Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng phương pháp SBR

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM





ĐẶNG THỊ HỒNG PHƢƠNG




NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI
CHĂN NUÔI LỢN SAU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
YẾM KHÍ BẰNG PHƢƠNG PHÁP SBR

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 85 02


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG




Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. PHAN ĐỖ HÙNG

THÁI NGUYÊN - 2012



i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực, đầy đủ, rõ nguồn gốc và chưa được sử dụng để bảo vệ
một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện
luận văn này đã được cảm ơn.
Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận văn, trước Khoa
và Nhà trường về các thông tin, số liệu trong đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2012
Ngƣời viết cam đoan



Đặng Thị Hồng Phƣơng

ii
LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. Phan Đỗ Hùng
– Trưởng Phòng Công nghệ nước và xử lý nước thải – Viện Công Nghệ Môi
Trường – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hướng dẫn tận tình và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu và thực nghiệm trong thời gian thực
hiện luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi
trường, Khoa Sau Đại học - Trường Đại học Nông lâm, Đại học Thái Nguyên đã
hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong thời gian tiến hành đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cô, chú, anh, chị, cán bộ nhân viên phòng
Công nghệ nước và xử lý nước thải – Viện Công Nghệ Môi Trường đã giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực tập tại Viện.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp
đã quan tâm động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2012
Tác giả luận văn



Đặng Thị Hồng Phƣơng

iii
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 3
3. Yêu cầu của đề tài 4
4. Ý nghĩa của đề tài 4
4.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học 4
4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn 4
Chƣơng 1 5
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 5

1.1.1. Cơ sở lý luận 5
1.1.1.1. Quá trình oxy hóa amoni 8
1.1.1.2. Quá trình khử nitrat 12
1.1.2. Cơ sở thực tiễn 14
1.2. Tổng quan về tình hình chăn nuôi lợn 17
1.3. Tổng quan về chất thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý chất thải chăn
nuôi lợn trên thế giới và ở Việt Nam 19
1.3.1. Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn 19
1.3.1.1. Chất thải rắn - Phân 20
1.3.1.2. Nƣớc tiểu 22
1.3.1.3. Nƣớc thải 22
1.3.1.4. Khí thải 24
1.3.2. Tổng quan về quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới 24
1.3.3 Tình hình về quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại Việt Nam 26
1.3.3.1. Chất thải rắn 26
1.3.3.2. Chất thải lỏng 27
1.4. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chăn nuôi 28
1.4.1 Xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng phƣơng pháp cơ học và hóa lý 29
1.4.2. Phƣơng pháp ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy
sinh 29
1.4.3. Xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn bằng phƣơng pháp sinh học kỵ khí
30
1.4.3.1. Bể Biogas 32
1.4.3.2. Hồ kỵ khí 33
1.4.3.3. Quá trình lọc sinh học kỵ khí 34
1.4.3.4. Quá trình kỵ khí trong UASB 34
1.4.3.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) 35

iv
1.4.4. Xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn bằng phƣơng pháp hiếu khí – thiếu

khí 36
1.4.4.1. Phƣơng pháp bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp 37
1.4.4.2. Phƣơng pháp lọc sinh học ngập nƣớc hiếu khí – thiếu khí kết
hợp: 37
1.4.4.3. Phƣơng pháp mƣơng ôxy hóa 38
1.4.4.4. Phƣơng pháp Anamox 38
1.4.4.5. Công nghệ SBR 39
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 42
1.5.1. Trong nƣớc 42
1.5.2. Ngoài nƣớc 43
Chƣơng 2 45
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 45
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 45
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 45
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 45
2.2.1. Thời gian nghiên cứu 45
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu 45
2.3. Nội dung nghiên cứu 45
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 46
2.4.1. Phƣơng pháp khảo sát hiện trƣờng 46
2.4.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm 46
2.4.3. Các chế độ thí nghiệm 48
2.4.3.1. Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ sục
khí đến hiệu quả hoạt động của hệ thống SBR 48
2.4.3.2. Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ cấp
nƣớc thải đến hiệu quả hoạt động của hệ thống SBR 49
2.4.4. Phƣơng pháp phân tích 51
2.4.5. Phƣơng pháp tính toán 51
Chƣơng 3 53

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 53
3.1. Đặc trƣng nƣớc thải thí nghiệm 53
3.2. Sự thay đổi của các thông số vận hành trong chu trình xử lý và các chế độ
thí nghiệm 53
3.2.1. Sự thay đổi của nồng độ oxy hòa tan (DO), pH và khả năng khử
oxy hóa (ORP) 53
3.2.2. Sự thay đổi của các thông số vận hành khác 56
3.3. Ảnh hƣởng của tải lƣợng COD, T-N đến hiệu suất xử lý COD và Nitơ . 58
3.3.1. Hiệu quả xử lý COD 58

v
3.3.2. Hiệu quả xử lý Nitơ 59
3.4. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ 61
3.4.1. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý COD 61
3.4.2. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý Nitơ 62
3.4.2.1. Hiệu quả xử lý N-NH
4
+
62
3.4.2.2. Sự chuyển hóa NO
2
-
63
3.4.2.3. Sự chuyển hóa NO
3
-
63
3.4.2.4. Hiệu quả xử lý T-N: 65
3.5. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến hiệu suất xử lý COD, N 67
3.5.1. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến hiệu suất xử lý COD 67

3.5.2. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến hiệu suất xử lý Nitơ 68
3.5.2.1 Hiệu quả xử lý N-NH
4
+
68
3.5.2.2 Hiệu quả xử lý N-NO
3
-
và N-NO
2
-
69
3.5.2.3 Hiệu quả xử lý T-N 70
3.6. Đánh giá hiệu quả xử lý COD, N-NH
4
+
, T-N của hệ thống SBR ở các chế
độ vận hành khác nhau 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 79



vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt

BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa hóa học
DO
Dissolved Oxygen
Oxy hòa tan
JICA
Japanes International Cooperation
Agency
Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản
FAO
Food and Agriculture
Organization of the United
Nations
Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp
Liên Hiệp Quốc
BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
MLSS
Mixed Liquoz Suspended Solids
Chất rắn lơ lửng hỗn dịch
SBR
Sequencing Batch Reactor
Bể phản ứng hoạt động gián đoạn
SVI
Sludge Volume Index

