Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Lợn Sau Quá Trình Xử Lý Yếm Khí Bằng Phương Pháp SBR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
-------------------

ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành:
Mã số:
Hướng dẫn khoa học:

Khoa học môi trường
60.44.03.01
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
Người viết cam đoan

Đặng Thị Hồng Phương


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 Phương


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
Chương 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................................................................ 11
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................................................................ 19
1.3.1.2. Nước tiểu................................................................................ 22
1.3.1.3. Nước 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 phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi ...................................... 28
1.4.1 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý ... 28

1.4.2. Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy
sinh .......................................................................................................... 29
1.4.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí
................................................................................................................. 30
1.4.3.1. Bể Biogas ............................................................................... 31
1.4.3.2. Hồ kỵ khí................................................................................ 32
1.4.3.3. Quá trình lọc sinh học kỵ khí................................................. 33
1.4.3.4. Quá trình kỵ khí trong UASB ................................................ 33
1.4.3.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) ......................... 34


iv
1.4.4. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hiếu khí – thiếu
khí............................................................................................................ 35
1.4.4.1. Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp....... 36
1.4.4.2. Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí – thiếu khí kết
hợp:...................................................................................................... 36
1.4.4.3. Phương pháp mương ôxy hóa ............................................... 36
1.4.4.4. Phương pháp Anamox............................................................ 37
1.4.4.5. Công nghệ SBR...................................................................... 38
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.............................................. 41
1.5.1. Trong nước .................................................................................... 41
1.5.2. Ngoài nước .................................................................................... 42
Chương 2 ......................................................................................................... 43
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 43
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 43
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 43
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu....................................................................... 43
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu............................................................ 43
2.2.1. Thời gian nghiên cứu .................................................................... 43

2.2.2. Địa điểm nghiên cứu ..................................................................... 43
2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................ 43
2.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 44
2.4.1. Phương pháp khảo sát hiện trường .............................................. 44
2.4.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm ...................................................... 44
2.4.3. Các chế độ thí nghiệm................................................................... 46
2.4.3.1. Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục
khí đến hiệu quả hoạt động của hệ thống SBR ................................... 46
2.4.3.2. Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cấp
nước thải đến hiệu quả hoạt động của hệ thống SBR ......................... 47
2.4.4. Phương pháp phân tích.................................................................. 48
2.4.5. Phương pháp tính toán .................................................................. 48
Chương 3 ......................................................................................................... 50
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................................. 50
3.1. Đặc trưng nước thải thí nghiệm ............................................................... 50
3.2. Sự thay đổi của các thông số vận hành trong chu trình xử lý và các chế độ
thí nghiệm...................................................................................... 50
3.2.1. Sự thay đổi của nồng độ oxy hòa tan (DO), pH và khả năng khử
oxy hóa (ORP)......................................................................................... 50
3.2.2. Sự thay đổi của các thông số vận hành khác ................................ 53
3.3. Ảnh hưởng của tải lượng COD, T-N đến hiệu suất xử lý COD và Nitơ . 55
3.3.1. Hiệu quả xử lý COD ..................................................................... 55


v
3.3.2. Hiệu quả xử lý Nitơ....................................................................... 56
3.4. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ............... 58
3.4.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý COD.............. 58
3.4.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý Nitơ............... 59
3.4.2.1. Hiệu quả xử lý N-NH4+ .......................................................... 59

3.4.2.2. Sự chuyển hóa NO2- ............................................................... 60
3.4.2.3. Sự chuyển hóa NO3- ............................................................... 60
3.4.2.4. Hiệu quả xử lý T-N: ............................................................... 61
3.5. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD, N................ 63
3.5.1. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD.......... 63
3.5.2. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý Nitơ........... 64
3.5.2.1 Hiệu quả xử lý N-NH4+ ........................................................... 64
3.5.2.2 Hiệu quả xử lý N-NO3- và N-NO2-.......................................... 65
3.5.2.3 Hiệu quả xử lý T-N ................................................................. 66
3.6. Đánh giá hiệu quả xử lý COD, N-NH4+, T-N của hệ thống SBR ở các chế
độ vận hành khác nhau.................................................................. 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 71
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ............ 75


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

BTNMT

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp
Liên Hiệp Quốc

Bộ Tài nguyên và Môi trường

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 lượng 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 hướng
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 thường ............. 7

