Tóm tắt nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học”

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------------

NGUYỄN QUANG NAM

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HÓA LÝ KẾT HỢP SINH HỌC

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trần Văn Quy
TS. Trần Hùng Thuận

Hà Nội

1


MỞ ĐẦU
Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng COD, tổng nitơ, tổng phốtpho,... cao
hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Các mô hình xử lý nước thải chăn
nuôi hiện nay tại nước ta mới đạt ở mức làm giảm tải trọng ô nhiễm chứ chưa đạt
được các tiêu chuẩn thải theo quy định của tiêu chuẩn ngành chăn nuôi.
Chính vì vậy, việc chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả
xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học” sẽ góp

phần phát triển hướng ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến trong lĩnh vực
bảo vệ môi trường tại Việt Nam.
Mục tiêu của đê tài:
Mục tiêu của đề tài là phân tích, đánh giá các đặc tính ô nhiễm của nước thải
chăn nuôi lợn lấy tại địa chỉ xóm Múi – Xã Bích Hòa – huyện Thanh Oai – thành
phố Hà Nội. Trên cơ sở đó, khảo sát một số các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử
lý chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn bằng các phương pháp hóa lý, sinh
học và đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2013/BTNMT,
cột B).
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tiền xử lý nước thải chăn
nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý;
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi
lợn sau tiền xử lý bằng phương pháp hợp sinh học kết hợp lọc màng polyme;
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước thải
sau xử lý sinh học kết hợp lọc màng polyme bằng phương pháp keo tụ.

2


Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1. Nước thải chăn nuôi và ảnh hưởng đến môi trường

1.1.1. Đặc tính nước thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật nuôi
với khối lượng nước thải rất lớn. 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, nitơ, phốtpho và vi sinh vật gây bệnh. Cụ thể:

- Chất hữu cơ:
Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ chiếm 70 80% gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất của
chúng có trong phân và thức ăn thừa. Chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất,
muối clorua, SO42-…
- Nitơ và phốtpho:
Hàm lượng nitơ, phốtpho trong nước thải tương đối cao do khả năng hấp thụ
kém của vật nuôi. Khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo
phân và nước tiểu. Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng nitơ trong nước
tồn tại ở các dạng khác nhau NH4+, NO2-, NO3-.
- Vi sinh vật:
Vi khuẩn điển hình như: E.coli, Streptococcus sp, Salmonella sp, Shigenla
sp, Proteus, Clostridium sp…đây là các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết
lỵ. Các loại virus có thể tìm thấy trong nước thải như: corona virus, poio virus,
aphtovirus…và ký sinh trùng trong nước gồm các loại trứng và ấu trùng, ký sinh
trùng đều được thải qua phân, nước tiểu và dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước.

1.1.2. Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi đến môi trường
Nước thải chăn nuôi 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 VSV gây bệnh [3]. Nitơ, phốtpho
trong nước thải chăn nuôi cao chưa qua xử lý chảy vào sông, hồ sẽ làm tăng hàm
lượng chất dinh dưỡng, gây phú dưỡng nguồn nước.
- Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào trong chuỗi
thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm.
- Kháng sinh, hoóc môn tăng trọng mặc dù được trộn vào thức ăn gia súc ở
liều lượng thấp nhưng có thể gây ô nhiễm.
3


- Kim loại nặng như đồng, kẽm, coban, sắt, mangan có trong thức ăn gia súc. Các
động vật chỉ hấp thụ chúng rất ít, từ 5 - 15%, còn lại thải ra ngoài. Các kim loại ấy đều

có hại cho sức khỏe con người khi uống phải nước ô nhiễm hay ăn thịt động vật.
1.2. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi
Ở nước ta việc xử lý chất thải chăn nuôi còn nhỏ lẻ theo phương pháp truyền
thống đơn giản như: phân được ủ hoặc dùng tươi làm thức ăn nuôi cá hoặc làm phân
bón cho cây trồng, chất thải lỏng được xử lý qua biogas và chảy thẳng ra ngoài môi
trường hoặc dùng để tưới cây.
Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn nuôi 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. Tất cả các cơ sở chăn nuôi lợn được điều tra đều chỉ có hệ thống xử lý
chất thải lỏng bằng công nghệ biogas và theo quy trình: Nước thải  Bể Biogas 
Hồ sinh học  thải ra môi trường (Hình 1.1) . Hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn
khác trên toàn quốc hiện nay cũng có sơ đồ xử lý chất thải như trên.

