Tên thông số Đơn vị đo Giá trị các thông số
Khoảng giao động Giá trị tiêu biểu
Thời gian lưu nước (HRT) Giờ (h) 1 – 2 1,5
Tải bề mặt:
Giờ trung bình (U) m3/m2.giờ 1,3-2,1 1,66
Giờ cao điểm m3/m2.giờ 3,4-5,1 3,71
Tải máng thu m3/m.giờ 5,2-20,1 10,33
Diện tích bề mặt(F) cần thiết của bể lắng
2 19,1 11,5 1,66 Q F m U
Lựa chọn bể lắng ngang hình chữ nhật có thêm vách ngăn thông đáy, chiều dài 4m, chiều rộng 3m, chiều cao 1m.
Diện tích thực tế = 4 x 3 = 12 m2
Thể tích vùng lắng = 4 x 3 x 1 = 12 m3
Tải trọng bề mặt thực tế = 19,1
12 1,59 m3/m2.giờ
(Nằm trong giới hạn cho phép ghi ở bảng 3.15)
Tính tốn lượng cặn lắng được hàng ngày:
Thông số Đơn vị Giá trị
TS(giá trị trung bình) mg/l 8400
V/ngày m3 100
Lượng cặn trong bể tấn khô/ngày 0,84
Bể lắng
Tỉ khối cặn khô 1,02
Nồng độ cặn tính theo chất khơ % 5,4
Thể tích cặn trong bể m3/ngày 15,25
- Chất thải rắn sau khi lắng ở bể lắng được bơm lên thiết bị ép cần thu đáy về trung tâm để bơm hút hoạt động hiệu quả. Vát ngăn 1 gần hệ thống thu gom góc 450, ngăn 2 vát góc 18 độ, chiều cao cạnh vát 1m (bản vẽ chi tiết).
Lựa chọn chiều cao phần chứa bùn của bể = 1,75m
Thể tích chứa bùn thực tế = 3 4 3 4 3 0,75 1 15 2 x x x x m Thể tích vùng lắng = 4 x 3 x 1 = 12 m3 Tổng thể tích bể = 12+ 15 =27 m3 Thời gian lưu nước = V
Q = 27
19,1 = 1,41 giờ - Các thông số bể lắng như sau:
Thông số Đơn vị đo Giá trị
Thể tích bể m3 27
Chiều dài m 4
Chiều ngang m 3
Chiều sâu m 2,75
3.5. Đánh giá hiệu quả mô hình tách rắn – lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi tại trang trại
3.5.1. Quy trình vận hành
Hình 3.8. Sơ đồ cơng nghệ hệ thống tách rắn-lỏng
Bước 1: Thu nước thải vào bể lắng.
Nước thải từ các chuồng nuôi theo mương dẫn vào bể lắng (chặn đường nước vào trực tiếp biogas)
Bước 2: Bổ sung chất trợ keo tụ, polyme C525
Lựa chọn 1: Không sử dụng polyme Lựa chọn 2: Sử dụng polyme
Tiến hành bổ sung polyme vào đường hồi của bơm nước lên máy ép để hòa tan đều polyme vào trong nước thải. Lượng polyme sử dụng 300 g/ngày, bổ sung chậm trong vòng 30 phút.
Sau khi bổ sung polyme xong, tắt bơm, để lắng trong 30 phút các chất rắn lơ lửng sẽ lắng đọng xuống dưới đáy bể. Nước chảy tràn từ bể lắng được dẫn sang hệ thống xử lý sẵn có của trang trại (hầm biogas), cặn lắng được bơm lên thiết bị tách rắn – lỏng để tách riêng chất thải rắn.
