thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi

MỞ ĐẦU1Chương 1: TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG21.1 Vai trò và xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay21.1.1 Vai trò của ngành chăn nuôi trong sản xuất đời sống21.1.2 Xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay21.2 Hoạt động của trang trại chăn nuôi lợn41.3 Các vấn đề môi trường do hoạt động trang trại gây ra61.3.1 Ô nhiễm do nước thải61.3.2 Ô nhiễm không khí91.3.2.1 Bụi trong không khí chuồng nuôi91.3.2.2 Khí Ammonia (NH3)101.3.2.3 Khí Hydrogen sulphide (H2S)11Chương 2: NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI122.1 Thành phần và lưu lượng của nước thải chăn nuôi lợn122.2 Các phương pháp xử lý nước thải142.2.1 Phương pháp cơ học142.2.2 Phương pháp hóa lý và hóa học152.2.3 Phương pháp sinh học152.2.3.1 Xử lý sinh học hiếu khí162.2.3.2 Xử lý sinh học kỵ khí172.3 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn202.3.1 Công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn Xuân Thọ III202.3.2 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi tại cơ sở hợp tác xã chăn nuôi lợn hậu bị Cổ Đông21Chương 3: CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRANG TRẠI CHĂN NUÔI233.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ khí sinh học233.1.1 Khái niệm về khí sinh học233.1.2 Đặc tính của khí sinh học233.1.3 Vai trò của khí sinh học trong đời sống và sản xuất243.2 Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ trong thiết bị khí sinh học253.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng khí sinh học273.3.1 Môi trường kỵ khí273.3.2 Các chất dinh dưỡng273.3.3 Tỉ lệ chất khô và độ pha loãng nguyên liệu283.3.4 pH293.3.5 Nhiệt độ293.3.6 Thời gian lưu313.3.7 Lưu lượng nạp nguyên liệu323.3.8 Chất xúc tác323.3.9 Khuấy trộn333.3.10 Các chất gây ức chế333.4 Một số tham số thiết kế và vận hành thiết bị khí sinh học343.4.1 Một số tham số thiết kế thiết bị khí sinh học343.4.1.1 Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu343.4.1.2 Hàm lượng các chất hữu cơ trong nguyên liệu343.4.1.3 pH môi trường353.4.1.4 Thời gian lưu353.4.2 Vận hành hằng ngày các thiết bị khí sinh học353.5 Các dạng công trình khí sinh học ở Việt Nam373.5.1 Công trình khí sinh học quy mô hộ gia đình373.5.1.1 Hầm khí sinh học nắp trôi nổi (The India Foating Gasholder digester)373.5.1.2 Hầm khí sinh học nắp cố định (The Chinese Fixed - Done digester)383.5.2 Công trình khí sinh học quy mô lớn383.5.2.1 Bể phân hủy chảy ống (Plug Flow Digester)383.5.2.2 Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn (Anaerobic Baffled Digester - ABD)393.5.2.3 Bể phân hủy có đệm bùn kỵ khí lơ lửng dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB)403.5.2.4 Hồ kỵ khí phủ bạt HDPE (High DensityPolyethylene - HDPE)41Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI QUY MÔ 1000 ĐẦU LỢN434.1 Đề xuất và thuyết minh phương án xử lý nước thải chăn nuôi lợn434.1.1 Cơ sở để lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn434.1.2 Phân tích lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn434.1.3 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn454.2 Tính toán thiết kế công trình khí sinh học474.2.1 Hố thu gom474.2.2 Hồ phủ bạt HDPE484.2.3 Hồ tùy nghi524.2.4 Hồ thủy sinh544.2.5 Tính toán thiết bị làm sạch khí sinh học564.2.5.1 Thiết bị tách H2S564.2.5.2 Thiết bị tách CO2584.2.6 Tính toán các thiết bị phụ trợ trong hệ thống xử lý644.2.6.1 Tính bơm nước thải từ hố thu gom vào hồ kỵ khí phủ bạt HDPE644.2.6.2 Tính bơm dung dịch hấp phụ684.3 Tính toán chi phí xây dựng và vận hành công trình khí sinh học684.3.1 Tính toán chi phí xây dựng684.3.1.1 Chi phí xây dựng684.3.1.2 Chi phí trang thiết bị684.3.2 Tính toán chi phí vận hành69KẾT LUẬN70TÀI LIỆU THAM KHẢO71

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô Viện Khoa học Côngnghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - những người đã tận tâm truyềnđạt những kiến thức quí báu trong suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin chân thành cảm

ơn cô giáo Phạm Thu Phương đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trìnhlàm đồ án

Em xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo Trung tâm Công nghệ Khí sinhhọc (BTC) trực thuộc Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam đã tạo điềukiện giúp đỡ tham quan, khảo sát thu thu thập các số liệu thực tế

Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, bạn

bè em đã hết lòng giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho em rất nhiều trong quátrình hoàn thành đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2010

Sinh Viên Nguyễn Đăng Thinh

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

lửng dòng chảy ngược

nghiệpThế giới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.5: Hàm lượng chất rắn của một số nguyên liệu

Bảng 4.2: Thông số thiết kế hố thu gom

Bảng 4.4: Thông số thiết kế hồ phủ bạt HDPE

Bảng 4.5: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ phủ bạt HDPEBảng 4.6: Bảng thông số nước thải vào hồ tùy nghi

Bảng 4.7: Các thông số cơ bản thiết kế hồ sinh học tùy nghi

Bảng 4.8: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ sinh học tùy nghiBảng 4.9: Bảng thông số nước thải vào hồ thủy sinh

Bảng 4.10: Các thông số cơ bản thiết kế hồ thủy sinh

Bảng 4.11: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ thủy sinh

Bảng 4.12: Các thông số của Fe2O3 dạng hạt xốp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

lợn hậu bị Cổ Đông

Hình 3.7: Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 2

1.1Vai trò và xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay 2

1.1.1 Vai trò của ngành chăn nuôi trong sản xuất đời sống 2

1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay 2

1.2 Hoạt động của trang trại chăn nuôi lợn 4

1.3 Các vấn đề môi trường do hoạt động trang trại gây ra 6

1.3.1 Ô nhiễm do nước thải 6

1.3.2 Ô nhiễm không khí 8

1.3.2.1 Bụi trong không khí chuồng nuôi 9

1.3.2.2 Khí Ammonia (NH3) 10

1.3.2.3 Khí Hydrogen sulphide (H2S) 11

Chương 2: NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 12

2.1 Thành phần và lưu lượng của nước thải chăn nuôi lợn 12

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải 14

2.2.1 Phương pháp cơ học 14

2.2.2 Phương pháp hóa lý và hóa học 15

2.2.3 Phương pháp sinh học 15

2.2.3.1 Xử lý sinh học hiếu khí 16

2.2.3.2 Xử lý sinh học kỵ khí 17

2.3.1 Công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn Xuân Thọ III 20

2.3.2 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi tại cơ sở hợp tác xã chăn nuôi lợn hậu bị Cổ Đông 21

Chương 3: CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRANG TRẠI CHĂN NUÔI 23

3.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ khí sinh học 23

3.1.1 Khái niệm về khí sinh học 23

3.1.2 Đặc tính của khí sinh học 23

3.1.3 Vai trò của khí sinh học trong đời sống và sản xuất 24

3.2 Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ trong thiết bị khí sinh học25 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng khí sinh học 27

3.3.1 Môi trường kỵ khí 27

3.3.2 Các chất dinh dưỡng 27

3.3.3 Tỉ lệ chất khô và độ pha loãng nguyên liệu 28

3.3.4 pH 29

3.3.5 Nhiệt độ 29

3.3.6 Thời gian lưu 31

3.3.7 Lưu lượng nạp nguyên liệu 32

3.3.8 Chất xúc tác 32

3.3.9 Khuấy trộn 33

3.3.10 Các chất gây ức chế 33

3.4 Một số tham số thiết kế và vận hành thiết bị khí sinh học 33

3.4.1 Một số tham số thiết kế thiết bị khí sinh học 34

3.4.1.1 Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu 34

3.4.1.2 Hàm lượng các chất hữu cơ trong nguyên liệu 34

3.4.1.3 pH môi trường 34

3.4.1.4 Thời gian lưu 35

3.4.2 Vận hành hằng ngày các thiết bị khí sinh học 35

3.5 Các dạng công trình khí sinh học ở Việt Nam 37

3.5.1 Công trình khí sinh học quy mô hộ gia đình 37

3.5.1.1 Hầm khí sinh học nắp trôi nổi (The India Foating Gasholder digester) 37

3.5.1.2 Hầm khí sinh học nắp cố định (The Chinese Fixed - Done digester) 37

3.5.2 Công trình khí sinh học quy mô lớn 38

3.5.2.1 Bể phân hủy chảy ống (Plug Flow Digester) 38

3.5.2.2 Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn (Anaerobic Baffled Digester - ABD) 39

