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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

MÃ SỐ: TN 2012 - 82
TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU QUÁ
TRÌNH XỬ LÝ YẾM KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SBR
TẠI TRUNG TÂM THỰC HÀNH THỰC NGHIỆM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN”

CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG

THÁI NGUYÊN - 2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

MÃ SỐ: TN 2012 - 82
TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU QUÁ
TRÌNH XỬ LÝ YẾM KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SBR
TẠI TRUNG TÂM THỰC HÀNH THỰC NGHIỆM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN”

Chủ trì đề tài: ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG
Thời gian thực hiện: 1/2012 – 12/2012
Địa điểm nghiên cứu: ĐH Nông lâm Thái Nguyên

THÁI NGUYÊN - 2013


1
TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý
yếm khí bằng phương pháp SBR tại trung tâm thực hành thực nghiệm
Đại học Nông lâm Thái Nguyên”
Mã số: T2012-82
Chủ nhiệm đề tài: Đặng Thị Hồng Phương
Tel.: 0976177083
E-mail:
Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên
Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện:
Thời gian thực hiện: 1/2012-1/2013
1. Mục tiêu:
- 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
2. Nội dung chính:
- Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý nước thải của quá
trình SBR
- Ảnh hưởng của chế độ cấp nước thải đến hiệu quả xử lý nước thải của
quá trình SBR
3. Kết quả chính đạt được:

- Hệ thống SBR có hiệu suất xử lý COD trong nước thải chăn nuôi lợn
rất cao, không phụ thuộc vào các chế độ vận hành.
- Hiệu quả xử lý N-NH4+ đạt tương đối cao và ổn định (đạt xấp xỉ
99%).
- Hiệu suất xử lý T-N là 85% ở chế độ một chu trình bao gồm hai quá
trình hiếu khí – thiếu khí xử lý đạt hiệu quả cao nhất.
- Chế độ cấp nước 2 lần với tỷ lệ cấp nước giữa 2 lần là 2:1 cho hiệu
quả xử lý cao nhất. Hiệu suất xử lý N-NH4+ và T-N tương ứng đạt 100% và
90%.


2

SUMMARY
Project Title: “Research on pig livestock wastewater treatment process
after anaeration treatment by SBR method in the practical center of Thai
Nguyen University of Agriculture and Forestry ”
Code number:
Coordinator: Đặng Thị Hồng Phương
Tel: 0976177083
Email:
Implementing Institution: Thai Nguyen University of Agriculture and
Forestry
Duration: from 1/2011 to 12/2012
1. Objectives:
- Assessment of COD, N in pig wastewater after anaerobic treatment
process of SBR technology;
- Research the optimal operation mode for SBR system
2. Main contents:
- Study on the effect of regime aeration process to pig livestock

wastewater treament process after anaeration treatment by SBR.
- Study on the effect of wastewater mode to the wastewater treatment
efficiency of the SBR process.
3. Results obtained:
- SBR system had COD removal efficiency of swine wastewater is very
high, it was not depend on the operating mode.
- The efficient treatment of N-NH4+ was relatively high and stable
(approximately 99%).
- T-N treatment efficience was 85% in mode cycle which included two
process: aerobic and lack of gas were the most effective treatment.
- water supply Mode with 2 times and rate of water supply 2:1 were the
highest treatment efficiency. Effective Process of N-NH4+ and T-N were
100% and 90%, respectively.


3
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. 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. 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. 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.
Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn được coi là thế mạnh
của ngành nông nghiệp. 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]. 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.
Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi và thực tế các công nghệ đã áp


4
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. Đề tài
“Nghiên cứu xử nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng
phương pháp SBR tại trung tâm thực hành thực nghiệm Trường Đại học
Nông lâm Thái Nguyên” 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.
1.2. 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
1.3. 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
1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. 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.
1.4.2. 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
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. 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
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 VSV 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 chứng sẽ bị bào tiết theo phân và


6
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 N trong nước thải với mục tiêu cao nhất về
phương diện công nghệ là chuyển chúng về dạng khí nitơ.
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.
- 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 2.1. Hiệu quả xử lý N bằng các công trình xử lý thông thường
Đơn vị công nghệ
Lắng 1
Xử lý bậc 2
Tổng hợp tế bào
Nitrat hóa
Khử Nitrat
Hồ oxy hóa

