NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT 50M3/NGÀY.ĐÊM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH


HUỲNH ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID. ỨNG DỤNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT
50M3/NGÀY.ĐÊM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 7/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH


HUỲNH ĐỨC THÀNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI BẰNG CÔNG NGHỆ HYBRID. ỨNG DỤNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI CÔNG SUẤT
50M3/NGÀY.ĐÊM

Ngành: Kỹ Thuật môi Trường

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn:

KS. VŨ VĂN QUANG
KS. NGUYỄN VĂN HUY

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 7/2010


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

LỜI CẢM ƠN
Với sự kính trọng sâu sắc và lòng biết ơn chân thành, tôi xin gởi vài lời
tri ân đến những người đã giúp đỡ, thương yêu tôi trong suốt thời gian học tập
và làm khoá luận tốt nghiệp này.
Trước hết, tôi muốn gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy, Cô trong
khoa Môi Trường và Tài Nguyên đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt cho tôi
những kiến thức giúp tôi tự tin bước vào cuộc sống.
Kế đến, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn: kỹ sư
Nguyễn Văn Huy, kỹ sư Vũ Văn Quang đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi
trong suốt thời gian làm khoá luận tốt nghiệp này.
Lời cảm ơn tiếp theo, tôi dành cho gia đình tôi. Với sự kính trọng và
thương yêu nhất, tôi xin cảm ơn người Mẹ của tôi. Cảm ơn Mẹ đã dưỡng dục
và luôn ở bên che chở cho con trên những bước đường đời. Và ngàn lời tri ân,

tôi xin gởi đến người Cha quá cố của tôi. Cảm ơn các anh, các chị của tôi đã
luôn quan tâm và động viên tôi mỗi khi tôi vấp ngã.
Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn thân thương nhất, trìu mến nhất đến
tập thể lớp DH06MT. Cảm ơn các bạn đã luôn đoàn kết, luôn chia sẻ và luôn
bên tôi những lúc tôi cần. Các bạn đã tạo cho tôi một gia đình thứ hai trong
những năm tháng đại học. Tôi sẽ luôn nhớ đến các bạn!
Dù đã cố gắng và phấn đấu hết sức nhưng trong quá tình học tập cũng
như trong khoá luận không thể tránh khỏi những sai sót nên tôi mong quý thầy
cô thông cảm và sửa chữa cho.
Thành thật cảm ơn!
Huỳnh Đức Thành

i


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng
công nghệ Hybrid. Áp dụng thiết kế hệ thống xủ lý nước thải chăn nuôi heo theo
QCVN 24 – 2009TNMT, cột A, công suất 50m3/ngày đêm” được tiến hành tại phòng
thí nghiệm khó Môi trường và Tài nguyên trường Đại học Nông Lâm TPHCM, thời
gian từ 15/08/2009 đến 30/04/2010.
Kết quả thu được cho thấy mô hình Hybrid có hiệu quả xử lý khá cao đối với
nước thải chăn nuôi heo, có khả năng thích ứng nhanh đối với sự thây đổi bất thường
của nồng độ nước thải đầu vào.
Hiệu quả xử lý nước thải tại nồng độ COD đầu vào 600mg/l – 900mg/l đạt khá

cao, hiệu suất xử lý lên đến 90% - 92%.
Ngoài ra, bùn hoạt tính thích nghi rất nhanh với đặc tính của nước thải và điều
kiện vận hành của mô hình. Việc kết hợp xử lý nước thải bằng vi sinh vật sinh trưởng
lơ lửng và sinh trưởng bám dính tạo nên ưu điểm lớn trong việc nâng cao hiệu quả xử
lý. Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu và năng lượng
chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống.
Ứng dụng thiết kế hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi ĐH.Nông Lâm
TP.HCM công suất 50m3/ngày.đêm

ii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. viii
CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU .................................................................................................... 1
1.1.

Đặt Vấn Đề ........................................................................................................ 1

1.2.

Mục Tiêu Khóa Luận ........................................................................................ 1

1.3.

Nội Dung Nghiên Cứu ...................................................................................... 2

1.4.

Phương Pháp Thực Hiện ................................................................................... 2

1.5.

Đối Tượng Và Phạm Vi Đề Tài ........................................................................ 2

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHĂN NUÔI HEO – CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO .......................................................... 4
2.1.

Tổng Quan Nghành Chăn Nuôi Heo ................................................................. 4

2.2.

Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo ...................................... 5

2.2.1.

Phương pháp cơ học................................................................................... 6

2.2.2.

Phương pháp lý học ................................................................................... 6

2.2.3.

Phương pháp sinh học ................................................................................ 6

2.2.3.1.
2.3.

Phương pháp xử lý kị khí ................................................................... 7

Tổng Quan Chung Về Công Nghệ Hybrid ...................................................... 14

2.3.1.

Giới thiệu công nghệ hybrid .................................................................... 14

2.3.2.

Các nghiên cứu về công nghệ hybrid đã thực hiện .................................. 15

2.4.

