Hiện nay, phương pháp xử lý nước thải chăn nuơi heo phổ biến và được chứng minh tính ưu việt của nĩ là bể biogas. Ngồi việc xử lý nước thải, cung cấp nguồn phân bĩn, bể biogas cịn cung cấp khí sinh học cho việc nấu nướng, chạy máy phát điện…. Tuy nhiên, do nước thải chăn nuơi heo cĩ tải lượng ơ nhiễm cao. Nên một cơng trình biogas chưa thể xử lý nước thải chăn nuơi về mức cho phép được. Trong điều kiện của các hộ gia đình, việc lựa chọn các phương pháp xử lý bổ sung địi hỏi phải cân nhắc các yếu tố sau:
- Chí phí đầu tư thấp - Chi phí vận hành thấp - Việc vận hành dễ dàng
Đĩ là cơ sở để đề tài đưa ra đề xuất các phương pháp phù hợp phía sau hầm biogas cho các hộ nuơi heo trên địa bàn tỉnh Bình Phước.
4.1.1. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ đề xuất cho các cơ sở chăn nuơi hộ gia đình đình
Hình 3.8. Dây chuyền cơng nghệ đơn giản phù hợp với cơ sở chăn nuơi hộ gia đình trên địa bàn tỉnh Bình Phƣớc
Bể kỵ khí giá thể
xơ dừa Ao sinh học
Chất thải vảo
Tưới cây lâu năm Biogas
4.1.2. Cơng trình đơn vị của dây chuyền cơng nghệ xử lý nƣớc đề xuất cho cơ sở chăn nuơi heo hộ gia đình
4.1.2.1. Bể Biogas
Lượng chất thải phát sinh và thể tích của bể biogas
Lượng chất thải phát sinh của heo giống, heo hậu bị
Đặt số lượng heo giống, heo dự bị trong một cơ sở chăn nuơi là: A (con) Nhu cầu sử dụng thức ăn của 01 con trong ngày: 2,5 kg/ngày
Lượng phân tạo ra của 01 con trong ngày: 0,3 x 2,5 = 0,75 kg/ngày ( bằng 30% lượng thức ăn sử dụng).
Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng trại của 01 con trong ngày: 40 lít
Lượng nước thải của 01 con tạo ra trong ngày: 0,8 x 40 = 32 lít/ngày (bằng 80% lượng nước thải sử dụng).
Tổng lượng phân tạo ra: 0,75*A (kg/ngày) = 0,75.A/1030 = 0.00073A (m3
/ ngày) (Khối lượng riêng của phân heo là 1030kg/m3)
Tổng lượng nước thải tạo ra: 0,032*A (m3
/ngày)
Tổng lƣợng chất thải tạo ra 01 ngày: 0,03273*A (m3
/ngày)
Lượng chất thải phát sinh của heo nái
Đặt số lượng heo naí trong một cơ sở chăn nuơi là: B (con) Nhu cầu sử dụng thức ăn của 01 con trong ngày: 5 kg/ngày
Lượng phân tạo ra của 01 con trong ngày: 0,3 x 5 = 1,5 kg/ngày (bằng 30% lượng thức ăn sử dụng).
Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng trại của 01 con trong ngày: 40 lít
Lượng nước thải của 01 con tạo ra trong ngày: 0,8 x 40 = 32 lít/ngày ( bằng 80% lượng nước thải sử dụng).
