Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Thu hồi chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp kết hợp giữa màng thẩm thấu chuyển tiếp (FO) và bể phản ứng tầng sôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨNGUYỄN MINH TÍ

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 / 2023 NGUYỄN MINH TÍ

THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP

GIỮA MÀNG THẨM THẤU CHUYỂN TIẾP (FO) VÀ BỂ PHẢN ỨNG TẦNG SÔI

NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG – 8520320 Hướng dẫn khoa học:

TS TRẦN THỊ KIM ANH

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Nguyễn Minh Tí Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1997 Nơi sinh: Bến Tre

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 110/26 Tân Thạnh, Tân Thiềng, Chợ Lách, Bến Tre Điện thoại cơ quan: 0888167247 Điện thoại nhà riêng:

1 Trung học chuyên nghiệp: không có

Nơi học (trường, thành phố): Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2015 đến 03/2020 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật môi trường

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Biến tính nhựa thải Polystyrene để xử lý Zn (II), Cd (II) và Cu (II) trong nước thải

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/01/2020 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Người hướng dẫn: TS Trần Thị Kim Anh 3 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2020 đến 08/2023

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Ngành học: Kỹ thuật môi trường

Tên luận văn: Thu hồi chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp kết hợp giữa màng thẩm thấu chuyển tiếp (FO) và bể phản ứng tầng sôi Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 30/08/2023 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

4 Tiến sĩ:

Hệ đào tạo: ……….… Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Tại (trường, viện, nước): ………

Tên luận án: ………

Người hướng dẫn: ……… ………

Ngày & nơi bảo vệ: ………

5 Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng anh, bậc 3 6 Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: ………

………

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 01/2020 đến nay Công ty TNHH Kỹ Thuật NTS Kỹ Thuật IV CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: ………

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 11 năm 2023 (Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Minh Tí

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa Công nghệ Hoá học và Thực phẩm - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện công trình nghiên cứu này

Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành đến TS Trần Thị Kim Anh – Bộ môn Công nghệ Môi trường đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện tốt cho tôi hoàn thành nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn bạn Trần Nhật Hoàng, bạn Trương Lê Duy, bạn Trần Tuấn Kiệt và bạn Nguyễn Minh Hiển đã hỗ trợ làm thí nghiệm và phân tích số liệu chung Và các cán bộ của phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Hoá học và Thực phẩm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân và bạn bè đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài của tôi

Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 11 năm 2023 Học viên

Nguyễn Minh Tí

TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này, màng thẩm thấu chuyển tiếp (Forward Osmosis – FO) được ứng dụng để cô đặc nồng độ Phospho có trong nước thải chăn nuôi heo giả lập Dòng Phospho cô đặc sau quá trình màng FO được đưa vào bể phản ứng tầng sôi (Pellet Reactor) nhằm tạo kết tủa Struvite trên vật liệu vỏ sò với mục đích thu hồi chất dinh dưỡng dưới dạng phân bón (MAP) Màng FO là màng bán thấm để tách nước dựa trên sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa hai dòng: dòng vào (nước thải chăn nuôi) và dòng lôi cuốn (dung dịch MgSO4) Kết quả sau quá trình cô đặc thu được nồng độ Phosphate là 300 mg/L sau thời gian 60 phút vận hành màng lọc FO với các thông số vận hành tối ưu là nồng độ Phosphate đầu vào là 30 mg/L, lưu lượng dòng vào 0,7 L/phút ở pH bằng 7, lưu lượng dòng lôi cuốn là 0,3 L/phút với nồng độ ban đầu của dung dịch MgSO4 là 0,4 M Sau thời gian vận hành của màng lọc FO, nước thải chăn nuôi heo có nồng độ Phosphate từ nồng độ 30 mg/L được tăng lên 300 mg/L và được đưa bể phản ứng tầng sôi để thu hồi Photphate dưới dạng kết tinh Struvite Trong quá trình vận hành bể phản ứng tầng sôi, một lượng vỏ sò có kích thước 250 – 300 µm được bổ sung để làm các hạt nhân thúc đẩy quá trình kết tinh Quá trình kết tinh Struvite đạt được hiệu suất loại bỏ Phosphate là 96,8 % và Amoni là 71,7 % khi pH đầu vào được điều chỉnh bằng 10; tỷ lệ mol Mg2+ : NH4+ : PO43- là 1,8 : 2,2 : 1, khối lượng vỏ sò cho vào là 50 gam và lưu lượng nước đầu vào là 8 L/h Để kiểm tra tính khả thi của quá trình thu hồi Phosphate, bể phản ứng tầng sôi được vận hành lâu dài với thời gian 30 ngày Kết quả thu được các hạt kết tinh Struvite có kích thước khoảng 450 – 1000 µm chiếm 54,7 %, các hạt lớn hơn 1000 µm chiếm 26,1 % Khi quan sát ảnh chụp SEM của các tinh thể thu được đều có bề mặt thô, có các vết nứt, bao gồm các tinh thể nhỏ hơn dạng hình thoi, lăng trụ không đồng đều Nghiên cứu này đã cho thấy tính khả thi của sự kết hợp giữa màng FO và quá trình kết tinh Struvite để thu hồi các chất dinh dưỡng có trong nước thải chăn nuôi heo, góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu chất dinh dưỡng thải ra ngoài môi trường gây phú dưỡng hóa và tăng khả năng thu hồi Photphate từ nước thải góp phần giảm khai khác tài nguyên thiên nhiên

