1. Công trình, biện pháp thoát nước mưa, thu gom và xử lý nước thải (nếu có)
1.3. Xử lý nước thải
1.3.2. Nước thải chăn nuôi
Nước thải phát sinh từ chuồng trại chăn nuôi cùng với chất thải chăn nuôi được thu gom bằng hệ thống mương phân BTCT có kích thước D355mm ở 2 đầu chuồng, tổng chiều dài mương là 1.000m, sau đó nước phân tự chảy vào hố citi cạnh chuồng nuôi, sau đó sử dụng máy bơm chuyên dụng đưa hỗn hợp phân và nước thải sang máy ép phân, nước thải sau máy ép phân sẽđược đưa 02 bểbiogas để xửlý trước khi dẫn về hệ thống xửlý nước thải công suất 400m3/ngày.đêm.
Chi tiết quy Sơ đồ quy trình thu gom, xử lý nước thải và thông số của các công
trình xửlý nước thải của dựán được trình bày cụ thểdưới đây:
Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ HTXLNTTT công suất 400m3/ngày.đêm của trang trại.
Thuyết minh quy trình xử lý của HTXLNTTT:
a) Bể Biogas
Công nghệ biogas dựa nguyên lí hoạt động của vi sinh vật kỵkhí. Trong điều kiện không có oxi các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ biến thành năng lượng hoạt động và khí mê tan. Hỗn hợp khí CH4 (Metan), hidrosunfur (H2S), NOx, CO2,… tạo thành khí biogas. Trong bể Biogas diễn ra các giai đoạn như sau:
+ Giai đoạn thủy phân
Các chất hữu cơ như protein, lipid và carbohydrate được chuyển đổi và phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong nước, chẳng hạn như axit amin, axit béo và đường. Chúng có khảnăng tiết ra các enzym ngoại bào như cellulase, protease, lipase làm chất xúc tác để phân hủy chất hữu cơ.
Trong khi các hợp chất glucose phân hủy nhanh chóng, các hợp chất chứa nitơ và các hợp chất hữu cơ lớn thường phân hủy chậm hơn, đặc biệt là cellulose và lignocellulose. Do đó, nếu nồng độ chất rắn lơ lửng trong nước thải cao, quá trình thủy phân thường diễn ra chậm và bịảnh hưởng bởi các yếu tốnhư nhiệt độ, pH và nồng độ chất hữu cơ.
+ Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí)
Tại bề mặt xử lý nước thải, vi khuẩn lên men hấp thụ và chuyển hóa thành các axit hữu cơ, rượu, CO2 và H2O,… Để chuyển hóa các giai đoạn này, hầu hết các sản phẩm lên men phụ thuộc vào bản chất của các chất bẩn, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Các vi sinh vật xửlý nước thải tham gia vào quá trình xử lý có thể kểđến bao gồm Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Micrococcus, …
+ Quá trình axetat hóa
Trong quá trình lên men, vi khuẩn hình thành metan chỉ sử dụng trực tiếp axit acetate, và các chất khác phải mất thời gian để phân hủy thành nhiều hợp chất đơn giản hơn. Ởgiai đoạn này, các sản phẩm được tạo thành bao gồm hidro, CO2,… nhưng quá nhiều hydro sẽ cản trở và kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của nhóm vi sinh vật axetat hóa.
Do vi sinh vật thường rất nhạy cảm với sựthay đổi của môi trường nên chúng chỉ có thể tồn tại dưới áp suất hydro thấp trong bể kỵ khí. Từđó, quá trình phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng hydro của vi sinh vật. Quá trình tiêu thụ hydro chậm lại, chúng sẽ tích tụ nhiều hơn trong bể phản ứng, làm cho áp suất riêng của nó tăng lên khiến quá trình axetat giảm hiệu suất tối đa.
+ Giai đoạn metan hóa
Đây là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình kỵ khí và chỉ hiệu quả sau khi các chất trung gian được xửlý hoàn toàn. Đây là quá trình khí CH4được hình thành dựa trên hoạt động của 3 nhóm vi sinh vật chính là vi sinh metan sử dụng hydro, vi sinh metan
dùng axetat và vi sinh metan dùng methanol.
Cơ chế của giai đoạn này bao gồm việc vi sinh vật sử dụng hydro để khử CO2 và tạo ra khí CH4(30%) trong giai đoạn lên men. Các vi sinh vật phổ biến bao gồm các chi Methanospirillum, methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanococcus, methanomicrobium. Mặc dù hàm lượng CH4 không cao nhưng vai trò của vi sinh vật là duy trì áp suất riêng phần của hydro trong quá trình xửlý nước thải đểduy trì điểm mạnh đặc trưng của quá trình axetat.
