THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SỬ DỤNG BỂ UASB AEROTANK

Hiện nay có nhiều phương pháp xử lí nước thải khác nhau như: phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học… với các ưu điểm vượt trội thì phương pháp sinh học cho hiệu quả tối ưu và được sử dụng rộng rãi nhất. Trong đó, xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học yếm khí kiểu dòng ngược (UASB) được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp.Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối chúng được tăng lên.Với ưu điểm là có thể xây dựng thành các modul nhỏ, đặt tiện dụng trong các gia đình và các cơ sở phát sinh nước thải giàu hữu cơ mà chi phí vừa phải. Do đó, có thể ứng dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng có quy mô từ nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi đến nước thải sản xuất, phù hợp với áp lực phát sinh nước thải hiện nay.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

- -ĐỀ TÀI:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SỬ DỤNG

BỂ UASB & AEROTANK”

NHÓM 3 SÁNG THỨ 7 TIẾT 123

Hà Nội – 2013

MỤC LỤC

Trang

I ĐẶT VẤN ĐỀ 5

1 Tính cấp thiết của đề tài 5

2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu 6

a Mục đích nghiên cứu 6

b Yêu cầu nghiên cứu 6

II TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 7

1 Đặc tính chung của nước thải chăn nuôi 7

2 Các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi hiện nay 8

2.1 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý 8

2.1.1 Xử lý cơ học 8

2.1.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý 8

2.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học 9

2.2.1 Xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí 9

2.2.1.1 Aerotank 9

2.2.1.2 Bể lọc sinh học 14

2.21.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 15

2.2.1.4 Đĩa quay sinh học RBC 17

2.3 Xử lý nước thải trong điều kiện kỵ khí 17

2.3.1 Các dạng bể xử lý kỵ khí 19

2.3.1.1 Bể tự hoại 19

2.3.1.2 Bể metan: 20

2.3.1.3 Sinh học kỵ khí hai giai đoạn 21

2.3.1.4 Lọc kỵ khí bám dính cố định - AFR (Anaerobic filter reactor) 21

2.3.1.5 Bể phản ứng dòng chảy đều - PFR (plug flow reactor) 22

2.3.1.6 Bể phản ứng khuấy liên tục - CSTR (Continuously stirred tank reactor) 22

2.3.1.7 Bể phản ứng kỵ khí có đệm giãn- FBR, EBR (fluidized and expanded bed reactor) 22

2 3 1 8 Bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược - UASB 22

(Upflow Anaerobic Sludge Blanketreactor) 22

III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

1 Đối tượng nghiên cứu 28

2 Nội dung nghiên cứu 28

2.1 Phương pháp nghiên cứu 28

2.1.2 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 28

2.1.3 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 29

IV TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ 30

4.1 ĐỀ SUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 30

4.2 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 32

4.2.1 Dây chuyền công nghệ 32

4.2.2 Thuyết minh công nghệ 33

4.3 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ CHÍNH 35

4.4 TÍNH TOÁN CHI TIẾT 35

4.4.1 Song chắn rác 35

4.4.2 Tính hầm bơm nước thải 38

4.4.3 Bể lắng cát 39

4.4.4 Bể điều hòa 41

4.4.6 Bể UASB 46

4.4.7 Bể Aerotank 50

4.4.8 Bể lắng II 59

4.4.9 Hồ sinh học 64

V KẾT LUẬN 66

VI KIẾN NGHỊ 67

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xã hội của chúng ta đang ngày càng phát triển, cùng với sự phát triển là nhucầu ngày càng cao về mọi mặt của đời sống trong đó có nhu cầu về thực phẩmngày càng lớn điều này đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ Tuynhiên, bên cạnh những đóng góp về mặt kinh tế, những sản phẩm dinh dưỡng cầnthiết cho cuộc sống của con người, ngành chăn nuôi cũng bộc lộ nhiều vấn đề môitrường đang được các nhà làm công tác môi trường quan tâm