3.5.2 Kết quả thử nghiệm tách rắn lỏng tại mơ hình
3.5.2.1. Kết quả thử nghiệm tách rắn-lỏng khơng có polyme
Hình 3.9. Biến thiên TS nước thải chưa qua máy (vào) và qua máy (ra) theo
thời gian
Hàm lượng chất rắn được bơm hút lên thiết bị tách rắn – lỏng rất khác nhau trong suốt quá trính đánh giá (2 giờ), thay đổi từ 22,41 – 53,24 g/l, do lượng nước bị rút ra dần khỏi bể dẫn đến cơ đặc bùn (hình 3.9- đường có điểm rỗng). Sự thay đổi này làm tăng hiệu quả tách chất rắn của thiết bị (lượng chất rắn tốt nhất để thiết bị
Các kết quả phân tích COD, TN, TP được lấy mẫu phân tích trước và sau khi bắt đầu chạy máy được 1 giờđược trình bày trong bảng 3.17.
Bảng 3.17. Hiệu quả tách chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải khi qua máy
ép không sử dụng PAM Chỉ tiêu COD vào
(mg/l) COD ra (mg/l) TN vào (mg/l) TN ra (mg/l) TP vào (mg/l) TP ra (mg/l) lần 1 33780 14796 (56)* 1431 830 (42) 510 265 (48) lần 2 31158 15205 (51) 1326 981 (26) 689 393 (43) lần 3 36258 16425 (55) 1172 820 (30) 620 384 (38 lần 4 34761 13870 (60) 1352 892 (34) 638 345 (46)
* Số trong ngoặc đơn là hiệu suất tách, %.
Hiệu quả tách chất hữu cơ COD trong nước thải đạt từ 51 đến 60%. Việc tách được trên 50% chất rắn trong nước thải bằng máy tách cũng làm cho thành phần TN trong nước thải chăn nuôi giảm từ 26 đến 42 %, TP giảm từ 38 đến 48%. Trong thành phần chất rắn có tỷ lệ cao của N hữu cơ và P hữu cơ do đó khi chất rắn được tách ra khỏi nước thải làm cho hàm lượng TN và TP giảm mạnh.
Qua thời gian lắng tại bể lắng, các thông số nước thải được cô đặc so với nước thải ban đầu, thành phần chất rắn trong nước thải chiếm khoảng 3%, đáp ứng được yêu cầu đầu vào của thiết bị (>3%), thiết bị hoạt động hiệu quả, hiệu suất loại bỏ chất rắn đạt trên 50%.
3.5.2.2. Thử nghiệm tách rắn-lỏng với polyme
Tiến hành bổ sung polyme vào hỗn hợp nước thải, dùng đường hồi của bơm nước lên máy ép để hòa tan đều polyme vào trong nước thải. Sau thời gian để lắng, tiến hành đưa máy ép.
Khi sử dụng PAM C525 bông keo của PAM cation C525 với các hạt chất rắn trong nước thải chăn nuôi lợn được tạo thành nhanh, lớn dần và lắng xuống đáy bể. PAM C525 tạo ra các phân tử mang điện dương trong dung dịch hấp phụ các hạt keo có điện âm bằng lực hút tĩnh điện và tạo ra những cầu nối liên kết giữa các phân tử C525 với nhau sau khi hấp phụ đủ số lượng các hạt keo lên nó, do đó hính thành các bơng keo có kìch thước lớn. Hàm lượng chất rắn thay đổi trong quá trính đánh giá từ 23,65 đến 84,35g/l (hình 3.9 - đường có điểm đậm). Hiệu suất tách chất rắn ra khỏi nước đạt từ 48 tới 72%, trung bính đạt 60%.
Kết quả phân tích trong bảng 3.18 cho thấy hiệu quả tách chất rắn của máy ép khi sử dụng polyme tốt hơn một chút so với khi không sử dụng polyme, hiệu quả tách chất thải rắn ra khỏi nước thải đạt 60% (50% khi không sử dụng polyme), hiệu quả tách chất hữu cơ COD trong nước thải đạt từ 65 đến 70% (50-60% khi khơng có polyme), hiệu quả tách thành phần TN đạt từ 39 đến 47 %, TP đạt 42 đến 51%.
Bảng 3.18.Bảng kết quả nước thải trước và sau khi qua máy ép sử dụng polyme
C525 Chỉ tiêu COD vào(mg/l) COD ra(mg/l) TN vào(mg/l) TN ra(mg/l) TP vào(mg/l) TP ra(mg/l) lần 1 63210 20480 (68)* 1644 921 (44) 710 348 (51) lần 2 65688 22728 (65) 1773 940 (47) 688 358 (48) lần 3 59271 18552 (69) 1530 933 (39) 724 413 (43) lần 4 62311 18631 (70) 1606 948 (41) 672 390 (42)
* Số trong ngoặc đơn là hiệu suất tách, %.