Công Nghệ Hybrid Aeroten Kết Hợp Lọc Sinh Học & Lắng ......................... 19

2.4.1.

Cấu tạo ..................................................................................................... 19

2.4.2.

Nguyên lý hoạt động – chế độ vận hành .................................................. 20

2.4.3.

Các quá trình diễn ra trong hệ thống........................................................ 21

2.4.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình của hệ thống ................................... 22

2.4.4.1.

Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................... 22

iii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

2.4.4.2.

Ảnh hưởng của pH............................................................................ 23

2.4.4.3.

Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt ....................................... 23

2.4.4.4.

Nhu cầu oxy ...................................................................................... 23

2.4.4.5.

Lượng dinh dưỡng ............................................................................ 24

2.4.4.6.

Tỉ số F/M .......................................................................................... 25

2.4.4.7.

Lượng bùn tuần hoàn ........................................................................ 25

2.4.4.8.

Thời gian lưu bùn ............................................................................. 26

CHƯƠNG III. ................................................................................................................ 27
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ VẬT LIỆU LỌC .............................................. 27
3.1.

Chế Độ Vận Hành ........................................................................................... 27

3.1.1.

Vị trí lắp đặt mô hình ............................................................................... 27

3.1.2.

Mô hình thí nghiệm .................................................................................. 27

3.1.3.

Mẫu nước thải .......................................................................................... 28

3.1.4.

Bùn hoạt tính ............................................................................................ 28

3.2.

Phương Pháp Thí Nghiệm ............................................................................... 28

3.3.1.

Giai đoạn chuẩn bị ................................................................................... 28

3.3.2.

Giai đoạn chạy thích nghi và xác định thông số động học ...................... 28

3.3.3.

Giai đoạn chạy chính thức ....................................................................... 29

3.2.3.1.Thí nghiệm 1 - ảnh hưởng của nồng độ COD đầu vào đến hiệu quả xử lý
.......................................................................................................... 29
3.2.3.2.Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước tới hiệu quả xử lý ... 29
3.2.3.3.Thí nghiệm 3 - ảnh hưởng của nồng độ bùn đến hiệu quả xử lý ............ 30

3.3.

Dụng Cụ Máy Móc Thiết Bị Và Phương Pháp Nghiên Cứu........................... 30

3.3.1.

Dụng cụ thí nghiệm .................................................................................. 30

3.3.2.

Phương pháp phân tích ............................................................................ 31

3.4.

Kết Quả Và Thảo Luận ................................................................................... 32

3.4.1.

Thành phần tính chất nước thải chăn nuôi heo sau hầm tự hoại.............. 32

3.4.2.

Kết quả nghiện cứu sự thích nghi ............................................................ 33

3.4.3.

Tính toán các thông số động học ............................................................. 34

iv

Khóa Luận Tốt Nghiệp

3.4.4.

Huỳnh Đức Thành

Kết quả nghiên cứu giai đoạn vận hành chính thức ................................. 38

3.4.3.1.Thí nghiệm 1 – So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi tại các nồng
độ COD khác nhau .............................................................................................. 38
3.4.3.2.Thí nghiệm 2 - ảnh hưởng của thời gian lưu nước đến hiệu quả xử lý... 42
3.4.3.3.Thí nghiệm 3 - So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi tại các nồng
độ bùn khác nhau ................................................................................................ 44
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI ............ 47
4.1.

Quy Trình Công Nghệ ..................................................................................... 47

4.2.

Tính Toán Thiết Kế Các Công Trình Đơn Vị ................................................. 50

4.2.1.

Ngăn tiếp nhận ......................................................................................... 50

4.2.2.

Bể điều hòa .............................................................................................. 50

4.2.3.

Bể UASB ................................................................................................. 51

4.2.4.

Bể kết hợp (Hybrid) ................................................................................. 51

4.2.5.

Hồ sinh học bậc 1 ..................................................................................... 52

4.2.6.

Hồ sinh học bậc 2 ..................................................................................... 52

4.2.7.

Bể nén bùn ............................................................................................... 53

CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 54
5.1.

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 54

5.2.

KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 54

v


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tổng hợp đặc tính của vật liệu lọc................................................................. 18
Bảng 2.2. Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi sinh vật .... 24
Bảng 2.3. Giá trị dinh dưỡng cần thiết dể khử BOD( g/kg)........................................... 25
Bảng 3.1. Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................................... 31
Bảng 3.2. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu .............................................................. 31
Bảng 3.3. Tính chất nước thải chăn nuôi heo ................................................................ 32
Bảng 3.4. Kết quả nghiên cứu sự thích nghi .................................................................. 33
Bảng 3.5. Các biến số và thông số của các phương trình .............................................. 35
Bảng 3.6. Các thông số dùng để tính tốc độ sử dụng cơ chất riêng K (ngày1) và hằng số
bán tốc độ Ks (mg/l)........................................................................................................ 36
Bảng 3.7. Các thông số dùng để tính hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại Y và hệ
số phân huỷ nội bào Kd .................................................................................................. 37
Bảng 3.8. Kết quả thí nghiệm 1...................................................................................... 39
Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm 2...................................................................................... 42
Bảng 3.10. Kết quả thí nghiệm 3.................................................................................... 44
Bảng 4.1. Kết quả phân tích tích chất nước thải chăn nuôi. .......................................... 47