4


(A) quy mô nhỏ, (B) quy mô vừa và lớn
Hình 1.1. Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi phổ biến ở Việt Nam hiện nay đối với
cơ sở chăn nuôi
1.3. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi
- Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải chăn nuôi:
Một vài quá trình xử lý loại bỏ nitơ trong cùng một bể bùn được phát triển bởi
Ludzack – Ettinger (MLE) (1962) và Bardenpho (1975) (Hình 1.2 và 1.3). Các quá
trình làm việc tách biệt sục khí và không sục khí. Trong MLE, nước thải tuần hoàn
từ bể hiếu khí quay trở lại bể thiếu khí. Trong Bardenpho có thêm 2 bể (1 bể thiếu
khí và 1 bể hiếu khí) lắp sau bể thiếu khí và hiếu khí đầu tiên, do đó ở bể thiếu khí
thứ 2 xảy ra quá trình khử nitrat nhiều hơn bởi phân hủy nội sinh và cơ chất chậm,
đóng vai trò như một nguồn cacbon cho quá trình khử nitrat.

5


Hình 1.2. Mô hình Ludzack – Ettinger loại bỏ nitơ sinh học

Hình 1.3. Mô hình Bardenpho loại bỏ nitơ sinh học
- Nghiên cứu xử lý phốtpho:
Xử lý hóa lý làm giảm hầu hết T-P bởi làm giảm số lượng các hạt rắn lơ lửng
trong nước thải và làm kết tủa T-P bằng các hợp chất của sắt, nhôm và canxi.
Nghiên cứu của D. M. Weaver & G. S. P. Ritchie về loại bỏ ph ốtpho từ nước
thải chuồng lợn cho thấy, hiệu quả loại bỏ T-P bằng vôi tôi và hóa lý đạt 95% và
không ảnh hưởng bởi chất lượng nước thải.
- Nghiên cứu về keo tụ:
Các nghiên cứu về keo tụ cũng đã được ứng dụng trong xử lý nước thải chăn
nuôi lợn. Việc loại bỏ phốtpho được thực hiện bằng phương pháp kết tủa bởi những
hóa chất phổ biến như phèn nhôm, vôi tôi, phèn sắt và các chất trợ keo tụ. Kết tủa
struvite MgNH4PO4.6H2O đã được cải tiến và có thể loại bỏ cả phốtpho và nitơ. Các
yếu tố ảnh hưởng như pH và liều lượng hóa chất đã được nhóm tác giả P.H. Liao,
Y. Gao và K.V. Lo nghiên cứu. Kết quả cho thấy, hiệu quả loại bỏ phốtpho cao nhất
ở pH= 9, trong khi đó hiệu quả loại bỏ amoni cao nhất ở pH= 11. Polyme PERCOL
728 đã được sử dụng làm chất trợ keo tụ.
Nghiên cứu tiền xử lý hóa lý bằng keo tụ kết hợp với MBR để nâng cao hiệu
quả xử lý và giảm hiện tượng tắc màng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn đã được
H.Kim và các cộng sự (2005) thực hiện trong 5 tháng. Hiệu suất trung bình loại bỏ