Bảng 1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/T-N đến (%) VSV tự dưỡng trong hệ
hiếu khí.............................................................................................. 7
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật
nitrat hóa........................................................................................ 10
Bảng 1.4. Khối lượng phân và nước 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 nước tiểu các lọai gia súc .................. 22
Bảng 1.8. Chất lượng nước 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 nước thải cho hệ thống SBR................................. 47
Bảng 3.1: Đặc trưng nước 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 hưởng của tỷ lệ chất hữu cơ/N và tải lượng bùn đến hiệu suất
xử lý COD ..................................................................................... 57
Hình 3.7. Ảnh hưởng 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 hưởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa N-NH4+......... 60
Hình 3.10: Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa NO2- ............ 61
Hình 3.11: Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến sự chuyển hóa NO3- ............ 62
Hình 3.12. T-N vào, ra và hiệu suất xử lý T-N .............................................. 63
Hình 3.13. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước thải đến hiệu suất xử lý COD.. 64
Hình 3.14. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý N-NH4+ .... 65
Hình 3.15. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến sự chuyển hóa N-NO3- ..... 66
Hình 3.16. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước đến sự chuyển hóa N-NO2- ...... 66
Hình 3.17. Ảnh hưởng của chế độ cấp nước 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


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chăn nuôi là lĩnh vực gắn liền với cuộc sống của con người. Để đáp
ứng nhu cầu ăn uống của con người thì lượng thịt để tiêu thụ cũng phải luôn
đảm bảo đáp ứng được nhu cầu đó. Những năm gần đây, với chủ trương mở

cửa, thúc đẩy phát triển kinh tế của nước ta, lĩnh vực chăn nuôi đã đạt được
rất nhiều tiến bộ. Chăn nuôi nước ta đang dần phát triển mạnh theo hướng
chăn nuôi tập trung trang trại.
Tại thời điểm ngày 1/10/2009, tổng đàn lợn cả nước ta đạt 27627 triệu
con, tăng 3,47% so với cùng kỳ năm 2008. Sản lượng thịt lợn xuất chuồng cả
nước ước đạt 2931 triệu tấn, tăng 4,45% so với cùng kỳ năm 2008. Lĩnh vực
chăn nuôi nước ta đang phát triển nhanh chóng và tăng dần tỷ trọng trong
ngành nông nghiệp. Năm 2009, Việt Nam đã vươn lên đứng thứ 2 Châu Á sau
Trung Quốc về sản lượng 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 trường, làm suy thoái chất lượng đất, chất lượng nước và không khí xung
quanh các khu vực nuôi lợn. Nguyên nhân là do ảnh hưởng của chất thải chăn
nuôi lợn, cụ thể: là phân, nước tiểu và nước rửa chuồng trại. Sản lượng thịt
lợn cung cấp ra thị trường ngày càng tăng, lượng chất thải ra môi trường cũng
ngày càng tăng theo.
Chất thải chăn nuôi lợn đã gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường
xung quanh, đến sức khỏe con người 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 Lương Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra
65% lượng Nitơ oxit (N2O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khảng năng
hấp thụ năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Động vật nuôi

còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại
khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2. Chăn nuôi gia súc đóng
góp tới 64% lượng khí Amoniac (NH3) – là thủ phạm của những trận mưa
axit. Điều này có nghĩa là chăn nuôi gia súc, gia cầm đã được khẳng định là
một tác nhân chính làm tăng hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra nhu cầu về thức ăn,
nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu về bãi chăn thả, v.v. của gia súc cũng
đang được coi là một trong những tác nhân chính gây thoái hóa đất nông
nghiệp, ô nhiễm nguồn nước và mất cân bằng hệ sinh thái [7].
Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn được coi là thế mạnh
của ngành nông nghiệp. Cùng với sự gia tăng dân số, gia tăng các nhu cầu về
lương thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi càng được đầu tư phát triển mạnh.
Trước đây, chúng ta chỉ có chăn nuôi nhỏ lẻ tại các hộ gia đình. Hiện nay,
trong bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư 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 hướng giảm trong khi chăn nuôi gia trại, trang trại tăng nhanh
và tạo được khả năng cạnh tranh trên thị trường. Do vậy, vấn đề chất thải phát
sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải được quản lý tốt. Chất thải của các
trang trại chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu là phân lợn và nước 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, nhưng hệ thống
này chưa đủ công suất đáp ứng nhu cầu xử lý toàn bộ chất thải mà chỉ đạt
được 50% - 70% lượng chất thải của trang trại. Tuy nhiên, với nhiều trang trại
đã có hầm biogas, có hệ thống xử lý chất thải nhưng chất thải chưa được xử lý
triệt để. [15].


