Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tách rắn lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn

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

Trần Đức Dự

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TÁCH RẮN – LỎNG TRONG XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2017


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

Trần Đức Dự

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TÁCH RẮN – LỎNG TRONG XỬ LÝ
NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN

Chuyên ngành: Kĩ thuật môi trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Cao Thế Hà
PGS.TS Nguyễn Hoài Châu

Hà Nội – 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu xây dựng mô hình xử lý
nước thải chăn nuôi lợn sử dụng kỹ thuật tách rắn-lỏng tại trang trại” là do tôi thực
hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Cao Thế Hà –Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại
học Quốc gia Hà Nội, PGS.TS Nguyễn Hoài Châu – Viê ̣n Công nghê ̣ môi trường . Đây
không phải là bản sao chép của bất kỳ cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những nội dung mà mình trình bày trong
Luận văn này.

Hà Nội, ngày

tháng

Học viên

Trầ n Đƣ́c Dƣ ̣

năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thiện được nội dung của luận văn thạc sĩ khoa học, ngoài sự nỗ
lực không ngừng của bản thân, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất
tới quý thầy cô bộ môn Công nghệ môi trường nói riêng và toàn thể thầy cô Khoa Môi
trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung đã
luôn quan tâm và tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích và vô cùng quý
báu cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới PGS.TS. Cao Thế
Hà, PGS.TS. Nguyễn Hoài Châu đã trực tiếp hướng dẫn, luôn luôn sát sao, động viên,
nhắc nhở kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực
hiện nghiên cứu phục vụ cho luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn ThS. Trần Mạnh Hải cùng các cán bộ thuộc Phòng Ứng
dụng và chuyển giao công nghệ, Viện Công nghệ môi trường đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi
hết sức nhiệt tình trong quá trình phân tích và vận hành thiết bị thực nghiệm để tôi có
thể thuận lợi hoàn thành luận văn của cá nhân mình.
Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đính, bạn bè và
đồng nghiệp, những người vẫn luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên tôi và đồng thời
cũng là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao trong
suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học vừa
qua.

TÁC GIẢ

Trần Đức Dự


Mục lục
MỞ ĐẦU................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 3
1.1. Tính hính chăn nuôi ở Việt Nam .................................................................. 3
1.2. Chất thải từ hoạt động chăn nuôi lợn ........................................................... 5
1.2.1. Chất thải rắn – Phân .............................................................................. 5
1.2.2. Nước thải ............................................................................................... 8
1.2.2.1. Tính chất vật lý ............................................................................... 9
1.2.2.2. Tính chất hóa học ......................................................................... 11
1.3. Tách rắn-lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi .......................................... 12
1.3.1. Lý do lựa chọn tách riêng chất rắn ...................................................... 12

1.3.2. Phương pháp tách ................................................................................ 14
1.3.2.1. Tách cơ khì và vật lý .................................................................... 14
1.3.2.2. Tách rắn – lỏng bằng quá trình hóa lý .......................................... 17
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ............................................................................................................................... 22
2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 22
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 22
2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 23
2.2.1. Điều tra khảo sát thực tế ...................................................................... 23
2.3.2. Hoàn thiện công nghệ tách rắn-lỏng đối với nước thải chăn nuôi lợn 24
2.2.3. Mô hình triển khai ứng dụng kỹ thuật tách rắn lỏng ........................... 26
2.2.4. Phương pháp phân tìch ........................................................................ 28
CHƢƠNG 3-KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 29
3.1. Kết quả khảo sát, đánh giá hiện trạng xử lý chất thải ở các trang trại ....... 29


3.2. Hoàn thiện công nghệ tách rắn-lỏng đối với chất thải chăn nuôi lợn. ....... 34
3.2.1. Nghiên cứu khả năng tách nước khi không sử dụng polyme .............. 34
3.2.2. Nghiên cứu khả năng tách nước có sử dụng polyme .......................... 38
3.2.2.1. Nghiên cứu khả năng tách nước khi có polyme A101 ................. 38
3.2.2.2. Nghiên cứu khả năng tách nước khi có polyme N101 ................. 39
3.2.2.3. Nghiên cứu khả năng tách nước khi có polyme C525 ................. 42
3.3. Xác định nồng độ polyme tối ưu cho quá trính tách rắn – lỏng ................. 46
3.4. Thiết kế mô hình tách rắn – lỏng................................................................ 47
3.5. Đánh giá hiệu quả mô hình tách rắn – lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi
tại trang trại ................................................................................................................ 52
3.5.1. Quy trình vận hành .............................................................................. 52
3.5.2 Kết quả thử nghiệm tách rắn lỏng tại mô hình ..................................... 53
3.5.2.1. Kết quả thử nghiệm tách rắn-lỏng không có polyme ................... 53
3.5.2.2. Thử nghiệm tách rắn-lỏng với polyme ......................................... 54