Tổng lượng phân tạo ra: 1,5*B (kg/ngày) =1,5.B/1030 = 0,00146.B (m3
/ ngày) (Khối lượng riêng của phân heo là 1030kg/m3)
Tổng lượng nước thải tạo ra: 0,032*B (m3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
/ngày)
Tổng lƣợng chất thải tạo ra 01 ngày: 0,03346*B (m3
/ngày)
Dung tích hữu ích của bể biogas
Thơng thường thời gian lưu trữ trong bể biogas từ 20 – 60 (ngày), ta chọn 20 (ngày) Thể tích chứa trong ngăn phân hủy của bể biogas:
Vnước = 20*(0,03273.A + 0,03346.B)= 0,65.A + 0,67.B (m3) Trong đĩ:
A: Số lượng heo giống, heo hậu bị
B: Số lượng heo nái
Thể tích chứa khí của bể biogas là 1/3 bể Thể tích ngăn phân hủy của bể biogas:
Vphân hủy = 3/2*(0,65.A + 0,67.B)= 0,975. A + 1.005.B (m3) Kiểm tra tải trọng thể tích:
phanhuy v V S Q L 0
Trong đĩ: Qv: lưu lượng nước thải vào bể mỗi ngày, m3
/ngđ S0: nồng độ COD đầu vào, mg/l
Bảng 4.1. Bảng tính thể tích bể biogas và kiểm tra tải trọng thể tích
STT hậu bị Heo Heo nái
Lƣu lƣợng chất thải (M3/ngày) Nồng độ COD đầu vào (mg/l) Thể tích chứa nƣớc biogas ( m3) Tải trọng khởi động (kgCOD/ m3.ngđ) Tải trọng sau 20 ngày (kgCOD/m3 .ngđ) 1 100 100 6,6 4300 132 0,21 4,3 2 500 500 33 4300 662 0,21 4,3 3 1000 0 33 4300 654 0.21 4,3 4 2000 2000 132 4300 2647 0.21 4,3 5 5000 2000 230 4300 4611 0,21 4,3 6 10000 0 327 4300 6546 0,21 4,3
Từ bảng tính tốn thể tích và kiểm tra tải trọng thể tích của bể biogas theo cơng thức đã được lập. Ta thấy tải trọng thể tích bể biogas nằm trong khoảng cho phép.
4.1.2.2. Bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa
Giá thể kỵ khí xơ dừa là loại giá thể rẻ tiền, cĩ nhiều ở nước ta. Đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu xử lýnhiều loại nước thải thành cơng dựa trên giá thể xơ dừa. Điều này cho thấy tính ứng dụng rộng rãi của giá thể xơ dừa trong việc xử lý nước thải cĩ nồng độ chất hữu cơ cao.
Trong điều kiện kinh phí của các hộ gia đình sử dụng giá thể xơ dừa để xử lý nước thải là điều hồn tồn cĩ thể áp dụng được, nhằm làm giảm nồng độ các chất ơ nhiễm của nước thải chăn nuơi heo sau bể biogas.
Hình 3.9. Giá thể xơ dừa
Dựa trên các cơng trình nghiên cứu của GS. Nguyễn Văn Phước ứng dụng giá thể xơ dừa trong việc xử lý nước thải cĩ nồng độ ơ nhiễm cao như nước thải dừa, nước thải tinh bột mì. Kết quả cho thấy giá thể xơ dừa cĩ thể xử lý nước thải cĩ nồng độ ơ nhiễm hữu cơ cao với hiệu xuất cao. Từ đĩ cho thấy, khả năng ứng dụng của giá thể xơ dừa trong các loại nước thải khác nhau.