Chỉ số bùn - thể tích 1g bùn chiếm
chỗ ở trạng thái lắng
SV30
Sludge Volume
Thể tích bùn lắng trong 30 phút
TDS
Total Dissolved Solids
Tổng chất rắn hòa tan
TSS
Total Suspended Solids
Tổng hàm lƣợng cặn
SS
Suspended Solids
Chất rắn lơ lửng
T-N

Tổng Nitơ
T-P

Tổng Phốt pho
UASB
Upflow Anaerobic Sludge Blanket
Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hƣớng
lên
VSV

Vi sinh vật
VK

Vi khuẩn

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam
TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam
CS

Cộng sự
ORP
Oxidation Reduction Protenial of
a liquid
Khả năng khử oxy hóa


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thƣờng 7
Bảng 1.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ BOD/T-N đến (%) VSV tự dƣỡng trong hệ
hiếu khí 7
Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật
nitrat hóa 10
Bảng 1.4. Khối lƣợng phân và nƣớc tiểu của gia súc thải ra/1 ngày đêm 20
Bảng 1.5. Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm 21
Bảng 1.6. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn 21
Bảng 1.7. Thành phần trung bình của nƣớc tiểu các lọai gia súc 22
Bảng 1.8. Chất lƣợng nƣớc thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung23
Bảng 1.9: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas 32
Bảng 2.1: Chi tiết thiết bị thí nghiệm 45

Bảng 2.2. Các chế độ vận hành 46
Bảng 2.3: Các chế độ cấp nƣớc thải cho hệ thống SBR 47
Bảng 3.1: Đặc trƣng nƣớc thải chăn nuôi lợn sau xử lý yếm khí 50
Bảng 3.2. Tổng kết hiệu quả xử lý COD, N-NH4+ và T-N ở các chế độ vận
hành hệ thống SBR 69
Bảng 3.3. So sánh hiệu quả xử lý COD, N-NH4+, T-N 70








viii
DANH MỤC CÁC HÌNH


Hình 1.1: Sơ đồ quá trình khử hợp chất 4
Hình 1.2. Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới 25
Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo bể UASB 34
Hình 1.4. Sơ đồ hoạt động của bể SBR 38
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm SBR 44
Hình 3.1. Sự biến đổi của DO, pH, ORP theo thời gian trong 1 chu trình tại
CĐ2 52
Hình 3.2. Sự biến đổi của DO, pH, ORP theo thời gian trong 1 chu trình tại
CĐ3 52
Hình 3.3: Nhiệt độ trong các chế độ thí nghiệm 54
Hình 3.4. Nồng độ MLSS trong các chế độ thí nghiệm 55
Hình 3.5: Chỉ số SVI trong các chế độ thí nghiệm 56

Hình 3.6. Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hữu cơ/N và tải lƣợng bùn đến hiệu suất
xử lý COD 57
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của tỷ lệ COD:N và tỷ lệ bùn đến hiệu suất chuyển hóa
T-N 58
Hình 3.8: Hiệu suất xử lý COD ở các chế độ thí nghiệm khác nhau 59
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa N-NH4+ 60
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa NO
2
-
61
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa NO
3
-
62
Hình 3.12. T-N vào, ra và hiệu suất xử lý T-N 63
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc thải đến hiệu suất xử lý COD 64
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến hiệu suất xử lý N-NH
4
+
65
Hình 3.15. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến sự chuyển hóa N-NO
3
-
66
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến sự chuyển hóa N-NO
2
-
66
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của chế độ cấp nƣớc đến hiệu suất xử lý T-N 67
Hình 3.18. So sánh hiệu suất xử lý T-N ở các chế độ thí nghiệm 69

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chăn nuôi là lĩnh vực gắn liền với cuộc sống của con ngƣời. Để đáp
ứng nhu cầu ăn uống của con ngƣời thì lƣợng thịt để tiêu thụ cũng phải luôn
đảm bảo đáp ứng đƣợc nhu cầu đó. Những năm gần đây, với chủ trƣơng mở
cửa, thúc đẩy phát triển kinh tế của nƣớc ta, lĩnh vực chăn nuôi đã đạt đƣợc
rất nhiều tiến bộ. Chăn nuôi nƣớc ta đang dần phát triển mạnh theo hƣớng
chăn nuôi tập trung trang trại.
Tại thời điểm ngày 1/10/2009, tổng đàn lợn cả nƣớc ta đạt 27627 triệu
con, tăng 3,47% so với cùng kỳ năm 2008. Sản lƣợng thịt lợn xuất chuồng cả
nƣớc ƣớc đạt 2931 triệu tấn, tăng 4,45% so với cùng kỳ năm 2008. Lĩnh vực
chăn nuôi nƣớc ta đang phát triển nhanh chóng và tăng dần tỷ trọng trong
ngành nông nghiệp. Năm 2009, Việt Nam đã vƣơn lên đứng thứ 2 Châu Á sau
Trung Quốc về sản lƣợng thịt lợn [2]. Trên thế giới chăn nuôi hiện chiếm
khoảng 70% đất nông nghiệp và 30% tổng diện tích đất tự nhiên (không kể
diện tích bị băng bao phủ). Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông
nghiệp toàn cầu, giải quyết việc làm cho 1,3 tỉ dân [1].
Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp tích cực cho sự phát triển kinh tế
- xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn đã để lại những tác động tiêu cực đến
môi trƣờng, làm suy thoái chất lƣợng đất, chất lƣợng nƣớc và không khí xung
quanh các khu vực nuôi lợn. Nguyên nhân là do ảnh hƣởng của chất thải chăn
nuôi lợn, cụ thể: là phân, nƣớc tiểu và nƣớc rửa chuồng trại. Sản lƣợng thịt
lợn cung cấp ra thị trƣờng ngày càng tăng, lƣợng chất thải ra môi trƣờng cũng
ngày càng tăng theo.
Chất thải chăn nuôi lợn đã gây ra những ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng
xung quanh, đến sức khỏe con ngƣời và đặc biệt, chúng đóng góp một phần
lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu. Ngoài chất thải rắn và chất

thải lỏng, chăn nuôi hiện đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất

2
(global warming) do thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính. Theo báo cáo của
Tổ chức Nông Lƣơng Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra
65% lƣợng Nitơ oxit (N
2
O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khảng năng
hấp thụ năng lƣợng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO
2
. Động vật nuôi
còn thải ra 9% lƣợng khí CO
2
toàn cầu, 37% lƣợng khí Methane (CH
4
) – loại
khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO
2
. Chăn nuôi gia súc đóng
góp tới 64% lƣợng khí Amoniac (NH
3
) – là thủ phạm của những trận mƣa
axit. Điều này có nghĩa là chăn nuôi gia súc, gia cầm đã đƣợc khẳng định là
một tác nhân chính làm tăng hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra nhu cầu về thức ăn,
nƣớc uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu về bãi chăn thả, v.v. của gia súc cũng
đang đƣợc coi là một trong những tác nhân chính gây thoái hóa đất nông
nghiệp, ô nhiễm nguồn nƣớc và mất cân bằng hệ sinh thái [7].
Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn đƣợc coi là thế mạnh
của ngành nông nghiệp. Cùng với sự gia tăng dân số, gia tăng các nhu cầu về
lƣơng thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi càng đƣợc đầu tƣ phát triển mạnh.

Trƣớc đây, chúng ta chỉ có chăn nuôi nhỏ lẻ tại các hộ gia đình. Hiện nay,
trong bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tƣ chăn nuôi đều tăng, cùng với đó là
sức cạnh tranh, vấn đề kiểm soát dịch bệnh nên việc chăn nuôi trong các hộ
gia đình có xu hƣớng giảm trong khi chăn nuôi gia trại, trang trại tăng nhanh
và tạo đƣợc khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng. Do vậy, vấn đề chất thải phát
sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải đƣợc quản lý tốt. Chất thải của các
trang trại chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu là phân lợn và nƣớc thải hiện
đang là vấn đề lo lắng của các nhà quản lý. Hầu hết việc xử lý chất thải của
các hộ chăn nuôi là lắp đặt hệ thống xử lý chất thải Biogas, nhƣng hệ thống
này chƣa đủ công suất đáp ứng nhu cầu xử lý toàn bộ chất thải mà chỉ đạt
đƣợc 50% - 70% lƣợng chất thải của trang trại. Tuy nhiên, với nhiều trang trại
đã có hầm biogas, có hệ thống xử lý chất thải nhƣng chất thải chƣa đƣợc xử lý
triệt để. [15].

3
Nƣớc thải (phân, nƣớc) có độ ô nhiễm rất cao do kéo theo lƣợng lớn
phân rác (COD, BOD, Nitơ, Amoni và vi khuẩn gây bệnh) thông thƣờng đƣợc
xử lý qua hầm Biogas, tiếp đến chuỗi hồ sinh học. Mặc dù đã qua hệ Biogas
nhƣng nƣớc vẫn có thành phần gây ô nhiễm (COD, Nitơ khá lớn) [14]. Vì vậy
trong thời gian ngắn, các hồ bị quá tải không còn đủ khả năng tự làm sạch.
Nƣớc thải ra môi trƣờng bị ô nhiễm trầm trọng.
Việc sử dụng bể Biogas tại các trại chăn nuôi thuận tiện cho sử dụng
chất thải và khai thác nguồn năng lƣợng nhƣng nƣớc thải sau bể Biogas
vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trƣờng cần đƣợc xử lý trƣớc khi thải
vào môi trƣờng. Hiện tại đã có một số công nghệ xử lý nƣớc sau Biogas tại
các trại chăn nuôi bằng công nghệ lọc sinh học (Đồng Tâm – Vĩnh Phúc),
công nghệ Aeroten (Vũ Thƣ – Thái Bình).
Từ đặc tính nƣớc thải ngành chăn nuôi và thực tế các công nghệ đã áp
dụng để xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí (biogas),
công nghệ SBR (các quá trình xử lý chất hữu cơ và nitơ đƣợc thực hiện trong

một bể) dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của xử lý nƣớc thải chăn nuôi. Trong
khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi trƣờng, đề tài “Nghiên cứu
xử nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng phương pháp
SBR” đƣợc thực hiện, nhằm mục đích tìm ra khả năng ứng dụng của phƣơng
pháp SBR trong nỗ lực đảm bảo nƣớc thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi
trƣờng, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá khả năng loại COD, N trong nƣớc thải chăn nuôi lợn sau
quá trình xử lý yếm khí của công nghệ SBR;
- Nghiên cứu đƣa ra chế độ vận hành tối ƣu cho hệ thiết bị SBR


4
3. Yêu cầu của đề tài
- Lắp đặt hệ thí nghiệm xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử
lý yếm khí bằng phƣơng pháp SBR
- Lấy mẫu, phân tích hàm lƣợng hữu cơ, tổng N, COD, NO
3
-
, NO
2
-
,
NH
4
+
trong nƣớc thải đầu vào và nƣớc thải sau khi qua hệ thống thí nghiệm,
đƣa ra đƣợc hiệu suất xử lý.
- Đƣa ra đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ
trong nƣớc thải chăn nuôi lợn bằng phƣơng pháp SBR.

4. Ý nghĩa của đề tài
4.1. Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học
Kết quả của đề tài là nền móng cho các nghiên cứu tiếp theo về việc xử
lý triệt để các chất hữu cơ, N, P trong nƣớc thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam.
4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
Đề tài rất có ý nghĩa trong thực tiễn. Kết quả của đề tài sẽ góp phần đƣa
ra mô hình xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí, có thể
phổ cập sử dụng trong các hộ, trang trại chăn nuôi lợn.

