Mô tả

    Hệ thống xử lý nước thải trang trại bằng công nghệ sinh học do ADC Việt Nam cung cấp. Hiện nay Việt Nam đang là một quốc gia được rất nhiều các nhà  đâu tư ngoài nước và trong nước phát triển các trang trại chăn nuôi tập trung với quy mô lớn và vừa.

Việc đầu tư xây dựng các trang trại chăn nuôi sẽ giúp tạo được một lượng lớn công ăn việc làm cho người lao động. Tuy nhiên bên cạnh đó việc các trang trại mọc lên đồng nghĩa với việc phát sinh một lượng lớn chất thải của gia súc, gia cầm, việc này đã gây ra rất nhiều mặt tiêu cực cho môi trường xung quang trang trại, ngoài việc ô nhiễm về mùi ra thì nguồn phát sinh nước thải từ chăn nuôi vô cùng lớn, đã làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái khu vực lân cận trang trại.

Vì những lý do đó để tránh những tác động tiêu cực tới môi trường thì việc xây dựng các hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi áp dụng công nghệ tiên tiến sẽ giúp loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi, bảo vệ môi trường sống của chúng ta và trong tương lai.

1:Giới thiệu hệ thống xử lý nước thải trang trại

Bể tách cát trong hệ thống xử lý nước thải trang trại.

Toàn bộ lượng chất thải trong chăn nuôi sẽ được dẫn theo đường ống tập trung về bể tách cát. Bể này có chức năng lọc các loại cặn nặng có trong chất thải của trang trại. Lượng chất thải này sẽ được bơm vào máy ép phân giúp tách Riêng giữa phân và nước.

Bể tách cát thường xây dựng với khối lượng nhỏ, chỉ đủ để có thể lắng được các chất thải nặng, vì vậy bể này không cần phải xây dựng quá lớn.

Bể Biogas

Bể Biogas là đơn vị xử lý đầu tiên trong hệ thống xử lý nước thải, toàn bộ lượng nước thải sau bể tách cát sẽ được thu gom về bể Biogas.

Với dung tích chứa lớn nên lượng nước thải được tồn dư trong bể Biogas được tính bằng nhiều ngày, nên ở đây được phát triển các chủng vi sinh vật kỵ khí giúp chuyển hóa các chất thải hữu cơ thành các chất khác.

Hay hiểu nôm na đây là quá trình bẻ gãy các mạch hữu cơ cao phân tử, những vi khuẩn kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ từ những mảnh to thành các mảnh nhỏ hơn hoặc chuyển hóa chúng từ thể này sang thể khác.

Quá trình phát triển của vi sinh vật chúng sẽ lấy các chất dinh dưỡng có trong nước thải thành thức ăn và chuyển hóa chúng, sản phẩm sau chuyển hóa của vi sinh vật là lượng khí Methane.

Quá trình phân hủy trông bể Biogas

Trong bể Biogas 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.

Bể điều hòa

Nước thải sau bể Biogas sẽ được dẫn sang bể điều hòa, bể điều hòa có chức năng ổn định lưu lượng xử lý, trong những giờ hoạt động khác nhau của trang trại sẽ có những thời điểm sử dụng nhiều nước, Thời điểm sử dụng ít nước, vì lượng nước thải phát sinh không liên tục và không đồng đều nên bể điều hòa cần thiết kế với dung tích đủ lớn để ổn định được lưu lượng nước thải cần xử lý.

Trong bể điều hòa vì được thiết kế với dung tích chứa lớn nên sau một thời gian hoạt động nước thải sẽ phát sinh mùi hôi khó chịu, vì vậy dưới đáy bể điều hòa sẽ được lắp đặt hệ thống phân tán khí tinh giúp hòa trộn toàn bộ lượng nước thải với nhau, khi ô xy được cung cấp sẽ loại bỏ mùi khó chịu trong nước thải đi phần nào.

Nước thải chăn nuôi có đặc thù khác với các nguồn nước thải khác đó là chỉ có một nguồn nước thải duy nhất, nhưng hàm lượng ô nhiễm đầu vào có thể biến thiên chế độ thức ăn của vật nuôi.

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Trong bể vi sinh kỵ khí sẽ diễn ra quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ đây là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật
Chất hữu cơ ——————-> CH₄ + CO₂ + H₂ + NH₃ +H₂S + Tế bào mới

Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn.
– Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;
– Giai đoạn 2: Acid hóa;
– Giai đoạn 3: Acetate hóa;
– Giai đoạn 4: Methane hóa.

Các giai đoạn phân hủy

Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,… trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn.

Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo.

Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid.

Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat.

Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau:

– 4H2 + CO2 à CH4 + 2H2O
– 4HCOOH à CH4 + 3CO2 + 2H2O
– CH3COOH à CH4 + CO2
– 4CH3OH à 3CH4 + CO2 + 2H2O
– 4(CH3)3N + H2O à 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:

• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB);
• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process).

Cấu tạo bể kỵ khí UASB.

Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặc điểm chính sau:

– Cả ba quá trình, phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lấp đặt trong cùng một công trình;
– Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.

Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:

– Ít tiêu tốn năng lượng vận hành.
– Ít bùn dư, nên giảm chí phí xử lý bùn.
– Bùn sinh ra dễ tách nước.
– Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng.
– Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane.
– Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu.

Cách hoạt động bể UASB.

Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt.

Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h (nếu bùn ở dạng bùn hạt). pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6.

Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được.

Chú ý:

Cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2-3 giờ ở 350C so với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu).

Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa.

Quá trình xử lý vi sinh hiếu khí

Hệ thống xử lý nước thải trang trại

Bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật. Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các phương pháp phân huỷ sinh học có thể phân loại xử lý hiếu khí, kỵ khí hoặc tuỳ tiện.

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.

Quá trình xử lý.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:

• Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH
• Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH
• Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.

Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.
• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định.

Bể lắng đứng

Hệ thống xử lý nước thải trang trại

Nước thải chăn nuôi là nguồn nước thải vô cùng ô nhiễm vì vậy sử dụng phương pháp lắng đứng được coi là phương pháp hiệu quả cao và có độ ổn định về lâu dài.