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

Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ

KHOA HÓA HỌC

*****************

NGUYỄN QUẾ CHI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường

Hà nội - 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

*****************

NGUYỄN QUẾ CHI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường

Người hướng dẫn khoa học

TS PHAN ĐỖ HÙNG

Hà nội - 2013

Em cũng chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, ĐHSP Hà Nội 2 cùng gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất, là nguồn động viên lớn cho em hoàn thành tốt khóa thực tập này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi, đóng góp ý kiến thẳng thắn của các bạn học cùng khóa đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận của mình

Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2013

Sinh viên

NGUYỄN QUẾ CHI

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các loại trang trại phân theo vùng 3 Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn 6 Bảng 1.3 Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung 7 Bảng 1.4: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas 12 Bảng 3.1 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 29 Bảng 3.2 Chi tiết thiết bị thí nghiệm 30

DANH MỤC CAC HÌNH

Hình 1.1 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại

các trang trại 8

Hình 2.3: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N 18

Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm hệ lọc sinh học 29

Hình 3.2: Hệ thống lọc sinh học trong thực tế 30

Hình 3.3: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý COD 31

Hình 3.4: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý NH4+ 33

Hình 3.5: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO 2 - 34

Hình 3.6: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO 3 - 35

Hình 3.7: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T-N 36

Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD 37

Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý T - N 38

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 3

1.1 Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam 3

1.1.1 Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam 4

1.1.2 Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam 4

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

1.2.1 Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn 5

1.2.2 Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi 7

1.3 Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn 10

1.3.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học 10

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp hóa lý 10

1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí 11

1.3.4 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí 14

1.3.5 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí - thiếu khí 16

1.4 Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải bằng phương pháp sinh học 18

1.4.1 Quá trình nitrat hoá 18

1.4.2 Quá trình khử nitrat 19

1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 20

1.5.1 Trong nước 20

1.5.2 Ngoài nước 22

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 25

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.2 Mục đích nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp khảo sát hiện trường: 26

2.2.2 Phương pháp thực nghiệm: 26

2.2.3 Phương pháp phân tích 26

2.2.4 Phương pháp tính toán 27

2.2.5 Phương pháp thu thập số liệu 27

2.2.6 Phương pháp chuyên gia 28

2.2.7 Phương pháp xử lý số liệu 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Thực nghiệm 29

3.1.1 Đối tượng nước thải trong nghiên cứu 29

3.1.2 Mô hình thiết bị thí nghiệm 29

3.2 Các chế độ thí nghiệm 31

3.3 Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, N 31

3.3.1 Hiệu quả xử lý COD 31

3.3.2 Hiệu quả xử lý Nitơ 32

3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD, N 37

3.4.1 Hiệu quả xử lý COD 37

3.4.2 Hiệu quả xử lý T – N 37

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

MỞ ĐẦU

Chăn nuôi ở nước ta là một trong hai lĩnh vực hàng đầu của ngành nông nghiệp (trồng trọt,chăn nuôi), gắn liền với cuộc sống của con người Trong những năm gần đây với chủ trương mở cửa phát triển kinh tế của nước ta, ngành chăn nuôi đã đạt được rất nhiều tiến bộ cả về quy mô lẫn chất lượng và nhiều thành tựu không chỉ góp phần đáp ứng nhu cầu tiêu dùng thực phẩm hàng ngày mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay Mô hình chăn nuôi trang trại tập trung quy mô vừa và nhỏ đang được nhân rộng và phát triển mạnh mẽ trên cả nước, đáp ứng phần lớn nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Theo thống kê của Cục chăn nuôi trong 5 năm vừa qua, chăn nuôi trang trại đã phát triển nhanh cả về số lượng

và quy mô chăn nuôi Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 – 2008 tăng trên 50%, 2009 – 2010 tăng 13,2%

Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất, nâng cao năng suất và chất lượng vật nuôi, ngành chăn nuôi chưa quan tâm đúng mức tới vấn đề môi trường gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và sự bền vững của chính ngành chăn nuôi

Theo báo cáo của Cục Chăn nuôi, hàng năm chăn nuôi thải ra 80 triệu tấn chất thải rắn, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất thải khí với định mức khoảng 30 lít nước/đầu lợn/ngày đêm, thì mỗi ngày cả

nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây

ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người như bệnh hô hấp, tiêu hóa và ảnh hưởng đến môi trường xung

quanh Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi

không khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái

Nước thải chăn nuôi lợn là nước thải có độ ô nhiễm rất cao chứa đồng thời cả chất hữu cơ và nitơ thông thường được xử lý qua hầm Biogas, tiếp đến chuỗi hồ sinh học Mặc dù nước thải đã được xử lý qua bể Biogas nhưng vẫn còn độ ô nhiễm cao về chất hữu cơ, N, P không đạt tiêu chuẩn thải Những kỹ thuật xử lý tiếp theo đã áp dụng sau quá trình xử lý yếm khí chưa đạt được những điều kiện cơ bản để có thể xử lý triệt để chất hữu cơ và nitơ trong nước thải Phương pháp lọc sinh học ngập nước được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ thực phẩm do có nhiều ưu điểm như: hiệu quả xử lý cao, chất lượng nước ra ổn định, vận hành bảo trì dễ dàng, hiệu quả kinh tế cao

