Tài liệu Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ***************** NGUYỄN QUẾ CHI XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường Hà nội - 2013 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Quế Chi Khóa luận tốt nghiệp 1 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ***************** NGUYỄN QUẾ CHI XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường Người hướng dẫn khoa học TS. PHAN ĐỖ HÙNG Hà nội - 2013 Nguyễn Quế Chi 2 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành tại phòng Công nghệ xử lý nước, Viện Công nghệ Môi trường,Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Đỗ Hùng người đã hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực tập tại phòng Công nghệ xử lý nước, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em cũng chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Hoá học, ĐHSP Hà Nội 2 cùng gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất, là nguồn động viên lớn cho em hoàn thành tốt khóa thực tập này. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi, đóng góp ý kiến thẳng thắn của các bạn học cùng khóa đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận của mình. Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2013 Sinh viên NGUYỄN QUẾ CHI Nguyễn Quế Chi 0 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan VK Vi khuẩn T-N Tổng Nitơ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TVTS Thực vật thủy sinh VSV Vi sinh vật UASB Upflow Anaerobic Sludge Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng Blanket lên COD vào/T – N vào C/N SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SS Suspended Solids Cặn lơ lửng pH Hydrogen ion concentration Nguyễn Quế Chi 1 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các loại trang trại phân theo vùng .................................................... 3 Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ......... 6 Bảng 1.3. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung . 7 Bảng 1.4: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas ......... 12 Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn ................................................. 29 Bảng 3.2. Chi tiết thiết bị thí nghiệm .............................................................. 30 Nguyễn Quế Chi 2 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CAC HÌNH Hình 1.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại ...................................................................................................... 8 Hình 2.3: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N ...................................................... 18 Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm hệ lọc sinh học........................................ 29 Hình 3.2: Hệ thống lọc sinh học trong thực tế ................................................ 30 Hình 3.3: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý COD................................................................................................................. 31 Hình 3.4: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý NH4+ ................................................................................................................ 33 Hình 3.5: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO2-.......................................................................................................... 34 Hình 3.6: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO3-.......................................................................................................... 35 Hình 3.7: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T-N .............................................................................................................. 36 Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD .................. 37 Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý T - N ................... 38 Nguyễn Quế Chi 3 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN .............. 3 1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam ......................................................... 3 1.1.1. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam .............................................. 4 1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam ............ 4 1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý ................... 5 1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ................................................... 5 1.2.2. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi...................................................... 7 1.3. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn ................................ 10 1.3.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học ........................................................... 10 1.3.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý ............................................................ 10 1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí ...... 11 1.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí. .. 14 1.3.5. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí - thiếu khí .......................................................................................... 16 1.4. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải bằng phương pháp sinh học ........................................................................................................... 18 1.4.1. Quá trình nitrat hoá .............................................................................. 18 1.4.2. Quá trình khử nitrat .............................................................................. 19 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................. 20 1.5.1. Trong nước ............................................................................................ 20 1.5.2. Ngoài nước ............................................................................................ 22 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 25 2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu ......................................................... 25 Nguyễn Quế Chi 4 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 25 2.1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 25 2.2.1. Phương pháp khảo sát hiện trường: ...................................................... 26 2.2.2. Phương pháp thực nghiệm: ................................................................... 26 2.2.3. Phương pháp phân tích .......................................................................... 26 2.2.4 Phương pháp tính toán ........................................................................... 27 2.2.5. Phương pháp thu thập số liệu ................................................................ 27 2.2.6. Phương pháp chuyên gia ....................................................................... 28 2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................ 29 3.1. Thực nghiệm ............................................................................................ 29 3.1.1. Đối tượng nước thải trong nghiên cứu .................................................. 29 3.1.2. Mô hình thiết bị thí nghiệm................................................................... 29 3.2. Các chế độ thí nghiệm .............................................................................. 31 3.3. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, N ...................................................................................................................... 31 3.3.1. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................. 31 3.3.2. Hiệu quả xử lý Nitơ ............................................................................... 32 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD, N ............................ 37 3.4.1. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................. 37 3.4.2. Hiệu quả xử lý T – N............................................................................. 37 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 40 Nguyễn Quế Chi 5 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Chăn nuôi ở nước ta là một trong hai lĩnh vực hàng đầu của ngành nông nghiệp (trồng trọt,chăn nuôi), gắn liền với cuộc sống của con người. Trong những năm gần đây với chủ trương mở cửa phát triển kinh tế của nước ta, ngành chăn nuôi đã đạt được rất nhiều tiến bộ cả về quy mô lẫn chất lượng và nhiều thành tựu không chỉ góp phần đáp ứng nhu cầu tiêu dùng thực phẩm hàng ngày mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay. Mô hình chăn nuôi trang trại tập trung quy mô vừa và nhỏ đang được nhân rộng và phát triển mạnh mẽ trên cả nước, đáp ứng phần lớn nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Theo thống kê của Cục chăn nuôi trong 5 năm vừa qua, chăn nuôi trang trại đã phát triển nhanh cả về số lượng và quy mô chăn nuôi. Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 – 2008 tăng trên 50%, 2009 – 2010 tăng 13,2%. Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất, nâng cao năng suất và chất lượng vật nuôi, ngành chăn nuôi chưa quan tâm đúng mức tới vấn đề môi trường gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và sự bền vững của chính ngành chăn nuôi. Theo báo cáo của Cục Chăn nuôi, hàng năm chăn nuôi thải ra 80 triệu tấn chất thải rắn, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất thải khí với định mức khoảng 30 lít nước/đầu lợn/ngày đêm, thì mỗi ngày cả nước sẽ có khoảng 834.000 m3 nước thải. Với lượng nước thải lớn như vậy nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh cho con người như bệnh hô hấp, tiêu hóa và ảnh hưởng đến môi trường xung Nguyễn Quế Chi 1 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp quanh. Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi sinh vật như NH3, CO2, CH4, H2S,... Các loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái. Nước thải chăn nuôi lợn là nước thải có độ ô nhiễm rất cao chứa đồng thời cả chất hữu cơ và nitơ thông thường được xử lý qua hầm Biogas, tiếp đến chuỗi hồ sinh học. Mặc dù nước thải đã được xử lý qua bể Biogas nhưng vẫn còn độ ô nhiễm cao về chất hữu cơ, N, P không đạt tiêu chuẩn thải. Những kỹ thuật xử lý tiếp theo đã áp dụng sau quá trình xử lý yếm khí chưa đạt được những điều kiện cơ bản để có thể xử lý triệt để chất hữu cơ và nitơ trong nước thải. Phương pháp lọc sinh học ngập nước được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, công nghệ thực phẩm do có nhiều ưu điểm như: hiệu quả xử lý cao, chất lượng nước ra ổn định, vận hành bảo trì dễ dàng, hiệu quả kinh tế cao. Từ những lí do đã trình bày ở trên thì em đã chọn đề tài: “Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học”. Với mục đích xử lý được đồng thời chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải chăn nuôi lợn nhằm đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi. Nguyễn Quế Chi 2 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam 1.1.1. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ nhanh, bình quân giai đoạn 2001 - 2006 đạt 8,9%. Riêng năm 2009, tuy tình hình kinh tế vẫn còn gặp nhiều khó khăn nhưng so với năm 2008 thì đàn lợn đạt 27,6 triệu con, tăng 3,47% (Thống kê năm 2009 - Cục chăn nuôi). Theo báo cáo của Cục chăn nuôi, năm 2011 ước tổng đàn lợn đạt 27,8 triệu con, tăng 1,6% so với cùng kỳ năm 2010. Bảng 1.1. Các loại trang trại phân theo vùng Chia theo loại trang trại Tổng số trang Trồng Chăn Lâm trại trọt nuôi nghiệp Cả nước 20065 8642 6202 51 Nuôi trồng thủy sản 4433 Đồng bằng sông Hồng 3506 39 2396 3 923 587 38 506 6 21 1747 756 512 38 258 Tây Nguyên 2528 2138 366 0 9 Đông Nam Bộ 5389 3434 1844 4 55 6308 2237 578 0 3167 Miền Trung du và miền núi phía Bắc Bắc Trung Bộ và duyên hải miền Trung Đồng bằng sông Cửu Long (Báo cáo sơ bộ kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và thủy sản, 2011) Nguyễn Quế Chi 3 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trung ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới. Hiện nay, số lượng trại chăn nuôi quy mô lớn ngày càng tăng. Tính đến giữa năm 2010 cả nước có 23,558 trang trại chăn nuôi (tăng 42% so với năm 2006). Quy mô đàn lợn tăng nhanh từ 26,85 triệu con năm 2006 lên 27,37 triệu con năm 2010. Định hướng phát triển đến năm 2020 cơ bản chuyển sang trang trại, công nghiệp. Hiện nay, việc quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi lại chưa được quan tâm đúng mức. Theo thống kê năm 2010 của Cục Chăn nuôi, cả nước có khoảng 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung. Trong đó, mới có khoảng 70% hộ chăn nuôi có chuồng trại. Tỷ lệ hộ có công trình khí sinh học (hầm Biogas) chỉ đạt 8,7% và tỷ lệ hộ có cam kết bảo vệ môi trường chỉ chiếm 0,6%. Về phía các trang trại chăn nuôi tập trung, mặc dù phần lớn đã có hệ thống xử lý chất thải nhưng hiệu quả xử lý chưa triệt để. Đặc biệt 37,2% hộ chăn nuôi thâm canh và 36,2% chăn nuôi thời vụ không có biện pháp xử lý chất thải. 1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam Diện tích đất nông nghiệp càng ngày càng có xu hướng giảm. Để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, biện pháp duy nhất là phát triển ngành chăn nuôi nhất là chăn nuôi lợn. Theo quyết định số 10/2008/QĐ – TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020 thì định hướng phát triển như sau: + Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương thức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu. Nguyễn Quế Chi 4 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp + Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%, trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%. + Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi. + Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại, công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường. + Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008 - 2010 đạt khoảng 8 - 9% năm, giai đoạn 2010 - 2015 đạt khoảng 6 - 7% năm và giai đoạn 2015 - 2020 đạt khoảng 5 - 6% năm. 1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý 1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh.Vì vậy cần phải xử lý nước thải chăn nuôi một cách hợp lý trước khi thải ra môi trường. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi [10]: Các chất hữu cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa. Trong nước thải chăn nuôi hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất hydratcacbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu cơ. Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, ure, amoni, muối clorua, SO42-… Nguyễn Quế Chi 5 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Tổng N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng tổng N trong nước thải chăn nuôi lợn 200 - 350 mg/l, trong đó N – NH4+ chiếm khoảng 80 - 90% Photpho từ 60 - 100 mg/l. Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn Ecoli, vi khu virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, đặc biệt là BOD, COD, nitơ, photpho và sinh vật gây bệnh. Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn được thể hiện trong bảng sau: Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn Thông số Nồng độ nước thải đầu vào Yêu cầu chất lượng Đơn vị nước đầu ra (QCVN 242009, cột A) pH 7,2 - 6–9 BOD5 2817 mg/l 30 COD 5210 mg/l 50 SS 615 mg/l 50 N tổng 206 mg/l 15 P tổng 37 mg/l 4 Coliform 5,8.109 MPN/100 ml 3000 (Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn – Viện Chăn nuôi, 2006). Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Nguyễn Quế Chi 6 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc trưng của nước thải chăn nuôi: Bảng 1.3. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung Chỉ tiêu Đơn Kiểm vị tra Trại Đan Phượn g TTNC Lợn Thụy Phương Trại lợn Tam Điệp Trại Cty Gia Nam Trại Hồng Điệp C 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83 BOD5 mg/L 1339,4 1080,70 882,3 783,4 1221,2 COD mg/L 3397,6 2224.5 1924,8 1251,6 2824.5 TDS mg/L 4812,8 4568.44 3949,56 4012,8 4720.4 P_tổng mg/L 99,4 80.2 69,4 57,4 85.6 N_tổng mg/L 332,8 280,1 250,9 204,8 275,4 0 pH TB±SD 7,02 ± 0,24 1061,40 ± 278 2324,60 ± 1073 4412,80 ± 400 78,40 ± 21 268,80 ± 64 (Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn – Viện Chăn nuôi, 2006) Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ...) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3/năm. 1.2.2. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi Ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi lợn được coi là một trong những nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo khảo sát của Nguyễn Quế Chi 7 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Viện Công nghệ môi trường tại các trang trại có các phương pháp xử lý nước thải phổ biến như sau: (1) Nước thải Nước thải, phân (2) Thải ra Ao nuôi cá,kênh mương Hồ kỵ khí có phủ bạt Ao sinh thái Thải Tách phân (3) Nước thải, phân Bể Biogas Thải ra kênh mương Tách phân Nước thải, phân (4) Bể Biogas Ao / hồ sinh học Thải ra kênh mương Tách phân (5) Nước thải, phân Ổn định kỵ khí Lọc sinh học hiếu khí,Aeroten Hồ thực vật thủy sinh Thải Hình 1.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại Nguyễn Quế Chi 8 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Ở nước ta hiện có 5 loại công nghệ điển hình được các trang trại áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi. Thứ nhất nước thải chăn nuôi được thải trực tiếp ra kênh mương làm ô nhiễm môi trường xung quanh một cách nghiêm trọng, trong số các trang trại chúng tôi khảo sát thì biện pháp thứ nhất này chiếm 8,3% trên tổng số trang trại khảo sát (2/24 trang trại). Thứ hai, nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hồ kỵ khí có phủ bạt sau đó qua hồ sinh thái rồi thải ra môi trường, có khoảng 8,3% trang trại sử dụng biện pháp này (2/24 trang trại). Thứ ba, nước thải chăn nuôi được xử lý qua hầm Biogas, sau đó được thải ra kênh mương, chiếm 50% số trang trại khảo sát (12/24 trang trại). Thứ tư, là nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hầm Biogas, sau đó được xử lý tiếp bằng ao/hồ sinh học, chiếm 25% số trang trại khảo sát (6/24 trang trại). Thứ năm, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc Aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải, chiếm 8,3% số trang trại khảo sát (2/24 trang trại). Theo kết quả khảo sát hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi cho thấy phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi phổ biến nhất hiện nay là sử dụng bể Biogas và thải ra kênh mương để xử lý nước thải chăn nuôi. Tuy nhiên nước thải ra không đạt tiêu chuẩn xả thải. Mặt khác, nguồn năng lượng thu được từ hầm Biogas hầu như chưa được sử dụng triệt để, có trang trại thải thẳng khí ra môi trường, có trang trại sử dụng vào mục đích đun nấu và thắp sáng, còn lại hầu như chưa sử dụng để chạy máy phát điện. Mặc dù hầu hết các trang trại đều đã có áp dụng một hoặc một vài phương pháp kết hợp để xử lý nước thải tuy nhiên chất lượng nước thải ra cũng chưa đạt tiêu chuẩn xả thải, kể cả một vài trang trại có hệ xử lý nước thải hoàn chỉnh hơn là đã áp dụng cả biện pháp hiếu khí vào trong quy trình Nguyễn Quế Chi 9 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp xử lý nước thải. Kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy, nước thải ra sau xử lý bằng hầm Biogas có độ ô nhiễm rất cao về COD, T-N, N-NH4+ gấp từ vài lần đến vài chục lần so với QC 40:2011/BTNMT. 1.3. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố như: - Lưu lượng nước thải - Các điều kiện của trại chăn nuôi - Tiêu chuẩn, quy chuẩn xả thải - Hiệu quả xử lý Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau: • Phương pháp xử lý cơ học. • Phương pháp xử lý hóa lý. • Phương pháp xử lý sinh học. Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các công trình xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học, hóa lý. 1.3.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học Phương pháp này, mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng... để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công trình phía sau. Sau khi tách nước thải, nước thải được đưa vào các công trình xử lý phía sau, còn chất rắn tách được có thể đem đi ủ để làm phân bón. 1.3.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý Mục đích của phương pháp này là: sau khi xử lý cơ học, nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn Nguyễn Quế Chi 10 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Nhưng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất kẹo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn... kết hợp với sử dụng polyme trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá trình keo tụ. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn nuôi lợn phương pháp cơ học và keo tụ có thể tách được 80 - 90% hàm lượng cặn trong nước thải chăn nuôi lợn. Tuy nhiên, phương pháp hóa lý này đòi hỏi chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp để loại cặn trong nước thải chăn nuôi, nhưng chi phí đầu tư và vận hành cao vì vậy, không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. 1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí a) Cơ sở lí thuyết của quá trình xử lý kỵ khí 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.Vào những năm 1970, 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: Biogas, hồ kỵ khí, UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc... Nguyễn Quế Chi 11 K35C - Hóa