Mô tả

Trong những năm gần đây, sự phát triển cực nhanh của ngành chăn nuôi tại Việt Nam, đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích về kinh tế mang lại thì ngành chăn nuôi đã và đang làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng rát lớn đến sức khỏe của cộng đồng dân cư và hệ sinh thái tự nhiên do nước thải từ các trang trại đưa vào nguồn tiếp nhận nhưng chưa qua xử lý hoặc chỉ xử lý bằng các biện pháp đơn lẻ, không hiệu quả, không đạt tiêu chuẩn xả thải.

Trong số đó, phải kể đến nguồn nước thải từ các trang trại chăn nuôi lợn với hàm lượng của các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất dinh dưỡng nitơ, phôtpho và vi sinh vật gây bệnh cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải cho phép. Trên thực tế, ở nước ta cho đến nay vấn đề xử lý nguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua. Do đó, việc xử lý một khối lượng lớn nước thải phát sinh từ ngành chăn nuôi gia súc là nhu cầu cấp thiết.

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như: phương pháp sinh học (công nghệ bùn hoạt tính, phân hủy yếm khí, thực vật thủy sinh); phương pháp hóa lý; phương pháp đất ngập nước; … đã được nghiên cứu, áp dụng. Các phương pháp này hoặc là gây tốn kém về chi phí hóa chất, hoặc là yêu cầu thời gian lưu nước dài (20 – 30 ngày) và sử dụng diện tích đất lớn. Ngoài ra, do nồng độ các thành phần nitơ và phôtpho trong nước thải chăn nuôi quá lớn, nên hầu như các phương pháp này vẫn chưa thể xử lý triệt để được các chất ô nhiễm này.

Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải  có tải trọng ô nhiễm cao trong chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua. Để tăng hiệu quả xử lý đối với các nguồn thải này, việc ứng dụng công nghệ sinh học (gọi tắt là công nghệ MBBR) đang được coi là giải pháp và hướng đi phù hợp hiện nay trên thế giới.

Đặc điểm của nước thải chăn nuôi.

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm:

1. nước tiểu.
2. nước rửa chuồng trại.
3. nước tắm vật nuôi.

Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi gia súc tăng cao dẫn đến tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm cũng tăng cao. Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi thì nguồn nước thải này ô nhiễm chủ đạo là các chất như: Hưu cơ, Nito, Photpho, Chất rắn lơ lửng, vi khuẩn…

 

Giới thiệu công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học.

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học hiện nay không còn xa lạ gì trong ngành xử lý nước thải tại nước ta. Tuy nhiên xử lý như nào để hiệu quả tốt nhất mà giá thành đầu tư hệ thống và chi phí vận hành hệ thống thấp nhất vẫn luôn là bài toán khó cho các chủ trang trại.

Trên thị trường hiện nay xuất hiện rất nhiều các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi, tuy nhiên các phương pháp này đa phần có chi phí vận hành và giá thành đầu tư ban đầu cao chính vì vậy các chủ trang trại không đủ kinh phí để xây dựng hệ thống xử lý nước thải.

Bể biogas.

Bể Biogas là bước đầu tiên được lựa chọn trong công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi, vì bể biogas có dung tích chứa lớn là một bước xử lý rất tốt các chất hữu cơ khó phân hủy. Thời gian lưu trong các bể biogas thường được tính bằng nhiều tháng, vì vậy với tác dụng của các loại vi sinh vậy kỵ khí chúng sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ khó phân hủy thành các chất dễ phân hủy để các đơn vị xử lý phía sau không phải chi phí lớn.

Trong xử lý nước thải chăn nuôi các bể biogas thường sử dụng 2 bể nối tiếp nhau để xử lý hiệu quả các chất gây ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi. Việc sử dụng hai bể biogas nối tiếp nhau làm tăng khả năng xử lý của hệ thống bởi khi sử dụng 1 bể biogas nhiều khi lượng nước thải mới chảy vào có thể nổi ngay lên trên mặt và chảy vào hệ thống xử lý, nếu hiện tượng này sảy ra sẽ làm cho hệ thống xử lý nước thải phía sau bị quá tải ngay lập tức, hàm lượng vi sinh vật khi dòng thải thay đổi đột ngột thường không thích nghi kịp dẫn đến vi sinh vật chết hàng loạt.