Các kết quả phân tích cho thấy hiệu quả tách khi sử dụng polyme tốt hơn một chút so với khi khơng sử dụng polyme mà khơng có sự chênh lệnh lớn như kết quả trong phịng thí nghiệm, có thể là do bơm hút đưa chất thải từ bể lắng lên máy ép đã phá vỡ hết các bông keo khiến cho hiệu quả tách không tăng nhiều. Mặc dù vậy khi
sử dụng polyme C525 để làm lắng chất thải rắn làm tăng lượng chất thải rắn lắng ở bể, qua đó sẽ tách được nhiều phân hơn so với việc không sử dụng polyme.
3.6. Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của mơ hình Chi phí đầu tư
Bảng 3.19. Chi phì xây dựng bể và nhà đặt thiết bị
Stt Hạng mục Số lƣợng Đơn vị Thành tiền (VNĐ) 1 Bể thu gom (V=27 m3) 01 Bể 150.000.000 2 Nhà điều hành (mái tôn, xây gạch) 01 nhà
3 Thiết bị tách rắn – lỏng 0 1 cái 520.000.000
4 Điện điều khiển, đường ống công nghệ 01 Hệ 60.000.000
Tổng 730,000,000
Chi phí vận hành
Bảng 3.20. Chi phì vận hành hệ thống trong 1 ngày
Stt Hạng mục Thành tiền (vnđ)
1 Chi phì điện chạy máy trên ngày 36.960
- Chi phì điện năng trong 1 giờ= (3,7 + 4)kW/h x 1.600 đ/kW=12.320 đ - 1 ngày hệ thống hoạt động 3 giờ
Chi phì điện chạy máy trên ngày = 3 x 12.320 = 36.960 đ
2 Chi phí hóa chất: 0,3 kg/ngày x 100.000 đ/kg 30.000 2 Chi phí nhân cơng trên ngày(1 triệu vnđ/tháng) 33.333 3 Khấu hao bể, nhà xưởng 150.000.000 ( 20 năm x365 ngày) 20.500 4 Khảo hao thiết bị 520.000.000 ( 5 năm x 365 ngày) 285.000
Lợi ích kinh tế và môi trường của việc sử dụng ứng dụng kỹ thuật tách rắn – lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi :
1 ngày hệ thống hoạt động, tách đƣợc trung bình 25 bao phân (40kg)
Giá bán 1 bao = 15.000 VND
Doanh thu đƣợc từ bán phân lợn trong 1 ngày
25 x 15.000 = 375.000 VND
- Giảm tải mạnh mẽ cho hệ thống tiếp sau
- Tạo ra nguồn phân hữu cơ có chất lượng tốt hơn, phân bón chuyển ra khỏi trại chăn ni khơng cịn mùi hơi thối. Lợi ìch thu được từ bán phân có thể bù đắp một phần kinh phí xử lý chất thải.
- Việc xử lý chất thải chăn nuôi đảm bảo vệ sinh tốt cho cơ thể lợn và môi trường chăn ni làm giảm bệnh dịch, tăng cường an tồn sinh học và nâng cao hiệu quả hoạt động kinh tế của các trang trại chăn nuôi.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Từ các kết quả thu được trong thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài có thể rút ra các kết luận chình như sau:
1. Các trang trại chăn nuôi lợn đang thải ra môi trường một lượng lớn phân, nước thải và khí thải vượt quá tiêu chuẩn do chưa được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường khá nặng nề. Nước thải hiện nay chủ yếu được xử lý qua hầm biogas và ao sinh học. Phân chỉ thu gom một phần nhỏ, tái sử dụng được ít.
2. Polyme cation (C525) phù hợp cho quá trình keo tụ nước thải chăn nuôi lợn. Nồng độ tối ưu C525 từ 10 đến 16 mg/g TS, hiệu suất tách TS đạt 85%, COD đạt 75%, TN đạt 35% và TP đạt 80%.