Nước thải chăn nuôi lợn được coi là một trong những nguồn nước thải có khảnăng gây ô nhiễm môi trường cao, có chứa nhiều chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và

vi sinh vật gây bệnh, nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường.Hiện nay có nhiều phương pháp xử lí nước thải khác nhau như: phương pháp

cơ học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học… với các ưu điểm vượt trộithì phương pháp sinh học cho hiệu quả tối ưu và được sử dụng rộng rãi nhất Trong

đó, xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học yếm khí kiểu dòng ngược (UASB)được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phầnchất rắn thấp.Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật đểphân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụngcác chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng.Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào,sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối chúng được tăng lên

Với ưu điểm là có thể xây dựng thành các modul nhỏ, đặt tiện dụng trong cácgia đình và các cơ sở phát sinh nước thải giàu hữu cơ mà chi phí vừa phải Do đó,

nước thải chăn nuôi đến nước thải sản xuất, phù hợp với áp lực phát sinh nước thảihiện nay.

Xuất phát từ những yếu tố trên, nhóm chúng em tiến hành đề tài “Thiết kế,xây dựng hệ thống xử lí nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học yếm khíkiểu dòng ngược” nhằm xem xét, đánh giá khả năng xử lý nước thải của thiết bị lọcsinh học yếm khí kiểu dòng ngược

2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu

a Mục đích nghiên cứu

 Thiết kế được một hệ thống xử lý yếm khí kiểu dòng ngược

 Xây dựng và thử nghiệm với nước thải chăn nuôi lợn

 Đánh giá hiệu quả của hệ thống

b Yêu cầu nghiên cứu

 Tính toán, thiết kế được thiết bị lọc sinh học yếm khí kiểu dòngngược để xử lý nước thải chăn nuôi lợn

 Đánh giá thử nghiệm được hiệu quả xử lý của thiết bị

 Các kết quả phân tích đảm bảo độ tin cậy

II TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1 Đặc tính chung của nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi bao gồm hỗn hợp nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắmvật nuôi với khối lượng nước thải rất lớn Nước thải chăn nuôi chứa chất rắn lơlửng, chất hữu cơ, nitơ, photpho và các thành phần khác, đặc biệt là vi sinh vật gâybệnh

Trong thành phần chất rắn của nước thải thì hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80%gồm các hợp chất hydratcacbon, protit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất củachúng có trong phân và thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ bị phân hủy Cácchất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối clorua, SO4,

… Các hợp chất trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và ấu trùng giun sán gâybệnh Theo nghiên cứu của Nanxera vi trùng gây bệnh đóng dấu Erisipelothrisinsidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 150 ngày, virus lở mồm long móng(FMD) sống trong nước thải 100 – 120 ngày… Các loại vi trùng có nha bào như:Bacillus teyani 3 – 4 năm Trứng giun sán với nhiều loại điển hình như :Fasciolahepatica, Fasciola losis buski, Ascaris suum,…Trứng giun sán, vi trùng cóthể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt tạo thành dịch bệnhcho người và vật nuôi

Nghiên cứu của Bonde (1967) cho thấy đa số các vi sinh vật gây bệnh khôngthể phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong nhữngngày đầu sau đó chận dần

Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào lượng thức ăn rơi vãi,

2 Các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi hiện nay

Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau:

2.1.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý

Sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều cặn hữu cơ và vô cơ có kíchthước nhỏ, có thể dùng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Theo nghiên cứu củaTrương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn: phương pháp cơ học vàkeo tụ có thể tách được 80 – 90 % hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn.Phương pháp này loại bỏ được hầu hết chất bẩn có trong nước thải, tuy nhiên đòihỏi chi phí cao nên chỉ phù hợp với các hộ chăn nuôi có diện tích trang trại hẹp vàyêu cầu chất lượng nước thải ra nguồn cao

Tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại bỏ cặn trong nước thải chăn nuôilợn, tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sởchăn nuôi

Ngoài ra ở một số cơ sỏ chăn nuôi, nơi có nguồn tiếp nhận nước tahir đòi hỏimức độ sạch sinh học cao, người ta còn sử dụng các chất OXH mạnh như Clo đểOXH các chất ô nhiễm trong nước thải hay để khử trùng nước trước khi thải ranguồn tiếp nhận Có thể dùng khí Clo hoặc các dẫn xuất của chúng nhưcalciumhydroclorid, clorua vôi, cloramine, để khử trùng nước thải khi vào nước,

khuẩn và khử mùi Khi tính toán lượn Clo khử trùng trong các chế phẩm của nó,người ta tính Clo hoạt tính theo phần trăm (%) hoặc ppm lượng Clo hoạt tính chovào nước thải.