ABSTRACT

In this study, a Forward Osmosis membrane (FO) was applied to concentrate the phosphorus in simulated pig wastewater After the FO membrane process, the concentrated phosphorus stream is injected into a pellet reactor together with MgSO4

solution stream in order to achieve the Struvite precipitation on the seeding material (seashell) to recover nutrients in the form of fertilizer (MAP) The FO membrane is a semi-permeable membrane for water separation based on the osmotic pressure difference between two streams: the feed solution (pig wastewater) and the draw solution (MgSO4 solution) After the concentration process by FO membrane, Phosphate concentration in the feed stream was 300 mg/L after 60 minutes operation with the optimal conditions: initial phosphate concentration of 30 mg/L, the flow rate of 0.7 L/min at pH 7, the draw solution flow rate of 0.3 L/min with an initial concentration of MgSO4 solution of 0.4 M After that, the pig wastewater with concentrated phosphate of 300 mg/L was injected into the pellet reactor to recover phosphate in the form of Struvite crystals During the operation of the pellet reactor, 50 g of seashells with sizes from 250 to 300 µm was added to make the nuclei promote crystallization The Struvite crystallization process was achieved with a high phosphate removal efficiency of 96,8 % and ammonium removal of 71.7 % when the input pH was adjusted to 10; the molar ratio of Mg2+ : NH4+ : PO43- is 1.8 : 2.2 : 1.0, and the input water flow was 8 L/h To test the feasibility of phosphate recovery, the pellet reactor was operated long-term for 30 days The obtained struvite crystalline particles were the sizes ranging from 450 to1000 µm, accounting for 54.7 %, and particles larger than 1000 µm, accounting for 26.1 % When observing the SEM images, the obtained crystals had rough surfaces, and cracks, and included many small rhombic crystals and uneven prisms This study has shown the feasibility of the combination of FO membrane and Struvite crystallization process to recover nutrients in pig wastewater, contributing to environmental protection, and minimizing waste nutrients into the environment causing eutrophication and increasing the ability to recover phosphate from wastewater, contributing to reducing the exploitation of the natural resources

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Nội dung nghiên cứu 3

7 Ý nghĩa của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1.Tổng quan về ngành chăn nuôi ở Việt Nam 5

1.1.1 Hiện trạng phát triển ngành chăn nuôi của Việt Nam 5

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi 6

1.2 Đặc trưng của nước thải chăn nuôi 8

1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải 8

1.2.2 Đặc trưng thành phần nước thải 8

1.3 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo 9

1.3.2 Một số quy trình xử lý nước thải chăn nuôi thực tế ở các trang trại 15

1.4 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo 19

1.4.1 Trong nước 19

1.4.2 Ngoài nước 21

1.5 Phương pháp kết tủa Struvite – Magie Amoni Phosphate (MAP) 23

1.5.1 Sơ lược về nguồn gốc ô nhiễm Amoni và Phosphate 23

1.5.2 Sơ lược về phân bón chậm 24

1.5.3 Kết tủa Struvite – Magie Amoni Phosphate (MAP) 24

1.6 Màng thẩm thấu chuyển tiếp (Forward Osmosis – FO) 27

1.6.1 Cơ sở khoa học của hiện tượng thẩm thấu chuyển tiếp 27

1.6.2 Nguyên lý hoạt động – Lọc thẩm thấu thuận 30

1.6.3 Vật liệu màng 32

1.6.4 Lựa chọn dòng lôi cuốn - dòng DS 33

1.6.5 Các ứng dụng thực tế từ màng lọc FO 36

1.7 Phương pháp bể phản ứng tầng sôi – Pellet Reactor 39

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.1 Hoá chất 43

2.2 Nước thải 43

2.3 Màng Forward Osmosis - FO 43

2.3.1 Đặc tính màng lọc 43

2.3.2 Mô hình chạy gián đoạn 45

2.3.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng 45

2.4 Bể phản ứng tầng sôi – Pellet reactor 48

2.4.1 Mô hình chạy gián đoạn 48

2.4.2 Mô hình chạy liên tục 51

2.5 Phân tích mẫu 53

2.5.1 Phương pháp phân tích mẫu 53

2.5.2 Phân tích sản phẩm kết tinh Struvite 55

3.3 Kết quả khảo sát pH của dòng FS 62

3.4 Kết quả khảo sát lưu lượng dòng FS 65

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT XỬ LÝ THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA STRUVITE (MAP) 68

4.1 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu tạo Struvite dạng mẻ 68

4.1.1 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ PO43- đến sự hình thành kết tinh Struvite 68

4.1.2 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hình thành kết tinh Struvite 69

4.1.3 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol đến sự hình thành kết tinh Struvite 71

4.1.4 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò đến sự hình thành kết tinh Struvite 73

4.2 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu tạo Struvite trong bể phản ứng tầng sôi (vận hành liên tục) 74

4.2.1 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò đến sự hình thành kết tinh Struvite 74

4.2.2 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của lưu lượng đến sự hình thành kết tinh Struvite 76

4.2.3 Kết quả khảo sát vận hành liên tục với mô hình Pellet Reactor 77

4.3 Phân tích sản phẩm kết tinh Struvite thu được 79

4.3.1 Xác định phân bố kích thước hạt kết tinh Struvite 79

4.3.3 Kết quả chụp hiển vi điện tử quét (SEM) 81

4.4 Tính khả thi của quá trình thu hồi chất dinh dưỡng bằng mô hình kết hợp màng FO và cột PR 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 95

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MBR Thiết bị phản ứng màng sinh học (Membrane bioreactor) FO Thẩm thấu chuyển tiếp (Forward Osmonis)

COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)

MLSS Hỗn hợp chất rắn lơ lửng (Mixed liquor suspended solids)

UASB Xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (Upflow anearobic sludge blanket)

USBF Lọc sinh học ngược dòng (Upflow Sludge Blanket Filter) SRT Thời gian lưu bùn (Sludge Retention Time)

HRT Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time)

IC Lò phản ứng kỵ khí tuần hoàn bên trong (Internal Circulation reactor)

SBR Bể sinh học hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor)

ULV Tốc độ dâng nước (Upflow Liquid Velocity)

EGSB Thiết bị đệm bùn hạt mở rộng (Expanded granular sludge bed) FS Dung dịch đầu vào (Feed solution)

DS Dung dịch lôi cuốn (Draw solution) UF Siêu lọc (Ultra-filtration)

TFC Composit màng mỏng (Thin – film composite)