3
Nước thải (phân, nước) có độ ô nhiễm rất cao do kéo theo lượng lớn
phân rác (COD, BOD, Nitơ, Amoni và vi khuẩn gây bệnh) thông thường được
xử lý qua hầm Biogas, tiếp đến chuỗi hồ sinh học. Mặc dù đã qua hệ Biogas

nhưng nước 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.
Nước thải ra môi trường 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 lượng nhưng nước thải sau bể Biogas
vẫn còn nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần được xử lý trước khi thải
vào môi trường. Hiện tại đã có một số công nghệ xử lý nước sau Biogas tại
các trại chăn nuôi bằng công nghệ lọc sinh học (Đồng Tâm – Vĩnh Phúc),
công nghệ Aeroten (Vũ Thư – Thái Bình).
Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi và thực tế các công nghệ đã áp
dụng để xử lý nước 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 được thực hiện trong
một bể) dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của xử lý nước thải chăn nuôi. Trong
khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi trường, đề tài “Nghiên cứu
xử nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng phương pháp
SBR” được thực hiện, nhằm mục đích tìm ra khả năng ứng dụng của phương
pháp SBR trong nỗ lực đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi
trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá khả năng loại COD, N trong nước thải chăn nuôi lợn sau
quá trình xử lý yếm khí của công nghệ SBR;
- Nghiên cứu đưa ra chế độ vận hành tối ưu cho hệ thiết bị SBR


4
3. Yêu cầu của đề tài
- Lắp đặt hệ thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử
lý yếm khí bằng phương pháp SBR
- Lấy mẫu, phân tích hàm lượng hữu cơ, tổng N, COD, NO3-, NO2-,
NH4+ trong nước thải đầu vào và nước thải sau khi qua hệ thống thí nghiệm,

đưa ra được hiệu suất xử lý.
- Đưa ra được các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ
trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương 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 nước 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 đưa
ra mô hình xử lý nước 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
Chương 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 Lương Thế giới (FAO), Châu Á sẽ trở
thành khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất. Chăn
nuôi Việt Nam, giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng
trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước
hướng tới xuất khẩu. 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%.
Trong số các nước thuộc khối Asean, Việt Nam là nước 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 lương 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 hướng phát triển.
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất

nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được 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 trường một cách trầm trọng. Ô nhiễm môi trường không những
ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất
lớn đến sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh. Mỗi năm ngành
chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn phân, với phương
thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua
xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng [3].
Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô
nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi gây ra. Theo báo cáo tổng kết của Viện
Chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi


6
trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi
bức. Nồng độ khí H2S và NH3 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 nước 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
nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng Nitơ và
Photpho rất cao. [14]
Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với lợn trưởng thành, khi ăn vào
100g Nitơ thì: 30g giữ lại cơ thể, 50g bài tiết ra ngoài theo nước tiểu dưới
dạng ure, còn 20g ở dạng phân Nitơ vi sinh khó phân hủy và an toàn cho môi
trường.
Nitơ bài tiết ra ngoài theo nước tiểu và phân dưới dạng ure, sau đó ure
sẽ tiết ra enzime ureaza chuyển hóa ure thành NH3, NH3 phát tán vào không
khí gây mùi hôi hoặc khuếch tán vào nước làm ô nhiễm nguồn nước. Nồng độ

NH3 trong nước thải phụ thuộc vào lượng urê trong nước tiểu và pH của nước
thải. Khi pH tăng, NH4+ sẽ chuyển thành NH3. Ngược lại, khi pH giảm, NH3
chuyển thành NH4+. Hợp chất nitơ bền và không có hậu quả xấu với môi
trường là khí N2. Xử lý hợp chất Nito trong nước thải với mục tiêu cao nhất
về phương diện công nghệ là chuyển chúng về dạng khí nitơ N2.
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 được giữ lại ở trong các hợp chất lắng.
- Trong quá trình xử lý yếm khí quá trình oxy hóa amoni hầu như
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. Như
vậy đối với nước thải chăn nuôi lợn có hàm lượng N, P cao – thành phần N, P
luôn dư 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 thường
Đơn vị công nghệ
Nhữa cơ
10 – 20
10 - 50