Nhữa cơ
10 – 20
10 - 50
ít
ít

Hiệu quả xử lý (%)
N-NH4+
N-NO3<10
ít
40-70
ít
->NO3
ít
80-90
Bay hơi
ít nitrat

Tổng N
5 – 10
10 - 30
3-70
5-20
70-95
20-90


7
(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 2.2. 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

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

nước

Amôn
hoá

NH4+

( → NO2- → NO3-)

(→ NO2 → N2 )

Nitrat hóa

Khử nitrat

N-hữu cơ

2.1.2. 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


8
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
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


9
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
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.


10
Ở Việt Nam do tập quán chăn nuôi còn lạc hậu nên đặc tính nước thải chăn
nuôi khác với các nước trên thế giới. Vì thế để có thể đưa phương pháp SBR
vào ứng dụng thực tế tại Việt Nam cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu để
xác định các điều kiện và thông số công nghệ của quá trình: thời gian sục
khí/ngừng sục khí, tỷ lệ COD:N, tỷ lệ cấp nước thải, hiệu suất xử lý và tải
lượng giới hạn cho phép. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài này nghiên cứu tìm

ra các chế độ vận hành thích hợp đối với công nghệ SBR để xử lý nước thải
chăn nuôi lợn có chứa thành phần chất hữu cơ và NH4+ cao, từ đó có cơ sở
ứng dụng thực tiễn để xử lý nước thải chăn nuôi.
2.2. Tổng quan về tình hình chăn nuôi lợn
Trong báo cáo "Hiện trạng lương thực và nông nghiệp" công bố ngày
23/2/2010, FAO nhấn mạnh chăn nuôi gia súc, gia cầm đóng vai trò quan
trọng đối với đời sống của hơn 1 tỷ người nghèo trên thế giới, tạo thu nhập,
cung cấp thực phẩm chất lượng cao, nhiên liệu, sức kéo, vật liệu xây dựng và
phân bón. FAO nêu rõ chăn nuôi là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong nông
nghiệp. Vì vậy, đầu tư lớn hơn và xây dựng cơ sở lớn hơn là cần thiết để lĩnh
vực này tiếp tục đảm nhiệm vai trò thiết yếu tăng cường an ninh lương thực
và giảm đói nghèo.
Theo Tổ chức này, thế giới cần tăng đầu tư để phát triển chăn nuôi bền
vững, đáp ứng nhu cầu đang tăng nhanh trên toàn cầu về các sản phẩm từ
động vật như thịt, sữa, v.v.
Tổng Giám đốc FAO, Jacques Diouf, cho rằng phát triển chăn nuôi là
nền tảng để phát triển nông nghiệp. Để đáp ứng nhu cầu đang tăng nhanh, sản
lượng thịt hàng năm trên toàn cầu phải tăng từ mức 228 triệu tấn hiện nay lên
463 triệu tấn vào năm 2050. Nhu cầu sản phẩm thịt tăng là cơ hội để ngành
chăn nuôi phát triển, góp phần phát triển kinh tế và xoá đói nghèo ở các nước
đang phát triển. Ngoài ra, chăn nuôi còn có thể đóng vai trò quan trọng cả
trong việc thích nghi với biến đổi khí hậu và giảm tác động của biến đổi khí
hậu đối với phúc lợi của con người.
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 tổng đàn
gia cầm đạt 208.18 triệu con, tăng 12.83%; đàn lợn đạt 27.6 triệu con, tăng
3.47%,... (Thống kê năm 2009 - Cục Chăn nuôi). Theo thống kê ngày
01/10/2010 thì đàn lợn đạt 27.37 triệu con và bằng 99% cùng kỳ năm 2009.