TDS Tổng chất rắn hòa tan (Total disolved solid)

MD Màng chưng cất (Membrane Distillation)

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Năng Lượng Á Châu 15 Hình 1.2 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Làng Việt 2 16 Hình 1.3 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Lạc Thuỷ 18 Hình 1.4 Cấu trúc của tinh thể Struvite 25 Hình 1.5 Nguyên tắc cơ bản của thẩm thấu chuyển tiếp như quá trình cô đặc [38] 28 Hình 1.6 Sự khác nhau giữa thẩm thấu chuyển tiếp và thẩm thấu ngược [40] 28 Hình 1.7 Mô hình Pellet Reactor 40 Hình 2.1 Mô hình nghiên cứu bằng màng lọc FO cho quá trình chạy gián đoạn 45 Hình 2.2 Mô hình thiết bị Jar-test thí nghiệm thu hồi MAP cho quá trình gián đoạn 48

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ của mô hình chạy liên tục xử lý thu hồi chất dinh dưỡng bằng phương pháp kết tủa Struvite (MAP) 52 Hình 3.1 Sự thay đổi nồng độ Phosphate khi thay đổi nồng độ MgSO4 ở dòng DS 58

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch DS đến thông lượng thẩm thấu (Jw) và thông lượng muối ngược (Js) ở 60 phút vận hành 59 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch DS đến áp suất thẩm thấu và nồng độ Phosphate ở 60 phút vận hành 60 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Phosphate ban đầu đến nồng độ Phosphate sau cô đặc và áp suất thẩm thấu ở 60 phút vận hành 61 Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ Phosphate ban đầu đến thông lượng thẩm thấu và thông lượng muối ngược ở 60 phút vận hành 62 Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH dòng FS đến nồng độ Phosphate sau cô đặc và áp suất thẩm thấu ở 60 phút vận hành 63 Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH dòng FS đến thông lượng thẩm thấu và thông lượng muối ngược ở 60 phút vận hành 64 Hình 3.8 Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào dòng FS đến nồng độ Phosphate cô đặc và áp suất thẩm thấu ở 60 phút vận hành 65

Hình 3.9 Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào dòng FS đến thông lượng thẩm thấu và thông lượng muối ngược ở 60 phút vận hành 66 Hình 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ PO43- ban đầu đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite ở 90 phút 68 Hình 4.2 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite 69 Hình 4.3 Giá trị pH đầu vào và đầu ra của dung dịch mẫu theo nồng độ PO43- 70 Hình 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol NH4+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite 71 Hình 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite 72 Hình 4.6 Ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò đến hiệu suất loại bỏ PO43- và pH dung dịch đầu ra qua quá trình hình thành kết tủa Struvite 73 Hình 4.7 Sự ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite ở mức lưu lượng 5 L/h 74 Hình 4.8 Sự ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite ở mức lưu lượng 8 L/h 75 Hình 4.9 Sự ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu suất loại bỏ PO43- qua quá trình hình thành kết tủa Struvite 76 Hình 4.10 Hiệu suất loại bỏ PO43- trong quá trình khảo sát liên tục với mô hình Pellet Reactor 78 Hình 4.11 Hiệu suất loại bỏ NH4+ trong quá trình khảo sát liên tục với mô hình Pellet Reactor 78 Hình 4.12 Sản phẩm kết tinh Struvite thu được 79 Hình 4.13 Sản phẩm kết tinh Struvite đã sấy khô qua quá trình lắc đều với axit HNO3

0,2 N 80 Hình 4.14 Vỏ sò thô đã qua lắc đều axit HNO3 0,2 N và sấy khô 80 Hình 4.15 Ảnh SEM của mẫu kết tinh Struvite thu được 81 Hình 4.16 Sơ đồ công nghệ quy trình cô đặc và thu hồi chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi heo 82 Hình 4.17 Sơ đồ công nghệ được đề xuất để xử lý nước thải chăn nuôi heo hiện hữu 83

Hình 4.18 Sơ đồ công nghệ được đề xuất để xử lý nước thải chăn nuôi heo và thu hồi chất dinh dưỡng bằng sự kết hợp giữa màng thẩm thấu chuyển tiếp (FO) và bể phản ứng tầng sôi (PR) 83

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sản phẩm chăn nuôi giai đoạn 2015 – 2020 5Bảng 1.2 Thông số ô nhiễm của nước thải trang trại chăn nuôi heo 8Bảng 1.3 Thành phần tính chất nước thải sau các bể 19Bảng 1.4 Các chất lôi cuốn phổ biến và ưu nhược điểm tương ứng 34Bảng 2.1: Các thông số của màng 44Bảng 2.2 Tỷ lệ mol của NH4+ : PO43- và Mg2+: PO43- 50Bảng 2.3 Các thông số của Pellet Reactor 52Bảng 4.1 Kết quả xác định phân bố kích cỡ hạt 79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, dân số của Việt Nam đã tăng từ 87,4 triệu người năm 2010 đến 97,5 triệu người năm 2021 Cùng giai đoạn này, theo thống kê của ngân hàng thế giới thu nhập bình quân đầu người của quốc gia tăng từ 1684 USD lên đến 3756 USD, biến Việt Nam từ một quốc gia thu nhập thấp thành một quốc gia có thu nhập trung bình thấp [1] Và những chuyển biến trong nhu cầu thực phẩm, trong việc tiêu thụ thịt, sữa và trứng Chăn nuôi là một trong những phân ngành phát triển nhanh chóng nhất của sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam để đáp ứng nhu cầu do việc gia tăng dân số

Trong năm 2014, để phát triển ngành chăn nuôi chính phủ đã ban hành kế hoạch tái cơ cấu ngành nông nghiệp, trong đó có kế hoạch tái cơ cấu chăn nuôi.Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đã thông qua đề án tái cơ cấu ngành chăn nuôi hướng tới gia tăng giá trị và phát triển bền vững Trong các nguồn ô nhiễm, phải kể đến nguồn nước thải từ các trang trại chăn nuôi heo với hàm lượng của các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất dinh dưỡng Nitơ, Phospho cao và vi sinh vật gây bệnh cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn xả thải

