Nghiên cứu xử lý bod, cod, ammonia (n NH4+), tổng photpho(TP) trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas bằng công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu mang tính mới, các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong bài nghiên cứu là trung thực, được các đồng tác giả cho phép
sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Thị Kim Hằng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu, nhóm chúng em đã hoàn thành báo cáo nghiên
cứu khoa học Khoa Khoa Học Môi Trường. Để hoàn thành báo cáo nghiên cứu khoa
học em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến
Tập thể giảng viên Khoa Khoa Học Môi Trường – Đại học Sài Gòn – TP.Hồ Chí
Minh, đã nhiệt tình chỉ dạy trong suốt thời gian em thực hiện nghiên cứu tại trường.
TS. Bùi Mạnh Hà – Trường Đại học Sài Gòn TP.Hồ Chí Minh, Th.S Dương Thị
Giáng Hương, thầy Đào Thanh Vũ, cô Nguyễn Thị Thu đã tận tình trực tiếp hướng dẫn
thực hiện đề tài nghiên cứu, giúp đỡ và cho em những lời khuyên chân thành.
Gia đình bạn Nguyễn Thị Nguyên đã cung cấp thông tin và hỗ trợ cho em nguồn
nước thải để nghiên cứu.
Trân trọng cảm ơn
Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Thị Kim Hằng

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................................ ii
MỤC LỤC............................................................................................................................................. iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................................... x
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ......................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................................................... 6
1.1. Nguồn gây ô nhiễm nước ........................................................................................................... 6
1.1.1. Ô nhiễm tự nhiên................................................................................................................. 6
1.1.2. Ô nhiễm nhân tạo ................................................................................................................ 6
1.1.2.1. Nước thải từ khu công nghiệp và chế biến ..................................................................... 6
1.1.2.2. Nước thải từ các hoạt động nông nghiệp........................................................................ 6
1.1.2.3. Nước thải sinh hoạt .......................................................................................................... 6
1.1.2.4. Nước thải y tế.................................................................................................................... 7
1.1.2.5. Nước chảy tràn bề mặt .................................................................................................... 7
1.2. Tác nhân gây ô nhiễm ............................................................................................................ 7
1.2.1. Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy ........................................................................................ 8
1.2.2. Các chất hữu cơ khó phân hủy .......................................................................................... 8
1.2.3. Kim loại nặng ...................................................................................................................... 8
1.2.4. Các ion vô cơ........................................................................................................................ 9
1.2.5. Dầu mỡ ................................................................................................................................. 9
1.2.6. Các chất có mùi ................................................................................................................... 9
1.2.7. Vi trùng .............................................................................................................................. 10
1.3. Các phương pháp xử lý nước ô nhiễm ................................................................................... 10
1.3.1. Phương pháp xử lý cơ học ................................................................................................ 10
1.3.2. Phương pháp xử lý hóa – lý.............................................................................................. 14
1.3.3. Phương pháp xử lý sinh học ............................................................................................. 17

1.3.4. Các phương pháp khử trùng............................................................................................ 18
1.3.5. Xử lý bùn............................................................................................................................ 19
1.4. Nước thải ngành chăn nuôi ..................................................................................................... 20
1.4.1. Ngành chăn nuôi ............................................................................................................... 20
1.4.2. Nước thải ngành chăn nuôi heo nói chung và nước thải sau hầm biogas nói riêng .... 20

iii


1.4.3. Đặc điểm nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas và ảnh hưởng đến môi trường ... 21
1.5. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sau hầm Biogas........................................ 23
1.5.1. Phương pháp cơ học ......................................................................................................... 23
1.5.2. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ........................................ 23
1.5.2.1. Công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiện .................................................... 23
1.5.2.2. Công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo ................................................... 23
1.6. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám ....................................................... 26
1.6.1. Cấu tạo lớp màng vi sinh vật............................................................................................ 27
1.6.2. Cơ chế hình thành lớp màng vi sinh vật và hiện tượng tróc màng............................... 27
1.6.3. Cơ chế trao đổi trên lớp màng sinh học .......................................................................... 28
1.6.4. Hệ vi sinh vật trên màng sinh học.................................................................................... 28
1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình màng sinh học bám dính .................................... 29
1.7. Công nghệ AAO ....................................................................................................................... 30
1.7.1. Khái quát về công nghệ AAO........................................................................................... 30
1.7.2 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải ........................................................... 32
1.7.2.1 Quá trình phân hủy kỵ khí ............................................................................................. 32
1.7.2.2. Quá trình phân huỷ thiếu khí ....................................................................................... 35
1.7.2.3. Quá trình phân hủy hiếu khí ......................................................................................... 37
1.8. Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ AAO trong xử lý nước thải trên thế giới và Việt
Nam .................................................................................................................................................. 38
1.8.1. Một số nghiên cứu trên thế giới ....................................................................................... 38