3. Mơ hình ứng dụng kỹ thuật tách rắn – lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn, công suất 100 m3/ngày sử dụng kết hợp các biện pháp lắng cơ học, keo tụ bằng polyme và sử dụng máy ép trục vít nhằm tách riêng chất thải rắn ra khỏi nước thải chăn nuôi lợn tại một cơ sở trên địa bàn tỉnh Hà Nam.Hiệu suất tách chất rắn khi khơng sử dụng polyme trung bính đạt 50%, COD từ 50 đến 60%, TN đa ̣t từ 26 đến 42 %, TP từ 38 đến 48%. Khi sử du ̣ng polyme C525 làm chất trợ keo tụ, hiệu quả tách chất thải rắn ra khỏi bùn lắng đạt từ 58-60%, hiệu quả tách chất hữu cơ COD từ 70 đến 75%, TN đạt từ 39 đến 47 %, TP đạt 42 đến 52 %.
4. Việc sử dụng thiết bị tách rắn lỏng kết hợp với chất trợ keo tụ là polyme C525 đem lại hiệu quả trong việc tách loại chất rắn, các chất hữu cơ (COD) và nitơ, phốt pho trong nước thải chăn nuôi lợn, là bước tiền xử lý quan trọng giúp giảm tải cho hệ thống xử lý phía sau và thu hồi được phần chất thải rắn giàu dinh dưỡng phục vụ cho nông nghiệp.
KIẾN NGHỊ
1. Kết quả nghiên cứu là một hướng mới trong việc xử lý chất thải nói chung,
chất thải chăn ni lợn nói riêng ở Việt Nam.
2. Cần tiếp tục nghiên cứu xử lý nước thải và chất thải rắn để có thể đạt tiêu
chuẩn ngành, tái sử dụng nước cho trang trại và sản xuất phân bón hữu cơ.
3. Trong trường hợp áp dụng các kỹ thuật thu hồi sử dụng biogas cần cân nhắc
chi tiết về hiệu quả kinh tế-kỹ thuật vì tách lỏng rắn ngồi phát sinh chi phí máy sẽ giảm tiềm năng biogas có thể tới ~70%.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát (2010), Báo cáo: Chăn nuôi
Việt Nam và triển vọng 2010, PRISE Publications.
2. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2005), Khoa học và công nghệ nông nghiệp 20 năm đổi mới – chăn ni thú y, Nxb Chính trị quốc gia, Hà
Nội, tr.11-13.
3. Trương Thanh Cảnh và Nguyễn Kim Đường Canh, (1997), “Ảnh hưởng của các yếu tố trong khẩu phần đến con đường bài tiết Nito và thành phần hóa học của chất thải lợn”, Tạp chí Nơng Nghiệp và Cơng Nghiệp Thực Phẩm, 8 (422), 341-342.
4. Bộ Khoa học và Công nghệ (2012), Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng công
nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm môi trường kết hợp với tận dụng chất thải của các trang trại chăn ni lợn,chương trính
Khoa học và công nghệ trọng điểm cấp nhà nước, mã số KC08.04/11-15. 5. Nguyễn Thị Hoa Lý và Hồ Kim Hoa (2004), Môi trường và sức khỏe vật
nuôi, Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
6. V. Porphyre, Nguyễn Quế Côi (2006), Thâm canh chăn nuôi lợn – Quản lý chất thải và bảo vệ môi trường, PRISE Publications.
7. Viện Kỹ thuật nước và Công nghệ môi trường, (2009), Báo cáo khảo sát thuộc dự án JICA ngành chăn nuôi.
8. http://channuoivietnam.com/?wpdmact=process&did=MTgwOC5ob3RsaW5 r
Tiếng Anh
9. Barth, C., Powers, T., Rickman, J. (1999), Agricultural waste characteristics.
In: Agricultural waste management field handbook, USDA – Soil
conservation service, 4/1 – 4/24.
10. Bouwman, A.F., Booij, H. (1998), “Global use and trade of feedstuffs and consequences for the nitrogen cycle”, Nutr. Cycl. Agroecosyst 52 (2-3), 261- 297.
