilter)

• Là một công nghệ kiểm soát sự ô nhiễm kiểu mới Nó bao gồm sự loại bỏ và OXH những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ VSV

• Nguyên lý hoạt động: chất thải được lọc qua lớp lọc rắn (thường là sỏi, đá)

được bao phủ bởi lớp màng VSV hiếu khí bám dính

1.2 Lọc sinh học (Biofilter)

Trường Đại học Nông Lâm TP HCM – Khoa Chăn nuôi Thú Y 20

Ưu điểm:

• Khởi động nhanh: 2 tuần

• Có khả năng loại bỏ những cơ chất phân hủy chậm

• Có khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm

• Sự đa dạng về thiết bị xử lý

• Hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp

Nhược điểm:

• Không có khả năng điều khiển sinh khối

• Tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán (vật liệu làm giá thế phải

có diện tích bề mặt riêng lớn Thêm vào đó vận tốc nước chảy trên bề mặt màng phải đủ lớn)

1.2 Lọc sinh học (Biofilter)

Phân loại

Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước (lọc cao tải)

Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập nước (lọc nhỏ giọt)

Lọc sinh học nhỏ giọt

1.3 Đĩa quay sinh học - RBC

Nguyên lý hoạt động:

Khi quay màng sinh học dìm trong phần chất lỏng và tiếp xúc với CHC trong nước thải → xoay hướng ra phần không khí bên trên, các VSV bám dính trên đĩa sẽ tiếp xúc với oxy Nhờ sự luân phiên liên tục mà quá trình phân giải VSV được thực hiện thuận lợi

Ngoài ra, nhờ lực ly tâm để tách các chất rắn còn loại khỏi đĩa

Ưu điểm:

• Không cần tuần hoàn bùn

• Hoạt động ổn định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lưu lượng đột ngột và tác nhân độc với vi sinh

• Dễ dàng thi công, có thể tự vận hành

• Không gây mùi, độ ồn thấp, có tính thẩm mỹ

• Tiết kiệm sử dụng mặt bằng

1.4 Mương oxy hóa

• Là một dạng Aerotank cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài chuyển động tuần hoàn trong mương

• Các kết quả xử lý tốt nhất cho nước thải nhà máy sữa, nông nghiệp, nấu bia,…

Phân loại

Chia làm 2 loại:

• Mương oxy hóa gián đoạn có hình vành khan, sâu từ 0,9-1,5m, hoạt động luân phiên thổi khí và lắng

• Mương oxy hóa liên tục loại 1 giống mương oxy gián đoạn nhưng nước vào và

ra liên tục, quá trình lắng diễn ra trong 2 mương bên hông luân phiên nhau

1.4 Mương oxy hóa

Ưu điểm:

Hiệu quả xử lý BOD, nitơ, phospho cao

Quản lý vận hành đơn giản

Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng

Nhược điểm:

Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

Thời gian lưu nước dài

Lượng oxy cung cấp cho mương lớn

1.4 Mương oxy hóa

1.5 Cánh đồng tưới và bãi lọc

Nguyên tắc: chất rắn lơ lửng và bùn cặn được giữ lại trên mặt đất, nước được

thấm qua đất (đất = màng lọc), trong đất chứa VSV hiếu khí được cung oxy qua các lỗ hổng và mao quản của lớp đất bề mặt

1.5 Cánh đồng tưới và bãi lọc

1.6 Hồ sinh học hiếu khí

Hồ sinh học: Các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác

Thoáng khí tự nhiên Thoáng khí nhân tạo

• Ưu điểm: công nghệ và vận hành khá đơn giản, giá thành rẻ.

• Nhược điểm: xử lý không triệt để khí thải còn mùi hôi, cần diện tích rộng

để xử lý đạt hiệu quả

1.6 Hồ sinh học hiếu khí

Ủ phân

Nhân Tạo

Lọc sinh học

Aerotank sinh học –Đĩa quay

RBC

Mương oxy hóa

Phân loại

2 Xử lý chất thải rắn - phân

Phương pháp ủ phân hiếu khí

2.1 Khái niệm

Là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ có mặt của oxy, trong đó sản phẩm cuối cùng là H2O, CO2 và sinh khối vi sinh vật

