Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
*****************

NGUYỄN QUẾ CHI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường

Hà nội - 2013


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Nguyễn Quế Chi

Khóa luận tốt nghiệp

1

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC
*****************

NGUYỄN QUẾ CHI

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC

khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa công nghệ môi trường
Người hướng dẫn khoa học
TS. PHAN ĐỖ HÙNG

Hà nội - 2013

Nguyễn Quế Chi

2

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN

Đề tài này được hoàn thành tại phòng Công nghệ xử lý nước, Viện
Công nghệ Môi trường,Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Đỗ Hùng

người đã hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá
trình thực tập tại phòng Công nghệ xử lý nước, Viện Công nghệ Môi trường,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em cũng chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Hoá học,
ĐHSP Hà Nội 2 cùng gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất, là nguồn động viên
lớn cho em hoàn thành tốt khóa thực tập này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi, đóng góp ý kiến
thẳng thắn của các bạn học cùng khóa đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình
hoàn thành khóa luận của mình.
Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2013
Sinh viên
NGUYỄN QUẾ CHI

Nguyễn Quế Chi

0

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
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

VK

Vi khuẩn

T-N

Tổng Nitơ

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TVTS

Thực vật thủy sinh

VSV

Vi sinh vật

UASB

Upflow Anaerobic Sludge

Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng

Blanket

lên
COD vào/T – N vào

C/N
SBR

Sequencing Batch Reactor

Bể phản ứng hoạt động gián đoạn

SS

Suspended Solids

Cặn lơ lửng

pH

Hydrogen ion concentration

Nguyễn Quế Chi

1

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các loại trang trại phân theo vùng .................................................... 3
Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ......... 6
Bảng 1.3. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung . 7
Bảng 1.4: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas ......... 12
Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn ................................................. 29
Bảng 3.2. Chi tiết thiết bị thí nghiệm .............................................................. 30

Nguyễn Quế Chi

2

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC CAC HÌNH

Hình 1.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại
các trang trại ...................................................................................................... 8
Hình 2.3: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N ...................................................... 18
Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm hệ lọc sinh học........................................ 29
Hình 3.2: Hệ thống lọc sinh học trong thực tế ................................................ 30
Hình 3.3: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý
COD................................................................................................................. 31
Hình 3.4: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý
NH4+ ................................................................................................................ 33
Hình 3.5: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển
hóa NO2-.......................................................................................................... 34
Hình 3.6: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến sự chuyển
hóa NO3-.......................................................................................................... 35
Hình 3.7: Ảnh hưởng của chế độ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử
lý T-N .............................................................................................................. 36
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD .................. 37
Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý T - N ................... 38

Nguyễn Quế Chi

3

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN .............. 3
1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam ......................................................... 3
1.1.1. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam .............................................. 4
1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam ............ 4
1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý ................... 5
1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ................................................... 5
1.2.2. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi...................................................... 7
1.3. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn ................................ 10
1.3.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học ........................................................... 10
1.3.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý ............................................................ 10
1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí ...... 11
1.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí. .. 14
1.3.5. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước
hiếu khí - thiếu khí .......................................................................................... 16
1.4. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải bằng phương pháp
sinh học ........................................................................................................... 18
1.4.1. Quá trình nitrat hoá .............................................................................. 18
1.4.2. Quá trình khử nitrat .............................................................................. 19
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................. 20

1.5.1. Trong nước ............................................................................................ 20
1.5.2. Ngoài nước ............................................................................................ 22
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 25
2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu ......................................................... 25
Nguyễn Quế Chi

4

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 25
2.1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 25
2.2.1. Phương pháp khảo sát hiện trường: ...................................................... 26
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm: ................................................................... 26
2.2.3. Phương pháp phân tích .......................................................................... 26
2.2.4 Phương pháp tính toán ........................................................................... 27
2.2.5. Phương pháp thu thập số liệu ................................................................ 27
2.2.6. Phương pháp chuyên gia ....................................................................... 28
2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................ 29
3.1. Thực nghiệm ............................................................................................ 29
3.1.1. Đối tượng nước thải trong nghiên cứu .................................................. 29
3.1.2. Mô hình thiết bị thí nghiệm................................................................... 29
3.2. Các chế độ thí nghiệm .............................................................................. 31

