thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (937.85 KB, 81 trang )
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô Viện Khoa học Công
nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - những người đã tận tâm truyền
đạt những kiến thức quí báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin chân thành cảm
ơn cô giáo Phạm Thu Phương đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình
làm đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo Trung tâm Công nghệ Khí sinh
học (BTC) trực thuộc Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam đã tạo điều
kiện giúp đỡ tham quan, khảo sát thu thu thập các số liệu thực tế.
Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, bạn
bè em đã hết lòng giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho em rất nhiều trong quá
trình hoàn thành đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2010
Sinh Viên
Nguyễn Đăng Thinh
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
i
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
KÍ HIỆU VIẾT TẮT
BOD : Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hóa, mg/l
COD : Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học, mg/l
SS : Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng, mg/l
HDPE : High Density polyethylene - Màng địa kỹ thuật
ABD : Anaerobic Baffled Digester - Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn
UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Bể phân hủy có đệm bùn kỵ khí lơ
lửng dòng chảy ngược
FAO : Food and Agriculture Organization - Tổ chức Lương thực và Nông
nghiệpThế giới
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
WTO : World Trade Organization - Tổ chức thương mại thế giới.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
ii
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Số lượng trang trại chăn nuôi của cả nước tính đến cuối năm 2006.
Bảng 1.2: Số lượng chất thải của một số loài gia súc gia cầm.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100 kg.
Bảng 1.4: Ước tính lượng phân vật nuôi thải ra của cả nước trong năm 2008.
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của nước tiểu lợn từ 70 – 100 kg.
Bảng 1.6: Hàm lượng bụi trong không khí chuồng nuôi các gia súc khác nhau.
Bảng 1.7: Tác hại của NH
3
đến sức khỏe và năng suất của gia súc, gia cầm.
Bảng 1.8: Nồng độ NH
3
và H
2
S cho phép trong khu vực dân cư và sản xuất.
Bảng 2.1: Đặc tính nước thải của một số trang trại chăn nuôi lợn ở nước ta.
Bảng 3.1: Tỷ lệ C/N của một số nguyên liệu.
Bảng 3.2: Hàm lượng chất khô của một số nguyên liệu.
Bảng 3.3: Sản lượng khí sinh học của một số nguyên liệu ở nhiệt độ khác nhau.
Bảng 3.4: Nồng độ gây ức chế của các chất ức chế phổ biến.
Bảng 3.5: Hàm lượng chất rắn của một số nguyên liệu.
Bảng 3.6: Các thông số của thiết bị khí sinh học.
Bảng 3.7: Thời gian lưu đối với phân động vật.
Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải của trang trại chăn nuôi.
Bảng 4.2: Thông số thiết kế hố thu gom.
Bảng 4.3: Các thông số đầu vào hồ phủ bạt HDPE.
Bảng 4.4: Thông số thiết kế hồ phủ bạt HDPE
Bảng 4.5: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ phủ bạt HDPE
Bảng 4.6: Bảng thông số nước thải vào hồ tùy nghi
Bảng 4.7: Các thông số cơ bản thiết kế hồ sinh học tùy nghi
Bảng 4.8: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ sinh học tùy nghi
Bảng 4.9: Bảng thông số nước thải vào hồ thủy sinh
Bảng 4.10: Các thông số cơ bản thiết kế hồ thủy sinh
Bảng 4.11: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải vào và ra hồ thủy sinh
Bảng 4.12: Các thông số của Fe
2
O
3
dạng hạt xốp
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
iii
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ quy trình chăn nuôi lợn của trang trại
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn Xuân Thọ III
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chuồng nuôi cơ sở hợp tác chăn nuôi
lợn hậu bị Cổ Đông.
Hình 3.1: Hiệu suất sinh khí của chất thải lợn phụ thuộc vào hàm lượng chất khô.
Hình 3.2 Quan hệ hiệu suất sinh khí và nhiệt độ ứng với thời gian lưu khác nhau.
Hình 3.3: Tốc độ sinh khí phụ thuộc thời gian ở 35
0
C.
Hình 3.4: Hầm biogas nắp trôi nổi.
Hình 3.5: Hầm biogas nắp cố định.
Hình 3.6: Bể phân hủy chảy ống
Hình 3.7: Bể phân hủy kỵ khí có vách ngăn
Hình 3.8: Bể phân hủy có đệm bùn kỵ khí lơ lửng dòng chảy ngược
Hình 3.9: Hồ kỵ khí phủ bạt HDPE
Hình 4.1: Công nghệ đề xuất xử lý nước thải trang trại chăn nuôi lợn
Hình 4.2: Đồ thị phương trình đường cân bằng và đường làm việc của tháp hấp thụ
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
iv
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG
CHĂN NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 2
1.1Vai trò và xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay 2
!"#
1.2 Hoạt động của trang trại chăn nuôi lợn 4
1.3 Các vấn đề môi trường do hoạt động trang trại gây ra 6
$%&'()
$%&'**+,
$ **+/0
$1+2''345$67
$$1+5#(89(835:6
Chương 2: NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ NƯỚC THẢI 12
2.1 Thành phần và lưu lượng của nước thải chăn nuôi lợn 12
2.2 Các phương pháp xử lý nước thải 14
;< <=>
;< ?9@A?=B
$;< =B
$C9@=D*+)
$C9@=*E*+F
$G"C9@H9IJK=LLL7
$G"C9@H<MI N9IOPQGRS
Chương 3: CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRANG
TRẠI CHĂN NUÔI 23
3.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ khí sinh học 23
$1 "'AT*+=$
$SUV*+=$
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
v
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
$$*+=A>
3.2 Quá trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu cơ trong thiết bị khí sinh học25