Quy trình

2.2 Công nghệ

Theo phương pháp thông khí khối ủ: cưỡng bức hay tự nhiên

Theo đặc điểm hệ thống ủ: hệ thống mở hay kín, liên tục hay không liên tục

Các mô hình công

nghệ ủ hiếu khí

Theo trạng thái của khối ủ: tĩnh hoặc động

Rác ủ thành đống, lên men

tự nhiên và có đảo trộn

Rác ủ thành đống, không đảo trộn và thổi khí

2.2 Công nghệ

Trường Đại học Nông Lâm TP HCM – Khoa

 Chất mồi

 Kích thước hạt của chất độn

 Nhu cầu về oxy

 Nhiệt độ2.3 Các yếu tố ảnh hưởng

2.4 Ưu điểm 2.5 Nhược điểm

• Dễ thực hiện

• Nhiệt độ khối ủ cao làm tiêu diệt các hạt

cỏ dại, loại trừ các mầm mống sâu bệnh

• Quá trình phân huỷ CHC nhanh

• Vi sinh vật phân huỷ và chuyển hoá chất

hữu cơ thành mùn

• Giảm hàm lượng đạm

• Mùi hôi: NH3, Các hợp chất Amine, mùi chất hữu cơ,mùi nước thải, mùi dầu mỡ, mùi H2S

• Nước thải

3 Xử lý khí thải

Lọc sinh học (Biofilter)

Tháp tưới sinh học (Bioscrussber)

Tháp lọc sinh học nhỏ giọt (Biotricking filter)

3.1 Lọc sinh học (Biofilter)

Cơ chế hoạt động:

Hệ thống lọc bao gồm một buồng kín chứa các

vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại

trong nguyên liệu lọc Nguyên liệu lọc được

thiết kế sao cho khả năng hấp thụ nước lớn,

độ bền cao, ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi

ngang qua nó

Ưu điểm

• Giá thành thấp, giá vận

hành thấp, ít sử dụng hóa chất

• Ít tiêu tốn năng lượng

• Linh động trong việc xử

lý một lượng lớn các chất ô nhiễm hữu cơ bay hơi

• Hiệu suất xử lý cao

Nhược điểm

• Cần thời gian cho vi sinh vật phát triển (kéo dài đến hàng tháng)

• Nguồn ô nhiễm mức độ cao sẽ ảnh hưởng đến

vi sinh vật

• Khó kiểm tra khả năng phân hủy sinh học

3.1 Lọc sinh học (Biofilter)

3.2 Tháp tưới sinh học (Bioscrussber)

Cơ chế hoạt động

Ưu điểm:

• Phân bố đều giữa 2 pha, diện tích tiếp xúc lớn

• Dễ dàng kiểm soát pH và dinh dưỡng

Nhược điểm:

• Chi phí về năng lượng, thi công cao

• Khâu lắp đặt, bảo trì, vận hành đòi hỏi kinh nghiệm tốt3.2 Tháp tưới sinh học (Bioscrussber)

3.3 Tháp lọc sinh học nhỏ giọt (Biotricking filter)

Là phương pháp

Ưu điểm: Nhược điểm

- Tháp phản ứng độc lập

- Dễ kiểm soát pH và dinh

dưỡng

- Ít nhu cầu năng lượng hơn

tháp tưới sinh học

- Cần theo dõi chế độ bổ sung dinh dưỡng

- Dễ xảy ra sự cố nghẹt màng

- Phụ thuộc trọng

1 Kỹ thuật

• Hệ thống điện: đáp ứng đủ nguồn điện, liên tục.

• Vi sinh vật hiếu khí trong bể cần có đủ, mực nước trong bể phù hợp.

• Kiểm tra và sửa chữa kịp thời khi có hư hại (bơm, sục khí, van,

chương trình….)

V Thực hành quản lý

2 Hệ thống sinh học

• Có đủ lượng sinh khối trong các hệ thống xử lí

• Khởi động với tải sinh khối thấp, không vượt quá giá trị thiết kế.

• Kiểm tra thường xuyên BOD và COD tránh hiện tượng thiếu tải hoặc quá tải.

V Thực hành quản lý

3 Quản lý

• Nắm vững, hiểu rõ về công nghệ và cơ chế hoạt động.

• Theo dõi, phân tích định kì, quan sát biến động của nước thải, các yếu tố

bất thường

• Ghi chép và lưu trữ thông tin chính xác, dễ tra cứu đủ các tài liệu cần thiết.

Tài liệu tham khảo

1 Dương Nguyên Khang, 2017 Thực hành quản lý tốt hơn Xử lý nước thải trại chăn

nuôi heo quy mô lớn Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP HCM.

2 Bùi Hữu Đoàn, 2011 Bài giảng Quản lý chất thải chăn nuôi Nhà xuất bản Nông

nghiệp.

3 File tài liệu của PGS TS Dương Nguyên Khang.

4 D D Jones, D L Day và A C Dale, 1972 Aerobic treatment of livestock wastes

Published by the Uniersity of Illinois.

5 Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học Links:

http://www.gree-vn.com/xu-ly-nuoc-thai-bang-cong-nghe-sinh-hoc.htm

6 …