Lắng 1
Xử lý bậc 2
Tổng hợp tế bào
Nitrat hóa

Khử Nitrat
Hồ oxy hóa

ít
ít

Hiệu quả xử lý (%)
N-NH4+
N-NO3<10
ít
40-70
->NO3Bay hơi

ít
ít
80-90
ít nitrat

Tổng N
5 – 10
10 - 30
3-70
5-20
70-95
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 nước thải luôn tồn tại nhiều chủng loại VSV có
khả năng cùng sống trong một môi trường. Tỷ lệ của các loại VSV trong quần

thể phụ thuộc vào thành phần nước thải. Trong cùng điều kiện hiếu khí, tỷ lệ
VSV hiếu khí dị dưỡng (oxy hóa Chữa cơ) và loại VSV hiếu khí tự dưỡng (oxy
hóa NH4+), tỷ lệ các VSV trên phụ thuộc vào tỷ lệ BOD/N được thể hiện
trong bảng sau:
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ BOD/T-N đến
(%) VSV tự dưỡng trong hệ hiếu khí
Vi sinh vật tự
Vi sinh vật tự
Tỷ lệ BOD/TKN
dưỡng (%)
dưỡng (%)
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
(Nguồn: Mecalf & Eddy. Wastewater engineering, Treatment, disposal and reuse.)
Tỷ lệ BOD/TKN


8
Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N trong nước thải: Quá trình khử hợp
chất N có thể được sơ đồ hóa như sau:
NH4+
Nước

NH4+

nước

Amôn
hoá

( → NO2- → NO3-)

(→ NO2 → N2 )

Nitrat hóa

Khử nitrat

N-hữu cơ

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình khử hợp chất N
1.1.1.1. Quá trình oxy hóa amoni

Quá trình oxy hóa NH4+ thành nitrat xảy ra theo 2 bậc:
NH4+ + 1,5 O2 → NO2- + 2 H+ + H2O

(1-1)

NO2- + 0,5 O2 → NO3-

(1-2)

NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2 H+ + H2O

(1-3)

Phản ứng (1-1), (1-2) được thực hiện do chủng VSV tự dưỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter. Năng lượng sinh ra từ hai phản ứng trên được
VK sử dụng để tổng hợp tế bào, năng lượng thu được 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 dưỡng thấp.
Có khoảng 20-40% NH4+ được tiêu thụ trong quá trình tổng hợp tế bào.
Phản ứng tổng hợp sinh khối có thể viết như sau:
4 CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O → C5H7O2N(tế bào vi khuẩn) + 5 O2
Công thức tổng hợp mô tả sự oxy hóa và tổng hợp tế bào :
1,02NH4++1,89O2+2,02HCO3- → 0,021C5H7NO2 + 1,06 H2O+ 1,92 H2CO3 + NO3-

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 NO2- thấp hơn trong giai
đoạn ổn định. Vì vậy trong quá trình động học người ta chỉ sử dụng các thông

9
số liên quan đến vi khuẩn Nitrosomonas để đặc trưng cho quá trình oxy hóa
amoni.
Tốc độ phát triển của VSV tự dưỡng tuân theo quy luật động học của
Monod. Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của VSV tự dưỡng là nồng độ
NH4+ và DO.


SN
SN + KN

µ = µ m .

Trong đó:



DO
.

  DO + K DO 

µ: hằng số phát triển riêng của VSV tự dưỡng
µm: hằng số phát triển cực đại của VSV tự dưỡng
SN: nồng độ NH4+
DO: nồng độ oxy hòa tan
KN: hằng số bán bão hòa của NH4+
KDO: hằng số bán bão hòa của oxy

Phương trình trên có 3 thông số động học (µm, KN, KDO), các thông số
(KN, KDO) được xác định bằng thực nghiệm KN=0,256-1,84mgN-NH4+/l,
KDO=0,15-2,0 mgO2/l. Tại nhiệt độ 200C nên chọn KN=1,0 mgN-NH4+/l,
KDO=0,4mgO2/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 trưởng của Nitrobacter ở DO=1 mg/l và DO bão hoà ở nhiệt độ 30 350C cho thấy: ở DO = 1mg/l tốc độ sinh trưởng bằng 97%, 80%, 70%, 58%
ở DO bão hoà; tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7; 29; 350C. Các nghiên cứu
trên thể hiện ảnh hưởng của DO đến quá trình nitrat hóa.