Vi sinh vật sử dụng axit axetic cho quá trình metan hóa: vi sinh vật chuyển axit axetat thành CH4, CO2 và giải phóng và khử CH4 bởi nhóm vi sinh vật dinh dưỡng Hydrogenotrophic. Vi sinh vật sử dụng methanol: Các vi sinh vật phân hủy các hợp chất metyl thành CH4. Nhưng lượng khí CH4sinh ra trong quá trình này là không đáng kể.
Nước thải bể bể Biogas sẽ tiếp tục chảy sang bểđiều hòa đểđiều hòa lưu lượng và nồng độổn định.
b) Bểđiều hoà
Có vai trò điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Bể điều hòa đặc biệt quan trọng vì từng thời điểm khác nhau thì sẽ xuất hiện lưu lượng khác nhau có biên độ dao động biến động rất lớn trong khi hệ thống xửlý nước thải xửlý được một lưu lượng nhất định. Bểđiều hòa đảm bảo cung cấp đều các chất cho vi sinh, tránh hiện tượng quá tải của bể Hiếu khí, hệ thống khử trùng, chất lượng nước thải đầu ra được ổn định.
Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lưu lượng là:
- Quá trình xử lý sinh học được nâng cao do không bị hoặc giảm đến mức thấp nhất “shock” tải trọng, các chất ảnh hưởng đến quá trình xử lý có thểđược pha loãng.
- Chất lượng nước thải sau xửlý được cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định.
Nước thải sau đó được tiếp tục xử lý thiếu khí – sinh học hiếu khí.
c) Xử lý thiếu khí – sinh học hiếu khí
Sau khi được điều hòa ổn định, nước thải được bơm qua cụm bể xử lý sinh học.
Các bể sinh học được phối hợp nhằm loại bỏ các chất hữu cơ (BOD, COD), nitrát hóa (phản ứng chuyển NH4+ thành NO3-) và khử nitrát (chuyển NO3- thành khí N2). Các bể sinh học này được thiết kế và vận hành ở02 điều kiện môi trường khác nhau: thiếu khí (thiếu oxy) và hiếu khí (giàu oxy), trong đó bể thiếu khí được đặt trước bể hiếu khí (hay còn lại gọi là thiếu khí trước).
Hình 3.6. Cơ chế nitrat hóa và khử nitrat
Bể hiếu khí có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ (BOD,COD) và nitrate hóa, bể thiếu khí có nhiệm vụ khửnitrate. Để thực hiện việc khử nitrate, hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể lắng và nước thải ở cuối bể sinh học hiếu khí (có chứa nhiều nitrate) sẽđược bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí.
Hình 3.7. Quy trình thải bỏ nitơ và BOD trong công nghệ
Bể thiếu khí Anoxic được trang bị hệ thống đảo trộn bằng cơ khí (máy khuấy chìm) nhằm đảo trộn bùn và nước thải, kích thích quá trình phản ứng khử nitrate.
Cơ chế xử lý:
Bể sinh học hiếu khí dính bám được thiết kế nhằm loại bỏ các chất hữu cơ (phần lớn ở dạng hòa tan) trong điều kiện hiếu khí (giàu oxy). Các vi sinh hiếu khí sử dụng oxy sẽ tiến hành phân hủy các chất hữu cơ tạo khí CO2giúp quá trình sinh trưởng, phát triển và tạo năng lượng. Phương trình phản ứng tổng quát cho quá trình phản ứng này được diễn tảnhư sau:
Chất hữu cơ + O2 → CO2 + tế bào mới + năng lượng + H2O
Ngoài việc chuyển hóa các chất hữu cơ thành CO2 và H2O, các vi sinh hiếu khí này cũng giúp chuyển hóa Nitơ Amon thành Nitrate (NO3-) nhờ vi khuẩn có tên là vi khuẩn Nitrát hóa (Nitrifyinng micro-organisms). Phương trình phản ứng diễn tả quá trình này được trình bày ởdưới:
Nitrát hóa: NH4+ + 2O2 + 2HCO3-→ NO3- + 2CO2 (khí) + 3H2O (1)
Nitrate sinh ra ở bể hiếu khí được bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí phía trước nhằm tiến hành quá trình khử NO3-theo phương trình phản ứng sau:
Khử NO3- : Chất hữu cơ + NO3-→ N2 (khí) + CO2 (khí) + H2O + OH- (2) Chất hữu cơ cấp cho phản ứng (2) có sẵn trong dòng vào của nước thải
Hình 3.8. Quá trình chuyển hóa chất ô nhiễm bởi vi sinh vật hiếu khí
Oxy được cấp vào bể hiếu khí nhờ hệ thống máy thổi khí, ống khí và đĩa phân phối khí được bốtrí đều dưới đáy bể.
