Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ COD, N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR .... Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ COD, N và

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 10

Chương 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những năm gần đây 9

1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới 9

1.1.2 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam 10

1.2 Chất thải chăn nuôi 12

1.3 Khả năng gây ô nhiễm môi trường của chất thải chăn nuôi 14

1.4 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi 15

1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước về xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 28

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Đối tượng nghiên cứu 32

2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR 38

3.1.1 Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay đổi theo thời gian 38

3.1.2 Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay đổi nồng độ đầu vào N-NH 4 + 50

3.2 Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với hệ thống yếm khí – thiếu khí – hiếu khí theo mẻ 58

3.2.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian lưu tổng 58

3.2.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đầu vào N-NH 4 + 72

3.3 So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính (không có vật liệu mang PU) và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu mang PU) 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

Kết luận 85

Kiến nghị 86

Tài liệu tham khảo 87

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta năm 2009 11 Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn 13 Bảng 3.1 Tóm tắt các thông số chung hệ thống SBR 38 Bảng 3.2 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ 39 Bảng 3.3 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ 41 Bảng 3.4 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 8h 44 Bảng 3.5 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 10 giờ 46 Bảng 3.6 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ 48 Bảng 3.7 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng hệ thống SBR khi thay đổi thời gian lưu tổng 50 Bảng 3.8 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ, amoni đầu vào trong khoảng 140mg/l 51 Bảng 3.9 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ 53 Bảng 3.10 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ 55 Bảng 3.11 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm với thời gian lưu tổng 12h khi thay đổi nồng độ N-NH4

+

đầu vào 57 Bảng 3.12 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào 59 Bảng 3.13 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào 63 Bảng 3.14 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào 67

Bảng 3.15 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động khi thay đổi thời gian lưu tổng 71 Bảng 3.16 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào 73 Bảng 3.17 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào 77 Bảng 3.18 Kết quả xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thời gian lưu tổng 36h khi thay đổi nồng độ N-NH4

+

đầu vào 81 Bảng 3.19 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chỉ tiêu nước thải giữa kỹ thuật bùn hoạt tính và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp 11

Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng 13

Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy) 19

Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy) 20

Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt) 20

Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn) 21

Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm, dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải) 22

Hình 1.8 Chất mang vi sinh dạng cuộn (BIOPAC, Đức) 25

Hình 1.9 Chất mang vi sinh có cấu trúc hình học phức tạp 26

Hình 1.10 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm dự định của đề tài), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc), hình c (hệ khi chưa cho nước thải và bùn), hình d (hệ khi đang vận hành) 27

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phòng thí nghiệm 33

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí theo mẻ 35

Hình 3.1a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 39

Hình 3.1b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 40

theo thời gian lưu tổng 6h 40

Hình 3.1c: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 42

Hình 3.1d: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 43

theo thời gian lưu tổng 6h 43

Hình 3.2a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 8h 44

Hình 3.2b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 45

theo thời gian lưu tổng 8h 45

Hình 3.3a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 10h 46

Hình 3.4a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h 48

Hình 3.4b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h 49

Hình 3.5a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l 51

Hình 3.5b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l 52

Hình 3.6a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l 54

Hình 3.6b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l 54

Hình 3.7a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l 56

Hình 3.7b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l 56

Hình 3.8a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 12h 59

Hình 3.8b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 12h 60

Hình 3.8d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 12h 61

Hình 3.9a Diễn biến nồng độ COD, thời gian lưu tổng 24h 64

Hình 3.9b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 24 h 64

Hình 3.9c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 24h 65

Hình 3.9d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 24h 66

Hình 3.9e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P, 66

thời gian lưu tổng 24h 66

Hình 3.10a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h 68

Hình 3.10b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 36 giờ 68

Hình 3.10c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h 69

Hình 3.10d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h 70

Hình 3.10e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P, 70

thời gian lưu tổng 36h 70

Hình 3.10f Diễn biến các chỉ tiêu N và P, thời gian lưu tổng 36h 71

Hình 3.11a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 73

Hình 3.11b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 74

Hình 3.11c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 75

Hình 3.11d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 75

Hình 3.11e Diễn biến các chỉ tiêu otophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 76

Hình 3.11f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 76

Hình 3.12a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 78

Hình 3.12b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 78

Hình 3.12c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 79

Hình 3.12d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 79

Hình 3.12e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 80

Hình 3.12f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 80

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

F/M Food / Microorganisms Tỷ lệ thức ăn / vi sinh vật

SBR Sequencing Batch Reactor Kỹ thuật phản ứng theo mẻ

MỞ ĐẦU

Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [7]

Sự gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm ngày càng cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ Sự phát triển bùng nổ của ngành chăn nuôi để đáp ứng các nhu cầu là một tất yếu Công nghiệp hóa chăn nuôi có thể là hệ quả tất yếu của chuỗi thực phẩm liên kết theo chiều dọc và cung ứng cho các cửa hàng bán lẻ lớn, nhưng cũng có thể xảy ra một cách độc lập

Khi các nước tiến hành công nghiệp hóa họ đi theo mô hình tổ chức vùng chuyên canh Chăn nuôi truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có của địa phương như đồng cỏ tự nhiên và phụ phẩm cây trồng Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải thích sự phân bố của ngành chăn nuôi gia súc nhai lại Trong lúc đó phân bổ chăn nuôi lợn và gia cầm lại sát với dân cư vì chúng chuyển hóa các vật phế thải thành thịt và trứng Ví dụ, ở Việt Nam, nước mới bắt đầu công nghiệp hóa 90% mô hình chăn nuôi gia cầm đều gắn với phân bố dân cư [4]

Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn nuôi cho hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ gia đình gần như không phải là một mối hiểm họa đối với môi trường

Phát triển chăn nuôi bền vững, nhất là chăn nuôi lợn hàng hóa như thế nào trong hoàn cảnh cuộc sống của phần lớn các hộ nông dân còn chật vật khó khăn, đại

bộ phận người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, ít quan tâm về thông tin thị trường, nếu có thì thiếu cụ thể; hiểu biết về sản xuất hàng hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng đều giữa các vùng, là những rào cản trong phát triển chăn nuôi lợn hàng hóa hiện nay

Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng,

nó đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân

ở gần các trang trại Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform, e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [4]

Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó 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 thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, mặc dù đã phần nào cảm nhận được tác hại về môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào

về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi

Vì vậy, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn

nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động"

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đánh giá kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giàu C và N

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan tài liệu xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) và kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR (Biological Activated Suspended Sludge) thường được áp dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi

- Chọn vật liệu mang Polyuretan sử dụng trong kỹ thuật tầng vi sinh chuyển

động

- Nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR và kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan trong các điều kiện hiếu khí, thiếu khí khi thay đổi:

+ Nồng độ tải N vào khác nhau;

+ Thời gian lưu nước và bùn khác nhau;

- So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý và thông số năng suất xử lý C, N, P bằng

kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lững và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những năm gần đây

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi trên thế giới đã có nhiều biến động cả về tốc độ phát triển, phân bố lại địa bàn và phương thức sản xuất, đồng thời xuất hiện nhiều nhân tố bất ổn như gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, vệ sinh an toàn thực phẩm và nhiều dịch bệnh mới…