vi


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí kết hợp lọc khị khí .................................. 16
Hình 2.2. Mô hình thí nghiệm Hybrid vách ngăn (JMS) + lọc sinh học (RBC) ........... 18
Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm ........................................................................................ 19
Hình 3.1. Mô hình Hybrid sinh học hiếu khí + lắng ...................................................... 27
Hình 3.2. Đồ thị biểu thị hiệu suất xử lý COD qua từng ngày ...................................... 34
Hình 3.3. Sự biến thiên 1/U theo 1/S ............................................................................. 36
Hình 3.4. Sự biến thiên 1/c theo U ............................................................................... 37
Hình 3.5. Đồ Thị hiệu quả xử lý COD ứng với các nồng độ COD khác nhau .............. 40
Hình 3.6. Đồ Thị sự biến đổi NTU ở các nồng độ COD khác nhau .............................. 40
HÌnh 3.7. Đồ Thị hiệu quả xử lý COD ứng với thời gian lưu khác nhau ...................... 43
Hình 3.8. Đồ Thị sự biến đổi NTU ở thời gian lưu khác nhau ...................................... 43
Hình 3.9. Đồ Thị hiệu suất xử lý COD ứng với nồng độ bùn khác nhau ...................... 45
Hình 3.10. Đồ Thị sự biến đổi NTU ở các nồng độ bùn khác nhau .............................. 45

vii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD5 (Biochemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy sinh hóa 5

COD (Chemical Oxygen Demand)

: Nhu cầu oxy hóa học

DO (Dissolved Oxygen)

: Oxy hòa tan

F/M (Food and microorganism ratio)

: Tỷ số thức ăn/ vi sinh vật

HTXLNT

: Hệ thống xử lý nước thải

HRT (Hydraulic Retension Time)

: Thời gian lư nước

MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) : Chất rắn lơ lửng trong hỗn dịch
SS (Suspended Solids)

: Cặn lơ lửng

SRT(S Retension Time)

: Thời gian lưu bùn

SVI

: Chỉ số thể tích bùn

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

TP.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

XLNT

: Xử lý nước thải

VSV

: Vi sinh vật

viii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt Vấn Đề
Từ ngàn năm nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với cây lúa và
chăn nuôi gia súc. Chăn nuôi heo không chỉ cung cấp phần lớn thịt tiêu thụ hằng ngày,
là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho cây trồng, mà chăn nuôi heo còn tận dụng thức ăn

và thu hút lao động dư thừa trong nông nghiệp. Với những đặc tính riêng của nó như
tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi heo luôn được quan tâm và nó trở thành
con vật không thể thiếu được của cuộc sống hằng ngày trong hầu hết các gia đình nông
dân. Trong những năm gần đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện
và nâng cao, nhu cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt heo ngày một tăng cả về số
lượng và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi heo bước sang bước phát triển mới.
Song song với sự phát triển của nghành chăn nuôi thì vấn đề môi trường do nguồn
nước thải chăn nuôi gây ra cũng đang làm đau đầu các nhà quản lý môi trường và nhà
đầu tư. Hiện nay đã có rất nhiều công trình xử lý nước thải chăn nuôi. tuy nhiên với chi
phí xây dựng HTXL nước thải kiểu cũ tương đối cao gây ảnh hưởng đến chi phi thành
phẩm, từ đó đã có rất nhiều nghiên cứu để đưa ra mô hình XLNT đạt hiệu xuất cao chi
phí vận hành tương đối thấp. Và công nghệ Hybrid đã được chú ý, là mục tiêu nghiên
cứu của các nhà môi trường
1.2. Mục Tiêu Khóa Luận
Xác định thành phần tính chất nước thải chăn nuôi heo
Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ Hybrid thông qua các chỉ tiêu

1


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

+ pH
+ T0 (nhiệt độ)
+ DO
+ COD
+ Độ đục
Khảo sát chế độ vận hành công nghệ Hybrid

Đề xuất công nghệ XLNT chăn nuôi heo bằng công nghệ Hybrid
Ứng dụng thực tiễn (Thiết kế hệ thống XLNT Trại chăn nuôi heo DHNL đạt
quy chuẩn QCVN 24 – 2009 BTNMT cột A)
1.3. Nội Dung Khóa Luận
Tổng quan về công nghệ Hybrid
Tiến hành lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu nước thải
Thiết kế và vận hành mô hình hybrid
Chạy mô hình theo từng giai đoạn thí nghiệm, phân tích xác định các chỉ tiêu
Tổng hợp số liệu, ứng dụng thiết kế hệ thống XLNT Trại chăn nuôi heo DHNL
1.4. Phương Pháp Thực Hiện
Thu thập tài liệu từ thầy cô, sách, báo, internet, ...
Chạy mô hình
Phân tích mẫu
Phân tích, thống kê, tổng hợp kết quả.
1.5. Đối Tượng Và Phạm Vi Đề Tài