11
Trong những năm gần đây, xu hướng chăn nuôi nhỏ lẻ đã giảm đi đáng
kể. Tỷ lệ số hộ nuôi 1 con lợn giảm đi rõ rệt từ 45% năm 1994 xuống dưới
30% năm 2001. Tuy nhiên, tỷ lệ số hộ nuôi 2 con lợn năm 2001 vẫn chiếm
67% tổng số hộ (so với 82% năm 1994). Quy mô phát triển chăn nuôi của các
hộ đã lớn hơn nhưng vẫn còn nhỏ, tính chuyên môn hoá chưa cao.
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 năm 01/07/2010 cả
nước có: 23.558 trang trại chăn nuôi, tăng 42% so với năm 2006, tăng 13% so
với cùng thời điểm năm 2009.
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.
Theo quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16/1/2008 của Thủ tướng
chính phủ về việc phê duyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020
thì:
+ 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;
+ 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
2.3. Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam
2.3.1. Chất thải rắn
Phân gia súc được chia thành 2 loại: “nóng” và “lạnh”. Việc phân loại
này dựa trên tác dụng của phân đến cây trồng. Phân “nóng” có hàm lượng


12
chất dinh dưỡng dễ phân hủy cao nên khi bón cây làm cây bị “xót” làm ảnh
hưởng đến sự phát triển của bộ rễ. Ngược lại phân “lạnh” chứa nhiều chất hữu
cơ khó phân hủy (cellulo..) khi bón phân làm tăng độ tơi xốp, có chức năng
cải tạo đất. Phân gia súc được sử dụng trong nông nghiệp với dưới hình thức
như sau: bón cây, cải tạo đất, nuôi cá, v.v.
Công tác quản lý chất thải trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó
khăn, việc sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn bị hạn chế do phân
lợn không giống phân bò hay gia cầm khác. Phân lợn ướt và hôi thối nên khó
thu gom và vận chuyển, phân lợn là phân “nóng” khó sử dụng, hiệu quả
không cao và có thể làm chết hoặc mất năng suất cây trồng (sầu riêng mất
mùi, nhãn không ngọt...). Theo điều tra tình hình quản lý chất thải chăn nuôi ở
một số huyện thuộc TP. HCM và một số tỉnh lân cận [11]. Chỉ có 6% số hộ
nuôi lợn có bán phân cho các đối tượng sử dụng để nuôi cá và làm phân bón.
Khoảng 29% số hộ chăn nuôi lợn sử dụng phân cho bể biogas và 9% hộ dùng
phân lợn để nuôi cá.
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 ở Hà Nội, Hà
Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy:
Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi
khi là xác gia súc, gia cầm chết. Kết quả điều tra hiện trạng quản lý chất thải

chăn nuôi cho thấy cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn và 5 cơ sở chăn nuôi gà, 100%
số cơ sở chăn nuôi đều chưa tiến hành xử lý chất thải rắn trước khi chuyển ra
ngoài khu vực chăn nuôi. Các cơ sở này chỉ có khu vực tập trung chất thải ở
vị trí cuối trại, chất thải được thu gom và đóng bao tải để bán cho người tiêu
thụ làm phân bón hoặc nuôi cá. Các bao tải này được tái sử dụng nhiều lần,
không được vệ sinh tiêu độc nên nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và lây
nhiễm lan truyền dịch bệnh từ trang trại này sang trang trại khác là rất cao.
Đối với phương thức nuôi lợn trên sàn bê tông phía dưới là hầm thu gom thì
không thu được chất thải rắn. Toàn bộ chất thải, bao gồm phân, nước tiểu,
nước rửa chuồng được hòa lẫn và dẫn về bể biogas.
2.3.2. Chất thải lỏng
Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:
- Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa
chuồng và tắm cho lợn là 30-50 lít nước/1con.ngđ.


13
- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các
mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản;
- Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất
canh tác xung quanh.
Việc quản lý chất thải lỏng trong chăn nuôi lợn là vấn đề nan giải, nước
thải chăn nuôi lợn có nhiều chất hữu cơ. Lưu lượng nước thải khá cao do số
lượng lợn nuôi nhiều và lợn được tắm nhiều lần trong ngày, nhất là lúc trời
nóng (lưu lượng nước sử dụng đối với lợn trưởng 30-50 lít/1 con/ ngày). Theo
điều tra tình hình quản lý chất thải chăn nuôi ở một số huyện thuộc TP. HCM
và một số tỉnh lân cận [11] cho thấy: Nước thải dùng cho mục đích nông
nghiệp (15%). Đối với các trang trại không có đất trồng trọt thì nước thải
phần lớn chỉ xử lý sơ bộ sau đó thải ra môi trường (45%). Có khoảng 40% số
trang trại sử dụng bể Biogas để xử lý nước thải.