Hình 3.9. Máy thổi khí và hệ thống phân phối khí
Ngoài ra, nhằm duy trì lượng bùn lớn trong bể và giảm lượng bùn thừa sinh ra, bể hiếu khí sẽđược bổ sung thêm các vật liệu đệm sinh học MBBR. Các vật liệu này là môi trường cho các vi sinh vật sinh bám để phân hủy các chất hữu cơ.
Hình 3.10. Vật liệu đệm vi sinh dạng cầu
Các vật liệu này giúp tăng hàm lượng vi sinh bên trong bể cao hơn so với công nghệ xử lý sinh học cổđiển (3000 – 5000 mg/l) giúp tăng cường khả năng chịu “sốc”
tải trọng của bể khi chất lượng nước thải thay đổi đột ngột đồng thời cũng giúp giảm lượng bùn thừa sinh ra trong quá trình xử lý do phần lớn bùn đã dính bám trên bề mặt vật liệu bên trong bể.
Đểđảm bảo hiệu quả của quá trình xử lý. Nồng độ oxy hòa tan của nước thải trong bể hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2 mg/l bằng cách bố trí hệ thống phân phối khí đều khắp mặt đáy bể.
Ưu điểm của việc xử lý sinh học hiếu khí vật liệu đệm MBBR:
- Tăng khảnăng tiếp xúc của vi sinh vật (VSV) với nước thải .
- Hàm lượng MLSS bể cao (3000 – 5000 mg/l) hiệu quả cao, chiếm ít diện tích.
- Lượng bùn sinh ra ít tiết kiệm chi phí xử lý bùn, chi phí vận hành.
Nước thải sau khi xử lý ở bể thiếu khí và bể hiếu khí MBBR sẽđược dẫn sang bể lắng sinh học.
d) Bể lắng sinh học
Nhiệm vụ chính là lắng các bông bùn vi sinh từ quá trình sinh học và tách các bông bùn này ra khỏi nước thải.
Nước thải từ bể sinh học hiếu khí được dẫn vào ống trung tâm nhằm phân phối đều trên toàn bộ mặt diện tích ngang ởđáy bể.
Ống trung tâm được thiết kế sao cho nước khi ra khỏi ống và đi lên với vận tốc chậm nhất (trong trạng thái tĩnh), khi đó các bông bùn hình thành có tỉ trọng đủ lớn thắng được vận tốc dòng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy bể lắng.
Bùn dư lắng ởđáy bể lắng được cần gạt bùn tập trung về giữa đáy bểvà được dẫn qua bể thu bùn sinh học.
Tại bể thu bùn sinh học bùn sẽ được bơm tuần hoàn về các bể sinh học thiếu khí và hiếu khí. Lượng bùn dư còn lại sẽđược phơi và đóng bao.
Tiếp theo nước thải được dẫn sang bểtrung gian để lưu giữnước tại thời đểbơm lên bể xử lý hóa lý.
e) Bể hoá lý 1, 2, bể trộn và bể hoá lý 3, 4
Nước thải từ bểtrung gian được bơm qua bểhoá lý 1, 2 đồng thời, hóa chất keo tụ (PAC) cũng được châm vào bể và chạy qua bể trộn
Tại bể trộn, motor cánh khuấy quay với tốc độ 45-50v/phút nhằm tạo ra dòng chảy xoáy rối khuấy trộn hoàn toàn hóa chất với dòng nước thải để cho quá trình phản ứng xảy ra nhanh hơn.
Lượng hóa chất PAC được châm vào bể sẽ được tính toán thông qua thí nghiệm Jartest để chọn ra nồng độ hóa chất phù hợp nhất đối với tính chất đặc thù của mỗi trang trại chăn nuôi.
Sau đó, nước thải sẽ tiếp tục tự chảy qua bểhoá lý 3, 4 (Đồng thời hóa chất trợ keo tụcũng được châm vào bể).
Nước thải từ bể trộn sẽđược chảy tràn sang bể hoá lý 3,4 nhằm sử dụng hóa chất trợ keo tụ(Polyme) đểgia tăng khảnăng kết dính của bông cặn.