2.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học

2.2.1 Xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí

Đây là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí ( cấp oxiphân tử) Quá trình này của vi sinh vật được gọi chung là hoạt động sống, gồm 2quá trình: dinh dưỡng sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn N, P, cùng với nhữngkim loại khác với mức độ vi lượng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinhkhối, phục vụ cho sinh sản; phân hủy các chất hữu cơ còn lại thành CO2 và H2O.Quá trình này gồm các giai đoạn:

- Giai đoạn 1 : Khuếch tán và hấp phụ các chất phân tán nhỏ, ở dạng keo hayhòa tan lên bề mặt vi sinh vật

- Giai đoạn 2 : Phân hủy các chất đã hấp phụ và khuếch tán qua màng vào bêntrong tế bào vi sinh vật

- Giai đoạn 3 : Chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp phụ trong tếbào vi sinh vật, sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào

Tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng của vi sinh vật, người ta phân chia:

- Vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng

- Vi sinh vật sinh trưởng bám dính

đồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấpcho sự sống Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản vàgiải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh Như vậy, các chấthữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất vô cơ như CO2, H2Okhông độc hại cho môi trường.

Bể thông khí sinh học (Bể Aeroten)

Bể aeroten là dạng bể kĩ thuật truyền thống và được ứng dụng nhiều trong xử lýhiếu kí nước thải do kỹ thuật đơn giản, dễ vận hành và chi phí thấp Nguyên lý của

quá trình là dòng chảy của nước thải và bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng (bùnchứa vi sinh vật hoạt động) được nạp bão hòa oxy bằng phương pháp sục khí.Các tác nhân sinh học tham gia vào quá trình bao gồm một tập hợp các nhóm sinhvật như sau:

 Vius

 Vi khuẩn (bacteria)

 Xạ khuẩn (actinomycetes)

 Vi nấm: nấm men (yeasts), nấm mốc hay nấm sợi (mods)

 Vi tảo (algae)

 Nguyên sinh động vật (protozoa)

Ngoài ra còn có các vi sinh vật khác như vi khuẩn hoại sinh…

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống thông khí sinh học

Mô tả: trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyềnphù Quá trình tự làm sạch trong aeraten diễn ra theo mức dòng chảy qua hỗn hợpnước thải và bùn hoạt tính được sục khí Việc sục khí ở đây đảm bảo các yêu cầucủa quá trình: làm nước được bão hòa oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơlửng Ở các dây truyền công nghệ aeroten truyền thống, nước thải đầu tiên được

hồi lưu từ đầu cuối của bể hiếu khí Không khí được sục đồng đều theo suốt chiềudài của bể và dược khuấy trộn bằng cách sục khí Các quá trình xảy ra trong hệthống xử lý aeroten bao gồm:

 Sục khí

 Hấp thụ các chất lơ lửng

 Kết bông của các tế bào vi sinh vật với các chất hữu cơ bị oxy hóa

 Bùn hoạt tính thừa được lấy ra ở bể lắng thứ cấp

 Tuần hoàn một lượng bùn hoạt tính về bể aeroten

Oxy có thể cung cấp thông qua một trong các phương thức: khuấy cơ học,thổi không khí hay nén không khí và nạp khí, thông qua bộ phận khuếch tán khíngâm trong nước thải

Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào hoạt động sống của

vi sinh vật hiếu khí Trong bể Aeroten các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân

để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùnhoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấpthụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi sinh vật Các vi sinh vậtđồng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấpcho sự sống Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản vàgiải phóng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh Như vậy, các chấthữu cơ có trong nước thải được chuyển hóa thành các chất vô cơ như CO2, H2Okhông độc hại cho môi trường