5
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Cơ sở lý luận
Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lƣơng 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 nhƣ các nƣớc trong khu vực phải duy trì mức tăng
trƣởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nƣớc và từng bƣớc
hƣớng tới xuất khẩu. Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nƣớc ta phát
triển với tốc độ nhanh, bình quân giai đoạn 2001 - 2006 đạt 8,9%.
Trong số các nƣớc thuộc khối Asean, Việt Nam là nƣớc chịu áp lực về
đất đai lớn nhất. Tốc độ tăng dân số và quá trình đô thị hóa đã làm giảm diện
tích đất nông nghiệp. Để đảm bảo an toàn về lƣơng thực và thực phẩm, biện
pháp duy nhất là thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành
phần quan trọng trong định hƣớng phát triển.
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất
nhanh nhƣng chủ yếu là tự phát và chƣa đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn kỹ thuật
về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi. Do đó, năng suất chăn nuôi thấp và gây
ô nhiễm môi trƣờng một cách trầm trọng. Ô nhiễm môi trƣờng không những

ảnh hƣởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hƣởng rất
lớn đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng sống xung quanh. Mỗi năm ngành
chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn phân, với phƣơng
thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nƣớc thải không qua
xử lý xả trực tiếp ra môi trƣờng gây ô nhiễm nghiêm trọng [3].
Cho đến nay, chƣa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô
nhiễm môi trƣờng do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của Viện
Chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nƣớc thải chảy tự do ra môi

6
trƣờng xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi
bức. Nồng độ khí H
2
S và NH
3
cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần.
Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần.
Ngoài ra nƣớc thải chăn nuôi còn có chứa COD, coliform, e.coli, v.v., và
trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.
Khả năng hấp thụ Nitơ và Photpho của gia súc, gia cầm rất kém, nên khi
thức ăn có chứa Nitơ và Photpho vào thì chúng sẽ bị bài tiết theo phân và
nƣớc tiểu. Trong nƣớc thải chăn nuôi thƣờng chứa hàm lƣợng Nitơ và
Photpho rất cao. [14]
Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với lợn trƣởng thành, khi ăn vào
100g Nitơ thì: 30g giữ lại cơ thể, 50g bài tiết ra ngoài theo nƣớc tiểu dƣới
dạng ure, còn 20g ở dạng phân Nitơ vi sinh khó phân hủy và an toàn cho môi
trƣờng.
Nitơ bài tiết ra ngoài theo nƣớc tiểu và phân dƣới dạng ure, sau đó ure
sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hóa ure thành NH
3

, NH
3
phát tán vào không
khí gây mùi hôi hoặc khuếch tán vào nƣớc làm ô nhiễm nguồn nƣớc. Nồng độ
NH
3
trong nƣớc thải phụ thuộc vào lƣợng urê trong nƣớc tiểu và pH của nƣớc
thải. Khi pH tăng, NH
4
+
sẽ chuyển thành NH
3
. Ngƣợc lại, khi pH giảm, NH
3

chuyển thành NH
4
+
. Hợp chất nitơ bền và không có hậu quả xấu với môi
trƣờng là khí N
2
. Xử lý hợp chất Nito trong nƣớc thải với mục tiêu cao nhất
về phƣơng diện công nghệ là chuyển chúng về dạng khí nitơ N
2
.
Khả năng loại bỏ N, P qua các quá trình xử lý nước thải:
- Trong quá trình xử lý sơ bộ lắng, nồng độ N giảm khoảng 5-10% do
hợp chất N đƣợc giữ lại ở trong các hợp chất lắng.
- Trong quá trình xử lý yếm khí quá trình oxy hóa amoni hầu nhƣ
không diễn ra chỉ một phần nhỏ tham gia tổng hợp sinh khối. Trong quá trình

yếm khí chỉ chuyển hóa từ dạng N-hữu cơ về dạng N-vô cơ qua quá trình thủy
phân.

7
- Trong quá trình xử lý hiếu khí so với quá trình phân hủy COD thì quá
trình oxy hóa N-amoni thành Nitrit và Nitrat diễn ra chậm hơn nhiều. Nhƣ
vậy đối với nƣớc thải chăn nuôi lợn có hàm lƣợng N, P cao – thành phần N, P
luôn dƣ so với nhu cầu tổng hợp tế bào. Vậy cần có quá trình thiếu khí để
thực hiện quá trình khử nitrat.
Bảng 1.1. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thƣờng
Đơn vị công nghệ
Hiệu quả xử lý (%)

N
hữa cơ

N-NH
4
+

N-NO
3
-

Tổng N
Lắng 1
10 – 20
-
-
5 – 10

Xử lý bậc 2
10 - 50
<10
ít
10 - 30
Tổng hợp tế bào
-
40-70
ít
3-70
Nitrat hóa
ít
->NO
3
-

ít
5-20
Khử Nitrat
-
-
80-90
70-95
Hồ oxy hóa
ít
Bay hơi
ít nitrat
20-90
(Nguồn: Trần Thanh Hải (2009). Giải pháp công nghệ xử lý nước thải
chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học phù hợp với điều kiện Việt Nam)

Trong quá trình xử lý nƣớc thải luôn tồn tại nhiều chủng loại VSV có
khả năng cùng sống trong một môi trƣờng. Tỷ lệ của các loại VSV trong quần
thể phụ thuộc vào thành phần nƣớc thải. Trong cùng điều kiện hiếu khí, tỷ lệ
VSV hiếu khí dị dƣỡng (oxy hóa C
hữa cơ
) và loại VSV hiếu khí tự dƣỡng (oxy
hóa NH
4
+
), tỷ lệ các VSV trên phụ thuộc vào tỷ lệ BOD/N đƣợc thể hiện
trong bảng sau:
Bảng 1.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ BOD/T-N đến
(%) VSV tự dƣỡng trong hệ hiếu khí
Tỷ lệ BOD/TKN
Vi sinh vật tự
dƣỡng (%)
Tỷ lệ BOD/TKN
Vi sinh vật tự
dƣỡng (%)
0,5
35,0
5
5,4
1
21,0
6
4,3
2
12,0
7