6


BOD, COD, NH3-N trong quá trình keo tụ tương ứng là 64,3; 77,3 và 40,4%, trong

đó hiệu suất loại bỏ nitơ thấp hơn các thông số khác. Hiệu suất loại bỏ độ đục bởi
hóa chất keo tụ đạt 96,4% chủ yếu là do trung hòa điện tích. Nước thải sau quá trình
xử lý keo tụ được thu gom lại và là đầu vào của MBR với tải lượng COD trung bình
là 0,57 kg COD/m3 ngày. Độ đục đầu vào biến động từ 1,7 – 56,0 NTU không làm
ảnh hưởng đến đầu ra độ đục, vẫn duy trì dưới 2,0 NTU. Chất hữu cơ và nitơ được
loại bỏ đáng kể trong MBR. Hiệu suất loại bỏ BOD, COD, độ đục và NH 3-N trong
quá trình MBR đạt tương ứng 99,5; 99,4; 99,8 và 98,2%.
Do sự xuất hiện của vi tảo và các sinh vật lơ lửng gây cản trở quá trình xử lý
COD và nitơ, phốtpho nên nhóm tác giả Ignacio de Godos, Hector O. Guzman,
Roberto Soto (2010) đã tiến hành đánh giá khả năng loại bỏ sinh khối tảo và vi
khuẩn từ nước thải lợn bằng các hóa chất keo tụ phổ biến là sắt chorua và sắt sunfat
và các polyme như: Drewfloc 447; Flocudex CS/5000; Glocusol CM/78; Chmifloc
CV/300 và Chitosan. Các thí nghiệm được thực hiện trong các cốc 100 ml, trong đó
có 40 ml vi khuẩn tảo và khuấy ở 300 vòng/phút trong 1 phút và để lắng trong 10
phút. Hiệu quả loại bỏ sinh khối S.obliquus, Chlorella, C. sorokiniana,
Chlorococcum sp cao nhất của muối sắt (FeCl 3 và Fe2(SO4)3) đạt được là 66 – 98%
khi ở nồng độ 150 – 250 mg/L. Với nồng độ muối sắt thấp hơn 50 mg/L hiệu quả
loại bỏ tảo thấp. Khi thêm các chất keo tụ thường làm giảm pH từ 10 – 10,5 xuống
3 – 3,7 ở nồng độ muối sắt 250 mg/L. Bên cạnh đấy, hiệu quả keo tụ giảm khi sử
dụng nồng độ polyme keo tụ quá liều. Trong thí nghiệm với Chitosan, mặc dù
Chitosan có hiệu quả keo tụ tốt nhất trong việc loại bỏ các vi tảo thường được ghi
nhận ở mức nồng độ 25 mg/L, tuy nhiên kết quả đạt được trong các thí nghiệm này
thấp hơn so với các lần trước, cụ thể hiệu quả loại bỏ dưới 40% đối với C.
sorokiniana, Chlorococcum sp. và S. obliquus, và chỉ đạt 58 ± 8% đối với Chlorella
Consortium. Kết quả thấp này có thể do các hạt keo hữu cơ tương tác với Chitosan.
Thí nghiệm với Chitosan với nồng độ từ 50 – 250 mg/L không thấy làm tăng khả
năng loại bỏ sinh khối vi tảo. pH giảm xuống 3,7 khi tăng liều lượng Chitosan do
xuất hiện axit acetic.

7

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu
-

Nước thải chăn nuôi lợn;

- Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp với
màng lọc vi lọc polyme;
-

Hóa chất keo tụ: phèn sắt Fe2(SO4)3, phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp thu thập xử lý số liệu
Đã thu thập, kế thừa các tài liệu, số liệu, nguồn thông tin liên quan từ nhiều
nguồn khác nhau: sách; các bài báo khoa học trong các tạp chí; luận văn… từ thư
viện và các nguồn tài liệu từ internet.

2.2.2. Phương pháp phân tích đánh giá
Để khảo sát các yếu tố liên quan đến nội dung nghiên cứu, đã tiến hành các
nhóm phân tích đánh giá như sau:
Bảng 2.1. Phương pháp phân tích đánh giá
STT

Chỉ tiêu

Thiết bị phân tích

Tiêu chuẩn

1

pH

TCVN 6492:2011

2

NH4+ (N)

Điện cực đo pH
Điện cực đo NH3-N

3
4
5

NO3- (N)
NO2- (N)
PO43- (P)

6

N-tổng

7

COD

8
9

Độ màu
Độ đục

10

TSS

11
12

T-P
Coliform

Máy đo quang UV THERMO
ELECTRON COVPORATION
Thiết bị cất nitơ VELD – Scientifica
(UDK142)
Máy phá mẫu COD (DRB200);
Thiết bị chuẩn độ
Máy đo màu (HI 96727)
Máy đo độ đục HANNA HI93703
Giấy cân, bộ lọc, cân phân tích, tủ
sấy
Bếp phá mẫu; Máy UV-VIS