1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới

Lương thực, thực phẩm và vệ sinh an toàn thực phẩm là vấn đề sống còn của nhân loại Ngày nay nông nghiệp có vai trò quan trọng cung cấp lương thực và các loại thực phẩm nuôi sống cả nhân loại trên trái đất Ngành chăn nuôi không chỉ có vai trò cung cấp thịt, trứng, sữa là các thực phẩm cơ bản cho dân số của cả hành tinh

mà còn góp phần đa dạng sinh học trên trái đất

Số lượng vật nuôi theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới - FAO năm 2009 số lượng đầu gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: Tổng đàn trâu 182,2 triệu con và phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á, tổng đàn bò 1.164,8 triệu con, dê 591,7 triệu con, cừu 847,7 triệu con, lợn 887,5 triệu con, gà 14.191,1 triệu con và tổng đàn vịt là 1.008,3 triệu con Tốc độ tăng về số lượng vật nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1% năm Hiện nay các quốc gia có số lượng vật nuôi lớn của thế giới như sau: Về số lượng đàn bò nhiều nhất là Brazin 204,5 triệu con, thứ hai Ấn Độ 172,4 triệu con, thứ ba Hoa kỳ 94,5 triệu con, thứ tư là Trung Quốc 92,1 triệu con, thứ năm Ethiopia

và thứ sáu Argentina có trên 50 triệu con bò Các cường quốc về chăn nuôi lợn của thế giới: số đầu lợn hàng năm số một là Trung Quốc 451,1 triệu con, đứng thứ hai là Hoa Kỳ 67,1 triệu con, thứ ba là Brazin 37,0 triệu con, Việt Nam đứng thứ 4 có 27,6 triệu con [8]

Về số lượng vật nuôi của thế giới, các nước Trung quốc, Hoa kỳ, Ấn Độ, Brazin, Indonesia, Đức là những cường quốc, trong khi đó Việt Nam cũng là nước

có tên tuổi về chăn nuôi: đứng thứ 2 về số lượng vịt, thứ 4 về heo, thứ 6 về số lượng trâu và thứ 13 về số lượng gà [22]

Phương thức chăn nuôi hiện nay của các nước trên thế giới có ba hình thức cơ bản đó là: Chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao; Chăn nuôi trang trại bán thâm canh; Chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ và quảng canh: Phương thức chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô lớn thâm canh sản xuất hàng hóa chất lượng cao chủ yếu ở các nước phát triển ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Úc và một số nước ở Châu Á, Phi và Mỹ La Tinh Chăn nuôi công nghiệp thâm canh các công nghệ cao

về cơ giới và tin học được áp dụng trong chuồng trại, cho ăn, vệ sinh, thu hoạch sản phẩm, xử lý môi trường và quản lý đàn Các công nghệ sinh học và công nghệ sinh sản được áp dụng trong chăn nuôi như nhân giống, lai tạo nâng cao khả năng sinh sản và điều khiển giới tính Chăn nuôi bán thâm canh và quảng canh gia súc gia cầm tại phần lớn các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi, Mỹ La Tinh và các nước Trung Đông Trong chăn nuôi quảng canh, tận dụng, dựa vào thiên nhiên sản phẩm chăn nuôi năng xuất thấp nhưng được thị trường xem như là một phần của chăn nuôi hữu cơ Chăn nuôi hữu cơ, chăn nuôi sạch đang được thực hiện ở một số nước phát triển, sản phẩm chăn nuôi được người tiêu dùng ưu chuộng Xu hướng chăn nuôi gắn liền với tự nhiên đang được đặt ra cho thế kỷ 21 không chăn nuôi gà công nghiệp trên lồng tầng và không chăn nuôi heo trên nền xi măng Tuy nhiên chăn nuôi hữu cơ năng xuất thấp, giá thành sản phẩm chăn nuôi cao thường là mâu thuẫn với chăn nuôi công nghiệp quy mô lớn do đó đang là thách thức của nhân loại trong

mở rộng quy mô và phổ cập chăn nuôi hữu cơ [22]

1.1.2 Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam

Phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung và chuyên môn hóa cao là một trong những nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa sản xuất nông nghiệp của nước ta trong thời kỳ phát triển mới Theo kết quả điều tra dân

số, đến tháng 4 năm 2009, Việt Nam có tổng số dân là 85.789.773 người, là một trong 10 quốc gia có mật độ dân số cao nhất trên thế giới (khoảng 260

người/km2) [20] Nhu cầu thực phẩm trong điều kiện dân số tăng và đời sống ngày càng được nâng cao đã và đang đặt ra cho các nhà quản lý nông nghiệp phải nhanh chóng hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp Trong khi diện tích dành cho sản xuất nông nghiệp ngày càng giảm do phát triển đô thị, công nghiệp, giao thông và các công trình dịch vụ khác, phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung, nâng cao quy mô là xu thế tất yếu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng thịt, trứng, sữa cung cấp cho nhân dân và cho xuất khẩu

Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp

Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta

quả

Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010

1.2 Chất thải chăn nuôi

Chăn nuôi được xác định là một trong những ngành sản xuất tạo ra một lượng chất thải nhiều nhất ra môi trường Chất thải chăn nuôi là một tập hợp phong phú bao gồm các chất ở tất cả các dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh trong quá trình chăn nuôi, lưu trữ, chế biến hay sử dụng chất thải Các chất thải chăn nuôi được phát sinh chủ yếu từ:

- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như phân, nước tiểu, lông, vảy

da và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm

- Nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết

bị chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi…

- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình chăn nuôi

1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước

thải sau này [4]

Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng

Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các hợp chất chứa nitơ và photpho Nước thải chăn nuôi còn chứa rất nhiều vi sinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác Do ở dạng lỏng và giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh vật rất cao Chúng có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường đất, nước và không khí

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom (số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh chuồng trại…

Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn

1.3 Khả năng gây ô nhiễm môi trường của chất thải chăn nuôi

Ô nhiễm chất thải chăn nuôi ngoài những ảnh hưởng cục bộ như mùi hôi, ruồi, muỗi còn có ảnh hưởng tới môi trường đất, nước, không khí và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người dân

+) Ô nhiễm không khí: do bụi và mùi hôi

Mùi hôi do quá trình phân huỷ kị khí chất thải chăn nuôi tạo ra khí N-NH3

+

,

H2S Trong 3 – 5 ngày đầu, do vi sinh vật chưa kịp phân huỷ các chất thải nên mùi hôi ít sinh ra, nhưng sau một thời gian sẽ xuất hiện mùi hôi rất khó chịu Khí H2S có mùi trứng thối đặc trưng, gây buồn nôn, choáng, nhức đầu Khí N-NH3

+

kích thích mắt và đường hô hấp trên, gây ngạt ở nồng độ cao [7]

+) Ô nhiễm đất:

Chất thải chăn nuôi có thể dùng làm phân bón để tăng độ màu mỡ của đất, tăng năng suất cây trồng Tuy nhiên, khi đưa vào đất với nồng độ quá nhiều, cây không hấp thu hết sẽ tích tụ gây ngộ độc cây, ô nhiễm đất, ô nhiễm nước mặt và nước ngầm +) Ô nhiễm nước:

Chất thải gia súc có thể gây nên hiện tượng phú dưỡng đối với nước mặt, ô nhiễm kim loại nặng và các loại kí sinh trùng, vi trùng gây bệnh

Hiện tượng phú dưỡng là sự phát triển quá mức của tảo do dư thừa lượng nitơ, photpho Hiện tượng phú dưỡng sẽ làm cho DO, pH của nước biến động mạnh theo các thời điểm trong ngày là tác nhân khó khăn thậm chí là môi trường không thể sống đối với thuỷ động vật Trước lúc bình minh, lượng oxi trong nước thải giàu dinh dưỡng hầu như cạn kiệt và pH có thể thấp hơn 5,5 Thời điểm cuối buổi chiều,

pH của một số ao hồ giàu dinh dưỡng có thể đạt giá trị trên 10, nồng độ oxi hoà tan trong nước thường ở mức siêu bão hoà, có thể lên tới 20 mg/l Sau khi tảo chết lắng xuống lớp bùn đáy và tiếp tục bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí Trong điều kiện phú dưỡng tỷ lệ thành phần tảo thường thay đổi theo chiều hướng bất lợi hình thành nhiều loại tảo độc [5]

Tại Việt Nam, hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi gây ra đang ngày một ở mức báo động Xã Trực Thái (Nam Định) có 91,13% hộ nuôi Kết quả mà cơ quan chức năng thu được là mức khí độc NH3, H2S cao hơn mức cho phép 4,7 lần Ô nhiễm do chăn nuôi và đặc biệt là chăn nuôi lợn thì không chỉ làm ô nhiễm không khí mà còn

ảnh hưởng nặng nề tới nguồn nước và tài nguyên đất [5]

Đồng Nai là địa phương đứng đầu cả nước về phát triển chăn nuôi, với khoảng 1,2 triệu con lợn nhưng nguồn nước mặt tại các vùng chăn nuôi (nhất là nuôi lợn) đã

bị ô nhiễm nặng Nhiều hộ chăn nuôi còn cho nguồn nước thải chăn nuôi tràn ra khu vực quanh chuồng trại và cho thấm tự nhiên, gây nên tình trạng ô nhiễm nặng bầu không khí và mặt đất [5]

1.4 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi

Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất tan trong nước Trong nuớc thải cũng có một lượng lớn các vi sinh vật gây bệnh và các mầm bệnh gây ra các bệnh về đường ruột ở người Nước thải còn có các chất dinh dưỡng kích thích sự sinh trưởng của thực vật thủy sinh và các chất độc Nước thải nếu không qua xử lý sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành một lượng lớn các chất khí có mùi hôi Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp Thông thường có các phương pháp

xử lý nước thải như sau:

hai cực trên: ảnh hưởng tới chính nơi phát thải và vùng lân cận xung quanh

Thành phần gây ô nhiễm trong nước thải, xét về khía cạnh tác động gây hại và giải pháp công nghệ xử lý, có thể chia thành ba nhóm chính: chất hữu cơ có khả năng phân hủy, thành phần dinh dưỡng và loại hợp chất hóa học cần đặc biệt quan tâm Chất hữu cơ có khả năng phân hủy khi thâm nhập vào trong nước sẽ tiếp tục bị

vi sinh vật sống trong môi trường tự nhiên phân hủy làm mất, suy giảm lượng oxy hòa tan trong nước, gây ra mùi hôi, thúc đẩy nhiều loại vi sinh vật gây bệnh phát triển Môi trường đó không phù hợp với điều kiện sống của phần lớn các loài thủy động vật Thành phần dinh dưỡng (cho thực vật) được quan tâm hơn cả là hợp chất nitơ và photpho Sự thâm nhập của các hợp chất này vào khu vực nhận nước gây ra hiện tượng phú dưỡng (giàu dinh dưỡng), thúc đẩy tảo và các loại thủy thực vật phát triển mạnh khó kiểm soát về mật độ Khi thủy thực vật, đặc biệt là tảo phát triển mạnh thì môi trường nước tại đó có sự dao động rất lớn về pH, oxy hòa tan, thế oxy hóa khử theo Thời gian lưu tổng ngày/đêm Trong môi trường đó xuất hiện hiện tượng bùng nổ tảo (nước nở hoa), khi đó tảo chết hàng loạt trong thời gian ngắn, chìm xuống đáy, tiếp tục bị phân hủy trong tình trạng yếm khí và chu trình được tái diễn liên tục Trong môi trường phú dưỡng, điều kiện sống (pH, oxy tan) biến động liên tục và mạnh là những tác nhân gây khó khăn, thậm chí là môi trường không thể sống đối với nhiều loài thuỷ, động vật

Rất nhiều các giải pháp kỹ thuật được sử dụng để xử lý nước thải đã và đang được sử dụng trong các điều kiện khác nhau như kỹ thuật huyền phù, cố định vi sinh trên chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt, tầng cố định, tầng giãn nở, tầng linh động (lưu thể) hoặc tổ hợp (lai ghép) của các kỹ thuật trên Mỗi phương pháp kỹ thuật đều có những ưu, nhược điểm riêng Xử lý các thành phần gây ô nhiễm trong nước thải đòi hỏi mức độ phát triển công nghệ khác nhau Việc xử lý mức độ khó và chi phí tốn kém đối với việc xử lý các chất thải chứa thành phần chứa chất dinh dưỡng hay các hợp chất hoá học đặc biệt nêu trên [12] Công nghệ xử lý nước thải luôn được phát triển và hoàn thiện trên cơ sở những thành tựu mới về khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng và vận hành hệ

thống xử lý nước thải cũng như nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý Một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay:

a) Bể phản ứng Aerotank (bể bùn hoạt tính hiếu khí)

Quá trình chuyển hóa vật chất trong bể dựa trên hoạt động sống của các vi sinh vật hiếu khí Các vi sinh vật trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyền phù, các huyền phù vi sinh vật có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các dung dịch trong bể là điều cần thiết, có thể cung cấp khí cho bể aerotank bằng nhiều cách: thổi khí, nén khí, làm thoáng cơ học, thổi-nén khí với hệ thống cơ học

Có nhiều loại bể aerotank khác nhau tùy theo yêu cầu xử lý, tính kinh tế, diện tích đất sử dụng mà chọn loại bể nào cho phù hợp: bể aerotank truyền thống, bể aerotank với sơ đồ nạp nước thải theo bậc, bể aerotank tải trọng cao, bể aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định, bể aerotank làm thoáng kéo dài, bể aerotank khấy trộn hoàn chỉnh,…

- Ưu điểm của bể Aerotank: đạt được mức độ xử lý cao, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý

- Nhược điểm: tốn nhiều diện tích và năng lượng

Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên

- Ưu điểm: có khả năng khử được 70 ÷ 90 % BOD, thời gian lọc ngắn, vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng

- Nhược điểm: Thường hay bị tắc nghẽn, hàm lượng căn lơ lửng ra khỏi bể lớn Chưa xử lý được N, P

c) Công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí UASB

- Ưu điểm : Xử lý được tải lượng ô nhiễm cao, không cần vật liệu mang Dễ

vận hành, ít tốn diện tích Thu được khí metan..

