Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu hiếu khí kết hợp

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý nước th

BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

THIẾU-HIẾU KHÍ KẾT HỢP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

HÀ NỘI - 2014

BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

THIẾU-HIẾU KHÍ KẾT HỢP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường

Người hướng dẫn khoa học

TS PHAN ĐỖ HÙNG

LỜI CẢM ƠN

Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn

bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu – hiếu khí kết hợp” đã được hoàn thành

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo - TS Phan

Đỗ Hùng đã giành thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều kinh nghiệm quý báu cho đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy giáo, Cô giáo khoa Hóa Học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian em học tập tại trường

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh, chị tại viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Đồng thời gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, khích lệ em trong quá trình thực hiện khóa luận

Trong quá trình nghiên cứu và làm đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao hơn

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Nga

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận tốt nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc

sinh học thiếu - hiếu khí kết hợp” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của

thầy giáo - TS Phan Đỗ Hùng Tôi xin cam đoan những kết quả trong khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân, không trùng với kết quả nghiên cứu của tác giả khác Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Nga

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MBR : Membrane Biorector - lọc sinh học - màng

TTNC : Trung tâm nghiên cứu

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học

BOD : Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa

DO : Dissolved Oxygen - Oxi hòa tan

TSS: : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng

MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Tổng lượng sinh khối MLVSS : Mixed Liquor Volatile Suspended Solid - Tổng lượng sinh

khối + chất rắn hòa tan trong bể arotank

UASB : Upflow anearobic sludge blanket - bể xử lý sinh học dòng

chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí

Aerotank : Bể xử lý sinh học hiếu khí

Anamox : Anaerobic Ammonium Oxidation - oxy hóa amoni yếm

khí

SBR : Sequencing Batch Reactor - Bể phản ứng theo mẻ

VSV : Vi sinh vật

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Hiện trạng chăn nuôi lợn ở Việt Nam và định hướng phát triển 3

1.2 Đặc trưng về nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý nước thải chăn nuôi 5

1.2.1 Đặc trưng về nước thải chăn nuôi lợn 5

1.2.2 Thực trạng quản lý và hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi 6

1.3 Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn 9

1.3.1 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biogas 9

1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí 11

1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học thiếu khí - hiếu khí 13

1.4 Giới thiệu về phương pháp lọc sinh học ngập nước thiếu khí - hiếu khí 15

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 18

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 18

2.1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 20

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.2.1 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu 21

2.2.2 Phương pháp khảo sát hiện trường 22

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 22

2.2.4 Phương pháp phân tích 22

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Các chế độ thí nghiệm thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí của hệ lọc sinh học ngập nước 24

3.2 Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, nitơ của hệ thống 24

3.2.1 Hiệu quả xử lý COD 24

3.2.2 Hiệu quả xử lý Nitơ 26

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Bảng 1.1 Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập

trung 6

Bảng 2.1 Thành phần của nước thải chăn nuôi lợn trong nghiên cứu 18

Bảng 2.2 Các chế độ vận hành 21

Hình 1.1 Tốc độ tang trưởng theo thống kê hang năm 4

Hình 1.2 Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại một số huyện thuộc TP Hồ Chí Minh 7