Nitơ và Phospho là những thành phần ô nhiễm đáng quan tâm trong nước thải chăn nuôi, nhất là nước thải chăn nuôi heo Hàm lượng Nitơ cao, nhất là Amoni làm hạn chế quá trình xử lý sinh học đặc biệt là quá trình xử lý yếm khí Có thể áp dụng phương pháp Stripping trước quá trình sinh học để loại bỏ Nitơ bằng cách thổi khí vào để đuổi khí NH3 có trong nước thải ở môi trường kiềm (pH > 10) Việc ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng cũng là giải pháp để xử lý nước thải chăn nuôi Mật độ vi sinh trong bể luôn được duy trì ở mức cao nhờ vào khả năng tách thể rắn ra khỏi thể lỏng rất tốt của màng, từ đó làm tăng hiệu suất xử lý Nitơ cao hơn 60 % so với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống, đồng thời màng cũng có thể loại bỏ vi khuẩn gần như tuyệt đối [2] Tuy nhiên, hiện tượng tắc nghẽn màng lọc khi vận hành hệ thống màng MBR thường xảy ra do việc giám sát vận hành không tốt Để xử lý được hiện tượng tắc nghẽn đòi hỏi màng phải được làm sạch bằng hóa chất hoặc thay mới Do đó, làm tăng giá thành vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ màng MBR Nhìn chung, các phương pháp trên đều có chi phí cao, vận hành phức tạp và không thu hồi được tài nguyên trong nước thải

Hiện nay cùng với sự hội nhập quốc tế là sự gia tăng những quy định về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề môi trường Bên cạnh đó việc phát triên xã hội đã làm cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên Nên đòi hỏi chúng ta phải tìm được nguồn nguyên liệu mới thay thế mà không làm thay đổi thành phần chức năng của nguyên phụ liệu Song với đó, việc bảo vệ môi trường cũng phải được đáp ứng để không làm ô nhiễm môi trường Việc tìm ra các nguồn nguyên liệu thay thế hay thu hồi tái sử dụng chất thải đang được quan tâm và nghiên cứu Việc sử dụng lại các chất có trong nguồn thải để tái sử dụng nhằm tránh việc phải thải bỏ ra môi trường, làm môi trường trở nên ô nhiễm mà còn có thêm một nguồn nguyên liệu mới để sử dụng

Phospho là một nguyên tố quan trọng đối với sự sống, là thành phần cấu thành nên DNA, ARN, xương, răng,… và được tìm thấy ở các quặng Phosphate dưới dạng khoáng chất Việc khai thác, sử dụng phân bón Phosphate đã tăng gấp bốn lần trong vòng 50 năm qua [3] Giá thành của phân bón ngày càng tăng do nguồn nguyên liệu sản suất ngày càng cạn kiệt vì nguồn tài nguyên thiên nhiên quặng Phosphate là hữu hạn Nên việc thu hồi để tận dụng lại nguồn Phospho từ chất thải là rất cần thiết Kết tinh Struvite MgNH4PO4.6H2O (MAP) được hình thành từ các ion Mg2+, NH4+ và PO43- Struvite có tích số tan là 5,49 x 10-14 nên được sử dụng làm phân bón nhả chậm rất hiệu quả cho cây trồng Vì vậy, việc nghiên cứu tách, thu hồi Phospho trong nước thải chăn nuôi không chỉ thu hồi nguồn dinh dưỡng có ích cho cây trồng mà còn góp phần loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải, đơn giản hoá và nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý

Việc ứng dụng khả năng cô đặc dung dịch của màng Forward Osmosis (FO) giúp làm tăng nồng độ Phospho có trong nước thải giúp tăng hiệu quả kết tinh Strutive trong bể phản ứng tầng sôi Vì vậy đề tài “Thu hồi chất dinh dưỡng trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp kết hợp giữa màng thẩm thấu chuyển tiếp (FO) và bể phản ứng tầng sôi” được thực hiện nhằm thu hồi các chất dinh dưỡng Nitơ và Phospho từ nước thải góp phần bào vệ môi trường và giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định các điều kiện vận hành tối ưu cho khả năng cô đặc nồng độ Phosphate của màng FO

- Nghiên cứu quá trình thu hồi Nitơ và Photpho trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp hóa học tạo tinh thể MAP

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải giả lập nước thải chăn nuôi heo sau quá trình xử lý sinh học - Mô hình màng lọc FO (Forward Omosis)

- Mô hình Pellet Reactor - Kết tinh Struvite 4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm 5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tổng quan, thu thập tài liệu: Thu thập và phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm - Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm

- Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp phân tích theo TCVN 6 Nội dung nghiên cứu

(1) Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung dịch lôi cuốn MgSO4 đến hiệu quả cô đặc nồng độ Phosphate của màng FO

(2) Khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số của dung dịch đầu vào (nồng độ Phosphate, pH và lưu lượng) đến hiệu quả cô đặc nồng độ Phosphate của màng FO

(3) Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi Phosphate bằng phương pháp hoá học tạo kết tinh MAP ở dạng mẻ (nồng độ đầu vào, pH, tỷ lệ mol, khối lượng vỏ sò)

(4) Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng vỏ sò và lưu lượng cấp đến quá trình tạo kết tinh MAP ở dạng cột

(5) Khảo sát tính khả thi vận hành mô hình Pellet Reactor tạo kết tinh Struvite tục trong thời gian lâu dài

7 Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học:

 Khai thác thêm được tiềm năng của màng lọc thẩm thấu thuận FO, tận dụng được hiệu quả của màng về cô đặc và pha loãng, tối đa hoá được các vấn đề thu hồi hoặc thải bỏ

 Thu hồi được khoáng Struvite qua quá trình kết tinh Magie, Amoni và Phosphate để làm phân bón MAP