Bể kỵ khí xơ dừa được thiết kế với các thơng số: - Thời gian lưu nước 24 giờ (15)
- Khối lượng giá thể xơ dừa 25g/l, tải trọng cho phép 3,75 kg/m3.ngđ
Thể tích hữu ích của bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa Vhữu ích = 0,03273.A + 0,03346.B (m3)
Trong đĩ:
A: Số lượng heo giống, heo hậu bị
B: Số lượng heo nái
Khối lượng giá thể xơ dừa cần
Trong đĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M: khối lượng giá thể xơ dừa
25: khối lượng giá thể xơ dừa trên 1 lít nước thải
Thể tích cần thiết của bể kỵ khí giá thể xơ dừa
Vhữu ích = ( 1 +0,25)*(0.03273.A + 0.03346.B) = 0,041*A + 0,042*B (m3) Trong đĩ:
A: Số lượng heo giống, heo hậu bị B: Số lượng heo nái
Bảng 4.2. Bảng tính thể tích bể kỵ khí giá thể xơ dừa và kiểm tra tải trọng thể tích STT Heo hậu bị Heo nái Lƣu lƣợng chất thải (M3/ngày) Nồng độ COD đầu vào ( mg/l) Thể tích bể kỵ khí xơ dừa ( m3) Tải trọng (kgCOD/m3.ngđ) 1 100 100 6,6 2500 8,3 2 2 500 500 33 2500 41,5 2 3 1000 0 33 2500 41 2 4 2000 2000 132 2500 166 2 5 5000 2000 230 2500 289 2 6 10000 0 327 2500 410 2
Kiểm tra tải trọng thể tích:
phanhuy v V S Q L 0
Trong đĩ: Qv: lưu lượng nước thải vào bể mỗi ngày, m3/ngđ S0: nồng độ COD đầu vào bể kỵ khí xơ dừa, mg/l
Tải trọng thể tích của kỵ khí xơ dừa từ 0,5 – 3,7 kgCOD/m3.ngđ
Từ bảng kiểm tra tải trọng thể tích của bể kỵ khí xơ dừa, tải trọng theo cơng thức tổng quát được lập để tính bể kỵ khí giá thể xơ dừa là 2 kgCOD/m3
.ngđ ( nằm trong giới hạn cho phép). (16)
4.2. Đề xuất sơ đồ xử lý nƣớc thải phù hợp cho các trang trại chăn nuơi heo cơng nghiệp
Tỉnh Bình Phước bắt buộc các trang trại nuơi heo quy mơ cơng nghiệp phải xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn mới được xả ra mơi trường. Tất cả các trang trại nuơi heo cơng nghiệp trên địa bàn tỉnh đều cĩ hầm chứa biogas và hồ sinh học. Tuy nhiên, nước thải sau hồ sinh học cịn cao gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. 30% trang trại đã đầu tư hệ thống xử lý phía sau bể biogas. Nhưng do điều kiện hạn chế về kinh phí và cơng nghệ nên hầu hết chưa đạt được yêu cầu. Do tình hình thực tế của địa phương, các cơng nghệ áp dụng tại đây phụ thuộc các yếu tố chủ yếu sau:
- Chi phí đầu tư khơng cao - Chi phí vận hành thấp
- Nước thải đầu ra đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải cơng nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT.
Dựa trên đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của các trang trại chăn nuơi heo quy mơ cơng nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước, nhận thấy:
- Hiệu quả xử lý của bể biogas chưa cao. Do đĩ, tốn kinh phí cho quá trình xây dựng và vận hành bể aerotank.
→ Cần cải thiện hiệu quả của bể biogas hoặc càn thêm vào dây chuyền cơng nghệ bể xử lý kỵ khí nhằm giảm tải lượng cho bể hiếu khí và giảm chi phí xây dựng ban đầu, chi phí vận hành.
- Hiệu quả xử lý nitrat, phot pho cịn thấp. Do bể aerotank khơng cĩ cơ chế hiệu quả để xử lý.
→ Cần lắp đặt thêm cơng trình cĩ khả năng xử lý nitrat hiệu quả.
