Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 10
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 9
1.1. Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong
những năm gần đây 9
1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới 9
1.1.2. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam 10
1.2. Chất thải chăn nuôi 12
1.3. Khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng của chất thải chăn nuôi 14
1.4. Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi 15
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc về xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng kỹ
thuật tầng vi sinh chuyển động 28
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 32
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 32
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38
3.1. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nƣớc thải
chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR 38
3.1.1. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay
đổi theo thời gian 38
3.1.2. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay
đổi nồng độ đầu vào N-NH
4
+
50
3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nƣớc thải
chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với hệ thống yếm khí – thiếu
khí – hiếu khí theo mẻ 58
3.2.1. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian lưu tổng 58
3.2.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đầu vào N-NH
4

+
72
3.3. So sánh hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt
tính (không có vật liệu mang PU) và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử
dụng vật liệu mang PU) 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85
Kết luận 85
Kiến nghị 86
Tài liệu tham khảo 87



1
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta
năm 2009 11
Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn
13
Bảng 3.1. Tóm tắt các thông số chung hệ thống SBR 38
Bảng 3.2. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ 39
Bảng 3.3. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ. 41
Bảng 3.4. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 8h 44
Bảng 3.5. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 10 giờ 46
Bảng 3.6. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ 48
Bảng 3.7 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng hệ thống SBR khi thay đổi thời

gian lưu tổng
50
Bảng 3.8. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải
đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ, amoni đầu vào trong
khoảng 140mg/l
51
Bảng 3.9. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải
đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ
53
Bảng 3.10. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải
đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ
55
Bảng 3.11 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm với thời gian lưu tổng 12h
khi thay đổi nồng độ N-NH
4
+
đầu vào 57
Bảng 3.12 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
59
Bảng 3.13 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
63
Bảng 3.14 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
67


2
Bảng 3.15 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động khi
thay đổi thời gian lưu tổng 71
Bảng 3.16 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
73

Bảng 3.17 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
77
Bảng 3.18 Kết quả xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thời
gian lưu tổng 36h khi thay đổi nồng độ N-NH
4
+
đầu vào 81
Bảng 3.19 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chỉ tiêu nước thải giữa kỹ thuật bùn hoạt
tính và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 83

3
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp 11
Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng 13
Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy) 19
Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy) 20
Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt) 20
Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn) 21
Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm,
dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải) 22
Hình 1.8 Chất mang vi sinh dạng cuộn (BIOPAC, Đức) 25
Hình 1.9 Chất mang vi sinh có cấu trúc hình học phức tạp 26
Hình 1.10 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm
dự định của đề tài), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc), hình c (hệ khi chưa cho nước
thải và bùn), hình d (hệ khi đang vận hành). 27
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phòng thí nghiệm 33
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí theo mẻ.
35
Hình 3.1a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 39
Hình 3.1b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 40
theo thời gian lưu tổng 6h 40
Hình 3.1c: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 42
Hình 3.1d: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 43
theo thời gian lưu tổng 6h 43
Hình 3.2a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 8h 44
Hình 3.2b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD 45
theo thời gian lưu tổng 8h 45
Hình 3.3a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 10h 46
Hình 3.4a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h 48

Hình 3.4b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h 49
Hình 3.5a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l 51
Hình 3.5b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l 52
Hình 3.6a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l 54
Hình 3.6b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l 54
Hình 3.7a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l 56
Hình 3.7b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l 56
Hình 3.8a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 12h 59


4
Hình 3.8b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 12h 60
Hình 3.8d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 12h 61
Hình 3.9a Diễn biến nồng độ COD, thời gian lưu tổng 24h 64
Hình 3.9b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 24 h 64
Hình 3.9c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 24h 65
Hình 3.9d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 24h 66
Hình 3.9e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P, 66
thời gian lưu tổng 24h 66
Hình 3.10a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h 68
Hình 3.10b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 36 giờ 68
Hình 3.10c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h 69
Hình 3.10d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h 70

Hình 3.10e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P, 70
thời gian lưu tổng 36h 70
Hình 3.10f Diễn biến các chỉ tiêu N và P, thời gian lưu tổng 36h 71
Hình 3.11a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 73
Hình 3.11b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l 74
Hình 3.11c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l 75
Hình 3.11d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l 75
Hình 3.11e Diễn biến các chỉ tiêu otophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h,
nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 76
Hình 3.11f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni
đầu vào trong khoảng 210 mgN/l 76
Hình 3.12a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 78
Hình 3.12b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l 78
Hình 3.12c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l 79
Hình 3.12d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l 79
Hình 3.12e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h,
nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 80
Hình 3.12f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni
đầu vào trong khoảng 250 mgN/l 80