 Góp phần hình thành một phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi - Ý nghĩa thực tiễn: Cùng lúc giải quyết được cả hai vấn đề, thu hồi lại các chất thải có thể tái sử dụng và góp phần bảo vệ môi trường, giảm khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.Tổng quan về ngành chăn nuôi ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng phát triển ngành chăn nuôi của Việt Nam

Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đóng một vai trò quan trọng trong nền nông nghiệp, chiếm tỷ trọng cao trong sản xuất nông nghiệp và là một phân ngành nông nghiệp tăng trưởng nhanh nhất Năm 2020, theo thống kê của Tổng cục thống kê số lượng các loại vật nuôi được chăn nuôi trong nước đạt 22,03 triệu con heo, 512,7 triệu con gia cầm, 6,33 triệu con bò, 2,33 triệu con trâu Trong đó thịt heo chiếm ưu thế trong sản xuất thịt tại Việt Nam (65,4 %), và sau đó là thịt gia cầm (25,7 %), thịt bò (6,9 %), và thịt trâu (2,0 %) [4] Chăn nuôi ở Việt Nam cần phải duy trì mức tăng trưởng nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước phát triển hướng tới xuất khẩu Các sản phẩm chăn nuôi gia súc, gia cầm nhìn chung qua các năm đều tăng thể hiện qua bảng sau:

Bảng 1.1 Sản phẩm chăn nuôi giai đoạn 2015 – 2020 [5] T

súc, gia cầm Trong năm 2014, chính phủ đã ban hành kế hoạch tái cơ cấu ngành nông nghiệp, trong đó có kế hoạch tái cơ cấu chăn nuôi Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đã thông qua đề án tái cơ cấu ngành chăn nuôi hướng tới gia tăng giá trị và phát triển bền vững và kế hoạch hành động để triển khai đề án [6] Một mục đích chủ yếu của kế hoạch này chính là tăng cường hiệu quả sản xuất của ngành chăn nuôi và tăng tính cạnh tranh của năm lĩnh vực ưu tiên Trong kế hoạch cũng đã nêu lên chiến lược thúc đẩy sự thay đổi quy mô chăn nuôi từ nhỏ lẻ sang thâm canh và thúc đẩy hình thành dạng quy mô công nghiệp thông qua phát triển các cơ sở chăn nuôi lớn Các nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi cũng được đầu tư phát triển để đáp ứng nhu cầu của các cơ sở chăn nuôi

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi

Ngành chăn nuôi tại Việt Nam đã từng bước phát triển hình thành những hệ thống trang trại quy mô lớn Trong những năm vừa qua, sự chuyển dịch vùng sản xuất chăn nuôi đã có nhiều sự thay đổi, sự chuyển dịch từ vùng có mật độ dân cư cao đến những vùng có mật độ dân cư thấp và hình thành cụm trang trại chăn nuôi tập trung Xu hướng phát triển của sản xuất chăn nuôi là hình thành những trang trại quy mô lớn và chăn nuôi thâm canh nên vấn đề ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng hơn Đa số các cơ sở chăn nuôi hiện sử dụng thức ăn công nghiệp làm thức ăn trong khi những cơ sở chăn nuôi nhỏ vẫn sử dụng cám gạo Nước thải chăn nuôi gia súc đóng góp 96% COD, 38% tổng Nitơ (TN), 56% tổng Phospho (TP) và lượng phát thải khí nhà kính lớn [7] Dinh dưỡng và dư lượng thuốc kháng sinh cùng những thành phần khác trong phân động vật chưa qua xử lý, xả ra môi trường xung quanh gây ra vấn đề ô nhiễm cục bộ

Hiện nay, có nhiều cách quản lý chất thải chăn nuôi, bao gồm ủ phân compost, sử dụng hầm khí sinh học Biogas hoặc sử dụng trực tiếp phân tươi để làm phân bón Ủ phân compost là một biện pháp thân thiện với môi trường do tận dụng được chất thải động vật, bùn thải bỏ từ hệ thống xử lý nước thải để sản xuất phân bón hữu cơ Tuy nhiên, lượng chất lỏng phát sinh ở chuồng trại lại bị rửa trôi và xả trực tiếp vào môi trường xung quanh hoặc ao cá Ở phương pháp hầm khí sinh học, chất thải chăn nuôi được thu lại và lên men trong hầm khí sinh học, khí Biogas được tạo ra do quá trình phân huỷ chất ô nhiễm sẽ được thu lại để cung cấp năng lượng cho trang trại Chất thải sau Biogas được sử dụng để ủ phân compost hoặc được xả vào ao cá Việc sử dụng hầm Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi heo đã được phổ biến rộng rãi

% ở miền Trung đã sử dụng hầm khí sinh học để quản lý chất thải [6] Ở những trại chăn nuôi quy mô nhỏ, phân động vật chủ yếu được thu gom và ủ với rơm rạ để làm phân bón cho cây trồng Theo báo cáo có khoảng 35,5 % các cơ sở chăn nuôi heo lưu trữ chất thải mà không xử lý và khoảng 40% chất thải chăn nuôi heo bị xả thẳng trực tiếp vào môi trường mà không qua xử lý [8]

Sự chuyển dịch chăn nuôi từ truyền thống nhỏ lẻ sang sản xuất chăn nuôi thâm canh quy mô lớn làm tăng khối lượng chất thải động vật thải vào môi trường Việc tập trung thành cụm chăn nuôi heo gây ra mức độ ô nhiễm lớn hơn so với việc chăn nuôi các loài vật khác Ngành chăn nuôi nước ta tạo ra khoảng 80 triệu tấn chất thải động vật mỗi năm [8] Chất thải chăn nuôi thải ra môi trường gây tác động lớn đến môi trường nước, đất và không khí Uớc tính rằng, chỉ có khoảng 60 % của chất thải chăn nuôi được xử lý, phần còn lại được thải trực tiếp ra đất, ao, hồ, kênh, rạch, sông ngòi Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của môi trường là có giới hạn, khi lượng chất thải tích tụ quá lớn vượt mức giới hạn sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường đất, nước và ảnh hưởng đến chất lượng không khí ở khu vực đó