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng khí sinh học 27
$$W*E*+F
$$G ((XF
$$$KY9"*AZ9N#[9",
$$>50
$$B4"Z0
$$)K9$
$$F\9IH#[9"$
$$,G] $
$$01#Z$$
$$7G J#^D$$
3.4 Một số tham số thiết kế và vận hành thiết bị khí sinh học 33
$>WZ'D*DDPQ*+=$>
$>5'9I_#[9"$>
$>5'9I `<#[9"$>
$>$5'$>
$>>K9$B
$>Oa# DPQ*+=$B
3.5 Các dạng công trình khí sinh học ở Việt Nam 37
$BGb*+=c#'Zb$F
$B5d'*+=_R3K8L(efg9(8(886$F
$B5d'*+=_Q3K8G88e8(hi8(886$F
$BGb*+=c#'9$,
$B-!J##3;9e9ji886$,
$B-!J#*E*+?A 328P-k8(i88h2-i6$0
$B$-!J#?"'Pl*E*+9<9C(#I3mnj28P:9(8
-9*8hm2:-6>7
$B>5/*E*+PH5i;o35i8#;9#8#988h5i;o6>
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
vi
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH KHÍ SINH HỌC XỬ
LÝ NƯỚC THẢI CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI QUY MÔ 1000 ĐẦU
LỢN 43
4.1 Đề xuất và thuyết minh phương án xử lý nước thải chăn nuôi lợn 43
>G<M!9p=(J##T"C9@9I>$
>;JV9p=(J##T"C9@9I>$
>$iJ##T"C9@9I>B
4.2 Tính toán thiết kế công trình khí sinh học 47
>5'>F
>5/PH5i;o>,
>$5/l#B$
>>5/#B>
>BK+ DPQ9'H*+=BF
>BKDPQ 5:BF
>BKDPQ GqB0
>)K+ DPQ.I"C9@)B
>)K+P<'r'A/PH5i;o)B
>)K+P<'((Q.)0
4.3 Tính toán chi phí xây dựng và vận hành công trình khí sinh học 69
>$K+ +J#(p)0
>$G+J#(p)0
>$G+DPQ)0
>$K+ +AOF7
KẾT LUẬN 72
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
vii
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, ngành chăn nuôi nói chung, chăn nuôi lợn nói riêng đã đạt
những tiến bộ đáng kể về cơ sở chuồng trại, giống, kỹ thuật nuôi dưỡng, quản lý dịch
bệnh,… Hình thức chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán, mang tính tận dụng, tự cung tự cấp, tuy
vẫn còn chiếm tỷ lệ đáng kể, chủ yếu ở vùng xa đô thị, vùng sâu, vùng khó khăn,
nhưng đang dần bị thay thế bởi loại hình chăn nuôi trang trại tập trung. Các cơ sở chăn
nuôi này chủ yếu được xây dựng gần khu dân cư đông đúc, các khu công nghiệp tập
trung người lao động nhằm tạo ra vành đai cung cấp thực phẩm tại chổ hoặc vệ tinh với
số lượng lớn, chất lượng cao, đáp ứng thị hiếu sử dụng thực phẩm tươi (thực phẩm
không qua bảo quản lạnh) của người tiêu dùng.
Bên cạnh những giá trị to lớn do chăn nuôi lợn mang lại thì vấn đề môi trường
cũng rất cần được quan tâm. Trong quá trình chăn nuôi một số lượng lớn nước thải
chứa chủ yếu là phân và nước tiểu của lợn thải vào môi trường mà hầu hết đều chưa
được xử lý hoặc xử lý không triệt để gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Xuất phát từ
mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm, giảm tác động môi trường và sức khỏe cộng đồng, cũng
như đáp ứng được những yêu cầu nghiêm ngặt của Luật Môi trường đối với chất lượng
nước thải, thì điều cần thiết và cấp bách là phải có giải pháp thích hợp nhằm xử lý kịp
thời nước thải, tránh ô nhiễm môi trường, tạo ra nguồn năng lượng sinh học, đảm bảo
phát triển bền vững. Vì vậy đồ án tốt nghiệp em chọn đề tài:”Tính toán thiết kế công
trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn”.
Nội dung của đề tài gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan hiện trạng phát triển hoạt động chăn nuôi ở Việt Nam
và các vấn đề môi trường.
Chương 2: Nước thải chăn nuôi lợn và các phương pháp xử lý nước thải
Chương 3: Công nghệ khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi
Chương 4: Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang
trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn.
Kết Luận
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
1
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Chương 1: TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG CHĂN
NUÔI Ở VIỆT NAM VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG
1.1 Vai trò và xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay
1.1.1 Vai trò của ngành chăn nuôi trong sản xuất đời sống
Chăn nuôi là một ngành kinh tế quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, nó
không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của người dân trong
xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân.
Bên cạnh những người chăn nuôi, hàng triệu công việc liên quan với ngành chăn
nuôi cũng xuất hiện như các dịch vụ, cung cấp vật tư và cả chuỗi mắt xích tiêu thụ, chế
biến bán lẻ. Hiện nay, trên thế giới chăn nuôi chiếm 40% GDP ngành nông nghiệp, giải
quyết việc làm cho 1,3 tỷ người dân. Ở Việt Nam chăn nuôi chiếm 27% giá trị tổng sản
phẩm nông nghiệp, giải quyết việc làm cho hơn 10 triệu người dân (2008).
Đặc điểm nổi bật của nông nghiệp nhiệt đới Việt Nam là hệ thống sản xuất kết
hợp, sự kết hợp mật thiết giữa chăn nuôi và trồng trọt, trong đó trâu bò được sử dụng
làm sức kéo trong trồng trọt, nuôi lợn và trồng lúa hỗ trợ cho nhau. Phân chuồng từ lâu
được xem là loại phân có giá trị cao trong trồng trọt.
1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi hiện nay
Theo đánh giá của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO): Châu Á sẽ trở thành
khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất. Chăn nuôi Việt Nam,
giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủ
nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu. Vì vậy, ngành chăn
nuôi ở nước ta trong thời gian qua đã phát triển với tốc độ nhanh (bình quân giai đoạn
2001 – 2006 đạt 8,9%).[1]
Theo xu hướng tiêu dùng hiện nay, nhu cầu các loại thịt vẫn tăng cao trong thời
gian tới, đặc biệt là thịt lợn vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất (khoảng 63 – 65 %) trong tổng số
các loại thịt. Vì vậy, ngành chăn nuôi lợn đóng một vai trò rất quan trọng cung cấp
thực phẩm trong tiêu dùng của chúng ta.