Bộ kit làm vi sinh

TCVN 6620 – 2000
TCVN 6620 – 2000
TCVN 6835 – 2011
TCVN 6491:1999
TCVN 6185:2008
TCVN 6184:1996
TCVN 6625:2000
TCVN 6202:2008
TCVN 6187-1:2009

2.3. Phương pháp thực nghiệm

2.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn tiền
xử lý nước thải chăn nuôi
 Thí nhiệm 1: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn sắt

8


Thí nghiệm được tiến hành với 1 lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn,
lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất
keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 200 mg/L. Điều chỉnh pH của hỗn hợp nước
thải trong khoảng 5 - 9, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30
vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng 60 phút. Lấy phần nước trong
phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, NH 4+-N để đánh giá hiệu quả
xử lý, từ đó tìm ra khoảng pH tối ưu [10,20].
 Thí nhiệm 2: Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt
Thí nghiệm được tiến hành với 1 lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn,

lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất
keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ thay đổi từ 400 đến 1200 mg/L. Điều chỉnh
pH tối ưu thu được từ thí nghiệm 1, khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy
chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar test, để lắng 60 phút. Lấy phần
nước trong phân tích các chỉ tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, PO 43--P để đánh
giá hiệu quả xử lý [10,20].

2.3.2. Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD
và nitơ trong giai đoạn xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
2.3.2.1. Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp với
màng vi lọc polyme được bố trí như trên Hình 2.1:

9


Hình 2.1. Mô hình bố trí các thiết bị trong hệ thống xử lý
1-Bể đầu vào (10L); 2-Cột yếm khí (8,5L); 3-Cột thiếu khí (8,5L); 4-Bể hiếu khí kết
hợp lọc màng (13L); 5-Bể đầu ra (10L)
 Bể yếm khi
- Bể yếm khí được thiết kế như trên Hình 2.2a bằng vật liệu PVC hình trụ với
thể tích là 8,5 lít.

10


b) Bể thiếu khí
a) Bể yếm khí

Hình 2.2. Cấu tạo bể yếm khí, thiếu khí

- Bể yếm khí được thiết kế cho dòng nước thải đi vào từ đáy cột và đi ra phía
trên của cột. Tại đây nước thải sẽ được phân phối đều trên diện tích bể. Nhờ hỗn
hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ hoà tan trong nước được hấp thụ,
phân huỷ và chuyển hoá thành khí (khoảng 70- 80 % là CH 4, 20-30% là CO2). Bọt
khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn gây ra dòng tuần hoàn cục
bộ trong lớp cặn lơ lửng.
 Bể thiếu khi
- Bể thiếu khí được thiết kế như trên Hình 2.2b bằng vật liệu PVC hình trụ
với thể tích là 8,5 lít. Bể thiếu khí số 3 được thiết kế cho nước thải đi từ đáy cột lên,
bên trong chứa giá thể vi sinh. Giá thể vi sinh có tác dụng tăng diện tích tiếp xúc

11


giữa nước thải và vi sinh, phân phối đều dòng nước thải trong cột.

a) Giá thể vi sinh

b) Bể thiếu khí

12


Hình 2.3. Giá thể vi sinh trong bể thiếu khí
 Bể hiếu khi
- Bể hiếu khí tổng thể tích nước hữu dụng 13L, làm bằng nhựa PVC, thiết kế
như trên Hình 2.4.