- Nhược điểm :

Nhược điểm lớn nhất của hệ là thời gian khởi động (tạo hạt bùn vi sinh) rất lâu (tới 6 tháng) [4]

Khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn

Các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường đặc biệt là khi chịu tác động cơ học

Hỗn hợp vi sinh vật yếm khí tham gia phân hủy chất hữu cơ trong bể thường tồn tại lẫn trong pha khí, pha lỏng và pha rắn

Tương tự hệ bùn hoạt tính nâng cao, hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh hoạt có chứa các chất hữu cơ và nitơ cao Hệ thống hoạt động theo chu kì, mỗi chu kì gồm các công đoạn nối tiếp nhau: bơm nước thải đầu vào - phản ứng - lắng – hút/xả nước thải ra; trong đó công đoạn phản ứng bao gồm khử nitơrat

và nitơrit (nếu có) trong điều kiện thiếu khí (DO ~ 0, nếu có yêu cầu khử N) và ôxy hoá COD và N-amoni (nitrat, nitrit hoá) trong điều kiện hiếu khí (DO ~ 2mg/l), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, mật độ vi sinh và đặc điểm các chất bẩn

có trong nước thải đầu vào Về nguyên tắc, quá trình vi sinh là quá trình hai mặt nên một mặt sẽ là các quá trình chuyển hoá (xử lý các chất bẩn), mặt khác sẽ là tổng hợp sinh khối vi sinh [7]

Các giai đoạn trong một Thời gian lưu tổng xử lý của hệ thống SBR bao gồm:

1 Giai đoạn làm đầy:

Nước thải được đưa vào hệ thống SBR với lượng nước đã định trước Việc đưa nước thải vào bể có thể được thực hiện ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, vừa làm đầy vừa khuấy trộn (khi cần khử nitrat), làm đầy kèm sục khí (khi cần kéo dài thời gian các phản ứng ôxy hoá hữu cơ, nitrat hóa amoni) Nước thải được cấp vào và trộn lẫn với bùn để lại từ mẻ trước [4]

Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy)

2 Giai đoạn phản ứng

Nước nạp và sau khi khuấy trộn (khử nitrat/nitrit), sẽ được sục khí nhằm thực hiện quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ, giảm thiểu nồng độ chất hữu cơ, đồng thời oxi hóa NH4+ thành NO2- và NO3- phục vụ cho quá trình khử nitrat diễn ra trong giai đoạn nạp và khuấy trước đó [4]

Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy)

3 Giai đoạn lắng:

Nước sau giai đoạn sục khí được để lắng trong thời gian khoảng 1 giờ Trong giai đoạn này, quá trình oxi hóa vẫn được diễn ra nhưng với tốc độ chậm, chủ yếu xảy ra quá trình lắng và cuối quá trình này nước thải và bùn sẽ được tách làm 2 pha: nước trong ở phía trên được gạn xả ra ngoài Lớp bùn và nước lắng ở phía dưới là nguồn cung cấp NO3- để thực hiện quá trình khử nitrat ở giai đoạn cấp mẫu tiếp theo [4]

Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt)

4 Giai đoạn xả nước ra

Nước đã lắng trong (nước thải đã xử lý) sẽ được qua hệ thống thu nước xả ra khỏi bể SBR; đồng thời trong quá trình này lượng bùn dư cũng có thể được xả ra ngoài

Nước sau xử lý thường được xả qua hệ khử trùng (nếu thải ra môi trường), hoặc bỏ qua khử trùng đi xử lý tiếp bằng hệ thủy thực vật nhằm ổn định trước khi xả [4]

Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn)

Ƣu điểm kỹ thuật SBR:

- Khi thiết kế hệ thống SBR không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng, vì các quá trình đã được rút gọn trong một bể

- Thiết kế đơn giản, giảm diện tích và chi phí

- Vận hành đơn giản

Nhƣợc điểm:

- Không áp dụng được trong trường hợp chạy cao tải

- Bùn sinh ra tương đối nhiều

- Không xử lý được hàm lượng P

- Hiệu suất khử nitrat, nitrit thấp

Các thông số cần xác định khi áp dụng kỹ thuật SBR:

- Dung tích hữu ích của bể

- Lượng bùn tích lũy trong bể

- Chiều cao an toàn từ lớp bùn đến mực nước phải xả

- Lượng oxi cần cung cấp

- Nồng độ đầu vào các chất ô nhiễm

- Thời gian cho từng giai đoạn trong bể

f) Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Thuật ngữ tầng vi sinh là một tập hợp gồm nhiều tế bào vi sinh vật gắn kết với nhau trên bề mặt tạo thành Tầng vi sinh hay còn gọi là Biofilm có thể gồm một hay nhiều chủng vi sinh vật khác nhau, có thể được tạo ra ở trên bề mặt của nhiều loại vật liệu khác nhau: nhựa, kim loại, kính, gỗ, dụng cụ y tế, đồ ăn… Biofilm có tác dụng bảo vệ vi sinh vật chống lại tác động của các yếu tố bất lợi của môi trường sống Biofilm được hình thành từ các loài vi sinh vật khác nhau bao gồm cả vi

khuẩn Gram dương và Gram âm như Escheriachia coli, Pseudomonas aeruginosa,

Vibrio cholera, Streptococcus sp., Bacillus subtilis…[15]

Tính chất và vai trò của tầng vi sinh:

- Bảo vệ cơ thể vi sinh vật khỏi hệ thống phòng thủ của chính vật chủ hay vi sinh vật kẻ thù Các vi sinh vật sống trên biofilm khi liên kết với nhau thường có khả năng chống chịu cao với các chất kháng khuẩn so với tế bào sống tự do trong môi trường nuôi cấy (độ chống chịu có thể cao hơn tới 1000 lần)

Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm, dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải)

- Chống lại sự mất nước

- Chống lại các chất kháng khuẩn thông qua việc tạo kiểu hình mới có tốc độ sinh trưởng giảm, hạn chế sự tiếp xúc và có khả năng bất hoạt, trung hòa với các chất kháng khuẩn

- Nồng độ các chất dinh dưỡng trong biofilm thường tăng cao hơn so với môi trường xung quanh

Trong môi trường nước, vi sinh vật tồn tại ở hai trạng thái chính là dạng huyền phù và dạng tầng vi sinh Trong dạng huyền phù, vi sinh vật tập hợp lại với nhau thành các tập hợp keo tụ nhỏ có cấu trúc khá lỏng lẻo và các tập hợp keo tụ đó phân bố khá đều trong môi trường nước Tầng sinh vật là một tập hợp của vi sinh vật bám trên một chất mang với cấu trúc khá đặc, có độ dày nhất định (ví dụ 0,1 – 0,3 mm) [4]