Dựa trên những phân tích trên, đề tài đưa ra đề xuất sơ đồ dây chuyền cơng nghệ xử lý nước thải phù hợp cho các trang trại quy mơ cơng nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Phước như sau:
4.2.1. Sơ đồ cơng nghệ lựa chọn Nước thải Nước thải chăn nuơi Bể Biogas Bể điều hịa Chuỗi hồ sinh học Nguồn tiếp nhận Bể Aerotank Bể lắng Máy thổi khí Khí Bùn tuần hồn Bùn thải Bể Anoxic Nước tuần hồn Bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa
4.2.2. Thuyết minh sơ đồ dây chuyền cơng nghệ lựa chọn
Quá trình xử lý nước thải được trải qua 4 cơng đoạn như sau : - Xử lý sơ bộ
- Xử lý sinh học kỵ khí - Xử lý sinh học hiếu khí - Xử lý sinh học hồn thiện
Quá trình xử lý sơ bộ
Nước thải từ khu vực chuồng trại được chạy thẳng về bể Biogas. Tại đây, Nồng độ ơ nhiễm trong nước thải, chủ yếu là COD, BOD, TSS, Coliform được giảm đáng kế. Sau đĩ nước thải được dẫn qua bể điều hịa. Vì nước thải phát sinh hàng ngày của các trang trại chăn nuơi heo phát sinh tập trung chủ yếu vào sáng, trưa, chiều. Nên trong quy trình cơng nghệ cần cĩ bể điều hịa để điều hịa lưu lượng, tránh gây ra hiện tượng sốc tải cho các cơng trình xử lý phía sau. Tiếp theo nước thải được bơm qua bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa.
Quá trình xử lý kỵ khí
Do nước thải sau bể biogas cĩ hàm lượng các chất ơ nhiễm cao. Nên nước thải được bơm qua bể kỵ khí sơ dừa nhằm làm giảm bớt hàm lượng các chất ơ nhiễm trước khi vào các cơng trình hiếu khí phía sau. Tại đây, nước thải tiếp xúc với các vi sinh vật bám dính trên giá thể xơ dừa và bị phân giải. Từ đĩ, làm giảm nồng độ các chất ơ nhiễm. Sau đĩ, nước thải được chảy qua bể sinh học hiếu khí. (17) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí, thiếu khí
Do tính chất nước thải chăn nuơi heo cĩ hàm lượng N rất cao, trong quá trình xử lý sinh học thơng thường chỉ một phần N bị loại bỏ khi tham gia vào quá trình tạo tế bào vi sinh, vì vậy ngồi nhiệm vụ khử các chất bẩn hữu cơ dạng hydrocarbon ( COD, BOD), hệ thống cần phải xử lý N.
Quá trình xử lý N hữu cơ trong nước thải sẽ được tiến hành theo 2 giai đoạn :
Nitrification và De-Nitrification. Trong đĩ quá trình nitrification là quá trình oxy hố N hữu cơ thành NO3 theo quá trình phản ứng như sau :
NH4 +
+ 2O2 NO3 -
+ 2H+ +H2O
Đây là quá trình oxy hố hợp chất chứa N, trong điều kiện dư oxy. Kết quả là tồn bộ N hữu cơ trong nước thải sẽ được chuyển về dạng NO3, hàm lượng N tổng khơng thay đổi.
Trong khí đĩ, quá trình denitrification là quá trình khử N-NO3, chuyển thành N tự do theo quá trình phản ứng như sau :
NO3 -
NO2 -
NO N2O N2 (18)
Quá trình này xảy ra khi vi sinh vật oxy hố chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, khi này vi sinh khử N sẽ lấy oxy trong các oxýt nitơ để thực hiện quá trình phân huỷ chất hữu cơ. Kết quả là NO3 sẽ bị khử thành N2 tự do, và giải phĩng ra ngồi khơng khí, hàm lượng tổng N trong nước thải sẽ giảm.
Trong hệ thống xử lý sinh học cĩ các bể : bể anoxic, bể aerotank với nhiệm vụ như sau: Trong bể aerotank, sẽ xảy ra quá trình xử lý các chất bẩn hữu cơ trong nước thải nhờ các vi sinh lơ lửng – quá trình bùn hoạt tính và quá trình nitrification. Nhờ oxy cung cấp từ máy thổi khí và hệ thống phân phối khí, các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành CO2, H2O,… một phần được chuyển hố làm phát triển thành sinh khối – Biomass và oxy hố N hữu cơ thành NO3.