3.5.2.3 Bể phân hủy có đệm bùn kỵ khí lơ lửng dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB) 40

3.5.2.4 Hồ kỵ khí phủ bạt HDPE (High DensityPolyethylene - HDPE) 41

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC XỬ

LÝ NƯỚC THẢI CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI QUY MÔ 1000 ĐẦU

LỢN 43

4.1 Đề xuất và thuyết minh phương án xử lý nước thải chăn nuôi lợn 43

4.1.1 Cơ sở để lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn 43

4.1.2 Phân tích lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn 43

4.1.3 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn 45

4.2 Tính toán thiết kế công trình khí sinh học 47

4.2.1 Hố thu gom 47

4.2.2 Hồ phủ bạt HDPE 48

4.2.3 Hồ tùy nghi 53

4.2.4 Hồ thủy sinh 54

4.2.5 Tính toán thiết bị làm sạch khí sinh học 57

4.2.5.1 Thiết bị tách H2S 57

4.2.5.2 Thiết bị tách CO2 59

4.2.6 Tính toán các thiết bị phụ trợ trong hệ thống xử lý 65

4.2.6.1 Tính bơm nước thải từ hố thu gom vào hồ phủ bạt HDPE 65

4.2.6.2 Tính bơm dung dịch hấp phụ 69

4.3 Tính toán chi phí xây dựng và vận hành công trình khí sinh học 69

4.3.1 Tính toán chi phí xây dựng 69

4.3.1.1 Chi phí xây dựng 69

4.3.1.2 Chi phí trang thiết bị 69

4.3.2 Tính toán chi phí vận hành 70

KẾT LUẬN 72

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, ngành chăn nuôi nói chung, chăn nuôi lợn nói riêng đã đạtnhững tiến bộ đáng kể về cơ sở chuồng trại, giống, kỹ thuật nuôi dưỡng, quản lý dịchbệnh,… Hình thức chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán, mang tính tận dụng, tự cung tự cấp, tuyvẫn còn chiếm tỷ lệ đáng kể, chủ yếu ở vùng xa đô thị, vùng sâu, vùng khó khăn,nhưng đang dần bị thay thế bởi loại hình chăn nuôi trang trại tập trung Các cơ sở chănnuôi này chủ yếu được xây dựng gần khu dân cư đông đúc, các khu công nghiệp tậptrung người lao động nhằm tạo ra vành đai cung cấp thực phẩm tại chổ hoặc vệ tinh với

số lượng lớn, chất lượng cao, đáp ứng thị hiếu sử dụng thực phẩm tươi (thực phẩmkhông qua bảo quản lạnh) của người tiêu dùng

Bên cạnh những giá trị to lớn do chăn nuôi lợn mang lại thì vấn đề môi trườngcũng rất cần được quan tâm Trong quá trình chăn nuôi một số lượng lớn nước thảichứa chủ yếu là phân và nước tiểu của lợn thải vào môi trường mà hầu hết đều chưađược xử lý hoặc xử lý không triệt để gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Xuất phát từmục tiêu giảm thiểu ô nhiễm, giảm tác động môi trường và sức khỏe cộng đồng, cũngnhư đáp ứng được những yêu cầu nghiêm ngặt của Luật Môi trường đối với chất lượngnước thải, thì điều cần thiết và cấp bách là phải có giải pháp thích hợp nhằm xử lý kịpthời nước thải, tránh ô nhiễm môi trường, tạo ra nguồn năng lượng sinh học, đảm bảo

phát triển bền vững Vì vậy đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài:”Tính toán thiết kế công

trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn”.

Nội dung của đề tài gồm:

Chương 4: Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang

trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn

Kết Luận

Chương 1: TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG

1.1 Vai trò và xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay

1.1.1 Vai trò của ngành chăn nuôi trong sản xuất đời sống

Chăn nuôi là một ngành kinh tế quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, nókhông những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của người dân trong

xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân

Bên cạnh những người chăn nuôi, hàng triệu công việc liên quan với ngành chănnuôi cũng xuất hiện như các dịch vụ, cung cấp vật tư và cả chuỗi mắt xích tiêu thụ, chếbiến bán lẻ Hiện nay, trên thế giới chăn nuôi chiếm 40% GDP ngành nông nghiệp, giảiquyết việc làm cho 1,3 tỷ người dân Ở Việt Nam chăn nuôi chiếm 27% giá trị tổng sảnphẩm nông nghiệp, giải quyết việc làm cho hơn 10 triệu người dân (2008)

Đặc điểm nổi bật của nông nghiệp nhiệt đới Việt Nam là hệ thống sản xuất kếthợp, sự kết hợp mật thiết giữa chăn nuôi và trồng trọt, trong đó trâu bò được sử dụnglàm sức kéo trong trồng trọt, nuôi lợn và trồng lúa hỗ trợ cho nhau Phân chuồng từ lâuđược xem là loại phân có giá trị cao trong trồng trọt

1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay

Theo đánh giá của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO): Châu Á sẽ trở thànhkhu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất Chăn nuôi Việt Nam,giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủnhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu Vì vậy, ngành chănnuôi ở nước ta trong thời gian qua đã phát triển với tốc độ nhanh (bình quân giai đoạn

2001 – 2006 đạt 8,9%).[1]

Theo xu hướng tiêu dùng hiện nay, nhu cầu các loại thịt vẫn tăng cao trong thờigian tới, đặc biệt là thịt lợn vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất (khoảng 63 – 65 %) trong tổng sốcác loại thịt Vì vậy, ngành chăn nuôi lợn đóng một vai trò rất quan trọng cung cấpthực phẩm trong tiêu dùng của chúng ta

Trong những năm vừa qua, chăn nuôi trang trại đã phát triển nhanh về số lượng

và quy mô chăn nuôi Phát triển chăn nuôi trang trại là nhu cầu khách quan, là conđường tất yếu để nâng cao năng suất, chất lượng và tạo ra khối lượng sản phẩm hànghoá lớn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh trong thời

kỳ hội nhập Trong khi đó phương thức chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán như hiện nay khôngđáp ứng được những yêu cầu trên

Số lượng trang trại của cả nước không ngừng tăng lên, hoạt động chăn nuôingày càng được áp dụng phổ biến ở nước ta Tính đến cuối năm 2006 ở nước ta 17.721trang trại, trong đó chủ yếu chăn nuôi một số vật nuôi truyền thống như lợn, trâu bò,

dê, gia cầm,… Số lượng trang trại của từng loại vật nuôi được cho thấy trong bảng 1.2,

số liệu này chưa kể đến các trang trại chăn nuôi các loại vật nuôi khác như thỏ, lợn

rừng, nhím và các loại động vật sống dưới nước (cá sấu, ).[1]

Bảng 1.1: Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến cuối năm 2006.