1.8.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................................... 44
1.9. Xơ dừa ....................................................................................................................................... 44
1.9.1. Nguồn gốc .......................................................................................................................... 44
1.9.2. Đặc điểm, thành phần, cấu tạo của xơ dừa ..................................................................... 45
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM ............................................................... 49
2.1. Mô hình thí nghiệm .................................................................................................................. 49
2.1.1. Nước thải............................................................................................................................ 49
2.1.2. Mô hình AAO .................................................................................................................... 49
2.1.3. Giá thể ................................................................................................................................ 51
2.1.4. Các thiết bị hỗ trợ khác .................................................................................................... 52
2.2. Các bước tiến hành .................................................................................................................. 52
2.2.1. Địa điểm tiến hành lấy mẫu ............................................................................................. 52
2.2.2. Bảo quản mẫu .................................................................................................................... 53
2.2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ........................................................................ 53
2.2.3.1. Lấy mẫu .......................................................................................................................... 53
iv


2.2.3.2. Phương pháp phân tích mẫu ......................................................................................... 54
2.2.3.2.1. Phương pháp phân tích .............................................................................................. 54
2.2.4. Phương pháp vận hành mô hình thí nghiệm .................................................................. 55
2.2.4.1. Tiền xử lý ........................................................................................................................ 55
2.2.4.2. Vận hành mô hình .......................................................................................................... 55
2.3. Nguyên tắc hoạt động .............................................................................................................. 56
2.4. Nội dung thí nghiệm................................................................................................................. 57
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................... 58
3.1. Kết quả đầu vào và đầu ra của nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas .......................... 58
3.2. Khả năng xử lý các chỉ tiêu ..................................................................................................... 58
3.2.1. COD.................................................................................................................................... 58
3.2.2. BOD5................................................................................................................................... 60

3.2.3. N-NH4+................................................................................................................................ 62
3.2.4. Tổng photpho (TP) ............................................................................................................ 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 68
PHỤ LỤC............................................................................................................................................. 72

v


BẢN TÓM TẮT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BOD, COD, AMMONIA (N-NH4+), TỔNG PHOTPHO (TP) TRONG NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI HEO SAU HẦM BIOGAS BẰNG CÔNG NGHỆ AAO SỬ DỤNG GIÁ THỂ XƠ DỪA
Mã số: SV2016-32

1. Vấn đề nghiên cứu (vấn đề, tính cấp thiết)
Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas vẫn còn cao
do đó cần tiếp tục xử lý trước khi thải vào môi trường. Công nghệ AAO sử dụng giá
thể, cụ thể là xơ dừa – có thể được coi là một bước tiến mới vì xơ dừa là một loại giá
thể rẻ, dễ tìm ở nước ta và công dụng xử lý nước thải của nó đã được chứng minh từ rất
lâu trên thế giới. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý BOD, COD, NNH4+,TP trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas bằng công nghệ AAO sử dụng
giá thể xơ dừa”.
2. Mục đích nghiên cứu/mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hiệu quả xử lý của công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa đối với các chỉ
tiêu BOD, COD, N-NH4+,TP trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas.
3. Nhiệm vụ/nội dung nghiên cứu/câu hỏi nghiên cứu
- Nhiệm vụ: Khảo sát và đánh giá chất lượng nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas,
xây dựng, vận hành và đánh giá hiệu quả của mô hình AAO sử dụng giá thể xơ dừa.
- Nội dụng: Thiết kế, lắp đặt và vận hành thử nghiệm mô hình AAO (giám sát, thay
đổi chế độ vận hành)

- Câu hỏi: Tại sao trong nước thải chăn nuôi heo sau xử lý biogas lại đánh giá các chỉ
tiêu COD, BOD5, NH4+, TP?; Tại sao lại sử dụng công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ
dừa để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas?
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, tổng hợp tài liệu. Phương
pháp lấy mẫu , bảo quản và phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước. Phương
pháp vận hành mô hình tại phòng thí nghiệm. Phương pháp so sánh, thống kê và xử lý
số liệu.
5. Kết quả nghiên cứu (ý nghĩa của các kết quả) và các sản phẩm (Bài báo khoa học,
phần mềm máy tính, quy trình công nghệ, mẫu, sáng chế, …)(nếu có)
Công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa xử lý các chỉ tiêu BOD, COD, N-NH4+,TP
trong nước thải sau hầm biogas là khá tốt, hiệu suất xử lý lần lượt của các chỉ tiêu lần
lượt là 74,5 – 90,3%; 82,1 – 87,4%; 73,1 – 81% và 63,8 – 78,3%. Qua khảo sát thấy
rằng có thể áp dụng mô hình này vào thực tế để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau
hầm biogas. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu kết hợp các công nghệ khác để dòng ra
nước thải đạt chuẩn xả thải.
vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt

Tên đầy đủ

Ý nghĩa
Công nghệ xử lý sinh học kết
hợp 2 quá trình Kỵ khí – Hiếu
khí
Công nghệ xử lý sinh học kết

hợp 3 quá trình Kỵ khí – Thiếu
khí – Hiếu khí

AO

Anaerobic – Oxic

AAO

Anaerobic – Anoxic – Oxic

BOD

Biological Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

HRT

Hydraulic Retention Time

LAS

Linear Alkylbenzene Sulfonate

MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended
Solid

N – NH4+

Ammonia

PAC

Poly Aluminium Chloride

QCVN

-

SBR

Sequencing batch reactor

SS

Suspended Solid

TCVN

-

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

TN

Total Nitrogen

TP

Lượng oxy hòa tan trong nước
Thời gian lưu nước
Chất hoạt động bề mặt
Công nghệ xử lý sinh học sử
dụng giá thể dính bám
Nồng độ sinh khối lơ lửng bay
hơi
Nito dạng Amoni
Chất trợ keo tụ
Quy chuẩn Việt Nam
Bể phản ứng sinh học theo mẻ
Chất rắn lơ lửng

Tiêu chuẩn Việt Nam
Tổng Nito Kjeldahl
Tổng Nito

Total Phosphorus

Tổng Photpho
vii


UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

UV

Ultraviolet

VSS

Volatile Suspended Solid

VSV

-

WHO

World Health Organization

Bể sinh học kỵ khí dòng chảy
ngược
Tia tử ngoại
Chất rắn lơ lửng bay hơi
Vi sinh vật

viii

Tổ chức Y tế thế giới


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần nước thải ................................................................. 22
Bảng 1.2: Đặc điểm hình thái của xơ dừa [21] ........................................... 45
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của xơ dừa [29]......................................... 45
Bảng 2.1. Thành phần nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas ............. 49
Bảng 2.2. Thông số thiết kế và vận hành mô hình thí nghiệm AAO ........ 52
Bảng 2.3. Phương pháp phân tích và thiết bị sử dụng .............................. 54
Bảng 3.1: Kết quả đầu vào và đầu ra của nước thải.................................. 58
Bảng 2.4. Hoá chất sử dụng để phân tích chỉ tiêu NH4+ ............................ 72
Bảng 2.5. Hoá chất sử dụng để phân tích chỉ tiêu TP ................................ 72
Bảng 2.6. Hoá chất sử dụng để phân tích chỉ tiêu BOD5 ........................... 72
Bảng 2.7. Hoá chất sử dụng để phân tích chỉ tiêu COD ............................ 73
Bảng 3.2: Kết quả xử lý COD của các tuần ................................................ 73
Bảng 3.3: Kết quả xử lý BOD5 của các tuần ............................................... 73
Bảng 3.4: Kết quả xử lý N-NH4+ của các tuần ............................................ 73
Bảng 3.5: Kết quả xử lý TP của các tuần .................................................... 74

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Song chắn rác ................................................................................... 11
Hình 1.2: Bể lắng cát ngang ............................................................................. 12
Hình 1.3: Bể tách dầu mỡ ................................................................................ 12
Hình 1.4: Bể điều hoà ....................................................................................... 13
Hình 1.5: Bể lắng .............................................................................................. 14
Hình 1.6: Bể keo tụ - tao bông ......................................................................... 16
Hình 1.7: Bể tuyển nổi ...................................................................................... 17
Hình 1.8: Bể khử trùng .................................................................................... 19
Hình 1.9: Máy ép bùn....................................................................................... 19
Hình 1.10 : Cơ chế trao đổi chất của màng vi sinh vật ................................. 28
Hình 1.11 : Công nghệ AAO ............................................................................ 30
Hình 1.12 Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí .............................. 33
Hình 1.13 Các mắt xích β-D-Glucose trong cellulose .................................... 46
Hình 1.14: Mặt cắt ngang của xơ dừa ở độ phóng đại thấp (4x) ................. 47
Hình 1.15: Mặt cắt ngang của xơ dừa ở độ phóng đại cao (20x) ................. 47
Hình 1.16: Mặt cắt ngang của xơ dừa sau khi nhuộm với toluidine xanh ở
độ phóng đại cao (40x) ..................................................................................... 47
Hình 2.1. Cấu tạo mô hình thí nghiệm AAO ................................................. 50
Hình 2.2. Mô hình thí nghiệm AAO thực tế................................................... 50
Hình 2.3. Giá thể xơ dừa được dùng trong nghiên cứu ................................ 51
Hình 2.4. Lấy mẫu nước thải đầu vào tại miệng cống .................................. 53
Hình 2.5. Can chứa nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas ..................... 54
Hình 2.6. Phân tích chỉ tiêu N-NH4+ ............................................................... 55
Hình 2.7. Phân tích chỉ tiêu TP ....................................................................... 55
Hình 2.8. Phân tích chỉ tiêu BOD5 .................................................................. 55
Hình 2.9. Phân tích chỉ tiêu COD ................................................................... 55
Hình 3.1. Kết quả nồng độ COD sau khi xử lý .............................................. 59
Hình 3.2. Hiệu suất xử lý COD ở các ngăn .................................................... 59

Hình 3.3. Kết quả nồng độ BOD5 sau xử lý.................................................... 61
Hình 3.4. Hiệu suất xử lý BOD5 ở các ngăn.................................................... 61
Hình 3.5. Kết quả nồng độ N-NH4+ sau xử lý................................................. 62
Hình 3.6. Hiệu suất xử lý N- NH4+ở các ngăn ................................................ 63
Hình 3.7. Kết quả nồng độ T-P sau xử lý ....................................................... 64
Hình 3.8. Hiệu suất xử lý TP ở các ngăn ........................................................ 65
x