Sử dụng cánh khuấy khuấy trộn với tốc độđể hòa trộn hóa chất tạo bông với dòng nước thải.
Motor khuấy chậm 15v/phút giúp cho trình hòa trộn giữa hóa chất với nước thải được hoàn toàn nhưng không phá vỡ sự kết dính giữa các bông cặn.
Nhờ có chất trợ keo tụ mà các bông cặn hình thành kết dính với nhau tạo thành những bông cặn lớn hơn có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước nhiều lần nên rất dễ lắng xuống đáy bể khi lắng và tách ra khỏi dòng nước thải.
Nước thải từ bể tạo bông tiếp tục tự chảy qua bể lắng hóa lý.
f) Bể lắng hoá lý
Quá trình keo tụ sẽlàm phát sinh và gia tăng liên tục lượng bùn. Do đó, bể lắng hoá lý được thiết kếđểthu gom lượng bùn này.
Bể lắng bùn được thiết kếđặc biệt tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bểvà được gom vào tâm nhờ hệ thống thu gom bùn lắp đặt dưới đáy bể.
Bùn sau khi lắng được đưa về bể chứa bùn. Phần nước trong sau lắng được thu hồi lại bằng hệ thống máng thu nước răng cưa được hố trí trên bề mặt bể và tiếp tục được dẫn sang hệ thống xử lý sinh học.
Bùn lắng 1 sẽđược bơm định kỳ sang bể chứa bùn đểổn định trước khi bơm sang hố thu và tiến hành ép bùn. Bùn này chứa nồng độ chất rắn cao (2-3%); vì vậy nó có thể được bơm trực tiếp sang bể chứa bùn mà không cần thiết phải nén.
Nước thải sau bể lắng hóa lý tiếp tục tự chảy qua bể lắng lamen.
g) Bể lắng lamen:
Được sử dụng để loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước nhờ trong lực. Mỗi ống hoặc các tấm lắng có chức năng như một bể lắng thu nhỏ bằng việc tăng diện tích lắng thông qua các ống lắng lamen đặt trong bể. Nước thải sau khi qua bể lắng hóa lý sẽ di chuyển từ dưới lên trên thông qua các tấm lamen có độnghiêng 60o đặt trong bể. Trong quá
trình di chuyển, các hạt sẽ va chạm vào nhau và bám vào bề mặt tấm lamen. Khi các bông lắng kết dính với nhau trên bề mặt tấm lắng đủ nặng và thắng được lực đẩy của dòng nước đang di chuyển lên thì bông kết tủa sẽtrượt xuống theo chiều ngược lại và rơi xuống đáy bể lắng, các bông cặn này sẽđược hút ngược về bể biogas để xử lý tiếp tục
- Thông số chi tiết:
Kích thước bể lắng: D×R×C: 6×3,5×4m
Vật liệu chế tạo: nhựa PVC nguyên sinh, thành phần cao, khử tĩnh điện, chống UV, chống lão hóa.
Ống lắng hình vuông nghiêng 60°, đan chéo 2 hoặc 1 chiều. Các thông số của tấm lắng như sau:
Bảng 3.4. Thông số của tấm lắng STT Mã sản
phẩm Kích thước
ống lắng (a*b) Dài (L) Cao (H) Rộng (B) Độ dày (T)
Tải trọng bề mặt
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (m3/m2.h)
1 LMA01 -
40*1000 40*40 2000 1000 500 0.5-01 6.5-7.5
2 LMA02 -
54*1000 54*54 2000 1000 500 0.5-01 4.5-5.5
3 LMA03 -
40*870 40*40 2000 870 500 0.5-01 5.5-6.5
4 LMA04 -
54*870 54*54 2000 870 500 0.5-01 4.0-5.0
5 LMA05 -
40*650 40*40 2000 650 500 0.5-01 4.5-5.5
6 LMA06 -
54*650 54*54 2000 650 500 0.5-01 3.5-4.5
7 LMA07-
54*500 54*54 2000 500 500 0.5-01 3.0-3.5
h) Bể lắng, bể khử trùng và bể xả thải
Bể khử trùng có chức năng chứa nước tạm thời và khuếch tán hóa chất khử trùng vào nước thải để tiêu diệt vi sinh vật.
Hình 3.11. Khử trùng bằng gốc Cl-
NaOCl là chất khửtrùng được sử dụng phổ biến do hiệu quả diệt khuẩn cao và giá thành tương đối rẻ sẽ được sử dụng cho công trình này. Quá trình khửtrùng nước xảy ra qua 2 giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.