Hình 2.1 Hệ thống lọc sinh học ngập nước trong thực tế 20

Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD 25

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý NH4+ 26

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2 và NO3 28

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T - N 29

Sơ đồ 1.1 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại 8

Sơ đồ 2.1 Hệ thống thiết bị thực nghiệm 19

MỞ ĐẦU

Nền kinh tế việt nam là nền kinh tế nhiều thành phần nhưng vẫn lấy phát trển nông nghiệp làm căn bản Trong đó ngành chăn nuôi nói chung và chăn nuôi lợn nói riêng đang phát triển với tốc độ rất cao nhằm đáp ứng nhu cầu về thực phẩm ngày càng tăng Với những đặc tính riêng như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi lợn được quan tâm đặc biệt vì nhu cầu thịt lợn ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi chuyển sang một bước phát triển mới Định hướng phát triển chăn nuôi tập trung, chăn nuôi lợn quy mô trang trại công nghiệp đang được phát triển nhanh ở Việt Nam trong những năm gần đây Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 - 2008 tăng trên 50% năm 2009 - 2010 tăng 13,2% Hiện nay cả nước có khoảng 8500 trang trại chăn nuôi lợn tập trung, cung cấp khoảng 45% sản lượng thịt lợn Quy mô đàn lợn cả nước năm 2013 khoảng 26,3 triệu con, so với tổng quỹ đất đai và dân số đây là một con số lớn Chăn nuôi lợn tập trung quy mô lớn trong điều kiện diện tích trang trại hạn hẹp và gần với các khu dân cư đang dẫn đến một lượng lớn chất thải chứa nhiều phân và nước tiểu được thải ra trong những không gian hạn chế, đang gây ra những tác động môi trường tiêu cực đến khu vực trang trại và xung quanh.Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi [7], 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 Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần [1]

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

Hiện nay, hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn xử lý nước thải mới dừng lại ở công đoạn xử lý bằng quá trình yếm khí (hầm biogas), một số trang trại sau xử lý yếm khí thì có xử lí qua chuỗi hồ sinh học Tuy nhiên nước thải chăn nuôi sau quá trình xử lý yếm khí có nồng độ N, P rất cao, nên hiệu quả

xử lý không cao nếu thải ra gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Xuất phát

từ tình hình thực tế đó, căn cứ vào phạm vi của khóa luận tốt nghiệp, em lựa

chọn đề tài là: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu - hiếu khí kết hợp”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Hiện trạng về chăn nuôi lợn ở Việt Nam và định hướng phát triển

Theo thống kê năm 2013, tổng đàn lợn cả nước đạt 26,3 triệu con, ngành chăn nuôi lợn trong những năm gần đây phát triển với tốc độ nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi Do đó năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn chất thải, với phương thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng

Theo báo cáo của cục chăn nuôi, lượng chất thải từ chăn nuôi lợn thải

ra môi trường đang tăng lên nhanh chóng trong những năm gần đây Nếu như năm 2008, tổng lượng chất thải rắn chăn nuôi thải ra môi trường là 80,4 triệu tấn, thì tới năm 2010 đã tăng lên nhiều, với tổng đàn 300 triệu con gia cầm và hơn 37 triệu con gia súc, nguồn chất thải từ chăn nuôi ra môi trường lên tới 84,45 triệu tấn Trong đó, nhiều nhất là chất thải từ lợn (24,96 triệu tấn), tiếp đến gia cầm (21,96 triệu tấn) và bò (21,61 triệu tấn)

Ước tính, hiện có tới 80% các bệnh nhiễm trùng ở nông thôn có liên quan tới nguồn nước bị nhiễm vi sinh vật như giun sán, tả, bệnh ngoài da, mắt… Nguyên nhân chủ yếu do hầu hết người chăn nuôi chưa xử lý chất thải lỏng trong chăn nuôi, vứt xác gia cầm, gia súc bừa bãi và hệ thống thoát nước đơn giản

Tính đến giữa năm 2010 cả nước có 23,558 trang trại chăn nuôi (tăng 42%

so với năm 2006) Quy mô đàn lợn tăng nhanh từ 26,85 triệu con năm 2006 lên 27,37 triệu con năm 2010 Năm 2013, đàn lợn đã đạt 26,3 triệu con, đàn gia cầm

đạt 314,7 triệu con và đàn trâu 2,6 triệu con, đàn bò đạt 5,2 triệu con Định

hướng phát triển đến năm 2020 cơ bản chuyển sang trang trại, công nghiệp

Theo quyết định số 10/2008/QĐ - TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của

Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến

năm 2020 thì:

+ Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương

thức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo

chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu

+ Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%,

trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%

+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế

có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi

+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại, công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử

lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường

+ Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008 - 2010 đạt khoảng 8 - 9% năm, giai đoạn 2010 - 2015 đạt khoảng 6 - 7% năm và giai đoạn 2015 - 2020 đạt khoảng 5 - 6% năm