Vi sinh vật hoạt động trong các hệ xử lý nước thải tồn tại ở hai trạng thái kết khối: tập hợp keo tụ (flocs) và dạng màng (biofilm) Tập hợp keo tụ của vi sinh có cấu trúc xốp, mật độ vi sinh thấp (ít khi vượt quá 4000 kg/m3) [2], các tập hợp đó được phân bố khá đều trong môi trường nước Kỹ thuật sử dụng vi sinh trong trạng thái tập hợp keo tụ là dạng kỹ thuật huyền phù Do mật độ vi sinh thấp nên hiệu suất

xử lý của các hệ huyền phù không cao và khó tăng mật độ vi sinh vì nó liên quan đến các yếu tố vận hành khác Điển hình của kỹ thuật huyền phù là các quá trình xử

lý bùn hoạt tính

Tăng mật độ vi sinh (trên một dơn vị thể tích), đồng nghĩa với tăng hiệu quả

xử lý luôn là mong muốn của phát triển công nghệ xử lý nước thải Kỹ thuật tầng vi sinh đáp ứng được tiêu chí đó

So sánh với kỹ thuật huyền phù, tầng vi sinh trong hệ thống xử lý nước thải có những đặc trưng sau:

 Khả năng tích lũy vi sinh cao Đặc điểm nổi bật của màng vi sinh là mức độ tập trung vi sinh vật rất cao so với dạng vi sinh trong trạng thái huyền phù, ví dụ cao hơn 3 – 4 ngàn lần trong các dòng suối bần dưỡng chảy trên núi cao và 200 lần cao hơn trong nhiều nguồn nước thải Trong hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật bùn hoạt tính, mật độ vi sinh vật được duy trì trong khoảng 700 – 2500 mg/l, trong

khi mật độ vi sinh trong kỹ thuật lọc nhỏ giọt đạt 2000 – 10000 mg trong một lít của

bể lọc [4]

 Hoạt tính trao đổi chất lớn Trong nhiều trường hợp quan sát được hoạt tính

vi sinh của màng vi sinh cao hơn nhiều so với vi sinh trong trạng thái huyền phù Hiện tượng trên được giải thích là do trong tập đoàn vi sinh đó tỷ lệ loại vi sinh vật

có hoạt tính cao chiếm số đông, cũng như mức độ tập trung dinh dưỡng cao (do hấp phụ) của các thành phần dinh dưỡng trên màng vi sinh Do tính chất nhầy của màng nên nó có thể bắt giữ cả các thành phần thức ăn ở dạng không tan Mức độ tập trung dinh dưỡng cao thúc đẩy sự phát triển của vi sinh và do đó có hoạt tính cao Cũng

có ý kiến giải thích khả năng tăng hoạt tính nhờ quá trình biến đổi gien của vi sinh vật trong trạng thái kết khối trong màng

 Khả năng chống chịu độc tố cao So với vi sinh vật trong trạng thái huyền phù, vi sinh vật trong màng có khả năng chống chịu độc tố tốt hơn Nguyên nhân của hiện tượng trên cũng được giải thích nhờ sự biến đổi gen hay nhờ nồng độ chất dinh dưỡng cao là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sống sót khi phải tiếp xúc với độc tố

Bùn dễ lắng So với bùn hoạt tính, bùn (sinh khối) bong ra từ màng vi sinh

có khả năng lắng tốt hơn nhiều do tính đặc của màng (khối lượng riêng biểu kiến lớn) do mật độ vi sinh dạng sợi trong đó thấp

Tuy có nhiều lợi thế của kỹ thuật tầng vi sinh đã liệt kê như trên so với dạng huyền phù, nhưng nó có những điểm bất lợi là quá trình cung cấp thức ăn cho chúng xảy ra khó khăn hơn do tính chất khuếch tán khó và mức độ tiêu thụ thức ăn cao (do mật độ cao)

Ƣu điểm kỹ thuật tầng vi sinh:

 Nhu cầu diện tích mặt bằng thấp

Giá thành duy trì hoạt động thấp về phương diện công lao động

Tính linh hoạt cao

Chất mang vi sinh:

Để có được mật độ vi sinh cao yếu tố cần có đầu tiên là diện tích của chất mang phải lớn Sự phát triển của chất mang vi sinh cũng trải qua nhiều giai đoạn Vào thời kỳ đầu tiên, chất mang vi sinh là các loại vật liệu gỗ, đá, xỉ than có diện tích 10- 30 m2/m3, sau đó sử dụng các loại nhựa tổng hợp tấm phẳng có cấu trúc hình học khác nhau (dạng tổ ong, dạng cuộn) với diện tích khoảng 200 – 300

m2/m3 Giai đoạn phát triển tiếp theo là loại chế tạo từ nhựa tổng hợp với cấu trúc hình học phức tạp hơn , ví dụ dạng bánh xe (hình 3) với diện tích bề mặt 500 – 700

m2/m3 với những dạng thương phẩm đang lưu hành rộng rãi trên thị trường thế giới (Kadles Hà Lan, hình 1.8) [15]

Hình 1.8 Chất mang vi sinh dạng cuộn (BIOPAC, Đức) Cát thạch anh có kích thước nhỏ 0,15 – 0,3 mm với diện tích bề mặt tới 20000

m2/m3 cũng được sử dụng làm chất mang trong kỹ thuật tầng lưu thể (fluidized bed) Thế hệ vật liệu chất mang mới nhất là loại có cấu trúc xốp chế tạo từ polymer với diện tích bề mặt (bên trong) tới 10000 – 15000 m2/m3, độ xốp 85 – 98 % [2] Đi đầu trong nghiên cứu và sử dụng vật liệu mang xốp là Nhật và Hàn Quốc (Công ty EBRA của Nhật sử dụng vật liệu trên tại các trạm xử lý nước thải Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long, Hồ Bảy Mẫu, Hà Nội) [3]

Hình 1.9 Chất mang vi sinh có cấu trúc hình học phức tạp Với những ưu điểm nổi trội của kỹ thuật tầng vi sinh trong công nghệ xử lý nước thải, nhưng sẽ xuất hiện một số thách thức cần được giải quyết xuất phát từ hai đặc điểm căn bản của vật liệu xốp có diện tích bề mặt cao là mật độ vi sinh lớn Tổng lượng sinh khối tỷ lệ thuận với diện tích chất mang và độ dày của lớp màng Chiều dày của lớp màng lớn không phát huy được tác dụng vì thức ăn khó thẩm thấu sâu vào bên trong (nếu chiều dày >200 μm kể từ phía ngoài) [15] Vậy muốn

có hiệu quả cần tạo chất mang có diện tích lớn để tích lũy được lượng sinh khối lớn nhưng chiều dày của lớp vi sinh vẫn đủ mỏng Vật liệu xốp chứa các mao quản, kích thước mao quản càng nhỏ thì diện tích càng lớn, tuy nhiên kích thước mao quản nhỏ hạn chế sự phát triển của vi sinh trong đó, nhất là khi để ý đến đặc điểm tính chất đa dạng về chủng loại và kích thước của tập đoàn vi sinh trong màng Tìm kiếm loại vật liệu thích hợp cho từng quá trình (xử lý BOD, nitrat hóa, khử nitrat) phù hợp với điều kiện thực tế đòi hỏi nhiếu nghiên cứu chi tiết