2


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

Nước thải chăn nuôi tại Trung tâm chăn nuôi thú y thuộc khoa Chăn nuôi thú y
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM.
Mô hình công nghệ Hybrid, thể tích 40 lít, được đặt tại phòng thí nghiệm khoa
Công Nghệ Môi Trường Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM
Các thông số nghiên cứu: pH, COD, N tổng, P tổng, SS, độ đục.
Thời gian nghiên cứu từ 15/8/2009 – 30/4/2010

3


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHĂN NUÔI
HEO – CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI HEO
2.1. Tổng Quan Nghành Chăn Nuôi Heo
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế ở nước ta, vấn đề ô nhiễm
môi trường trở thành vấn đề bức thiết hiện nay. Một trong những nguồn chất thải gây ô
nhiễm môi trường là từ chăn nuôi.
Ngành chăn nuôi ở nước ta những năm gần đây đã và đang phát triển nhanh
chóng về cả chất lượng và quy mô. Tuy nhiên, chăn nuôi hộ gia đình nhỏ lẻ cũng như
trại chăn nuôi lớn việc quản lý và sử dụng các nguồn chất thải từ chăn nuôi còn nhiều
bất cập. Một số trang trại lớn đã có những biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn nuôi.
Trong khi đó, việc xử lý chất thải ở một số trang trại chưa được quan tâm. Đặc biệt,
chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu như còn bị thả nổi. Một trong
những nguyên nhân là do người chăn nuôi chưa hiểu rõ tầm quan trọng của việc xử lý
nguồn chất thải; kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải còn thấp; luật xử lý chất thải
còn chưa đồng bộ và khó áp dụng; chăn nuôi nhỏ lẻ cũng là một trong những nguyên
nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải còn gặp nhiều khó khăn;…
Trong những năm gần đây, nhà nước cũng đã có nhiều chính sách hỗ trợ để cải
thiện việc xử lý chất thải như: hỗ trợ kinh phí xây dựng hầm biogas; tận dụng nguồn
chất thải để nuôi trùn quế; sử dụng chất thải chăn nuôi cho ngành trồng trọt…
Một số biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi có thể được áp dụng như sau:

4

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

1. Ủ sản xuất khí sinh học
Phương pháp này dựa vào nguyên lý lên men kị khí chất thải chăn nuôi để tạo ra
khí CH4, CO2, H2S, và một số khí khác. Các khí này được sử dụng để làm khí đốt
dùng trong sinh hoạt gia đình, chạy máy phát điện…
2. Ủ phân hữu cơ
Sử dụng phân và một số nguyên liệu khác như cỏ khô, rơm, trấu, mụn
cưa…trong một thời gian sau đó hỗn hợp này được sử dụng bón phân cho cây trồng.
Phương pháp này sẽ làm cho phân hoai mục và làm tiêu diệt trứng giun sán, mất mùi
hôi…
3. Hồ sinh học
Được sử dụng đối với chất thải ở dạng lỏng. Có thể kết hợp nuôi cá và dùng một
số loại cây thủy sinh như bèo tây, rau muống…Các yếu tố này làm sạch nước thải chăn
nuôi.
4. Phương pháp lắng cặn
Hỗn hợp chất thải chăn nuôi được đưa vào hồ, sau đó dùng một số yếu tố như
dùng lực động học để phân loại chất thải thành chất thải rắn và chất lỏng.
5. Các biện pháp khác
Các biện khác như đốt (rác, vật nuôi chết), làm lạnh (khí thải), pha loãng để làm
nước tưới, dùng hóa chất, men sinh học, dùng làm thức ăn cho các loại vật nuôi khác
(nuôi trùn, …).
2.2. Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo
Thành phần của nước thải chăn nuôi heo hầu hết là các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh
vật tồn tại ở dạng hoà tan, phân tán nhỏ hay có kích thước lớn hơn. Đặc trưng ô nhiễm
của loại nước thải này là chất hữu cơ, Nitơ, Phospho và vi sinh gây bệnh. Tuỳ theo qui