Trong những năm vừa qua, chăn nuôi trang trại đã phát triển nhanh về số lượng
và quy mô chăn nuôi. Phát triển chăn nuôi trang trại là nhu cầu khách quan, là con
đường tất yếu để nâng cao năng suất, chất lượng và tạo ra khối lượng sản phẩm hàng
hoá lớn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh trong thời
kỳ hội nhập. Trong khi đó phương thức chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán như hiện nay không
đáp ứng được những yêu cầu trên.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
2
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Số lượng trang trại của cả nước không ngừng tăng lên, hoạt động chăn nuôi
ngày càng được áp dụng phổ biến ở nước ta. Tính đến cuối năm 2006 ở nước ta 17.721
trang trại, trong đó chủ yếu chăn nuôi một số vật nuôi truyền thống như lợn, trâu bò,
dê, gia cầm,… Số lượng trang trại của từng loại vật nuôi được cho thấy trong bảng 1.2,
số liệu này chưa kể đến các trang trại chăn nuôi các loại vật nuôi khác như thỏ, lợn
rừng, nhím và các loại động vật sống dưới nước (cá sấu, ).[1]
Bảng 1.1: Số lượng trang trại chăn nuôi tính đến cuối năm 2006.
Miền
Trang trại
lợn
Trang trại
gia cầm
Trang trại
Trâu bò
Trang
trại dê
Tổng số
trang trại
Cả nước 7.475 2.837 6.652 757 17.721
Miền Bắc 3.069 1.274 1.796 201 6.313
Miền nam 4.406 1.563 4.883 556 11.408
Dựa vào bảng 1.1 cho thấy sự phát triển số lượng các trang trại không đều giữa
hai miền Bắc – Nam và không đều giữa các loại trang trại. Trong số lượng trang trại
chăn nuôi lợn chiếm phần lớn (chiếm 42,18 %) trong số lượng trang trại trong cả nước,
tiếp đến là số lượng trang trại chăn nuôi trâu bò chiếm 37,54 %, còn lại là các trang trại
chăn nuôi gia cầm chiếm 16,01 % và các trang trại chăn nuôi dê chiếm 4,27 %. So với
lịch sử chăn nuôi có từ lâu đời của nước ta, thì chăn nuôi trang trại chỉ mới có trong
vòng 10 năm trở lại đây, song kết quả đạt được cũng là một thành tựu đạt được trong
phong trào cách mạng khoa học kỹ thuật của toàn dân trong ngành chăn nuôi Việt
Nam.
* Ở nước ta chăn nuôi trang trại đang được chú trọng phát triển trong giai đoạn hiện
nay nhờ những ưu điểm:
Chăn nuôi trang trại, tập trung giúp kiểm soát dịch bệnh hiệu quả. Do phần lớn
các trang trại đầu tư công nghệ chăn nuôi tiên tiến và áp dụng các biện pháp an toàn
sinh học, cho nên mặc dù dịch tai xanh và dịch lở mồm long móng xảy ra trên diện
rộng, nhưng hầu hết các trang trại chăn nuôi vẫn chủ động khống chế và kiểm soát
được các dịch bệnh nguy hiểm này.
Chăn nuôi trang trại, tập trung góp phần khai thác và sử dụng có hiệu quả diện
tích đất gò đồi, đất hoang hóa, đất ven biển,…Tạo những vùng sản xuất tập trung với
khối lượng hàng hóa lớn, thúc đẩy quá trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng, vật nuôi, tạo
điều kiện cho công nghiệp chế biến, giết mổ phát triển.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
3
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Đồng thời với việc mở rộng về số lượng và quy mô chăn nuôi, loại hình chăn
nuôi trang trại, tập trung đã góp phần tạo công ăn việc làm, tăng thu nhập cho người
sản xuất. Chăn nuôi trang trại, tập trung đã thu hút nhiều thành phần kinh tế tham gia
đầu tư như nông dân, cán bộ, công chức, người đã nghỉ hưu, các doanh nhân trong và
ngoài nước.
Cùng với sự phát triển của chăn nuôi trang trại đã hình thành các phương thức tổ
chức sản xuất mới trong ngành chăn nuôi như hợp tác xã sản xuất dịch vụ, liên minh
hợp tác xã, câu lạc bộ trang trại. Các loại hình sản xuất này đã góp phần củng cố và
thúc đẩy chăn nuôi trang trại phát triển.
Bên cạnh đó, do sự hình thành và phát triển trang trại chăn nuôi thiếu quy hoạch
khiến một số vùng đặc biệt ở đồng bằng bị ô nhiễm môi trường. Một số chủ trang trại
chưa đầu tư thỏa đáng cho hệ thống thu gom xử lý chất thải rắn và chất thải lỏng mà
thải trực tiếp ra ao, hồ, đồng ruộng gây ô nhiễm nặng môi trường xung quanh. Một số
trang trại mặc dù có đầu tư hệ thống xử lý chất thải, nhưng do chưa đảm bảo đúng qui
trình nên hiệu quả xử lý chất thải chưa triệt để.
* Một số mục tiêu chủ yếu cần đạt được của chăn nuôi trang trại, tập trung:[2]
- Đến năm 2008, các tỉnh trong cả nước phải lập xong quy hoạch tổng thể về
phát triển chăn nuôi trang trại, tập trung.
- Mức tăng trưởng số lượng trang trại chăn nuôi hàng năm đạt 30%/năm; phấn
đấu đạt tỷ trọng sản phẩm hàng hóa chăn nuôi trang trại, tập trung trong cả nước đạt 45
– 50% vào năm 2010 và 60 – 65% vào năm 2015 trong tổng sản phẩm ngành chăn
nuôi.
- Năng suất vật nuôi và chất lượng sản phẩm chăn nuôi đạt xấp xỉ với các nước
tiên tiến; giá thành sản phẩm hạ, sản phẩm chăn nuôi có tính cạnh tranh cao, kiểm soát
được chất lượng sản phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường sinh thái
khi Việt Nam mở cửa thị trường theo quy định của WTO.
- Chủ động kiểm soát, khống chế dịch bệnh, đặc biệt là dịch cúm gia cầm và
dịch lở mồm long móng, phát triển chăn nuôi bền vững.
