Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã nam xuân, huyện nam đàn, tỉnh nghệ an

Đặc biệt là nước thải trong quá trình sản xuất có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao, mang theo mầm bệnh, nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm tới môi trường,

Tr-ờng đại học vinh

Khoa địa lý - quản lý tài nguyên

Cao tiến mạnh

Thiết kế hệ thống xử lý n-ớc thải chăn nuôI tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã nam xuân,

huyện nam đàn, tỉnh nghệ an

đồ án tốt nghiệp đại học Ngành: quản lý tài nguyên và môi tr-ờng

Nghệ an, 2016

Tr-ờng đại học vinh

Khoa địa lý - quản lý tài nguyên

cao tiến mạnh

Thiết kế hệ thống xử lý n-ớc thải chăn nuôi tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã nam xuân,

huyện nam đàn, tỉnh nghệ an

đồ án tốt nghiệp đại học Ngành: quản lý tài nguyên và môi tr-ờng

Lớp : 53K1 - QLTN&MT

Khóa : 2011 - 2016

GVHD : ThS Phan Thị Quỳnh Nga

Nghệ an, 2016

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nỗ lực thực hiện, báo cáo khóa luận tốt nghiệp, đề tài

“Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An” đã hoàn thành Ngoài sự cố gắng

hết mình của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía nhà trường, thầy, cô, gia đình và bạn bè

Để có được kết quả này, tôi đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới

cô giáo - ThS Phan Thị Quỳnh Nga, giảng viên khoa Địa Lí - QLTN, trường Đại học Vinh đã quan tâm giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ nhiệt tình của các cán bộ Trại chăn nuôi lợn giống siêu nạc, tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn thuộc công ty TNHH Kinh doanh Đức Mạnh đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Do thời gian nghiên cứu đề tài chưa nhiều và khả năng nghiên cứu còn hạn chế, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, đánh giá của quý thầy cô

để đề tài nghiên cứu của tôi hoàn thiện hơn

Nghệ An, tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Cao Tiến Mạnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu 9

3 Nhiệm vụ và giới hạn nghiên cứu 9

3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 9

3.2 Phạm vi nghiên cứu 9

4 Đối tượng nghiên cứu 10

5 Quan điểm nghiên cứu 10

5.1 Quan điểm hệ thống 10

5.2 Quan điểm phát triển bền vững 10

5.3 Quan điểm thực tiễn 11

6 Phương pháp nghiên cứu 11

6.1 Phương pháp thu thập, nghiên cứu, phân tích thông tin 11

6.2 Phương pháp chuyên gia 11

PHẦN 2: NÔI DUNG 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 13

1.1 Các khái niệm 13

1.1.1 Khái niệm về nước thải 13

1.1.2 Khái niệm nước thải chăn nuôi 13

1.1.3 Khái niệm xử lý nước thải 14

1.2 Thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi lợn 14

1.3 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi 15

1.3.1 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bậc 1 15

1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bậc 2 16

1.3.2.1 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí 16

1.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí 22

1.3.2.3 Xử lý N, P trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phưong pháp

sinh học 24

1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi bậc cao 32

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRẠI CHĂN NUÔI GIỐNG SIÊU NẠC CÔNG NGHỆ CAO KẾT HỢP NÔI TRỒNG THỦY SẢN, TRỒNG CÂY SINH THÁI TẠI XÃ NAM XUÂN HUYỆN NAM ĐÀN 34

2.1 Khái quát chung 34

2.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực dự án 34

2.2.1 Điều kiện tự nhiên 34

2.2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 35

2.3 Hiện trạng môi trường nền khu vực dự án 36

2.3.1 Chất lượng môi trường không khí 36

2.3.2 Chất lượng môi trường nước mặt 37

2.3.3 Chất lượng môi trườn nước dưới đất 38

2.4 Tính toán nhu cầu sử dụng nước và lược nước thải thải ra trong quá trình chăn nuôi 39

2.4.1 Nhu cầu sử dụng nước trong quá trình chăn nuôi 39

2.4.2 Lưu lượng nước thải sản xuất 40

2.5 Dữ liệu thiết kế nước thải chăn nuôi của trại lợn 40

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT TRẠI CHĂN NUÔI LỢN SIÊU NẠC 42

3.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải 42

3.2 Tính toán thiết kế hệ thống xử lý Error! Bookmark not defined 3.2.1 Thiết kế bể lắng kết hợp metan hóa Error! Bookmark not defined 3.2.2 Thiết kế bể UASB Error! Bookmark not defined 3.2.3 Thiết kế bể hiếu khí Error! Bookmark not defined 3.2.4 Thiết kế bể lắng Error! Bookmark not defined 3.2.5 Thiết kế bể khử trùng Error! Bookmark not defined PHẦN 3: KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

DANH MỤC VIẾT TẮT

QCVN Quy chuẩn Việt Nam TN&MT Tài nguyên và môi trường TNHH Trách nhiệm hữu hạn

NĐ - CP Nghị định – Chính phủ BNNPTNT Bộ nông nghiêp phát triển nông thôn TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng việt Nam COD Nhu cầu oxy hóa học