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:
nước thải của các cơ sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng
ăn, máng uống và nước tắm rửa cho lợn. Cả 10 cơ sở chăn nuôi lợn được điều
tra đều có chỉ có hệ thống xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ biogas. Kết
quả điều tra của cho thấy hệ thống xử lý nước thải tại các trang trại trên là:
Nước thải
bể Biogas
hồ sinh học
thải ra môi trường, hầu hết các
trang trại chăn nuôi lợn khác cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên [12].
Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó
khăn. Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất
thấp. Vì vậy cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề
quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn
nuôi gây ra.
2.4. Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi
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.


14
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.
2.4.1 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp cơ học và hóa lý

* Xử lý cơ học
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, v.v. để loại bỏ cặn dễ
lắng tạo điều kiện xử lý và giảm khối tích các công trình phía sau.
* Xử lý hóa lý
Sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều cặn hữu cơ và vô cơ có
kích thước nhỏ, có thể dùng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. 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 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 bỏ cặn trong nước thải chăn nuôi lợn, tuy nhiên chi phí
đầu tư và vận hành cao nên không phù hợp với các cơ sở chăn nuôi.
2.4.2. Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy
sinh
Sự thâm nhập các chất hữu cơ, N và P từ nước thải nhất là nước thải
chăn nuôi là nguyên nhân gây phú dưỡng (eutrophication) các thuỷ vực tiếp
nhận dẫn đến hiện tượng “nở hoa nước” do vi tảo bao gồm vi khuẩn lam
(VKL) độc phát triển mạnh, làm mất cân bằng sinh thái và suy giảm chất
lượng nước. Nghiêm trọng hơn, môi trường nước trở nên hôi thối, không thể
sử dụng và ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng.
Trong xử lý nước thải giầu nitơ và phốt pho, công nghệ sinh thái
(CNST) sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) có nhiều ưu điểm, rất thân thiện
môi trường, được nhiều nước rất quan tâm.
Để ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng và sự nở rộ độc hại của vi khuẩn
lam, ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là những nước trong khu vực Châu Á
- Thái Bình Dương kỹ thuật Công nghệ sinh học - sinh thái đã và đang được
phát triển và hiện đang được ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản, Thái Lan, Trung
Quốc, v.v.
Công nghệ sinh học - sinh thái dựa trên cơ sở hoạt động của các hệ