1.2 Hoạt động của trang trại chăn nuôi lợn
Một cơ sở chăn nuôi lợn được xác định là trang trại phải đạt được cả hai tiêu chí
định lượng sau đây:
+ Giá trị sản lượng hàng hoá và dịch vụ bình quân 1 năm:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
4
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
- Ðối với các tỉnh phía Bắc và Duyên hải miền Trung từ 40 triệu đồng trở
lên;
- Ðối với các tỉnh phía Nam và Tây nguyên từ 50 triệu đồng trở lên .
+ Qui mô sản xuất phải tương đối lớn và vượt trội so với kinh tế nông hộ:
- Đối với chăn nuôi lợn sinh sản thường xuyên có số lượng lợn nái giống
từ 20 con trở lên;
- Đối với chăn nuôi lợn thịt thường xuyên có số lợn thịt nuôi từ 100 con
trở lên.
Ngoài các tiêu chí trên, quy mô trang trại cần có cơ sở vật chất đảm bảo như: kết
cấu chuồng trại phải đạt tiêu chuẩn, đưa ra qui trình chăn nuôi hợp lý, hệ thống xử lý
các chất thải do vật nuôi thải ra.[3]
* Quy trình chăn nuôi lợn của một số trang trại lợn ở nước ta:
Lợn con giống từ 2 – 3 tuần tuổi có trọng lượng không dưới 5 – 10 kg được nuôi
trong lồng ấp đến khi đạt trọng lượng khoảng 25 kg thì được chuyển sang nuôi chuồng
trại. Lợn xuất trại có trọng lượng trung bình là 100 kg/con, khối lượng tăng trọng trên 1
đầu lợn trong 1 chu trình chăn nuôi là: 100kg/con - 10 kg/con = 90 kg/con.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
5
Hình 1.1: Sơ đồ quy trình chăn nuôi lợn của trang trại
Khử trùng chuồng trại, người
vào khu vực chăn nuôi
Tiêm phòng dịch hen Suyễn,
Sởi, Dại
Con giống 2 -3tuần
Nuôi lồng ấp
Nuôi chuồng trại
Tiêm phòng dịch tả, tụ dấu,
lở mồng long móng
Xuất trại
Sử dụng 1,2 đến 1,5
kgcám/1kg tăng trọng
Sử dụng 1,8 đến 2,0
kgcám/1kg tăng trọng
Sử dụng 2,3 đến 2,5
kgcám/1kg tăng trọng
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
* Kết cấu chuồng trại của các trang trại hiện nay:
Cơ sở chuồng trại: Lợn được nuôi trong chuồng có kết cấu: khung thép, tôn
lạnh, mái đôi để tạo dòng đối lưu, hệ thống quạt thông gió, nền chuồng bằng bêtông
phía dưới là hầm đồng thời là kênh thoát chất thải để dể dàng dọn vệ sinh. Chỉ tiêu diện
tích chuồng trên một đầu lợn là 1,09m
2
/con; hồ nước trong chuồng chứa phân, nước
tiểu 0,8 m
2
/con; hành lang và con đường trong chuồng 0,8 m
2
/con. Tổng diện tích
chuồng trại cho một đầu lợn là 2,69 m
2
/con. Ngoài ra sẽ xây dựng thêm những công
trình phụ trợ khác như là nhà trực, nhà nghỉ cho công nhân, kho chứa thức ăn, hồ nước,
khu xử lý chất thải,…
* Lượng nước và thức ăn dùng cho chăn nuôi lợn:
- Nước uống: hiện nay để tiết kiệm nước cũng như hạn chế lượng nước thải sinh
ra hầu hết các trang trại đã áp dụng các biện pháp mới, như lắp đặt vòi cho lợn uống
nước mà không đổ vãi ra ngoài. Vệ sinh quét dọn chuồng trại trước khi tiến hành rửa
chuồng, tắm lợn bằng vòi nước có áp lực lớn, như vậy vừa tiết kiệm nước mà lại giảm
được nước thải sinh ra.
- Thức ăn dùng cho lợn: Chu kỳ nuôi lợn là 3 tháng/con. Kể từ lúc nuôi 5 – 6
kg/con cho đến 110 kg/con, trung bình mỗi ngày một con lợn tăng trọng khoảng
3kg/ngày và tiêu tốn thức ăn từ 2,2 – 2,7 kg/con.
1.3 Các vấn đề môi trường do hoạt động trang trại gây ra
1.3.1 Ô nhiễm do nước thải
Nước thải chăn nuôi có ảnh hưởng lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít
để ý đến việc xử lý. Nguồn phát sinh bao gồm: nước rửa chuồng chứa phân, nước tiểu;
nước từ sân chơi; bãi vận động. Ước tính mỗi năm đàn gia súc nước ta thải ra khoảng
25-30 triệu khối chất lỏng, trong số đó có khoảng 30% được xử lý qua hầm biogas,
30% được xử lý qua hệ thống hồ sinh học, 40% còn lại được dùng trực tiếp để tưới hoa
màu nuôi cá hoặc xả thẳng vào các hệ thống thoát nước chung của cộng đồng. [1]
Phân lợn là chất thải có khối lượng lớn, do vật nuôi bài tiết trong quá trình sinh
sống sẽ gây ô nhiễm không chỉ không khí, đất và cả nguồn nước ngầm vì chúng sinh
khí độc, chứa các nguyên tố như nitơ, phốtpho, kali, chì, asen, candimi và các loại
mầm bệnh kí sinh trùng, vi sinh vật gây hại khác như E.coli, Sallmonella,
streptococcus, fecalis Đó là những tác nhân có thể gây hại trực tiếp hoặc gián tiếp
đến sức khỏe cho con người. [4]
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
6
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Lượng phân và nước tiểu của vật nuôi thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào
giống loài, tuổi, khẩu phần ăn, trọng lượng gia súc. Lượng phân và nước tiểu thải ra
trong ngày đêm trung bình được thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Số lượng chất thải của một số loài gia súc gia cầm [5]
Loài gia súc, gia cầm Lượng phân (kg/ngày) Lượng nước tiểu (kg/ngày)
Trâu bò lớn 20 – 25 10 – 15
Heo < 10 kg 0,5 – 1,0 0,3 – 0,7
Heo 15 – 45 kg 1,0 – 8,0 0,7 – 2,0
Heo 45 – 100kg 3,0 – 5,0 2,0 – 4,0
Gia cầm 0,08 –
Phân lợn nói chung được xếp vào loại phân lỏng hoặc hơi lỏng, thành phần phân
lợn chủ yếu gồm nước (56 – 83%) và các chất hữu cơ, ngoài ra còn có tỉ lệ NPK dưới
dạng các hợp chất vô cơ. Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100 kg được thể
hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của phân lợn từ 70 – 100 kg[5]
Đặc tính Đơn vị tính Giá trị
Vật chất khô gram/kg 213 – 342
NH
4
– N gram/kg 0,66 – 0,76
Nt (Nitơ tổng số) gram/kg 7,99 – 9,32
Tro gram/kg 32,5 – 93,3
Chất xơ gram/kg 151 – 261
Carbanates gram/kg 0,23 – 2,11
Các axit béo mạnh ngắn gram/kg 3,83 – 4,47
C/N 15,57
pH 6,47 – 6,95
Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng sức
khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm, biện pháp kỹ thuật chế biến
thức ăn khác nhau. Thành phần hóa học các chất trong phân chuồng có thể được chia
làm hai nhóm:
- Hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan và không hòa tan: protein, axit amin
- Hợp chất không chứa Nitơ bao gồm: Hydratcarbon, Lignin, Lipid,…
Tỷ lệ C/N có vai trò quyết định đối với quá trình phân giải và tốc độ phân giải
các hợp chất hữu cơ có trong phân chuồng.