Hình 2.4. Sơ đồ bể hiếu khí
- Màng lọc vi lọc vật liệu sử dụng trong bể hiếu khi có diện tích bề mặt 1 m 2

loại sợi rỗng, vật liệu Polyvinylidene fluoride. Màng được cố định trong hộp bảo vệ
hình hộp và định vị cố định trên giá đỡ. Màng sử dụng loại bơm hút có thể điểu
chỉnh lưu lượng.
2.3.2.2. Tiến hành thí nghiệm
 Thí nghiệm 3: Khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn

13


nuôi bằng hệ sinh học kết hợp màng vi lọc polyme
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ
những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm.
- Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời
gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với
dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu
vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy
mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày.
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-,
PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.
 Thí nghiệm 4: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn
nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ
những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn
sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 600 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300
vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong
khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc
polyme.
- Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời
gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với

dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu
vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy
mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày.
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-,
PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.
 Thí nghiệm 5: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn
nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học
- Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ
những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn
sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 1000 mg/L, điều chỉnh pH khoảng 8, khuấy nhanh 300

14


vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút và để lắng trong
khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong dẫn vào hệ sinh học kết hợp màng vi lọc
polyme.
- Các thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính hiếu khí 9000 mg/L; Thời
gian lưu thủy lực 4 ngày; Thời gian lưu bùn 30 – 60 ngày; Dòng tuần hoàn so với
dòng ra là 3:1; Năng suất lọc của màng: 12 L/m2.h. Hệ chạy liên tục [9].
- Sau thời gian hệ hoạt động ổn định (30 ngày) bắt đầu lấy mẫu ở các bể (đầu
vào, sau bể yếm khí, sau bể thiếu khí, sau bể hiếu khí) tương ứng với các vị trí lấy
mẫu M1; M2; M3; M4 với mật độ 1 lần/ngày.
- Mẫu được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-,
PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý.

2.3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước
thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme bằng phương pháp keo tụ
 Thí nhiệm 6: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn nhôm

Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp
màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O, nồng độ
500 mg/L. Hỗn hợp nước thải được điều chỉnh pH trong khoảng 3 - 9, khuấy nhanh
300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị
jar test và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu
pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý, từ đó tìm ra khoảng pH tối ưu.
 Thí nhiệm 7: Ảnh hưởng của nồng độ đối với chất keo tụ là phèn nhôm
Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp
màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo là phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O, nồng độ
thay đổi từ 500 đến 2000 mg/L, điều chỉnh pH tối ưu có được từ thí nghiệm 6,
khuấy nhanh 300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút
bằng thiết bị jar test, để lắng khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ
tiêu pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý.
 Thí nhiệm 8: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn sắt
Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp
màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 500 mg/L.
Hỗn hợp nước thải được điều chỉnh pH trong khoảng 3 - 9, khuấy nhanh 300
vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị jar

15


test và để lắng trong khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu
pH, COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý, từ đó tìm ra được khoảng pH tối ưu.
 Thí nhiệm 9: Ảnh hưởng của nồng độ đối với chất keo tụ là phèn sắt
Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp
màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ thay đổi từ
500 đến 2000 mg/L, điều chỉnh pH tối ưu có được từ thí nghiệm 8, khuấy nhanh
300 vòng/phút trong 1 phút, khuấy chậm 30 vòng/phút trong 10 phút bằng thiết bị
jar test, để lắng khoảng 60 phút. Lấy phần nước trong phân tích các chỉ tiêu pH,

COD, độ màu để đánh giá hiệu quả xử lý.

16


Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn
Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý và chỉ tiêu sinh học của nước thải chăn
nuôi lợn được nghiên cứu thể hiện trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Đặc tính của nước thải lợn lấy tại địa chỉ xóm Múi – xã Bích Hòa
huyện Thanh Oai – Hà Nội
TT

Các chỉ
tiêu

Đơn vị

Giá trị

QCVN 40:2011/
BTNMT (cột B)

QCVN 01-79:2011/
BNNPTNT (cột B)

1

pH

-

7,3 - 8,5

5,5-9

5,5-9

3

TSS

mg/L

800 - 3000

100

100

4

COD

mg O2/L

2100 - 7000

150

100

5

BOD5

mg O2/L

1000 - 3500

50

50

6

N-NH4+

mg/L

140 - 538

10

10

7

N-NO2

-

mg/L

0,1 - 0,3

-

-

8

N-NO3-

mg/L

0,2 - 0,6

-

-

9

P-tổng

6

Coliforms

20 - 75
0,95×106 1,25×106

6

10

mg/L
MPN/
100 mL

5.000

5.000

Theo kết quả phân tích trong Bảng 3.1 cho thấy tất cả các thông số đặc trưng
cho sự ô nhiễm đều cao hơn nhiều lần so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước
thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), cột B.
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tiền xử lý nước thải chăn nuôi bằng phèn
sắt