Hình 1. Nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas trước và sau xử lý ......... 74
Hình 2. Nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas của từng giai đoạn xử
lý ......................................................................................................................... 75
Hình 3. Xơ dừa ngăn kỵ khí sau nghiên cứu.................................................. 75
Hình 4. Xơ dừa ngăn thiếu khí sau nghiên cứu ............................................. 76
Hình 5. Xơ dừa ngăn hiếu khí sau nghiên cứu .............................................. 76

xi


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tình hình ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam ngày càng gia tăng, một trong
những nguồn gây ô nhiễm cần quan tâm là nước thải chăn nuôi nói chung và nước thải
chăn nuôi heo sau hầm biogas nói riêng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành
nghiên cứu thử nghiệm mô hình hệ thống công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa để
xử lý chất hữu cơ, nito, photpho trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas với các
thông số tiêu biểu là BOD5, COD, NH4+, TP. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử
lý đạt được khá tốt với hiệu suất đạt được lần lượt cho: BOD5 dao động từ 74,5 – 90,3%;
COD dao động từ 82,1 – 87,4%; NH4+ dao động từ 73,1 – 81% và TP dao động từ 63,8
– 78,3%. Tuy vẫn còn phát sinh một số hạn chế nhất định do nồng độ ô nhiễm trong
nước thải đầu vào tương đối cao dẫn đến hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải

đầu ra vẫn chưa đạt được các quy chuẩn hiện hành. Vì thế cần tiến hành các bước xử lý
sơ bộ nước thải trước khi đưa qua hệ thống hoặc kết hợp thêm các công nghệ xử lý phía
sau.

xii


MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Như chúng ta đã biết, Việt Nam từ trước đến nay là một quốc gia lấy nông nghiệp
làm mục tiêu kinh tế chủ đạo. Mặc dù đã và đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện
đại hoá đất nước nhưng Việt Nam vẫn giữ nguyên vị thế là một nước nông nghiệp hàng
đầu trong khu vực cũng như trên thế giới. Nền nông nghiệp Việt Nam mang nét đặc
trưng như mọi ngành nông nghiệp khác, trong đó trồng trọt và chăn nuôi là 2 ngành
chiếm tỉ trọng cao nhất trong cơ cấu nông nghiệp Việt Nam. Mặc dù ngành trồng trọt
phần nào cho thấy sự vượt trội, nhưng ngành chăn nuôi song song đó vẫn không ngừng
có những bước tiến vượt bậc để góp phần cùng với ngành trồng trọt, thủy sản đảm bảo
an ninh lương thực, thực phẩm. Trong những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển khá
bền vững và đạt kết quả đáng ghi nhận, đáp ứng cơ bản nhu cầu thực phẩm trong nước
ngày càng cao của xã hội. Ngày nay, để phù hợp với xu thế phát triển, ngành chăn nuôi
nước ta đang có những dịch chuyển nhanh chóng từ chăn nuôi nông hộ sang chăn nuôi
trang trại, công nghiệp; từ chăn nuôi nhỏ lẻ lên chăn nuôi quy mô lớn. Theo số liệu của
Tổng cục thống kê, năm 2014 đàn lợn nước ta có khoảng 26,76 triệu con, đàn trâu bò
khoảng 7,75 triệu con, đàn gia cầm khoảng 327,69 triệu con [33]. Trong đó chăn nuôi
nông hộ hiện tại vẫn chiếm tỷ trọng khoảng 65-70% về số lượng và sản lượng. Từ số
liệu đó có quy đổi được lượng chất thải rắn (phân chất độn chuồng, các loại thức ăn
thừa hoặc rơi vãi) được thải ra khoảng trên 76 triệu tấn, và khoảng trên 30 triệu khối
chất thải lỏng (nước tiểu, nước rửa chuồng, nước từ sân chơi, bãi vận động, bãi chăn).
Điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường. Phân của vật nuôi
chứa nồng độ các chất dinh dưỡng cao, các chất chứa nito, photpho, kẽm, đồng, chì,

Asen, Niken … và các vi sinh vật gây hại khác (E. Coli, Salmonella, Streptococcus
fecalis, Enterobacteriae,…) [32] không những gây ô nhiễm không khí mà còn làm ô
nhiễm đất, làm rối loạn độ phì đất, nguồn nước mặt và cả nguồn nước ngầm và nguy
hiểm hơn là gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người. Theo báo cáo của
Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng
Nito oxit (N2O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt

1


trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Cùng với các loại khí khác như CO2, CH4,… gây
nên hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên.
Chính vì thế đòi hỏi cấp thiết phải có biện pháp giải quyết vấn đề này. Và công
nghệ biogas ra đời đã góp phần giải quyết vấn đề nhức nhối đó. Theo Tạp chí khoa học,
Đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012: Số liệu phân tích mẫu nước thải đầu vào và đầu
ra ở 9 hầm biogas cho thấy, việc sử dụng hầm biogas để xử lý nước thải chăn nuôi lợn
đã làm giảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm. Trung bình, COD giảm 84,7%, BOD5
giảm 76,3%, SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%, TKN giảm 11,8%, TP giảm 7,0% và
Fecal coliform giảm 51,2% [4]. Bên cạnh đó, việc sử dụng công nghệ biogas sinh ra khí
methal được sử dụng như một nguồn năng lượng mới thân thiện với môi trường. Tuy
nhiên, lợi bất cập hại, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu ra vẫn còn khá cao,
vượt tiêu chuẩn cho phép của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đặc biệt đáng quan tâm là
hàm lượng BOD, COD, N-NH4+, TP vẫn còn rất cao, tiềm ẩn nguy cơ gây phú dưỡng
khi xả thải vào các vực nước mặt.
Nhiều hướng giải quyết tiếp tục được đề ra cũng như triển khai đề góp phần giải
quyết vấn đề này. Phương pháp sinh học vẫn đóng vai trò chủ đạo do những hiệu quả
về kinh tế cũng như môi trường của nó. Trên cơ sở những công nghệ sinh học truyền
thống, nhiều công nghệ cải tiến đã ra đời và được áp dụng như MBBR (Moving Bed
Biofilm Reactor), lọc sinh học nhỏ giọt (Biotrickling Filter), AO (Anoxic – Oxic)... Tuy
nhiên, các công nghệ này vẫn chưa xử lý một cách triệt để hàm lượng BOD, COD cũng

như Ammonia, tổng photpho. Trong đó, đối với công nghệ MBBR, hiệu quả xử lý
BOD,COD chỉ đạt 80-90% và hiệu quả loại bỏ N-NH4+, TP cũng tương đối thấp (chỉ từ
60-70%) [33]. Còn đối với công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt, hiệu quả này chỉ đạt 7080% với BOD, COD và 60-65% đối với N-NH4+, TP. Đối với công nghệ AO thì hiệu
quả chỉ là 80% với BOD5, COD và N-NH4+ chỉ là 70% [26]. Với việc các công nghệ đã
được áp dụng hiện tại vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu đối với chất lượng nước mặt đã
được đề ra nên đòi hỏi cấp thiết phải có một công nghệ tiên tiến hơn để có thể xử lý một
cách hiệu quả và triệt để chất dinh dưỡng ô nhiễm có trong nước thải sinh ra sau hầm
biogas.

2


Công nghệ AAO là một công nghệ tiên tiến được dùng để xử lý nhiều loại nước
thải bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải ngành thuỷ sản … và
đã được đưa vào sử dụng ở Việt Nam để xử lý nước thải trong các bệnh viện (trong đó
bệnh viện Chợ Rẫy thành phố Hồ Chí Minh là bệnh viện đầu tiên được ứng dụng) và
cũng thu được kết quả đáng mong đợi. AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ
khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học
liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu
khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà nước
thải được xử lý trước khi xả thải ra môi trường. . . Nước thải chăn nuôi heo sau biogas
như đã nêu ở phần phía trên có BOD, COD cũng như N-NH4+, TP còn tương đối cao,
vượt quy chuẩn nhiều lần. chính vì thế có thể áp dụng công nghệ này để xử lý. Tuy
nhiên bên cạnh những ưu điểm đó, công nghệ AAO truyền thống vẫn còn tồn tại nhược
điểm. Lượng vi sinh vật tồn tại trong hệ thống truyền thống thấp hơn so với lượng vi
sinh vật trong hệ thống có sử dụng giá thể. Mà để xử lý hiệu quả thì đòi hỏi phải cần
một lượng vi sinh vật lớn. Do đó, diện tích cần xây dựng sẽ lớn, chi phí xây dựng sẽ tốn
kém [6]. Ngoài ra, khi sử dụng công nghệ AAO truyền thống thì lượng bùn sinh ra sẽ
rất lớn. Chính vì thế, các yêu cầu tiếp tục được đặt ra để khắc phục nhược điểm này.
Vì vậy, để nghiên cứu khắc phục triệt để các nhược điểm đó cũng như góp phần

đưa công nghệ AAO ngày càng phát triển ở Việt Nam, nhóm chúng tôi đã quyết định
lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý BOD, COD, N-NH4+, TP trong nước thải chăn
nuôi heo sau hầm biogas bằng công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa”. Xơ dừa
trong trường hợp này sẽ đóng vai trò làm nơi cho vi sinh vật dính bám và sinh trưởng,
diện tích bề mặt của xơ dừa lớn nên lượng vi sinh có mặt trong hệ thống sẽ lớn, nên
hiệu quả xử lý sẽ tăng cao [22].
Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung

3


Nghiên cứu hiệu quả xử lý của công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa đối với
các chỉ tiêu BOD, COD, N-NH4+, TP trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas, từ
đó xác định các thông số vận hành tối ưu cho công nghệ này.
Mục tiêu cụ thể
- Giảm nồng độ BOD, COD trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas
- Giảm nồng độ N-NH4+ trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas
- Giảm nồng độ TP trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas
 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng xử lý các chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm
biogas
Nghiên cứu khả năng xử lý amonia (NH4+) trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm
biogas
Nghiên cứu khả năng xử lý photpho trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas
 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
- Phương pháp thu thập dữ liệu
- Phương pháp tổng hợp tài liệu

- Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
- Phương pháp vận hành mô hình tại phòng thí nghiệm
- Phương pháp so sánh
- Phương pháp thống kê xử lý số liệu
Ý nghĩa, điểm mới của đề tài
 Ý nghĩa của đề tài

4


- Kết quả thu được của đề tài được sử dụng để đánh giá khả năng loại bỏ các hợp
chất hữu cơ, amoni (NH4+), photpho có trong nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas
bằng công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa, từ đó đánh giá hiệu quả của xơ dừa so
với các giá thể khác, qua đó áp dụng để xử lý cho các loại nước thải khác.
- Giải quyết những hạn chế còn tồn đọng khi sử dụng các công nghệ cũ.
 Điểm mới của đề tài
Hiện nay, hầu hết các cơ sở chăn nuôi heo trên địa bàn cả nước đều chỉ ưu tiên xử
lý nước thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi bằng công nghệ biogas, còn nước thải
phát sinh sau khi xử lý biogas thì vẫn chưa được quan tâm đúng mức, được thải trực
tiếp vào môi trường mặc dù hàm lượng các chất các chất ô nhiễm hữu cơ, nito (đặc biệt
là amoni (NH4+) và photpho vẫn còn khá cao. Mặt khác, công nghệ AAO sử dụng gía
thể dính bám vẫn còn là một công nghệ khá mới mẻ, chưa được áp dụng rộng rãi ở Việt
Nam. Và đặc biệt là vẫn chưa có nghiên cứu dùng công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ
đừa để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas. Tổng hơp những yếu tố trên, việc
sử dụng công nghệ AAO dùng giá thể xơ dừa để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hầm
biogas chính là một điểm mới của đề tài.

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Nguồn gây ô nhiễm nước
1.1.1. Ô nhiễm tự nhiên
Phèn hóa: quá trình phèn hóa trong đất sẽ làm cho pH của đất giảm mạnh, dẫn đên
làm giải phóng nhiều chất độc dưới dạng các ion như Fe2+, Al3+,… gặp nước sẽ hòa tan
gây ô nhiễm nguồn nước.
Nhiễm mặn: Nước mặn theo thủy triều hoặc nước từ các mỏ muối trong lòng đất
khi hòa lẫn vào môi trường nước sẽ làm gia tăng hàm lượng các chất như clo, natri…
làm nguồn nước bị nhiễm mặn, gây suy giảm chất lượng nguồn nước.
1.1.2. Ô nhiễm nhân tạo
1.1.2.1. Nước thải từ khu công nghiệp và chế biến
Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung, mà phụ thuộc vào đặc điểm của
từng ngành sản xuất. Nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm chứa nhiều chất
hữu cơ với hàm lượng cao. Nước thải của xí nghiệp thuộc da ngoài chất hữu cơ còn có
kim loại nặng, và chất tẩy rửa.
1.1.2.2. Nước thải từ các hoạt động nông nghiệp
Dân số không ngừng gia tăng mỗi năm kéo théo sự gia tăng về nhu cầu lương thực,
đến hoạt động nông nghiệp phát triển ngày càng phong phú, đa dạng. Chính sự phát
triển đó đã đóng góp cho môi trường ngày càng nhiều chất thải độc hại, làm cho môi
trường ngày càng ô nhiễm hơn. Dư lượng thuốc trừ sâu và nhiều tạp chất của phân bón
đã làm cho hàm lượng kim loại nặng gia tăng theo thời gian, tích lũy trong đất, gây ô
nhiễm mạch nước ngầm và theo dòng hòa vào các ao hồ gây ô nhiễm nghiêm trọng
nguồn nước.
1.1.2.3. Nước thải sinh hoạt
Là nước thải từ các hộ gia đình, khách sạn, trường học, khu vui chơi, giải trí
Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ
dễ bị phân hủy sinh học như cacbonhydrat, protein, chất dinh dưỡng (Nito, Photpho),
nước ô nhiễm có hàm lượng hữu cơ cao nên thường có màu đen. Tuy nhiên, trong thực
tế khối lượng trung bình của các tác nhân này do con người là khác nhau. Tùy theo mức
6

sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải lượng các chất ô nhiễm có trong nước
thải của mỗi người trong một ngày là khác nhau. Nhìn chung mức sống càng cao thì
lượng nước thải và tải lượng ô nhiễm càng cao. Khi nước thải chưa xử lý đưa vào kênh
rạch sẽ gây ô nhiễm nguồn nước chủ yếu có các biểu hiện chính là: gia tăng hàm lượng
chất rắn lơ lửng, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa dẫn tới ảnh hưởng tiêu cực với việc
cấp nước cho các mục đích khác nhau, gia tăng mùi hôi và nhiều vi trùng.
1.1.2.4. Nước thải y tế
Ngoài những yếu tố ô nhiễm thông thường như chất hữu cơ, dầu mỡ động thực
vật, vi khuẩn, còn có những chất bẩn khoáng và hữu cơ đặc thù như các phế phẩm thuốc,
các chất khử trùng, các dung môi hóa học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị
phóng xạ được sử dụng trong quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh.
Điểm đặc thù của nước thải bệnh viện là sự lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây
bệnh. Nước thải bệnh viện chứa vô số loại vi trùng, virus và các mầm bệnh sinh học
khác nhau phát sinh từ máu mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh, các loại hóa chất độc
hại từ cơ thể và chế phẩm điều trị, thậm chí cả chất phóng xạ. Do đó, nó được xếp vào
danh mục chất thải nguy hại, gây nguy hiểm cho người tiếp xúc
1.1.2.5. Nước chảy tràn bề mặt
Nước chảy tràn từ mặt đất do nước mưa hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là
nguồn gây ra ô nhiễm nước sông, ao, hồ. Nước rửa trôi qua đồng ruộng có thể cuốn theo
chất rắn, hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Nước rửa trôi qua khu dân cư, đường phố,
cơ sở sản xuất công nghiệp có thể làm ô nhiễm nguồn nước do các chất thải công nghiệp.
Khối lượng và đặc điểm của nước mưa chảy tràn phụ thuộc vào diện tích của vùng,
thành phần, khối lượng chất ô nhiễm trên bề mặt vùng nước chảy qua.
1.2. Tác nhân gây ô nhiễm
Có hàng ngàn các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước, để tiện lợi cho việc kiểm
soát và khống chế ô nhiễm nguồn nước, cho nên chia chúng thành các nhóm cơ bản như
sau:

7


1.2.1. Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy
Các hợp chất protein, cacbohydrat, lipid… là các chất gây ô nhiễm tồn tại chủ yếu
trong nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình, các cơ sở chế biến thực phẩm.
Các chất này là các hợp chất đa phân tử, có cấu trúc khá phức tạp, nên vi sinh vật không
thể sử dụng trực tiếp mà phải trải qua quá trình phân tách chúng thành các chất đơn giản
hơn, nhờ đó thấm được qua màng tế bào. Các hợp chất này tồn tại trong nước gây suy
giảm chất lượng nguồn nước.
1.2.2. Các chất hữu cơ khó phân hủy
Nhóm này gồm các chất hữu cơ có cấu trúc mạch vòng (vòng benzen), các hợp
chất hữu cơ đa chức, các hợp chất halogen hữu cơ…Hầu hết chúng đều mang độc tính
đối với con người và sinh vật, cấu tạo tương đối bền vững, tích lũy trong môi trường
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái tự nhiên. Các chất này phát sinh chủ yếu
từ nước thải của các ngành công nghiệp, nước phát sinh từ các hoạt động nông nghiệp
sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật …
1.2.3. Kim loại nặng
Hầu hết các kim loại có độc tính cao đối với con người, các loại động vật có vú
tôm và cá.
Các kim loại nặng thường có trong nước thải công nghiệp như chì (Pb), thủy ngân
(Hg), Crom (Cr), Cadimium (Cd), Asenic (As) và Mangan (Mn)…
 Chì (Pb): Chì là một kim loại nặng khá phổ biến, phát sinh trong nước thải của
các ngành luyện kim, sản xuất pin – acquy, hóa dầu. Chì còn được thải vào môi
trường thông qua khói thải phát sinh từ quá trình đốt nhiên liệu. Chì có khả năng
tích lũy lâu dài trong cơ thể, có độc tính cao đối với não và gây chết người nếu
bị nhiễm độc nặng. Theo tiêu chuẩn của WHO cho phép nồng độ chì tối đa trong
nước uống là 0,05mg/l.
 Thủy ngân (Hg): là kim loại duy nhất tồn tại ở dạng lỏng, chiếm thành phần cao
trong lớp vỏ Trái Đất cũng như các mỏ quặng. Độc tính của thủy ngân thể hiện

chủ yếu dưới dạng methyl thủy ngân, gây kìm hãm hoạt tính của các enzyme,
phá hủy màng sinh học, gây hại đến các cơ quan cũng như hệ thần kinh trung