10
+ 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 hưởng của pH lên tốc độ
phát triển riêng cực đại của VSV tự dưỡng:
µn,pH = µn,7,2.[1 – 0,833(7,2 – pH)]
Tốc độ nitrat hoá giảm tuyến tính khi pH < 7,2 và ít có sự ảnh hưởng
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 chưa thích nghi cho
thấy tốc độ nitrat hoá ở pH=6,9 bằng 84% tốc độ ở pH=7,0 ở 200C. Tốc độ
nitrat hoá ở pH=6,8 bằng 42% tốc độ ở pH=7,8 tại 150C, ở nhiệt độ thấp hơn
thì ảnh hưởng của pH nhiều hơn (Antoniou và cs.., 1990). Tốc độ sinh trưởng
riêng cực đại được 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 trưởng
dính bám (Stankwich, 1972; Haug và McCathy, 1972).
+ Nhiệt độ: Tốc độ sinh trưởng 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 trưởng riêng cực đại của VSV tự dưỡng được thể hiện
trong bảng sau:
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến
tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật nitrat hóa [5]

Nguồn

µn,max theo nhiệt độ

µn,max theo nhiệt
độ

100C

150C

200C

Downing (1964)

0,47.e0,098(T-15)

0,29

0,47

0,77

Hultman (1971)

0,50.e0,033(T-15)

0,23

0,34

0,50

Barnard (1975)

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

0,10

0,18

0,37

Painter (1983)

0,18.e0,0729(T-15)

0,12

0,18

0,26

11
Nhiệt độ ảnh hưởng 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 ưu cho quá trình nitrat hóa trong khoảng 30 – 360C,
nhưng chúng có thể phát triển ở 4 – 500C (Focht và Chang, 1975; Painter,
1970).
+ Độc tố: các hợp chất có độc tố cao với VSV tự dưỡng là: hợp chất
phenol, hợp chất clo, Cl- và các kim loại nặng. Đối với VSV có tốc độ phát
triển chậm thì ảnh hưởng của độc tố đến nó là ít hơn, như vậy trong hai quá
trình thì loại Nitrosomonas ít bị ảnh hưởng bởi độc tố hơn Nitrobacter. VSV
tự dưỡng có sức chịu đựng độc tố kém hơn VSV dị dưỡng, Một độc tố rất
quan trọng là NH3 và axit HNO2 ở dạng trung hòa – sản phẩm và nguyên liệu
của quá trình, Nitrobacter bị ảnh hưởng nhiều hơn (0,1-1,0 mgN-NH3/l) so
với Nitrosomonas (5-20 mgN-NH3/l). Tuy nhiên pH của nước thải chăn nuôi
thường ở mức trung tính nên nồng độ NH3 trong nước thải là thấp. Ngược lại
HNO2 lại tồn tại và thể hiện độc tính ở pH thấp.
+ Thời gian lưu bùn: thời gian lưu bùn (SRT) phải đủ lớn để đảm bảo
cho vi khuẩn nitrat hoá phát triển ổn định. Thời gian lưu bùn rất quan trọng
đối với nước 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 nước thải công nghiệp chứa các hợp chất độc hại SRT > 160 ngày thì
hiệu quả loại nitrat đạt > 90%. Thời gian lưu bùn ảnh hưởng 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 chưa được
xem là bền vững cũng gây độc cho môi trường nên cần được khử thành khí
nitơ N2.
4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ

5CO2 + 2N2 + 2H2O


12
Một số loài vi khuẩn khử nitrat như: 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 như (S, Fe2+). Phần lớn
VSV nhúm Denitrifier thuộc loại dị dưỡng – 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 lượng chất hữu cơ tiêu hao cho cả
quá trình lớn hơn nhiều so với lượng chất hữu cơ cần thiết cho khử nitrat.
Quá trình khử nitrat không phải là quá trình lên men yếm khí mà nó
giống như quá trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy chúng sử
dụng NO2- và NO3- khi môi trường 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 dưỡng hiếu khí. VSV chỉ sử dụng đến nitrat và nitrit khi môi trường cạn
kiệt oxy hòa tan. Mức độ cạnh tranh về phương diện sử dụng chất cho điện tử:
O2 > NO3- ≈ NO2- > SO42-.

