Mô tả

Hiện nay Việt Nam đang phát triển rất nhiều các trang trại chăn nuôi lợn tập trung, như nuôi chăn nuôi lợn sữa, chăn nuôi lợn thịt, chăn nuôi lợn sinh sản… Tuy nhiên những trang trại này gần như chưa đầu tư được hệ thống xử lý nước thải do chi phí đầu tư hệ thống cao,  nguồn nước thải do chăn nuôi lợn tập trung có hàm lượng ô nhiễm cực cao như COD, BOD, N, P,NH4…và vi sinh vật gây ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường khu vực lân cận.

Bên cạnh những trang trại chăn nuôi lợn tập trung thì ngành chăn nuôi nhỏ lẻ ở Việt Nam trong những năm vừa qua đã phát triển với tốc độ cực nhanh, tuy nhiên ngành chăn nuôi phát triển một cách tự phát trong các hộ gia đình vì vậy không thể đáp ứng được những tiêu chuẩn về  kỹ thuật chuồng trại và kỹ thuật về chăn nuôi.  Vào năm 2017 khi Trung Quốc hạn chế nhập khẩu lợn từ nước ta đã dẫn đến tình trạng giá cả bị tụt rất nhanh, nhiều gia đình rơi vào cảnh nợ nần do chăn nuôi, vì lý do đó hiện nay các điểm chăn nuôi lợn tự phát của người dân cũng đã giảm đi đáng kể.

Nhìn chung nguồn nước thải chăn nuôi lợn gây ô nhiễm môi trường một cách cực kỳ nghiêm trọng. Nguồn nước thải chăn nuôi lợn không những ảnh hưởng đến môi trường mà nó còn là mầm mống bệnh tật ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi và còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh. Do vậy việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn có vai tròng rất quan trọng và cấp thiết đối với môi trường sống của chúng ta.

Đặc trưng nước thải chăn nuôi heo.

Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi heo

Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải rất đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và sinh vật gây bệnh. Nó phải được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường.

Các chất hữu cơ và vô cơ

Trong nước thải chăn nuôi những chất hữu cơ chưa được gia súc hấp thụ sẽ được bài tiết ra ngoài theo phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác. Thức ăn dư thừa cũng là một nguồn ô nhiễm hữu cơ.

Trong nước thải chăn nuôi, các hợp chất hữu cơ chiếm 70–80% gồm protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các dẫn xuất của chúng. Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, giàu Nitơ, photpho. Các chất vô cơ chiếm 20–30% gồm cát, đất, muối, ure…

Các hợp chất hóa học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy. Tùy điều kiện hiếm khí hay kị khí mà quá trình phân hủy tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehide, CO2, H2O, NH3, H2S.

Nếu quá trình phân hủy có mặt của ô xy sản phẩm tạo thành sẽ là CO2, H2O, NO2, NO3. Còn nếu quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện thiếu khí thì tạo thành các sản phẩm CH4, N2, NH3, H2S, Indol, Scatol,…Các chất khí sinh ra trong quá trình phân hủy kị khí và thiếu khí như NH3, H2S,…gây mùi hôi thối trong khu vực nuôi và ảnh hưởng xấu đến môi trường không khí.

Nito và Photpho

Khả năng hấp phụ Nito và Photpho của các loài gia súc và gia cầm rất kém, nên khi ăn các loại thức ăn có chứa Nito và Photpho cao thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N-tổng trong nước thải chăn nuôi 571 – 1026 mg/L, Photpho từ 39 – 94 mg/L.

Nito bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure nhanh chóng chuyển hóa thành NH3 theo phương trình sau:

(NH2)2CO + H2O → NH4 + OH− + CO2 ↔ NH3↑ + CO2 + H2O (Enzyme ureara)

Khi nước tiểu và phân bài tiết ra ngoài, vi sinh vật sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hóa ure thành NH3, NH3 phát tán vào không khí gây mùi hôi hoặc khuếch tán vào nước gây ô nhiễm nước. Nồng độ NH3 trong nước thải phụ thuộc vào:

• Lượng ure trong nước tiểu.
• pH của nước thải: khi pH tăng, NH4 + sẽ chuyển thành NH3. Ngược lại khi pH giảm, NH3 chuyển thành NH4 + . NH3 + H2O ↔ NH4 + + OH−
• Điều kiện lưu trữ nước thải

Hàm lượng N-NH3 trong nước thải sau khi ra biogas khá lớn khoảng 304 – 471mg/l, chiếm 75 – 85% N tổng. Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn N, P. Đây là nguyên nhân có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng cho các nguồn nước tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các sinh vật sống trong nước.