Đây là công trình xử lý nước thải có dạng bể được thực hiện nhờ bùn hoạttính ( đó là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxi hóa các chất hữucơ) và cấp oxi bằng khí nén hoặc làm thoáng, khuấy đảo liên tục với điều kiện nhưvậy, bùn được phát triển ở trạng thái lơ lửng và hiệu suất phân hủy ( oxi hóa) cáchợp chất hữu cơ là khá cao

Bể sục khí là bể oxy hóa có dạng hình chữ nhật được ngăn ra làm nhiềubuồng (3-4 buồng) nối với bể lắng giống như ở bể lọc sinh học, quá trình xử lýnước thải ở bể sục khí được tiến hành nhờ hoạt động của các hệ vi sinh vật ở bùnhoạt tính Nhưng quá trình sục khí này được thực hiện trong điều kiện thông khímạnh nhờ hệ thống sục khí từ dưới đáy bể lên Cường độ thông khí 5 m3/m2/giờ,đảm bảo oxi tối đa cho quá trình oxi hóa Ở bể oxi hóa, bùn hoạt tính lấy từ bùngốc sau khi qua giai đoạn khởi động hay lấy bùn lắng từ bể lắng cặn chuyển vào Ởđây bùn hoạt tính gặp oxi của không khí được bơm vào sẽ tiến hành quá trình oxihóa và khoáng hóa các chất bẩn trong nước thải một cách khá triệt để Sau khi chảysuốt qua các buồng của của bể oxi hóa, nước thải sẽ chảy vào bể lắng Ở đây cũngxảy ra quá trình lắng cặn xuống đáy bể, phần nước ở trên là nước đã được xử lý sẽđược dẫn ra ngoài Trong quá trình vận hành, ở bể oxi hóa, theo thời gian lượngbùn hoạt tính sẽ tăng lên, đồng thời cũng tích lũy nhiều tế bào vi sinh vật đã già cỗikhiến hoạt tính của bùn sẽ giảm, “bùn bị già” Vì vậy khi cho bùn hoạt tính thu ở

bể lắng vào bể oxi hóa, không nhất thiết cho toàn bộ số bùn có trong bể lắng, màchỉ cho một phần để đảm bảo nồng độ bùn hoạt tính là 2 – 4 g/lít

- Quá trình xử lý nước thải bằng bể arotank qua 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxi

 Giai đoạn 2: bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxi hóa, đồng thời oxi hóatiếp những hợp chất chậm oxi hóa

 Giai đoạn 3: giai đoạn nitơ hóa và các muối amôn

Trong quá trình vận hành phải theo dõi liên tục để kịp thời điều chỉnh cácchỉ số sau:

+ Nồng độ bùn hoạt tính

+ Chế độ thông khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aerotank:

 Lượng oxy hòa tan trong nước ( khuấy cơ học, thổi và sục khí, kết hợpkhí nén và khuấy đảo)

 Thành phần dinh dưỡng đối với sinh vật: chủ yếu là nguồn cacbon,ngoài ra còn có nguồn nito, photpho Theo Trần Hiếu Nhuệ (1997) chấtdinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật BOD:N:P =100:5:1

 Các chất có độc tính: gây ức chế đến đời sống vi sinh vật

 pH của nước thải: ảnh hưởng nhiều đến các quá trình sinh hóa của visinh vật, quá trình tạo bùn và lắng pH thích hợp là 6,5 – 8,5

 Nhiệt độ: hầu hết các vi sinh vật có trong nước thải là các thể ưa ấm,chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 40oC và tối thiểu là 5oC Vì vậynhiệt độ xử lý nước thải trong khoảng 6 - 37 oC, tốt nhất là 15 - 35 oC Nồng độ chất lơ lửng ở dạng huyền phù: không quá 150mg/l