3.6. Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của mô hình...................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 60
Phụ lục .................................................................................................................. 63


Danh mục bảng
Bảng 1.1. Số lượng lợn cả nước (tình đến tháng 4/2017) ....................................... 3
Bảng 1.2. Số lượng trang trại cả nước ..................................................................... 4
Bảng 1.3. Khối lượng phân và nước thải trong 1 ngày đêm ................................... 6
Bảng 1.4. Các thành phần của phân lợn có trọng lượng 70 – 100 kg/con .............. 7
Đơn vị: g/kg ............................................................................................................. 7
Bảng 1.5. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn ............ 8
Bảng 1.6. Hiệu quả tách chất rắn và chất dinh dưỡng sử dụng máy ép trục vít .... 16
Bảng 1.7. Hiệu quả tách chất rắn và chất dinh dưỡng sử dụng thiết bị ly tâm ..... 17
Bảng 2.1. Hóa chất Polyme sử dụng trong tách rắn – lỏng nước thải chăn nuôi
lợn ................................................................................................................................... 22
Bảng 2.2. Phương pháp phân tìch các chỉ tiêu hóa lý trong nước ......................... 28
Bảng 3.1. Danh sách các điểm khảo sát và thông tin khảo sát hiện trường .......... 29
Bảng 3.2. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung ...... 33
Bảng 3.3. Kết quả phân tích dòng cặn trong quá trình thí nghiệm........................ 37
Bảng 3.4. TS trong nước thải sử dụng chất keo tụ A101 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 38
Bảng 3.5. TS trong nước thải sử dụng chất keo tụ N101 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 39
Bảng 3.6. COD trong nước thải sử dụng chất keo tụ N101 với nồng độ và thời
gian lắng khác nhau ........................................................................................................ 40
Bảng 3.7. TN trong nước thải sử dụng chất keo tụ N101 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 41
Bảng 3.8. TP trong nước thải sử dụng chất keo tụ N101 với nồng độ và thời gian

lắng khác nhau................................................................................................................ 41


Bảng 3.9. Kết quả phân tích dòng cặn trong quá trình thí nghiệm........................ 42
Bảng 3.10. TS trong nước thải sử dụng chất keo tụ C525 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 43
Bảng 3.11. COD trong nước thải sử dụng chất keo tụ C525 với nồng độ và thời
gian lắng khác nhau ........................................................................................................ 43
Bảng 3.12. TN trong nước thải sử dụng chất keo tụ C525 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 44
Bảng 3.13. TP trong nước thải sử dụng chất keo tụ C525 với nồng độ và thời gian
lắng khác nhau................................................................................................................ 45
Bảng 3.14. Kết quả phân tích dòng cặn trong quá trình thí nghiệm...................... 46
Bảng 3.15. Lượng nước thải phát sinh hàng ngày................................................. 48
Bảng 3.16. Các thống số thiết kế bể lắng .............................................................. 50
Bảng 3.17. Hiệu quả tách chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải khi qua máy
ép không sử dụng PAM.................................................................................................. 54
Bảng 3.18. Bảng kết quả nước thải trước và sau khi qua máy ép sử dụng polyme
C525 ............................................................................................................................... 55
Bảng 3.19. Chi phí xây dựng bể và nhà đặt thiết bị .............................................. 56
Bảng 3.20. Chi phí vận hành hệ thống trong 1 ngày ............................................. 56


Danh mục hình
Hình 1.1. Thiết bị tách băng tải ............................................................................. 14
Hình 1.2. Thiết bị ép trục vít ................................................................................. 15
Hình 1.3. Thiết bị tách ly tâm nằm ngang và thẳng đứng ..................................... 17
Hình 1.4. Mô hình quá trình keo tụ  tạo bông .................................................... 19
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của các loại PAM xử lý nước .................................. 21
Hình 2.1. Thiết bị tách rắn lỏng Sepcom 0150V ................................................... 27