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa

DO Lượng oxy hòa tan trong nước UBND Ủy ban nhân dân

MLSS Nồng độ bùn trong bể

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH Danh mục bảng

Bảng 2.1: chất lượng môi trường không khí xung quanh khu vực dự án 37

Bảng 2.2: chất lượng môi trường nước mặt khu vực dự án 38

Bảng 2.3: chất lượng môi trường nước mặt khu vực dự án 39

Bảng 2.4 Dữ liệu thiết kế nước thải 41

Bảng 3.1 Số liệu kết quả vận hành bể UASB và bể lọc yếm khí Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Tổng hợp thông số thiết kế Error! Bookmark not defined Danh mục hình Hình 1: Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khi 16

Hình 2: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, P theo quy trình A2 /O 29

Hình 3: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, P theo quy trình Bardenpho 5 giai đoạn 30

Hình 4: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, p theo quy trình UCT 30

Hình 5: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, p theo quy trình UCT 31

Hình 6: Sơ đồ hoạt động của bể SBR 31

Hình 7: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, p trong mương oxy hóa 32

Hình 8: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn siêu nạc 42

Ở Việt Nam, việc phát triển kinh tế trang trại đang được phát triển mạnh

mẽ trong giai đoạn hiện nay với các chính sách ưu đãi như: Thông tư số 27/2011/TT-BNNPTNT quy định về tiêu chí và thủ tục cấp giấy chứng nhận kinh tế trang trại, Nghị định số 55/2015/NĐ-CP: Chính sách tín dụng phục vụ phát triển nông nghiệp, nông thôn… đã tạo điều kiện cho những nhà đầu tư xây dựng mạnh dạn đầu tư vào nền nông nghiệp vốn là thế mạnh của nước ta Hòa theo xu thế phát triển đó, việc đầu tư xây dựng dự án trang trại trên địa bàn tỉnh Nghệ An đang được đầu tư mạnh mẽ Nắm bắt được xu thế Công

ty TNHH Kinh doanh Đức Mạnh đã đầu tư xây dựng trạng trại chăn nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An

Trong quá trình sản xuất chăn nuôi của trang trại, việc thải ra các chất thải ra môi trường là không tránh khỏi Đặc biệt là nước thải trong quá trình sản xuất có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao, mang theo mầm bệnh, nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm tới môi trường, ảnh hưởng tới hoạt động sinh hoạt, sản xuất của người dân cũng như hệ sinh thái khu vực xung quanh trang trại

Vì những lý do trên, tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống

xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An” để nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An” được xây dựng nhằm đưa ra đưa ra quy trình xử lý nước thải sản xuất và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất của trại chăn nuôi lợn

3 Nhiệm vụ và giới hạn nghiên cứu

3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu cần thực hiện những nhiệm

vụ nghiên cứu sau đây:

- Tìm hiểu về các khái niệm liên quan đến nước thải chăn nuôi và hệ thống xử lý nước thải sản xuất chăn nuôi

- Tìm hiểu phương pháp xử lý nước thải, cơ chế xử lý nước thải trong các bể xử lý nước thải

- Tìm hiểu về địa điểm thực hiện dự án, môi trường nền thực hiện dự án trước khi dự án đi vào hoạt động từ đó làm cơ sở để xác định hiệu quả xử lý, chất lượng môi trường nền khi dự án đi vào hoạt động

- Tính toán lượng nước cần cung cấp, lượng nước thải ra trong quá chăn nuôi của trại chăn nuôi lợn

- Tìm hiểu thông số môi trường đầu vào trước khi xử lý và thông số đầu

ra của các chỉ tiêu môi trường trước khi thải ra môi trường

- Thiết kế sơ đồ hệ thống xử lý nước thải sản xuất của trại chăn nuôi lợn

- Tính toán chi tiết thiết kế các bể xử lý môi trường

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu trong phạm vi hoạt động của dự án xây dựng trang trại chăn nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An

4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là: Nước thải chăn nuôi của trang trại chăn nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp với nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An

5 Quan điểm nghiên cứu

Môi trường xung quanh khu vực dự án có mối quan hệ tương quan với môi trường của dự án Việc xả thải các chất thải của trang trại không đúng quy định sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường xung quanh của trang trại Đồng thời, việc ô nhiễm môi trường xung quanh cũng tác động trở lại trang trại như ảnh hưởng thởi sức khỏe của công nhân, đàn lợn…