3.3. Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD,
N ...................................................................................................................... 31
3.3.1. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................. 31
3.3.2. Hiệu quả xử lý Nitơ ............................................................................... 32
3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến hiệu quả xử lý COD, N ............................ 37
3.4.1. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................. 37
3.4.2. Hiệu quả xử lý T – N............................................................................. 37
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 40

Nguyễn Quế Chi

5

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
MỞ ĐẦU

Chăn nuôi ở nước ta là một trong hai lĩnh vực hàng đầu của ngành nông
nghiệp (trồng trọt,chăn nuôi), gắn liền với cuộc sống của con người. Trong
những năm gần đây với chủ trương mở cửa phát triển kinh tế của nước ta,
ngành chăn nuôi đã đạt được rất nhiều tiến bộ cả về quy mô lẫn chất lượng và
nhiều thành tựu không chỉ góp phần đáp ứng nhu cầu tiêu dùng thực phẩm
hàng ngày mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân
hiện nay. Mô hình chăn nuôi trang trại tập trung quy mô vừa và nhỏ đang
được nhân rộng và phát triển mạnh mẽ trên cả nước, đáp ứng phần lớn nhu

cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Theo thống kê của Cục chăn nuôi
trong 5 năm vừa qua, chăn nuôi trang trại đã phát triển nhanh cả về số lượng
và quy mô chăn nuôi. Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 – 2008 tăng
trên 50%, 2009 – 2010 tăng 13,2%.
Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất, nâng cao năng suất và chất lượng
vật nuôi, ngành chăn nuôi chưa quan tâm đúng mức tới vấn đề môi trường
gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe
cộng đồng và sự bền vững của chính ngành chăn nuôi.
Theo báo cáo của Cục Chăn nuôi, hàng năm chăn nuôi thải ra 80 triệu
tấn chất thải rắn, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất
thải khí với định mức khoảng 30 lít nước/đầu lợn/ngày đêm, thì mỗi ngày cả
nước sẽ có khoảng 834.000 m3 nước thải. Với lượng nước thải lớn như vậy
nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp
chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước này có nguy cơ gây
ô nhiễm các tầng nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp
phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. Đồng thời nó có thể lây lan một số bệnh
cho con người như bệnh hô hấp, tiêu hóa và ảnh hưởng đến môi trường xung
Nguyễn Quế Chi

1

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

quanh. Bên cạnh đó còn có nhiều loại khí được tạo ra bởi hoạt động của vi

sinh vật như NH3, CO2, CH4, H2S,... Các loại khí này có thể gây nhiễm độc
không khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh
thái.
Nước thải chăn nuôi lợn là nước thải có độ ô nhiễm rất cao chứa đồng
thời cả chất hữu cơ và nitơ thông thường được xử lý qua hầm Biogas, tiếp đến
chuỗi hồ sinh học. Mặc dù nước thải đã được xử lý qua bể Biogas nhưng vẫn
còn độ ô nhiễm cao về chất hữu cơ, N, P không đạt tiêu chuẩn thải. Những kỹ
thuật xử lý tiếp theo đã áp dụng sau quá trình xử lý yếm khí chưa đạt được
những điều kiện cơ bản để có thể xử lý triệt để chất hữu cơ và nitơ trong nước
thải. Phương pháp lọc sinh học ngập nước được sử dụng để xử lý nước thải
sinh hoạt, công nghệ thực phẩm do có nhiều ưu điểm như: hiệu quả xử lý cao,
chất lượng nước ra ổn định, vận hành bảo trì dễ dàng, hiệu quả kinh tế cao.
Từ những lí do đã trình bày ở trên thì em đã chọn đề tài: “Xử lý nước
thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học”. Với mục đích xử lý được
đồng thời chất hữu cơ và nitơ có trong nước thải chăn nuôi lợn nhằm đảm bảo
nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi
trường do nước thải chăn nuôi.