Số lượng và chất lượng của phân phụ thuộc số đàn gia súc. Lượng chất thải của
vật nuôi, ứng với số lượng gia súc gia cầm cho thấy trong bảng 1.4 trong 2008.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
7
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Bảng 1.4: Ước tính lượng phân vật nuôi thải ra trong năm 2008.[6]
Vật nuôi Số lượng (con) Chất thải (kg/con/ngày) Tổng chất thải/năm (tấn)
Lợn 26.700.000 2,0 19.490.000
Bò 6.330.000 10,0 23.130.000
Trâu 2.890.000 15,0 15.860.000
Ngựa 120.000 4,0 170.000
Dê, cừu 1.420.000 1,5 770.000
Gia cầm 247.320.000 0,2 18.050.000
Tổng số 77.380.000
Theo số liệu bảng 1.4 cho thấy một năm đàn gia súc, gia cầm của Việt Nam thải
ra một lượng chất thải rất lớn, trên 77 triệu tấn. Với lượng chất thải lớn như vậy nhưng
chỉ có 40% - 70% được ủ (thường là ủ nóng), đóng bao bán làm phân bón và khoảng
30 – 60% chất thải còn lại thường được xả trực tiếp xuống ao cá, ra môi trường (kênh,
rạch, mương, đất,…) hoặc ủ trong hầm Biogas. Hầu hết các cơ sở chăn nuôi không có
nhà xử lý phân hoàn chỉnh.[4]
Nước tiểu của lợn thường được hòa chung với lượng nước tắm và nước rửa
chuồng. Nước tiểu của lợn có thành phần chủ yếu là nước (chiếm 90% khối lượng
nước tiểu) ngoài ra còn có hàm lượng N và Urê khá cao có thể dùng để bổ sung đạm
cho cây trồng. Thành phần hóa học của nước tiểu lợn từ 70 – 100 kg cho thấy trong
bảng 1.5.
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của nước tiểu lợn từ 70 – 100 kg.[5]
Đặc tính Đơn vị tính Giá trị
Vật chất khô gram/kg 30,9 – 35, 9
NH
4
- N gram/kg 0,13 – 0,40
Nt (Nitơ tổng số) gram/kg 4,90 – 6,63
Tro gram/kg 8,5 – 16,3
Urea gram/kg 123 – 196
Carbonate mol/l 0,11 – 0,19
pH 6,77 – 8,19
Phân và nước tiểu cũng là môi trường cho ruồi nhặng phát triển. Mật độ ruồi
nhặng cao gây khó chịu cho người và gia súc. Chúng còn là những vật trung trung gian
truyền các bệnh truyền nhiễm cho người và vật nuôi.
1.3.2 Ô nhiễm không khí
Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất
hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe
của vật nuôi. Các khí này có mặt thường xuyên và gây ô nhiễm chính, các khí này có
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
8
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
thể gây hại đến sức khỏe con người và vật nuôi như: Bụi, NH
3
, H
2
S và CH
4
mà người
ta thường quan tâm đến.
1.3.2.1 Bụi trong không khí chuồng nuôi
Bụi trong không khí chuồng nuôi có nguồn gốc từ thức ăn, vật liệu lót chuồng
và các chất thải khác. Tác hại của bụi thường kết hợp với các yếu tố như vi sinh vật,
endotoxin và khí độc, bụi bám và gây kích thích cơ giới, gây khó chịu và làm tổn
thương niêm mạc đường hô hấp. Bụi cũng gây dị ứng kích thích tiết dịch và ho, làm
tăng sinh các tế bào biểu mô có lông, các tế bào goblet. Nếu kích thích kéo dài màng
nhầy có thể bị teo, các tuyến nhờ suy kiệt, bụi không được đồng hóa gây kích ứng mãn
tính, tổn thương phổi, gây bệnh đường hô hấp mãn tính cho người và vật nuôi. Các
kích thích và tổn thương sẽ làm giảm sức đề kháng của niêm mạc, mở đầu cho việc
nhiễm vi sinh vật gây bệnh tạo điều kiện cho vi sinh vật cơ hội gây bệnh. Do đó tác
dụng của bụi phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm không khí, sự di chuyển
không khí, sự thông thoáng, mật độ nhốt vật nuôi và tình trạng vệ sinh nền chuồng. Để
đánh giá mức độ bụi trong không khí chuồng nuôi lợn, ta có thể so sánh mức độ bụi tro
trong không khí chuồng nuôi lợn với các vật nuôi khác như trâu bò, gà,…Hàm lượng
bụi trong không khí chuồng nuôi được thể hiện trong bảng 1.6.