5
DANH MỤC 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
F/M
Food / Microorganisms
Tỷ lệ thức ăn / vi sinh vật
PU
Polyerutan
Vật liệu mang Polyerutan
SBR
Sequencing Batch Reactor
Kỹ thuật phản ứng theo mẻ
QCVN

Quy chuẩn Việt Nam
TVTS

Thực vật thủy sinh
VSV

Vi sinh vật
XLNT

Xử lý nước thải

















6
MỞ ĐẦU
Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn
nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng
ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng

triệu người dân hiện nay. Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với
nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [7].
Sự gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm
ngày càng cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ. Sự
phát triển bùng nổ của ngành chăn nuôi để đáp ứng các nhu cầu là một tất yếu.
Công nghiệp hóa chăn nuôi có thể là hệ quả tất yếu của chuỗi thực phẩm liên kết
theo chiều dọc và cung ứng cho các cửa hàng bán lẻ lớn, nhưng cũng có thể xảy ra
một cách độc lập.
Khi các nước tiến hành công nghiệp hóa họ đi theo mô hình tổ chức vùng
chuyên canh. Chăn nuôi truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có của địa phương
như đồng cỏ tự nhiên và phụ phẩm cây trồng. Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải
thích sự phân bố của ngành chăn nuôi gia súc nhai lại. Trong lúc đó phân bổ chăn
nuôi lợn và gia cầm lại sát với dân cư vì chúng chuyển hóa các vật phế thải thành
thịt và trứng. Ví dụ, ở Việt Nam, nước mới bắt đầu công nghiệp hóa 90% mô hình
chăn nuôi gia cầm đều gắn với phân bố dân cư [4].
Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn nuôi
cho hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ gia đình gần
như không phải là một mối hiểm họa đối với môi trường.
Phát triển chăn nuôi bền vững, nhất là chăn nuôi lợn hàng hóa như thế nào
trong hoàn cảnh cuộc sống của phần lớn các hộ nông dân còn chật vật khó khăn, đại
bộ phận người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, ít
quan tâm về thông tin thị trường, nếu có thì thiếu cụ thể; hiểu biết về sản xuất hàng
hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng đều giữa các vùng, là
những rào cản trong phát triển chăn nuôi lợn hàng hóa hiện nay.


7
Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng
đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm
cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng,

nó đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân
ở gần các trang trại. Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn
nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng
nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn
mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform,
e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [4].
Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định
về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề
môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã
nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã
được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý
chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, mặc dù đã phần nào cảm nhận được tác hại về
môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào
về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi.
Vì vậy, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn
nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động".
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) sử dụng
vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giàu C và N.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng quan tài liệu xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật tầng vi sinh
chuyển động (Moving Bed Reactor) và kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR
(Biological Activated Suspended Sludge) thường được áp dụng trong xử lý nước
thải chăn nuôi.
- Chọn vật liệu mang Polyuretan sử dụng trong kỹ thuật tầng vi sinh chuyển


8
động.
- Nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật bùn

hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR và kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật
liệu mang Polyuretan trong các điều kiện hiếu khí, thiếu khí khi thay đổi:
+ Nồng độ tải N vào khác nhau;
+ Thời gian lưu nước và bùn khác nhau;
- So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý và thông số năng suất xử lý C, N, P bằng
kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lững và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động.



















9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những
năm gần đây
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi trên thế giới đã có nhiều biến

động cả về tốc độ phát triển, phân bố lại địa bàn và phương thức sản xuất,
đồng thời xuất hiện nhiều nhân tố bất ổn như gây ô nhiễm môi trường trầm
trọng, vệ sinh an toàn thực phẩm và nhiều dịch bệnh mới….
1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới
Lương thực, thực phẩm và vệ sinh an toàn thực phẩm là vấn đề sống còn của
nhân loại. Ngày nay nông nghiệp có vai trò quan trọng cung cấp lương thực và các
loại thực phẩm nuôi sống cả nhân loại trên trái đất. Ngành chăn nuôi không chỉ có
vai trò cung cấp thịt, trứng, sữa là các thực phẩm cơ bản cho dân số của cả hành tinh
mà còn góp phần đa dạng sinh học trên trái đất.
Số lượng vật nuôi theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới -
FAO năm 2009 số lượng đầu gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: Tổng
đàn trâu 182,2 triệu con và phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á, tổng đàn bò
1.164,8 triệu con, dê 591,7 triệu con, cừu 847,7 triệu con, lợn 887,5 triệu con, gà
14.191,1 triệu con và tổng đàn vịt là 1.008,3 triệu con Tốc độ tăng về số lượng vật
nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%
năm. Hiện nay các quốc gia có số lượng vật nuôi lớn của thế giới như sau: Về số
lượng đàn bò nhiều nhất là Brazin 204,5 triệu con, thứ hai Ấn Độ 172,4 triệu con,
thứ ba Hoa kỳ 94,5 triệu con, thứ tư là Trung Quốc 92,1 triệu con, thứ năm Ethiopia
và thứ sáu Argentina có trên 50 triệu con bò. Các cường quốc về chăn nuôi lợn của
thế giới: số đầu lợn hàng năm số một là Trung Quốc 451,1 triệu con, đứng thứ hai là
Hoa Kỳ 67,1 triệu con, thứ ba là Brazin 37,0 triệu con, Việt Nam đứng thứ 4 có 27,6
triệu con [8].
Về số lượng vật nuôi của thế giới, các nước Trung quốc, Hoa kỳ, Ấn Độ,
Brazin, Indonesia, Đức là những cường quốc, trong khi đó Việt Nam cũng là nước