1.2 Đặc trưng về nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý nước thải chăn nuôi

1.2.1 Đặc trưng về nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi lợn là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, Nitơ, Photpho và sinh vật gây bệnh Do đó, nước thải chăn nuôi, nhất thiết phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường Các thành phần chính trong nước thải chăn nuôi lợn gồm có:

a Các chất hữu cơ

Trong nước thải chăn nuôi lợn, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài

ra còn có các chất khó phân hủy sinh học như các hợp chất hydrat cacbon hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu cơ Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối clorua, SO4

2-,…

b Tổng Nitơ và Photpho

Khả năng hấp thụ nitơ và photpho của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa nitơ và photpho thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng nitơ và photpho rất cao Hàm lượng nitơ tổng trong nước thải chăn nuôi lợn

300 - 550 mg/l, trong đó N - NH4

+ chiếm khoảng 80 - 90%, photpho tổng từ

60 - 100 mg/l [5]

c Vi sinh vật gây bệnh

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn, virus và trứng

ấu trùng giun sán gây bệnh

Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn Nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc các tỉnh thành phố như Hà Nội, Ninh Bình, Quảng Nam, Bình Dương cho thấy đặc trưng của nước thải chăn nuôi (được thể hiện trong bảng 1.1)

Bảng 1.1 Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi

TTNC Lợn Thụy Phương

Trại lợn Tam Điệp

Trại Hồng Điệp

Trại Gia Nam

QCVN 40:2011/BT NMT(cột B)

BOD5 mg/l 2.339 2.080 1.882 2.221 1.783 50 COD mg/l 4.397 3.224 2.924 3.824 2.251 150

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn- Viện Chăn nuôi, 2006)

1.2.2 Thực trạng quản lý và hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi lợn

1.2.2.1 Thực trạng quản lý nước thải chăn nuôi

Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:

- Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là 30 - 50 lít nước/1con/ngày đêm

- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung quanh

Việc quản lý nước thải trong chăn nuôi lợn là vấn đề nan giải, nước thải chăn nuôi lợn chứa chất hữu cơ và nitơ cao Lưu lượng nước thải khá cao do số lượng lợn nuôi nhiều và lợn được tắm nhiều lần trong ngày, nhất là lúc trời nóng

Theo điều tra tình hình quản lý nước thải chăn nuôi ở một số huyện thuộc TP HCM và một số tỉnh lân cận cho thấy nước thải dùng cho mục đích nông nghiệp (15%) Đối với các trang trại không có đất trồng trọt thì nước thải phần lớn chỉ xử lý sơ bộ sau đó thải ra môi trường (45%) Có khoảng 40% số trang trại sử dụng bể Biogas để xử lý nước thải (Hình1.2)

Hình 1.2 Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo

điều tra tại một số huyện thuộc TP Hồ Chí Minh

Kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải của các cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước tắm rửa cho lợn Cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều có chỉ có hệ thống xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas Kết quả điều tra của cho thấy hệ thống xử lý nước thải tại các trang trại trên là: Nước thải  bể Biogas  hồ sinh học  thải ra môi trường, hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn khác cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên

Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất thấp Vì vậy cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra

1.2.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi

Theo khảo sát của Viện Công nghệ môi trường hiện nay tại các trang trại có các phương pháp xử lý nước thải phổ biến như sau:

Sơ đồ 1.1 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng

Nước thải Thải ra Ao nuôi cá/kênh mương

(1)