Nguyễn Quế Chi

2

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN
1.1. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam
1.1.1. Hiện trạng về chăn nuôi lợn tại Việt Nam
Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi của nước ta phát triển với tốc độ
nhanh, bình quân giai đoạn 2001 - 2006 đạt 8,9%. Riêng năm 2009, tuy tình
hình kinh tế vẫn còn gặp nhiều khó khăn nhưng so với năm 2008 thì đàn lợn
đạt 27,6 triệu con, tăng 3,47% (Thống kê năm 2009 - Cục chăn nuôi). Theo
báo cáo của Cục chăn nuôi, năm 2011 ước tổng đàn lợn đạt 27,8 triệu con,
tăng 1,6% so với cùng kỳ năm 2010.
Bảng 1.1. Các loại trang trại phân theo vùng
Chia theo loại trang trại

Tổng số
trang

Trồng

Chăn

Lâm

trại

trọt

nuôi

nghiệp

Cả nước

20065

8642

6202

51

Nuôi
trồng
thủy sản
4433

Đồng bằng sông Hồng

3506

39

2396

3

923

587

38

506

6

21

1747

756

512

38

258

Tây Nguyên

2528

2138

366

0

9

Đông Nam Bộ

5389

3434

1844

4

55

6308

2237

578

0

3167

Miền

Trung du và miền núi
phía Bắc
Bắc Trung Bộ và duyên
hải miền Trung

Đồng bằng sông Cửu
Long

(Báo cáo sơ bộ kết quả tổng điều tra nông thôn,
nông nghiệp và thủy sản, 2011)
Nguyễn Quế Chi

3

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Trong xu thế chuyên môn hóa sản xuất, hình thức chăn nuôi tập trung
ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới. Hiện nay, số
lượng trại chăn nuôi quy mô lớn ngày càng tăng. Tính đến giữa năm 2010 cả
nước có 23,558 trang trại chăn nuôi (tăng 42% so với năm 2006). Quy mô đàn
lợn tăng nhanh từ 26,85 triệu con năm 2006 lên 27,37 triệu con năm 2010.
Định hướng phát triển đến năm 2020 cơ bản chuyển sang trang trại, công
nghiệp.
Hiện nay, việc quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi lại chưa được quan
tâm đúng mức. Theo thống kê năm 2010 của Cục Chăn nuôi, cả nước có
khoảng 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và 18.000 trang trại chăn nuôi
tập trung. Trong đó, mới có khoảng 70% hộ chăn nuôi có chuồng trại. Tỷ lệ
hộ có công trình khí sinh học (hầm Biogas) chỉ đạt 8,7% và tỷ lệ hộ có cam
kết bảo vệ môi trường chỉ chiếm 0,6%. Về phía các trang trại chăn nuôi tập
trung, mặc dù phần lớn đã có hệ thống xử lý chất thải nhưng hiệu quả xử lý
chưa triệt để. Đặc biệt 37,2% hộ chăn nuôi thâm canh và 36,2% chăn nuôi
thời vụ không có biện pháp xử lý chất thải.
1.1.2. Định hướng và triển vọng phát triển chăn nuôi lợn ở Việt Nam

Diện tích đất nông nghiệp càng ngày càng có xu hướng giảm. Để đảm
bảo vấn đề an ninh lương thực, biện pháp duy nhất là phát triển ngành chăn
nuôi nhất là chăn nuôi lợn.
Theo quyết định số 10/2008/QĐ – TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008 của
Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến
năm 2020 thì định hướng phát triển như sau:
+ Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang sản xuất phương
thức trang trại, công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo
chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu.

Nguyễn Quế Chi

4

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

+ Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%,
trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2015 đạt 38%.
+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh an toàn thực phẩm, khống chế
có hiệu quả các bệnh nguy hiểm trong chăn nuôi.
+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là chăn nuôi theo phương thức trang trại,
công nghiệp và cơ sở giết mổ, chế biến gia súc, gia cầm phải có hệ thống xử
lý chất thải, bảo vệ và giảm ô nhiễm môi trường.
+ Mức tăng trưởng bình quân: giai đoạn 2008 - 2010 đạt khoảng 8 - 9%
năm, giai đoạn 2010 - 2015 đạt khoảng 6 - 7% năm và giai đoạn 2015 - 2020

đạt khoảng 5 - 6% năm.
1.2. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý
1.2.1. Đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn
Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng
gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn
lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh.Vì vậy cần phải xử lý nước thải chăn
nuôi một cách hợp lý trước khi thải ra môi trường. Theo kết quả điều tra đánh
giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi
lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng
Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi
[10]:
Các chất hữu cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm
70 - 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hidratcarbon và các
dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa. Trong nước thải chăn nuôi
hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy
sinh học: các hợp chất hydratcacbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng,
hợp chất chứa clo hữu cơ. Các chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối,
ure, amoni, muối clorua, SO42-…
Nguyễn Quế Chi