3,7
3
8,3
8
3,3
4
6,4
9
2,9

8
(Nguồn: Mecalf & Eddy. Wastewater engineering, Treatment, disposal and reuse.)
Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nƣớc thải: Quá trình khử hợp
chất N có thể đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau:





Hình 1.1: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N
1.1.1.1. Quá trình oxy hóa amoni
Quá trình oxy hóa NH
4
+
thành nitrat xảy ra theo 2 bậc:
NH
4
+
+ 1,5 O
2

 NO
2
-
+ 2 H
+
+ H
2
O (1-1)
NO
2
-
+ 0,5 O
2
 NO
3
-
(1-2)
NH
4
+
+ 2 O
2
 NO
3
-
+ 2 H
+
+ H
2
O (1-3)

Phản ứng (1-1), (1-2) đƣợc thực hiện do chủng VSV tự dƣỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter. Năng lƣợng sinh ra từ hai phản ứng trên đƣợc
VK sử dụng để tổng hợp tế bào, năng lƣợng thu đƣợc từ hai phản ứng trên là
rất thấp: phản ứng (1-1) là 57kcal/mol, phản ứng (1-2) là 19 kcal/mol thấp
hơn rất nhiều so với quá trình phân hủy các chất hữu cơ do VSV hiếu khí thực
hiện [5]. Do đó hiệu suất tăng sinh khối của VSV tự dƣỡng thấp.
Có khoảng 20-40% NH
4
+
đƣợc tiêu thụ trong quá trình tổng hợp tế bào.
Phản ứng tổng hợp sinh khối có thể viết nhƣ sau:
4 CO
2
+ HCO
3
-
+ NH
4
+
+ H
2
O  C
5
H
7
O
2
N(tế bào vi khuẩn) + 5 O
2

Công thức tổng hợp mô tả sự oxy hóa và tổng hợp tế bào :
1,02NH
4
+
+1,89O
2
+2,02HCO
3
-
 0,021C
5
H
7
NO
2
+ 1,06 H
2
O+ 1,92 H
2
CO
3
+ NO
3
-

Oxy hóa amoni bao gồm 2 phản ứng kế tiếp nhau nên tốc độ oxy hóa của
quá trình bị khống chế bởi giai đoạn có tốc độ thấp hơn. Tốc độ phát triển của
Nitrosomonas chậm hơn Nitrobacter do đó nồng độ NO
2
-

thấp hơn trong giai
Khử nitrat
Nitrat hóa
Amôn
hoá
( NO
2
 N
2
)
(  NO
2
-
 NO
3
-
)
NH
4
+
nƣớc
NH
4
+
Nƣớc
N-hữu cơ

9
đoạn ổn định. Vì vậy trong quá trình động học ngƣời ta chỉ sử dụng các thông
số liên quan đến vi khuẩn Nitrosomonas để đặc trƣng cho quá trình oxy hóa

amoni.
Tốc độ phát triển của VSV tự dƣỡng tuân theo quy luật động học của
Monod. Yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phát triển của VSV tự dƣỡng là nồng độ
NH
4
+
và DO.
















DONN
N
m
KDO
DO
KS
S




Trong đó: : hằng số phát triển riêng của VSV tự dƣỡng

m
: hằng số phát triển cực đại của VSV tự dƣỡng
S
N
: nồng độ NH
4
+

DO: nồng độ oxy hòa tan
K
N
: hằng số bán bão hòa của NH
4
+
K
DO
: hằng số bán bão hòa của oxy
Phƣơng trình trên có 3 thông số động học (
m
, K
N
, K
DO
), các thông số

(K
N
, K
DO
) đƣợc xác định bằng thực nghiệm K
N
=0,256-1,84mgN-NH
4
+
/l,
K
DO
=0,15-2,0 mgO
2
/l. Tại nhiệt độ 20
0
C nên chọn K
N
=1,0 mgN-NH
4
+
/l,
K
DO
=0,4mgO
2
/l [5].
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của VSV tự dưỡng:
+ DO: DO cần thiết cho quá trình nitrat hoá xảy ra ít nhất là 0,3 mg/l
(Downing và Scragg, 1958). Tốc độ nitrat hoá đối với Nitrosomonas không

phụ thuộc vào DO nếu DO>1mg/l và đối với Nitrobacter khi DO>2mg/l
(Schoberl và Angel, 1964). Theo Boon và Laudeluot (1962) nghiên cứu tốc độ
sinh trƣởng của Nitrobacter ở DO=1 mg/l và DO bão hoà ở nhiệt độ 30 -
35
0
C cho thấy: ở DO = 1mg/l tốc độ sinh trƣởng bằng 97%, 80%, 70%, 58%

10
ở DO bão hoà; tƣơng ứng với các nhiệt độ 20; 23,7; 29; 35
0
C. Các nghiên cứu
trên thể hiện ảnh hƣởng của DO đến quá trình nitrat hóa.
+ pH: giá trị pH thích hợp là từ 7,6-8,6; khi pH<6,2 hoặc pH>10 sẽ ức
chế hoàn toàn quá trình hoạt động của VSV. Ảnh hƣởng của pH lên tốc độ
phát triển riêng cực đại của VSV tự dƣỡng:

n,pH
= 
n,7,2
.[1 – 0,833(7,2 – pH)]
Tốc độ nitrat hoá giảm tuyến tính khi pH < 7,2 và ít có sự ảnh hƣởng
khi pH =7,2 – 8,0 (Angle và Alexander, 1958; và Downing, 1964). Tốc độ
nitrat hoá đối với Nitrobacter ở pH=6,5 bằng 60% tốc độ ở pH=7,5 (Boon và
Laudelout, 1962). Khi sử dụng các mẻ vi sinh nuôi cấy chƣa thích nghi cho
thấy tốc độ nitrat hoá ở pH=6,9 bằng 84% tốc độ ở pH=7,0 ở 20
0
C. Tốc độ
nitrat hoá ở pH=6,8 bằng 42% tốc độ ở pH=7,8 tại 15
0
C, ở nhiệt độ thấp hơn

thì ảnh hƣởng của pH nhiều hơn (Antoniou và cs , 1990). Tốc độ sinh trƣởng
riêng cực đại đƣợc phục hồi sau khi thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi
hoàn toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7 – 6 trong các quá trình sinh trƣởng
dính bám (Stankwich, 1972; Haug và McCathy, 1972).
+ Nhiệt độ: Tốc độ sinh trƣởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrat hoá
suy giảm khi giảm nhiệt độ. Một số nghiên cứu đề xuất mối quan hệ giữa
nhiệt độ và tốc độ sinh trƣởng riêng cực đại của VSV tự dƣỡng đƣợc thể hiện
trong bảng sau:
Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến
tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật nitrat hóa [5]
Nguồn

n,max
theo nhiệt
độ

n,max
theo nhiệt độ
10
0
C
15
0
C
20
0
C
Downing (1964)
0,47.e
0,098(T-15)

0,29
0,47
0,77
Hultman (1971)
0,50.e
0,033(T-15)

0,23
0,34
0,50

11
Nguồn

n,max
theo nhiệt
độ

n,max
theo nhiệt độ
10
0
C
15
0
C
20
0
C

Barnard (1975)
0,33.(1,127)
T-20

0,10
0,18
0,37
Painter (1983)
0,18.e
0,0729(T-15)

0,12
0,18
0,26

Nhiệt độ ảnh hƣởng đến hệ số bán bão hòa Kn của quá trình nitrat hóa:
- Theo (Knowles và cs,1965) mối quan hệ giữa Kn và nhiệt độ: Kn =
10
(0,051.t-1,148)

- Nhiệt độ tối ƣu cho quá trình nitrat hóa trong khoảng 30 – 36
0
C,
nhƣng chúng có thể phát triển ở 4 – 50
0
C (Focht và Chang, 1975; Painter,
1970).
+ Độc tố: các hợp chất có độc tố cao với VSV tự dƣỡng là: hợp chất
phenol, hợp chất clo, Cl
-

và các kim loại nặng. Đối với VSV có tốc độ phát
triển chậm thì ảnh hƣởng của độc tố đến nó là ít hơn, nhƣ vậy trong hai quá
trình thì loại Nitrosomonas ít bị ảnh hƣởng bởi độc tố hơn Nitrobacter. VSV
tự dƣỡng có sức chịu đựng độc tố kém hơn VSV dị dƣỡng, Một độc tố rất
quan trọng là NH
3
và axit HNO
2
ở dạng trung hòa – sản phẩm và nguyên liệu
của quá trình, Nitrobacter bị ảnh hƣởng nhiều hơn (0,1-1,0 mgN-NH
3
/l) so
với Nitrosomonas (5-20 mgN-NH
3
/l). Tuy nhiên pH của nƣớc thải chăn nuôi
thƣờng ở mức trung tính nên nồng độ NH
3
trong nƣớc thải là thấp. Ngƣợc lại
HNO
2
lại tồn tại và thể hiện độc tính ở pH thấp.
+ Thời gian lưu bùn: thời gian lƣu bùn (SRT) phải đủ lớn để đảm bảo
cho vi khuẩn nitrat hoá phát triển ổn định. Thời gian lƣu bùn rất quan trọng
đối với nƣớc thải chứa các hợp chất độc hại. SRT đủ lớn để cho vi khuẩn
thích nghi dần với các chất độc hại. Theo Bridle và cộng sự cho thấy đối với
một số nƣớc thải công nghiệp chứa các hợp chất độc hại SRT > 160 ngày thì

12
hiệu quả loại nitrat đạt > 90%. Thời gian lƣu bùn ảnh hƣởng tới nhu cầu oxy
mà loài vi khuẩn nitrat hoá nhạy cảm với yếu tố này.

1.1.1.2. Quá trình khử nitrat
Nitrat là sản phẩm cuối của qúa trình oxy hóa amoni, nitrat chƣa đƣợc
xem là bền vững cũng gây độc cho môi trƣờng nên cần đƣợc khử thành khí
nitơ N
2
.
4NO
3
-
+ 4H
+
+ 5C
hữu cơ
5CO
2
+ 2N
2
+ 2H
2
O
Một số loài vi khuẩn khử nitrat nhƣ: Bacillus, Pseudomonas,
Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacilus, Micrococcus,
Denitrobacillus (Painter, 1970). Để khử nitrat VSV cần có chất khử, chất
khử có thể là các chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ nhƣ (S, Fe
2+
). Phần lớn
VSV nhúm Denitrifier thuộc loại dị dƣỡng – chúng sử dụng C hữu cơ để tổng
hợp tế bào, ngoài phần sử dụng cho khử nitrat. Song song với quá trình khử
nitrat là quá trình tổng hợp tế bào, do đó lƣợng chất hữu cơ tiêu hao cho cả
quá trình lớn hơn nhiều so với lƣợng chất hữu cơ cần thiết cho khử nitrat.