10
có tên tuổi về chăn nuôi: đứng thứ 2 về số lượng vịt, thứ 4 về heo, thứ 6 về số lượng
trâu và thứ 13 về số lượng gà [22].
Phương thức chăn nuôi hiện nay của các nước trên thế giới có ba hình thức cơ

bản đó là: Chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao; Chăn nuôi
trang trại bán thâm canh; Chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ và quảng canh: Phương
thức chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô lớn thâm canh sản xuất hàng hóa chất lượng
cao chủ yếu ở các nước phát triển ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Úc và một số nước ở
Châu Á, Phi và Mỹ La Tinh. Chăn nuôi công nghiệp thâm canh các công nghệ cao
về cơ giới và tin học được áp dụng trong chuồng trại, cho ăn, vệ sinh, thu hoạch sản
phẩm, xử lý môi trường và quản lý đàn. Các công nghệ sinh học và công nghệ sinh
sản được áp dụng trong chăn nuôi như nhân giống, lai tạo nâng cao khả năng sinh
sản và điều khiển giới tính. Chăn nuôi bán thâm canh và quảng canh gia súc gia cầm
tại phần lớn các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi, Mỹ La Tinh và các nước
Trung Đông. Trong chăn nuôi quảng canh, tận dụng, dựa vào thiên nhiên sản phẩm
chăn nuôi năng xuất thấp nhưng được thị trường xem như là một phần của chăn
nuôi hữu cơ. Chăn nuôi hữu cơ, chăn nuôi sạch đang được thực hiện ở một số nước
phát triển, sản phẩm chăn nuôi được người tiêu dùng ưu chuộng. Xu hướng chăn
nuôi gắn liền với tự nhiên đang được đặt ra cho thế kỷ 21 không chăn nuôi gà công
nghiệp trên lồng tầng và không chăn nuôi heo trên nền xi măng. Tuy nhiên chăn
nuôi hữu cơ năng xuất thấp, giá thành sản phẩm chăn nuôi cao thường là mâu thuẫn
với chăn nuôi công nghiệp quy mô lớn do đó đang là thách thức của nhân loại trong
mở rộng quy mô và phổ cập chăn nuôi hữu cơ [22].
1.1.2. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam
Phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung và chuyên môn hóa cao là
một trong những nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa sản xuất
nông nghiệp của nước ta trong thời kỳ phát triển mới. Theo kết quả điều tra dân
số, đến tháng 4 năm 2009, Việt Nam có tổng số dân là 85.789.773 người, là
một trong 10 quốc gia có mật độ dân số cao nhất trên thế giới (khoảng 260


11
người/km
2

) [20]. Nhu cầu thực phẩm trong điều kiện dân số tăng và đời sống
ngày càng được nâng cao đã và đang đặt ra cho các nhà quản lý nông nghiệp
phải nhanh chóng hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp. Trong khi diện tích
dành cho sản xuất nông nghiệp ngày càng giảm do phát triển đô thị, công nghiệp,
giao thông và các công trình dịch vụ khác, phát triển chăn nuôi theo hướng tập
trung, nâng cao quy mô là xu thế tất yếu nhằm nâng cao năng suất và chất
lượng thịt, trứng, sữa cung cấp cho nhân dân và cho xuất khẩu.

Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp
Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta
năm 2009
TT
Loại gia
súc
Đơn vị tính
Số lƣợng
Sản phẩm
Thịt hơi
Sữa, trứng
1
Trâu
Ngàn con
2886,6
74960 tấn

2
Bò
Ngàn con
6103,3
257779 tấn

278190 tấn
3
Lợn
Ngàn con
27627,7
2908,5 ngàn tấn

4
Ngựa
Ngàn con
102,2


5
Dê, cừu
Ngàn con
1375,1


6
Gia cầm
Triệu con
280,2
518,3 ngàn tấn
5419,4 triệu
quả

Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010.