Mật độ vi sinh cao đòi hỏi nguồn cung cấp thức ăn lớn để chúng phát triển Màng vi sinh khá đặc do đó hạn chế quá trình vận chuyển (khuyếch tán) thức ăn cho

vi sinh Đó là hai hiệu ứng trái chiều nhau và là một trong những điểm cốt lõi cần được giải quyết để tận dụng được các lợi thế của kỹ thuật màng sinh vật

Tăng cường quá trình chuyển khối là vấn đề cần được thúc đẩy và được giải quyết theo phương hướng:

 Giảm độ dày của lớp màng vi sinh (giảm quãng đường khuếch tán) mà vần duy trì mật độ sinh khối cao bằng cách sử dụng chất mang có diện tích lớn

 Sử dụng loại vật liệu xốp có kích thước mao quản phù hợp để khống chế

độ dày của màng vi sinh và chống quá trình bong màng

c d

 Tạo điều kiện để chất mang chuyển động trong môi trường nước

Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động tìm kiếm sự hài hòa giữa điều kiện vận hành (hình 10 c, 10d) (đơn giản) và hiệu quả xử lý bằng cách sử dụng vật liệu mang xốp với tên gọi Polyerutan (cả vật liệu không xốp, hình 1.10 a, 10b)

Hình 1.10 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm dự định của đề tài), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc), hình c (hệ khi

chưa cho nước thải và bùn), hình d (hệ khi đang vận hành)

Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyerutan có những ưu điểm sau:

- Vật liệu sử dụng dễ kiếm, giá thành rẻ

- Nâng cao tải đầu vào xử lý (do mật độ vi sinh dính bám trên vật liệu mang cao)

- Vật liệu mang dạng xốp với diện tích bề mặt (bên trong) tới 10000 –

15000 m2/m3, độ xốp 85 – 98 % là điều kiện thuận lợi cho sự dính bám của vi sinh, tăng mật độ vi sinh

- Tăng khả năng xử lý nước thải, xử lý được cả photpho và tăng cường hiệu suất khử nitrat, nitrit do cấu trúc vật liệu mang tạo điều kiện cho quá trình yếm khí,

kỵ khí xảy ra bên trong vật liệu

- Bùn và nước tự tách sau quá trình lắng

- Giảm diện tích bể sử dụng

Nhược điểm của kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động:

- Cần thời gian xử lý vật liệu mang trước khi sử dụng (ngâm, sấy, cân)

- Cần thời gian để vật liệu mang sau khi sử dụng trong hệ tồn tại ở trạng thái lơ lửng (khoảng 1 tháng)

- Cần tránh hiện tượng vi sinh bám quá dầy trên vật liệu mang làm hạn chế quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng

Với những ưu điểm và nhược điểm trên nhóm nghiên cứu lựa chọn kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động để nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi

1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước về xử lý nước thải chăn nuôi bằng

kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Nước ta hiện nay đang trong giai đoạn phát triển Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá kéo theo đô thị hoá Tình hình ô nhiễm môi trường ở Việt Nam hiện gia tăng nhanh chóng Theo các tính toán nếu tốc độ tăng trưởng GDP ở Việt Nam trong vòng 10 năm tới tăng bình quân khoảng 7%/năm, trong đó GDP công nghiệp khoảng 8-9%/năm, mức đô thị hoá từ 23% năm lên 33% năm 2000, thì đến năm

2020 lượng ô nhiễm do công nghiệp có thể tăng lên gấp 2,4 lần so với bây giờ, lượng ô nhiễm do nông nghiệp và sinh hoạt cũng có thể gấp đôi mức hiện nay [19]

Để giảm thải ô nhiễm, các nhà doanh nghiệp sản xuất trong và ngoài nước ta hiện thường bỏ tiền ra để nhập khẩu công nghệ Các hộ cá thể, làng nghề thường ít quan tâm đến việc xử lý nước thải Khả năng phát triển và cải tiến cũng như vận hành công nghệ xử lý nước thải của các doanh nghiệp trong nước không nhiều Nhiều công nghệ nhập phù hợp với điều kiện nước ngoài nhưng không phù hợp với điều kiện trong nước Về sản xuất vật liệu mang trước đây tại Hà Nội có tới 6 – 8 công ty sản xuất vật liệu mang vi sinh (dạng tổ ong, diện tích bề mặt 180 – 220

m2/m3, dạng quả cầu…) để cung cấp cho thị trường [4] Tuy nhiên hiện nay số công

ty sản xuất sản phẩm trên đang tiếp tục hoạt động chỉ còn lại rất ít Công ty ECO (Thành phố Hồ Chí Minh) đã nhập khẩu và sử dụng một lượng nhất định chất mang

vi sinh tại một số công trình ở cả miền Nam và miền Bắc (nhập từ Hà Lan) Trạm nuôi giống thủy sản Cửa Hội (Nghệ An) mua công nghệ xử lý nước thải của Na Uy,

sử dụng vật liệu mang vi sinh tầng tĩnh Tại một số công ty của nước ngoài đang hoạt động sản xuất tại Việt Nam (Nhật Bản, Hàn Quốc) hay một số trạm xử lý nước thải sử dụng vốn ODA đang sử dụng công nghệ màng vi sinh chuyển động với vật liệu mang dạng xốp [4]

Những nghiên cứu mang tính chất “phát triển công nghệ” ở nước ta thường được thực hiện tại nước ngoài dưới dạng đào tạo học viên cao học, nghiên cứu sinh

Ví dụ trường Đại học Kumamoto (Nhật Bản) cho đến nay đã đào tạo (hoặc phối hợp đào tạo) cho Việt Nam 3 – 4 nghiên cứu sinh về xử lý hợp chất nitơ sử dụng vi sinh thuộc loại mới với tên ANAMOX, sử dụng chất mang do họ tự chế tạo Nghiên cứu sinh của Viện Hóa học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) được đào tạo tại

Bỉ (Đại học Arlon) về xử lý nitơ trong nước rác với kỹ thuật mẻ kế tiếp giai đoạn (không sử dụng chất mang vi sinh) và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động hướng đến mục tiêu xử lý xử lý và tái sử dụng nước thải trong các trạm nuôi giống thủy sản [4]

Nhìn chung, các nghiên cứu thực hiện tại nước ngoài mang tính chiều sâu và chỉ là một phần nhỏ của nội dung phát triển công nghệ tại các cơ sở nghiên cứu trong nước Nghiên cứu công nghệ phân huỷ photpho bằng phương pháp sinh học ít được nghiên cứu áp dụng và thực hiện Nhiều công trình nghiên cứu riêng lẻ về việc phân lập các chủng vi sinh nhưng chưa có đề cập đến khả năng tạo biofilm và việc phối hợp chúng với chất mang nhằm xử lý nước thải ô nhiễm N, P

Các nghiên cứu thực hiện ở trong nước được thực hiện dưới dạng các đề tài khoa học cấp Nhà nước và cấp Bộ khá phong phú: xử lý nước thải của bãi rác, xử lý nước ngầm để cấp cho sinh hoạt, xử lý nước thải trong công nghệ chế biến thực phẩm Màng vi sinh ít được sử dụng vì khó kiếm được nguồn vật liệu thích hợp nên thường sử dụng loại thấp cấp: sơ dừa, đá bazan, tre nứa, san hô Sau các công trình nghiên cứu, việc tiêu chuẩn hóa vật liệu và công nghệ sử dụng chúng thường bị bỏ ngỏ