Hính 3.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các
trang trại ......................................................................................................................... 31
Hình 3.2. Diễn biến TS lắng tự nhiên trong 30, 60 90 phút .................................. 35
Hình 3.3. Diễn biến COD lắng tự nhiên trong 90 phút ......................................... 36
Hình 3.4. Diễn biến TN lắng tự nhiên trong 90 phút ............................................ 36
Hình 3.5. Diễn biến TP lắng tự nhiên trong 90 phút ............................................. 37
Hình 3.6. Hiệu quả tách rắn - lỏng sử dụng polyme C525 ................................... 46
Hính 3.7. Sơ đồ tổng thể trang trại và mô hình trình diễn..................................... 48
Hính 3.8. Sơ đồ công nghệ hệ thống tách rắn-lỏng ............................................... 52
Hình 3.9. Biến thiên TS nước thải chưa qua máy (vào) và qua máy (ra) theo thời
gian ................................................................................................................................. 53


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Ý nghĩa

COD

Nhu cầu oxy hóa học

DM

Hàm lượng chất khô

FS

Chất rắn không bay hơi

PAM

Polyacrylamit

TN

Tổng nitơ

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

TP

Tổng phốt pho

TS

Tổng chất rắn

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

VK

Vi khuẩ n

VSV

Vi sinh vâ ̣t

VS

Chất rắn bay hơi


MỞ ĐẦU
Chăn nuôi là lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp, nó không những đáp
ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội mà
còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay của nước ta. Sự
gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm ngày càng
cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển, tăng dần quy mô đầu lợn
theo hướng quy mô trang trại.
Bên cạnh đó khi công nghiệp hóa chăn nuôi với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng
đàn thí chất thải chăn nuôi từ các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường xung quanh
bị ô nhiễm. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn cần phải phối hợp nhiều kỹ thuật
xử lý khác nhau như yếm khí, hiếu – thiếu khí, các quá trình phụ trợ như công nghệ
sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh… Tuy nhiên do đặc tính của nước thải chăn nuôi
chứa hàm lượng cặn lớn gây khó khăn trong quá trính vận hành và làm giảm khả năng
xử lý của hệ thống.
Xét về khìa cạnh coi chất thải là tài nguyên thí

phân đô ̣ng vâ ̣t là mô ̣t nguồ n tài

nguyên có giá tri ̣để bón phân và cải ta ̣o đấ t , có thể thay thế lượng phân bón hóa học
khi đươ ̣c sử du ̣ng đúng cách [10]. Phân động vật chứa nitơ (N), phốt pho(P) và kali (K)
là các chất dinh dưỡng chính của cây trồng,nhiều chất hữu cơđể cải thiện tính chất vật
lý của đấ t .Tuy nhiên, trong ngành chăn nuôi lợn thịt ở Việt Nam, phân thường không
được tách riêng mà được xả thẳng theo nước rửa chuồ ng d ẫn đến khó khăn trong việc

tái sử dụng do tính chất không đồng nhất, thành phần không cân đốicủa phân.
Do đó việc tách riêng chất rắn trong nước thải chăn nuôi lợn là cần thiết, không
những giúp giảm tải lượng chất rắn và chất ô nhiễm cần xử lý, làm tăng hiệu suất xử lý
của hệ thống mà còn có thể thu hồi tận dụng chất rắn loại bỏ ra để sản xuất phân bón

1


trong trồng trọt hoặc mục đìch khác.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và các vấn đề bức xúc của môi trường, để đóng
góp vào hướng nghiên cứu này tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài“Nghiên cứu xây
dựng mô hình xử lý nước thải chăn nuôi lợn sử dụng kỹ thuật tách rắn-lỏng tại trang
trại” với mục tiêu và nội dung như sau:
* Mục tiêu:
Mục tiêu chung:Tiềnxử lý nước thải chăn nuôi lợn sử dụng kỹ thuật tách rắn lỏng nhằm tái sử dụng chất thải rắn.
Mục tiêu cụ thể:
+ Ứng dụng kỹ thuật tách rắn - lỏng nhằm tách riêng chất thải rắn và nước thải từ
trang trại nuôi lợn.
+ Xây dựng mô hình tiền xử lý ứng dụng kỹ thuật tách rắn-lỏng nhằm tái sử dụng
chất thải từ trang trại chăn nuôi lợn.
+ Hoàn thiện quy trình vận hành hệ thống tách rắn - lỏng
* Nội dung:
- Khảo sát, đánh giá thành phần chất thải rắn và nước thải tại một số trang trại
chăn nuôi lợn trên địa bàn Hà Nam
- Hoàn thiện công nghệ tách rắn-lỏng đối với nước thải chăn nuôi lợn.
- Xây dựng mô hình triển khai ứng dụng kỹ thuật tách rắn – lỏng để tiền xử lý
chất thải chăn nuôi lợn tại trang trại Đông Xuân.
- Tính toán hiệu quả kinh tế của mô hình ứng dụng kỹ thuật tách rắn – lỏng.