Miền

Trang trại lợn

Trang trại gia cầm

Trang trại Trâu bò

Trang trại dê

Tổng số trang trại

* Ở nước ta chăn nuôi trang trại đang được chú trọng phát triển trong giai đoạn hiện nay nhờ những ưu điểm:

Chăn nuôi trang trại, tập trung giúp kiểm soát dịch bệnh hiệu quả Do phần lớncác trang trại đầu tư công nghệ chăn nuôi tiên tiến và áp dụng các biện pháp an toànsinh học, cho nên mặc dù dịch tai xanh và dịch lở mồm long móng xảy ra trên diệnrộng, nhưng hầu hết các trang trại chăn nuôi vẫn chủ động khống chế và kiểm soátđược các dịch bệnh nguy hiểm này

Chăn nuôi trang trại, tập trung góp phần khai thác và sử dụng có hiệu quả diệntích đất gò đồi, đất hoang hóa, đất ven biển,…Tạo những vùng sản xuất tập trung vớikhối lượng hàng hóa lớn, thúc đẩy quá trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi, tạođiều kiện cho công nghiệp chế biến, giết mổ phát triển

Đồng thời với việc mở rộng về số lượng và quy mô chăn nuôi, loại hình chănnuôi trang trại, tập trung đã góp phần tạo công ăn việc làm, tăng thu nhập cho ngườisản xuất Chăn nuôi trang trại, tập trung đã thu hút nhiều thành phần kinh tế tham giađầu tư như nông dân, cán bộ, công chức, người đã nghỉ hưu, các doanh nhân trong vàngoài nước

Cùng với sự phát triển của chăn nuôi trang trại đã hình thành các phương thức tổchức sản xuất mới trong ngành chăn nuôi như hợp tác xã sản xuất dịch vụ, liên minhhợp tác xã, câu lạc bộ trang trại Các loại hình sản xuất này đã góp phần củng cố vàthúc đẩy chăn nuôi trang trại phát triển

Bên cạnh đó, do sự hình thành và phát triển trang trại chăn nuôi thiếu quy hoạchkhiến một số vùng đặc biệt ở đồng bằng bị ô nhiễm môi trường Một số chủ trang trạichưa đầu tư thỏa đáng cho hệ thống thu gom xử lý chất thải rắn và chất thải lỏng màthải trực tiếp ra ao, hồ, đồng ruộng gây ô nhiễm nặng môi trường xung quanh Một sốtrang trại mặc dù có đầu tư hệ thống xử lý chất thải, nhưng do chưa đảm bảo đúng quitrình nên hiệu quả xử lý chất thải chưa triệt để

* Một số mục tiêu chủ yếu cần đạt được của chăn nuôi trang trại, tập trung:[2]

- Đến năm 2008, các tỉnh trong cả nước phải lập xong quy hoạch tổng thể về

phát triển chăn nuôi trang trại, tập trung

- Mức tăng trưởng số lượng trang trại chăn nuôi hàng năm đạt 30%/năm; phấnđấu đạt tỷ trọng sản phẩm hàng hóa chăn nuôi trang trại, tập trung trong cả nước đạt 45– 50% vào năm 2010 và 60 – 65% vào năm 2015 trong tổng sản phẩm ngành chănnuôi

- Năng suất vật nuôi và chất lượng sản phẩm chăn nuôi đạt xấp xỉ với các nướctiên tiến; giá thành sản phẩm hạ, sản phẩm chăn nuôi có tính cạnh tranh cao, kiểm soátđược chất lượng sản phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường sinh tháikhi Việt Nam mở cửa thị trường theo quy định của WTO

- Chủ động kiểm soát, khống chế dịch bệnh, đặc biệt là dịch cúm gia cầm vàdịch lở mồm long móng, phát triển chăn nuôi bền vững

1.2 Hoạt động của trang trại chăn nuôi lợn

Một cơ sở chăn nuôi lợn được xác định là trang trại phải đạt được cả hai tiêu chíđịnh lượng sau đây:

+ Giá trị sản lượng hàng hoá và dịch vụ bình quân 1 năm:

- Ðối với các tỉnh phía Bắc và Duyên hải miền Trung từ 40 triệu đồng trởlên;

- Ðối với các tỉnh phía Nam và Tây nguyên từ 50 triệu đồng trở lên

+ Qui mô sản xuất phải tương đối lớn và vượt trội so với kinh tế nông hộ:

- Đối với chăn nuôi lợn sinh sản thường xuyên có số lượng lợn nái giống

các chất thải do vật nuôi thải ra.[3]

* Quy trình chăn nuôi lợn của một số trang trại lợn ở nước ta:

Lợn con giống từ 2 – 3 tuần tuổi có trọng lượng không dưới 5 – 10 kg được nuôitrong lồng ấp đến khi đạt trọng lượng khoảng 25 kg thì được chuyển sang nuôi chuồngtrại Lợn xuất trại có trọng lượng trung bình là 100 kg/con, khối lượng tăng trọng trên 1đầu lợn trong 1 chu trình chăn nuôi là: 100kg/con - 10 kg/con = 90 kg/con

Hình 1.1: Sơ đồ quy trình chăn nuôi lợn của trang trại

Khử trùng chuồng trại, người

vào khu vực chăn nuôi

Tiêm phòng dịch hen Suyễn,

Sử dụng 1,8 đến 2,0 kgcám/1kg tăng trọng

Sử dụng 2,3 đến 2,5 kgcám/1kg tăng trọng

* Kết cấu chuồng trại của các trang trại hiện nay:

Cơ sở chuồng trại: Lợn được nuôi trong chuồng có kết cấu: khung thép, tônlạnh, mái đôi để tạo dòng đối lưu, hệ thống quạt thông gió, nền chuồng bằng bêtôngphía dưới là hầm đồng thời là kênh thoát chất thải để dể dàng dọn vệ sinh Chỉ tiêu diện

trình phụ trợ khác như là nhà trực, nhà nghỉ cho công nhân, kho chứa thức ăn, hồ nước,khu xử lý chất thải,…

* Lượng nước và thức ăn dùng cho chăn nuôi lợn:

- Nước uống: hiện nay để tiết kiệm nước cũng như hạn chế lượng nước thải sinh

ra hầu hết các trang trại đã áp dụng các biện pháp mới, như lắp đặt vòi cho lợn uốngnước mà không đổ vãi ra ngoài Vệ sinh quét dọn chuồng trại trước khi tiến hành rửachuồng, tắm lợn bằng vòi nước có áp lực lớn, như vậy vừa tiết kiệm nước mà lại giảmđược nước thải sinh ra

- Thức ăn dùng cho lợn: Chu kỳ nuôi lợn là 3 tháng/con Kể từ lúc nuôi 5 – 6kg/con cho đến 110 kg/con, trung bình mỗi ngày một con lợn tăng trọng khoảng

3kg/ngày và tiêu tốn thức ăn từ 2,2 – 2,7 kg/con

1.3 Các vấn đề môi trường do hoạt động trang trại gây ra

1.3.1 Ô nhiễm do nước thải

Nước thải chăn nuôi có ảnh hưởng lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít

để ý đến việc xử lý Nguồn phát sinh bao gồm: nước rửa chuồng chứa phân, nước tiểu;nước từ sân chơi; bãi vận động Ước tính mỗi năm đàn gia súc nước ta thải ra khoảng25-30 triệu khối chất lỏng, trong số đó có khoảng 30% được xử lý qua hầm biogas,30% được xử lý qua hệ thống hồ sinh học, 40% còn lại được dùng trực tiếp để tưới hoa

màu nuôi cá hoặc xả thẳng vào các hệ thống thoát nước chung của cộng đồng [1]

Phân lợn là chất thải có khối lượng lớn, do vật nuôi bài tiết trong quá trình sinhsống sẽ gây ô nhiễm không chỉ không khí, đất và cả nguồn nước ngầm vì chúng sinhkhí độc, chứa các nguyên tố như nitơ, phốtpho, kali, chì, asen, candimi và các loại

mầm bệnh kí sinh trùng, vi sinh vật gây hại khác như E.coli, Sallmonella, streptococcus, fecalis Đó là những tác nhân có thể gây hại trực tiếp hoặc gián tiếp

đến sức khỏe cho con người [4]

Lượng phân và nước tiểu của vật nuôi thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vàogiống loài, tuổi, khẩu phần ăn, trọng lượng gia súc Lượng phân và nước tiểu thải ratrong ngày đêm trung bình được thể hiện trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: Số lượng chất thải của một số loài gia súc gia cầm [5]

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

Bảng 1.3: Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100 kg[5]

- Hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan và không hòa tan: protein, axit amin

- Hợp chất không chứa Nitơ bao gồm: Hydratcarbon, Lignin, Lipid,…

Tỷ lệ C/N có vai trò quyết định đối với quá trình phân giải và tốc độ phân giảicác hợp chất hữu cơ có trong phân chuồng

Số lượng và chất lượng của phân phụ thuộc số đàn gia súc Lượng chất thải củavật nuôi, ứng với số lượng gia súc gia cầm cho thấy trong bảng 1.4 trong 2008