thống sinh thái tự nhiên và nhân tạo (bao gồm động - thực vật và vi sinh vật),


15
thân thiện với môi trường, đòi hỏi ít năng lượng, có tính phổ cập cao và rất
khả thi đối với điều kiện nước ta, trong đó phương pháp sử dụng thực vật thuỷ
sinh (TVTS) được coi là có hiệu quả cả về kinh tế và xã hội.
TVTS sử dụng nitơ, phốtpho và các nguyên tố vi lượng khác trong
trao đổi chất. Tại các nước phát triển như Đức, Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Hàn
Quốc, v.v, các công nghệ xử lý nước thải sử dụng TVTS đã được phát triển
rất thành công. Tại Pháp, năm 1993 đã có tới 2600 trạm xử lý nước thải kết
hợp sử dụng ao ổn định. Bắt đầu từ những năm 1980 rất nhiều cơ sở xử lí
nước thải tại các bang nước Mỹ đã phát triển và ứng dụng công nghệ xử lí ô
nhiễm với việc sử dụng các loài thực vật nổi và hệ thống hồ ổn định. Phương
pháp xử lí ô nhiễm hữu cơ và vô cơ tại vùng rễ của một số TVTS - còn gọi là
“Phương pháp vùng rễ”, đã được các nhà khoa học Đức nghiên cứu và triển
khai có hiệu quả tại nhiều nơi. Các nhà khoa học Nhật Bản đã thiết kế những
hệ thống làm sạch nước ô nhiễm sử dụng hệ sinh thái TVTS dưới dạng Biopark để giảm bớt ô nhiễm các hồ lớn, thông qua đó kiểm soát hiện tượng nở
hoa của nước do vi tảo phát triển trong đó có tảo độc.
2.4.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kỵ khí
Năm 1992 International Development Research Centre (IDRC),
Canada xuất bản một tài liệu rất đầy đủ về lĩnh vực quản lí và xử lý chất thải
chăn nuôi lợn. Đây là sản phẩm của một chương trình lớn (từ 1975 đến 1990)
của Chính phủ Singapore, được quốc tế tài trợ (Australian Development
Assistance Bureau, FAO, German Technical Assistance Agency (GTZ),
IDRC (Canada), UNDP, ASEAN), được điều hành trực tiếp bởi TS. Ngiam
Tong Tau – 1984 trở thành Giám đốc The Primary Production Department of
Singapore có sự tham gia của hàng trăm chuyên gia quốc tế, bao trùm mọi
lĩnh vực, yếu tố liên quan đến bảo vệ môi trường ngành chăn nuôi lợn, từ
khâu giống, thức ăn chuồng trại tới chính sách liên quan. Về khía cạnh các kĩ

thuật tài liệu trình bày chi tiết về công nghệ xử lý chất thải, nước thải, các kĩ
thuật áp dụng. Tài liệu bao trùm gồm cả vấn đề thu hồi năng lượng và tái sử
dụng nước (thu hồi biogas, tuần hoàn nước tiền xử lí rửa chuồng, dùng nước
thải nuôi tảo làm thức ăn chăn nuôi giàu đạm, v.v.).
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. Những quá trình phân hủy kỵ khí


16
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: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn
hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc...
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, v.v);
- Phát sinh mùi;
- Tốc độ phát triển sinh khối chậm.
Trong công nghệ kỵ khí cần lưu ý 2 yếu tố quan trọng:
- Duy trì sinh khối càng nhiều càng tốt;
- Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải và sinh khối vi khuẩn.
2.4.3.1. 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.
Trong bể Biogas các chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau
Biogas nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và ít mùi hơn. Bùn cặn trong
bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp. Cùng với việc có nguồn
năng lượng mới sử dụng, còn góp phần giảm thiểu hiện tượng chặt phá rừng
và bảo vệ môi trường. Khí Biogas là một nguồn năng lượng có triển vọng
trong tương lai đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và bảo tồn tài nguyên
thiên nhiên.
Khí Biogas là một hỗn hợp bao gồm CH4, CO2, N2, H2S và một số khí
khác. Thành phần chủ yếu là CH4 (60-70%) và CO2 (30-40%). Khi đốt cháy
1m3 hỗn hợp khí biogas sinh ra nhiệt lượng khoảng 4.500-6.000 calo/m3


17
tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2
kW điện.
Bảng 2.3: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas [5]
Loại khí
CH4
CO2
N2
H2
H2S

Thành phần khí
55-65%
35-45%

0-3%
0-1%
0-1%

Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian
lưu nước, tải trọng chất hữu cơ, nhiệt độ,v.v mà lượng khí sinh ra là khác
nhau.
2.4.3.2. 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 200500 kgBOD/ha.ngày. Hiệu quả khử BOD từ 50-85%. Hàm lượng chất lơ lửng
khi ra khỏi hồ 80-160 mg/l.
2.4.3.3. 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.ngàyđêm.
Quá trình lọc kỵ khí dính bám, sử dụng giá thể mang vi sinh như sỏi,
đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, 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).
2.4.3.4. Quá trình kỵ khí trong UASB
Hệ thống này được nghiên cứu và ứng dụng bởi Gatze Lettinga và các
cộng sự của trường đại học Wageningen ở Hà Lan từ những năm 1970, nó