2

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam
Theo Cục Chăn nuôi, hiện nước ta có đàn lợn khoảng 29 triệu con, đứng đầu
ASEAN, đứng thứ 2 ở châu Á, nằm trong top 15 nước có đàn lợn lớn nhất thế giới.
Ngành chăn nuôi ở Việt Nam là ngành sản xuất quan trọng về cả tổng sản phẩm và việc
làm cho người lao động và đang được định hướng phát triển theo chăn nuôi trang trại.
Năm 2011, số đầu lợn tại các trang trại ước tính chiếm khoảng 15-16% tổng sản lượng
thịt lợn xuất chuồng trong cả nước thí đến 2016 đàn lợn trong các trang trại chăn nuôi
chiếm khoảng 35% tổng đàn, 40-45% tổng sản lượng thịt lợn xuất chuồng. Dự báo
2027 sản lượng thịt lợn trong các trang trại ước chiếm tỉ trọng trên 70%.
Bảng 1.1. Số lượng lợn cả nước (tình đến tháng 4/2017)
Đơn
vị tính

1/4/2016

1/4/2017

Tăng
giảm

1/4/2017 so
1/4/2016 (%)

%

Tổng số lợn

Con

28.312.083

28.911.285

599.202

102,12

2,12

Trong đó nái

Con

4.297.222

4.477.691

180.470

104,20

4,20

Số lợn thịt
xuất chuồng

Con

27.779.779

28.155.122

375.343

101,35

1,35

Tấn hơi

2.143.992

2.241.150

97.158

104,53

4,5

Thịt lợn

(Nguồn: Thống kê chăn nuôi Việt Nam 01/04/2017[8])
Theo số liệu điều tra của TCTK, tháng 4/2017 cả nước có khoảng 28,911 triệu
con, tăng 2,12%, trong đó lợn nái có 4,48 triệu con, tăng 4,2% so với cùng kỳ 2016.
Sản lượng thịt lợn hơi xuất chuồng năm 2017 ước tình đạt 2,24 triệu tấn, bằng 104,53
% so với cùng kỳ năm trước [8].

3


Bảng 1.2. Số lượng trang trại cả nước
Đơn vị tính

2011

2015

2016

Trang trại

Trại

6.267

15.068

20.869

Đồng bằng Sông
Hồng

Trại

2.439

5.998

8.726

Đồng bằng Sông
Cửu Long

Trại

581

1.560

1.854

(Nguồn : Tổng cục thống kê[8])
Chăn nuôi đã có những bước chuyển dịch rõ ràng, từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán
sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia trại, ứng dụng khoa học kỹ thuật,
tăng hiệu quả kinh tế. Số lượng trang trại cả nước trong giai đoạn 2001-2008 tăng trên
50%, năm 2009-2010 tăng 13,2%, tới năm 2016 là 20.869 trang trại gấp 3,3 lần so với
năm 2011.
Bên cạnh đó, khi công nghiệp hóa chăn nuôi với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng
đàn thí chất thải chăn nuôi cũng phát sinh rất lớn (75-85 triệu tấn phân/năm, 25-30
triệu m3nước thải, nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30-40
lần[1]) tại các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường xung quanh bị ô nhiễm. Chất
thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh:
gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khì, môi trường đất và các sản
phẩm nông nghiệp. Đây cũng chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp,
tiêu hoá, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, trứng giun. Tổ chức y tế
thế giới (WHO) đã cảnh báo: nếu không có biện pháp thu gom và xử lý chất thải chăn

nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng.

4


Việc kiểm soát chất thải chăn nuôi là một nội dung cấp bách cần được các cấp
quản lý, các nhà sản xuất và cộng đồng dân cư bắt buộc quan tâm để: hạn chế ô nhiễm
môi trường, bảo vệ sức khỏe của con người, cảnh quan khu dân cư cũng như không
kìm hãm sự phát triển của ngành.
1.2. Chất thải từ hoạt động chăn nuôi lợn
Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm:
+ Chất thải rắn: Phân, chất độn, lông, chất hữu cơ . . .
+ Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ, các
dụng cụ…
+ Chất thải khí: CO2, NH3, CH4…
1.2.1. Chất thải rắn – Phân
Là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc không hấp thụ được
và thải ra ngoài cơ thể. Phân gồm những thành phần:
- Những dưỡng chất không tiêu hóa được trong quá trình tiêu hóa.
- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa, các mô tróc ra từ các niêm mạc của ống tiêu
hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài.
- Các loại vi sinh vật trong thức ăn, trong ruột bị thải ra ngoài theo phân.

