Mô tả

   Xử lý nước thải chăn nuôi là việc làm vô cùng cần thiết, vì trong quá trình chăn nuôi tập trung sẽ thải ra một lượng nước thải vô cùng lớn. Lượng nước thải chăn nuôi heo, là một trong những nguồn gây ô nhiễm cực lớn. Bởi mức độ tập trung một lượng lớn cá thể, lượng nước thải thải ra hằng ngày rất nhiều và đậm đặc. Nếu không xử lý sẽ là một thảm họa đối với môi trường.

1: Tổng quan về ngành chăn nuôi heo. Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.

Ngành chăn nuôi heo, được coi là ngành quan trọng trong nông nghiệp, có vai trò để đảm bảo an ninh lương thực cho đất nước.

Trong thời gian, vừa qua ngành chăn nuôi heo của Việt Nam gặp không ít khó khăn do dịch bệnh, nên đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành chăn nuôi.

Tuy nhiên khi đến cuối năm 2019, sản lượng chăn nuôi suy giảm nghiêm trọng, giá thịt heo tăng cao giúp cho ngành chăn nuôi heo có một nguồn thu rất lớn.

2: Các nguồn thải của nước thải chăn nuôi heo.

Nguồn nước thải của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo phát sinh chủ yếu từ 3 nguồn chính:

1. Lượng nước rửa chuồng.
2. Lượng nước heo đi vệ sinh.
3. Lượng nước tắm cho heo.

Lượng nước rửa chuồng:

Lượng nước rửa chuồng được coi là nguồn xả thải rất lớn, tùy theo từng công nghệ chăn nuôi khác nhau sẽ có lượng nước thải phát sinh khác nhau.

Trung bình nguồn này sẽ chiếm khoảng 30% lưu lượng xả thải của trang trại. Tuy nhiên hàm lượng ô nhiễm của nguồn nước này không cao.

Lượng nước heo đi vệ sinh:

Hệ thống châm hóa chất 

Lượng nước heo đi vệ sinh được coi là nguồn gây ô nhiễm chủ đạo vì nguồn này có hàm lượng ô nhiễm cực cao.

Trong quá trình vệ sinh những chất đạm không được tiêu hóa hết sẽ lẫn vào trong phân và nước tiểu thải ra ngoài, vì vậy nguồn ô nhiễm chủ đạo của nước thải chăn nuôi heo đến từ nguồn này.

Lượng nước tắm cho heo:

Hồ lắng sinh học

Lượng nước tắm cho heo chiếm đến 40% lượng nước tiêu thụ của trang trại, nguồn nước này được sử dụng để cung cấp cho các bể tắm và được xả bỏ theo định kỳ, vì vậy nước thải này có hàm lượng ô nhiễm cao không kém phẩn nước thải heo đi vệ sinh.

3: Các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi heo.

Vận hành chạy thử hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi heo có sự đậm đặc khá cao do mật độ tập trung cao, cộng thêm quá trình chăn nuôi hiện nay sử dụng các loại thức ăn có độ đạm cao, nên các chỉ số về ô nhiễm của nước thải chăn nuôi heo có phần tăng đáng kể.

Trong nước thải chăn nuôi hàm lượng ô nhiễm chính gồm 3 loại:

1. Hàm lượng Nito.
2. Hàm lượng chất hữu cơ.
3. Các vi sinh vật gây bệnh.

4: Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo.

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi.

Lắp đặt hệ thống xử lý đạt 50% công việc.

Nước thải chăn nuôi ==> Bể tách phân ==> Máy ép phân ==> Bể biogas ==> Hồ lắng ==> Bể xử lý nito ==> Bể điều hòa ==> Bể vi sinh kỵ khí ==> Bể vi sinh hiếu khí ==> Bể vi sinh kỵ khí ==> Bể vi sinh hiếu khí ==> Bể lắng ==> Xả thải.

Bể tách phân:

Toàn bộ lượng nước thải chăn nuôi sẽ được tập kết về bể tách phân. Ở đây sẽ được bố trí máy bơm hút bùn đặt chìm, mục đích là hút lượng phân bị lắng dưới đáy bể để đưa bào máy ép phân.

Máy ép phân, có chức năng loại bỏ các cặn có kích thước lớn khỏi nước, rồi trả nước về bể lắng cặn trước khi cho nước đi về bể Biogas.

Bể Biogas trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi:

Tập kết số lượng thiết bị xử lý nước thải chăn nuôi heo.

Bể Biogas là đơn vị xử lý đầu tiên trong hệ thống xử lý nước thải, toàn bộ lượng nước thải sau bể tách phân 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, vì vậy ở đây được nuôi cấy các chủng vi sinh vật kỵ khí, giúp chuyển hóa các chất thải hữu cơ thành các chất khác.

Hay hiểu đớn giản hơn, 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.

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.

Các quá trình phân hủy chất hữu cơ trong bể BIogas. xử lý nước thải chăn nuôi.

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.

Hồ lắng sơ bộ trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi:

Kỹ thuật hàn ống dẫn khí DN150

Nước sau bể biogas, sẽ được thu gom để đưa vào hồ lắng sơ bộ, với ưu điểm có diện tích lắng lớn, sẽ lắng các cặn lơ lửng có trong biogas trước khi được đưa qua các giải đoạn xử lý phía sau.

Hồ lắng có 3 chức năng chính:

1. Giải phóng lượng khí có trong nước thải để giúp quá trình giải phóng và làm giảm hàm lượng nito tổng.
2. Lắng cắc cặn có kích thước lớn, giúp nước sau hồ lắng ít cặn lơ lửng hơn.
3. Nuôi cấy các chủng vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí trong giai đoạn đầu.

Bể điều hòa trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi:

Quá trình lắp đặt hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo

Nước thải sau bể lắng sơ bộ 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 và thời điểm sử dụng ít nước, vì lượng nước thải phát sinh không liên tụ,c 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 do chế độ thức ăn của vật nuôi.

Bể sinh học kỵ khí trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi:

Tập kết vật tư chuẩn bị lắp đặt

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 phản ứng hóa học.

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều các 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).

Bể sinh học hiếu khí cấp I trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi:

Lắp đặt đường ống dẫn khí bằng thép

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 của vi sinh, sẽ được cung cấp không khí hoặc không cung cấp 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 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

Bể xử lý UASB trong xử lý nước thải chăn nuôi.

Đường ống cấp khí trên mặt hệ thống xử lý.

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 của bể UASB trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi.

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 máng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.

Bể xứ lý sinh học hiếu khí cấp II trong xử lý nước thải chăn nuôi.

Phương pháp xử lý nước thải giật cấp, được ứng dụng trong các nguồn nước thải có độ ô nhiễm cao, chúng tận dụng quãng đường dài để nuôi cấy các chủng vi sinh vật phù hợp.

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 trong công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo:

Bể lắng trong hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo.

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.