5.2 Quan điểm phát triển bền vững

“Phát triển bền vững là sự phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu hiện tại và đảm bảo không làm tổn thương khả năng đáp ứng đòi hỏi của thế hệ tương lai” Phát triển bền vững còn được hiểu là sự nỗ lực liên tục để đạt được trạng thái bền vững trên mọi lĩnh vực Phát triển không làm ảnh hưởng tới nhu cầu tương lai cũng không làm ảnh hưởng tới lợi ích của các yếu tố xung quanh Phát triển bền vững đảm bảo sự hài hòa giữa kinh tế môi trường và xã hội: Khai thác tài nguyên thiên nhiên trong giới hạn cho phép đảm bảo sự chịu tải của môi trường, cần quan tâm tới sự phát triển công bằng của xã hội,

sự phát triển hệ thống kinh tế tạo cơ hội để tiếp xúc với nguồn tài nguyên thiên nhiên cho các hoạt động kinh tế được chia sẽ một cách bình đẳng

Trong đề tài này quan điểm phát trển bền vững được thể hiện trong vấn

đề sản xuất đi đôi với bảo vệ môi trường, đảm bảo chất lượng nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT

5.3 Quan điểm thực tiễn

Dự án muốn đi vào hoạt động cần phải thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết đó, tôi đã nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi để xử lý nước thải chăn nuôi trước khi thải ra môi trường

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp thu thập, nghiên cứu, phân tích thông tin

Khóa luận có sử dụng một số tài liệu sau đây:

Các tài liệu về tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Nam Xuân, thông tin về trại chăn nuôi lợn giống siêu nạc công nghệ cao kết hợp nuôi trồng thủy sản, trồng cây sinh thái tại xã Nam Xuân, huyện Nam Đàn

Áp dụng các quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT,QCVN 05:2009/BTNMT, QCVN 40:2011/BTNMT và tiêu chuẩn xây dựng (TCXDVN 51-2008) làm tiêu chuẩn đánh giá và thông số cần xử lý

Sử dụng công thức, thông số, chỉ tiêu trong sách: tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải và các tài liệu liên quan để tính toán thiết kế hệ

thống xử lý nước thải chăn nuôi

6.2 Phương pháp chuyên gia

Để hoàn thành đề tài này, tôi đã tiếp thu các ý kiến nhận xét, góp ý từ giảng viên hướng dẫn khóa luận của mình - ThS Phan Thị Quỳnh Nga

6.3 Phương pháp đánh giá theo chỉ tiêu riêng lẻ

Phương pháp này là phương pháp đánh giá từng chỉ tiêu riêng lẻ so sánh với QCVN để đánh giá mức độ ô nhiễm của môi trường

Đây là phương pháp đơn giản có thể đánh giá nhanh chất lượng môi trường nước dựa trên những thông số đã đo được

Phương pháp này dựa trên việc đối sánh giữa các yếu tố đặc trưng cho môi trường Ci (i= 1, 2, n) với các giá trị Ci0 theo quy chuẩn cho phép

So sánh chất lượng nước thải của trang trại chăn nuôi trước và sau khi xử

lý với các QCVN

PHẦN 2: NÔI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHĂN NUÔI LỢN

1.1 Các khái niệm

1.1.1 Khái niệm về nước thải

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người

và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng

Phân loại:

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử

lý Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:

– Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động

thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

– Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có

cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

– Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên Ở

những thành phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

– Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống

thoát của một thành phố Nước thải đô thị có thể bao gồm tất cả nước thải kể trên

1.1.2 Khái niệm nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng Nước thải chăn nuôi có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi

1.1.3 Khái niệm xử lý nước thải

Xử lí nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải,đảm bảo nước thải sau khi thải ra môi trường đạt quy chuẩn quốc gia quy định về hàm lượng các chất có trong nước thải nằm trong giới hạn cho phép Xử lý nước thải bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm có nguồn gốc vật lý, hóa học và sinh học Mục tiêu của nó là để tạo ra một dòng chất thải dạng lỏng an toàn với môi trường và chất thải rắn phù hợp để xử lý hoặc tái sử dụng

1.2 Thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi lợn

Tính chất đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn có hàm lượng hữu cơ,

vô cơ, khoáng…hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi heo chiếm khoảng 70- 80 %, bao gồm protein, lipid, hydrocacbon và các dẫn xuất như cellulose, acid amin Hàm lượng các chất vô cơ chiếm từ 20 - 30% bao gồm đất, cát, bụi muối phosphate, muối nitrat, ion Cl-

, SO42-, PO43-…,lượng Nito, Photpho lớn, mùi, màu Ngoài ra, trong loại nước thải này chứa nhiều vi khuẩn, vi trùng gây bệnh cho con người, ảnh hưởng tới môi trường như E.coli, samonella, shigenla…chúng là tác nhân gây nên bệnh tả, thương hàn, kiết lỵ…đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh trên gia súc như lở mồm long móng, tai xanh… Vì vậy, rất cần thiết phải xử lỳ nước thải nghành chăn nuôi, trước khi thải ra môi trường