5

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Tổng N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm

rất kém, nên khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo
phân và nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N
và P rất cao. Hàm lượng tổng N trong nước thải chăn nuôi lợn 200 - 350 mg/l,
trong đó N – NH4+ chiếm khoảng 80 - 90% Photpho từ 60 - 100 mg/l.
Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng,
vi khuẩn Ecoli, vi khu virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.
Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải có nồng độ ô
nhiễm cao, đặc biệt là BOD, COD, nitơ, photpho và sinh vật gây bệnh. Các
thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn được thể hiện trong
bảng sau:
Bảng 1.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn
Thông số

Nồng độ nước
thải đầu vào

Yêu cầu chất lượng
Đơn vị

nước đầu ra (QCVN 242009, cột A)

pH

7,2

-

6–9

BOD5

2817

mg/l

30

COD

5210

mg/l

50

SS

615

mg/l

50

N tổng

206

mg/l

15

P tổng

37

mg/l

4

Coliform

5,8.109

MPN/100
ml

3000

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn – Viện
Chăn nuôi, 2006).
Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn
nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội,
Nguyễn Quế Chi

6

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho
thấy đặc trưng của nước thải chăn nuôi:
Bảng 1.3. Chất lượng nước thải theo điều tra tại
các trại chăn nuôi tập trung
Chỉ tiêu Đơn
Kiểm
vị
tra

Trại
Đan
Phượn
g

TTNC
Lợn
Thụy
Phương

Trại lợn
Tam
Điệp

Trại
Cty
Gia
Nam

Trại
Hồng
Điệp

C

7,15

7,26

7,08

6,78

6,83

BOD5

mg/L

1339,4

1080,70

882,3

783,4

1221,2

COD

mg/L

3397,6

2224.5

1924,8

1251,6

2824.5

TDS

mg/L

4812,8

4568.44

3949,56

4012,8

4720.4

P_tổng

mg/L

99,4

80.2

69,4

57,4

85.6

N_tổng

mg/L

332,8

280,1

250,9

204,8

275,4

0

pH

TB±SD

7,02
± 0,24
1061,40
± 278
2324,60
± 1073
4412,80
± 400
78,40
± 21
268,80
± 64

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn –
Viện Chăn nuôi, 2006)
Chất thải lỏng trong chăn nuôi (nước tiểu vật nuôi, nước tắm, nước rửa
chuồng, vệ sinh dụng cụ...) ước tính khoảng vài chục nghìn tỷ m3/năm.
1.2.2. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi
Ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi lợn được coi là một trong những
nguồn nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo khảo sát của

Nguyễn Quế Chi

7

K35C - Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Viện Công nghệ môi trường tại các trang trại có các phương pháp xử lý nước
thải phổ biến như sau:
(1)

Nước thải
Nước thải,
phân

(2)

Thải ra

Ao nuôi
cá,kênh mương

Hồ kỵ khí có phủ
bạt

Ao sinh thái

Thải

Tách phân

(3)

Nước thải,
phân

Bể Biogas

Thải ra kênh
mương

Tách phân

Nước thải,
phân

(4)

Bể
Biogas

Ao / hồ sinh
học

Thải ra kênh
mương

Tách phân

(5)

Nước

thải,
phân

Ổn định
kỵ khí

Lọc sinh
học hiếu
khí,Aeroten

Hồ thực vật
thủy sinh

Thải

Hình 1.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng
tại các trang trại
Nguyễn Quế Chi

8

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Ở nước ta hiện có 5 loại công nghệ điển hình được các trang trại áp
dụng để xử lý nước thải chăn nuôi. Thứ nhất nước thải chăn nuôi được thải