Bảng 1.4: Ước tính lượng phân vật nuôi thải ra trong năm 2008.[6]

Vật nuôi Số lượng (con) Chất thải (kg/con/ngày) Tổng chất thải/năm (tấn)

Theo số liệu bảng 1.4 cho thấy một năm đàn gia súc, gia cầm của Việt Nam thải

ra một lượng chất thải rất lớn, trên 77 triệu tấn Với lượng chất thải lớn như vậy nhưngchỉ có 40% - 70% được ủ (thường là ủ nóng), đóng bao bán làm phân bón và khoảng

30 – 60% chất thải còn lại thường được xả trực tiếp xuống ao cá, ra môi trường (kênh,rạch, mương, đất,…) hoặc ủ trong hầm Biogas Hầu hết các cơ sở chăn nuôi không có

nhà xử lý phân hoàn chỉnh.[4]

Nước tiểu của lợn thường được hòa chung với lượng nước tắm và nước rửachuồng Nước tiểu của lợn có thành phần chủ yếu là nước (chiếm 90% khối lượngnước tiểu) ngoài ra còn có hàm lượng N và Urê khá cao có thể dùng để bổ sung đạmcho cây trồng Thành phần hóa học của nước tiểu lợn từ 70 – 100 kg cho thấy trongbảng 1.5

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của nước tiểu lợn từ 70 – 100 kg.[5]

1.3.2 Ô nhiễm không khí

Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chấthữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏecủa vật nuôi Các khí này có mặt thường xuyên và gây ô nhiễm chính, các khí này có

thể gây hại đến sức khỏe con người và vật nuôi như: Bụi, NH3, H2S và CH4 mà người

ta thường quan tâm đến

1.3.2.1 Bụi trong không khí chuồng nuôi

Bụi trong không khí chuồng nuôi có nguồn gốc từ thức ăn, vật liệu lót chuồng

và các chất thải khác Tác hại của bụi thường kết hợp với các yếu tố như vi sinh vật,endotoxin và khí độc, bụi bám và gây kích thích cơ giới, gây khó chịu và làm tổnthương niêm mạc đường hô hấp Bụi cũng gây dị ứng kích thích tiết dịch và ho, làmtăng sinh các tế bào biểu mô có lông, các tế bào goblet Nếu kích thích kéo dài màngnhầy có thể bị teo, các tuyến nhờ suy kiệt, bụi không được đồng hóa gây kích ứng mãntính, tổn thương phổi, gây bệnh đường hô hấp mãn tính cho người và vật nuôi Cáckích thích và tổn thương sẽ làm giảm sức đề kháng của niêm mạc, mở đầu cho việcnhiễm vi sinh vật gây bệnh tạo điều kiện cho vi sinh vật cơ hội gây bệnh Do đó tácdụng của bụi phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm không khí, sự di chuyểnkhông khí, sự thông thoáng, mật độ nhốt vật nuôi và tình trạng vệ sinh nền chuồng Đểđánh giá mức độ bụi trong không khí chuồng nuôi lợn, ta có thể so sánh mức độ bụi trotrong không khí chuồng nuôi lợn với các vật nuôi khác như trâu bò, gà,…Hàm lượngbụi trong không khí chuồng nuôi được thể hiện trong bảng 1.6

Bảng 1.6: Hàm lượng bụi trong không khí chuồng nuôi các gia súc khác nhau.[5]

Vật nuôi Hàm lượng bụi (mg/m 3 )

1.3.2.2 Khí Ammonia (NH 3 )

Sinh ra từ sự khử amin của protein trong chất thải chăn nuôi, là chất không màu,

sức khỏe và năng suất của gia súc, gia cầm cho thấy trong bảng 1.7

Bảng 1.7: Tác hại của NH 3 đến sức khỏe và năng suất của gia súc, gia cầm.[5]

Lợn Nồng độ > 10 ppm Gia tăng tỉ lệ gia súc bị ho

50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 – 13%

Gà > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và trứng thịt

30 ppm Gây hội chứng bệnh viêm phổi

Đối với lợn NH3 có thể làm chậm sự dậy thì và động hớn trên lợn nái dự bị NH3 đượchấp thu trên bụi và di chuyển sâu vào trong đường hô hấp sẽ mở đường cho các bệnh

về hô hấp Ở lợn khi nồng độ NH3 trong không khí cao (<50 ppm) làm tăng tỉ lệ bệnh

E.coli trên đường hô hấp

vi sinh vật trong không khí đến sức khỏe của người và vật nuôi thường kết hợp vớinhau

1.3.2.3 Khí Hydrogen sulphide (H 2 S)

chất chứa lưu huỳnh, nặng hơn không khí (d = 1,19) dễ hòa tan trong nước, chỉ một

(Hb) gây thiếu máu hay kết hợp với sắt trong Hb làm mất khả năng vận chuyển oxycủa Hb

ương Ngoài việc tích lũy hai chất khí trên, không khí chuồng nuôi còn tích lũy một sốkhí khác như CO2 và các khí có mùi thối

Chương 2: NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Thành phần và lưu lượng của nước thải chăn nuôi lợn

Ở các trang trại chăn nuôi, việc dọn dẹp chuồng bằng nước được sử dụng khárộng rãi đã tạo ra một lượng nước thải khá lớn Qua đợt khảo sát ở các trang trại chănnuôi cho thấy, hiện nay các trang trại chăn nuôi đều lắp đặt hệ thống vòi uống nước tựđộng cho các chuồng nuôi, vì vậy đã hạn chế được lượng nước thải trong khâu cho lợnuống Nước thải chủ yếu phát sinh từ khâu dọn dẹp, vệ sinh chuồng trại bao gồm: phân,nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại Trung bình một ngày, một con lợn cần sử dụng vàthải ra khoảng 30 – 50 lít/con

Nước thải do rửa chuồng trại chăn nuôi lợn chứa phân và nước tiểu được đặc

ra, nước thải chăn nuôi lợn rất giàu nitơ và phốtpho Bảng 2.1 cho thấy hàm lượng cácchất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép

Bảng 2.1: Đặc tính nước thải của một số trang trại chăn nuôi lợn

Thông số Đơn vị Trang trại Tân

Nguyên Phát

Trang trại Hải vân sơn

Trang trại Hòa Hội 1

Trang trại Hòa Hội 2

SS (cao gấp 30 lần) Trong số các trang trại chăn nuôi trong bảng 2.1 thì trang trạichăn nuôi Hòa Hội 1 có hàm lượng các chất ô nhiễm vượt mức tiêu chuẩn cao nhất

Kết quả trên cũng cho thấy, trong nước thải chăn nuôi còn có chứa hàm lượnglớn N, P Đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng cho các nguồn nước

tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các vi sinh vật sống trongnước.

Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc như nước thải của một số loạihình công nghiệp, nhưng nó chứa nhiều loại virus, vi trùng, đa trùng và trứng giun sángây bệnh Do đó, loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phátsinh dịch bệnh cho đàn gia súc, đồng thời lây lan một số bệnh cho con người nếukhông được xử lý Hầu hết, các vi sinh vật có thời gian tồn tại trong nước thải khá lâu,

ví dụ: vi trùng gây bệnh đóng dấu có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 - 108 ngày, Salmonella 6 - 7 tháng, Mycobacteria tuberculosis 75 - 150 ngày, virus lở mồm long móng sống trong nước thải 100 -120 ngày Các vi trùng có nha bào như Bacillus anthracis có thể tồn tại hơn 10 năm, Bacillus tetani 3 - 4 năm Trứng giun sán với các loại điển hình như: Fasciolahepatia, Fasciola gigantica, Fasciolosis buski, Ascatis suum, có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6-28 ngày và tồn tại 5 - 6 tháng.

