Việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận. Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như:
Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước.
Lưu lượng nước thải.
Các điều kiện của trại chăn nuôi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp sau :
Phương pháp cơ học.
Phương pháp hóa lý.
Phương pháp sinh học.
Trong các phương pháp trên ta chọn xử lý sinh học là phương pháp chính. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học, hóa lý.
a
a..PPhhưươơnnggpphhááppxxửửllýýccơơhhọọcc
Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, phân riêng. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình xử lý tiếp theo. Ngoài ra có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/L) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình xử lý phía sau.
Sau khi tách, nước thải được đưa sang các công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi ủ để làm phân bón.
b
b..PPhhưươơnnggpphhááppxxửửllýýhhóóaallýý
Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,… kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ.
Nguyên tắc của phương pháp này là: cho vào trong nước thải các hạt keo mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải (các hạt có nguồn gốc silic và chất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắt hidroxi được đưa vào mang điện tích dương). Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và dễ lắng hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi lợn 2/9: phương pháp keo tụ có thể tách được 80-90% hàm lượng chất lơ lửng có trong nước thải chăn nuôi lợn.
Ngoài keo tụ còn loại bỏ được P tồn tại ở dạng PO4 3-
do tạo thành kết tủa AlPO4 và FePO4.
Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi, tuy nhiên chi phí xử lý cao. Áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế.
Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên. Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao, cũng không hiệu quả về mặt kinh tế đối với các trại chăn nuôi.
c
c..PPhhưươơnnggpphhááppxxửửllýýssiinnhhhhọọcc
Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau. Và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý.
*
*PPhhưươơnnggpphhááppxxửửllýýhhiiếếuukkhhíí
Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn :
Oxy hóa các chất hữu cơ :
CxHyOz + O2 Enzyme
CO2 + H2O + H Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + O2 + NH3Enzyme
Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O - H
Phân hủy nội bào: C5H7O2N + O2 Enzyme
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
*
*PPhhưươơnnggpphhááppxxửửllýýkkỵỵkkhhíí
Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc có lượng O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ.
Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí :
- Thủy phân : Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo).
- Acid hóa : Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới.
- Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới.
- Methane hóa : Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí. Acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.
d
d..CCáácchhệệtthhốốnnggxxửửllýýttựựnnhhiiêênnbbằằnnggpphhưươơnnggpphhááppssiinnhhhhọọcc
* Hồ sinh học
Người ta có thể ứng dụng các quy trình tự nhiên trong các ao, hồ để xử lý nước thải. Trong các hồ, hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo. Các quá trình lý học, hóa học bao gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học … cũng diễn ra tại đây. Việc sử dụng ao hồ để xử lý nước thải có ưu điểm là ít tốn vốn đầu tư cho quá trình xây dựng, đơn giản trong vận hành và bảo trì. Tuy nhiên, do các cơ chế xử lý diễn ra với tốc độ tự nhiên (chậm) do đó đòi hỏi diện tích đất rất lớn. Hồ sinh học chỉ thích hợp với nước thải có mức độ ô nhiễm thấp. Hiệu quả xử lý phụ thuộc sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo và một số loài động vật khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Được sử dụng đối với chất thải ở dạng lỏng. Có thể kết hợp nuôi cá và dùng một số loại cây thủy sinh như bèo tây, rau muống…Các yếu tố này làm sạch nước thải chăn nuôi.
Nước thải từ các trại chăn nuôi chứa rất nhiều nitơ, phốt pho và những hợp chất vô cơ có thể hoà tan được. Rất khó tách những chất thải này khỏi nước bằng cách quét rửa hay lọc thông thường. Tuy nhiên một số loại cây thủy sinh như bèo lục bình, cỏ muỗi nước có thể xử lý nước thải, vừa ít tốn kinh phí lại thân thiện với môi trường.