12
1.2 Chất thải chăn nuôi
Chăn nuôi được xác định là một trong những ngành sản xuất tạo ra một
lượng chất thải nhiều nhất ra môi trường. Chất thải chăn nuôi là một tập hợp
phong phú bao gồm các chất ở tất cả các dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh trong
quá trình chăn nuôi, lưu trữ, chế biến hay sử dụng chất thải. Các chất thải chăn
nuôi được phát sinh chủ yếu từ:
- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như phân, nước tiểu, lông, vảy
da và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm
- Nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết
bị chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi…
- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình chăn
nuôi.
- Bệnh phẩm thú y, xác gia súc, gia cầm chết.
- Bùn lắng từ các mương dẫn, hố chứa hay lưu trữ và chế biến hay xử lý chất
thải.
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa
chuồng, phân. Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng
phân được gia súc, gia cầm thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng
lớn nhất trong chăn nuôi. Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và các ctv trên
gần 1.000 trại chăn nuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía Nam cho thấy

hầu hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc. Cứ
1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước.
Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để
rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng
làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước
thải sau này [4].


13

Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng
Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở
dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các
hợp chất chứa nitơ và photpho. Nước thải chăn nuôi còn chứa rất nhiều vi sinh
vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác. Do ở
dạng lỏng và giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh vật rất cao.
Chúng có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường
đất, nước và không khí.
Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của
phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu
gom (số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ
sinh chuồng trại…
Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn

Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

Độ màu
Pt - Co
350 –870
Độ đục
mg/l
420 – 550
BOD
5

COD
mg/l
mg/l
3500 – 9800
5000 – 12000
SS
mg/l
680 –1200
(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010)



14
1.3 Khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng của chất thải chăn nuôi
Ô nhiễm chất thải chăn nuôi ngoài những ảnh hưởng cục bộ như mùi hôi,
ruồi, muỗi còn có ảnh hưởng tới môi trường đất, nước, không khí và gây ảnh hưởng
xấu đến sức khỏe của người dân.
+) Ô nhiễm không khí: do bụi và mùi hôi.
Mùi hôi do quá trình phân huỷ kị khí chất thải chăn nuôi tạo ra khí N-NH
3
+

,
H
2
S. Trong 3 – 5 ngày đầu, do vi sinh vật chưa kịp phân huỷ các chất thải nên mùi
hôi ít sinh ra, nhưng sau một thời gian sẽ xuất hiện mùi hôi rất khó chịu. Khí H
2
S có
mùi trứng thối đặc trưng, gây buồn nôn, choáng, nhức đầu. Khí N-NH
3
+

kích thích
mắt và đường hô hấp trên, gây ngạt ở nồng độ cao [7].
+) Ô nhiễm đất:
Chất thải chăn nuôi có thể dùng làm phân bón để tăng độ màu mỡ của đất, tăng
năng suất cây trồng. Tuy nhiên, khi đưa vào đất với nồng độ quá nhiều, cây không hấp
thu hết sẽ tích tụ gây ngộ độc cây, ô nhiễm đất, ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.
+) Ô nhiễm nước:
Chất thải gia súc có thể gây nên hiện tượng phú dưỡng đối với nước mặt, ô
nhiễm kim loại nặng và các loại kí sinh trùng, vi trùng gây bệnh.
Hiện tượng phú dưỡng là sự phát triển quá mức của tảo do dư thừa lượng
nitơ, photpho. Hiện tượng phú dưỡng sẽ làm cho DO, pH của nước biến động mạnh
theo các thời điểm trong ngày là tác nhân khó khăn thậm chí là môi trường không
thể sống đối với thuỷ động vật. Trước lúc bình minh, lượng oxi trong nước thải giàu
dinh dưỡng hầu như cạn kiệt và pH có thể thấp hơn 5,5. Thời điểm cuối buổi chiều,
pH của một số ao hồ giàu dinh dưỡng có thể đạt giá trị trên 10, nồng độ oxi hoà tan
trong nước thường ở mức siêu bão hoà, có thể lên tới 20 mg/l. Sau khi tảo chết lắng
xuống lớp bùn đáy và tiếp tục bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí. Trong điều kiện
phú dưỡng tỷ lệ thành phần tảo thường thay đổi theo chiều hướng bất lợi hình thành
nhiều loại tảo độc [5].