18
thích hợp cho việc xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ từ thấp tới cao
tại các vùng nhiệt đới. Trong quá trình xử lý, UASB làm giảm hàm lượng
chất hữu cơ trong nước thải và sinh ra một lượng khí Biogas đáng kể.
Nước thải được đưa từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng ở dạng hạt.
Quá trình sinh hóa diễn ra khi nước thải tiếp xúc với lớp hạt bùn này. Khí sinh
ra sẽ kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể tạo ra sự khuấy trộn đều giữa bùn
và nước. Khi lên đến đỉnh các bọt khí sẽ va chạm với các tấm chắn nghiêng,
các bọt khí được giải phóng tự do còn bùn được rơi xuống theo trọng lực.
Tấm chắn được đặt nghiêng trong vùng tách pha để tăng tiết diện, tiết diện
dòng chảy tăng do đó làm giảm tốc độ lắng của pha rắn tại vùng này, bùn
được tích tụ trên bề mặt tấm chắn nghiêng khi đủ lớn tách ra và rơi xuống
vùng lắng.
2.4.3.5. Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed)
Một trong những yếu tố quan trọng của hệ UASB là dạng tập hợp sinh
khối, sinh khối keo tụ thành hạt bùn: kích thước 1-5mm, khối lượng riêng lớn,
độ bền cơ học cao, tốc độ sa lắng lớn và hoạt tính methane hóa cao. Một hệ
UASB thông thường không có khả năng tạo ra các hạt bùn có tính chất như
trên mặc dù có hiệu quả xử lý cao, chứng tỏ chúng không phải là điều kiện
tiên quyết cho hiệu quả xử lý của hệ, chính từ quan điểm trên người ta đã biến
thể hệ UASB thành hệ EGSB. Năm 1983 Lettinga và CS, đã phát minh ra hệ
thống EGSB - Expanded Granular Sludge Bed (lớp bùn hạt mở rộng).
Dòng nước thải đi vào hệ thống theo chiều từ dưới lên, qua một lớp bùn
hạt mở rộng, chứa những vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất hữu cơ chứa
trong bùn thải. Vận tốc dòng lên của hệ thống có thể đạt trên 9 m/h, cao hơn
nhiều hệ thống UASB (0,6 - 0,9m/h). Nước thải ra khỏi hệ thống có thể được
tuần hoàn trở lại một phần, do tải lượng của bể EGSB (2-4kgCOD/m3.ngày)
thấp hơn so với bể UASB.
2.4.4. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hiếu khí – thiếu
khí

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, bước xử lý
đầu tiên thường là quá trình sinh học yếm khí, bước tiếp theo là quá trình sinh


19
học hiếu khí – thiếu khí (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:
2.4.4.1. Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp
Đây là một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính truyền thống,
trong đó có bổ sung thêm các ngăn thiếu khí xen kẽ với các ngăn hiếu khí kết
hợp với hồi lưu nước thải sau xử lý về ngăn thiếu khí đầu tiên. 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 nitrat được thực hiện ở ngăn thiếu khí. Gần
đây quá trình ngày được cải tiến bằng cách chia dòng vào ở các ngăn thiếu khí
nhằm tận dụng nguồn cacbon trong nước thải cho quá trình khử nitrat để nâng
cao hiệu quả xử lý nitơ. Kết quả khảo sát đối với một số trạm xử lý nước thải
công nghiệp qui mô nhỏ của 21 nhà máy cho thấy, quá trình này cho hiệu quả
xử lý rất tốt: nước thải đầu ra tính theo trung bình tháng đạt 10 mg/L đối với
BOD, 10 mg/L đối với SS và 10 mg/L đối với T-N và 1 mg/L đối với P [9].
2.4.4.2. Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí – thiếu khí kết hợp:
Nguyên lý của quá trình xử lý tương tự phương pháp trên, nhưng ở đây
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. Ưu điểm của quá trình này là thiết bị gọn