Vật liệu mang vi sinh cao cấp thường có giá thành cao, theo thông báo của các nhà khoa học Đức tại hội thảo 28/3/2011 tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội thì giá thành tính theo m2

vào khoảng 1 USD, chưa kể đến tính chất tương hợp của công nghệ xử lý đối với từng vật liệu cụ thể (phải mua

cả công nghệ) Đó là một trong những nguyên nhân hạn chế việc phát triển công nghệ tầng vi sinh

Viện Công nghệ sinh học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo thiết bị nitrat hóa (oxy hóa amoni thành nitrat) trong nguồn nước ngầm, phục vụ cấp nước cho sinh hoạt theo kỹ thuật màng vi sinh Vật liệu sử dụng là đất sét nung (keramsit), dạng tầng tĩnh Viện Công nghệ sinh học cũng đang tiến hành xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi giống thủy sản (Quý Kim, Hải Phòng) tuy nhiên trạm xử lý đã không được đưa vào hoạt động [4]

Trung tâm Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên), phối hợp với sở giao thông công chính Hà Nội và thực hiện đề tài của Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội đã nghiên cứu quá trình nitrat

hóa và khử nitrat hóa trong nước ngầm Vật liệu sử dụng làm chất mang vi sinh là

đá bazan

Viện Hóa học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) thực hiện đề tài nghiên cứu cấp nhà nước vễ xử lý nước thải giàu nitơ và photpho (1999 – 2002) tập trung vào nước thải chế biến thủy sản; phối hợp với Viện Vật liệu (Viện Khoa học

và Công nghệ Việt Nam) thực hiện đề tài cấp nhà nước (2003 – 2005) về xử lý nước rác (thực chất là xử lý hợp chất giàu nitơ) Các nghiên cứu trên sử dụng kỹ thuật huyền phù (mẻ kế tiếp giai đoạn) [4]

Nhìn chung, các nghiên cứu xử lý nước thải giàu nitơ và photpho sử dụng tầng vi sinh đã thực hiện tại Việt Nam nhằm phát triển công nghệ là không nhiều Một số nghiên cứu theo xu hướng trên xuất phát từ nhu cầu thực tế (không thuộc phạm vi của các đề tài) cũng lẻ tẻ được thực hiện Ví dụ, tại Viện Hóa học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) từ ba năm trở lại đây đang nghiên cứu phát triển công nghệ màng vi sinh chuyển động (sử dụng vật liệu mang xốp) nhằm xử lý

và tái sử dụng nước nuôi giống thủy sản và xử lý nước thải sinh hoạt dạng phân tán [3] Ngoài ra có một số nghiên cứu mới chỉ tập trung vào nghiên cứu vật liệu mang

(nhóm nghiên cứu GS.TS Lê Văn Cát-Viện Khoa học Việt Nam: Nghiên cứu vật liệu mang xử lý nước thải) Chưa có nhiều những chương trình, đề tài nghiên cứu lớn

phát triển theo hướng nghiên cứu áp dụng công nghệ tầng vi sinh chuyển động trong lĩnh vực xử lý nước thải đặc biệt là các loại nước thải xử lý ô nhiễm giàu chất hữu cơ (COD), nitơ và photpho

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là chất lượng nước thải chăn nuôi trong và sau khi qua

xử lý bằng kỹ thuật bùn hoạt tính sử dụng hệ thống SBR và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan 02 hệ được thiết kế, lắp đặt tại phòng công nghệ, trung tâm nghiên cứu công nghệ môi trường và phát triển bền vững (CETASD) Diễn biến của các quá trình trong hệ được đánh giá qua các thông

số DO, pH, độ kiềm, COD, N-NO3-, N-NO2-, N-NH4+, SS, tổng N, tổng P, PO4

-…của nước thải Từ đó đưa ra kết luận khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan so với kỹ thuật

bùn hoạt tính truyền thống

Nước thải chăn nuôi phục vụ thí nghiệm là nước thải chăn nuôi lợn sau bể Biogas-Viện nghiên cứu giống lợn, Viện Chăn nuôi, Thụy Phương, huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội

2.2 Phương pháp nghiên cứu

a) Kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR

Mô hình đầy đủ của hệ thống SBR quy mô thí nghiệm được trình bày trên hình 2.1

Theo sơ đồ hình 2.1 nước thải được chứa vào bồn có trang bị máy khấy để đồng nhất hoá Từ đây nước thải được bơm định lượng tự động hẹn giờ vào bể phản ứng

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phòng thí nghiệm Tuy nhiên, do điều kiện phòng thí nghiệm chưa cho phép nên hệ thống được đơn giản hoá theo nguyên lý “gọn hơn nhưng đủ” Bể phản ứng là hình hộp chữ nhật không có nắp, được làm bằng plexiglass trong suốt có kích thước 21 x 19 x

40 cm (tương ứng với thể tích phản ứng < 16 Lít) Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành với thể tích nước thải + bùn còn là 9,2 lít với thể tích nước thải bổ sung cho mỗi mẻ gần 5,2 lít Trong bể có lắp sẵn các đầu phân tán khí nối với máy nén khí để cấp khí oxi cho quá trình hiếu khí Bể được lắp máy khuấy cơ khí để khuấy đều hỗn hợp phản ứng trong giai đoạn nạp và phản ứng Các máy khuấy, máy cấp khí đều được gắn với hệ tự động hoá theo nguyên lý hẹn giờ (tuỳ theo yêu cầu thí nghiệm) Đáy bể được bố trí van xả để xả bùn dư khi cần

Vận hành hệ thống SBR

Nước thải đầu vào ( nước thải chăn nuôi lợn) được làm đầy vào bể phản ứng Chu trình hoạt động được chọn cho bể SBR như sau:

Làm đầy: cho mẫu vào trực tiếp

Khuấy thêm: 25% thời gian mỗi mẻ

Sục khí : 50% thời gian mỗi mẻ

Lắng: 25% thời gian mỗi mẻ

Gạn nước ra khỏi hệ bằng tay

Không kể thời gian chuẩn bị và phân tích mẫu xen kẽ Thời gian còn lại trong ngày hệ sẽ được vận hành theo chế độ khấy, sau đó ngừng khuấy trong 1,0 giờ

để tiến hành mẻ thí nghiệm mới

- Lấy mẫu phân tích

Hệ thống SBR được chạy hàng ngày Trong mỗi thời gian lưu tổng, mẫu được lấy ở cuối mỗi giai đoạn Các mẫu cần lấy mỗi mẻ là: mẫu đầu vào, mẫu bùn lưu trong bể, mẫu sau giai đoạn nạp, sau giai đoạn khuấy, sau giai đoạn sục khí, sau giai đoạn lắng; mẫu được lấy vào cốc thuỷ tinh để lắng, lọc qua giấy lọc bằng máy

và phân tích các chỉ tiêu COD, N-NH4

+

, N-NO2-, N-NO3-, tổng N, tổng P Độ kiềm,

pH, nhiệt độ Chỉ tiêu TSS phân tích bằng cách hút mẫu trực tiếp trong cốc đựng (khuấy đều) sau đó cho qua máy lọc