Hồ điều hòa.

Hồ điều hòa được sử dụng với dung tích lớn, bể này thường được để hở để có khả năng tiếp xúc với ô xy tuy không nhiều. Thông thường khả năng tiếp xúc ô xy của hồ điều hòa chỉ khoảng 80Cm tính từ mặt nước xuống. Những phần nước nằm phía dưới không được tiếp xúc với ô xy nơi này sẽ là một nơi chú ngụ và phát triển của các loại vi sinh vật kỵ khí.

Hồ điều hòa với chức năng loại bỏ các thành phần ô nhiễm lơ lửng chủ yếu. Trong nước thải chăn nuôi hàm lượng cặn lơ lửng rất lớn vì vậy nếu không có hồ điều hòa toàn bộ lượng cặn lơ lửng này sẽ đi vào hệ thống xử lý nước thải sẽ gây tắc nghẽn hệ thống vi sinh vật hoặc thời gian xả bùn sẽ rất nhanh.

Hồ điều hòa với ưu thế diện tích lớn có khả năng tiếp xúc với ô xy vì vậy trên bề mặt có thể nuôi trồng các loại cây như bèo tây hoặc các loại thực vật khác giúp xử lý một phần nào các chất gây ô nhiễm trong nước thải.

Từ những ưu điểm phía trên chúng ta có thể thấy hồ điều hòa là một đơn vị xử lý hết sức quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.

Bể điều hòa:

Nước từ hồ điều hòa sẽ được hệ thống máy bơm cấp vào hệ thống xử lý, trước khi đi vào bể điều hòa sẽ được đưa qua song chắn rác giúp loại bỏ các loại rác thô khỏi nước nguồn không ảnh hưởng đến các motor đặt chìm.

Bể điều hòa là đơn vị xử lý được đặt phía sau bể bẫy cát và song chắn rác, bể điều hòa có các chức năng chính sau:

1. Ổn định lưu lượng nước cấp vào một cách đột ngột gây quá tải.
2. Là đơn vị xử lý đầu tiên giúp chuyển hóa một phần COD thành BOD ( Tuy không nhiều ).
3. Hòa trộn đồng đều các chất gây ô nhiễm của các dòng thải khác nhau.

Để tránh những trường hợp nước cấp vào đột ngột gây quá tải cho hệ thống xử lý, bể điều hòa sẽ được thiết kế với dung tích đủ lớn ( Thời gian lưu từ 4 – 8h ) giúp lượng nước thải tràn về ồ ạt không gây quá tải cho hệ thống xử lý.

Ở bể điều hòa sẽ được lắp đặt hệ thống phân phối khí, các bạn lên lựa chọn đĩa phân phối khí thay cho các ống đục lỗ, vì lượng khí đi ra bằng các lõ đục sẽ rất thô, khả năng hòa tan ô xy vào nước rất thấp, chính vì vậy việc lựa chọn đĩa phân phối là một lựa chọn hiệu quả cho quá trình xử lý. Quá trình nước lưu trữ ở bể điều hòa được tính bằng nhiều giờ chính vì vậy ở đây sẽ được tập kết một lượng vi sinh vật hòa trộn trong bùn, tuy không cao nhưng cũng có khả năng xử lý được phần nào chất ô nhiễm để giảm tải cho các đơn vị xử lý phía sau.

Bể điều hòa với đặc thù là bể có khả năng chứa lớn, hàm lượng ô xy cung cấp nhiều giúp hòa trộn các dòng thải với nhau đồng đều để ổn định mức độ ô nhiễm trong dòng thải giúp hệ thống xử lý phía sau hoạt động ổn định hơn.

Bể vi sinh kỵ khí.