Các chất hữu cơ mà nhóm VSV khử nitrat sử dụng: nguồn nước thải,
các hóa chất hữu cơ đưa vào, các chất hữu cơ hỡnh thành từ quá trình phân
hủy nội sinh. Tốc độ phản ứng khử nitrat được thể hiện qua công thức sau [5]:
vi = 0,03(F:M) + 0,029;
vi = 0,12.θc-0,706
(trong đó: θ - là thời gian lưu 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 hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình vỡ oxy trong nước
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),


13
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 hưởng 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 100C trong
khoảng nhiệt độ 5-250C [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-NO3- 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 nhưng 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.
Hệ xử lý nitơ trong nước thải bằng phương 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 nước thải chăn nuôi nên áp dụng kỹ
thuật xử lý 2 giai đoạn riêng rẽ. Phương pháp xử lý này có ưu điểm: linh hoạt,
dễ tối ưu hóa các quá trình, và giảm thiểu các độc tố với VSV tự dưỡng (do
đó được oxy hóa ở giai đoạn 1).
Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng COD và nitơ đều cao nên sự
hoạt động của VSV tự dưỡng sẽ bị cạnh tranh quyết liệt bởi VSV dị dưỡng,


14
dẫn đến khả năng xử lý các hợp chất chứa nitơ trở lên khó khăn hơn. Do đó
cần phải oxy hóa nước thải theo nhiều giai đoạn, để tạo điều kiện cho giai
đoạn sau oxy hóa các hợp chất nitơ được dễ dàng.
1.1.2. Cơ sở thực tiễn
Nước thải chăn nuôi thuộc loại giàu SS, COD, N, P, vì vậy để xử lý
nước thải chăn nuôi, kĩ thuật yếm khí luôn là sự lựa chọn đầu tiên. Ở các nước
châu Âu và Mĩ, nhất là ở Anh, nước và chất thải chăn nuôi được coi là nguồn
nguyên liệu để sản xuất biogas thu hồi năng lượng. Ở Đức, năng lượng biogas
từ chất thải chăn nuôi và các nguồn thải hữu cơ khác đã được đưa vào cán cân
năng lượng quốc gia để đạt mục tiêu 20% năng lượng sử dụng là năng lượng
tái tạo vào 2020.
Tuy nhiên, do nước thải chăn nuôi lợn là một nguồn thải ô nhiễm trầm
trọng đối với môi trường, loại nước thải này rất khó xử lý, bởi vì nồng độ hữu
cơ cũng như nitơ trong nước thải rất cao. Vì vậy, phát triển công nghệ xử lý
nước 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 như ở Việt Nam. Đối với loại nước
thải này, nếu chỉ xử lý bằng các quá trình sinh học yếm khí thường không triệt
để, vấn còn một lượng lớn các chất hữu cơ và phần lớn thành phần dinh
dưỡng là N, P. Do vậy, sau quá trình xử lý yếm khí, bước tiếp theo là quá
trình sinh học hiếu khí - thiếu khí kết hợp (xử lý phần hữu cơ còn lại và phần
lớn thành phần dinh dưỡng N, P), cuối cùng có thể là bước xử lý bổ sung
nhằm giảm thiểu tối đa thành phần dinh dưỡng. Một số quá trình hiếu khí thiếu khí cơ bản thường được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong xử lý nước
thải chăn nuôi lợn như sau: Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí - thiếu khí kết
hợp, phương pháp lọc sinh học ngập nước thiếu - hiếu khí kết hợp, phương
pháp mương oxy hóa, phương pháp anamox và phương pháp SBR.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn
cũng như nhiều loại nước thải công nghiệp khác (nước thải chế biến thực