5


a. Lượng phân:
Theo số liệu khảo sát thực tế hoạt động chăn nuôi của trang trại khác nhau có
cùng cách thức chăn nuôi. Lượng phân thải và nước thải trung bình của lợn trong 24

giờ được thể hiện dưới bảng sau:
Bảng 1.3. Khối lượng phân và nước thải trong 1 ngày đêm
Nội dung thông số

Đơn vi ti
̣ ́ nh

Số lƣợng

Nhu cầu thức ăn

kg/con/ngày

5

Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng

lít/con/ngày

40

Lượng phân tạo ra (30% lượng thức ăn)

kg/con/ngày

1,5

Lượng nước thải tạo ra (70% lượng nước sử dụng)

lít/con/ngày

28

Nhu cầu thức ăn

kg/con/ngày

2,5

Nhu cầu nước uống, nước tắm, nước rửa chuồng

lít/con/ngày

30

Lượng phân tạo ra (30% lượng thức ăn)

kg/con/ngày

0,75

Lượng nước thải tạo ra (70% lượng nước sử dụng)

lít/con/ngày

21

1. Lợn nái:

2. Lợn giống, lợn thịt:

b. Thành phần trong phân lợn
Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống;
- Độ tuổi của lợn (mỗi độ tuổi sẽ có khả năng tiêu hóa khác nhau);

6


- Tình trạng sức khỏe vật nuôi.
Chất thải rắn trong chăn nuôi lợn bao gồm: phân, chất độn, thức ăn dư thừa.
Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ 56 – 83%, tỷ lệ N – P – K cao, chứa nhiều hợp
chất hữu cơ, vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật, trứng các ký sinh trùng có thể gây
bệnh cho người và vật nuôi [2,6]. Theo Trương Thanh Cảnh và cộng sự (1997) thì
thành phần của phân lợn, có trọng lượng 70 – 100kg/con như ở bảng sau:
Bảng 1.4. Các thành phần của phân lợn có trọng lượng 70 – 100 kg/con
Đơn vị: g/kg
Đặc tính

Giá trị

Vật chất khô

213 – 342

NH3-N

0,6 – 0,76

Tổng Nitơ

7,99 - 9,32

Tro

32,5 – 93,3

Chất xơ

151 – 261

Carbonates

0,23 – 2,11

Các axit béo mạch ngắn

3,83 – 4,47

pH

6,47 – 6,95
Nguồn: Trương Thanh Cảnh và cs (1997) [3].
Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký sinh

trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea chiếm đa số với các giống điển
hính như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella(Bảng 1.5). Trong 1 kg

7

phân có chứa 2000-5000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại: Ascaris suum,
Oesophagostomum, Trichocephalus (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004) [5].
Bảng 1.5. Một số thành phần vi sinh vật trong chất thải rắn chăn nuôi lợn
Chỉ tiêu

Đơn vị

Số lƣợng

Coliform

MPN/100g

4.106-108

E. Coli

MPN/100g

105-107

Streptococus

MPN/100g

3.102-104

Salmonella

Vi khuẩ n/25g

10-104

Cl. Perfringens

Vi khuẩ n/1g

10-102

Đơn bào

MPN/10g

0-103

1.2.2. Nước thải
Nước thải chăn nuôi lợn là hỗn hợp phân và nước tiểu, thức ăn thừa, nước uống
và nước rửa chuồng. Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả
năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ
lửng, N, P và VSV gây bệnh. Các thông số trên có độ biến thiên cao do bị ảnh hưởng
bởi các yếu tố khác nhau:
 Đặc điểm động vật: loài, tuổi, giai đoạn sinh lý và năng suất;
 Thức ăn: loại thức ăn, khả năng tiêu hóa, chất xơ và hàm lượng protein;
 Môi trường: khí hậu, mùa.
Để có thể tối ưu hóa quá trình tách rắn lỏng cũng cần quan tâm tới các yếu tố
như: kìch thước hạt, mật độ, độ nhớt, nồng độ các thành phần hữu cơ và vô cơ của
nước thải, đặc biệt là nồng độ chất khô khác nhau do sự thay đổi cách sử dụng nước, ví