trực tiếp ra kênh mương làm ô nhiễm môi trường xung quanh một cách
nghiêm trọng, trong số các trang trại chúng tôi khảo sát thì biện pháp thứ nhất
này chiếm 8,3% trên tổng số trang trại khảo sát (2/24 trang trại). Thứ hai,
nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý
bằng hồ kỵ khí có phủ bạt sau đó qua hồ sinh thái rồi thải ra môi trường, có
khoảng 8,3% trang trại sử dụng biện pháp này (2/24 trang trại). Thứ ba, nước
thải chăn nuôi được xử lý qua hầm Biogas, sau đó được thải ra kênh mương,
chiếm 50% số trang trại khảo sát (12/24 trang trại). Thứ tư, là nước thải chăn
nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hầm Biogas,
sau đó được xử lý tiếp bằng ao/hồ sinh học, chiếm 25% số trang trại khảo sát
(6/24 trang trại). Thứ năm, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ
khí, sau đó được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc Aeroten,
cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải, chiếm 8,3% số trang trại khảo sát
(2/24 trang trại).
Theo kết quả khảo sát hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi cho thấy
phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi phổ biến nhất hiện nay là sử dụng bể
Biogas và thải ra kênh mương để xử lý nước thải chăn nuôi. Tuy nhiên nước
thải ra không đạt tiêu chuẩn xả thải. Mặt khác, nguồn năng lượng thu được từ
hầm Biogas hầu như chưa được sử dụng triệt để, có trang trại thải thẳng khí ra
môi trường, có trang trại sử dụng vào mục đích đun nấu và thắp sáng, còn lại
hầu như chưa sử dụng để chạy máy phát điện.
Mặc dù hầu hết các trang trại đều đã có áp dụng một hoặc một vài
phương pháp kết hợp để xử lý nước thải tuy nhiên chất lượng nước thải ra
cũng chưa đạt tiêu chuẩn xả thải, kể cả một vài trang trại có hệ xử lý nước
thải hoàn chỉnh hơn là đã áp dụng cả biện pháp hiếu khí vào trong quy trình
Nguyễn Quế Chi

9

K35C - Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

xử lý nước thải. Kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy, nước thải ra sau
xử lý bằng hầm Biogas có độ ô nhiễm rất cao về COD, T-N, N-NH4+ gấp từ
vài lần đến vài chục lần so với QC 40:2011/BTNMT.
1.3. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn
Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Lưu lượng nước thải
- Các điều kiện của trại chăn nuôi
- Tiêu chuẩn, quy chuẩn xả thải
- Hiệu quả xử lý
Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp xử lý
sau:
• Phương pháp xử lý cơ học.
• Phương pháp xử lý hóa lý.
• Phương pháp xử lý sinh học.
Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các
công trình xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học,
hóa lý.
1.3.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học
Phương pháp này, mục đích là tách cặn rắn và phân ra khỏi hỗn hợp
nước thải bằng cách thu gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng...
để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công trình
phía sau. Sau khi tách nước thải, nước thải được đưa vào các công trình xử lý
phía sau, còn chất rắn tách được có thể đem đi ủ để làm phân bón.
1.3.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý

Mục đích của phương pháp này là: sau khi xử lý cơ học, nước thải chăn
nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước
nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn
Nguyễn Quế Chi

10

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Nhưng có thể áp dụng phương pháp
keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất kẹo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn
sắt, phèn bùn... kết hợp với sử dụng polyme trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá
trình keo tụ.
Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) với nước thải chăn
nuôi lợn phương pháp cơ học và keo tụ có thể tách được 80 - 90% hàm lượng
cặn trong nước thải chăn nuôi lợn. Tuy nhiên, phương pháp hóa lý này đòi hỏi
chi phí cao không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi. Ngoài ra, tuyển nổi cũng
là một phương pháp để loại cặn trong nước thải chăn nuôi, nhưng chi phí đầu
tư và vận hành cao vì vậy, không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi.
1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí
a) Cơ sở lí thuyết của quá trình xử lý kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa
phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng
được xúc tác bởi những enzym đặc biệt.Vào những năm 1970, quá trình phân
hủy kỵ khí được ứng dụng rộng rãi trong xử lý bùn thải và phân, sau đó

phương pháp này được áp dụng cho xử lý nước thải nhờ có những ưu điểm
sau:
- Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí.
- Thời gian lưu bùn không phụ thuộc vào thời gian lưu nước. Một
lượng sinh khối lớn được giữ lại trong bể.
- Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiếu
khí).
- Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng (khí sinh học Biogas).
- Hệ thống công trình xử lý đa dạng: Biogas, hồ kỵ khí, UASB, lọc kỵ
khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc...
Nguyễn Quế Chi