Bể vi sinh yếm khí là đơn vị xử lý được đặt phía sau bể điều hòa. Nước được máy bơm chìm ở bể điều hòa đưa lên bể vi sinh yếm khí với lưu lượng được tính toán.

Trong bể yếm khí, ở giai đoạn axit hóa, pH môi trường sẽ bị giảm do sự hình thành axit béo dễ bay hơi và các hợp chất trung gian có tính axit. Đồng thời, quá trình khử sulfate thành sulfur cũng như quá trình hình thành các muối carbonat và muối bicarbonat cao, nó làm cho độ kiềm trong nước thải đầu vào tăng, làm tăng khả năng đệm nên pH trong bể không thay đổi nhiều so với đầu vào.

Trong bể kỵ khí sẽ xảy ra quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hòa tan và các chất hữu cơ dạng keo có trong nước thải với sự tham gia của các hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển các vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển chúng thành các hợp chất ở dạng khí.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh vật kỵ khí qua phương trình sau:

• Chất hữu cơ + vi khuẩn kỵ khí ==> CO2 + H2S + CH4 + Các chất khác + Năng lượng.
• Chất hữu cơ + Vi khuẩn kỵ khí + năng lượng ==> C5H7O2N ( Tế bào vi khuẩn mởi ).

Quá trình phân hủy chất hữu cơ kỵ khí được chia làm 3 giai đoạn:

1. Các chất hữu cơ cao phân tử.
2. Tạo các acid.
3. Tạo thành khí Methane.

Đối với nước thải chăn nuôi ngoài quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chúng sẽ diễn ra quá trình nitrat hóa và photphorit để chuyển hóa thành N và P.

Quá tình Nitrat hòa được diễn ra như sau: No3- ==> NO2- ==> N2O ==> N2. Quá trình nitrat hóa sẽ chuyển thành khí nito.

Quá trình photphorit hóa: Các hợp chất hữu cơ có chứa photpho  sẽ được các vi khuẩn kỵ khí chuyển hòa thành các hợp chất mới không chứa photpho hoặc các hợp chất có chứa photpho nhưng ở dạng dễ phân hủy đối với vi sinh hiếu khí.

Bể sinh học hiếu khí.

Trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bể vi sinh hiếu khí là đơn vị xử lý đặt phía sau hệ thống bể yếm khí. Phương pháp vi sinh hiếu khí được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoặc vô cơ hòa tan trong nước thải như: H2S, NH3,NH4, Photpho,nito… dựa trên các tính chất hoạt động của các chủng loại vi sinh vật, các chủng vi sinh vật sẽ sử dụng các chất ô nhiễm làm thức ăn để phát triển.

Trong bể vi sinh hiếu khí sẽ được sử dụng các loại vật liệu mang vi sinh có diện tích bề mặt lớn mục địch là làm nơi cứ trú cho các vi sinh vật hoạt động. Trong các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi, vật liệu mang vi sinh là cực kỳ quan trọng, bởi chúng làm giảm diện tích xây dựng cho hệ thống xử lý cực lớn, mà chất lượng nước sau xử lý luôn đạt chuẩn.

==> Tìm hiểu vật liệu mang vi sinh tại: http://yeumoitruong.com.vn/san-pham/vat-lieu-mang-vi-sinh/

Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật được gọi là quá trình ô xy hóa sinh học. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan sẽ được phân tán nhỏ và đi vào các nhân tế bào vi sinh theo ba giai đoạn:

1. Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật.
2. Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trông và ngòai tế bào.
3. Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.

Tốc độ quá trình ô xy hóa sinh học phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải mới được cấp vào. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng ô xy trong nước thải, nhiệt độ, PH.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí gồm ba giải đoạn sau:

Ô xy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2 ==Enizyme==> CO2 + H2O + H.

Quá trình tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NO3 + O2 ==Enizyme==> CO2 + H2O + C5H7NO2 – H.

Quá trình phân hủy nội bào: C5H7NO2 +5O2 ==Enizyme==> 5CO2 + 2H2O + NH3 +- H.