3.2.1. Ảnh hưởng của pH
Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng lớn các hạt rắn và hầu hết chúng là
những hạt keo bền vững. Keo tụ hóa học là một phương pháp có khả năng xử lý hiệu
quả nước thải chuồng lợn do nó có khả năng tách rắn - lỏng. Tuy nhiên, phương pháp
keo tụ không thể xử lý triệt để ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi mà chỉ có thể làm
giảm một phần các thông số như COD, SS, độ đục, độ mầu, nitơ và phốtpho.
Tiến hành thí nghiệm như đã mô tả tai mục 2.3.1, chương 2, kết quả thu được
thể hiện trên Hình 3.1:

17


Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý bằng phèn sắt
Từ Bảng 3.2 và Hình 3.1 cho thấy, tại pH khoảng 8, hiệu suất xử lý COD và
SS cao nhất lần lượt là 57,0% và 68,9%. Tại các giá trị pH khác, hiệu suất loại bỏ
độ đục và độ màu đều trên 66% do các chất rắn lơ lửng có trong nước thải chăn
nuôi lợn lắng xuống cùng các hạt keo. Nước thải chăn nuôi được nghiên cứu có đặc
tính độ kiềm cao nên pH tối ưu cho phản ứng keo tụ bằng phèn sắt sẽ tốn ít chi phi
hóa chất và thời gian cho giai đoạn hóa lý.

3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ
Sau khi đã lựa chọn được pH tối ưu của phèn sắt đối với nước thải chăn nuôi
lợn, tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ. Tiến hành với nồng độ
phèn sắt tăng dần từ 400 – 1200 mg/L ở pH ~ 8. Kết quả thu được thể hiện trên
Hình 3.2.

18


Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử lý
Kết quả trên đồ thị hình 3.2 nhận thấy, ở pH 8 phèn sắt đạt hiệu quả xử lý cao
nhất khi nồng độ 1000 - 1200 mg/L. Tại khoảng nồng độ này, hiệu suất xử lý COD,
SS, độ đục, độ màu tương ứng là 64,5; 87,5; 80,6 và 87,2%. Ngoài ra, quá trình keo
tụ bằng phèn sắt còn xử lý được một phần phốtpho trong nước thải chăn nuôi. Hiệu
suất xử lý phốtpho đạt lớn nhất 40,1% tại nồng độ chất keo tụ là 1000 mg/L.
3.3. Khả năng xử lý trong các giai đoạn sinh học của hệ sinh học

3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn xử lý sinh học

19


Hình 3.3. Sự biến thiên COD và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học
Kết quả cho thấy COD đầu vào dao động trong khoảng lớn, từ 2140 - 6880
mg/L. Nước thải đầu vào có khoảng dao động lớn như vậy bởi vì nước thải chăn
nuôi không đồng nhất giữa các thời gian xả thải và các ngày. Nước thải bao gồm
phân và nước tiểu của lợn có giá trị COD cao hơn nước thải phần lớn là nước rửa
chuồng, nước tắm cho lợn. Mặt khác, giá trị COD không chỉ xác định qua nước thải
ra hàng ngày của lợn mà bao gồm cả lượng cơ chất sinh ra trong quá trình phân hủy
xác các VSV chết lắng đọng trong nước thải.
Nhìn chung, các thông số đầu vào biến thiên nhưng hiệu suất xử lý của hệ
tương đối ổn dịnh và không dao động quá lớn. Hiệu suất xử lý COD đạt mức từ 85 –
92,8 %. Như vậy mặc dù đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng đến quá trình xử lý

sinh học nhưng nếu lựa chọn các thông số vận hành hệ xử lý phù hợp thì hiệu quả
xử lý trong quá trình xử lý sinh học sẽ không bị ảnh hưởng nhiều.