15
phẩm, nước thải nhà máy sữa, nước thải giết mổ gia súc, v.v.) bằng phương
pháp SBR [17]. Kết quả nghiên cứu của Kim [19] đối với nước thải chăn nuôi
lợn (COD = 1000 mg/L, N-NH4+ = 3400 mg/L, T-P = 145 mg/L), trong
khoảng tải trọng 0,063 – 0,25 kg-COD/m3 -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 NNH4+. Kết quả nghiên cứu của Edgerton [3], với nước thải đầu vào có COD =
4500 mg/L, N- NH4+ = 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/m3-ngày, chu trình xử lý 12 h
cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tương ứng với COD, N- NH4+ và TP. Một số nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của phương pháp
SBR cũng đã được thực hiện. Nghiên cứu của Bortone [22] và Filali [28] về
xử lý nước thải chăn nuôi lợn cho thấy chế độ cấp nước thải 2 lần trong chu
kỳ xử lý cho hiệu suất xử lý cao hơn chế độ cấp nước thải 1 lần.
Cho đến nay, việc nghiên cứu môi trường chăn nuôi ở nước ta chưa
được quan tâm một cách đầy đủ. Chỉ có một số công trình nghiên cứu chất
lượng môi trường tại các điểm chăn nuôi đơn lẻ đã được công bố trong một
vài năm trở lại đây như: Báo cáo kết quả nghiên cứu môi trường 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 trường kết hợp với Viện Thú y
Quốc gia kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn chuồng nuôi gà tại Trung tâm nghiên
cứu gia cầm Thụy Phương; Báo cáo kết quả thực hiện Dự án của liên minh
Châu Âu – chương trình Asia ProEco “Phát triển chăn nuôi lợn, quản lý chất
thải động vật và bảo vệ môi trường”, v.v.
Các công trình nghiên cứu ở trên đều đưa ra nhận định chung là hầu hết
lượng chất thải chăn nuôi của Việt Nam đều không được quản lý và xử lý mà
đổ tự do ra môi trường xung quanh. Các công trình nghiên cứu cũng đã đề
xuất một số phương pháp xử lý chất thải bằng Biogas và De-odorase kết hợp


16
với biện pháp cải thiện điều kiện vệ sinh chuồng trại như: nâng độ cao chuồng
nuôi, cải tạo mái tạo độ thông thoán, lắp dàn phun mưa, 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 chưa có số liệu theo dõi, đánh giá với thời gian đủ dài và thường
xuyên để đưa ra những số liệu hệ thống, làm cơ sở cho việc đề xuất áp dụng
các phương pháp xử lý chất thải một cách rộng rãi. Một số nơi công nghệ xử
lý cũng chưa đạt được các kết quả như mong đợi. Vì vậy, khả năng triển khai
áp dụng trên diện rộng các biện pháp cải thiện môi trường chăn nuôi còn gặp
nhiều khó khăn.
Chỉ có một số ít các nghiên cứu được thử nghiệm trong thực tế như đề
tài nghiên cứu công nghệ lọc sinh học trong xử lý nước thải chăn nuôi tại
Vĩnh Phúc được Viện Công nghệ Môi trường thực hiện trong năm 2007, đề
tài nghiên cứu công nghệ Aeroten trong xử lý nước thải chăn nuôi tại trại lợn
Hoàng Liễn – Vũ Thư – Thái Bình được Viện Công nghệ Môi trường thực
hiện trong giai đoạn 2006 – 2007. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý của 2 công nghệ
này chưa cao và chưa đáp ứng được đòi hỏi của thực tế về suất đầu tư và chi

phí vận hành. Chính vì vậy, tuy nhu cầu có đã lâu nhưng mô hình xây dựng và
vận hành thành công hệ xử lý nước thải chăn nuôi ở nước ta rất hiếm. Công
nghệ SBR (quá trình yếm khí, hiếu khí, thiếu khí trong một thiết bị) đã được
áp dụng để xử lý nước thải cho các ngành khác tại Việt Nam (Bệnh viện,
nước thải sinh hoạt, v.v.) đạt hiệu quả cao về kỹ thuật cũng như kinh tế. Mặc
dù vậy đối với nước thải chăn nuôi vẫn chưa được nghiên cứu ứng dụng.
Đối với nước thải chăn nuôi lợn, đặc tính nước thải thay đổi rất lớn phụ
thuộc vào phương pháp chăn nuôi, quy mô trang trại, quản lý chuồng trại (như
việc có tách lỏng rắn hay không), điều kiện của từng địa phương. Những điều
này ảnh hưởng lớn đến quy mô xử lý cũng như lựa chọn phương pháp xử lý.
Ở Việt Nam do tập quán chăn nuôi còn lạc hậu nên đặc tính nước thải chăn