- Cây muỗi nước (còn gọi cây cần tây nước) là loại bản địa của vùng Đông Nam Á, thân và lá của nó có thể ăn sống hoặc chín như một loại rau. Nó sinh sản theo cách phân chia rễ và sinh trưởng tốt trong môi trường nước nông cho tới 20cm.
- Cây bèo lục bình (bèo Nhật Bản) có nguồn gốc Nam Mỹ, sinh trưởng và phát triển nhanh, khoẻ và nổi trên mặt nước.
Nước thải từ các chuồng gia súc trước tiên cho chảy vào bể lắng, để chất thải rắn lắng xuống đáy. Sau vài ngày cho nước thải trong chảy vào bể mở có bèo lục bình hoặc cỏ muỗi nước. Mặt nước trong bể được cây che phủ (mật độ khoảng 400 cây/bể). Nếu là bèo lục bình, bể có thể làm sâu tuỳ ý, đối với cỏ muỗi nước thì để nước nông một chút, độ sâu bể xử lý khoảng 30cm. Cỏ muỗi nước cần thời tiết mát mẻ, còn bèo lục bình phù hợp với thời tiết ấm. Kích cỡ của bể tuỳ thuộc vào lượng nước thải cần được xử lý. Ví dụ, chất thải của 10 con gia súc vào khoảng 456 lít, sẽ cần bể mỗi cạnh 6m, sâu 0,5m. Bể phải có tổng khối lượng 18m3
và diện tích bề mặt 36m2. Bể có thể chứa nước thải chuồng nuôi khoảng 30 ngày. Nước thải được giữ trong bể xử lý 10 ngày. Thời gian này, lượng phốt pho trong nước giảm khoảng 57 - 58%, trong khi 44% lượng nitơ được loại bỏ BOD5 (là phương pháp xác định mức độ vật chất hữu cơ trong nước). Trong thời gian giảm xử lý 10 ngày, BOD5 giảm khoảng 80 - 90%. Những biện pháp xử lý nước thải theo cách này đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu. Nước thải ra sông hồ, suối một cách an toàn mà không cần xử lý thêm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ngoài ra, các cây thuỷ sinh này có thể thu hoạch và dùng làm phân hữu cơ. Bản thân chúng có thể trực tiếp làm phân xanh hoặc phân trộn.
Hệ hồ sinh học có thể phân loại như sau:
(1) Hồ hiếu khí (Aerobic Pond); (2)Hồ tùy nghi (Facultative Pond); (3) Hồ kỵ khí (Anaerobic Pond); (4) Hồ xử lý bổ sung.
e
e..ỨỨnnggddụụnnggtthhựựccvvậậttnnưướớccđđểểxxửửllýýnnưướớcctthhảảii
Thực vật nước thuộc loài thảo mộc, thân mềm. Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn. Vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật nước và đi lên lá. Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này cùng với chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối. Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan. Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hòa tan để thực vật có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất. Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật nước tạo ra hiện tượng giảm vật chất có trong nước. Vì vậy người ta ứng dụng thực vật nước để xử lý nước thải.
Vô cơ hóa Quang hợp
Các chất hữu cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối thực vật
Sinh khối vi sinh vật
f. Các biện pháp khác
Các biện khác như đốt (rác, vật nuôi chết), làm lạnh (khí thải), pha loãng để làm nước tưới, dùng hóa chất, men sinh học, dùng làm thức ăn cho các loại vật nuôi khác (nuôi trùn, …).
Đã có rất nhiều nghiên cứu, ứng dụng về xử lý ô nhiễm môi trường được thực hiện trên cả nước. Làm sao để các biện pháp giải quyết đến được tay người dân, phù hợp với điều kiện kinh tế của người dân nông thôn? Câu hỏi này đã được các nhà nghiên cứu khoa học giải quyết và đưa ra rất nhiều giải pháp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Zeolit:
Zeolit là loại vật liệu không gây độc đối với người và vật nuôi có ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp, chăn nuôi, bảo vệ môi trường... được nghiên cứu và sản xuất thành công bởi các chuyên gia bộ môn Hóa hữu cơ, Khoa Công nghệ Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Zeolite được sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn có ở Việt Nam. Nhờ cấu trúc của cao lanh bị phá vỡ hoàn toàn và tự chúng sắp xếp lại tạo thành lỗ rỗng, nên nó có khả năng hấp phụ các ion kim loại, amoni, chất hữu cơ độc hại lơ lửng trong nước và tự chìm xuống đáy. Khi cải tạo ao, đầm, người sản xuất có thể khai thác chúng để tái chế làm phân bón phục vụ cho việc trồng trọt.
Chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà vì khi được trộn vào thức ăn chế phẩm sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng.
+ Dung dịch điện hoạt hóa Anôlít:
Trong tình hình dịch cúm gia cầm H5N1 vẫn tiếp tục có khả năng tái bùng phát trở lại, đe dọa phát sinh thành dịch bệnh ở người, Viện Công nghệ Môi trường phối hợp với Trung tâm Chẩn đoán Thú y Trung ương, Cục Thú y, Trung tâm kiểm tra vệ sinh Thú y TW1, Viện Chăn nuôi quốc gia... đã nghiên cứu và khảo nghiệm thành công khả năng sử dụng dung dịch hoạt hóa điện hóa Anôlít làm chất khử trùng trong chăn nuôi.
Dung dịch hoạt hóa điện hóa Anôlít đã được áp dụng tại nhiều nước tiên tiến như một chất khử trùng hiệu quả cao và "thân thiện với môi trường". Dung dịch này có khả năng khử trùng nước sinh hoạt, bảo quản nông sản, chế biến thủy sản, sản xuất tôm giống, khử trùng trong các cơ sở y tế, chăn nuôi... Kết quả khảo sát khả năng khử trùng các dụng cụ chăn nuôi, giết mổ gia cầm như máng uống nước, bàn giết mổ, thớt và rổ đựng của dung dịch Anôlít, cho thấy hiệu lực khử trùng cũng giống như các chất khử trùng phổ biến khác,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
có hiệu lực khử khuẩn rất cao khi các dụng cụ này trước đó được rửa kỹ bằng xà phòng. Nhưng các chất khử trùng này lại tỏ ra ít hiệu quả khi phải xử lý các dụng cụ có nhiều chất béo trên bề mặt, nhất là khi bề mặt của vật đó không trơn láng.
Một khảo sát khác về khả năng khử trùng nước uống, cho thấy ở nồng độ Clo hoạt tính bằng 1,2mg/lít, Anôlít đã loại trừ hoàn toàn Coliform trong nước uống. Đối với nước thải chăn nuôi và nước thải giết mổ, ở nồng độ Clo hoạt tính 4,5 mg/lít, Anôlít làm giảm mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí xuống từ 4 - 5 bậc, trong khi Coliform bị vô hiệu hóa hoàn toàn.
Như vậy, cả trong 2 trường hợp khử trùng nước uống và nước thải, Anôlít đều thể hiện khả năng khử trùng tương đương Clorua vôi có cùng nồng độ, nhưng lại không làm cho nước bị nhiễm mùi clo như trong trường hợp xử lý bằng Clorua vôi.
Từ các kết quả trên, cho thấy Anôlít là dung dịch khử trùng chăn nuôi có hiệu lực khử vi sinh cao, đa tác dụng, thân thiện với môi trường và giá thành rẻ.
2.5. Khả năng và cơ chế xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng thực vật thủy sinh
Thực vật thủy sinh là các loài có lá, rễ, phần lớn chúng đều có bộ rễ rất lớn. Đây chính là bộ phận để hấp thụ chất hữu cơ và kim loại có trong nước.
Tất cả các loại chất thải trong hồ sẽ được bộ rễ của loài thực vật này truyền lên lá. Lá chứa chất vô cơ dư thừa, vì thế lá của chúng luôn có màu xanh rất đặc trưng và nước hồ thường trong vắt vì sự có mặt của các loài thực