Các vi trùng gây bệnh này có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm Salmonella có thểthấm sâu xuống lớp đất dày 30 - 40cm Ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải,trứng giun sán, vi trùng gây bệnh có thể được lan truyền đi rất xa và nhanh, khi bị

nhiễm vào nước mặt tạo thành dịch cho người và gia súc.[4]

Khi lượng nước thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách thải vào môi trườngquá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm giảm quá mứclượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ sinh vật nước, lànguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại)ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải

Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khácnhau: từ các loại chất rắn không hòa tan, đến các loại chất rắn khó hòa tan và nhữnghợp chất tan trong nước Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và

có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng Để đạt được những mục đích đóchúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử

- Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn(như xỉ, than, cát, ) Chúng có lợi đối với quá trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải

và xử lý cặn bã không có lợi đối với các công trình thiết bị xử lý Cát từ bể được đưa điphơi khô và sau đó thường được sử dụng lại cho mục đích xây dựng

- Bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêngcủa nước thải Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ nổi lêntrên bề mặt Cặn lắng và bọt nhờ thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên công trình

xử lý cặn

- Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng được sử dụng để đảm bảo cho các côngtrình xử lý làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế khi lưu lượng và chất lượngnước thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lý thường xuyên dao động

- Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách chonước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại nướcthải công nghiệp

Thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua hệ thống

xử lý sinh học

2.2.2 Phương pháp hóa lý và hóa học

Cơ sở của phương pháp hóa học và hóa lý là các quá trình phản ứng diễn ra giữachất bẩn với các hóa chất thêm vào Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa,phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độchại

Những phương pháp hóa lý và hóa học thường được áp dụng trong xử lý nướcthải:

- Phương pháp trung hòa dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axít vô

cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5 Trung hoà nước thải có thể thựchiện bằng nhiều cách khác nhau: trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm, bổ sungcác tác nhân hoá học, lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hoà…

- Phương pháp khử trùng là dùng các hóa chất có tính độc với các vi sinh vật

như vi khuẩn, giun sán… để làm sạch nước Hóa chất khử khuẩn hay dùng nhất là khíhoặc nước clo, nước javel, vôi clorua…Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khửkhuẩn thường đặt ở cuối quá trình xử lý

- Phương pháp đông keo tụ dùng để làm trong nước và khử màu nước thải bằngcách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo để liên kết các chất rắn ở trạngthái lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn

- Phương pháp tuyển nổi dùng để loại bỏ các tạp chất ra khỏi nước bằng cáchtạo cho chúng khả năng dể nổi trên mặt nước khi bám theo các bọt khí

Ngoài ra còn có các phương pháp khác như: phương pháp hấp phụ, phươngpháp trao đổi ion, phương pháp trích ly,

2.2.3 Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thực chất là sử dụng và điều khiểncác quá trình trao đổi chất của vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm dưới dạng cáchợp chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ có thể chuyển hoásinh học được Các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm có trong nước như nguồn dinhdưỡng để khai thác năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển Quá trìnhchuyển hoá các chất ô nhiễm có trong nước thải thực chất là quá trình ôxy hoá khử sinhhọc, trong đó các vi sinh vật là tác nhân quyết định Vì vậy để quá trình xử lý bằngphương pháp sinh học có hiệu quả thì nước thải phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật: các chất vô

cơ, chất hữu cơ, các kim loại nặng…

- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon vànăng lượng cho vi sinh vật Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hoà tan thường là

cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật

- Tổng lượng muối: ≤ 4 – 5g/l

Các phương pháp xử lý sinh học nước thải chủ yếu dựa vào phương thức hô hấpcủa vi sinh vật Trên cơ sở đó xử lý nước thải được chia thành hai phương thức chủyếu: xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học kỵ khí

2.2.3.1 Xử lý sinh học hiếu khí

* Cơ chế phân giải hiếu khí:

Phương pháp xử lý hiếu khí nước thải là quá trình xử lý sinh học trong điều kiện

có oxi, sử dụng các vi sinh vật hiếu khí hoặc tuỳ tiện

Các quá trình oxi hóa gồm:

- Quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ:

+ Oxi hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ: (rượu, tinh bột, xenlulo,gluco, các chất hữu cơ phân lượng nhỏ…)

- Một số vi khuẩn hô hấp hiếu khí như: Aerobacter (A.aerogenes); Bacillus(B.Vinogradsky); Pseudomonas (Pseud.Putida, Pseud.Denitrificans); Zooglacea(Z.Ramigera ); Flavobacterium, Alealigenes, Citrobacter,…

- Một số hô hấp tuỳ tiện như: Cellulomonas biazotea; Rhodopseudomonaspalustris; Nitrosomonas spec…

- Nguyên sinh động vật: Trùng roi (Euglena); Trùng tơ (Ciliate)

- Ngoài ra còn một số vi khuẩn dạng sợi có mặt trong bùn hoạt tính như:Sphoerotolus, Thiothrix, Mierothrix…

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí bao gồm: pH, nhiệt

độ, nguồn dinh dưỡng, sự có mặt và nồng độ của chất độc, hàm lượng các chất lơ lửng(SS), hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M

* Phân loại các hệ thống sinh học hiếu khí:

Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhântạo 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, quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong sốnhững quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là phổ biến nhất

- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như lọc sinhhọc

2.2.3.2 Xử lý sinh học kỵ khí

* Cơ chế phân giải kỵ khí

Phương pháp xử lý kỵ khí nước thải là quá trình xử lý sinh học nước thải trongđiều kiện không có oxy, sử dụng các vi sinh vật kỵ khí Khác với quá trình xử lý hiếukhí, sản phẩm phân giải hoàn toàn là các hợp chất hữu cơ chứa cacbon là khí sinh học(biogas) chủ yếu là CH4 và CO2

Quá trình phân huỷ kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp vàđược chia thành 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: giai đoạn thuỷ phân

- Giai đoạn 2: giai đoạn lên men các axit hữu cơ

- Giai đoạn 3: giai đoạn mêtan hoá

Các chất hữu cơ trong chất thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử nhưProtein, chất béo, carbonhydrat, cellulose, lignin, v.v… Trong giai đoạn thủy phân, sẽ

cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các phản ứng thủyphân sẽ chuyển hóa protein thành amino axít, carbohydrate thành đường đơn, và chấtbéo thành các axít béo Trong giai đoạn axít hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếptục chuyển hóa thành axít acetic, H2 và CO2 Các axít béo dễ bay hơi chủ yếu là axítacetic, axít propionic và axít lactic Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơngiản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat Vi sinh vật

formate, acetate, methanol, methylamine và CO Các phương trìnnh phản ứng xảy ranhư sau:

4H2 + CO2 → CH4 + H2O

CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O4(CH3)3N + H2O → 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

* Tác nhân sinh học

- Tác nhân sinh học trong giai đoạn 1 và 2 là các vi khuẩn hô hấp kỵ khí hoặc

hô hấp tuỳ tiện thuộc các nhóm: Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Micrococcus,Clostridum…

- Vi khuẩn tạo metan thuộc thuộc 2 nhóm chính:

+ Nhóm ưa ấm (Mesophy, lên men tạo CH4 ở nhiệt độ 35-380C):Methanobacterium; Methanococcus; Methanosarina

Methanospirillium; Methanothrix

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý yếm khí nước thải bao gồm: nhiệt độ,

pH, thành phần và nguồn dinh dưỡng, nồng độ các ion kim loại

* Phân loại các hệ thống sinh học kỵ khí:

Các dạng thiết bị xử lý kỵ khí rất đa dạng và phong phú Tùy theo trạng tháihoạt động 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

kỵ khí trong bể biogas, quá trình kỵ khí trong USAB (upflow Anaerobic SludgeBlanket),…

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng bám dính như quá trình lọc

kỵ khí (Anaerobic Filter Process)

Qua việc phân tích các phương pháp xử lý, ta thấy đối với nước thải chăn nuôilợn (nước rửa chuồng, nước tiểu, phân lợn,…) có hàm lượng SS và các chất hữu cơ cao

lý sinh học nối tiếp

- Giai đoạn 1: Xử lý kỵ khí Đối với các loại nước nhiễm bẫn hữu cơ cao (>3000

bể cấy vi sinh vật và nuôi kỵ khí, tiếp theo là phân tách pha lỏng - rắn (bể lắng/cô đặc,lọc giải, máy ly tâm)

lý kỵ khí nước thải chứa phân Bùn của ao này làm phân bón, phần nước nổi lên ở trên

đi qua các ao hồ tùy nghi và cuối cùng là ao hay kênh hiếu khí Để đảm bảo tiêu chuẩnnước thải xử lý, có thể bố trí một ao xử lý bậc 3, cuối cùng kết hợp với nuôi bèo thả cá.Đây là biện pháp xử lý đơn giản nhất

2.3 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn

2.3.1 Công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn Xuân Thọ III

Với số lượng lợn khoảng 20.000 con của trang trại thì lượng nước thải ra hằngngày của toàn trang trại gần 300m3/ngày

Hệ thống xử lý nước thải tập trung của toàn trang trại:

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn Xuân Thọ III

Nước thải ở các trang trại được thu gom về các bể Biogas 4 ngăn với thời gianlưu nước là 20 ngày Qua biogas, loại bỏ được khoảng 50 – 60% COD và 70 – 80%cặn lơ lửng

Nước thải sau khi ra bể biogas được dẫn qua ao lọc kỵ 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 cácsọt đan bằng tre, các sọt được cột sát nhau, cứ 4 sọt tạo dàn ngang thành 1 lớp lọc, cáclớp lọc được bố trí từ trên mặt ao xuống đáy ao nhờ cột các sọt vào các cây tầm vông.Cây tầm vông này được thả đứng xuống ao và được giữ dưới mặt nước bằng cách cột

Nước thải chuồng nuôi

vào các hòn đá nặng Điều này nhằm tránh cho xơ dừa không bị nổi lên mặt nước, pháthuy tối đa hiệu quả xử lý của ao lọc.