Tại Việt Nam, hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi gây ra đang ngày một ở mức
báo động. Xã Trực Thái (Nam Định) có 91,13% hộ nuôi. Kết quả mà cơ quan chức
năng thu được là mức khí độc NH
3
, H
2
S cao hơn mức cho phép 4,7 lần. Ô nhiễm do
chăn nuôi và đặc biệt là chăn nuôi lợn thì không chỉ làm ô nhiễm không khí mà còn


15
ảnh hưởng nặng nề tới nguồn nước và tài nguyên đất [5].
Đồng Nai là địa phương đứng đầu cả nước về phát triển chăn nuôi, với khoảng
1,2 triệu con lợn nhưng nguồn nước mặt tại các vùng chăn nuôi (nhất là nuôi lợn) đã
bị ô nhiễm nặng. Nhiều hộ chăn nuôi còn cho nguồn nước thải chăn nuôi tràn ra khu
vực quanh chuồng trại và cho thấm tự nhiên, gây nên tình trạng ô nhiễm nặng bầu
không khí và mặt đất [5].
1.4 Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác
nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất
tan trong nước. Trong nuớc thải cũng có một lượng lớn các vi sinh vật gây bệnh và
các mầm bệnh gây ra các bệnh về đường ruột ở người. Nước thải còn có các chất
dinh dưỡng kích thích sự sinh trưởng của thực vật thủy sinh và các chất độc. Nước
thải nếu không qua xử lý sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành
một lượng lớn các chất khí có mùi hôi. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó,
làm sạch lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào 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 như sau:
 Xử lý bằng phương pháp Cơ học

 Xử lý bằng phương pháp Hóa và Hóa lý
 Xử lý bằng phương pháp Sinh học
Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi
trường sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện
phát triển bền vững lâu dài cho loài người. Do tính linh hoạt và lan truyền thấp, các
chất gây ô nhiễm ở dạng rắn khó phát huy độc tính ô nhiễm trên diện rộng. Ngược
lại các chất gây ô nhiễm môi trường khí (từ khí thải) thường gây ô nhiễm trên diện
rất rộng, có tính chất toàn cầu. Diện gây ô nhiễm từ các yếu tố nước thải nằm giữa


16
hai cực trên: ảnh hưởng tới chính nơi phát thải và vùng lân cận xung quanh.
Thành phần gây ô nhiễm trong nước thải, xét về khía cạnh tác động gây hại và
giải pháp công nghệ xử lý, có thể chia thành ba nhóm chính: chất hữu cơ có khả
năng phân hủy, thành phần dinh dưỡng và loại hợp chất hóa học cần đặc biệt quan
tâm. Chất hữu cơ có khả năng phân hủy khi thâm nhập vào trong nước sẽ tiếp tục bị
vi sinh vật sống trong môi trường tự nhiên phân hủy làm mất, suy giảm lượng oxy
hòa tan trong nước, gây ra mùi hôi, thúc đẩy nhiều loại vi sinh vật gây bệnh phát
triển. Môi trường đó không phù hợp với điều kiện sống của phần lớn các loài thủy
động vật. Thành phần dinh dưỡng (cho thực vật) được quan tâm hơn cả là hợp chất
nitơ và photpho. Sự thâm nhập của các hợp chất này vào khu vực nhận nước gây ra
hiện tượng phú dưỡng (giàu dinh dưỡng), thúc đẩy tảo và các loại thủy thực vật phát
triển mạnh khó kiểm soát về mật độ. Khi thủy thực vật, đặc biệt là tảo phát triển
mạnh thì môi trường nước tại đó có sự dao động rất lớn về pH, oxy hòa tan, thế oxy
hóa khử theo Thời gian lưu tổng ngày/đêm. Trong môi trường đó xuất hiện hiện
tượng bùng nổ tảo (nước nở hoa), khi đó tảo chết hàng loạt trong thời gian ngắn,
chìm xuống đáy, tiếp tục bị phân hủy trong tình trạng yếm khí và chu trình được tái
diễn liên tục. Trong môi trường phú dưỡng, điều kiện sống (pH, oxy tan) biến động
liên tục và mạnh là những tác nhân gây khó khăn, thậm chí là môi trường không thể
sống đối với nhiều loài thuỷ, động vật.

Rất nhiều các giải pháp kỹ thuật được sử dụng để xử lý nước thải đã và đang
được sử dụng trong các điều kiện khác nhau như kỹ thuật huyền phù, cố định vi
sinh trên chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt, tầng cố định,
tầng giãn nở, tầng linh động (lưu thể) hoặc tổ hợp (lai ghép) của các kỹ thuật trên.
Mỗi phương pháp kỹ thuật đều có những ưu, nhược điểm riêng. Xử lý các thành
phần gây ô nhiễm trong nước thải đòi hỏi mức độ phát triển công nghệ khác nhau.
Việc xử lý mức độ khó và chi phí tốn kém đối với việc xử lý các chất thải chứa
thành phần chứa chất dinh dưỡng hay các hợp chất hoá học đặc biệt nêu trên [12].
Công nghệ xử lý nước thải luôn được phát triển và hoàn thiện trên cơ sở những
thành tựu mới về khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng và vận hành hệ