Bảng 1.1: Thành phần nước thải chăn nuôi lợn

1.3 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi

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

- Xử lý bậc một

- Xử lý bậc 2

- Xử lý bậc cao

1.3.1 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bậc 1

Xử lý bậc một (xử lý cơ học/ vật lý) là giai đoạn xử lý ban đầu của xử lý nước thải chăn nuôi nhằm chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn

xử lý tiếp theo Nhiệm vụ của giai đoạn này là loại bỏ các chất phân tán thô,

có kích thước lớn, chất vô cơ, các chất lơ lửng có thể lắng được

1.3.1.1 Các công trình xử lý thường được áp dụng xử lý bậc 1 trong chăn nuôi

a Song chắn rác: Song chắn rác được thiết kế nhằm mục đích tách rác

rưởi và các chất không tan có kích thước lớn ra khỏi nước thải song chắn rác thường có khoảng cách giữa các khe hở là ≥ 15mm Rác có thể lấy ra khỏi song chắn rác bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bị cào rác cơ khí

b Bể lắng sơ cấp: đây là công trình được thiết kế nhằm mục đích: loại

bỏ các chất rắn lắng được (các chất rắn này có thể gây nên hiện tượng bồi lắng trong nguồn nhận); tác dầu mỡ hoặc các chất nổi khác; giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học phía sau Bể lắng sơ cấp khi được thiết

kế vận hành tốt có thể loại bỏ được 35 – 45% hàm lượng chất lắng lơ lửng (SS) vào 10 – 30% BOD5

Kết cấu bể lắng sơ cấp thường có ba dạng: Bể lắng ngang, bể lắng đứng

và bể lắng ly tâm Bể lắng ngang thường được thiết kế cải tiến hơn là bể lắng với vách nghiêng Cặn lắng ở bể lắng sơ cấp còn gọi là cặn tươi có tỷ trọng khoảng 1,03 -1,05, hàm lượng chất rắn khoảng 4 – 12%, độ ẩm khoảng 93 – 95%

c Bể điều hòa: Khi lưu lượng và hàm lượng chất bẩn thay đổi theo

nhiều giờ, cần thiết phải xây dựng bể điều hòa nhằm mục đích điều hòa lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ của nước thải Để tránh hiện tượng lắng cặn trong

bể điều hòa và tăng cường khả năng xáo trộn đồng đều khối tích nước, có thể

sử dụng biện pháp thổi khí hoặc khấy trộn cơ khí cho bể

1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi bậc 2

Trong nước thải chăn nuôi có chứa một hàm lượng đáng kể các chất hữu

cơ dạng hòa tan, dạng keo và phân tán nhỏ mà chúng chưa được xử lý hiệu quả ở giai đoạn xử lý bậc I Các chất hữu cơ này nếu không kiểm soát và quản

lý tốt sẽ gây ô nhiễm môi trường nước của nguồn tiếp nhận Đối với nước thải

chăn nuôi, giai đoạn xử lý bậc 2 thường tập trung vào quá trình xử lý sinh học nhưng ở đó chỉ tập trung vào quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các vi sinh vật (Quá trình khoáng hóa là quá trình phân giải các chất hữu cơ dưới tác dụng VSV thành CO2 H2O)

1.3.2.1 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình xử lý các chất thải hữu cơ bằng vi sinh vật yếm khí mà không có sự tham gia của khí O2.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

Hình 1: Sơ đồ phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khi

- Giai đoạn 1 (giai đoạn lên men): Nước thải chăn nuôi lợn có chứa nhiều polyme hữu cơ phức tạp và không tan trong nước (protein, chất béo, carbon

hydrat, cellulose, ligin ) Trong giai đoạn thủy phân những polyme hữu cơ bị

bẻ gãy bởi các enzym ngoại bào do VSV thủy phân sinh ra để tạo thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn Phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành acid amin, carbon hydrat thành đường đơn và chất béo thành acid hữu

cơ mạch dài và glyxerin Nhưng phản ứng thủy phân cellulose và các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản xảy ra chậm hơn rất nhiều trong giai đoạn 1 và các giai đoạn sau, yếu tố này cũng sẽ hạn chế tốc độ quá trình phân hủy kỵ khí

Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào nồng độ chất nền, lượng vi khuẩn và các yếu tố môi trường khác (tốc độ thủy phân xảy ra rất chậm khi nhiệt độ<20°C)

- Giai đoạn 2 (giai đoạn acid hóa): cấc hợp chất hữu cơ đơn giản từ quá trình thủy phân được các vi khuẩn acetogenic chuyển hóa thành acid acetic,

H2 và C02

- Giai đoạn 3 (giai đoạn axcetat hóa): Sản phẩm của quá trình acid hóa được tiếp tục chuyển hóa thành nguyên liệu trực tiếp cho quá trình methane hóa 70% COD của nguồn được chuyển thành acid acetic và 30% COD còn lại đóng vai trò là chất cho điện tử và được chuyển hóa thành C02 và H2