Bảng 1.6: Hàm lượng bụi trong không khí chuồng nuôi các gia súc khác nhau.[5]
Vật nuôi Hàm lượng bụi (mg/m
3
)
Lợn 3 – 22
Trâu bò 0,6
Gà (nuôi chuồng) 1 – 15
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
9
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
1.3.2.2 Khí Ammonia (NH
3
)
Sinh ra từ sự khử amin của protein trong chất thải chăn nuôi, là chất không màu,
mùi khai, dễ tan trong nước và gây kích ứng, NH
3
nhẹ hơn không khí (d = 0,59). Nếu
chuồng trại thông thoáng tốt thì ảnh hưởng của nó không đáng kể. NH
3
tiếp xúc với
niêm mạc mũi, đường hô hấp sẽ tiết dịch, co thắt khí quản và ho. Trường hợp NH
3
trong không khí cao kéo dài có thể gây viêm phổi, gây hoại tử đường hô hấp. NH
3
từ
phổi vào máu đi lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu NH
3
bị
oxy hóa tao thành NO
2
gây nên hiện tượng Met – Hb. Tác hại của NH
3
ảnh hưởng đếm
sức khỏe và năng suất của gia súc, gia cầm cho thấy trong bảng 1.7.
Bảng 1.7: Tác hại của NH
3
đến sức khỏe và năng suất của gia súc, gia cầm.[5]
Vật nuôi Nồng độ NH
3
Tác hại
Lợn Nồng độ > 10 ppm Gia tăng tỉ lệ gia súc bị ho
50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 – 13%
61 ppm Giảm 5% lượng thức ăn
Gà > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và trứng thịt
30 ppm Gây hội chứng bệnh viêm phổi
Nồng độ NH
3
trong không khí chuồng nuôi không nên vượt quá 25 – 35 ppm.
Đối với lợn NH
3
có thể làm chậm sự dậy thì và động hớn trên lợn nái dự bị. NH
3
được
hấp thu trên bụi và di chuyển sâu vào trong đường hô hấp sẽ mở đường cho các bệnh
về hô hấp. Ở lợn khi nồng độ NH
3
trong không khí cao (<50 ppm) làm tăng tỉ lệ bệnh
viêm phổi và viêm teo xương mũi. Sự hiện diện của NH
3
làm sinh tính gây bệnh của
E.coli trên đường hô hấp.
Đối với công nhân trại chăn nuôi lợn, NH
3
trong không khí có thể dẫn đến bệnh
đường hô hấp như viêm phổi, ho, nặng ngực, thở ngắn, thở khò khè, nồng độ NH
3
cao
(> 25 ppm) có thể làm tăng khả năng viêm khớp, abcesses. Tác động của NH
3
, bụi và
vi sinh vật trong không khí đến sức khỏe của người và vật nuôi thường kết hợp với
nhau.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
10
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
1.3.2.3 Khí Hydrogen sulphide (H
2
S)
H
2
S là khí rất độc được sinh ra từ sự phân hủy phân gia súc, là sản phẩm hợp
chất chứa lưu huỳnh, nặng hơn không khí (d = 1,19) dễ hòa tan trong nước, chỉ một
lượng nhỏ cũng có thể tử vong. Nồng độ H
2
S trong chuồng nuôi không nên vượt quá 8
– 10 ppm. H
2
S có thể thấm vào niêm mạc tạo thành Na
2
S dễ dàng đi vào máu. Trong
máu H
2
S được giải phóng trở lại để theo máu lên não gây phù hay hoại tử tế bào thần
kinh, làm tê liệt trung khu vận mạch gây rối loại hô hấp, H
2
S phá hủy Hemoglobin
(Hb) gây thiếu máu hay kết hợp với sắt trong Hb làm mất khả năng vận chuyển oxy
của Hb.
Cơ chế gây độc chủ yếu của H
2
S là kích ứng màng nhầy, phù đường hô hấp, tích
lũy K
2
S, Na
2
S làm suy thoái chuyển hóa tế bào và tác động đến hệ thần kinh trung
ương. Ngoài việc tích lũy hai chất khí trên, không khí chuồng nuôi còn tích lũy một số
khí khác như CO
2
và các khí có mùi thối.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
11
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Chương 2: NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
NƯỚC THẢI
2.1 Thành phần và lưu lượng của nước thải chăn nuôi lợn
Ở các trang trại chăn nuôi, việc dọn dẹp chuồng bằng nước được sử dụng khá
rộng rãi đã tạo ra một lượng nước thải khá lớn. Qua đợt khảo sát ở các trang trại chăn
nuôi cho thấy, hiện nay các trang trại chăn nuôi đều lắp đặt hệ thống vòi uống nước tự
động cho các chuồng nuôi, vì vậy đã hạn chế được lượng nước thải trong khâu cho lợn
uống. Nước thải chủ yếu phát sinh từ khâu dọn dẹp, vệ sinh chuồng trại bao gồm: phân,
nước tiểu, nước vệ sinh chuồng trại. Trung bình một ngày, một con lợn cần sử dụng và
thải ra khoảng 30 – 50 lít/con.
Nước thải do rửa chuồng trại chăn nuôi lợn chứa phân và nước tiểu được đặc
trưng bởi nồng độ SS và các chất hữu cơ rất lớn (thể hiện bằng BOD
5
và COD). Ngoài
ra, nước thải chăn nuôi lợn rất giàu nitơ và phốtpho. Bảng 2.1 cho thấy hàm lượng các
chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép.
Bảng 2.1: Đặc tính nước thải của một số trang trại chăn nuôi lợn
Thông số Đơn vị Trang trại Tân
Nguyên Phát
Trang trại
Hải vân sơn
Trang trại
Hòa Hội 1
Trang trại
Hòa Hội 2
pH – 6,5 6,3 7,2 6,8
COD mg/l 8.250 10.350 12.120 7.120
BOD
5
mg/l 4.850 6.580 8.350 4.300
N
tổng
mg/l 350 270 420 185
P
tổng
mg/l 125 270 132 185
SS mg/l 3.500 4.200 42 4.735
Coliform MPN/100 ml 10
6
10
7
10
8
10
6
Nguồn: Báo cáo đề tài “Khảo sát đánh giá các loại công trình KSH quy mô
vừa”, Viện KH và CN Môi trường – ĐHBKHN,2010.