11. Bujoczek, G., Oleszkiewicz, J., Sparling, R.. Cenkowski, S., (2000), “High solid anaerobic digestion of chicken manure”, J. Agric. Engin. Res., 76, 51-
56.
12. Burns, R.T. and L.B. Moody. (2003), Development of a Standard Method for
Testing Mechanical Manure Solids Separators, Paper presentation no.
034131, 2003 ASAE Anunal International Meeting, Las Vegas, NV. July 27- 30, 2003.
13. CRPA (Centro Ricerche Produzioni Animali). (2001), Liquami zootecnici. Manuale per l’utilizzazione agronomica, Ed. L’Informatore Agrario.
14. Campos. E, Almirall. M, J. Mtnez-Almela, Flotats. X. (2002), Anaerobic digestion of solid fraction of pig slurry, Symposium on Anaerobic Digestion
of Solid Wastes. Munich, Sep. 2002.
15. Hjorth, M., K.V. Christensen, M.L. Christensen, S.G. Sommer. (2010), “Solid-liquied separation of animal slurry in theory and practice”, A review. Agron. Sustain, Dev. 30 (2010), 153-180.
16. Itodo, I.N., Awulu, J.O., (1999), “Effects of total solids concentrations of poultry, cattle and piggery waste slurries on biogas yield”, Transactions of the ASAE, 42 (6), 1853-1855.
17. Kunz, A., Miele, M., Steinmetz, R. L. R. (2009), “Advanced swine manure treatment and utilization in Brazil”, Bioresource Technol, 100, 5485-5489. 18. Landry, H., Laguë, C., Roberge, M. (2004), “Physical and rheological
19. María P.P-A, María C.L-C, Milagros A.B, María C.G-G. (2012), “Solids and nutrient removal from flushed swine manure using polyacrylamides”,
Journal of Environmental Management, 93, 67-70.
20. Mary Wicks and Harold Keener, (2014), Manure Processing Technologies,
The Ohio State University.
21. Martínez-Almela, J., Barrera Marzá, J., Martínez-Adsuara, V., (2001), “Tecnologìas sostenibles de SELCO MC”,Porci-Aula veterinaria, 65, 27-48. 22. Masse,L., Massé, D.I., Beaudette,V., Muir, M. (2005), “Size distribution and
composition of particles in raw and anaerobically digested swine manure”.
Trans. ASAE, 48, 1943-1949.
23. Meyer, D., Ristow, P.L., Lie, M., (2007), “Particle size and nutrient distribution”, Appl. Eng. Agric, 23 (1), 113-117.
24. Møller, H.B., Sommer, S.G., Ahring, B.K. (2002), “Separation efficiency and particle size distribution in relation to manure type and storage conditions”, Bioresource Technol, 85, 189-196.
25. Moller, H.B., J.D. Hansen, C.A.G. Swensen. (2007), “Nutrient recovery by solid-liquid separation and methane productivity of solids”, Transactions of
the ASABE, 50 (1): 193-200.
26. Regione Lombardia. (2011) Bollettino Ufficialen. 38. Serie Ordinaria,
Giovedì 22 settembre.
27. Sommer, S.G., Maahn, M., Poulsen, H.D., Hjorth, M., Sehested, J. (2008), “Interactions between phosphorus feeding strategies for pig an dairy cows and separation efficiency of slurry”, Environ. Technol, 29, 75-80.
28. Taiganides,E.P. (1992), Pig Waste Management and Recycling: The
Singapore Experience. Ottawa: International Development Research Centre. 29. Thygesen O., Johnsen T. (2012), “Manure-based energy generation and
fertilizer production: determination of calorific value and ash characteristics”, Bioresource Technol, 113, 176-172.
Phụ lục
Phụ lục 1: Bản vẽ thiết kế
Phụ lục 2: Một số hình ảnh của đề tài Phụ lục 3: Bài báo khoa học
Phụ lục 1
Phụ lục 2
(một số hình ảnh của đề tài)
Nước thải và bông cặn sau keo tụ
Phụ lục 3