Nước thải sau đó được dẫn tiếp qua 2 ao kỵ khí, thời gian lưu nước trong mỗi aokhoảng 10 ngày

Sau khi ra khỏi các ao kỵ khí, nước thải được xử lý tiếp ở ao hiếu khí thả lụcbình Thời gian lưu nước trong ao hiếu khí này khoảng 10 ngày

2.3.2 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi tại cơ sở hợp tác xã chăn nuôi lợn hậu

bị Cổ Đông

Nước thải của cơ sở chăn nuôi được xử lý bằng phương pháp sinh học Kết hợp

quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhờ hoạt động của vi sinh vật

kỵ khí và hiếu khí được tăng cường nhờ sử dụng chế phẩm vi sinh đặc hiệu dùng cho

xử lý chất thải chăn nuôi gia súc

Quy trình công nghệ xử lý được áp dụng như sau (hình 2.2):

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chuồng nuôi cơ sở hợp tác chăn nuôi lợn hậu bị Cổ Đông.

Nước thải chuồng nuôi

Bể phân hủy vi sinh kỵ khí

Bể phân hủy vi sinh hiếu khí

Hồ thủy sinh(Bèo lục bình, rau ngổ)

Nguồn tiếp nhận

Để xử lý đạt tiểu chuẩn nước thải chăn nuôi của cơ sở, hệ thống xử lý kết hợpcác quá trình xử lý phân hủy vi sinh kỵ khí, hiếu khí và tùy nghi thông qua hệ thống bểphân hủy kỵ khí, bể phân hủy hiếu khí (Aeroten) và hồ thủy sinh.

Bể phân hủy kỵ khí (có bổ sung chế phẩm sinh học EM) phân hủy các chất hữu

cơ trong nước thải nhờ hoạt động cả vi sinh vật yếm khí làm giảm hàm lượng CODxuống Các hợp chất hữu cơ chưa phân hủy tại bể phân hủy kỵ khí và các sản phẩmtrung gian (NH4 , NO3-, NO2-, …) tiếp tục được phân hủy và chuyển hóa tại bể Aerotennhờ quá trình phân hủy vi sinh hiếu khí Bể Aeroten có chức năng phân hủy chất hữu

cơ là giảm hàm lượng COD và chuyển hóa các chất ô nhiễm khác

Hồ thủy sinh phân hủy các chất ô nhiễm còn lại trong nước thải thông qua hoạtđộng tùy nghi của vi sinh vật và quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng của bèo lụcbình và rau ngổ Nước thải sau khi xử lý hồ thủy sinh có chất lượng đạt tiêu chuẩn chophép và thải ra nguồn tiếp nhận

Chương 3: CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRANG TRẠI CHĂN NUÔI

3.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ khí sinh học

Công nghệ khí sinh học bao gồm việc ứng dụng quá trình phân hủy kỵ khí cácchất hữu cơ để thu hồi và sử dụng khí sinh học làm nguồn năng lượng Nguyên liệucho quá trình phân hủy này rất phong phú, thường sử dụng là các phụ phẩm nôngnghiệp như rơm, rạ, phân gia súc, gia cầm Hiện nay, trên thế giới cũng như ở ViệtNam đều rất quan tâm đến việc phát triển các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch,

có khả năng tái tạo để thay thế nguồn nguyên liệu hóa thạch truyền thông đang ngàycàng cạn kiệt Và năng lượng khí sinh học chính là một trong những nguồn năng lượngtái tạo rất quan trọng Vì vậy phát triển công nghệ khí sinh học trong không những giúp

xử lý chất thải mà còn cung cấp năng lượng thay thế các nguồn năng lượng truyềnthống, tiết kiệm năng lượng

3.1.1 Khái niệm về khí sinh học

Khí sinh học (Biogas) là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân hủynhững hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường kỵ khí

Thành phần của khí sinh học như sau:[7]

quá trình sinh học và loại phân mà ta sử dụng

3.1.2 Đặc tính của khí sinh học

9.000 Kcal/m3) Do đó, nhiệt trị của khí sinh học khoảng 4.500 – 6.000 Kcal/m3, tùy

thuộc vào phần trăm của mêtan hiện diện trong khí sinh học.[8]

của hệ thống để sửa chữa

Khí sinh học có tính dễ cháy trong không khí nếu được hòa lẫn với tỉ lệ từ 6 –25% mới có thể cháy được (vì thế khi sử dụng khí này có sự an toàn cao) Nếu hỗn hợp

thường khi đốt cháy tốt cần tỷ lệ khí sinh học/không khí: 1/9 – 1/10.[5]

3.1.3 Vai trò của khí sinh học trong đời sống và sản xuất

* Cung cấp năng lượng

Khí đốt sinh học ra đời tạo ra nguồn chất đốt mới phục vụ cho nhu cầu nấunướng, thắp sáng, chạy động cơ đốt trong kéo máy xay sát, máy bơm mước, chạy máyphát điện,…

Ngoài mục đích để cung cấp năng lượng, khí sinh học còn có thể dùng để bảoquản rau quả, ngũ cốc

* Sử dụng phụ phẩm khí sinh học

Nguyên liệu nạp vào thiết bị khí sinh học một phần chuyển hóa thành khí sinhhọc (biogas) phần còn lại ở dạng bùn và lỏng (nước xả) gọi chung là phụ phẩm Phụphẩm khí sinh học rất có giá trị, có thể sử dụng vào nhiều mục đích: làm phân bón, xử

lý hạt giống, làm thức ăn cho gia súc, gia cầm, nuôi trồng thủy sản, nuôi giun,…

*Hạn chế ô nhiễm – bảo vệ môi trường

Hiện nay ô nhiễm môi trường đang là vấn đề rắc rối trên thế giới và Việt Nam.Việt Nam trên con đường phát triển kinh tế gặp nhiều khó khăn như:

Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, môi trường sống khắcnghiệt hơn

Ngành công nghiệp phát triển, đô thị hóa gia tăng

Rừng tự nhiên bị tàn phá do nhu cầu năng lượng gia tăng, nguồn năng lượngngày càng cạn kiệt

Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng sản phẩm bài thải cho nên tậndụng nguồn chất thải đó làm nguyên liệu cho thiết bị khí sinh học là phương cách xử lý

có thể chấp nhận được, vì:

- Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng

- Thay thế dần các nhiên liệu đốt phát thải khí nhà kính

- Xử lý tốt các yếu tố mang mầm bệnh trong phân vì chất thải sau xử lý giảmđược mùi hôi, không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là ký sinh trùng và các mầmbệnh lây lang bị tiêu diệt đáng kể

- Chất thải sau khi qua bình ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng để kết hợp trong

mô hình V.A.C.B (Vườn – Ao – Chuồng – Biogas):

+ Nước thải sau khi qua thiết bị khí sinh học có thể dùng để nuôi tảo, bèo làmthức ăn cho gia súc, gia cầm