5


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

mô sản xuất, quĩ đất dùng cho xử lý, điều kiện kinh tế, mục đích sử dụng chất thải,
nước thải từ chăn nuôi, yêu cầu của nguồn tiếp nhận…mà có thể áp dụng các biện pháp
xử lý thích hợp.
2.2.1. Phương pháp cơ học
Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu
gom, phân riêng. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng sơ bộ để loại bỏ cặn thô, dễ lắng
tạo điều kiện thuận lợi và giảm khối tích của các công trình xử lý tiếp theo. Ngoài ra,
có thể dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn
nuôi khá cao(khoảng vài ngàn mg/l) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi mới đưa
sang các công trình xử lý phía sau.
Sau khi tách, nước thải được đưa vào các công trình xử lý phía sau, còn chất rắn
tách được có thể đem đi ủ để làm phân bón.
2.2.2. Phương pháp lý học
Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ dưới dạng các hạt có kích
thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng các phương pháp cơ học vì tốn
nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Nhưng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để
loại bỏ chúng. Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn…kết
hợp với sử dụng polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả quá trình keo tụ. Theo nghiên cứu
của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9: phương pháp keo tụ có thể
tách được 80-90% hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải chăn nuôi heo
Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn
nuôi. Tuy nhiên chi phí xử lý cao. Nên áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải

chăn nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế.
2.2.3. Phương pháp sinh học

6


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi
sinh vật có trong nước, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh.
Phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác
ở chổ chi phí thấp và tính ổn định cao, đặc biệt hiệu quả xử lý rất cao ở thời gian lưu
ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học.
Nước thải chăn nuôi được xác định là loại nước thải dễ phân huỷ sinh học vì
chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ như carbon hidrat (cellulose,
hemicellulose, tinh bột, đường, dextrin…), protit...Xử lý nước thải chăn nuôi bằng biện
pháp sinh học là phổ biến ở hầu hết các trại chăn nuôi công nghiệp nhờ tính khả thi và
tính kinh tế cao của nó
2.2.3.1.

Phương pháp xử lý kị khí

a. Quá trình kị khí trong bể biogas
Đây là phương pháp xử lý kị khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thường
thấy ở hầu hết các trại chăn nuôi heo công nghiệp vừa và lớn, kể cả qui mô hộ gia đình.
Nước thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bể kín với thời gian lưu nước
trong bể khoảng 15-30 ngày, tận dụng hoạt động của các vi sinh vật kị khí trong bể và
trong lớp bùn đáy để khoáng hoá các chất hữu cơ. Thông thường, mực nước trong bể

được thiết kế chiếm 2/3 chiều cao bể, còn phần thể tích ứng với 1/3 chiều cao ở phía
trên bị khí CH4, CO2 và các khí khác sinh ra do phân huỷ kị khí chiếm chỗ. Phía trên
có đặt hệ thống thu khí để thu hồi các khí sinh ra (biogas) tận dụng làm khí đốt hoặc
chạy máy phát điện…Dưới cùng là lớp bùn đáy tương đối ổn định. Cặn ở lớp bùn đáy
được tháo ra định kì và có thể đem đi làm phân bón.
Tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước,
tải trọng hữu cơ, nhiệt độ…mà thành phần biogas sinh ra có thể khác nhau. Trong đó,

7


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

CH4 có ý nghĩa quan trọng nhất trong việc tận dụng nguồn năng lượng tái sinh này vì
có nhiệt trị cao khoảng 9 000 kcal/m3. Phần trăm các chất khí trong biogas:
CH4 : 55-65%
CO2 : 35-45%
N2 : 0-3%
H2 : 0-1%
H2S : 0-1%
Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), nước thải chăn nuôi sau khi
qua Biogas, BOD giảm khoảng 79-87%, Coliform giảm 98-99.7%, trứng giun sán giảm
95.6- 97%.
Đối với nước thải chăn nuôi, công trình Biogas được coi là công trình xử lý cơ
bản đầu tiên để làm giảm COD và SS trước khi đưa vào các công trình xử lý sinh học
tiếp theo. Để tăng hiệu quả lắng cặn, bể Biogas thường được chia ra làm nhiều ngăn
b. Quá trình kị khí UASB
Đây là công trình xử lý sinh học kị khí ngược dòng. Nước thải được đưa từ

dưới lên, xuyên qua lớp bùn kị khí lơ lửng ở dạng các bông bùn mịn. Quá trình khoáng
hoá các chất hữu cơ diễn ra khi nước thải tiếp xúc với các bông bùn này. Một phần khí
sinh ra trong quá trình phân huỷ kị khí (CH4, CO2 và một số khí khác) sẽ kết dính với
các bông bùn và kéo các bông bùn lên lơ lửng trong bể, tạo sự khuấy trộn đều giữa bùn
và nước. Khi lên đến đỉnh bể, các bọt khí sẽ va chạm vào các tấm chắn hình nón, các
bọt khí được giải phóng cùng với khí tự do và bùn sẽ rơi xuống. Để tăng tiếp xúc giữa
nước thải với các bông bùn, lượng khí tự do sau khi thoát ra khỏi bể được tuần hoàn
trở lại hệ thống.