11

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Bên cạnh các ưu điểm trên, quá trình xử lý kỵ khí có một số nhược
điểm sau:
- Nhạy cảm với môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ kim loại nặng…).
- Phát sinh mùi.
Trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý hai yếu tố quan trọng.
- Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt.
- Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và sinh khối vi khuẩn.
b) Bể Biogas
Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, thấy ở hầu hết các cơ sở

chăn nuôi quy mô trang trại, kể cả quy mô hộ gia đình. Ưu điểm của bể
Biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế
được một phần các nguồn năng lượng khác.
Bảng 1.4: Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau Biogas

TT

Thông số

Đơn vị

Kết quả phân tích

10-TCN

Trước

Sau

678:2006

Biogas

Biogas

(Loại B)

1

pH

-

7.1

7.5

5-9

2

Tổng N

mg/l

684

650

150

3

Tổng P

mg/l

109

54

20

4

COD

mg/l

3250

1250

400

5

Kiềm toàn phần

mg/l

2835

2060

-

6

Hàm lượng SS

mg/l

2655

1070

500

7

TDS

mg/l

3250

2150

-

( Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng NT trại
chăn nuôi lợn – Viện chăn nuôi, 2006)

Nguyễn Quế Chi

12

K35C - Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Nhận xét: Nước thải sau xử lý Biogas ở đây cũng có các chỉ tiêu ô
nhiễm đặc trưng của nước thải chăn nuôi, thể hiện qua các chỉ tiêu TSS, COD,
BOD, ∑N, ∑P và cần tiếp tục xử lý trước khi có thể thải ra môi trường.
c) Hồ kỵ khí
Chiều sâu hồ khoảng 3 - 5m, lớp nước trong hồ được khuấy đảo nhờ
các bọt khí sinh ra từ quá trình kỵ khí ở đáy và các yếu tố khác như gió,
chuyển động đối lưu... Hiệu quả xử lý của hồ kỵ khí phụ thuộc vào thời gian
lưu và tải lượng chất hữu cơ. Tải trọng BOD của hồ kỵ khí tương đối cao, từ
200 - 500 kgBOD/ha.ngày. Hiệu quả khử BOD từ 50 - 85%. Hàm lượng chất
lơ lửng khi ra khỏi hồ 80 - 160 mg/l.
d) Quá trình lọc sinh học kỵ khí
Kỹ thuật lọc yếm khí được sử dụng trong thực tế lần đầu tiên vào năm
1969, kỹ thuật trên phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Tải
lượng chất hữu cơ của bể lọc yếm khí có thể đạt tới 1 - 20 kgBOD/m3.ngày đêm.
Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi,
đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ, xơ dừa... để xử lý nước thải trong
điều kiện không có oxy. Bể lọc kỵ khí có dòng chảy hướng lên hoặc dòng
chảy ngang. Nước thải đi qua và tiếp xúc với toàn bộ lớp vật liệu lọc. Sinh
khối dính bám trên bề mặt lớp vật liệu lọc cố định do đó sinh khối được giữ
lại trong bể với thời gian lâu hơn thời gian lưu nước (thời gian lưu nước là 8h,
thời gian lưu bùn có thể lên đến 100 ngày).

 Ưu điểm của quy trình này là:
- Đơn giản trong vận hành.
- Khả năng chịu được biến động lớn về tải lượng ô nhiễm.

- Có thể vận hành ở tải trọng cao.
- Không phải kiểm soát lượng bùn nổi như trong bể UASB.
- Có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phân hủy chậm.
Nguyễn Quế Chi

13

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Thời gian lưu bùn rất cao (khoảng 100 ngày).
Tuy nhiên quá trình lọc sinh học kỵ khí bên cạnh có những ưu điểm
ngoài ra còn có nhược điểm là không điều khiển được sinh khối của bể lọc này.
1.3.4. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí.
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai
đoạn:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
Enzym e
CxHyOz + O2  CO2 + H2O + H

- Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz+ O2 + NH3  Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O
Enzym e

- H
- Phân hủy nội bào:

Enzym e
C5H7O2N + O2  5CO2 + 2H2O + NH3  H. [4]

a) Aerotank
Đây là quá trình xử lý hiếu khí lơ lửng, hệ thống xử lý bằng bùn hoạt
tính được phát minh bởi Arden và Lockett năm 1914 tại Anh. Vi sinh vật dính
bám lên các bông cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành
bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ. Các bông bùn này được cấp khí
cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân hủy và giữ cho
bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn
lơ lửng, tế bào VSV, động vật nguyên sinh... qua đó nước thải được làm sạch.
Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng bể Aerotank có ưu điểm:
- Tiết kiệm được diện tích.
- Hiệu quả xử lý cao.
- Ổn định nhưng chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành khá lớn
so với các phương pháp xử lý hiếu khí khác như: ao hồ sinh học, mương oxy
hóa... Do đó tùy điều kiện kinh tế, quỹ đất mà lựa chọn hình thức xử lý phù hợp.

Nguyễn Quế Chi

14

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

b) Lọc sinh học hiếu khí

Sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các vật liệu lọc để xử lý các chất
hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều
loại VSV có khả năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá
thể, tạo thành màng. Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ:
chất hữu cơ, cặn lơ lửng hoặc trứng giun sán. [4]
Sự phân loại màng sinh học kỵ khí và màng sinh học hiếu khí chỉ mang
tính tương đối, vì trong quá trình màng hiếu khí vẫn luôn tồn tại các chủng vi
sinh vật kỵ khí ở lớp màng phí trong tùy thuộc vào điều kiện cấp khí.
c) Hồ sinh học
Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương như quá trình tự làm sạch
ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn. Trong hồ có thể nuôi
trồng thủy thực vật, tảo, vi sinh vật, cá... để tăng hiệu quả xử lý. Quần thể
động thực vật trong hồ đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa
các hợp chất hữu cơ của nước thải. Đầu tiên vi sinh vật phân hủy các chất hữu
cơ phức tạp thành các chất đơn giản, đồng thời trong quá trình quang hợp
chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho động thực vật. Cá bơi khuấy trộn
nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy với nước, thúc đẩy sự họat động,
phân hủy của vi sinh vật.
Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh học còn có các lợi ích: nuôi
trồng thủy sản và cây trồng, điều hòa lưu lượng, dự trữ nước cho các mục
đích sử dụng nước khác.
d) Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng thủy sinh thực vật
Trong xử lý nước thải, thực vật thủy sinh (TVTS) có vai trò rất quan
trọng. TVTS tham gia loại bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nitơ,
photpho, kim loại nặng và VSV gây bệnh. Trong quá trình xử lý nước thải thì
sự phối hợp chặt chẽ giữa thực vật thủy sinh và các sinh vật khác (động vật

Nguyễn Quế Chi

15

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

phù du, tảo, vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên sinh, nhuyễn thể, ấu trùng,
côn trùng…) có ý nghĩa quan trọng. Vi sinh vật tham gia trực tiếp vào quá
trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và tạo nguyên liệu dinh dưỡng (N, P và
các khoáng chất khác…) cho thực vật sử dụng. Đây chính là cơ chế quan
trọng để TVTS loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P. Hiện nay việc sử dụng TVTS
trong công tác bảo vệ môi trường ngày càng được chú ý hơn vì chúng có
những ưu điểm nổi bật:
- Xử lý được nhiều tác nhân gây ô nhiễm.
- Thân thiện với môi trường.
- Tốc độ tăng trưởng sinh khối nhanh: sinh khối của TVTS sau xử lý có
thể sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, sản xuất khí metan, phân bón…
- Giá thành xử lý thấp hơn so với các phương pháp sinh học khác.
1.3.5. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp lọc sinh học ngập
nước hiếu khí - thiếu khí
Đây là công nghệ xử lý nước thải có các ngăn thiếu khí xen kẽ với các
ngăn hiếu khí kết hợp các quá trình nitrat hóa và khử nitrat được thực hiện ở
trong các thiết bị lọc sinh học chứa vật liệu mang vi sinh. Quá trình này có thể
xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ. Quá trình nitrat hóa được thực hiện ở ngăn
hiếu khí và quá trình khử nitat được thực hiện ở ngăn thiếu khí.
a) Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ
(hoặc biến đổi những hợp chất vô cơ) thành CO2, nước và muối.

- Vi sinh vật cố định dính bám và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm
dạng rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms).
- Vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ,
dinh dưỡng, khoáng chất) làm sạch nước.

Nguyễn Quế Chi

16

K35C - Hóa