+ Chất thải là nguồn phân bón tốt, hợp vệ sinh

+ Nước thải còn là nguồn thức ăn của động vật thủy sinh

Hiện nay mô hình V.A.C.B đang được chú trọng áp dụng ở các trang trại chănnuôi

3.2 Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ trong thiết bị khí sinh học

Quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phảnứng và sản phẩm trung gian Tuy nhiên người ta thường đơn giảm hóa chúng bằngphương trình sau đây.:

Chất hữu cơ VSV→ CH 4 + CO 2 + H 2 + NH 3 + H 2 S

Quá trình phân hủy kỵ khí gồm ba giai đoạn:

- Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử (thủy phân và lên men)

- Tạo nên các axít và khí hydro (lên men axít)

- Tạo khí mêtan từ các axít và từ khí hydro (lên men mêtan hay lên men kiềm)

* Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân

Các chất hữu cơ trong chất thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử nhưProtein, chất béo, carbonhydrat, cellulose, lignin, v.v…Một vài loại ở dạng không hòatan Ở giai đoạn này, các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy bởi các enzym ngoại bào(sản sinh bởi các vi khuẩn) Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tửlượng nhỏ, hòa tan được sẽ làm nguyên liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn 2

Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi protein thành axit amin,cacbonhydrat thành các đường đơn, chất béo thành các axít béo chuỗi dài Tuy nhiêncác chất hữu cơ như: cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giảnđây là một giới hạn của quá trình phân hủy kỵ khí, bởi vì lúc đó các vi khuẩn ở giaiđoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3 Tốc độ thủy phân phụthuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong bể và các yếu tố môi trường như: pH

và nhiệt độ

Gluxit → gluco

Lipit → glyxerin+ it b

Protein → Li nê kết pepit mạnh ngắn hơn → axit amin

* Giai đoạn 2: Giai đoạn lên mem axít (còn gọi là lên men Hydro)

Các sản phẩm của giai đoạn thuỷ phân sẽ được phân giải kỵ khí tạo thành cácaxit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như: axit butyric, axit axetic, axit propionic, axitfomic…trong quá trình lên men hữu cơ, một số axit béo phân tử lượng lớn sẽ chuyểnhoá tạo axit axetic dưới tác dụng của vi khuẩn axetogen Ngoài ra sự lên men cũng tạothành các chất trung tính như: rượu, andehit, axeton, các chất khí CO2, H2, NH3, H2S vàmột lượng nhỏ khí indol, scatol… Tỉ lệ của các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ vi sinhvật trong hầm ủ và điều kiện môi trường Trong giai đoạn này BOD và COD giảmkhông đáng kể, đặc biệt pH của môi trường có thể giảm mạnh pH của giai đoạn lênmen này nhỏ hơn 7

* Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men mêtan (còn gọi lên men kiềm)

khác bởi nhóm vi khuẩn mêtan Vi khuẩn mêtan là những vi khuẩn kỵ khí bắt buột cótốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 Các vi khuẩnmêtan sử dụng axít axêtic, methanol, CO2 và H2 để sản xuất mêtan trong đó axít axêtic

là nguyên liệu chính với 70% mêtan được sinh ra từ nó Phần mêtan còn lại được sảnxuất từ CO2 và H2, một ít từ axít formic nhưng phần này không quan trọng vì các sảnphẩm này chiếm số lượng ít trong quá trình lên men kỵ khí pH của giai đoạn này lớnhơn 7

Sự hình thành CH4 có thể theo 2 cơ chế sau:

+ Do decacboxyl hoá các axit hữu cơ:

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng khí sinh học

Trong thực tế, sản lượng khí sinh học của các nguyên liệu không thể đạt giá trị

lý thuyết vì quá trình phân hủy không xảy ra trong điều kiện lý tưởng, nguyên liệukhông phân hủy hoàn toàn vì nhiều yếu tố ảnh hưởng

3.3.1 Môi trường kỵ khí

Trong các bể phân hủy kỵ khí bắt buộc phải không có oxy Đa số vi khuẩn thamgia vào quá trình tạo khí sinh học đều thuộc loại kỵ khí bắt buộc hoặc không bắt buộc,nhạy cảm với oxy Vi khuẩn sinh khí mêtan sẽ bị chết khi bị phơi ngoài không khí Vìvậy, môi trường kỵ khí là một yếu tố bắt buộc để các vi khuẩn hoạt động được Quátrình phân hủy sinh khí sinh học là cả một quá trình đan xen các giai đoạn Các nhóm

vi khuẩn khác nhau với điều kiện riêng khác nhau, nhưng lại cùng đồng thời hoạt động

và hỗ trợ lẫn nhau

3.3.2 Các chất dinh dưỡng

Khí sinh học sinh ra do quá trình phân hủy các chất hữu cơ được quyết định bởiquần hệ vi khuẩn Môi trường dinh dưỡng tối ưu cho vi khuẩn sinh tổng hợp cấu trúc tếbào khi nguyên liệu phân hủy có tỷ lệ C/N trong khoảng 20/1 ÷ 30/1

Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lượng nitơ không đủ cho vi khuẩn sinh khí mêtan sửdụng để đáp ứng nhu cầu protein của chúng, trong khi lượng cacbon lại thừa kết quả sẽlàm giảm sản lượng khí sinh hoc

Nếu tỷ lệ C/N quá thấp, nitơ thừa bị tích tụ dưới dạng amôn (NH4), làm tăng pHmôi trường Khi pH cao hơn 8,5 quần hệ vi khuẩn trong môi trường sẽ bị nhiễm độc

Các nguyên liệu nạp khác nhau thì tỉ lệ C/N cũng khác nhau Bảng 3.1 cho thấy

tỷ lệ của một số nguyên liệu nạp như rơm lúa khô, bèo tây, phân một số loài gia súc giacầm, phân người,…

Bảng 3.1: Tỷ lệ C/N của một số nguyên liệu[8].

Nguyên liệu Hàm lượng cacbon (%) Hàm lượng nitơ (%) Tỷ lệ C/N

Đối với một số loại nguyên liệu nạp có tỷ lệ C/N thấp hơn tỉ lệ C/N tối ưu do đónên phối trộn với rơm rạ, lục bình Tuy nhiên những loại nguyên liệu này sẽ nổi lên bềmặt nguyên liệu ủ tạo nên lớp ván cứng ngăn cản quá trình sinh khí.

3.3.3 Tỉ lệ chất khô và độ pha loãng nguyên liệu

Các nguyên liệu hữu cơ có hàm lượng chất khô khác nhau (bảng 3.2) Hàmlượng chất khô phụ thuộc nhiều yếu tố như tuổi của nguyên liệu, điều kiện sinh trưởngcủa cây cối, điều kiện nuôi dưỡng của vật nuôi Đối với nguyên liệu là chất thải (phân

và nước tiểu) động vật, phân thường có hàm lượng chất khô vào khoảng 18 – 40%,nước tiểu có hàm lượng chất khô vào khoảng 5 – 10% Bảng sau cho ta giá trị trungbình hàm lượng chất khô của một số nguyên liệu

Bảng 3.2: Hàm lượng chất khô của một số nguyên liệu [8].

Bảng 3.2 cho thấy chất thải động vật có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối

ưu Để giảm hàm lượng chất khô khi nạp vào bể phân hủy nên pha loãng với nước.Nước sẽ làm giảm khả năng tạo thành các chất như nitơ, sunlfua Các chất này dễ dàngchuyển thành amôn và hydro sunlfua làm ức chế quá trình phân hủy kỵ khí Sự phânhủy các chất rắn ở nồng độ cao sẽ tạo ra các sản phẩm có nồng độ cao gây ức chế quátrình phân hủy kỵ khí Vì vậy, việc pha loãng nguyên liệu có tác động tích cực

Nguyên liệu Hàm lượng chất khô (%)

Phân Nước tiểu Chất thải

Hình 3.1: Hiệu suất sinh khí của chất thải lợn phụ thuộc vào hàm lượng chất khô.[8]

3.3.4 pH

Vi khuẩn sinh khí mêtan rất nhạy cảm với pH của môi trường, chúng chỉ sinhtrưởng tốt trong khoảng pH = 6,8 – 8,5 và bị ức chế khi pH <6,2 Các vi khuẩn sinhaxít đều sinh trưởng nhanh hơn vi khuẩn mêtan Nếu loại vi khuẩn sinh axít phát triểnquá nhanh thì chúng sẽ tạo ra quá nhiều axít mà vi khuẩn sinh khí mêtan không sửdụng hết Kết quả của quá trình này là pH giảm, môi trường phản ứng mất cân bằng, vàtất nhiên sản lượng khí sinh học sẽ suy giảm Chính vì vậy, hệ thống hồi lưu sinh khốidùng trong các bể phân hủy dòng chảy liện tục và trộn đều sẽ duy trì tốt cho sự pháttriển cân bằng quần hệ vi khuẩn

3.3.5 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống vi khuẩn cũng như độ ẩm củakhí sinh học Độ ẩm của khí sinh học tăng theo hàm số mũ của nhiệt độ Nhiệt độ cũngảnh hưởng đến sản lượng khí và các chất hữu cơ bay hơi bị hòa tan vào nguyên liệucũng như hàm lượng amon và khí hydro sunlfua Sự thay đổi của sản lượng khí sinhhọc theo nhiệt độ được minh họa ở bảng 3.3

Bảng 3.3: Sản lượng khí sinh học của một số nguyên liệu ở nhiệt độ khác nhau[8].