3.3.2. Hiệu suất xử lý Amoni

20


Hinh 3.4. Sự biến thiên NH4+ -N và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học
Từ kết quả thể hiện trên đồ thị Hình 3.4 nhận thấy, sau khi qua bể yếm khí,
nồng độ amoni có xu hướng tăng lên do trong bể yếm khí, các vi khuẩn sẽ phân giải
các chất hữu cơ và sinh ra NH3-N, và với pH trong bể khoảng 7,9 - 8,5 nên sẽ
chuyển thành dạng NH4+-N. Tại bể yếm khí hiệu suất xử lý NH 4+ đạt tỷ lệ thấp
khoảng 20% chủ yếu là do vi sinh sinh trưởng xây dựng tế bào, đồng thời cũng xảy

ra hiện tự phân hủy tế bào chết.
Hiệu suất xử lý amoni của hệ sinh học nghiên cứu là tương đối cao 93,0% đến
96,5%. Amoni được xử lý chủ yếu ở bể hiếu khí. Nguyên nhân là do trong bể hiếu
khí có hàm lượng bùn hoạt tính rất lớn (9000 mg/L) nên làm tăng số lượng vi khuẩn
Nitrosomonas và Nitrobacter, làm tăng khả năng chuyển hóa amoni. Ngoài ra,
amoni còn có thể bị loại bỏ nhờ khả năng lọc rất tốt của màng lọc. Mặc dù hiệu suất
chuyển hóa amoni cao nhưng nồng độ NH 4+- N ở đầu ra còn cao (7,16 – 22,11
mg/L), điều này là do thời gian lưu chưa đủ dài để hệ vi sinh có thể chuyển hóa
hoàn toàn lượng amoni.

3.3.3. Hiệu suất xử lý nitrat
Hàm lượng nitrat và nitrit trong nước thải đầu vào rất nhỏ, chỉ khoảng < 0,6

21


mg/L. Nitrat, nitrit là sản phẩm trong quá trình chuyển hóa amoni. Kết quả phân tích
chuyển hóa amoni thành nitrat trong bể hiếu khí được thể hiện trên Hình 3.5.

Hình 3.5. Diễn biến NO3--N theo thời gian
Nhận thấy nitrat sau bể hiếu khí khá cao, dao động từ 70 – 150 mg/L. Nguyên
nhân là do quá trình nitrat hóa xảy ra gần như hoàn toàn nên hầu hết amoni được
chuyển hóa thành nitrat. Lượng NH 4+-N đầu vào dao động 139,9 – 538,2 mg/L nên
lượng NO3--N được hình thành cũng tương đương. Để xử lý nitrat cần môi trường
thiếu khí. Do đó, nitrat đầu ra bể hiếu khí được tuần hoàn lại bể thiếu khí để thực
hiện quá trình khử nitrat. Hiệu suất khử nitrat phụ thuộc vào tỷ lệ dòng tuần hoàn.
Với tỷ lệ dòng tuẩn hoàn 300%, hiệu suất xử lý nitrat của hệ đạt được 40 – 72,5%.

3.3.4. Hiệu suất xử lý PO43--P
Khả năng xử lý PO43--P được biểu diễn trên Hình 3.6.

22


Hình 3.6. Diễn biến PO43--P qua các bể theo thời gian
Quan sát trên đồ thị Hình 3.6 nhận thấy, nồng độ PO 43--P đầu vào của nước
thải chăn nuôi lợn dao động trong khoảng từ 24,7 – 47,7 mg/L. Hiệu suất xử lý
PO43--P của hệ trong nghiên cứu đạt 79 – 91%, tương ứng đầu ra 3,1 – 7,6 mg/L.
Nhận xét:
- Đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng tới quá trình xử lý các chất ô nhiễm
trong hệ xử lý như nồng độ chất chất ô nhiễm đầu vào, giá trị pH …
- Trong quá trình vận hành hệ xử lý nước thải đầu vào cần đưa vào bể yếm khí
có tác dụng giảm thiểu sự dao động các thông số ô nhiễm đầu vào cho hệ xử lý. Với
việc bố trí hệ xử lý nhiều giai đoạn: yếm khi, thiếu khí, hiếu khí kết hợp màng lọc
để xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu chất dinh dưỡng cho hiệu quả rất khả quan.
Với thời gian lưu 4 ngày, hiệu quả xử lý COD, NH 4+-N, NO3--N và PO43--P lần lượt
là 85 – 92,8 %, 93,0% - 96,5%, 40 – 72,5%, và 79 – 91%.
- Do đặc tính nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cặn lơ lửng cao, toàn bộ
lượng cặn này sẽ đi vào bể yếm khí nếu không có giai đoạn tiền xử lý trước sinh
học dễ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn bể yếm khí. Vì vậy, chế độ vận hành yêu cầu
khắt khe hơn, thời gian xả bùn bể yếm khí ngăn hơn (trung bình từ 10 đến 15 ngày)
sẽ làm xáo trộn hệ VSV yếm khí, ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý. Do đó, loại bỏ một
phần SS, COD ở giai đoạn tiền xử lý là cần thiết.