Bể anoxic - Quá trình de-nitrification: NO3 trong nước thải sinh ra từ quá trình Nitrification ở trong bể aerobic, được bơm về lại bể anoxic, cùng với bùn hoạt tính, và nước thải nạp vào, với điều kiện thiếu oxy (anoxic), vi sinh oxy hố chất hữu cơ trong nước thải bằng nguồn oxy từ NO3. Nhờ quá trình nitrification và denitrification ở trên, hàm lượng N trong nước thải giảm xuống mức cho phép. (19)
Nước thải sau đĩ được dẫn vào bể lắng 2. Từ đáy bể lắng 2, bùn sẽ được bơm một phần về bể anoxic, nhằm duy trì hàm lượng bùn khơng đổi trong bể này, tiếp tục được xử lý trong các hồ sinh học tùy nghi.
Quá trình xử lý inh học hồn thiện
Tiếp tục, nước thải được dẫn qua hệ thống các hồ sinh học tùy nghi. Tại đây, một phần chất ơ nhiễm cịn lại trong nước thải sẽ được phân hủy. Sau đĩ, nước thải đạt tiêu chuẩn thải Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc
gia về nước thải cơng nghiệp, loại B và được xả ra nguồn tiếp nhận.
4.2.3. Các cơng trình đơn vị trong quy trình cơng nghệ lựa chọn
4.2.3.1. Bể Biogas và bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa
Các thơng số tính tốn bể biogas và bể kỵ khí xơ dừa như sau:
Bể biogas
Thể tích ngăn phân hủy của bể biogas:
Vphân hủy = 3/2*(0,65.A + 0,67.B)= 0,975. A + 1.005.B (m3) Kiểm tra tải trọng thể tích:
phanhuy v V S Q L 0
Trong đĩ: Qv: lưu lượng nước thải vào bể mỗi ngày, m3/ngđ S0: nồng độ COD đầu vào, mg/l
Tải trọng thể tích của bể biogas từ 1 – 6 kgCOD/m3
.ngđ
Bể lọc kỵ khí giá thể xơ dừa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thể tích cần thiết của bể kỵ khí giá thể xơ dừa
Vhữu ích = ( 1 +0,25)*(0.03273.A + 0.03346.B) = 0,041*A + 0,042*B (m3)
Trong đĩ: A: Số lượng heo giống, heo hậu bị
4.2.3.2. Bể điều hịa
Bể điều hịa được thiết kế nhằm điều hịa lưu lượng cho các cơng trình phía sau Các thơng số thiết kế bể điều hịa:
- Thời gian lưu nước là 8 giờ - Hệ số điều hịa, K = 3
Chọn thời gian lưu nước bể điều hịa: t = 8h
4.2.3.3. Bể Anoxic
Bể anoxic được thiết kế với các thơng số sau: - Thời gian lưu nước trong bể anoxic từ 2 – 4 giở
-Tỷ số hồi lưu nước phụ thuộc vào nồng độ amoni đầu vào và yêu cầu về mức độ xử lý
Tỷ số hồi lưu nước về Anoxic: (20) 1 ) ( ) ( ) ( 3 4 4 e e o N NO N NH N NH R Trong đĩ: R: tỷ số tuần hồn nước; (NH4 N)0
: tổng Nitơ Amoni đầu vào bể Anoxic. (NH4 N)e
: tổng Nitơ Amoni đầu ra. (NO3N)e
: Nitơ Nitrat đầu ra.
4.2.3.4. Bể Aerotank
Bể aerotank được thiết kế với các thơng số sau:
Các yếu tố ảnh hưởng: +Tỷ số F/M:
) . / ( . 3 5 0 ngày m kgBOD X S M F
+Lượng oxy cần thiết:
) / ( 1000 ) ( 57 , 4 . 42 , 1 1000 ) .( 0 0 0 P N N kg ngày f S S Q OC x Trong đĩ:
Q = Lưu lượng nước thải ngày đêm (m3
/ngày) S0 = Nồng độ BOD5 đầu vào (mg/l)
S = Nồng độ BOD5 đầu ra (mg/l) N0: tổng hàm lượng Nitơ đầu vào