nhẹ do có thể vận hành ở tải trọng cao (tải trọng BOD có thể lên đến 2 – 3 kg
BOD/m3 -ngày), quá trình ổn định, vận hành đơn giản, tiêu hao ít năng lượng.
Tuy nhiên chí phí đầu tư lớn.
2.4.4.3. Phương pháp mương ôxy hóa
Mương ôxy hóa là một dạng thiết bị sục khí kéo dài. Phương pháp này
có ưu điểm là có thể xử lý hiệu quả đồng thời hữu cơ và nitơ, vận hành đơn
giản, tốn ít năng lượng, tạo ra ít bùn, tuy nhiên cần diện tích xây dựng lớn.
Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến đối với qui mô nhỏ. Do hiệu
quả xử lý nitơ cao, vận hành đơn giản nên đây có thể là một phương pháp phù
hợp đối với một số trang trại chăn nuôi có diện tích lớn.
2.4.4.4. Phương pháp Anamox
Ngoài quá trình hiếu khí – thiếu khí truyền thống, gần đây quá trình
Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation, oxy hóa amoni yếm khí), một
quá trình sinh học mới được phát hiện hơn 10 năm trước, được quan tâm


20
nghiên cứu và phát triển ứng dụng trong xử lý nước thải giàu nitơ. Trong điều
kiện yếm khí, amoni được oxy hóa với nitrit (NO2-) như là chất nhận điện tử
tạo thành khí nitơ bởi các vi sinh vật tự dưỡng planctomycetes. Quá trình xử
lý amoni bằng phương pháp này được thực hiện thông qua hai quá trình: đầu
tiên là oxy hóa một phần amoni thành nitrit (khoảng 50% tổng amoni) bằng
quá trình hiếu khí truyền thống (nitrit hóa), tiếp theo là quá trình Anammox
chuyển hóa amonni cùng với nitrit trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình này
không cần cơ chất hữu cơ, cho phép tiết kiệm trên 60% lượng oxy cần cung
cấp, đồng thời tạo ra ít bùn. Qúa trình nitrit hóa một phần – Anammox đầu
tiên trong thực tế đã được xây dựng tại nhà máy xử lý nước thải Rotterdam,
Hà Lan để xử lý nước thải từ công đoạn xử lý bùn. Một số nghiên cứu mới
đây cũng gợi ý rằng có thể ứng dụng kỹ thuật này trong xử lý nước thải chăn
nuôi lợn mặc dù tỉ lệ C/N khá cao. Có thể nói, quá trình Anammox là một

phương pháp tiến tiến, tốn ít năng lượng, chi phí xử lý thấp, do đó là là một
phương pháp có nhiều triển vọng trong xử lý các nguồn nước thải giàu hữu
cơ. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp này cũng đang gặp phải một số khó
khăn trong ứng dụng thực tế. Đó là việc khống chế, điều khiển quá trình nitrit
hóa một phần amoni sao cho chỉ một nửa lượng amoni được chuyển hóa
thành nitrit; đối với nước thải có tỉ lệ C/N cũng gặp nhiều bất lợi và quá trình
nuôi cấy vi sinh vật cần thời gian dài và khó khăn.
2.4.4.5. Công nghệ SBR
SBR (sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng công
trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn
sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một bể. SBR không cần sử dụng
bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hoàn bùn, thay vào đó là quá trình xả cặn
trong bể. Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa
chất hữu cơ và nitơ cao.


