nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học mbbr giá thể bio 15f quy mô phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

GIỚI THIỆU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một nước nông nghiệp với khoảng 70% số dân sống ở vùng
nông thôn. Sản xuất nông nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế-xã hội
nước ta. Những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển khá mạnh về cả số lượng lẫn quy
mô.Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ, thiếu quy hoạch, nhất là các vùng
dân cư đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Ô nhiễm môi
trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi,
tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không đúng kỹ thuật.
Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh
hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ
mắc bệnh, năng suất bị giảm, tăng các chi phí phòng trị bệnh, hiệu quả kinh tế của
chăn nuôi không cao.Sức đề kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây
nên bùng phát dịch bệnh. Vì vậy, WHO [2005] khuyến cáo phải có các giải pháp tăng
cường việc làm trong sạch môi trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững
được an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe các đàn giống. Các chất thải chăn nuôi
gây ô nhiễm môi trường do vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy
hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh các loại dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai
xanh…
Xuất phát từ những nhận thức đó , nhiều dự án, giải pháp nhằm giải quyết
vấn đề ô nhiễm trong môi trường chăn nuôi được tiến hành như là giải pháp tiến hành
hỗ trợ giảm tải lượng và nồng độ ô nhiễm trước khi thải ra môi trường . Trong đó có
việc xây dựng hệ thống Biogas.
Sau thời gian hoạt động , các công trình này cũng góp phần tích cực trong
việc kiểm soát chất lượng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận , đồng thời cũng
thu được khí sinh học phát sinh trong quá trình phân hủy kỵ khí làm nhiên liệu phục
vụ các mục đích khác ..Tuy vậy, thực tế vận hành cũng như chất lượng nước sau hầm

biogas nhìn chung cũng chưa tối ưu nhất khi thải ra sông ngòi.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Từ những cơ sở trên, em chọn xử lý nước thải chăn nuôi làm đề tài nghiên cứu
với tên đề tài là: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá
bio15 quy mô phòng thí nghiệm” giúp nâng cao hiệu quả xử lí so với hiện tại chỉ áp
dụng mô hình Biogas.
Việc thực hiện nghiên cứu này nhằm tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải mới,
hiệu quả, góp phần cải thiện chất lượng môi trường cho ngành chăn nuôi.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài này nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi áp dụng mô hình MBBR giá
thể bio15 quy mô phòng thí nghiệm nhằm xác định hiệu quả xử lí và tải trọng hữu cơ
tối ưu của mô hình trong xử lí nước thải chăn nuôi. Từ đó, đề xuất vào thực tế để xử lý
nước thải chăn nuôi bằng công nghệ MBBR.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung vào các nội dung chính sau đây :
-

Tổng quan hiện trạng công nghệ xử lí nước thải chăn nuôi .

-

Phân tích và xác định thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải chăn nuôi.

-

Lắp đặt mô hình xử lý sinh học hiếu khí với giá thể lơ lửng trong phòng thí
nghiệm.

-

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng mô hình bể sinh
học MBBR hiếu khí và sự hình thành màng biofilm ở giai đoạn thích nghi
OLR= 0.2 kgCOD/m3.ngày

-

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lí COD, TN, TP, SS, BOD5 của nước thải
chăn nuôi bằng mô hình bể sinh học giá thể di động MBBR hiếu khí ở giai đoạn
vận hành với 5 tải trọng hữu cơ lần lượt là : 0.2; 0.4; 0.8; 1.2;1.4kgCOD/m3
ngày.

-

Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình và khả năng ứng dụng của phương pháp
MBBR.

-

Đề xuất quy trình công nghệ thích hợp và thông số thiết kế hệ thống xử lý nước
thải chăn nuôi áp dụng công nghệ MBBR

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp hồi cứu: Trong quá trình thực hiện đề tài, các thông tin, tài liệu,
số liệu về đối tượng nghiên cứu trên tất cả các nguồn khác nhau như: sách báo, giáo
trình, internet... sẽ được thu thập và sưu tầm. Những tài liệu, số liệu này sẽ được lựa
chọn, phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc nghiên cứu.
Phương pháp thí nghiệm và phân tích: Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích
các chi tiêu môi trường được tiến hành theo quy định.
Phương pháp nghiên cứu mô hình: Khảo sát hiệu quả xử lý COD, độ màu, TSS,
BOD5 trên mô hình MBBR hiếu khí.
Phương pháp xử lí số liệu: Số liệu được lưu trữ hằng ngày và xử lí trên phần
mềm excel.
5. ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình gồm 1 bể
MBBR với giá thể Bio15. Nước thải được sử dụng trong nghiên cứu này lấy sau hầm
biogas trại chăn nuôi heo.
6. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Công nghệ MBBR hiện nay chưa được áp dụng nhiều và vẫn còn là công nghệ
khá mới ở Việt Nam. Công nghệ MBBR có nhiều ưu điểm hơn công nghệ xử lí bằng
bùn hoạt tính nên tạo ra ít bùn sinh học do đó chi phí xử lí bùn thấp.