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể sảy ra trong tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các hệ thống xử lý nhân tạo, người ta tạo ra môi trường lý tưởng nhất cho các vi sinh vật hoạt động.

Bể lắng.

Hiện nay trong công nghệ xử lý nước thải có rất nhiều các loại bể lắng khác nhau như:

1. Bể lắng đứng.
2. Bể lắng ngang.
3. Bể lắng li tâm.
4. Bể lắng lamenla

Trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi, nhằm tiết kiệm tối đa diện tích xây dựng hệ thống chính vì vậy việc lựa chọn bể lắng đứng là một trong các công nghệ được lựa chọn nhiều nhất. Bể lắng đứng hiện nay được ứng dụng phổ biến nhất bởi chúng có khả năng lắng cực tốt, công tác thu gom bùn dễ dàng, không tốn nhiều diện tích xây dựng. Bể lắng đứng thường được xây dựng bằng 2 dạng chính là bể tròn hoặc bể vuông. Trong hai loại thì bể lắng đứng hình tròn là được đánh giá cao hơn hẳn vì khả năng thu nước đồng đều và khả năng thu bùn cũng dễ dàng hơn. Bể lắng đứng được xây dựng với một chiều cao tối ưu từ 4 – 6m, dưới đáy được tạo góc côn thu nhằm thu gom lượng bùn lắng về một điểm dễ dàng hút bỏ.

Bể lắng đứng được thiết kế gồm 8 phần chính:

1. Phần đường ống thu gom nước: Đây là phần đường ống được thu gom sau hệ thống làm thoáng hoặc sau công đoạn trộn hóa chất. Đoạn đường ống này được tính toán phù hợp với lưu lượng dòng chảy, không được lớn quá vì lớn quá sẽ làm giảm sự va đập của các bông cặn khi đi qua ống, cũng không được quá nhỏ, vì nhỏ quá sẽ gây ra hiện tượng thoát không kịp làm tràn bể cấp vào. Khi tính toán đường cấp vào cần tính được lượng chênh lệch áp xuất giữa bể phản ứng và bể lắng để đưa ra thông số ống chính xác. VD: Khi tính toán đường ống phải lưu ý các thông số sau ( Lưu lượng chảy, áp xuất chênh lệch, hàm lượng cặn, nhiệt độ chất lỏng…)
2. Phần ống lắng trung tâm là một đường ống được dẫn từ trên thành bể xuống gần đáy bể lắng, tác dụng chính của ống lắng trung tâm là làm lượng nước cấp vào bắt buộc phải đi xuống đáy bể lắng. Đường ống lắng trung tâm còn có tác dụng ổn định dòng nước, không gây ra các đợt sóng lớn do lượng nước mới được cấp vào. Ống lắng trung tâm được tính toán dựa trên lưu lượng dòng chảy, nhưng nhìn chung ống lắng trung tâm sẽ bằng 15 – 25% diện tích bể. Ví dụ: Bể 1m2 sẽ sửu dụng ống D150 – 250mm. ( Chỉ là số liệu tham khảo theo kinh nghiệm, còn các bạn lên tính toán một cách cẩn thận).
3. Phần phân phối hay còn gọi là nón lắng. Là một thiết bị có đường kính lớn hơn ống lắng trung tâm, đặt cách ống lắng trung tâm khoảng 50 – 80Cm. Mục đích là để phân tán đều dòng nước ra toàn bộ diện tích bể. Nếu không có nón lắng, toàn bộ lực nước rơi tự do từ trên xuống sẽ đi thẳng xuống đáy bể và làm sới tung hết lượng bùn cặn đã lắng ở dưới đáy bể lên. Hiệu quả của bể lắng bị giảm đi đáng kể.
4. Phần lắng, hay còn gọi là phần diện tích lắng. Phần diện tích lắng được thiết kế với thời gian đủ lâu để các hạt bông cặn có khả năng chìm xuống đáy bể. Phần diện tích lắng được tính bằng giờ, tùy từng loại nước lên thời gian lắng sẽ khác nhau. Ví dụ: ( Nước có hóa chất thời gian lưu 4 – 6 giờ, Nước không hóa chất: 12 – 48h ) Hiện nay các hệ thống xử lý nước đều lựa chọn cung cấp hóa chất để giảm bớt giá thành và diện tích xây dựng bể lắng. Thời gian lắng đủ lâu lượng cặn chìm xuống đạt 95 – 98% lên nước sau lắng sẽ trong, chỉ còn lại 1 ít hạt cặn có kích thước rất nhỏ, tỉ trọng nhỏ bằng hoặc lớn hơn chút xíu sẽ đi theo dòng nước và chảy ra ngoài.
5. Phần thu bùn hay gọi là phần côn đáy: Côn đáy bể có tác dụng sử dụng trọng lực lớn của các hạt chìm xuống đáy bể, nếu không có phần côn đáy này lượng bùn chìm xuống đáy bể sẽ bị dàn chải, không tập trung vào 1 điểm chính vì vậy khả năng xả bỏ bùn thải là rất khó. Chính vì vậy tất các các loại bể lắng đều có phần côn đáy giúp lượng cặn sẽ đi về nơi có vùng thấp nhất để dễ dàng xả bỏ bùn cặn.
6. Phần xả bùn: là phần để loại bỏ bùn ra khỏi bể lắng, nếu không loại bỏ bùn khỏi bể lắng mỗi ngày ở đây sẽ tích tụ thêm 1 lượng bùn nhất định, theo thời gian sẽ đầy cả bể lắng và không còn hiệu suất lắng nữa. Phần xả bùn này có nhiều kiểu lấy bùn ra, nhưng phổ biến là sử dụng motor hoặc làm bể trên cao rồi xả tự do về bể chứa bùn.
7. Phần máng thu nước: Phần máng thu nước được đặt ở trên cùng cách thành bể khoảng 50Cm để tận dụng tối đa diện tích bể lắng. Máng thu nước được làm bằng BTCt rồi đánh thăng bằng, nếu có điều kiện các bạn có thể sử dụng các tấm Inox là máng răng cưa để thu nước, vì máng Inox có thể di động được, khi mực nước dâng lên cao, các bạn sẽ chỉnh cân bằng làm sao để lượng nước được thu đều vòng quanh bể lắng.
8. Phần thanh chắn bùn: Thanh chắn bùn có thể sử dụng các loại vật liệu như Inox, Thép, Nhựa để chế tạo thành các góc nghiêng nhằm ngăn lượng bùn nổi đi ra khỏi nước. Lượng bùn nổi sẽ bị thanh gạt bùn giữ lại nổi trên mặt bể lắng mà không đi theo dòng nước quấn ra ngoài.

 

Bể khử trùng.

Bể khử trùng là công đoạn cuối cùng trước khi xả thải ra ngoài môi trường. Như đã nói ở trên nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn các loại vi trùng và virut gây bệnh. Chính vì vậy trước khi xả ra môi trường nguồn nước thải chăn nuôi cần phải khử trùng để diệt các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thải.

Các phương pháp khử trùng thường sử dụng.

1. Khử trùng bằng clo.
2. Khử trùng bằng tia cực tím.
3. Khử trùng bằng Ozon.

Trong các loại khử trùng trên thì khử trùng bằng clo hoạt tính được sử dụng nhiều nhất vì chúng có khả năng đi sâu vào các tế bào rồi tiêu diệt chúng. Không giống như khử trùng bằng ozon và UV khử trùng bằng Clo luôn ổn định hơn hẳn các loại ở trên vì đền UV và Ozon sẽ bị giảm dần tác dụng theo thời gian còn Clo thì luôn được pha mới lên khả năng bị giảm dần tác dụng là không có.

Hiện nay có rất nhiều hệ thống sử dụng Clo kém tác dụng dẫn đến khả năng diệt khuẩn gần như cực kém, nhiều nơi hay sử dụng clo trung Quốc với độ hoạt tính thấp cho nên khả năng xử lý vi khuẩn trong nước thải chăn nuôi là rất thấp.