Qua bảng số liệu 2.1 ta có thể thấy, chỉ giá trị pH của nước thải chăn nuôi lợn
đạt tiêu chuẩn mức B (TCVN – 5945:2005), các chỉ tiêu còn lại điều vượt mức cho
phép, thậm chí vượt gấp nhiều lần như: COD (cao gấp 70 lần), BOD (cao gấp 40 lần),
SS (cao gấp 30 lần) Trong số các trang trại chăn nuôi trong bảng 2.1 thì trang trại
chăn nuôi Hòa Hội 1 có hàm lượng các chất ô nhiễm vượt mức tiêu chuẩn cao nhất
(hàm lượng COD gấp 121,2 lần, BOD
5
gấp 83,5 lần, SS gấp 32,2 lần )
Kết quả trên cũng cho thấy, trong nước thải chăn nuôi còn có chứa hàm lượng
lớn N, P. Đây là nguyên nhân có thể gây hiện tượng phú dưỡng cho các nguồn nước
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
12
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
tiếp nhận, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nguồn nước và các vi sinh vật sống trong
nước.
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc như nước thải của một số loại
hình công nghiệp, nhưng nó chứa nhiều loại virus, vi trùng, đa trùng và trứng 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, đồng thời lây lan một số bệnh cho con người nếu
không được xử lý. Hầu hết, các vi sinh vật có thời gian tồn tại trong nước thải khá lâu,
ví dụ: vi trùng gây bệnh đóng dấu có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 - 108 ngày,
Salmonella 6 - 7 tháng, Mycobacteria tuberculosis 75 - 150 ngày, virus lở mồm long
móng sống trong nước thải 100 -120 ngày Các vi trùng có nha bào như Bacillus
anthracis có thể tồn tại hơn 10 năm, Bacillus tetani 3 - 4 năm. Trứng giun sán với các
loại điển hình như: Fasciolahepatia, Fasciola gigantica, Fasciolosis buski, Ascatis
suum, có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6-28 ngày và tồn tại 5 - 6 tháng.
Các vi trùng gây bệnh này có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm. Salmonella có thể
thấm sâu xuống lớp đất dày 30 - 40cm. Ở những nơi thường xuyên tiếp nhận nước thải,
trứng giun sán, vi trùng gây bệnh có thể được lan truyền đi rất xa và nhanh, khi bị
nhiễm vào nước mặt tạo thành dịch cho người và gia súc.[4]
Khi lượng nước thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách thải vào môi trường
quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm giảm quá mức
lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt ảnh hưởng đến hệ sinh vật nước, là
nguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại)
ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
13
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
2.2 Các phương pháp xử lý nước thải
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác
nhau: từ các loại chất rắn không hòa tan, đến các loại chất rắn khó hòa tan và những
hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và
có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng. Để đạt được những mục đích đó
chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử
lý thích hợp.
Thông thường có các phương pháp xử lý nước thải sau:
- Xử lý bằng phương pháp cơ học;
- Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học;
- Xử lý bằng phương pháp sinh học;
- Xử lý bằng phương pháp tổng hợp.
2.2.1 Phương pháp cơ học
Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng để tách các chất không hòa tan và một
phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm:
- Song chắn rác, lưới lọc dùng để chắn giữ lại các tạp chất thô như: giấy, rác,
túi nilon, vỏ cây… và các tạp chất lớn có trong nướcthải nhằm đảm bảo cho máy bơm,
các công trình và thiết bị xử lý hoạt động ổn định.
- Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn
(như xỉ, than, cát, ). Chúng có lợi đối với quá trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải
và xử lý cặn bã không có lợi đối với các công trình thiết bị xử lý. Cát từ bể được đưa đi
phơi khô và sau đó thường được sử dụng lại cho mục đích xây dựng.
- Bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng
của nước thải. Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng nhẹ nổi lên
trên bề mặt. Cặn lắng và bọt nhờ thiết bị cơ học thu gom và vận chuyển lên công trình
xử lý cặn.
- Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng được sử dụng để đảm bảo cho các công
trình xử lý làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế khi lưu lượng và chất lượng
nước thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lý thường xuyên dao động.
- Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho
nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu cho một số loại nước
thải công nghiệp.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
14
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
Thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua hệ thống
xử lý sinh học.
2.2.2 Phương pháp hóa lý và hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học và hóa lý là các quá trình phản ứng diễn ra giữa
chất bẩn với các hóa chất thêm vào. Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa,
phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc
hại.
Những phương pháp hóa lý và hóa học thường được áp dụng trong xử lý nước
thải:
- Phương pháp trung hòa dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axít vô
cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5. Trung hoà nước thải có thể thực
hiện bằng nhiều cách khác nhau: trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm, bổ sung
các tác nhân hoá học, lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hoà…
- Phương pháp khử trùng là dùng các hóa chất có tính độc với các vi sinh vật
như vi khuẩn, giun sán… để làm sạch nước. Hóa chất khử khuẩn hay dùng nhất là khí
hoặc nước clo, nước javel, vôi clorua…Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử
khuẩn thường đặt ở cuối quá trình xử lý.
- Phương pháp đông keo tụ dùng để làm trong nước và khử màu nước thải bằng
cách dùng các chất keo tụ (phèn) và các chất trợ keo để liên kết các chất rắn ở trạng
thái lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.
- Phương pháp tuyển nổi dùng để loại bỏ các tạp chất ra khỏi nước bằng cách
tạo cho chúng khả năng dể nổi trên mặt nước khi bám theo các bọt khí.
Ngoài ra còn có các phương pháp khác như: phương pháp hấp phụ, phương
pháp trao đổi ion, phương pháp trích ly,
2.2.3 Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thực chất là sử dụng và điều khiển
các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm dưới dạng các
hợp chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ có thể chuyển hoá
sinh học được. Các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm có trong nước như nguồn dinh
dưỡng để khai thác năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển. Quá trình
chuyển hoá các chất ô nhiễm có trong nước thải thực chất là quá trình ôxy hoá khử sinh
học, trong đó các vi sinh vật là tác nhân quyết định. Vì vậy để quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học có hiệu quả thì nước thải phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
15
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật: các chất vô
cơ, chất hữu cơ, các kim loại nặng…
- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon và
năng lượng cho vi sinh vật. Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hoà tan thường là
cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.