8


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi từ xí nghiệp chăn nuôi heo Vĩnh An
được thực hiện ở viện CEFINA trên mô hình kị khí UASB đối với nước thải nguyên
thuỷ cho thấy: ở tải trọng 2-5 kg COD/m3.ngày, hiệu quả xử lý đạt 70-72%; còn ở tải
trọng 5-6 kgCOD/m3.ngày, thì hiệu quả khoảng 48%.
Nhiều trại chăn nuôi heo ở Thái Lan, công trình xử lý sinh học nước thải sau
Biogas là UASB.
Khó khăn khi vận hành bể UASB là kiểm soát hiện tượng bùn nổi, tức phải
đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bùn và nước thải để duy trì hiệu quả xử lý của bể.
c. Quá trình lọc sinh học kị khí
Đây là quá trình kị khí dính bám, sử dụng những vi sinh vật dính bám trên các
giá thể như sỏi, đá, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ, xơ dừa…để khoáng hoá
các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy.
Quá trình này có nhiều ưu điểm:
—

Đơn giản trong vận hành

—

Khả năng chịu biến động về tải lượng ô nhiễm,

—

Không phải kiểm soát hiện tượng bùn nổi như trong bể UASB,

—

Có thể vận hành ở tải trọng cao,

—

Có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ chậm phân huỷ…
Tuy nhiên không điều khiển được sinh khối trong các bể lọc này.
Sử dụng quá trình màng vi sinh vật kị khí cũng như hiếu khí để xử lý nước

thải chăn nuôi, ngoài việc loại bỏ được các chất bẩn hữu cơ, còn có thể loại bỏ được
một lượng lớn các chất lơ lửng, trứng giun sán kể cả các loài vi trùng, vi khuẩn gây
bệnh…nhờ cơ chế hấp phụ. Vì khi sinh khối của màng tăng lên ( tức lớp màng càng
dày hơn) dần dần bịt các khe giữa các vật liệu lọc, phin lọc, giữ lại các tạp chất, các

9


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

thành phần sinh học có trong nước…làm cho vận tốc nước qua màng chậm dần, khi đó
màng sẽ làm việc có hiệu quả hơn.
Tuy nhiên khi xử lý nước thải chăn nuôi bằng quá trình lọc sinh học, cần lưu ý
sự tích luỹ cặn trong lớp lọc vì hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi khá
lớn. Sự tích luỹ cặn quá nhiều sẽ làm nghẹt lớp vật liệu lọc tạo ra các vùng chết, hoặc
nếu xãy ra hiện tượng “đánh thủng lớp lọc” sẽ làm cho dòng chảy ngắn và nước thải
phân bố không đều. Cả 2 trường hợp đều làm giảm thời gian lưu nước trong bể dẫn đến
hiệu quả xử lý kém. Đồng thời sự phân huỷ của cặn tích luỹ sẽ làm COD đầu ra tăng
sau một thời gian vận hành. Để khắc phục những hiện tượng này, nên loại bỏ bớt cặn lơ
lửng trước khi vào bể lọc đồng thời rửa ngược lớp lọc định kì để loại bỏ cặn tích luỹ
trong lớp lọc.
Trong bể lọc kị khí ngược dòng, do dòng chảy quanh co đồng thời tích luỹ
sinh khối dễ gây ra vùng chết và dòng chảy ngắn. Để khắc phục, có thể bố trí thêm hệ
thống xáo trộn bằng khí biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp
vật liệu và máy nén khí biogas.
2.2.3.2.

Phương pháp xử lý hiếu khí

a. Aerotank
Đây là quá trình xử lý hiếu khí lơ lửng. Vi sinh vật bám lên các hạt cặn có
trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành các bông bùn có hoạt tính phân huỷ
chất hữu cơ nhiễm bẩn. Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức để đảm bảo lượng
oxy cần thiết cho hoạt động phân huỷ và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các
bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật,
nguyên sinh động vật và các chất độc, nhờ đó nước thải được làm sạch.
Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà (1998) ở trại chăn nuôi heo 3/2,

TP.HCM: ứng với tải trọng 0.6-1.5 kg COD/m3.ngày, nồng độ COD đầu vào 200-

10


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

500mg/l và thời gian lưu nước 8-10 giờ, hiệu quả xử lý của aerotank đạt 80-85%. Khi
tăng thời gian lưu nước lên, hiệu quả xử lý không tăng nữa.
Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể aerotank có ưu điểm là tiết kiệm được diện
tích và hiệu quả xử lý cao, ổn định, nhưng chi phí đầu tư và vận hành khá lớn so với
các phương pháp hiếu khí khác như ao hồ thực vật, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc. Do
đó tuỳ điều kiện kinh tế, quĩ đất xử lý, yêu cầu xả thải của trại chăn nuôi mà lựa chọn
hình thức xử lý thích hợp.
b. Lọc sinh học hiếu khí
Sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các giá thể để khoáng hoá chất hữu cơ
khi tiếp xúc với nước thải, giống như lọc sinh học kị khí. Sở dĩ vi sinh vật có thể bám
dính lên giá thể vì nhiều loài có khả năng tiết ra các polymer sinh học giống như chất
dẻo dính vào giá thể, tạo thành màng. Màng này cứ dày lên và có khả năng oxy hoá các
chất hữu cơ, hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán.
Sự phân loại màng sinh học kị khí và màng sinh học hiếu khí chỉ mang tính
tương đối, vì trong quá trình màng hiếu khí vẫn luôn tồn tại các chủng vi sinh vật kị khí
ở lớp màng phía trong tuỳ thuộc vào điều kiện cấp khí
c. Ao hồ sinh học
Cơ sở khoa học của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của
nước, chủ yếu là hệ vi sinh vật và các thủy sinh sống trong nước.
 Ao hồ hiếu khí
Là loại ao nông, sâu từ 0.3-1m, đủ để ánh sáng mặt trời chiếu rọi và oxy có thể