Nước thải sau khi qua bể khửtrùng đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia vềnước thải chăn nuôi heo QCVN 62:MT:2016/BTNMT, cột A.
Thông số kỹ thuật của HTXLNTTT 400m3/ng.đ của trang trại:
Bảng 3.5. Tổng hợp thông số kỹ thuật của HTXLNTTT TT Hạng
mục Thông số kỹ thuật
1 Bể
Biogas
- Sốlượng: 02 (bể)
- Lưu lượng theo ngày: Q = 400 (m3/ngày) - Thời gian lưu: T = 30 ngày
- Thể tích chứa nước: V = Qh × T = 16,6 × 720 = 12.000 m3 - Tổng chiều cao bể: H = 6,0m
- Kích thước bể: D × R = 63 × 33(đáy bé); 75 × 45(đáy lớn) (m) - Thể tích thực của bể: 16.362 m3
- Vật liệu: trải bạt HDPE
2 Bểđiều hòa
- Sốlượng: 01 (bể)
- Lưu lượng theo ngày: Q = 400 (m3/ngày) - Lưu lượng theo giờ: Qh = 16,6 (m3/giờ) - Thời gian lưu ( T ): T = 7h
- Thể tích chứa nước: V = Qh × T = 16,6 × 7 = 116,2 m3 - Tổng chiều cao bể: H = H1 + H2 = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 19,2 × 3,5 × 4,0 (m) - Thể tích thực của bể: 268,8 m3
- Thể tích chứa nước: 248,64 m3 - Vật liệu: BTCT
3 Bể thiếu khí
- Sốlượng: 06 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D×R×C = (10,8+10+9+13+14,3+9,7+12)×3,5×4 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 1103,2 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 965,3 m3 4
Bể hiếu khí - MBBR
- Sốlượng: 06 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D×R×C = (16,5×4bể +16,2×2bể)×3,5×4 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 1377,6 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 1205,4 m3
5 Bể lắng sinh học
- Sốlượng: 04 (bể)
- Kích thước: D×R×C = 10×3,5×4 × 3(bể) + 8,8×3,5×4 - Diện tích bề mặt lắng: S = 135,8 (m2)
- Q = 400 (m3/ngày) = 16,6 (m3/h)
- Tải trọng lắng bề mặt: V0 = Q/S = 400/135,8 = 2,95 (m3/m2/ngày) 6 Bể trung - Sốlượng: 01 (bể)
gian - Lưu lượng: Q = 400 (m3/ngày) = 16,6 (m3/h) - Thời gian lưu: T = 1 h
- Thể tích chứa nước: V = Qh × T = 16,6 × 1 = 16,6 m3 - Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 5 × 3,5 × 4,0 (m) - Thể tích thực của bể: 70 m3
- Thể tích chứa nước : 61,25 m3 7 Bể hóa lý
- Sốlượng: 04 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = (4,8+3+3+3)× 3,5× 4 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 193,2 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 169,1 m3
8 Bể trộn
- Sốlượng: 01 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 4× 3,5 × 4,0 (m) - Thể tích thực của bể: 56 m3
- Thể tích chứa nước: 49 m3
9 Bể lắng hóa lý
- Sốlượng: 04 (bể)
- Lưu lượng theo ngày: Q = 400 (m3/ngày) - Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 4 × 3,5 × 4,0 × 4bể (m) - Diện tích bề mặt lắng: 4 3,5 4bể= 56m2
- Tải trọng lắng bề mặt: 400:56= 7,1m3/m2/ngày - Tổng thể tích thực của 4 bể: 224 m3
- Thể tích chứa nước của 4 bể: 196 m3 10 Bể lắng
lamen
- Sốlượng: 01 (bể)
- Thể tích 125m3, D×R×C = 6×3,5×4m
11 Bể lắng
- Sốlượng: 01 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 4 × 3,5 × 4,0 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 56 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 49 m3 12 Bể khử
trùng
- Sốlượng: 01 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 4 × 3,5 × 4,0 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 56 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 49 m3 13 Bể xả thải
- Sốlượng: 01 (bể)
- Tổng chiều cao bể: H = 4,0m
- Kích thước bể: D × R × C = 4 × 3,5 × 4,0 (m) - Tổng thể tích thực của bể: 56 m3
- Tổng thể tích chứa nước: 49 m3
- Tại mỗi trại, chủ dựán đã xây dựng 01 nhà điều hành hệ thống xửlý nước thải tập trung diện tích 90m2 (15m×6m). Nhà điều hành được xây dựng bằng gạch, lợp mái tôn, sàn đổ bê tông chống thấm.