Nước thải, phân Bể Biogas

Hồ thực vật thủy sinh Thải

Nước thải, phân Bể Biogas

Tách phân

Ở nước ta hiện có 5 loại công nghệ điển hình được các trang trại áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi Thứ nhất nước thải chăn nuôi được thải trực tiếp ra kênh mương làm ô nhiễm môi trường xung quanh một cách nghiêm trọng, trong số các trang trại chúng tôi khảo sát thì biện pháp thứ nhất này chiếm 8,3% trên tổng số trang trại khảo sát (2/24 trang trại) Thứ hai, nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hồ kị khí có phủ bạt sau đó qua ao sinh thái rồi thải ra môi trường, có khoảng 8,3% trang trại sử dụng biện pháp này (2/24 trang trại) Thứ ba, nước thải chăn nuôi được xử lý qua hầm biogas, sau đó được thải ra kênh mương, chiếm 50% số trang trại khảo sát (12/24 trang trại) Thứ tư, là nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hầm biogas, sau đó được xử lý tiếp bằng ao/hồ sinh học, chiếm 25% số trang trại khảo sát (6/24 trang trại) Thứ năm, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải, chiếm 8,3% số trang trại khảo sát (2/24 trang trại)

Theo kết quả khảo sát hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi cho thấy phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi phổ biến nhất hiện nay là sử dụng bể biogas và thải ra kênh mương để xử lý nước thải chăn nuôi Tuy nhiên, nước thải ra không đạt tiêu chuẩn xả thải Mặt khác, nguồn năng lượng thu được từ hầm biogas hầu như chưa được sử dụng triệt để, có trang trại thải thẳng khí ra môi trường, có trang trại sử dụng vào mục đích đun nấu và thắp sáng, còn lại hầu như chưa sử dụng để chạy máy phát điện

1.3 Một số phương pháp xử lý chăn nuôi lợn

1.3.1 Xử lý chăn nuôi lợn bằng biogas

Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biogas là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí

sinh học (khí biogas) để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác Tuy nhiên, việc xử lý nước thải chăn nuôi cho đến nay chỉ phổ biến áp dụng rộng rãi một số loại hầm biogas cỡ nhỏ phù hợp với chăn nuôi phân tán Một

số trang trại quy mô lớn được xây dựng trong thời gian gần đây đã có sử dụng các hầm biogas có thể tích tới hàng trăm, hàng ngàn mét khối kết hợp với các

hồ sinh học để xử lý nước thải Hoặc nước thải sau biogas được tiếp tục qua

hệ xử lý sinh học (biofiml, aeroten, UASB, hồ sinh học )

Nước thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu nước trong bể khoảng 15 - 30 ngày, tận dụng hoạt động của các

vi sinh vật kỵ khí trong bể và trong lớp bùn đáy để khoáng hóa các chất hữu

cơ Mực nước trong bể, thông thường được thiết kế chiếm 2/3 chiều cao bể, còn 1/3 chiều cao ở phía trên bể bị khí CH4, CO2và các khí khác sinh ra do phân hủy kỵ khí chiếm chỗ Phía trên có đặt hệ thống thu khí để thu hồi các khí sinh ra (khí biogas) tận dụng làm khí đốt hoặc chạy máy phát điện dưới cùng là lớp bùn đáy tương đối ổn định Qua hầm biogas, chất hữu cơ giảm đáng kể, do đó sau biogas nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và ít mùi hơn Hiệu suất khử chất hữu cơ (COD, BOD5…) đạt 75 - 85% Các chất dinh dưỡng nitơ, photpho giảm 27 - 60%

Bùn cặn trong bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp Cùng với việc có nguồn năng lượng mới để sử dụng, còn góp phần giảm thiểu hiện tượng chặt phá rừng và bảo vệ môi trường

Khí biogas là một hỗn hợp bao gồm CH4, CO2, N2, H2S và một số khí khác Thành phần chủ yếu là CH4 (60 - 70%) và CO2 (30 - 40%) Khi đốt cháy 1m3 hỗn hợp khí biogas sinh ra nhiệt lượng khoảng 4500 – 6000 calo/m3tương đương với 0,8 lít xăng hay 2,2 kW điện

Tuy nhiên, sau quá trình xử lý bằng bể biogas các thành phần gây ô

biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữu cơ, nitơ và photpho

1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2   Enzyme

CO2 + H2O + H

- Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz+ O2 + NH3   Enzyme

Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N)+CO2 + H2O - H

- Phân hủy nội bào:

C5H7O2N + O2   Enzyme

5CO2 + 2H2O + NH3H

1.3.2.1 Aerotank

Đây là quá trình xử lý hiếu khí lơ lửng, hệ thống xử lý bằng bùn hoạt

tính có từ lâu, được sử dụng phổ biến và hiệu quả xử lý BOD lên tới 90% Vi sinh vật dính bám lên các bông cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ Chúng thường có xu hướng lắng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các dung dịch trong bể là cần thiết Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vật

nguyên sinh qua đó nước thải được làm sạch

Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng bể Aerotank có ưu điểm:

- Tiết kiệm được diện tích

- Hiệu quả xử lý cao

- Xử lý được lưu lượng lớn

Những nhược điểm của phương pháp:

- Chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành khá lớn so với các phương pháp xử lý hiếu khí khác như: ao hồ sinh học, mương oxy hóa Do

đó tùy điều kiện kinh tế, quỹ đất mà lựa chọn hình thức xử lý phù hợp

- Vận hành tốn năng lượng

1.3.2.2 Lọc sinh học hiếu khí

Sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các vật liệu lọc để xử lý các chất

hữu cơ trong nước thải Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại VSV có khả năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá thể, tạo thành màng Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ chất hữu cơ, cặn lơ lửng hoặc trứng giun sán

Các hợp chất hữu cơ trong nước thải đầu tiên bị oxi hóa bởi vi khuẩn hiếu khí, sau khi thấm sâu vào trong màng, nuốt hết oxi thì vi khuẩn hiếu khí phân hủy hết Khi hợp chất hữu cơ trong nước cạn kiệt thì vi sinh vật trong lớp màng chuyển sang hô hấp nội bào, khả năng bám dính giảm dần, dần bị bông ra và cuốn theo lớp vật liệu lọc

1.3.2.3 Hồ sinh học

Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương tự như quá trình tự làm

sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn Trong hồ có thể nuôi trồng thủy thực vật, tảo, vi sinh vật, cá để tăng hiệu quả xử lý Quần thể động thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ của nước thải Đầu tiên vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, đồng thời trong quá trình quang hợp chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho động thực vật Cá bơi khuấy trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy với nước, thúc đẩy sự họat động, phân hủy của vi sinh vật Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh học còn

có các lợi ích: nuôi trồng thủy sản và cây trồng, điều hòa lưu lượng, dự trữ

Hồ sinh học cho hiệu quả cao, tuy nhiên thời gian lưu lớn và tốn diện tích

1.3.2.4 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thuỷ sinh thực vật

Trong xử lý nước thải, thực vật thủy sinh (TVTS) có vai trò rất quan trọng TVTS tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng và VSV gây bệnh Trong quá trình xử lý nước thải thì

sự phối hợp chặt chẽ giữa thực vật thủy sinh và các sinh vật khác (động vật phù du, tảo, vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên sinh, nhuyễn thể, ấu trùng, côn trùng…) có ý nghĩa quan trọng Vi sinh vật tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và tạo nguyên liệu dinh dưỡng (N, P và các khoáng chất khác…) cho thực vật sử dụng Đây chính là cơ chế quan trọng để thực vật thủy sinh loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P Hiện nay việc sử dụng thực vật thủy sinh trong công tác bảo vệ môi trường ngày càng được chú

bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hoàn bùn, thay vào đó là quá trình xả cặn trong bể Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải chứa chất hữu cơ

và nitơ cao Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng MLSS không bị thoát ra ngoài vì chảy tràn nước do lưu lượng không đổi, quá trình lắng tĩnh giúp nồng độ TSS đầu

ra thấp Bể điều hòa, bể lắng sơ cấp, xử lý sinh học, bể lắng thứ cấp và khử dinh dưỡng có thể kết hợp lại thành 1, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat cao Tuy nhiên, do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có