8

dụ như lợn nái thải ra nhiều nước hơn so với lợn thịt và một lượng lớn nước được sử
dụng trong chăn nuôi lợn để làm mát không khì và để làm sạch chuồng.
1.2.2.1. Tính chất vật lý
Các tình chất vật lý chình của nước thải là: (i) chất rắn, (ii) kìch thước hạt, (iii)
mật độ và (iv) độ nhớt.
a. Chất rắn
Phần còn lại sau của hỗn hợp sau khi làm mất nước là hàm lượng chất khô (DM),
thông thường, DM được biểu diễn dưới dạng phần trăm khối lượng của mẫu.
𝐷𝑀, % =

𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑚ẫ𝑢 𝑠ấ𝑦 𝑘ℎô
× 100
𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑚ẫ𝑢 ươ𝑡

Tổng chất rắn (TS) được xác định là phần còn lại sau khi sau khi sấy mẫu ở
105°C. TS bao gồm chất rắn lơ lửng (TSS) và chất rắn hòa tan (TDS). TSS được xác
định là phần giữ lại sau khi lọc mẫu qua màng hay giấylọc kìch thước lỗ 0,45 μm và
TDS tương ứng là phần đi qua màng lọc.
Ngoài ra, tổng chất rắn cũng được định nghĩa là tổng các chất rắn không cháy
được (FS) và chất rắn cháy được (VS).Cả FS và VS đều được xác định bằng cách đốt
cháy mẫu ở 550°C trong lò nung.FS là dư lượng của sự đốt cháy này (tro), đại diện cho
hàm lượng khoáng chất trong hỗn hợp.VS thường được sử dụng để đại diện cho hàm
lượng chất hữu cơ trong hỗn hợp.

9


b. Kìch thước hạt

Kìch thước hạt và sự phân bố của nó trong nước thải là thông số rất quan trọng,
ảnh hưởng chình tới quá trính tách rắn lỏng.Theo Møller và cs (2002) lượng chất rắn
trong nước thải có kìch thước hạt dưới 0,025 mm là chủ yếu[24]. Các thành phần dinh
dưỡng, đặc biệt là N, P thường tồn tại trong các hạt nhỏ, cụ thể:khoảng 70% N và P
không tan chứa trong trong hạt có kìch thước 0,45-250 μm [22].Các yếu tố ảnh hưởng
đến sự phân bố kìch thước hạt là thành phần hạt, chế độ ăn uống, loại động vật [23, 27]
và cũng thay đổi theo thời gian lưu và cách xử lý [9]. Ví dụ: Nhiệt độ cao và thời gian
lưu dài dẫn đến sự phân hủy các hợp chất hữu cơ và giảm kìch thước hạt, làm giảm
hiệu quả tách rắn lỏng [17].
c. Mật độ và độ nhớt
Hàm lượng chất khô (DM) ảnh hưởng tới mật độ hay khối lượng riêng và độ nhớt
của nước thải. Mối quan hệ giữa mật độ, , và hàm lượng DM được thể hiện bởi
Thygesen và Jhonsen (2012)[29]:
𝝆𝑔𝑖𝑎 𝑠ú𝑐 =

𝝆𝑙ợ𝑛 =

𝐷𝑀 + 236
0,24

𝐷𝑀 + 279
0,28

Trong đó:
ρgia súc: là mật độ của nước thải (kg/m3)
DM: hàm lượng chất khô (kg/tấn)
Độ nhớt là thước đo sự kháng lại của chất lỏng đang bị biến dạng bởi áp suất cắt
hay sự kéo căng. Tham số này ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển của nước thải khi