- Có hàm lượng chất hữu cơ BOD
5
/COD ≥ 0,5.
- Tổng lượng muối: ≤ 4 – 5g/l.
Các phương pháp xử lý sinh học nước thải chủ yếu dựa vào phương thức hô hấp
của vi sinh vật. Trên cơ sở đó xử lý nước thải được chia thành hai phương thức chủ
yếu: xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học kỵ khí
2.2.3.1 Xử lý sinh học hiếu khí
* Cơ chế phân giải hiếu khí:
Phương pháp xử lý hiếu khí nước thải là quá trình xử lý sinh học trong điều kiện
có oxi, sử dụng các vi sinh vật hiếu khí hoặc tuỳ tiện.
Các quá trình oxi hóa gồm:
- Quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ:
+ Oxi hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ: (rượu, tinh bột, xenlulo,
gluco, các chất hữu cơ phân lượng nhỏ…).
( )
2 2 2
4 2 2
y z y
VSV
C H O x O xCO H O E
x y z
+ + − → + +
+ Oxi hóa các hợp chất có chứa nitơ: (protein, peptit, axit amin, các hợp chất
hữu cơ chứa nitơ phi protein…)
3 3
( )
2 2 2 3
4 2 4 2
y z y
VSV
C H O N x O xCO H O NH E
x y z
−
+ + − + → + + +
- Quá trình tạo sinh khối vi sinh vật ( bùn hoạt tính ):
4
( 5) ( 5)
3 2 5 7 2 2 2
4 2 2
y z y
VSV
C H O N NH x O C H NO x CO H O E
x y z
−
+ + + − − → + − + +
- Quá trình phân hủy nội bào:
5 5 2
5 7 2 2 2 2 3
VSV
C H NO O CO H O NH E
+ → + + +
* Tác nhân sinh học:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
16
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
- Một số vi khuẩn hô hấp hiếu khí như: Aerobacter (A.aerogenes); Bacillus
(B.Vinogradsky); Pseudomonas (Pseud.Putida, Pseud.Denitrificans); Zooglacea
(Z.Ramigera ); Flavobacterium, Alealigenes, Citrobacter,…
- Một số hô hấp tuỳ tiện như: Cellulomonas biazotea; Rhodopseudomonas
palustris; Nitrosomonas spec…
- Nguyên sinh động vật: Trùng roi (Euglena); Trùng tơ (Ciliate)
- Ngoài ra còn một số vi khuẩn dạng sợi có mặt trong bùn hoạt tính như:
Sphoerotolus, Thiothrix, Mierothrix…
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí bao gồm: pH, nhiệt
độ, nguồn dinh dưỡng, sự có mặt và nồng độ của chất độc, hàm lượng các chất lơ lửng
(SS), hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M.
* Phân loại các hệ thống sinh học hiếu khí:
Tùy 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 để 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 hủy hiếu khí. Trong số
những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là phổ biến nhất.
- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như lọc sinh
học.
2.2.3.2 Xử lý sinh học kỵ khí
* Cơ chế phân giải kỵ khí
Phương pháp xử lý kỵ khí nước thải là quá trình xử lý sinh học nước thải trong
điều kiện không có oxy, sử dụng các vi sinh vật kỵ khí. Khác với quá trình xử lý hiếu
khí, sản phẩm phân giải hoàn toàn là các hợp chất hữu cơ chứa cacbon là khí sinh học
(biogas) chủ yếu là CH
4
và CO
2
.
Quá trình phân huỷ kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp và
được chia thành 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: giai đoạn thuỷ phân
- Giai đoạn 2: giai đoạn lên men các axit hữu cơ.
- Giai đoạn 3: giai đoạn mêtan hoá.
Các chất hữu cơ trong chất thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử như
Protein, chất béo, carbonhydrat, cellulose, lignin, v.v… Trong giai đoạn thủy phân, sẽ
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
17
Tính toán thiết kế công trình khí sinh học xử lý nước thải trang trại chăn nuôi quy mô 1000 đầu lợn
Nguyễn Đăng Thinh – CNMTK50 Quy Nhơn
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 axít, carbohydrate thành đường đơn, và chất
béo thành các axít béo. Trong giai đoạn axít hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp
tục chuyển hóa thành axít acetic, H
2
và CO
2
. Các axít béo dễ bay hơi chủ yếu là axít
acetic, axít propionic và axít lactic. Bên cạnh đó, CO
2
và H
2
, 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 hữu một số cơ chất nhất định như: CO
2
+ H
2
,
formate, acetate, methanol, methylamine và CO. Các phương trìnnh phản ứng xảy ra
như sau:
4H
2
+ CO
2
→ CH
4
+ H
2
O
4HCOOH → CH
4
+ 3CO
2
+ H
2
O
CH
3
COOH → CH
4
+ CO
2
CH
3
OH → 3CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O
4(CH
3
)
3
N + H
2
O → 9CH
4
+ 3CO
2
+ 6H
2
O + 4NH
3
* Tác nhân sinh học
- Tác nhân sinh học trong giai đoạn 1 và 2 là các vi khuẩn hô hấp kỵ khí hoặc
hô hấp tuỳ tiện thuộc các nhóm: Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Micrococcus,
Clostridum…
- Vi khuẩn tạo metan thuộc thuộc 2 nhóm chính:
+ Nhóm ưa ấm (Mesophy, lên men tạo CH
4
ở nhiệt độ 35-38
0
C):
Methanobacterium; Methanococcus; Methanosarina
+ Nhóm ưa nóng (Thermophy lên men tạo CH
4
ở 55-60
0
C): Methanobacillus;
Methanospirillium; Methanothrix.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý yếm khí nước thải bao gồm: nhiệt độ,
pH, thành phần và nguồn dinh dưỡng, nồng độ các ion kim loại.
* Phân loại các hệ thống sinh học kỵ khí:
Các dạng thiết bị xử lý kỵ khí rất đa dạng và phong phú. Tùy theo trạng thái
hoạt động 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
kỵ khí trong bể biogas, quá trình kỵ khí trong USAB (upflow Anaerobic Sludge
Blanket),…
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng bám dính như quá trình lọc
kỵ khí (Anaerobic Filter Process)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4)8681686 - Fax: (84.4)8693551
18