Giảm chi phí thiệt hại, sự cố về môi trường, hạn chế gây ảnh hưởng môi
trường.
Kết quả của đề tài nghiên cứu có thể triển khai áp dụng rộng rãi với nước thải
chăn nuôi và tạo ra nhiều điều kiện thuận lợi cho những đề tài nghiên cứu xử lý các
loại nước thải khác bằng công nghệ MBBR.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 . TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
1.1.1. Tổng quan về nước thải trước hầm biogas
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. Trong phân chứa một lượng lớn các chất như Nitơ, Phốt
pho, Kali, Kẽm, Đồng. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như P2O5, K2O,
CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân. Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi,
khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau cả về khối lượng lẫn
thành phần. Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng
sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm…
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của phân lợn.
(Trọng lượng lợn từ 70 kg đến 100 kg)

Đặc tính

Đơn vị

Giá trị

Vật chất khô

g/kg

213 – 342

NH4 - N

g/kg

0,66 – 0,76

N tổng

g/kg

7,99 – 9,32

Chất xơ

g/kg

151 – 261

Carbonnatri

g/kg

0,23 – 2,11

g/kg

3,83 – 4,47

Các axit béo mạch
ngắn
pH

6,47 – 6,95
(Trương Thanh Cảnh và ctv, 2008)

Trong thành phần phân lợn nói riêng còn chứa các loại vi rút, vi khuẩn, trứng
giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài tháng bên ngoài môi trường gây ô
nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức khỏe của con người và vật nuôi. Theo

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước của Lê Trình [32] đã thống kê các
loại vi khuẩn gây bệnh trong phân gia súc, gia cầm như sau:
Bảng 1.2 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc
và điều kiện tiêu diệt.
Tên vi trùng,
ký sinh trùng
Salmonella
typhi
Salmonella
paratyphi

Khả năng
gây bệnh
Thương hàn
Phó thương
hàn

Điều kiện tiêu diệt
Nhiệt
độ (0C)

Thời
gian (phút)

55

30

55

30

Shigella spp

Lị

55

60

Vibrio Cholera

Tả

55

60

55

60

Escherichia coli

Viêm dạ dày,
ruột

Hepatite A

Viêm gan

55

3-5

Tenia Soginata

Sán

50

3-5

Ung nhọt

54

10

Sinh mủ

50

10

Giun đũa

50

60

Mycobacterium

Lao

60

20

Tubecudsis

Bạch hầu

55

45

Bại liệt

65

30

Sởi

45

10

Giun tóc

55

10

Micrococcus
var
Streptococcus
Ascarie
cumbricoides

Corynerbarteri
um
Diptheriac
Polio virus
Hominis

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Coiardia
lomblia

Trichuris
trichiura

Sán bò

60

30

Sán lợn

60

30
(Lê Trình, 1997)

* Xác súc vật chết
Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử lý
để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi.
* Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác
Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá,
các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ,…
* Nước thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh
gia súc, chuồng trại. Đây là một nguồn chất thải ô nhiễm nặng.
Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ sinh
chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm rửa, số lần tắm
rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…).
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành
công nghiệp khác (Axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công nghiệp,…)

nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều ảnh hưởng xấu
tới sức khoẻ con người.
Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, axít amin,
chất béo, hydrat cacbon. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê,
amonium[15]..
1.1.2. Tổng quan ô nhiễm nước thải sau hầm biogas ở trại chăn nuôi heo
Biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống biogas được sử dụng rộng rãi
với hàm lượng BOD5, COD giảm gần 30 lần và lượng oxy hòa tan tăng hơn 10 lần so
với chất thải đầu vào trước khi xử lý. Lượng chất thải như thức ăn dư, phân, nước tiểu,
nước rửa chuồng trại được thu gom và chuyển đến hệ thống biogas để xử lý nhưng
chất lượng nước đầu ra vẫn không đạt điều kiện xả thải trực tiếp được quy định trong
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