Vi sinh vật gây bệnh

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh. Do đó loại nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm đồng thời lây lan một số bệnh cho người nếu không được xử lý.

Trứng giun sán, vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt gây dịch bệnh cho người và gia súc. Đa số các vi sinh vật gây bệnh không phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong những ngày đầu sau đó chậm dần.

Hệ vi sinh vật trong nước thải chăn nuôi rất phức tạp trong đó chủ yếu là vi khuẩn gây thối, vi khuẩn phân hủy đường mỡ, E.coli, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nitrat hóa.

Giới thiệu những thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.

Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi là tập hợp của rất nhiều các thiết bị đi kèm để hình thành một hệ thống xử lý hoàn chỉnh, dưới đây là tổng hợp những thiết bị quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.

Các thiết bị chính bao gồm:

1. Hệ thống điện điều khiển
2. Vật liệu mang vi sinh.
3. Máy bơm nước.
4. Máy thổi khí đặt cạn hoặc đặt chìm.
5. Đĩa phân phối khí.

Hệ thống điện điều khiển.

Hệ thống điện điều khiển rất quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải. Hệ thống điện điều khiển như bộ não của con người chúng sẽ điều khiển tất các các thiết bị cho toàn bộ hệ thống xử lý. Vì vậy một hệ thống điều khiển thông minh sẽ đem lai cho hệ thống xử lý vận hành một cách tốt nhất.

Thông thường trong hệ thống xử lý nước thải sẽ gồm 2 các điều khiển:

1. Chế độ hoạt động bằng tay, sử dụng trong trường hợp kiểm tra các loại máy móc.
2. Chế độ hoạt động tự động nhờ vào các cảm biến để điều khiển hệ thống hoạt động.

Vật liệu mang vi sinh:

Nếu ví hệ thống điện điều khiển như bộ óc của chúng ta thì vật liệu mang vi sinh được ví như trái tim, toàn bộ hệ thống xử lý sẽ dựa vào loại vật liệu mang vi sinh mà chúng ta sử dụng.

Các loại vật liệu chủ đạo gồm:

• Cầu mang vi sinh ( diện tích cực nhỏ từ 200 – 250m2/m3 ) vì vậy ít được sử dụng nhưng có giá thành rẻ.
• Vật liệu mang vi sinh dạng xốp ( diện tích 3000 – 5000m2/m3 ) Vật liệu này rất tốt nhưng không phải đơn vị nào cũng có thể sử dụng loại vật liệu này.
• Vật liệu dạng tấm ( diện tịc 250 – 500m2/m3 ) ít sử dụng vì khó bảo trì do giống với cầu vi sinh.

Những loại vật liệu mang vi sinh có chất lượng cao thường có diện tích bề mặt rất lớn nhằm mục đích cung cấp diện tích tối đa cho các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển.

Máy bơm nước.

Máy bơm nước là khâu luân chuyển nước giữa các đơn vị xử lý, vì vậy cần lựa chọn các dòng máy bơm có chất lượng cao ít hỏng hóc.

Khi lựa chọn các loại máy bơm chìm lên cân nhắc một vài điểm:

1. Lưu lượng ( lưu lượng cần chạy đủ cho hệ thống xử lý, không lên lấy loại động cơ có lưu lượng quá lớn gây lãng phí ).
2. Cột áp ( Các loại máy bơm chìm thường có cột áp thấp, vì vậy nếu bể các bạn quá cao cần lựa chọn loại máy bơm có cột áp tương xứng ).
3. Điện áp ( lên lựa chọn dòng máy bơm có điện áp thấp nhất có thể để không gây tiêu tốn điện năng trong quá trình vận hành ).

Máy thổi khí.

Máy thổi khí là thiết bị rất quan trọng, chúng cung cấp lượng ô xy cho các vi sinh vật hoạt động nếu không đủ lượng khí sẽ gây lên hiện tượng chất lượng xử lý không đạt.

Các loại máy thổi khí.

Trên thị trường có rất nhiều loại máy thổi khí, tuy nhiên trong lĩnh vực xử lý nước thải được ứng dụng ba dòng máy thổi khí chính là:

1. Máy thổi khí đặt cạn dạng con sò. ( Khởi động trực tiếp )
2. Máy thổi khí đặt cạn  loại Root ( Khởi động gián tiếp qua dây curoa ).
3. Máy thổi khí đặt chìm.