- Giai đoạn 4 (giai đoạn methane hóa): là giai đoạn chậm nhất trong quá trình xử lý yếm khí Khí methane hình thành từ phản ứng của acid acetic hoặc khí CO2 và H2 Quá trình này được thực hiện bởi loại vi khuẩn acetotrophic

và hydrogenotrophic

CH3COOH  CH4 + CO2 ; 4H2 + CO2 CH4 + H20

Vi sinh vật tạo methane từ hydro và carbonic có tốc độ phát triển nhanh hơn nên đóng vai trò quyết định trong quá trình này Song song với quá trình phân hủy các chất hữu cơ là quá trình tổng hợp tế bào của tất cả các nhóm vi sinh có mặt trong quá trình xử lý

Biện pháp xử lý kỵ khí cho chất lượng nước đầu ra còn chứa nhiều hợp chất có mùi hôi, vì yậy chúng chỉ được coi là một bước tiền xử lý trong hệ thống xử lý

Vào những năm 1969 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: 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 (t°, pH, nồng độ kim loại nặng

- Phát sinh mùi;

- Tốc độ phát triển sinh khối chậm

Trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý 2 yếu tố quan trọng:

- Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt;

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

- Các công trình kỵ khí có triển vọng áp dụng cho xử lý nước thải chăn nuôi lợn

a 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 phàn các nguồn năng lượng khác Nhưng bể Biogas có nhược điểm là thời gian lưu trong bể lâu, khó áp dụng cho các trang trại chăn nuôi lớn

Trong bể Biogas các chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau Biogas nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và ít mùi hơn Bùn cặn trong

bể Biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp Cùng với việc có nguồn năng lượng mới sử dụng, còn góp phần giảm thiểu hiện tượng chặt phá rừng

và bảo vệ môi trường Khí Biogas là một nguồn năng lượng có triển vọng trong tương lai đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) nước thải sau khi qua

bể Biogas, BOD giảm 79-87%, Coliform giảm 98-99,7%, trứng giun sán giảm 95,6-97%

b 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 lượng 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/1

c 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 lượng chất hữu cơ của bể lọc yếm khí có thể đạt tới 1-20 kgBOD/m3/ngđ

Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi, đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, 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)

Quy trình này có nhiều ưu điểm:

- Đơn giản trong vận hành;

- Chịu được biến động lớn về tải lượng ô nhiễm; vận hành ở tải trọng cao;

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

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

Tuy nhiên có nhược điểm là không điều khiển được sinh khối của bể lọc này Sự phát triển của mô hình động học phân hủy yếm khí hiện chưa đạt tới mức độ cho phép thiết lập các thông số thiết kế cho một hệ xử lý hoặc cần tới quá nhiều các thông số nhưng tính đặc trưng và ổn định của chúng thấp, vì vậy thiết kế hệ lọc yếm khí chủ yếu dựa trên kinh nghiệm hoặc từ kết quả nghiên cứu từ thí nghiệm

d Bể UASB: Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi Gatze

Lettinga và các cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những

năm 1970, nó thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới cao tại các vùng nhiệt đới Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể Trong bể UASB, một tập hợp của rất nhiều chủng loại vi sinh vật cùng tồn tại và phân huỷ các hợp chất có trong nước thải Các vi sinh vật này được chia thành 3 nhóm chính:

• Nhóm thứ nhất là các vi sinh vật có khả năng thuỷ phân các hợp chất cao phân tử (chất béo, chất đạm, protein, hydrocarbon mạch dài…) thành các sản phẩm trung gian có phân tử lượng thấp hơn (axit béo, hydrocarbon mạch ngắn, axit amin, purine, pyrimidine…) Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu

cơ trong nước thải dưới tác dụng của các vi sinh vật thuộc nhóm thứ nhất được gọi là quá trình thuỷ phân

• Nhóm thứ 2 là các vi sinh vật có khả năng lên men các hợp chất trung gian (sản phẩm của quá trình thuỷ phân) thành các axit hữu cơ đơn giản mà sản phẩm thường gặp nhất là axit axetic Nhóm các vi sinh vật này còn được gọi là các vi sinh vật “phi metan” và chủ yếu bao gồm các chủng Clostridium

spp, Peptococus anaerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovibrio spp, Corynebacterium spp, Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus và Escherichia coli Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải dưới tác dụng của các vi sinh vật thuộc nhóm thứ hai được gọi là quá trình lên men axit

• Nhóm thứ ba là các vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hydro và axit axetic thành các sản phẩm cuối là khí CO2, H2S và CH4 Các vi sinh vật này được gọi là các vi khuẩn metan và chủ yếu là Methanobacterium, Methanobacillus (hình que) và Methanococcus, Methanosarcina (hình cầu) Quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải dưới tác dụng của các vi sinh vật thuộc nhóm thứ ba được gọi là quá trình lên men metan (hay quá trình metan hoá)

Quá trình lên men metan được biểu diễn bằng các phương trình sau:

- Hệ thống UASB có ưu điểm nổi bật là khả năng chịu tải trọng COD lớn

và có chịu được sự thay đổi đột ngột COD trong nước thải

- Trong bể UASB các loại bùn có mật độ vi sinh rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí ở dạng lơ lửng Lượng bùn sinh ra trong quá trình xử lý UASB chỉ bằng khoảng 1/5 so với phương pháp hiếu khí