2.2.1.2 Bể lọc sinh học

Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ cótrong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Trong

bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc có khả năng thấm cao cho phép vi sinh vật dính bám

và mước thải được lọc qua lớp vật liệu này

Quần thể vi sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khảnăng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nước thải Quần thể vi sinh vật này cóthể bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyênsinh Ngoài ra còn có giun, ấu trùng, côn trùng, ốc,…vi khuẩn tùy tiện chiếm đa số.Phần bên ngoài lớp màng nhày ( khoảng 0,1 – 0,2 mm) là vi sinh vật hiếu khí.Khi vi sinh vật phát triển, chiều dày càng ngày càng dày hơn, vi sinh ở lớpngoài tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước khi oxy thấm vào bên trong Vì vậy,gần sát bề mặt giá thể, môi trường kỵ khí hình thành Khi lớp màng dày, chất hữu

nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dấn đến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khảnăng bám dính dẫn đến tách ra khỏi giá thể Màng vi sinh tách ra khỏi giá thể nhiềuhay ít tùy thuộc vào tải trọng hữu cơ và tải trọng thủy lực Tải trọng thủy lực ảnhhưởng đến vận tốc rửa trôi màng, tải trọng hữu cơ ảnh hưởng đến tốc độ trao đổichất trong màng nhày Nước sau xử lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bêndưới Hệ thống thu nước này có cấu trúc rỗ để tạo điều kiện không khí lưu thôngtrong bể Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt 2 để loại bỏ các màng visinh tách khỏi giá thể.

2.21.3 Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Cơ chế quá trình lọc sinh học:

Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệthống cùng với nước thải Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai lớp:

thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vậthiếu-yếm khí.

Khi dòng nước thải chảy trùm trên lớp màng ướt này, cá chất hữu cơ được visinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO2) sẽ được thải ra quamàng chất lỏng.Oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí

Theo chiều sâu từ mặt dưới đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong nước thảigiảm dần và tại một số vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn.Thường BOD được chiêt ra chủ yếu ở 1,8m phần trên của lớp đệm Phần sinh khối

vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể lọc

Nước thải được phun đều lên lớp đệm tạo lớp màng trong nhớt gọi là màng sinhhọc, phủ trên các đệm Quá trình oxy hóa xảy ra như cơ chế nói trên Sinh khối visinh vật tách ra khỏi nước trong thiết bị lắng thứ cấp

Lọc sinh học được ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơphân hủy sinh học trong nước thải và có thể đạt được chất lượng dòng ra với nồng

đọ BOD tới 15mg/l

Hiệu suất làm việc của bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hóa, traođổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị trong đó cần chú ý các chỉ tiêu sau:BOD của nước cần làm sạch, bản chất của các hợp chất hữu cơ, tốc độ oxy hóa,cường độ hô hấp các vi sinh vật, khối lượng các chất được màng sinh học hấp thụ,chiều dày màng, cường độ sục khí, diện tích và chiều dày cao bể sinh học, các đặctính của bể lọc, các tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá trình và tảilượng thủy lực, cường độ tuần hoàn, mức đọ phân bố đểu nươc thải theo thiết diện

bể lọc, độ thấm ướt của màng sinh học

Phương pháp lọc sin học có được các ưu điểm là đơn giản, tải lượng theo chấtgây ô nhiếm thay đổi trong giới hạn rộng rộng trong ngày; thiết bị cơ khí đơn giản

và tiêu hao ít năng lượng, nung nó cũng có nhược điểm là hiệu suất qua trình phụ

2.2.1.4 Đĩa quay sinh học RBC

RBC gồm 1 loại đĩa tròn xếp liền nhau bằng polystyren hay PVC đặt gần sátnhau Đĩa nhúng chìm 1 phần trong chất thải và quay ở tốc độ chậm Khi đĩa quay,màng sinh khôi trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và oxy

Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa oxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiệnhiếu khí Đồng thời khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh khôngcòn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng 2

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý là lớp màng sinh học bámdính trên các đĩa Các vi sinh vật trong nước bám vào đĩa vật liệu và phát triển ở dócho đến khi tất cả vật liệu được bao bọc bởi lớp màng nhầy dày chừng 0,16-0,32

cm

2.3 Xử lý nước thải trong điều kiện kỵ khí

Đây là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật trong điều kiện kỵkhí, sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí CH4 ( chiếm 65-70% ), CO2, N2, H2,…

Nguôn: Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, PGS.TSLương Đức Phẩm, 2.4.1.2, trang 80.