Trong các loại máy thổi khí thì được sử dụng phổ biến nhất là máy thổi khí đặt cạn loại Root vì chúng có cột áp cao và lưu lượng khí ít bị biến động theo thời gian. Quan trọng hơn là loại máy thổi khí này hoạt động rất ổn định và bảo dưỡng đơn giản.

Đĩa phân phối khí.

Đĩa phân phối khí được sử dụng trong ngành xử lý nước thải, đĩa có hình cầu với rất nhiều lỗ nhỏ li ti sẽ phân phối các dòng khí thô thành các bọt khí mịn giúp khí hòa tan đồng đều vào trong nước, giúp độ ô xy trong nước tăng cao để thúc đẩy quá trình hoạt động của các vi sinh vật.

Những ứng dụng của đĩa phân phối khí:

 

1. Sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt nhằm cung cấp lượng ô xy đủ lớn để các vi sinh vật hoạt động.
2. Sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp dùng để hòa trộn nhiều dòng thải khác nhau.
3. Dùng trong các hồ nuôi thủy sản nhằm cung cấp khí làm tăng lượng ô xy hòa tan trong nước.
4. Dùng để đẩy các bông cặn có tính chất nhẹ trong các bể tuyển nổi.
5. Sử dụng trong các bể nuôi cá cảnh làm tăng lượng ô xy trong nước.
6. Sử dụng để pha chế các loại hóa chất.

Ưu điểm của đĩa phân phối khí.

1. So với các cách phân phối như đục lỗ ở các ống dẫn khí thì đĩa phân phối khí có khả năng khuêch tán khí đồng đều hơn, lượng bọt khí nhỏ li ti sẽ hòa tan vào trong nước tốt hơn.
2. Lưu lượng của đĩa được ổn định chính vì vậy đĩa có khả năng phân tán khí ở diện tích rộng hơn.
3. Lắp đặt đĩa phân phối khí đơn giản hơn.
4. Quá trình thay thế đĩa phân phối dẽ dàng.
5. Đĩa bền ít khi bị sự cố.

Sử dụng đĩa phân phối khí trong hệ thống xử lý nước thải:

Những hệ thống xử lý nước thải vào những thập niên về trước khi máy thổi khí chưa được ra đời, việc xử lý nước thải chỉ dựa vào các loại sinh vật trong tự nhiên, nhưng với sự phát triển của con người và các nhà máy, việc cần phải đầu tư một diện tích rất lớn để xử lý nước thải sẽ là bài toán cực kỳ nan giải. Chính vì lý do đó hàng loạt các phát minh về xử lý nước thải ra đời. Sử dụng kỹ năng thổi khí cưỡng bức là một bước tiến mới về kỹ thuật xử lý nước thải của thể kỷ trước. Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo.

Việc thổi khí cưỡng bức tuy đã giúp hệ thống xử lý nước thải thu nhỏ lại tương đối, tuy nhiên khi đĩa phân phối khí ra đời đã làm cho các hệ thống xử lý nước thải càng ngày càng được thu nhỏ lại, giúp tiết kiệm diện tích xây dựng cũng như chi phí cho chủ đầu tư.

Viện ứng dụng đĩa phân phối khí trong công nghệ xử lý nước thải đã làm tăng đáng kể khả năng xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải. Đĩa phân phối khí làm những hạt khí có đường kính rất to trở lên cực kỳ nhỏ, chính vì có lợi thế nhỏ như vậy lên lượng ô xy hòa tan vào trong nước thải rất cao, việc này đã tạo điều kiện cho các vi sinh vật hoạt động ổn định hơn, phát triển mạnh mẽ hơn.

Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo.

Việc xử lý nước thải chăn nuôi heo 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 :

1. Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước.
2. Lưu lượng nước thải.
3. Các điều kiện của trại chăn nuôi.
4. Hiệu quả xử lý.

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. Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo.

Phương pháp xử lý cơ học

Mục đích của phương pháp cơ học là tách các 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 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.

Phương pháp xử lý hóa lý

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… kết hợp với polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ. Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo.

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. 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. 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.

Phương pháp xử lý sinh học

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.

Phương pháp xử lý hiếu khí

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 :

1. Oxy hóa các chất hữu cơ.
2. Tổng hợp tế bào mới.
3. Phân hủy nội bào .

Phương pháp xử lý kỵ khí

Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí hoặc không 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.