- Xử lý kết quả

Các số liệu phân tích được đưa vào bảng Excel và xử lý bằng Excel

b) Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan

và nước cho cả 02 dòng trên

Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí

theo mẻ

* Ngăn yếm khí:

- Nhận nước thải thô; nhận bùn và nước tuần hoàn từ ngăn thiếu khí

- Thực hiện các chức năng: phân hủy hữu cơ (BOD/COD); phân hủy giải phóng P-PO43- nuôi dưỡng vi khuẩn tạo biofilm có khả năng hấp thu P ở các ngăn sau; khử nitrat-nitrit ở dòng tuần hoàn

bùn Lưu giữ/phân hủy/xả bùn dư, cho phép hoạt động tới 6 tháng/1 năm mới phải xả bùn dư; Cho phép giảm ít nhất 50% bùn thải (theo nghiên cứu của TS Lê Văn Chiều-Trung tâm Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững-Đại học Khoa học tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội)

* Ngăn thiếu khí:

- Nhận nước lắng từ ngăn kị khí; hỗn hợp phản ứng từ ngăn hiếu khí

- Các chức năng: là nơi vi khuẩn thực hiện các quá trình thiếu khí khử nitrat; trung chuyển/ tuần hoàn hỗn hợp phản ứng một phần về ngăn kị khí, tuần hoàn phần lớn về ngăn hiếu khí

nitrit Là ngăn điều hòa lưu lượng giờ cao điểm

Đây là phần quan tâm của chuyên đề này

* Ngăn hiếu khí:

- Nhận hỗn hợp phản ứng từ ngăn thiếu khí nhờ bơm kết hợp bổ sung cung cấp khí cho quá trình, giảm chi phí thiết bị/bảo trì hệ cấp-phân tán khí; cơ cấu cho phép giảm ~50% chi phí năng lượng

- Có cơ cấu tuần hoàn hỗn hợp bùn nước, đồng thời chống váng

- Có cơ cấu lắng/xả linh hoạt, cho phép chạy theo bất kì chế độ nào (liên tục hay gián đoạn) tùy đặc trưng nước thải

- Các chức năng xử lí chính: khuấy trộn và thực hiện các quá trình nitrat/nitrit hóa (xử lí nitơ tổng số); nuôi dưỡng phát triển vi khuẩn PAO (xử lí photpho hòa tan); lắng bùn làm trong nước

Cả ba ngăn trong hệ thống pilot đều có vật liệu mang polyuretan kích thước như nhau; các ngăn trong hệ thống pilot đều có các chủng vi khuẩn ngoài khả năng phân hủy N, P cao còn được tối ưu hóa các điều kiện tạo biofilm để nâng cao hiệu quả xử lý để thực hiện kĩ thuật tầng vi sinh (vật liệu mang chuyển động)

Quá trình khởi động và vận hành hệ thống

Quá trình khởi động của hệ thống

Vi sinh được cấp từ nhà máy xử lý nước thải bia Hà Nội từ công đoạn xử lý yếm khí vào đều 03 ngăn pilot nghiên cứu với nồng độ duy trì ban đầu từ 3000 –

3500 mg/l Nước thải chứa N,C cao là nước thải chăn nuôi lợn Do nước thải chăn nuôi thực có hàm lượng các chất tương đối cao (COD ≈ 8000 mgO2/L, N-NH4

và lặp lại 3 lần (thời gian khoảng 1 tuần/1 chế độ) Các số liệu nhận được là số liệu trung bình của các lần thí nghiệm

Nước thải được bơm tuần hoàn theo chế độ chạy của bơm cấp nước thải đầu vào và phụ thuộc vào thời gian đặt lắng vi sinh trong ngăn thiếu khí Trong quá trình khởi động các thông số nghiên cứu xử lý chính như chất hữu cơ (COD), N, P được lấy tại các điểm đầu vào và đầu ra sau công đoạn lắng trong ngăn hiếu khí với tần suất trung bình 1 lần/ ngày Hàm lượng vi sinh phân tích trung bình trong 03

ngăn xác định với tần suất 1 lần/ 7 ngày (để kiểm tra mật độ vi sinh) Thời gian chạy

khởi động dao động từ 10 – 30 ngày Trong quá trình khởi động cần kiểm soát các thông số cơ học khác như lưu lượng tuần hoàn bùn – nước từ ngăn khử nitrat về ngăn hiếu khí và ngăn yếm khí Kiểm soát và ghi chép đầy đủ thông tin giá trị áp suất đo được trên đồng hồ đặt trước thiết bị injector, đồng thời quan sát khả năng khuấy trộn trong ngăn hiếu khí và khả năng tuần hoàn từ ngăn hiếu khí về ngăn khử nitrat

Quá trình vận hành hệ thống

Sau thời gian vận hành khởi động hệ thống nước thải sẽ được nâng cao nồng

độ các chất ô nhiễm nhằm khảo sát đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N,

P của từng quá trình và của cả hệ thống Các thông số nghiên cứu xử lý chính như chất hữu cơ (COD), N, P được lấy tại các điểm đầu vào và đầu ra sau công đoạn lắng trong ngăn hiếu khí với tần suất trung bình 1 lần/ ngày Mật độ vi sinh phân tích trung bình trong 03 ngăn xác định với tần suất 1 lần/ 7 ngày

Vật liệu được lựa chọn là vật liệu mang vi sinh phân tán dạng đệm mút kích thước LxWxH = 10x10x10mm, thể tích vật liệu chiếm 20% thể tích bể phản ứng (Theo kết quả nghiên cứu GS.TS Lê Văn Cát-Viện Khoa học Việt Nam)

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR

Mục đích nghiên cứu: nhằm tìm ra các thông số tối ưu như: thời gian lưu tổng, nồng độ cơ chất đầu vào từ đó đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR so sánh với kỹ thuật tầng

vi sinh chuyển động (sử dụng vật liệu mang Polyuretan)

Bảng dưới đây tóm tắt các thông số chung của hệ thống SBR:

Các giá trị thành phần N và P đo được đều tính theo N hoặc P

3.1.1 Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay đổi theo thời gian

Chế độ 1: Thời gian lưu tổng 06 giờ

Nồng độ N-NH 4

+

trong nước đầu vào  100mg/l

Với chế độ chạy đầu tiên chúng tôi tiến hành chạy hệ với thời gian lưu tổng của mỗi mẻ là 06h, pha loãng nước thải sao cho nồng độ N-NH4+  100 mgN/l với

mong muốn vi sinh sẽ ổn định thích nghi và phát triển tốt Nhằm đánh giá sự tăng trưởng của vi sinh chúng tôi đã tiến hành kiểm tra mật độ vi sinh và mật độ bùn khi tiến hành chạy hệ, cũng như các hệ bùn hoạt tính thông thường có mật độ sinh khối khoảng 4g/L

Bảng dưới đây tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào:

Bảng 3.2 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ

Giá trị trung bình thành phần nước thải chăn nuôi được pha loãng đến nồng độ cần khảo sát

amoni nitrit nitrat