Quá trình khử nitrat không phải là quá trình lên men yếm khí mà nó
giống nhƣ quá trình hô hấp hiếu khí nhƣng thay vì sử dụng oxy chúng sử
dụng NO
2
-
và NO
3
-
khi môi trƣờng thiếu oxy. Trong hệ khử nitrat bởi VSV,
mức độ tiêu hao chất điện tử phụ thuộc vào sự có mặt của chất nhận điện tử
(chất oxy hóa) trong hệ: oxy hòa tan, nitrit, nitrat, sunfat. Trong đó oxy hòa
tan có khả năng phản ứng tốt nhất với các chất khử vì trong hệ luôn có VSV
dị dƣỡng hiếu khí. VSV chỉ sử dụng đến nitrat và nitrit khi môi trƣờng cạn
kiệt oxy hòa tan. Mức độ cạnh tranh về phƣơng diện sử dụng chất cho điện tử:
O
2
> NO
3
-
 NO
2
-
> SO
4
2-
.
Các chất hữu cơ mà nhóm VSV khử nitrat sử dụng: nguồn nƣớc thải,
các hóa chất hữu cơ đƣa vào, các chất hữu cơ hỡnh thành từ quá trình phân
hủy nội sinh. Tốc độ phản ứng khử nitrat đƣợc thể hiện qua công thức sau [5]:
v

i
= 0,03(F:M) + 0,029;

13
v
i
= 0,12.
c
-0,706

(trong đó:  - là thời gian lƣu tế bào)
Tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ DO: Qúa trình khử nitrat xảy ra trong điều kiện thiếu khí nên nồng độ
oxy hòa tan - DO ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả quá trình vỡ oxy trong nƣớc
thải ức chế các enzyme khử nitrat. Oxy ức chế các enzyme nitrit mạnh hơn
các enzyme khử nitrat. Theo các nghiên cứu của Skerman và MacRae (1957),
Terai và Mori (1975) cho biết loài Pseudomonas bị ức chế ở DO 0,2mg/l.
Theo Nelson và Knowless (1978) cho biết khử nitrat bị dừng khi DO là
0,13mg/l. Theo Wheatland và cs (1959), tốc độ khử nitrat ở DO = 0,2mg/l
chỉ bằng một nửa tốc độ khử nitrat ở DO là 0mg/l, khi DO tăng lên 2mg/l thì
tốc độ khử nitrat chỉ bằng 10% ở DO là 0mg/l.
+ pH: Theo nghiên cứu của Dawson và Murphy (1972) cho biết tốc độ
khử nitrat ở pH=6 và 8 bằng một nửa ở pH=7 cho cùng một mẻ nuôi cấy.
Theo Nommik (1956), Wiljer và Delwiche (1954), Bremmer và Shaw (1958)
cho thấy tốc độ khử nitrat không bị ảnh hƣởng khi pH từ 7-8, khi pH từ 8-9,5
và từ 4-7 thì tốc độ khử nitrat hoá giảm tuyến tính.
+ Nhiệt độ: tốc độ tăng lên gấp đôi khi tăng nhiệt độ lên 10
0
C trong
khoảng nhiệt độ 5-25

0
C [5].
+ Chất hữu cơ: các chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy tạo điều kiện tốt
thúc đẩy tốc độ khử nitrat. Quá trình khử xảy ra trong điều kiện thiếu khí và
cần nguồn C-hữu cơ (1g N-NO
3
-
cần khoảng 3g COD).
+ Độc tố và yếu tố kìm hãm quá trình khử Nitrat: loại Denitrifier ít bị
ức chế bởi các độc tố hơn nhƣng vẫn là vấn đề cần quan tâm. Oxy ức chế
enzym khử nitrit. Nồng độ oxy hòa tan sẽ ức chế qúa trình khi đạt 13% nồng
độ bão hòa.

14
Hệ xử lý nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học có thể riêng
rẽ hoặc tổ hợp hai quá trình: oxy hóa amoni và khử nitrat. Theo Lê Văn Cát
(2007) khi BOD/T-N > 5 nên kết hợp hai quá trình trên, khi BOD/T-N < 3 thì
nên tách ra thành 2 giai đoạn. Đối với nƣớc thải chăn nuôi nên áp dụng kỹ
thuật xử lý 2 giai đoạn riêng rẽ. Phƣơng pháp xử lý này có ƣu điểm: linh hoạt,
dễ tối ƣu hóa các quá trình, và giảm thiểu các độc tố với VSV tự dƣỡng (do
đó đƣợc oxy hóa ở giai đoạn 1).
Trong nƣớc thải chăn nuôi, hàm lƣợng COD và nitơ đều cao nên sự
hoạt động của VSV tự dƣỡng sẽ bị cạnh tranh quyết liệt bởi VSV dị dƣỡng,
dẫn đến khả năng xử lý các hợp chất chứa nitơ trở lên khó khăn hơn. Do đó
cần phải oxy hóa nƣớc thải theo nhiều giai đoạn, để tạo điều kiện cho giai
đoạn sau oxy hóa các hợp chất nitơ đƣợc dễ dàng.
1.1.2. Cơ sở thực tiễn
Nƣớc thải chăn nuôi thuộc loại giàu SS, COD, N, P, vì vậy để xử lý
nƣớc thải chăn nuôi, kĩ thuật yếm khí luôn là sự lựa chọn đầu tiên. Ở các nƣớc
châu Âu và Mĩ, nhất là ở Anh, nƣớc và chất thải chăn nuôi đƣợc coi là nguồn

nguyên liệu để sản xuất biogas thu hồi năng lƣợng. Ở Đức, năng lƣợng biogas
từ chất thải chăn nuôi và các nguồn thải hữu cơ khác đã đƣợc đƣa vào cán cân
năng lƣợng quốc gia để đạt mục tiêu 20% năng lƣợng sử dụng là năng lƣợng
tái tạo vào 2020.
Tuy nhiên, do nƣớc thải chăn nuôi lợn là một nguồn thải ô nhiễm trầm
trọng đối với môi trƣờng, loại nƣớc thải này rất khó xử lý, bởi vì nồng độ hữu
cơ cũng nhƣ nitơ trong nƣớc thải rất cao. Vì vậy, phát triển công nghệ xử lý
nƣớc thải chăn nuôi lợn có hiệu quả và kinh tế đang là sự quan tâm đặc biệt
của các nhà khoa học trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam. Đối với loại nƣớc
thải này, nếu chỉ xử lý bằng các quá trình sinh học yếm khí thƣờng không triệt
để, vấn còn một lƣợng lớn các chất hữu cơ và phần lớn thành phần dinh
dƣỡng là N, P. Do vậy, sau quá trình xử lý yếm khí, bƣớc tiếp theo là quá