17
thống xử lý nước thải cũng như nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý. Một số
công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay:
a) Bể phản ứng Aerotank (bể bùn hoạt tính hiếu khí)
Quá trình chuyển hóa vật chất trong bể dựa trên hoạt động sống của các vi
sinh vật hiếu khí. Các vi sinh vật trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyền phù, các
huyền phù vi sinh vật có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các
dung dịch trong bể là điều cần thiết, có thể cung cấp khí cho bể aerotank bằng nhiều
cách: thổi khí, nén khí, làm thoáng cơ học, thổi-nén khí với hệ thống cơ học.
Có nhiều loại bể aerotank khác nhau tùy theo yêu cầu xử lý, tính kinh tế, diện
tích đất sử dụng mà chọn loại bể nào cho phù hợp: bể aerotank truyền thống, bể
aerotank với sơ đồ nạp nước thải theo bậc, bể aerotank tải trọng cao, bể aerotank có
ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định, bể aerotank làm thoáng kéo dài, bể
aerotank khấy trộn hoàn chỉnh,…
- Ưu điểm của bể Aerotank: đạt được mức độ xử lý cao, ít tạo mùi hôi, có
tính ổn định cao trong quá trình xử lý.
- Nhược điểm: tốn nhiều diện tích và năng lượng.
b) Bể lọc kị khí

Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá thể của vi
sinh vật dính bám nhờ đó vi sinh vật sẽ không bị rửa trôi theo dòng chảy.
Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm
nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc được xác định dựa
vào công suất của công trình, hiệu quả xử lý chất hữu cơ (COD), tổn thất áp lực
nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ.
Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên.
- Ưu điểm: có khả năng khử được 70 ÷ 90 % BOD, thời gian lọc ngắn, vận
hành đơn giản, ít tốn năng lượng.
- Nhược điểm: Thường hay bị tắc nghẽn, hàm lượng căn lơ lửng ra khỏi bể
lớn. Chưa xử lý được N, P.



18
c) Công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí UASB
- Ưu điểm : Xử lý được tải lượng ô nhiễm cao, không cần vật liệu mang. Dễ
vận hành, ít tốn diện tích. Thu được khí metan.
.

- Nhược điểm :
Nhược điểm lớn nhất của hệ là thời gian khởi động (tạo hạt bùn vi sinh) rất
lâu (tới 6 tháng) [4].
Khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn
Các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi
trường đặc biệt là khi chịu tác động cơ học
Hỗn hợp vi sinh vật yếm khí tham gia phân hủy chất hữu cơ trong bể thường
tồn tại lẫn trong pha khí, pha lỏng và pha rắn.
Chưa xử lý được N, P.
d) Bể khí sinh học (Biogas)

Đây là loại bể thích hợp và đang được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải
chăn nuôi lợn ở các vùng nông thôn ở Việt Nam và trên thế giới.
- Ưu điểm:
Kích thước bể có thể thay đổi, sinh ra khí metan, sử dụng các chất thải và
phụ phẩm trong nông nghiệp.
Tạo ra lượng phân bón phục vụ cho nông nghiệp.
- Nhược điểm:
Tuổi thọ bể ngắn, hiệu quả xử lý chất hữu cơ (COD) thấp, dễ cháy nổ.
Không xử lý được các thành phần P.
e) Kỹ thuật SBR
SBR (sequencing batch reactor): Kĩ thuật phản ứng theo mẻ luân phiên là
dạng công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính với ý nghĩa là
cùng sử dụng vi sinh để xử lý chất ô nhiễm trong nước thải, nhưng khác bùn hoạt
tính ở điểm hai giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể phản ứng
(không có bể lắng riêng).


19
Tương tự hệ bùn hoạt tính nâng cao, hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý
nước thải sinh hoạt có chứa các chất hữu cơ và nitơ cao. Hệ thống hoạt động theo
chu kì, mỗi chu kì gồm các công đoạn nối tiếp nhau: bơm nước thải đầu vào - phản
ứng - lắng – hút/xả nước thải ra; trong đó công đoạn phản ứng bao gồm khử nitơrat
và nitơrit (nếu có) trong điều kiện thiếu khí (DO ~ 0, nếu có yêu cầu khử N) và ôxy
hoá COD và N-amoni (nitrat, nitrit hoá) trong điều kiện hiếu khí (DO ~ 2mg/l), quá
trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, mật độ vi sinh và đặc điểm các chất bẩn
có trong nước thải đầu vào. Về nguyên tắc, quá trình vi sinh là quá trình hai mặt
nên một mặt sẽ là các quá trình chuyển hoá (xử lý các chất bẩn), mặt khác sẽ là tổng
hợp sinh khối vi sinh [7].
Các giai đoạn trong một Thời gian lưu tổng xử lý của hệ thống SBR bao gồm:
1. Giai đoạn làm đầy:

Nước thải được đưa vào hệ thống SBR với lượng nước đã định trước. Việc
đưa nước thải vào bể có thể được thực hiện ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, vừa làm đầy
vừa khuấy trộn (khi cần khử nitrat), làm đầy kèm sục khí (khi cần kéo dài thời gian
các phản ứng ôxy hoá hữu cơ, nitrat hóa amoni). Nước thải được cấp vào và trộn lẫn
với bùn để lại từ mẻ trước [4].


Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy)
2. Giai đoạn phản ứng
Nước nạp và sau khi khuấy trộn (khử nitrat/nitrit), sẽ được sục khí nhằm thực
hiện quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ, giảm thiểu nồng độ chất hữu cơ, đồng
thời oxi hóa NH
4
+
thành NO
2
-
và NO
3
-
phục vụ cho quá trình khử nitrat diễn ra
trong giai đoạn nạp và khuấy trước đó [4].


20

Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy)
3. Giai đoạn lắng:
Nước sau giai đoạn sục khí được để lắng trong thời gian khoảng 1 giờ. Trong
giai đoạn này, quá trình oxi hóa vẫn được diễn ra nhưng với tốc độ chậm, chủ yếu

xảy ra quá trình lắng và cuối quá trình này nước thải và bùn sẽ được tách làm 2 pha:
nước trong ở phía trên được gạn xả ra ngoài. Lớp bùn và nước lắng ở phía dưới là
nguồn cung cấp NO
3
-
để thực hiện quá trình khử nitrat ở giai đoạn cấp mẫu tiếp theo
[4].

Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt)
4. Giai đoạn xả nước ra
Nước đã lắng trong (nước thải đã xử lý) sẽ được qua hệ thống thu nước xả ra
khỏi bể SBR; đồng thời trong quá trình này lượng bùn dư cũng có thể được xả ra ngoài.


21
Nước sau xử lý thường được xả qua hệ khử trùng (nếu thải ra môi trường), hoặc bỏ qua
khử trùng đi xử lý tiếp bằng hệ thủy thực vật nhằm ổn định trước khi xả [4].


Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn)
Ƣu điểm kỹ thuật SBR:
- Khi thiết kế hệ thống SBR không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng, vì
các quá trình đã được rút gọn trong một bể.
- Thiết kế đơn giản, giảm diện tích và chi phí.
- Vận hành đơn giản.
Nhƣợc điểm:
- Không áp dụng được trong trường hợp chạy cao tải.
- Bùn sinh ra tương đối nhiều.
- Không xử lý được hàm lượng P.
- Hiệu suất khử nitrat, nitrit thấp.

Các thông số cần xác định khi áp dụng kỹ thuật SBR:
- Dung tích hữu ích của bể
- Lượng bùn tích lũy trong bể.


22
- Chiều cao an toàn từ lớp bùn đến mực nước phải xả.
- Lượng oxi cần cung cấp.
- Nồng độ đầu vào các chất ô nhiễm.
- Thời gian cho từng giai đoạn trong bể.
f) Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động
Thuật ngữ tầng vi sinh là một tập hợp gồm nhiều tế bào vi sinh vật gắn kết với
nhau trên bề mặt tạo thành. Tầng vi sinh hay còn gọi là Biofilm có thể gồm một hay
nhiều chủng vi sinh vật khác nhau, có thể được tạo ra ở trên bề mặt của nhiều loại
vật liệu khác nhau: nhựa, kim loại, kính, gỗ, dụng cụ y tế, đồ ăn… Biofilm có tác
dụng bảo vệ vi sinh vật chống lại tác động của các yếu tố bất lợi của môi trường
sống. Biofilm được hình thành từ các loài vi sinh vật khác nhau bao gồm cả vi
khuẩn Gram dương và Gram âm như Escheriachia coli, Pseudomonas aeruginosa,
Vibrio cholera, Streptococcus sp., Bacillus subtilis…[15].
Tính chất và vai trò của tầng vi sinh:
- Bảo vệ cơ thể vi sinh vật khỏi hệ thống phòng thủ của chính vật chủ hay vi
sinh vật kẻ thù. Các vi sinh vật sống trên biofilm khi liên kết với nhau thường có
khả năng chống chịu cao với các chất kháng khuẩn so với tế bào sống tự do trong
môi trường nuôi cấy (độ chống chịu có thể cao hơn tới 1000 lần).




Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng
hình nấm, dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải)

- Chống lại sự mất nước.