Cơ chế 3 giai đoạn [Eckenfelder w.w]

Giai đoạn này được thực hiện trong các ñiều kiện rất khác nhau: ôn hoà(30-400C) hay nóng (> 450C) Dưới tác dụng của các loại men khác nhau donhiều loài vi sinh vật tiết ra các chất hữu cơ phức tạp như Hidrat cacbon,Protein, Lipit dễ dàng bị phân huỷ thành các chất hữu cơ đơn giản, dễ bay hơinhư Etanol, các Axit béo như Axit Axetic, Axit Butyric, Axit Propionic, AxitLactic… và các khí gaz CO2, H2 và NH3 Độ pH của dung dịch giảm xuốngtới 5 và có thể thấp hơn nữa nên được gọi là giai đoạn thuỷ phân và lên menaxit Giai đoạn này có mùi thối

Các axit béo hữu cơ và các hợp chất hữu cơ tan chứa nitơ tiếp tục bị phânhuỷ thành hợp chất Amon, Amin, Cacbonat và một ít CO2, N2, CH4, H2…Bùn được tạo ra có màu đen, nhớt rồi tạo bọt nổi lên thành màng Sản phẩmlên men tạo mùi khó chịu hôi thối do H2S, Indol, Scatol, Mecaptan… đượcsinh ra và pH của môi trường tăng dần lên

Các sản phẩm như Axit béo các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bị phân huỷ bởicác vi khuẩn Metan tạo ra nhiều CO2, CH4 Độ pH của môi trường tăng lên vàchuyển sang môi trường kiềm

Quá trình lên men Metan có thể xảy ra ở hệ sinh thái “lạnh” (10-150C), ônhoà (30- 400C) và thậm chí ở hệ sinh thái nóng (> 450C) Về hoá sinh trong giaiđoạn lên men Metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp ñều chuyển về sảnphẩm cuối cùng là CO2, H2 và CH4 được mô tả trên hình đưới

Sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kị khí

Nguồn: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, PSG Nguyễn Văn Phước, 5.3, Trang 106

2.3.1 Các dạng bể xử lý kỵ khí

2.3.1.1 Bể tự hoại

Lắng, men cặn lắng : Hộ gia đình

2.3.1.2 Bể metan:

-Hình trụ, đáy lắp hình tròn

- Phân hũy cặn lắng

2.3.1.3 Sinh học kỵ khí hai giai đoạn

Giai đoạn 1: Hóa lỏng chất rắn, phân hủy chất hữu cơ hòa tan và khí hóa

Giai đoạn 2: Chủ yếu là khí hóa

Khu dân cư

2.3.1.4 Lọc kỵ khí bám dính cố định - AFR (Anaerobic filter reactor)

Vi sinh vật bám dính trên các tấm lọc chất thải

2.3.1.5 Bể phản ứng dòng chảy đều - PFR (plug flow reactor)

2.3.1.6 Bể phản ứng khuấy liên tục - CSTR (Continuously stirred tank reactor) 2.3.1.7 Bể phản ứng kỵ khí có đệm giãn- FBR, EBR (fluidized and expanded bed reactor)

Vi sinh vật bám dính trên các hạt mạng

2 3 1 8 Bể kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược - UASB

(Upflow Anaerobic Sludge Blanketreactor)

Được xây dựng bằng gạch hoặc bê tông cốt thép, có nắp kín bằng nhựa, kimloại, gỗ hoặc bê tông Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nướcthải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm hoặc cho các khu dân cư

Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồngđều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn)

và các chất hữu cơ bị phân hủy

Các bọt khí CH4, NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí đểdẫn ra khỏi bể Nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2pha lỏng rắn Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại cùng lớp bông bùn

Sự tạo bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB

Nguồn: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, PGS.TS Nguyễn Văn Phước, trang 102

Các dây chuyền kết hợp xử lý nước thải chăn nuôi.