10

được bơm theo đường ống hay quá trình khuấy trộn. Theo Landy và cộng sự (2004), độ
nhớt nước thải có thể được ước lượng bằng các phương trính dưới đây[18]:
μbò sữa = 4. 10 -5 . DM 4.4671
μlợn = 4. 10 -6 . DM 4.6432
Trong đó: μ: độ nhớt của nước thải (Pa.s)
1.2.2.2. Tính chất hóa học
Chất hữu cơ: Thành phần hữu cơ trong nước thải bao gồm các hợp chất với các
nhóm chức carboxylat, hydroxyl và phenol [22]. Chất hữu cơ có thể coi tương đương
hàm lượng chất rắn cháy được (VSS 75-85% DM).
Nitơ và phốtpho
N trong phân chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng protein trong khẩu phần ăn: khoảng
5-45% được hấp thụ, 55-95% còn lại được bài tiết qua phân và nước tiểu [15]. N trong
nước thải cũng bị ảnh hưởng bởi loài động vật, chế độ dinh dưỡng.
Động vật có khả năng hấp thụ P tùy thuộc vào loại: gia súc có thể hấp thụ P trong
thức ăn với hiệu quả cao, trong khi 55- 60% P trong thức ăn cho lợn được bài tiết qua
phân và nước tiểu [13, 23]. 80% phốt pho (P) trong cặn ở dạng ortophosphat (PO43-)
[15].
Kali (K) trong thức ăn chăn nuôi thường được hấp thu ở mức cao (> 80%). Trong
phân động vật K tồn tại ở dạng ion (K+), nồng độ 0,4-7,5 kg /tấn. Vì K chủ yếu hòa tan
trong hỗn hợp nước thải[22] và được hấp thụ nhanh chóng bởi thực vật hoặc được hấp
phụ bởi các phức trao đổi, do đóK không phải là vấn đề môi trường cần quan tâm.
Các chất vi lƣợng: thức ăn chăn nuôi lợn cũng chứa các vi chất, như đồng (Cu)
và kẽm (Zn). Hiệu quả hấp phụ của các nguyên tố này là rất thấp, khoảng 72-80% Cu
và 80-97% Zn thải ra.

11

1.3. Tách rắn-lỏng trong xử lý nước thải chăn nuôi
1.3.1. Lý do lựa chọntách riêng chất rắn
Tách rắn lỏng là quá trình loại bỏ một phần các hạt lơ lửng (cả thô và mịn) từ
nước thải, tạo ra một dòng lỏng có hàm lượng chất khô DM và chất dinh dưỡng thấp
hơn và một dòng rắn có hàm lượng chất khô DM và chất dinh dưỡng cao hơn.
Dòng lỏng có hàm lượng DM, N và P thấp hơn so với nước thải thô có thể tái sử
dụng để tưới cho cây trồng. Tỷ lệ N/P cũng tăng lên trong dòng lỏng, phù hợp với yêu
cầu về dinh dưỡng của cây trồng và giảm thất thoát P. Ngoài ra tỷ lệ N-amoni/TN tăng
do đó cây dễ dàng hấp thụ N hơn. Hơn nữa, cũng giảm nhu cầu năng lượng cho việc
bơm vận chuyển và giảm tắc nghẽn đường ống do SS.
Dòng rắn thu được có thể tích rất nhỏ so với dòng lỏng, nhưng lại chứa phần lớn
hàm lượng chất khô, P, một phần TN và chất hữu cơ [24]. Sau tách nước, dòng rắn có
hàm lượng ẩm thấp dễ dàng vận chuyển đến nơi khác mà tốn ít năng lượng và chi phí
vận chuyển.Dòng rắn có thể sử dụng để sản xuất năng lượng xanh thông qua quá trình
yếm khí, ủ phân compost hay làm nguyên liệu đầu vào cho sản xuất phân bón. Hơn
nữa, thành phần chất hữu cơ trong dòng rắn còn có tác dụng cải tạo đất.
Xét về khía cạnh xử lý, nước thải từ chuồng trại với các thông số ô nhiễm đặc
trưng là hữu cơ (COD), cặn lơ lửng (SS), nitơ (N) và phốt pho (P) rất cao. Việc xử lý
các loại chất ô nhiễm này thường sử dụng quá trình xử lý bằng vi sinh.
Tuy nhiên, qua tổng kết các kết quả nghiên cứu từ sau năm 1990, khẳng định hiệu
quả xử lý của hệ thống sẽ giảm đáng kể nếu không có bước tiền xử lý cặn sơ bộ. Điển
hình là: năm 1992 Trung tâm nghiên cứu phát triển quốc tế (IDRC), xuất bản một tài
liệu rất đầy đủ về lĩnh vực quản lí và xử lý chất thải chăn nuôi lợn[28]. Tài liệu này