(Sản lượng khí sinh học sinh ra trong điều kiện: thời gian lưu 60 ngày đối vớiphân và 90 ngày đối với thực vật, hàm lượng chất khô 6%, đơn vị l/kg chất khô).

Các loài vi khuẩn khác nhau có thể tồn tại trong những biên nhiệt khác nhau Ởnhiệt độ khác nhau thì hiệu suất sinh khí cũng khác nhau

khuẩn ưu lạnh, ưa ấm và ưu nhiệt:

Nhiệt độ lạnh t < 200CNhiệt độ trung bình t = 200C – 400CNhiệt độ cao t > 400C

Hình 3.2: Quan hệ hiệu suất sinh khí và nhiệt độ ứng với thời gian lưu khác nhau.

Ở nhiệt độ cao, tốc độ phát triển của vi khuẩn và sự phân hủy nguyên liệu nhanhhơn Tốc độ sinh mêtan của vi khuẩn tăng theo nhiệt độ, nhưng phản ứng sinh học lại

Nguyên liệu Nhiệt độ 35 0 C Nhiệt độ 8 – 25 0 C

có thể bị ức chế do lượng amon tự do cũng tăng theo nhiệt độ Nói chung, các bể phânhủy không được gia nhiệt chỉ hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ trung bình hàng năm

t > 200C hoặc nhiệt độ trung bình hàng ngày tối thiểu 180C Trong khoảng t = 20 –

280C, năng suất sinh khí mạnh Khi nhiệt độ nguyên liệu dưới 150C, năng suất khí giảm

và nếu kéo dài thì công trình sẽ không mang lại hiệu quả

Sự biến thiên nhiệt độ cũng ảnh hưởng nhạy cảm đến khả năng sinh khí Độ daođộng nhiệt dưới đây coi như không ảnh hưởng đến quá trình sinh khí:

Nhiệt độ lạnh: ±20C/giờNhiệt độ ấm: ±10C/giờNhiệt độ cao: ±0,50C/giờ

đáng kể Nếu nhiệt độ thay đổi nhiều hơn nữa, quá trình sinh khí có thể ngừng vànguyên liệu lên men sẽ bị axít hóa Nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng, các vi khuẩn kỵ khítrong bể phân hủy có màng sinh học sẽ bị tách ra, làm ảnh hưởng đến khả năng sinhkhí

3.3.6 Thời gian lưu

Thời gian lưu (Retention Time – RT) là thời gian chất hữu cơ nằm trong bểphân hủy Thời gian lưu tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, thành phần nguyên liệu,kiểu thiết bị

Thời gian lưu (HRT) của nguyên liệu nạp có ảnh hưởng quan trong không kémđến hiệu suất sinh khí của thiết bị khí sinh học

Thời gian lưu quá ngắn sẽ không đủ để cho các vi khuẩn trong hầm ủ phân hủycác chất hữu cơ, thời gian lưu quá dài thì lượng khí sinh học sinh ra nhiều hơn nhưng

sẽ làm tích lũy nhiều cặn trong thiết bị và đòi hỏi phải xây dựng các hầm ủ cỡ lớn

Hình 3.3: Tốc độ sinh khí phụ thuộc thời gian ở 35 0 C.

Từ đồ thị 3.3 ta thấy tốc độ sinh khí lúc đầu tăng dần Sau khi đạt cực đại, tốc độgiảm dần Qua thực tế nghiên cứu, người ta lấy thời gian lưu ứng với giai đoạn tốc độsinh khí cao nhất Lúc này sản lượng khí đạt khoảng 30 – 60% tổng sản lượng khí

3.3.7 Lưu lượng nạp nguyên liệu

Lưu lượng nạp nguyên liệu (Q) là lượng nguyên liệu được nạp hàng ngày cho

một đơn vị thể tích phân hủy (kg/m3/ngày) đây là một thông số để tối ưu hóa thể tích bểphân hủy đối với các thiết bị sản xuất khí sinh học kiểu liên tục Khi chọn lưu lượngnạp hợp lý thì pH nguyên liệu có thể được duy trì ở pH = 8 – 8,5 Nếu lưu lượng nạpquá cao sẽ tích tụ axít gây ức chế khả năng sinh mêtan và ngược lại, sẽ làm giảm sảnlượng khí

3.3.8 Chất xúc tác

Các quan hệ vi khuẩn kỵ khí phải mất một thời gian khá dài để tự thiết lập nênmôi trường phát triển của chúng Vì vậy, trong thực tế, nhằm thúc đẩy nhanh quá trìnhphân hủy sinh khí, người ta thường “cấy” thêm các vi khuẩn này và nguyên liệu (bổsung thêm phân gia súc, chất lắng cặn cống rãnh) Có nhiều loại chất xúc tác như:enzym, muối vô cơ, các nguyên liệu vô cơ và hữu cơ Ví dụ, men xenlulaza làm tăngđáng kể sự phân hủy xenluloza của nguyên liệu, bổ sung 0,5% đất hiếm (R2O5) thì sản

lượng khí tăng 17% Bổ sung đạm ví dụ hydrocacbonat amôn, tốc độ sinh khí từ thancây tăng mạnh Thêm một lượng nhỏ than hoạt tính hoặc than bùn sẽ làm tăng sảnlượng mêtan.

Ngoài ra các kim loại nặng như đồng, niken, crôm, kẽm, chì,…, các ion khoángnhư: natri, lân , canxi, magiê, amôn, sunphua với một nồng độ thích hợp sẽ gây kíchthích vi khuẩn phát triển (NH4 ở nồng độ 50 – 200 mg/l)

3.3.9 Khuấy trộn

Khi không khuấy trộn, nguyên liệu trong bể phân hủy thường phân tầng thành 3lớp: lớp trên là váng, lớp giữa là lỏng và lớp đáy là lắng cặn Vi khuẩn khó phân bố đềutrong môi trường lên men, kết quả là vi khuẩn khó tiếp xúc được với nguyên liệu mới

để hấp thụ các chất dinh dưỡng trong bể phân hủy có nhiều “vùng chết” ở đó mật độ vikhuẩn thấp, sự phân hủy xảy ra yếu, nguyên liệu có thể tích tụ và đọng lại ở đó Nếukhuấy đảo, ta có thể khắc phục được nhược điểm trên khiến quá trình phân hủy xảy ranhanh hơn, đồng đều hơn, sản lượng khí thu được cao

3.3.10 Các chất gây ức chế

Các ion khoáng, kim loại nặng (khi vượt quá nồng độ cho phép), thuốc trừ sâu,các chất kháng khuẩn, các chất tẩy rửa (xà phòng, chất tẩy hữu cơ), đều tác động mạnhđến hệ vị khuẩn trong chuỗi phản ứng phân hủy kỵ khí Dưới đây là nồng độ ức chếhoạt động sinh mêtan:

Bảng 3.4: Nồng độ gây ức chế của các chất ức chế phổ biến[7]

3.4 Một số tham số thiết kế và vận hành thiết bị khí sinh học

Thiết bị khí sinh học là thiết bị phân hủy các hợp chất hữu cơ có thể phân hủysinh học được trong điều kiện kỵ khí và sản sinh ra khí sinh học, các thông số thiết kế