khuyếch tán vào để tảo phát triển. Tảo quang hợp cung cấp oxy cho vi sinh vật phân
huỷ chất hữu cơ, ngược lại vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ giải phóng CO2 làm
nguồn C cho tảo và các thực vật thủy sinh quang hợp. Thời gian lưu nước trong hồ hiếu
khí thường từ 3-15 ngày. 9

11


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

 Ao hồ kị khí
Là loại ao sâu, từ 2.8-4.8m, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Vi sinh vật kị
khí phân huỷ chất hữu cơ thành các sản phẩm cuối cùng là CO2, CH4, H2S…Nước
thải lưu ở hồ kị khí thường có mùi hôi thối do các khí H2S, NH3 …sinh ra.
Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân huỷ cặn ở vùng đáy. Có khả năng
chịu được tải trọng cao. Thời gian lưu nươc từ 20-50 ngày 9
 Ao hồ tuỳ nghi
Sâu 1.2-2 m, phổ biến trong thực tế. Trong hồ xãy ra 2 quá trình song song:
phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan có đều trong nước và phân huỷ kị khí cặn lắng ở
vùng đáy. Ao hồ tuỳ nghi có 3 vùng: vùng hiếu khí ở trên, vùng tuỳ nghi ở giữa và
vùng kị khí ở dưới. Thời gian lưu nước trong hồ này thường từ 5-30 ngày.
Trong các ao hồ sinh học thường kết hợp nuôi cá, thả thực vật thuỷ sinh như
bèo cái, bèo tây, rau muống…
Nguyễn Thị Hoa Lý khi nghiên cứu các chỉ tiêu nhiễm bẩn của nước thải chăn
nuôi heo tập trung và áp dụng một số biện pháp xử lý, cho thấy: khi dùng ao hồ thực
vật để xử lý nước thải chăn nuôi, COD giảm 61-71%, BOD giảm 74-82,1%, Nitơ tổng
giảm 99.2-99.7%.
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi của Lâm Quang Ngà, nước thải chăn nuôi sau

khi xử lý bằng quá trình UASB đưa qua hồ hiếu khí lục bình, hiệu quả xử lý COD của
hồ đạt 40-45%. Nếu ở nồng độ COD = 200 mg/l, nước thải đầu ra sẽ dưới 100 mg/l.
Trong thực tế, ao hồ sinh học được dùng phổ biến để xử lý nước thải chăn
nuôi vì có nhiều ưu điểm:
 Đây là phương pháp kinh tế nhất, dễ thiết kế và xây dựng, dễ vận hành (không
cần quản lý, theo dõi chặt chẽ như các công trình xử lý khác), không đòi hỏi cung cấp
năng lượng (sử dụng năng lượng mặt trời) phù hợp với điều kiện kinh tế và trình độ kĩ

12


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

thuật của các trại chăn nuôi trong công tác giảm thiểu các tác động môi trường do trại
gây ra.
 Các trại chăn nuôi heo hầu hết nằm ở vùng nông thôn, vùng ven đô thị, có diện
tích đất rộng, thích hợp để xử lý bằng ao hồ sinh học.
 Có khả năng làm giảm các vi sinh vật gây bệnh nhiễm trong nước thải xuống
tới mức thấp nhất (dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời). Mà nước thải chăn nuôi là loại
nước thải có chứa nhiều vi trùng, vi khuẩn gây bệnh cần phải loại bỏ trước khi đưa vào
nguồn tiếp nhận.
 Khả năng khử N-NH3 và P cao
 Có khả năng loại được các chất vô cơ và hữu cơ hoà tan trong nước thông qua
quá trình sinh trưởng của vi sinh vật và thực vật thủy sinh.
d. Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc
Cánh đồng tưới là những khu đất được qui hoạch cẩn thận để vừa xử lý nước
thải, vừa trồng cây nông nghiệp hoặc rau quả.
Cánh đồng lọc chỉ có chức năng xử lý nước thải.

Nguyên tắc xử lý: nước thải đi qua đất như đi qua lọc, cặn nước được giữ lại
trên mặt đất, nhờ có oxy trong các lổ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật
hiếu khí hoạt động phân huỷ các chất hữu cơ ô nhiễm. Càng sâu xuống, oxy càng ít và
quá trình oxy hoá chất bẩn giảm dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ diễn ra quá trình
khử nitrat. Các nhà nghiên cứu đã xác định được quá trình oxy hoá nước thải chỉ diễn
ra ở lớp đất mặt đến độ sâu 1.5m.
Kỹ thuật này đã tận dụng được:
-

Đặc tính hoá lý của nền đất: lọc, hấp phụ, trao đổi ion, khả năng thấm nước và

giữ nước, giữ cặn và các cá thể sinh vật nhỏ.