- Cả ba quá trình: phân hủy, lắng bùn, tách khí được xây dựng, lắp đặt trong cùng một công trình và có khả năng thu hồi khí Methane;

- Tốn ít năng lượng cho quá trình vận hành, lượng bùn dư ít nên giảm chi phí xử lý bùn, bùn sinh ra sau hệ thống dễ tách nước

- Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động trở lại sau một thời gian ngưng nạp nhiên liệu

+ Nhược điểm: Khó khăn khi kiểm soát hiện tượng bùn nổi, tức là phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt nhất giữa bùn và nước thải để duy trì hiệu quả xử lý của bể

1.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là quá trình xử lý các chất thải hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí có sự tham gia của khí O2.Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ

- Tổng hợp tế bào mới

- Phân hủy nội bào

Số lượng các VSV, chủ yếu là vi khuẩn, có trong nước thải vào khoảng

105 – 109 tế bào/ml Các VSV muốn phân hủy được các chất hữu cơ chúng phải có khả năng tổng hợp các enzim tương ứng Quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra bên ngoài tế bào do các enzim thủy phân, như amilaza phân hủy tinh bột, proteaza phân hủy protein, lipaza phân hủy chất béo… thành các sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có thể đi qua màng vào bên trong tế bào Quá trình này gọi là quá trình phân hủy ngoại bào Các chất này được tiếp tục phân hủy hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới Quá trình này xảy ra trong tế bào thường được gọi là quá trình nội bào, trong đó có quá trình oxi hóa – khử

- Các công trình hiếu khí có triển vọng áp dụng cho xử lý nước thải

chăn nuôi

a Aerotank: Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi

Arden và Lockett năm 1914 tại Anh Vi khuẩn 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 vi sinh vật, động vật nguyên sinh qua đó nước thải được làm sạch

Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể Aerotank có ưu điểm là tiết kiệm được diện tích và 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, qũy 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

lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại vi sinh vật có khả năng tiết ra các polytne 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

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 hoạt 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

1.3.2.3 Xử lý N, P trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phưong pháp sinh học

Trong nước thải chăn nuôi hàm lượng các hợp chất N, p trong nước thải

là rất cao Hợp chất nitơ bền và không có hậu quả xấu với môi trường là khí

N2 Xử lý hợp chất N trong nước thải với mục tiêu cao nhất về phương diện công nghệ là chuyển chúng về dạng khí nitơ

Khả năng loại bỏ N, P qua các quá trình xử lý nước thải:

- Trong quá trình xử lý sơ bộ lắng nồng độ N giảm khoảng 5 - 10% do hợp chất N được giữ lại ở trong các hợp chất lắng

- Trong quá trình xử lý yếm khí quá trình oxy hóa amoni hầu như không diễn ra chỉ một phần nhỏ tham gia tổng hợp sinh khối Trong quá trình yếm khí chỉ chuyển hóa từ dạng N-hữu cơ về dạng N-vô cơ qua quá trình thủy phân

- Trong quá trình xử lý hiếu khí thì quá trình oxy hóa N-amoni thành Nitrit và Nitrat diễn ra chậm hơn nhiều so với quá trình phân hủy COD Như vậy đối với nước thải chăn nuôi lợn có hàm lượng N, p cao - thành phần N, p luôn dư so với nhu cầu tổng hợp tế bào Vậy cần có quá trình thiếu khí để thực hiện quá trình khử nitrat

Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải

Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, amoni sẽ được chuyển thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter Khi môi trường thiếu ôxy, các loại vi khuẩn khử nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2

-) để ôxy hoá chất hữu cơ Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước

a Quá trình oxy hóa amoni

Công thức tổng hợp mô tả sự oxy hóa và tổng hợp tế bào:

số liên quan đến vi khuẩn Nitrosomonas để đặc trưng cho quá trình oxy hóa amoni

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật tự dưỡng:

- DO: DO cần thiết cho quá trình nitrit hoá xảy ra ít nhất là 0,3 mg/1

(Downing và Scragg, 1958) Tốc độ nitrat hoá đối với Nitrosomonas không

phụ thuộc vào DO nếu DO > 1 mg/l và đối với Nitrobacter khi DO > 2 mg/l

(Schoberl và Angeỉ, 1964) Theo Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ

sinh trưởng của Nitrobacter ở DO = 1 mg/l và DO bão hoà ở nhiệt độ 30 - 35°C cho thấy: ở DO = 1 mg/l tốc độ sinh trưởng bằng 97%, 80%, 70%, 58%

ở DO bão hoà; tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7; 29; 35°C Các nghiên cứu trên thể hiện ảnh hưởng của DO đến quá trình nitrat hóa

- Nhiệt độ: Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrat hoá suy giảm khi giảm nhiệt độ Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa trong khoảng

30 - 36°C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4 - 50°C (Focht và Chang, 1975; Painter, 1970)