Hình 3.1: Dây chuyển công nghệ xử lý chất thải rắn chăn nuôi kết hợp sản xuất khí sin học và nuôi cá cho cơ sở chăn nuôi gia súc quy mô nhỏ (quy mô

hộ gia đình)

Đây là một dây chuyền công nghệ xử lý đơn giản xử lý nước thải chăn nuoikết hợp sản xuất khí sinh học và nuôi cá hoặc chăn nuoi thủy cầm Mô hình này dễxây dựng, có thể áp dụng cho những hộ chăn nuôi gia đình quy mô nhỏ ở nôngthôn hay vùng ngoại thị khu vực có ao sinh học

Hình 3.2: Dây chuyền công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi kết hợp với sản xuất khí sinh học cho cơ sở chăn nuôi gia súc quy mô nhỏ gia đình

Mô hình áp dụng với các cơ sở chăn nuôi thương phẩm quy mô lớn, do lượngnước thải sản sinh trong một ngày đêm quá lớn nên cần xây dựng hệ thống quy môthích hợp có khả năng xử lý nhanh và hiệu quả Đồng thời với việc tạo ra các sảnphẩm để tái sử dụng chất thải vào mục đích kinh tế Do vậy cần dành diện tích đất

đủ lớn để xây dựng hệ thống xử lý đồng bộ với các hồ sinh học và nên tách biết với

thải rò rỉ từ nhà máy chế biến phân cũng phải được thu gom và đưa vào hệ thống

xử lý

Nguồn:Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, PSG.TS Lương Đức Phẩm, trang 156

Hình 3.3: Dây chuyển công nghệ xử lý chất thải rắn chăn nuôi kết hợp cho cá

cơ sở chăn nuôi quy mô vừa và lớn (Đã được vận hành tốt tại Tung tâm Nghiên

cứu và huấn luyện gia súc Bình Thắng, Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam, Trương Thanh Cảnh, 2001)

III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học kỵ khíkiểu dòng ngược

2 Nội dung nghiên cứu

Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải bằng hệ thống thiết bị lọc sinh học

kỵ khí kiểu dòng ngược trên mô hình pilot

Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị đối với nước thải phát sinh từhoạt động chăn nuôi lợn

2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.2 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

2.1.2 Phương pháp kế thừa:

+ Thu thập các thông tin về thiết bị lọc sinh học kỵ khí kiểu dòng ngược:

 PGS.TS Lương Đức Phẩm (2002) Giáo trình công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Hà Nội: NXB Giáo dục.

 Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân 2004 Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế NXB Đại học Quốc gia TP

HCM

PGS Lâm Minh Phước, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

 ThS Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải.

Thu thập các thông tin về đặc tính nước thải chăn nuôi từ website được sửdụng nhằm xác định, phân tích, đánh giá đặc tính của nước thải chăn nuôi Từ đó,

trên cơ sở kế thừa có chọn lọc các nghiên cứu đã thực hiện trước đây và các thôngtin cần thiết phục vụ cho đề tài nghiên cứu.

2.1.2 Phương pháp tính toán: áp dụng các công thức tính toán, thiết kế, bể

điều hòa và thiết bị lọc sinh học kỵ khí kiểu dòng ngược từ Bài giảng Kỹ thuật xử

lý nước thải của ThS Lâm Vĩnh Sơn.

2.1.3 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia

Sau khi tính toán ra các thông số của bể, tham khảo ý kiến các chuyên gia vềlĩnh vực xử lý nước về kết quả tính và các công thức sử dụng

IV TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ

4.1 ĐỀ SUẤT DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Nước thải phát sinh từ trịa nuôi heo chủ yếu từ khâu vệ sinh heo và chuồngtrại chứa phân, nước tiểu, thức ăn thừa…Đặc trưng của nước thải chăn nuôi heo là

ô nhiễm hữu cơ, N, P cao và chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh Thành phần và tínhchất của nước thải chăn nuôi heo được cho trong bản sau:

Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi heo

[Nguồn: Khoa Môi trường – Trường đại học Bách Khoa TPHCM]

(Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học- PGS.Ts Nguyễn Văn Phước- 10.8.1, Trang 307)

Dưới tác dụng của các vi sinh vật có trong nước, chúng sẽ phân hủy các chấthữu sơ dễ bay hơi tạo ra các khí sinh học có mùi hôi thối