- Ô nhiễm nước: Phần lớn chất thải chăn nuôi được xả trực tiếp vào môi trường Các chất hữu cơ, mầm bệnh và dư lượng thuốc kháng sinh từ chất thải chăn nuôi được thải ra và trôi theo dòng nước đi vào kênh rạch, sông ngòi và ngấm vào nguồn nước ngầm Ở các mức nồng độ chất gây ô nhiễm khác nhau có thể gây ra ô nhiễm cả nước mặt và nước ngầm [6] Tại các cơ sở chăn nuôi heo, lượng chất thải có chứa khoảng 70 đến 90% Nitơ, các khoáng chất như Photpho, Kali, Magie,… và các kim loại nặng khác có trong thức ăn được thải ra môi trường Tổng lượng Coliform có trong nước thải cao vượt quá ngưỡng cho phép từ 4 – 2200 lần do lượng nước thải phát sinh ở bể Biogas, nước vệ sinh chuồng trại và nước tắm cho heo Lượng BOD5 và COD có trong nước thải sinh học ở các cơ sở chăn nuôi ở phía Bắc cao hơn ngưỡng cho phép từ 3 đến 5 lần [8]

- Ô nhiễm đất: Chăn nuôi heo thải ra khoảng 70 tới 90% Nitơ và các khoáng chất (Phospho, Kali, Magie,…) Những chất dinh dưỡng và kim loại nặng tập trung trong phân và nước tiểu của chất thải chăn nuôi được thải trực tiếp vào đất mà không qua xử lý trước làm ô nhiễm nguồn đất tiếp nhận [9]

- Ô nhiễm không khí: Sự phân hủy các chất ô nhiễm trong chăn nuôi tạo ra các khí như CO2, NH3, CH4, H2S, vi khuẩn, các hợp chất hữu cơ bay hơi, các chất có mùi hôi và những phân tử hạt mịn [10] Phân của vật nuôi gây ra vấn đề

mùi hôi, mang rủi ro phát tán bệnh dịch và cũng là nhân tố góp phần vào việc gây ra hiệu ứng nhà kính

1.2 Đặc trưng của nước thải chăn nuôi 1.2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng trại, nước tắm rửa vật nuôi, thức ăn thừa, Thành phần của nước thải chăn nuôi rất phức tạp bao gồm các chất rắn lơ lửng, các chất vô cơ hay hữu cơ và hỗn hợp chất dinh dưỡng chứa N, P và các thành phần vi lượng Ngoài ra, trong nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều vi sinh vật, giun, sán, ký sinh trùng gây bệnh có thể lây lan và gây các bệnh nguy hiểm cho gia súc và con người Khi chăn nuôi trở nên tập trung thì mật độ chăn nuôi cũng dày đặc hơn dẫn đến tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao 1.2.2 Đặc trưng thành phần nước thải

Đặc trưng của nước thải chăn nuôi phát sinh từ những trang trại chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi heo là hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng cao được biểu thị qua các thông số ô nhiễm như COD, BOD, TN, TP, SS… là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường Những chất hữu cơ dễ bị phân hủy gây ra mùi hôi, phát sinh các chất khí gây độc, làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước làm ảnh hưởng đến các sinh vật trong nước Những chất này nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường sẽ làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận gây ra ô nhiễm môi trường, gây ra phú dưỡng hóa ao hồ ảnh hưởng đến hệ sinh thái, và tạo ra môi trường cho các vi khuẩn có hại phát triển ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của các vật nuôi cũng như con người sống trong khu vực Trong các trang trại chăn nuôi heo việc dọn dẹp chất thải của vật nuôi bằng nước là phương pháp được sử dụng chủ yếu nên tạo ra một khối lượng lớn nước thải

Bảng 1.2 Thông số ô nhiễm của nước thải trang trại chăn nuôi heo [11]

1.3 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo

Ngành chăn nuôi heo là ngành một quan trọng trong nông nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực cho đất nước Hiện nay, nhu cầu tiêu dùng của người dân ngày càng cao nên ngành chăn nuôi heo đang phát triển mạnh để đủ đáp ứng nhu cầu về thịt heo cho người dân Song song với việc ngành chăn nuôi phát triển thì vấn đề về môi trường mà ngành này mang lại cũng đáng lo ngại Việc thải trực tiếp nước thải chăn nuôi heo ra môi trường làm ô nhiễm nguồn nước, đất và không khí Nguồn nước thải phát sinh từ việc chăn nuôi heo chủ yếu từ ba nguồn là nước rửa chuồng, nước tắm cho heo và lượng nước heo đi vệ sinh Việc ứng dụng và nghiên cứu phát triển các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo đang được quan tâm để bảo vệ môi trường

1.3.1 Một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo hiện nay Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng Biogas

Biogas hay còn được gọi là khí sinh học, là hỗn hợp khí gồm khí Metan (CH4) chiếm khoảng 60%, khí Cacbonic (CO2) chiếm khoảng 30% và các khí khác như N2, H2, H2,… Ở công nghệ này phân và nước thải của gia súc sẽ được thu gom về nơi trung trung kín khí (hầm Biogas) Tại đây quá trình sinh khí sinh học diễn ra thông qua quá trình phân hủy kỵ khí phân động vật và lên men hợp chất hữu cơ của vi sinh vật yếm khí Lượng khí sinh học sinh ra phụ thuộc vào quá trình phân hủy sinh học, loại phân, tỷ lệ phối trộn với nước và nhiệt độ môi trường,… Lượng khí sinh ra có thể ứng dụng vào việc làm nhiên liệu đốt hoặc phát điện Lượng bùn cặn trong hầm Biogas còn được tận dụng để làm phân bón hữu cơ giúp tăng năng suất cây trồng Tuy nhiên, công nghệ này chỉ áp dụng ở những hộ gia đình chăn nuôi nhỏ lẻ với tiêu

chuẩn nước sau xử lý không cần quá tốt [12] Những ưu và nhược điểm của công nghệ:

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng thực vật

Công nghệ dùng thực vật để xử lý nước thải chăn nuôi heo vừa mang lại hiệu quả xử lý cao, vừa thân thiện với môi trường Việc trồng thực vật để xử lý nước thải cũng làm tăng thẩm mỹ cho cảnh quan xung quanh khu vực chăn nuôi Quá trình xử lý được tiến hành như sau: Nguồn nước thải chăn nuôi đi qua song chắn rác để giữ lại các chất thải hoặc rác có kích thước lớn rồi chảy vào bể lắng để loại bỏ chất rắn lơ lửng Nước sau quá trình lắng sẽ chuyển sang bể thực vật thuỷ sinh, các vi sinh vật sống ở rễ thực vật sẽ thực hiện phân huỷ các chất hữu cơ và vô cơ tạo thành chất dinh dưỡng để cung cấp cho cây Các loài thực vật được trồng để xử lý nước thải chăn nuôi heo như bèo tây, dừa nước, thuỷ trúc, cỏ muỗi, mè vừng và các loại thực vật này sẽ được trồng kín mặt nước Các loài thực vật được chọn dựa vào sự sinh trưởng, phát triển nhanh chóng và khả năng thích ứng được với môi trường ô nhiễm [13] Các ưu, nhược điểm của công nghệ:

- Ưu điểm:

+ Hiệu quả xử lý duy trì ở mức ổn định

+ Các cây thủy sinh có thể được sử dụng để làm thức ăn cho vật nuôi + Chi phí đầu tư và vận hành thấp do không cần hóa chất

+ Không yêu cầu nhận sự có trình độ chuyên môn cao và vận hành thường xuyên

- Nhược điểm:

+ Cần diện tích lớn để xây bể thủy sinh

+ Cần nơi có đầy đủ ánh sáng để đảm bảo cây thủy sinh phát triển tốt Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng cách lọc sinh học

Lọc sinh học là công nghệ xử lý nước thải trong chăn nuôi mang lại hiệu quả và tính ứng dụng cao vì vận hành đơn giản và chi phí đầu tư thấp Bể lọc sinh học hoạt động dựa vào sự phát triển của các vi sinh vật cố định có trong lớp màng sinh học bám trên lớp vật liệu lọc Nước thải từ hầm Biogas sẽ được dẫn về bể thu gom, sau đó nước thải được vận chuyển để xử lý một phần chất ô nhiễm ở bể phân hủy thiếu khí và nước thải sau bể thiếu khí sẽ được bơm lên bể lọc sinh học Nước thải được phân phối từ trên xuống chảy qua lớp vật liệu lọc và tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt của lớp vật liệu lọc Ở đây, quá trình phân hủy hiếu khí và kỵ khí của các vi sinh vật có trong lớp màng sinh học diễn ra giúp phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước Ở lớp màng sinh học có hai loại vi sinh vật hoạt động, lớp bên ngoài là nơi cư trú của các vi sinh vật hiếu khí giúp phân huỷ các chất hữu cơ sinh ra khí CO2 và nước Lớp phía trong là lớp vi sinh vật kỵ khí giúp phân huỷ các chất ô nhiễm sinh ra các khí CH4 và CO2 Các chất khí sinh ra làm tróc lớp màng và bị nước cuốn trôi, trên lớp vật liệu lọc ở vị trí lớp màng cũ lại hình thành lớp màng sinh học mới Quá trình này được lặp đi lặp lại, nhờ đó nước thải được làm sạch [14] Các ưu, nhược điểm của công nghệ:

+ Hiệu suất quá trình phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ không khí

+ Các chất khí ra khỏi bể thường có mùi hôi thối khó chịu do những khí sinh ra quá trình phân huỷ kỵ khí

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bùn hoạt tính kết hợp giữa các ngăn hiếu khí và thiếu khí xen kẻ giúp việc loại bỏ chất hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nước thải một cách hiệu quả Tại bể hiếu khí, quá trình xáo trộn bùn vi sinh và nước thải hoàn

toàn nhờ vào quá trình cung cấp khí qua hệ thống phân phối khí Lượng DO trong bể được duy trì lớn hơn 2 mg/L Ở bể hiếu khí quá trình phân huỷ các chất hữu cơ và quá trình Nitrat hóa sẽ diễn ra ở ngăn hiếu khí Tại bể thiếu khí quá trình khử Nitrat diễn ra với nồng độ DO nhỏ hơn 0,5 mg/L Để tăng hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi, bể thiếu khí thường được đặt trước bể hiếu khí để tận dụng được nguồn cacbon trong nước thải [15] Các ưu, nhược điểm của công nghệ:

- Ưu điểm

+ Chi phí đầu tư thấp

+ Hệ thống vận hành duy trì được sự ổn định + Khả năng tự động hoá cao

- Nhược điểm:

+ Cần người vận hành có chuyên môn + Tốn diện tích xây dựng

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ mương oxy hoá

Công nghệ mương oxy hóa thực chất là một quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính được cải tiến với thời gian lưu bùn kéo dài để phân huỷ chất hữu cơ có trong nước thải Nước thải sau quá trình lắng sơ bộ được đưa vào mương oxy hoá Hệ thống khuấy trộn và hệ thống sục khí bọt mịn được bố trí ở trong mương Quá trình sục khí khuấy trộn oxy vào trong nước nhằm mục đích tạo sự xáo trộn của dòng nước để tăng sự tiếp xúc của vi sinh vật với nước thải Ngoài ra còn nhằm cung cấp oxy cho quá trình xử lý nước thải của các vi sinh vật hiếu khí Bùn vi sinh được duy trì ở trạng thái lơ lửng và di chuyển xung quanh mương Trong mương oxy hoá quá trình Nitrat hoá có thể xảy với hiệu suất cao với quy trình vận hành thích hợp Mương oxy hóa ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở những trang trại chăn nuôi heo có quy mô vừa và nhỏ nhờ đặc tính khử Nitơ vượt trội [15] Các ưu, nhược điểm của công nghệ:

+ Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp - Nhược điểm

+ Nồng độ bùn lơ lửng của dòng ra tương đối cao + Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng màng MBR

Nước thải chăn nuôi heo sẽ được tập trung về bể điều hòa Tại bể điều hòa nước thải sẽ được trữ lại và sục khí liên tục để tránh hiện tượng lắng cặn Quá trình này nên lưu lượng và nồng độ nước thải luôn ở mức ổn định Quá trình thiếu khí Anoxic giúp loại bỏ Cacbon và chuyển hóa Phốt Pho đồng thời cũng giúp khử Nitrat Quá trình hiếu khí Aerotank giúp phân hủy các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước chăn nuôi làm thức ăn và tạo sinh khối, giúp giảm mức độ ô nhiễm của nước thải Module màng MBR sẽ giúp tạo một lượng lớn lớn bùn vi sinh sau đó được tuần hoàn về để thực hiện quá trình xử lý hiếu khí Màng MBR sẽ lọc và giữ lại các chất thải như chất rắn lơ lửng, bùn, vi sinh vật,… và cho phép nước sạch đi qua [16] Các ưu, nhược điểm của công nghệ:

+ Tiết kiệm diện tích nhờ loại bỏ được các cụm bể xử lý nước thải không cần thiết

- Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư và vận hành cao

+ Yêu cầu nhân viên vận hành có trình độ chuyên môn cao Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng SBR

Công nghệ Sequencing Batch Reactor (SBR) là công nghệ xử lý nước thải có ứng dụng vi sinh vật trong quá trình xử lý theo dạng từng mẻ Công nghệ SBR có hiệu quả trong việc xử lý nước thải có chứa chất hữu cơ, làm giảm đáng kể hàm lượng

Nitơ và chất rắn lơ lửng Trong bể SBR xảy ra các pha khác nhau bao gồm [16]: - Pha làm đầy: Nước thải chăn nuôi heo được bơm vào bể, lúc này quá trình xử thiếu khí bắt đầu với thiết bị khuấy trộn hoạt động làm xáo trộn lượng bùn vi sinh và nước thải với nhau Quá trình này giúp phân huỷ các chất hữu cơ, loại bỏ Cacbon và khử Nitrat

- Pha phản ứng: Quá trình sinh hoá giữa bùn vi sinh và nước thải chăn nuôi heo trong điều kiện sục khí hoặc làm thoáng bề mặt để cung cấp nhiều Oxy hoà tan vào trong nước Trong quá trình này các vi sinh vật tiến hành phân huỷ các chất hữu cơ và sử dụng các chất ô nhiễm có trong nước thải làm thức ăn để tạo sinh khối

- Pha lắng: Ở pha này các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng và lượng chất hữu cơ còn lại để tiến hành quá trình khử Nitrat được tạo ra thành ở pha phản ứng Cuối quá trình lắng trong bể phân tách thành 2 lớp: lớp cặn bùn lắng và lớp nước đã tách bùn ở phía trên Nếu lượng bùn cao hơn mức cho phép sẽ tiến hành xả bỏ bùn dư

- Pha rút nước: Phần nước sau lắng sẽ được bơm rút nhờ thiết bị thu nước Decanter sang để tiếp tục sang giai đoạn xử lý hoàn thiện

- Pha dừng: Tuỳ thuộc vào thời gian hoạt động của 4 pha trên mà có thời gian chờ cho pha đừng phù hợp để bắt đầu mẻ xử lý tiếp theo

Các ưu, nhược điểm của công nghệ: - Ưu điểm:

+ Tiết kiệm diện tích xây dựng do không cần xây bể lắng

+ Các quá trình xử lý diễn ra ở trong cùng một bể nên không cần tuần hoàn nước

+ Hệ thống có tính ứng dụng cao - Nhược điểm

+ Yêu cầu nhân viên vận hành có trình độ chuyên môn cao + Thiết bị sục khí chìm dễ bị tắc nghẽn do cặn bùn

+ Cần theo dõi vận hành thường xuyên để điều chỉnh vận hành cho phù hợp

1.3.2 Một số quy trình xử lý nước thải chăn nuôi thực tế ở các trang trại 1.3.2.1 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Năng Lượng Á Châu

và di chuyển tiếp ra bể khử trùng Tại bể khử trùng, các loại hoá chất có tính diệt khuẩn được thêm vào như dung dịch Javel hoặc Chlorine, nhằm loại bỏ các vi sinh vật còn lại trong nước thải Sau đó nước thải được chứa tại bể chứa nước sau xử lý để tái sử dụng và phần nước dư sau xử lý đạt QCVN 62-MT:2016/ BTNMT (cột A) được thải ra ngoài nguồn tiếp nhận

Các ưu điểm và nhược điểm của quy trình công nghệ: - Ưu điểm:

+ Là công nghệ tiên tiến giúp xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ, chất dinh dưỡng có trong nước thải

+ Quá trình vận hành đơn giản, dễ dàng nâng công suất + Có thể thu lượng khí sinh học để đốt hoặc phát điện + Có thể tái sử dụng nước để tưới cây, vệ sinh chuồng trại - Nhược điểm:

+ Cần tốn diện tích lớn để xây dựng

+ Quá trình vận hành phải theo dõi duy trì nồng độ bùn

1.3.2.2 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Làng Việt 2 Quy trình công nghệ [18]:

Hình 1.2 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo ở trang trại Làng Việt 2 Thuyết minh công nghệ:

Nước thải chăn nuôi heo được thu gom và tách phân thô bằng lưới và tách tinh ở bể tách phân nhằm loại bỏ cặn trước khi đi vào hệ thống xử lý Nước thải đầu vào