- pH: Giá trị pH thích hợp là từ 7,6 - 8,6; khi pH<6,2 hoặc pH>10 sẽ ức chế hoàn toàn quá trình hoạt động của vi sinh vật

Tốc độ nitrat hoá giảm tuyến tính khi pH < 7,2 và ít có sự ảnh hưởng khi

pH =7,2 - 8,0 (Ạngle và Alexander, 1958; và Dovmìng, 1964) Tốc độ nitrat hoá đối với Nitrobacter ở pH=6,5 bằng 60% tốc độ ở pH=7,5 (Boon và Laudelout, 1962) Khi sử dụng các mẻ vi sinh nuôi cấy chưa thích nghi cho

thấy tốc độ nitrat hoá ở pH=6,9 bằng 84% tốc độ ở pH=7,0 ở 20°C Tốc độ nitrat hoá ở pH=6,8 bằng 42% tốc độ ở pH=7,8 tại 15°C, ở nhiệt độ thấp hơn

thì ảnh hưởng của pH nhiều hơn (Antoniou, 1990) Tốc độ sinh trưởng riêng

cực đại được phục hồi sau khi thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi hoàn toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7 - 6 trong các quá trình sinh trưởng dính

bám (Stankvvich, 1972; Haug và McCathy, 1972)

- Độc tố: các hợp chất có độc tố cao với tự dưỡng là: hợp chất phenol, hợp chất clo, Cl- và các kim loại nặng Đối với vi sinh vật có tốc độ phát triển chậm thì ảnh hưởng của độc tố đến nó là ít hơn, như vậy trong hai quá trình thì loại Nitrosomonas ít bị ảnh hưởng bởi độc tố hơn Nitrobacter vi sinh vật

tự dưỡng có sức chịu đựng độc tố kém hơn vi sinh vật dị dưỡng, Một độc tố rất quan trọng là NH3 và axit HNO2 ở dạng trung hòa - sản phẩm và nguyên liệu của quá trình, Nitrobacter bị ảnh hưởng nhiều hơn (0,1-1,0 mgN-NH3/l)

so với Nitrosomonas (5-20 mgN-NH3/l) Tuy nhiên pH của nước thải chăn nuôi thường ở mức trung tính nên nồng độ NH3 trong nước thải là thấp Ngược lại HNO2 lại tồn tại và thể hiện độc tính ở pH thấp

+ Thời gian lưu bùn: thời gian lưu bùn phải đủ lớn để đảm bảo cho vi khuẩn nitrat hoá phát triển ổn định Thời gian lưu bùn rất quan trọng đối với nước thải chứa các hợp chất độc hại SRT đủ lớn để cho vi khuẩn thích nghi

dần với các chất độc hại Theo Bridle và cộng sự cho thấy đối với một số

nước thải công nghiệp chứa các hợp chất độc hại SRT >160 ngày thì hiệu quả nitrat hóa đạt > 90% Thời gian lưu bùn ảnh hưởng tới nhu cầu oxy mà loài vi khuẩn nitrat hoá nhạy cảm với yếu tố này

b Quá trình khử nitrat

Nitrat là sản phẩm cuối của qúa trình oxy hóa amoni, nitrat chưa được xem là bền vững cũng gây độc cho môi trường nên cần được khử thành khí nitơ

4NO3 -

+ 4H+ + 5Chữu cơ  5CO2 + 2N2 + 2H2O

Một số loài vi khuẩn khử nitrat như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacilus, Micrococcus, Denitrobacillus (Painter1970)

Để khử nitrat vi sinh vật cần có chất khử, chất khử có thể là các chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ như (S, Fe2

+

) Phần lớn vi sinh vật nhóm Denitrifier thuộc loại dị

dưỡng - chúng sử dụng C hữu cơ để tổng hợp tế bào, ngoài phần sử dụng cho khử nitrat Song song với quá trình khử nitrat là quá trình tổng hợp tế bào, do đó lượng chất hữu cơ tiêu hao cho cả quá trình lớn hơn nhiều so với lượng chất hữu cơ cần thiết cho khử nitrat

Quá trình khử nitrat không phải là quá trình lên men yếm khí mà nó giống như quá trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy chúng sử dụng NO2- và NO3- khi môi trường thiếu oxy Trong hệ khử nitrat bởi vi sinh vật, mức độ tiêu hao chất điện tử phụ thuộc vào sự có mặt của chất nhận điện

tử (chất oxy hóa) trong hệ: oxy hòa tan, nitrit, nitrat, sunfat Trong đó oxy hòa tan có khả năng phản ứng tốt nhất với các chất khử vì trong hệ luôn có vi sinh vật dị dưỡng hiếu khí vi sinh vật chỉ sử dụng đến nitrat và nittrit khi môi trường cạn kiệt oxy hòa tan Mức độ cạnh tranh về phương diện sử dụng chất cho điện tử: O2 > NO3

Tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào các yểu tổ sau:

- DO: Qúa trình khử nitrat xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên nồng độ oxy hòa tan ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình vỡ oxy trong nước thải