Với cơ sở chăn nuôi cụ thể thì thông số nước thải như sau:

số

nước thải đầu vào

Đơn vị

Yêu cầu chất lượng nước đầu ra

(QCVN 40 – 2011, Cột B)

Khi so với cột B, QCVN-40-2011, BTNMT thì các thông số của nước thải đều

không đáp ứng với tiêu chuẩn thải quy định Do vậy nhất thiết phải xử lý lượngnước thải này

 Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý

 Dựa vào lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải

 Dựa vào tiêu chuẩn thải ra nguồn

 Diện tích xây dựng cho phép và khả năng đầu tư của cơ sở sản xuất

 Phương pháp xử lý được đề xuất là:

Đối với vấn đề ô nhiễm hữu cơ em đề xuất sử dụng công nghệ xử lý yếmkhí có lớp cặn lơ lủng (UASB) kết hợp với công nghệ bùn hoạt tính khuất trộnhoàn toàn (Aerotank)

Hệ thống được thiết kế dạng tự chảy là chính nhằm tiết kiệm bơm dễdàng hoạt động

 Bước 3: Tiến hành xử lý hoàn thiệt nước thải bằng hồ sinh

Nước thải sau khi xử lý đạt loại B, QCVN 40 -2011-BTNMT

4.2 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

4.2.1 Dây chuyền công nghệ

Nguồn:Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, PSG.TS Lương Đức Phẩm, trang 156

4.2.2 Thuyết minh công nghệ

Nước thải được đưa qua lưới chắn rác để loại bỏ một phần rác có kích thướclớn, rác từ đây được thu gom và đem đi trôn lấp Sau đó nước thải đưa vào ngăntiếp nhận rồi qua bể lắng cát Tại đây, lượng cát tỏng nước thải được lắng xuốngvào đem đi san lấp

Nước thải sau đó được dẫn vào bể điều hòa Nhiệm vụ bể là ổn định nồng độcác chất ô nhiễm và duy trì lưu lượng không đổi cho các quá trình xử lý tiếp theo

Sau đó, nước thải được bơm đến bể lắng đợt I có dạng bể lắng ly tâm để lắngmột phần chất hữu cơ dễ lắng Bùn thu được tại đây được bơm về bể nén bùn, mộtphần đi qua máy nén bùn, bùn được nén dùng làm phân bón Nước thải tiếp tụcđưa qua bể UASB Tại bể UASB, các vi sinh vật kị khí ở dạng lơ lửng sẽ phân hủycác chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ dạng đơn giản và khí CO2,CH4, H2S,… trong bể UASB có bộ phận tách 3 pha: khí nước thải và bùn

Nước thải sau khi được tách bùn và được dẫn qua bể Aerotank Tại bểaerotank các chất ô nhiễm hữu cơ còn lại sẽ bị phân hủy hoàn toàn do các vi sinhvật hiếu khí trong bùn hoạt tính được cung cấp Oxi từ không khí qua hệ thong thổikhí Lượng chất hữu cơ được sử dụng để duy trì sinh khối vi sinh ổn định đồng thờicũng làm phát sinh một khối lượng sinh khối thừa, lượng sinh khối thừa sẽ đượcthải ra ngoài từ bể lắng II

Hỗn hợp bùn và nước thải sẽ được đẫn qua bể lắng II, bể lắng II được thiết kếdạng đứng Nước và bùn được đưa vào ống trung tâm đi xuống va vào tấm chắn đingược lên Trong quá trình này bùn sẽ lắng xuống vùng chứa bùn Nước sẽ rangoài qua máng thu đặt theo chu vi bể

Lượng bùn thu được ở bể lắng 2 sẽ chia làm 2 phần: Một phần sẽ được hồi lưulại bể Aerotank, và một phần sẽ chuyển sang bể phân hủy bùn

Nước sau đó được dẫn qua hồ sinh học sau đó sẽ được thải ra nguồn tiếp nhận

Nước đạt cột B QCVN 40-2011-BTNMT.

- Hệ thống xử lý nước thải vận hành tương đối dễ dàng

- Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn

- Khả thi về mặt kinh tế

- Tốn nhiều diện tích do sử dụng hồ sinh học trong quá trình xử lý