13


Khóa Luận Tốt Nghiệp

-

Huỳnh Đức Thành

Đặc tính sinh học của nền đất: tác động của vi sinh vật và cây cỏ.
Hiệu quả làm sạch của cánh đồng lọc rất cao: hiệu quả xử lý BOD lớn hơn

90%, Coliform hơn 95%, nước thải sau xử lý khá trong.
Với nguồn nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học như
nước thải chăn nuôi, có thể sử dụng cánh đồng tưới để xử lý. Cây trồng hấp thụ các
chất hữu cơ sẽ đẩy nhanh tốc độ phân hủy. Bộ rễ của cây còn có tác dụng vận chuyển
oxy xuống tầng đất sâu dưới mặt đất để oxy hoá các chất hữu cơ thấm xuống.

Khi sử dụng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi cũng
như các loại nước thải khác, sau một thời gian thì các lỗ hổng trong đất sẽ bị bít vì cặn
và màng vi sinh dính bám, dẫn đến hiệu quả xử lý giảm. Để tránh hiện tượng này, cánh
đồng tưới phải được làm thoáng định kì và tránh ứ đọng bùn. Ngoài ra còn phải chú ý
đến độ ẩm, chế độ tưới nước cũng như yêu cầu phân bón cho cây trồng.
2.3. Tổng Quan Chung Về Công Nghệ Hybrid
2.3.1. Giới thiệu công nghệ hybrid
Sau giai đoạn ra đời của các hệ thống sinh học kị khí và hiếu khí vào năm 1968,
cùng với sự hình thành hệ thống lọc sinh học kị khí, một số hệ thống Hybrid kị khí đã
được bắt đầu nghiên cứu (Kennedy & Guiot, Post Couf, Sao Paulo.). Đến 1982, Weber
Berghausen đã phát triển công nghệ hybrid hiếu khí bio 2 sludge. Sau đó lần lượt các
thế hệ hybrid lần lượt ra đời.
Theo ADI Inc, Hybrid là sự kết hợp của hai hay nhiều quá trình sinh học, bao
gồm cả quá trình sinh học hiếu khí và kị khí cũng như quá trình lơ lững và dính bám
vào trong cùng thiết bị xử lý. Hybrid có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào sự kết hợp
các quá trình như: bùn hoạt tính với lọc sinh học, UASB với lọc sinh học, lọc sinh học
kị khí với lọc sinh học hiếu khí… Với cấu tạo trên, thiết bị hybrid đảm bảo mật độ vi
sinh lớn nhất với thời gian lưu nhỏ nhất và rất thích hợp đối với các công trình có quy

14


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Huỳnh Đức Thành

mô nhỏ. Ngoài ra, hệ thống Hybrid còn có thể nâng cao khả năng nitrat hóa nhờ kéo
dài thời gian lưu tế bào (hay còn gọi là thời gian lưu bùn - phụ thuộc vào bùn bị loại
bỏ) (Ochoa et al, 2002).
Các hệ thống hybrid được nghiên cứu:

 Kết hợp sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính trên cùng một hệ kỵ
khí hoặc hiếu khí, tăng tải trọng vận hành và hiệu quả xử lý nhờ mật độ vi sinh vật cao
dẫn đến giảm khối tích công trình.
 Kết hợp sinh học và hấp phụ, sử dụng các chất mang có diện tích bề mặt
riêng lớn tham gia hấp phụ các chất ô nhiễm nhờ vậy gia tăng hiệu quả xử lý, loại bỏ
các hợp chất độc hại, khó phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng.
 Kết hợp sinh học và màng lọc nhờ vậy giảm khối tích công trình, tăng tải
trọng vận hành, loại bỏ thành phần dinh dưỡng và lượng cặn sinh học triệt để, đơn giản
hóa quy trình vận hành.
 Kết hợp sinh học kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống xử
lý. Cho phép các phản ứng thủy phân cắt mạch các hợp chất phức tạp được xảy ra
đồng thời với các phản ứng sinh học hiếu khí chuyển hóa thành CO2 và nước. Phản
ứng diễn ra nối tiếp với tốc độ cao. Đặc biệt là quá trình khử Nitơ sinh học như Nitrat
hóa, khử Nitrat hay anammox (Nguyễn Thị Phương Loan, 2007) xảy ra trực tiếp trong
cùng một hệ thống xử lý.
2.3.2. Các nghiên cứu về công nghệ hybrid đã thực hiện


Hybrid sinh học kị khí (UASB) kết hợp lọc sinh học hiếu khí

Công nghệ Hybrid được lựa chọn để nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt là
công nghệ Hybrid sinh học kị khí (UASB) kết hợp với lọc sinh học hiếu khí (attachedgrowth):

15