8


ương của con người. Theo tiêu chuẩn Việt Nam 1995 quy định nồng độ thủy
ngân tối đa là 0,001mg/l đối với nước dùng cho sinh hoạt và nước ngầm.
 Asen (As): Là một kim loại nặng cực độc, có khả năng tích lũy và gây ung thư.
Asen thâm nhập vào môi trường thông qua quá trình phong hóa đất đá, từ chất
thải của các ngành công nghiệp và lắng đọng trong khí quyển. Theo tiêu chuẩn
về môi trường của Việt Nam (1995) nồng độ cho phép tối đa của Asen là 0,05
mg/l cho nước sinh hoạt và nước ngầm.
 Crom (Cr): Là một kim loại nặng có độc tính cao đối với con người và động vật,
phát sinh từ nước thải của các ngành thuộc da. Nồng độ tối đa cho phép của Cr
theo TCVN trong nước sinh hoạt là 0,05mg/l.
 Cadimi (Cd): Tồn tại chủ yếu trong nước thải của ngành công nghiệp xi mạ,
sơn,…Cadimi gây độc cho các loài thủy sinh, xâm nhập vào cơ thể con người
qua đường hô hấp, ăn uống, tích lũy trong thận và xương. TCVN cho phép của
Cd trong nước sinh hoạt và nước ngầm là 0,01mg/l.
1.2.4. Các ion vô cơ
Trong nước tự nhiên có nhiều ion vô cơ có nồng độ cao, đặc biệt là trong nước
biển. Nước thải từ khu dân cư có nồng độ cao của các ion Cl-, SO42-, PO43-, Na+, K+,
trong nước thải công nghiệp ngoài các ion này còn có các chất vô cơ có độc tính cao
như: Hg, Pb, Cd, As, F…
1.2.5. Dầu mỡ
Dầu mỡ là chất lỏng, khó tan trong môi trường nước, tan trong dung môi hữu cơ,
dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Các loại dầu nhiên liệu sau khi tinh chế
(dầu DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ còn chứa các chất độc như hydrocacbon
thơm đa vòng (PAH), Polyclobiphenyl (PCB), kim loại (chì). Do đó dầu mỡ có độc tính

cao và tương đối bền vững trong môi trường nước. Hầu hết các loài động thực vật đều
bị tác hại do dầu mỡ.
1.2.6. Các chất có mùi
Môi trường nước tinh khiết không mùi, nhưng khi bị ô nhiễm thường có mùi, do
các chất hữu cơ phân hủy yếm khí tạo nên mùi hôi tanh của H2S, FeS, CH4, hoặc có thể
mùi từ các hợp chất hóa học, dầu mỡ từ nước thải công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp.
9


Trong đó sự phân hủy yếm khí xác bã động thực vật, rác thải đóng vai trò quan trọng
để tạo mùi.
1.2.7. Vi trùng
Nước thải sinh hoạt cũng như nhiều lới nước thải khác có chứa nhiều loại vi trùng,
siêu vi trùng (virus) đơn bào và nhóm trứng giun sán gây bệnh. Các bệnh lây lan qua
đường nước như các bệnh tả, thương hàn, kiết lỵ… Hiện trạng này còn rất phổ biến ở
các nước nghèo do điều kiện vệ sinh môi trường và ý thức cộng đồng kém. Có 3 nhóm
vi sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm phân:
- Nhóm Coliform
- Nhóm Streptococci
- Nhóm Clostridia khử Sulphit.
Thực tế khi phân tích về vi sinh, nhóm Coliform được chú ý nhiều nhất do nó chỉ thị
cho các nguồn nước bị nhiễm vi sinh.
1.3. Các phương pháp xử lý nước ô nhiễm
1.3.1. Phương pháp xử lý cơ học
a) Thiết bị tách rác
Thiết bị tách rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác hay máy tách rác, có
chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác…) ở trước song chắn, nhằm
đảm bảo đảm cho các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và
lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc
tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà

ta phân biệt loại tách rác thô, hoặc tách rác tinh.

10


Song chắn rác tinh

Song chắn rác thô

Hình 1.1: Song chắn rác
b) Bể lắng cát
Bể lắng cát hoạt động dựa trên nguyên lí trọng lực, các hạt cát nặng dưới tác dụng
của trọng lực sẽ bị lắng xuống đáy, đồng thời kéo theo một phần các chất đông tụ. Hoạt
động này góp phần bảo vệ các thiết bị cơ khí tránh bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các
công đoạn xử lý sau.
Bể lắng cát thường được đặt sau song chắn rác để tiện cho việc quản lý, bảo trì.
Bể lắng cát gồm những loại: bể lắng cát ngang, bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp
tuyến, bể lắng cát làm thoáng….

11


Hình 1.2: Bể lắng cát ngang
c) Bể tách dầu mỡ
Nước thải của các bếp ăn khách sạn, trường học, bệnh viện hay các lò giết mổ gia
súc, các xí nghiệp ép dầu, chế biến thuỷ hải sản…thường có lẫn hàm lượng dầu mỡ.
Dầu mỡ nhẹ hơn nước nên có xu hướng nổi trên bề mặt, làm giảm khả năng khuếch tán
của oxy không khí vào nước, ảnh hưởng quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh
vật cũng như gây tắc nghẽn vật liệu lọc nếu bám vào.
Thông thường, dầu mỡ trên mặt nước sẽ được gạt bằng các thanh gạt cơ khí, toàn

bộ dầu sẽ đưa về một ngăn thu dầu, sau đó sẽ được bơm ra mang đi xử lí.

Hình 1.3: Bể tách dầu mỡ

12


d) Bể điều hòa
Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và
tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau
xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này.
Có 2 loại bể điều hòa:
 Bể điều hòa lưu lượng
 Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ
Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài
dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động
thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài
dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều
hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc
tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải.

Hình 1.4: Bể điều hoà

13