12


khẳng định: hệ tiền xử lý (tách cặn R) đóng vai trò rất quan trọng trong xử lý các
thông số BOD, COD, TS, TSS, VSS, TN. COD có thể giảm tới trên 80%, các chỉ tiêu
gắn với chất rắn (TS), giảm tới trên 90% chỉ đơn giản bằng lắng hoặc lọc, tuy nhiên

tiền xử lý không có tác dụng đối với N-amôni (không có thông tin về P). Ngoài ra,
Bujoczek và cộng sự thấy rằng đối với tổng chất rắn trên 4%, tỷ lệ sản xuất mêtan tối
đa giảm tuyến tính với tổng chất rắn[11]. ItodovàAwulu(1999),đã nghiên cứu với phân
lợn, gia cầm và gia súc, quan sát thấy rằngsản xuấtkhì mêtancó xu hướng giảmkhi
tổnghàm lượng chất rắntăng lên, trong trường hợp củaphân lợn, mức giảm trên
10%[16].
Gần đây nhất, ở Việt Nam là đề tài KC08.04/11-15[4], về nước thải đề tài đã
nghiên cứu nhiều hướng xử lý khác nhau và đã thử nghiệm thực tế hệ thống xử lý nước
thải cho 1000 đầu lợn thịt theo sơ đồ công nghệ sau: Nước thải  Yếm khí cao tải 
Hiếu khí + Thiếu khí  Thực vật thủy sinh. Kết quả của đề tài cho thấy: TSS đầu vào
có ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý chất hữu cơ hệ yếm khí, cụ thể: TSS đầu vào cao
sẽ làm giảm hiệu suất xử lý COD của hệ yếm khí.
Như vậy có thể khẳng định rằng tách rắn-lỏng là công đoạn cần thiết trong xử lý,
tái sử dụng nước thải chăn nuôi. Các biện pháp phổ biến thường sử dụng để tách rắnlỏngnhư: tách bằng quá trình lắng (trọng lực- lắng tự nhiên), tách quá trình hóa lý,
tách bằng máy hoặc kết hợp các biện pháp trên.

13


1.3.2. Phương pháp tách
1.3.2.1. Tách cơ khí và vật lý
a. Lắng cơ học
Nguyên tắc của quá trính này là nước thải chứa cặn SS được thu gom về bể tập
trung, bể được thiết kế theo các nguyên tắc của quá trình lắng trọng lực (chủ yếu dựa
vào tốc độ lắng cặn và tốc độ dâng nước, để lắng được cặn thì tốc độ lắng cặn phải lớn
hơn tốc độ dâng nước). Đây là quá trính cô đặc bùn, hàm lượng nước trong cặn còn cao
để tách riêng chất thải rắn ra khỏi nước thải vẫn cần thiết bị tách nước.
b. Tách rắn – lỏng bằng máy
Tách băng tải: Thiết bị lọc băng tải là thiết bị sử dụng áp lực cơ học để tách
riêng chấ t rắ n đã qua xử lý sơ bộ bằng hóa chất. Hỗn hợp bùn lỏng được ép giữa hai

lớp băng tải chạy qua các trục ép có đường kính giảm dần.

Hình 1.1. Thiết bị tách băng tải
Ưu điểm của thiết bị lọc băng tải là ít tốn năng lượng, chi phì đầu tư và vận hành
thấp, dễ bảo trì và vận hành. Bùn sau khi lọc có hàm lượng ẩm thấp. Nhược điểm của
thiết bị này là bị hạn chế bởi trở lực thủy lực, cần phải nghiền hỗn hợp nhập liệu, rất

14


nhạy đối với đặc tình bùn đưa vào thiết bị, thời gian sử dụng vật liệu ngắn, khó vận
hành tự động.
Tăng thời gian lưu hỗn hợp trên băng tải sẽ tăng khả năng tách nước và do đó
tăng hàm lượng chất khô DM trong dòng rắn tách ra. Thời gian lưu thường được
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và sử dụng nó để thiết kế các thiết bị hiện trường.
Máy ép trục vít:
Máy được thiết kế dựa trên nguyên lý trục vít tải xoắn vận hành liên tục bên trong
một lồng lưới hình trụ tròn lắp ghép hai nửa. Khi nguyên liệu được nạp vào, trục vít tải
có nhiệm vụ kéo nguyên liệu về phìa trước, và trục vít vừa làm nhiệm vụ vận chuyển
vừa miết, ép nguyên liệu lại với nhau để vắt nước cho đến khi nguyênliệu kết dính
thành bã và khô hơn, trục vít sẽ đẩy bã nguyên liệu này lần lượt chui qua khe vít tải để
rơi ra ngoài theo máng hứng được lắp ở đầu miệng ra của máy. Phần nước sau khi ép
sẽ chui qua khe lưới và được thu về bởi một phễu côn được lắp đặt bên dưới thân máy.

Hình 1.2. Thiết bị ép trục vít

15