ức chế các enzyme khử nitrat Oxy ức chế các enzyme nitrit mạnh hơn các

enzyme khử nitrat Theo các nghiên cứu của Skerman và MacRae (1957), Terai và Mori (1975) cho biết loài Pseudomonas bị ức chế ở DO > 0,2mg/l Theo Nelson và Knovvless (1978) cho biết khử nitrat bị dừng khi DO là 0,13mg/l Theo Wheatland và các cộng sự (1959), tốc độ khử nitrat ở DO =

0,2mg/l chỉ bằng một nửa tốc độ khử nitrat ở DO là 0 mg/1, khi DO tăng lên 2mg/l thì tốc độ khử nitrat chỉ bằng 10% ở DO là 0 mg/1

- pH: Theo nghiên cứu của Dawson và Murphy (1972) cho biết tốc độ

khử nitrat ở pH=6 và 8 bằng một nửa ở pH=7 cho cùng một mẻ nuôi cấy

Theo Nommik (1956), Wiljer và Delwiche (1954), Bremmer và Shaw (1958)

cho thấy tốc độ khử nitrat không bị ảnh hưởng khi pH từ 7-8, khi pH từ 8-9,5

và từ 4-7 thì tốc độ khử nitrat hoá giảm tuyến tính

- Nhiệt độ: tốc độ tăng lên gấp đôi khi tăng nhiệt độ lên 10°C trong khoảng nhiệt độ 5-25°C

- Chất hữu cơ: các chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy tạo điều kiện tốt thúc đẩy tốc độ khử nitrat Quá trình khử xảy ra trong điều kiện thiếu khí và cần nguồn C- hữu cơ (1 g N-NO3

cần khoảng 3g COD)

- Độc tố và yếu tố kìm hãm quá trình khử Nitrat: loại Denitrifier ít bị ức

chế bởi các độc tố hơn nhưng vẫn là vấn đề cần quan tâm Oxy ức chế enzym khử nitrit Nồng độ oxy hòa tan sẽ ức chế qúa trình khi đạt 13% nồng độ bão hòa

Hệ xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học có thể riêng rẽ hoặc tổ hợp hai quá trình: oxy hóa amoni và khử nitrat Theo Lê Văn Cát (2007) khi BOD/TKN>5 nên kết hợp hai quá trình trên, khi BOD/TKN<3 thì nên tách ra thảnh 2 giai đoạn Đối với nước thải chăn nuôi nên áp dụng kỳ thuật xử lý 2 giai đoạn riêng rẽ Phương pháp xử lý này có ưu điểm: linh hoạt,

dễ tối ưu hóa các quá trình, và giảm thiểu các độc tố với vi sinh vật tự dưỡng (do đó được oxy hóa ở giai đoạn 1)

Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng COD và nitơ đều cao nên sự hoạt động của vi sinh vật tự dưỡng sẽ bị cạnh tranh quyết liệt bởi vi sinh vật dị dưỡng, dẫn đến khả năng xử lý các hợp chất chứa nitơ trở lên khó khăn hơn

Do đó cần phải oxy hóa nước thải theo nhiều giai đoạn, để tạo điều kiện cho giai đoạn sau oxy hóa các hợp chất nitơ được dễ dàng

Các dây chuyền xử lý N, P trong nước thải

Nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn nitơ và photpho do đó nên áp dụng biện pháp xử lý kết hợp cả nitơ và photpho Bằng cách sử dụng bùn hoạt tính, các hợp chất trong các quá trình xử lý thiếu khí, xử lý hiếu khí, xử lý yếm khí kết hợp hoặc riêng biệt để thực hiện quá trình khử nitơ và photpho Các công nghệ được sử dụng thông dụng trên thế giới bao gồm:

- Quy trình A2/O (kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí);

- Quy trình Bardenpho (5 bước);

- Quy trình UCT;

- Quy trình VIP;

- Bể Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR - Sequencing Batch Reactor);

- Mương oxy hóa

tiến từ quy trình A/O và bổ sung thêm ngăn thiếu khí để khử nitrat, thời gian lưu nước trong ngăn thiếu khí khoảng 1 giờ Tại ngăn thiếu khí vsv lấy oxi từ nitrat và nitrit, lượng nitrat và nitrit được bổ sung bởi hỗn hợp nước thải tuần hoàn từ sau ngăn hiếu khí

Hình 2: Sơ đồ công nghệ xử lỷ N, P theo quy trình A 2 /O

b Quy trình Bardenpho (5 giai đoạn): Từ bể Bardenpho 4 giai đoạn để

xử lý Nitơ, bổ sung thêm giai đoạn thứ 5 là quá trình kỵ khí để khử photpho

Sự sắp xếp các giai đoạn và cách tuần hoàn hỗn hợp nước thải giữa các ngăn cũng khác nhau và khác quy trình xử lý A2

/O Hệ thống 5 bước có các ngăn

kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để khử cả Nitơ, Photpho và hợp chất hữu cơ Ngăn