23
- Chống lại các chất kháng khuẩn thông qua việc tạo kiểu hình mới có tốc độ
sinh trưởng giảm, hạn chế sự tiếp xúc và có khả năng bất hoạt, trung hòa với các
chất kháng khuẩn.
- Nồng độ các chất dinh dưỡng trong biofilm thường tăng cao hơn so với môi
trường xung quanh.
Trong môi trường nước, vi sinh vật tồn tại ở hai trạng thái chính là dạng
huyền phù và dạng tầng vi sinh. Trong dạng huyền phù, vi sinh vật tập hợp lại với
nhau thành các tập hợp keo tụ nhỏ có cấu trúc khá lỏng lẻo và các tập hợp keo tụ đó
phân bố khá đều trong môi trường nước. Tầng sinh vật là một tập hợp của vi sinh
vật bám trên một chất mang với cấu trúc khá đặc, có độ dày nhất định (ví dụ 0,1 –
0,3 mm) [4].
Vi sinh vật hoạt động trong các hệ xử lý nước thải tồn tại ở hai trạng thái kết
khối: tập hợp keo tụ (flocs) và dạng màng (biofilm). Tập hợp keo tụ của vi sinh có
cấu trúc xốp, mật độ vi sinh thấp (ít khi vượt quá 4000 kg/m
3
) [2], các tập hợp đó
được phân bố khá đều trong môi trường nước. Kỹ thuật sử dụng vi sinh trong trạng
thái tập hợp keo tụ là dạng kỹ thuật huyền phù. Do mật độ vi sinh thấp nên hiệu suất
xử lý của các hệ huyền phù không cao và khó tăng mật độ vi sinh vì nó liên quan
đến các yếu tố vận hành khác. Điển hình của kỹ thuật huyền phù là các quá trình xử
lý bùn hoạt tính.
Tăng mật độ vi sinh (trên một dơn vị thể tích), đồng nghĩa với tăng hiệu quả
xử lý luôn là mong muốn của phát triển công nghệ xử lý nước thải. Kỹ thuật tầng vi
sinh đáp ứng được tiêu chí đó.
So sánh với kỹ thuật huyền phù, tầng vi sinh trong hệ thống xử lý nƣớc
thải có những đặc trƣng sau:

 Khả năng tích lũy vi sinh cao. Đặc điểm nổi bật của màng vi sinh là mức độ
tập trung vi sinh vật rất cao so với dạng vi sinh trong trạng thái huyền phù, ví dụ
cao hơn 3 – 4 ngàn lần trong các dòng suối bần dưỡng chảy trên núi cao và 200 lần
cao hơn trong nhiều nguồn nước thải. Trong hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật
bùn hoạt tính, mật độ vi sinh vật được duy trì trong khoảng 700 – 2500 mg/l, trong


24
khi mật độ vi sinh trong kỹ thuật lọc nhỏ giọt đạt 2000 – 10000 mg trong một lít của
bể lọc [4].
 Hoạt tính trao đổi chất lớn. Trong nhiều trường hợp quan sát được hoạt tính
vi sinh của màng vi sinh cao hơn nhiều so với vi sinh trong trạng thái huyền phù.
Hiện tượng trên được giải thích là do trong tập đoàn vi sinh đó tỷ lệ loại vi sinh vật
có hoạt tính cao chiếm số đông, cũng như mức độ tập trung dinh dưỡng cao (do hấp
phụ) của các thành phần dinh dưỡng trên màng vi sinh. Do tính chất nhầy của màng
nên nó có thể bắt giữ cả các thành phần thức ăn ở dạng không tan. Mức độ tập trung
dinh dưỡng cao thúc đẩy sự phát triển của vi sinh và do đó có hoạt tính cao. Cũng
có ý kiến giải thích khả năng tăng hoạt tính nhờ quá trình biến đổi gien của vi sinh
vật trong trạng thái kết khối trong màng.
 Khả năng chống chịu độc tố cao. So với vi sinh vật trong trạng thái huyền
phù, vi sinh vật trong màng có khả năng chống chịu độc tố tốt hơn. Nguyên nhân
của hiện tượng trên cũng được giải thích nhờ sự biến đổi gen hay nhờ nồng độ chất
dinh dưỡng cao là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sống sót khi phải tiếp xúc với
độc tố.
 Bùn dễ lắng. So với bùn hoạt tính, bùn (sinh khối) bong ra từ màng vi sinh
có khả năng lắng tốt hơn nhiều do tính đặc của màng (khối lượng riêng biểu kiến
lớn) do mật độ vi sinh dạng sợi trong đó thấp.
Tuy có nhiều lợi thế của kỹ thuật tầng vi sinh đã liệt kê như trên so với dạng
huyền phù, nhưng nó có những điểm bất lợi là quá trình cung cấp thức ăn cho chúng
xảy ra khó khăn hơn do tính chất khuếch tán khó và mức độ tiêu thụ thức ăn cao (do

mật độ cao).
Ƣu điểm kỹ thuật tầng vi sinh:
 Nhu cầu diện tích mặt bằng thấp.
 Giá thành duy trì hoạt động thấp về phương diện công lao động.
 Tính linh hoạt cao.