3.3.5. Khả năng loại bỏ vi khuẩn sau màng vi lọc polyme

23


Để đánh giá khả năng lọc vi sinh của màng lọc vi lọc, tiến hành lấy mẫu phân

tích khảo sát nồng độ Coliforms với tần suất 2 ngày/lần. Hiệu suất xử lý coliform
sau màng vi lọc polyme đạt được rất cao từ 99,97 - 99,98% tương ứng đầu ra là 200
- 400 MPN/100 ml. Điều này được giải thích là do kích thước hạt bùn lớn hơn kích
thước lỗ màng, toàn bộ bùn bị giữ lại trong bể hiếu khí. Chỉ tiêu vi sinh đạt tiêu
chuẩn xả thải loại A QCVN 40:2011/BTNMT.
3.4. Khảo sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tiền xử lý keo tụ bằng phèn sắt
kết hợp sinh học
Do đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn nhiều cặn lơ lửng và thành COD cao nên
rất cần thiết phải có giai đoạn tiền xử lý mục đích để giảm tải lượng đầu vào hệ sinh
học và tăng thời gian lưu của bùn yếm khí.
 Giai đoạn tiền xử lý bằng phương pháp hóa lý
- Nước thải đầu vào sinh học: lọc sơ bộ, loại bỏ những loại cặn lớn bằng rây
lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm.
- Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào giảm 50% COD: nồng độ phèn sắt
600 mg/L, pH ~ 8;
- Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào tại điều kiện tối ưu: nồng độ phèn
sắt 1000 mg/L, pH ~ 8.
 Giai đoạn xử lý sinh học: nước thải chăn nuôi được mô tả ở mục 2.3.2.
Hiệu suất xử lý COD của các thi nghiệm thể hiện trên Hình 3.7 như sau:

24


Hình 3.7. Hiệu suất xử lý COD giai đoạn hóa lý kết hợp sinh học
Từ kết các kết quả Thí nghiệm 3, 4 và 5 có thể thấy rằng hiệu suất xử lý COD
khi kết hợp thêm giai đoạn hóa lý cho hiệu suất cao hơn, ổn định hơn, COD đầu ra
thấp hơn. Cụ thể, hiệu suất xử lý COD trong điều kiện keo tụ bằng phèn sắt 1000
mg/L là lớn nhất, đạt 96,9 – 98,25%. Khi tiền xử lý với nồng độ phèn sắt 600 mg/L,
hiệu suất xử lý COD của hệ đạt 92,47 – 97,9%.
3.5. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn xử lý tăng

cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng

3.5.1. Đặc tính nước thải sau hệ thống sinh học kết hợp lọc màng MBR
Nước thải chăn nuôi lợn sau khi được xử lý qua hệ sinh học kết hợp màng lọc
MBR có đặc điểm như trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6. Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý qua hệ sinh học kết hợp
lọc màng MBR
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

QCVN 40:2011/
BTNMT (loại B)

-

7,8 – 8,5

5,5 - 9

mg O2/L

220 - 368

150

1

pH

2

COD

3

NH4+-N

mg/L

3,5 – 9

10

4

Màu

Pt-Co

310 - 550

150

3.5.2. Ảnh hưởng của pH
Tiến hành thí nghiệm như đã mô tả tai mục 2.3.3, chương 2, kết quả thu được

thể hiện trên Hình 3.9:

25