21
Nớc thải
đầu vào

Làmđầy

Thổi khí

Lắng

Xả nớc thải

Xả bùn

Hỡnh 2.1. S hot ng ca b SBR
Cỏc giai on x lý bng SBR gm 5 giai on:
1. Lm y (Fill): cp nc thi vo b phi m bo cho dũng chy
iu hũa, khụng quỏ mnh to tip xỳc tt gia nc thi v VSV v cng
khụng quỏ lõu m bo tớnh kinh t. Cp nc thi vo b cú th vn hnh
3 ch : lm y tnh, lm y khuy trn, lm y sc khớ.
- Lm y tnh: cp nc thi tnh to nng cht nn cao khi bt u
khuy trn. Mt t l F/M cao c to ra thun li cho s phỏt trin ca
VSV, cung cp cỏc c tớnh tt cho bựn hot tớnh. Ngoi ra, iu kin lm tnh
cú li cho sn sinh lu tr bờn trong iu kin cht nn cao, 1 yờu cu loi
b photpho sinh húa, gim s phỏt trin ca VK si.
- Lm y khuy trn: nc thi u vo c trn u vi cỏc sinh
khi, khi u cho cỏc phn ng húa hc. Trong thi gian cp nc thi vo
hn hp, VSV phõn hy hu c sinh hc v s dng oxy d hoc nhn
electron thay th nh nitrat. Lỳc ny, kh nitrat xy ra trong iu kin thiu
oxy to thnh khớ nit, NO3- c VSV s dng nh l nhn electron.
- Lm y sc khớ: cú th gim thi gian sc khớ cn thit trong bc
phn ng, quỏ trỡnh nitrat húa cú th t c.
2. Thi khớ (React): oxy c cung cp mt lng ln to thun li
cho vic tiờu th cht nn. Quỏ trỡnh nitrit húa, nitrat húa v phõn hy cht
hu c xy ra, v kt thỳc khi 1 thi gian ti a vic tiờu th cht nn c
t c. Trong giai on ny cn tin hnh thớ nghim kim soỏt cỏc
thụng s u vo nh: DO, BOD, COD, N, P, cng sc khớ, nhit , pH
to bụng bựn hot tớnh hiu qu cho quỏ trỡnh lng sau ny.


22
3. Giai đoạn lắng (Settle): quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh
hoàn toàn, các chất rắn được tách ra và lắng xuống, thời gian lắng thường nhỏ
hơn 2 giờ. Trong một số trường hợp, khuấy trộn nhẹ trong thời gian đầu của

pha lắng tạo nước thải và bùn lắng rõ ràng hơn, bùn được lắng tập trung hơn.
Trong hệ thống SBR, không có dòng chảy đầu vào can thiệp vào pha lắng như
trong hệ thống bùn hoạt tính thông thường.
4. Giai đoạn xả nước ra (Draw): nước đã lắng sẽ được hệ thống thu
nước tháo ra; đồng thời trong quá trình này bùn lắng cũng được tháo ra. Việc
loại bỏ này phải được thực hiện mà không làm xáo trộn bùn lắng.
5. Giai đoạn chờ (Idle): Pha này xảy ra giữa pha xả và pha bơm, trong
đó nước thải đã được xử lý được loại bỏ và nước thải đầu vào được bơm vào.
Giai đoạn này đôi khi có thể được sử dụng để xả bùn thải hoặc vệ sinh lại
thiết bị sục khí, cánh khuấy…


23
PHẦN 3.
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nước thải được chọn là nước thải từ 1 hộ chăn nuôi lợn quy
mô nhỏ. hộ gia đình chăn nuôi khoảng 20 con lợn, rửa chuồng 3 lần/ngày, vào
mùa hè rửa 4 lần/ngày. Lượng nước dùng khoảng 1,5 – 2 m3/ngày, có một bể
Biogas với thể tích 7 m3, có một bể chảy tràn 1,5 m3. Nước thải chăn nuôi lợn
có chứa chất hữu cơ cao, hàm lượng amoni cao và chất rắn lơ lửng tương đối
cao. Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu được thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Đặc trưng nước thải thí nghiệm
STT

Thông số

1

pH

2

COD

Đơn vị

Hàm lượng

-

6,8 – 7,4

mg/l

700 - 1100

N-NH4

+

mg/l

210 - 470

4

N-NO3

-

mg/l

0,5 – 4,4

5

Tổng N

mg/l

150 - 460

6

Tổng P

mg/l

5,7- 11

7

TSS

mg/l

1500 - 3000

3

Nước thải sau xử lý kị khí vẫn còn chứa nồng độ chất hữu cơ và nitơ
cao, nhưng tỉ lệ COD/T-N thấp
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Hiệu suất xử lý COD, N trong nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử
lý yếm khí bằng phương pháp SBR và ảnh hưởng của các chế độ thí nghiệm
đến hiệu quả xử lý nước thải.
3.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
3.2.1. Thời gian nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu từ tháng 1/2012 đến tháng 1 năm 2013.
3.2.2. Địa điểm nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu: Đại học Nông lâm Thái Nguyên.
3.3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài tiến hành nghiên cứu 2 nội dung chính sau đây:
- Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu quả xử lý nước thải của quá
trình SBR