15
trình sinh học hiếu khí - thiếu khí kết hợp (xử lý phần hữu cơ còn lại và phần
lớn thành phần dinh dƣỡng N, P), cuối cùng có thể là bƣớc xử lý bổ sung
nhằm giảm thiểu tối đa thành phần dinh dƣỡng. Một số quá trình hiếu khí -
thiếu khí cơ bản thƣờng đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong xử lý nƣớc
thải chăn nuôi lợn nhƣ sau: Phƣơng pháp bùn hoạt tính hiếu khí - thiếu khí kết
hợp, phƣơng pháp lọc sinh học ngập nƣớc thiếu - hiếu khí kết hợp, phƣơng
pháp mƣơng oxy hóa, phƣơng pháp anamox và phƣơng pháp SBR.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn
cũng nhƣ nhiều loại nƣớc thải công nghiệp khác (nƣớc thải chế biến thực
phẩm, nƣớc thải nhà máy sữa, nƣớc thải giết mổ gia súc, v.v.) bằng phƣơng
pháp SBR [17]. Kết quả nghiên cứu của Kim [19] đối với nƣớc thải chăn nuôi
lợn (COD = 1000 mg/L, N-NH
4
+
= 3400 mg/L, T-P = 145 mg/L), trong
khoảng tải trọng 0,063 – 0,25 kg-COD/m

3
-ngày, với chu trình xử lý 12h cho
thấy hiệu suất xử lý đạt 57,4 – 87,4% đối với COD, 90,8 – 94,7% đối với N-
NH
4
+
. Kết quả nghiên cứu của Edgerton [3], với nƣớc thải đầu vào có COD =
4500 mg/L, N- NH
4
+
= 250 mg/L, T-P = 383 mg/L, với các quá trình yếm
khí/hiếu khí/thiếu khí, ở tải trọng 1,18 kg-COD/m
3
-ngày, chu trình xử lý 12 h
cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tƣơng ứng với COD, N- NH
4
+
và T-
P. Một số nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của phƣơng pháp
SBR cũng đã đƣợc thực hiện. Nghiên cứu của Bortone [22] và Filali [28] về
xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn cho thấy chế độ cấp nƣớc thải 2 lần trong chu
kỳ xử lý cho hiệu suất xử lý cao hơn chế độ cấp nƣớc thải 1 lần.
Cho đến nay, việc nghiên cứu môi trƣờng chăn nuôi ở nƣớc ta chƣa
đƣợc quan tâm một cách đầy đủ. Chỉ có một số công trình nghiên cứu chất
lƣợng môi trƣờng tại các điểm chăn nuôi đơn lẻ đã đƣợc công bố trong một
vài năm trở lại đây nhƣ: Báo cáo kết quả nghiên cứu môi trƣờng các khu vực
chăn nuôi hai xã Trực Thái (Nam Định) và Trung Châu (Hà Tây) của Viện
Chăn nuôi; Báo cáo của Viện Công nghệ môi trƣờng kết hợp với Viện Thú y

16

Quốc gia kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn chuồng nuôi gà tại Trung tâm nghiên
cứu gia cầm Thụy Phƣơng; Báo cáo kết quả thực hiện Dự án của liên minh
Châu Âu – chƣơng trình Asia ProEco “Phát triển chăn nuôi lợn, quản lý chất
thải động vật và bảo vệ môi trƣờng”, v.v.
Các công trình nghiên cứu ở trên đều đƣa ra nhận định chung là hầu hết
lƣợng chất thải chăn nuôi của Việt Nam đều không đƣợc quản lý và xử lý mà
đổ tự do ra môi trƣờng xung quanh. Các công trình nghiên cứu cũng đã đề
xuất một số phƣơng pháp xử lý chất thải bằng Biogas và De-odorase kết hợp
với biện pháp cải thiện điều kiện vệ sinh chuồng trại nhƣ: nâng độ cao chuồng
nuôi, cải tạo mái tạo độ thông thoán, lắp dàn phun mƣa, v.v.
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cũng chỉ thực hiện ở một khu vực
chăn nuôi nhỏ, các mô hình công nghệ đều mới dừng lại ở quy mô thử
nghiệm mà chƣa có số liệu theo dõi, đánh giá với thời gian đủ dài và thƣờng
xuyên để đƣa ra những số liệu hệ thống, làm cơ sở cho việc đề xuất áp dụng
các phƣơng pháp xử lý chất thải một cách rộng rãi. Một số nơi công nghệ xử
lý cũng chƣa đạt đƣợc các kết quả nhƣ mong đợi. Vì vậy, khả năng triển khai
áp dụng trên diện rộng các biện pháp cải thiện môi trƣờng chăn nuôi còn gặp
nhiều khó khăn.
Chỉ có một số ít các nghiên cứu đƣợc thử nghiệm trong thực tế nhƣ đề
tài nghiên cứu công nghệ lọc sinh học trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi tại
Vĩnh Phúc đƣợc Viện Công nghệ Môi trƣờng thực hiện trong năm 2007, đề
tài nghiên cứu công nghệ Aeroten trong xử lý nƣớc thải chăn nuôi tại trại lợn
Hoàng Liễn – Vũ Thƣ – Thái Bình đƣợc Viện Công nghệ Môi trƣờng thực
hiện trong giai đoạn 2006 – 2007. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý của 2 công nghệ
này chƣa cao và chƣa đáp ứng đƣợc đòi hỏi của thực tế về suất đầu tƣ và chi
phí vận hành. Chính vì vậy, tuy nhu cầu có đã lâu nhƣng mô hình xây dựng và
vận hành thành công hệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi ở nƣớc ta rất hiếm. Công
nghệ SBR (quá trình yếm khí, hiếu khí, thiếu khí trong một thiết bị) đã đƣợc