Từ những lí do đã trình bày ở trên thì em đã chọn đề tài: “Xử lý nước

thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học” Với mục đích xử lý được

đồng thời chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải chăn nuôi lợn nhằm đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN

1.1 Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam

Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh, bình quân giai đoạn 2001 - 2006 đạt 8,9% Riêng năm 2009, tuy tình hình kinh tế vẫn còn gặp nhiều khó khăn nhưng so với năm 2008 thì đàn lợn đạt 27,6 triệu con, tăng 3,47% (Thống kê năm 2009 - Cục chăn nuôi) Theo báo cáo của Cục chăn nuôi, năm 2011 ước tổng đàn lợn đạt 27,8 triệu con, tăng 1,6% so với cùng kỳ năm 2010

Bảng 1.1 Các loại trang trại phân theo vùng

Miền

Tổng số trang trại

Chia theo loại trang trại Trồng

trọt

Chăn nuôi

Lâm nghiệp

Nuôi trồng thủy sản

(Báo cáo sơ bộ kết quả tổng điều tra nông thôn,

nông nghiệp và thủy sản, 2011)

Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trung ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới Hiện nay, số lượng trại chăn nuôi quy mô lớn ngày càng tăng 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 Định hướng phát triển đến năm 2020 cơ bản chuyển sang trang trại, công nghiệp

Hiện nay, việc quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi lại chưa được quan tâm đúng mức Theo thống kê năm 2010 của Cục Chăn nuôi, cả nước có khoảng 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung Trong đó, mới có khoảng 70% hộ chăn nuôi có chuồng trại Tỷ lệ

hộ có công trình khí sinh học (hầm Biogas) chỉ đạt 8,7% và tỷ lệ hộ có cam kết bảo vệ môi trường chỉ chiếm 0,6% Về phía các trang trại chăn nuôi tập trung, mặc dù phần lớn đã có hệ thống xử lý chất thải nhưng hiệu quả xử lý chưa triệt để Đặc biệt 37,2% hộ chăn nuôi thâm canh và 36,2% chăn nuôi thời vụ không có biện pháp xử lý chất thải

1.1.2 Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam

Diện tích đất nông nghiệp càng ngày càng có xu hướng giảm Để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, biện pháp duy nhất là phát triển ngành chăn nuôi nhất là chăn nuôi lợn

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 định hướng phát triển như sau:

+ 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 của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý

1.2.1 Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn

Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn

lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh.Vì vậy cần phải xử lý nước thải chăn nuôi một cách hợp lý trước khi thải ra môi trường 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 Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi [10]:

Các chất hữu cơ: Trong nước thải chăn nuôi, 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 Trong nước thải chăn nuôi hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất hydratcacbon, 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,

Tổng N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm

rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N

và P rất cao Hàm lượng tổng N trong nước thải chăn nuôi lợn 200 - 350 mg/l,

Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng,

vi khuẩn Ecoli, vi khu virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, đặc biệt là BOD, COD, nitơ, photpho và sinh vật gây bệnh Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn

Yêu cầu chất lượng nước đầu ra (QCVN 24-

Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc trưng của nước thải chăn nuôi:

Bảng 1.3 Chất lượng nước thải theo điều tra tại

các trại chăn nuôi tập trung Chỉ tiêu

g

TTNC Lợn Thụy Phương

Trại lợn Tam Điệp

Trại Cty Gia Nam

Trại Hồng Điệp

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn –

Viện Chăn nuôi, 2006 )

Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa

1.2.2 Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi

Ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi lợn được coi là một trong những nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Theo khảo sát của

Viện Công nghệ môi trường tại các trang trại có các phương pháp xử lý nước thải phổ biến như sau:

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

tại các trang trại

học

Thải ra kênh mương

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 kỵ khí có phủ bạt sau đó qua hồ 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

Mặc dù hầu hết các trang trại đều đã có áp dụng một hoặc một vài phương pháp kết hợp để xử lý nước thải tuy nhiên chất lượng nước thải ra cũng chưa đạt tiêu chuẩn xả thải, kể cả một vài trang trại có hệ xử lý nước thải hoàn chỉnh hơn là đã áp dụng cả biện pháp hiếu khí vào trong quy trình

xử lý nước thải Kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy, nước thải ra sau

vài lần đến vài chục lần so với QC 40:2011/BTNMT

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

Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố như:

- Lưu lượng nước thải

- Các điều kiện của trại chăn nuôi

- Tiêu chuẩn, quy chuẩn xả thải

1.3.2 Xử lý bằng phương pháp hóa lý

Mục đích của phương pháp này là: sau khi xử lý cơ học, nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn

nhiều thời gian và hiệu quả không cao Nhưng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng Các chất kẹo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn kết hợp với sử dụng polyme trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá trình keo tụ

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn phương pháp cơ học và keo tụ có thể tách được 80 - 90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn Tuy nhiên, phương pháp hóa lý này đòi hỏi chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi Ngoài ra, tuyển nổi cũng

là một phương pháp để loại cặn trong nước thải chăn nuôi, nhưng chi phí đầu

tư và vận hành cao vì vậy, không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi

1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí

a) Cơ sở lí thuyết của quá trình xử lý kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi những enzym đặc biệt.Vào những năm 1970, quá trình phân hủy kỵ khí được ứng dụng rộng rãi trong xử lý bùn thải và phân, sau đó phương pháp này được áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có những ưu điểm sau:

- Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí

- Thời gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước Một lượng sinh khối lớn được giữ lại trong bể

- Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiếu khí)

- Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng (khí sinh học - Biogas)

- Hệ thống công trình xử lý đa dạng: Biogas, hồ kỵ khí, UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc

Bên cạnh các ưu điểm trên, quá trình xử lý kỵ khí có một số nhược điểm sau:

- Nhạy cảm với môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ kim loại nặng…)

- Phát sinh mùi

Trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý hai yếu tố quan trọng

- Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt

- Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và sinh khối vi khuẩn

b) Bể Biogas

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, thấy ở hầu hết các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại, kể cả quy mô hộ gia đình Ưu điểm của bể Biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác

Bảng 1.4: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas

678:2006 (Loại B)

Trước Biogas

Sau Biogas

Nhận xét: Nước thải sau xử lý Biogas ở đây cũng có các chỉ tiêu ô

nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi, thể hiện qua các chỉ tiêu TSS, COD, BOD, ∑N, ∑P và cần tiếp tục xử lý trước khi có thể thải ra môi trường

c) Hồ kỵ khí

Chiều sâu hồ khoảng 3 - 5m, lớp nước trong hồ được khuấy đảo nhờ các bọt khí sinh ra từ quá trình kỵ khí ở đáy và các yếu tố khác như gió, chuyển động đối lưu Hiệu quả xử lý của hồ kỵ khí phụ thuộc vào thời gian lưu và tải lượng chất hữu cơ Tải trọng BOD của hồ kỵ khí tương đối cao, từ

200 - 500 kgBOD/ha.ngày Hiệu quả khử BOD từ 50 - 85% Hàm lượng chất

lơ lửng khi ra khỏi hồ 80 - 160 mg/l

d) Quá trình lọc sinh học kỵ khí

Kỹ thuật lọc yếm khí được sử dụng trong thực tế lần đầu tiên vào năm

1969, kỹ thuật trên phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Tải

Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi,

đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ, xơ dừa để xử lý nước thải trong điều kiện không có oxy Bể lọc kỵ khí có dòng chảy hướng lên hoặc dòng chảy ngang Nước thải đi qua và tiếp xúc với toàn bộ lớp vật liệu lọc Sinh khối dính bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc cố định do đó sinh khối được giữ lại trong bể với thời gian lâu hơn thời gian lưu nước (thời gian lưu nước là 8h, thời gian lưu bùn có thể lên đến 100 ngày)

- Đơn giản trong vận hành

- Khả năng chịu được biến động lớn về tải lượng ô nhiễm

- Có thể vận hành ở tải trọng cao

- Không phải kiểm soát lượng bùn nổi như trong bể UASB

- Có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phân hủy chậm

- Thời gian lưu bùn rất cao (khoảng 100 ngày)

Tuy nhiên quá trình lọc sinh học kỵ khí bên cạnh có những ưu điểm ngoài ra còn có nhược điểm là không điều khiển được sinh khối của bể lọc này

1.3.4 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:

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

tính được phát minh bởi Arden và Lockett năm 1914 tại Anh 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 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

- Ổn định nhưng 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

b) 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 [4]

Sự phân loại màng sinh học kỵ khí và màng sinh học hiếu khí chỉ mang tính tương đối, vì trong quá trình màng hiếu khí vẫn luôn tồn tại các chủng vi sinh vật kỵ khí ở lớp màng phí trong tùy thuộc vào điều kiện cấp khí

c) Hồ sinh học

Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương 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 nước cho các mục đích sử dụng nước khác

d) Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thủy 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 TVTS loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P Hiện nay việc sử dụng TVTS trong công tác bảo vệ môi trường ngày càng được chú ý hơn vì chúng có những ưu điểm nổi bật:

- Xử lý được nhiều tác nhân gây ô nhiễm

- Thân thiện với môi trường

- Tốc độ tăng trưởng sinh khối nhanh: sinh khối của TVTS sau xử lý có thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, sản xuất khí metan, phân bón…

- Giá thành xử lý thấp hơn so với các phương pháp sinh học khác

1.3.5 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí - thiếu khí

Đây là công nghệ xử lý nước thải có các ngăn thiếu khí xen kẽ với các ngăn hiếu khí kết hợp các quá trình nitrat hóa và khử nitrat được thực hiện ở trong các thiết bị lọc sinh học chứa vật liệu mang vi sinh Quá trình này có thể

xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ Quá trình nitrat hóa được thực hiện ở ngăn hiếu khí và quá trình khử nitat được thực hiện ở ngăn thiếu khí

a) Nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ

- Vi sinh vật cố định dính bám và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm dạng rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms)

- Vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng, khoáng chất) làm sạch nước