QCVN 62-MT:2016/BTNMT. Hàm lượng cặn lơ lửng, nồng độ Nitơ tổng và Photpho
tổng còn cao trong nước thải sau hầm biogas.
Nguồn nước thải giàu nito và photpho, khi thải trực tiếp ra môi trường gây ra
quá trình phú dưỡng hóa nghiêm trọng, gây ô nhiễm nguồn nước mặt, có mùi hôi và
nhiều mầm bệnh gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, nước thải dễ dàng
đi vào đất, một phần ô nhiễm sẽ ngấm vào mạch nước ngầm và phần còn lại gây tác
động xấu đến môi trường đất, ảnh hưởng đến cây trồng.
Đối với những trại chăn nuôi sử dụng nước thải sau biogas để tưới cây hoặc
kết hợp xử lý với hồ sinh học, nồng độ chất ô nhiễm giảm thông qua quá trình biến

đổi của cây trồng hoặc của thủy sinh vật trong ao hồ.

Hình 1.1 Hồ sinh học.
 Thành phần và tính chất của nước thải sau hầm biogas
Nước thải sau hầm biogas thuộc loại dễ phân hủy sinh học vì thành phần chủ
yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy, các dạng hợp chất của Nito, Photpho, chứa
nhiều vi sinh vật gây bệnh và hàm lượng cặn lơ lửng rất cao.
Tùy vào quy mô từng trại chăn nuôi, giống heo, chế độ cho ăn cũng như khâu
tắm heo và dọn dẹp vệ sinh chuồng trại mà nước thải sau hầm biogas khác nhau. Hơn
nữa, hệ thống biogas dễ chịu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nên hiệu quả xử
lý cũng thay đổi.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Trong nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải bằng bể biogas của một
số trang trại chăn nuôi lợn vùng Đồng bằng Sông Hồng” 4 tiến hành phân tích một số
chỉ tiêu hóa học của nước thải trước và sau hầm biogas cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm ở
hai khu chuồng lợn thịt và lợn nái khác nhau.

Bảng 1.3 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas khu
chuồng lợn nái
Chỉ

Đơn

Tiêu

vị

B
OD5

Hải
Dương

m
g/l

C
OD

m
g/l

N
H4-N
T
N

yên

S

au XL

Tr
ước XL

S
au XL

Tr
ước XL

S
au XL

11
50,8

2

12
31,6

2

12

2

23
48,4

87,8
7
80,5

28,
48

m
g/l

Bắc Ninh

Tr
ước XL

m
g/l

Hưng

2
9,54

23
0,8

25
27,7

1

50,7
8

49,3

31,
31

87,6

46,1

2,3

21

6

40,5
3

2,78
23

90,7
98,3

26,

2

25
1

68,5

8,57
24

1

1,6

78,1

Bảng 1.4 Chỉ tiêu hóa học nước thải trước và sau khi xử lý biogas khu
chuồng lợn thịt
Chỉ

Đơn

Tiêu

vị

B
OD5

m
g/l

Hải
Dương
Tr
ước XL

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

Tr
ước XL

1
69,5

Bắc Ninh

yên

S
au XL

86
3

Hưng
S
au XL

79
9,8

Tr
ước XL

1
61,8

S
au XL

83
1,7

2
07,8

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

C
OD
N
H4-N

T

m
g/l

15
76,1

m
g/l

24,
48

m
g/l

N

5

14
72,7

52,7
2

21,

9,82

17

2,6

4

49,7

2

16
1

0,8

24,9

23,

6,51
15

5

56,4
2

22
1

16

45,8

7,72
16

35,6

1

2,8

39,2

1.1.3. Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi lợn đến môi trường
a) Ô nhiễm môi trường nước
Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình
phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá trình
hô hấp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân
hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động xấu đến hệ sinh
thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất cân bằng sinh thái,
cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ. Con người, động vật, thực vật gián tiếp
sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu.
Bảng 1.5 Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc
p

T
0

H

C

C
OD

T

mg/l)
Vĩnh
Phúc

7
,32

Hưng
Yên

,87

,3

,5

584

0

575

2

7
219

47

520
1
880
1

02
23

7

9

5

42

2

mg/l)

4,9

5

(

2

15

4
25

(

95

8

S
S

mg/l)

0

02

-P

87

2

2

3

g/l)

67,3

T

(m

9

3

3

7

mg/l)

590

0,5

(

4

3

7

Hà
Nội

9
7

Thái
Bình

2

NH4+

-N
(

N-

8
00

1
20

3
200

(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng
hoặc trứng giun sán. Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những động
vật khác.
Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm
gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần chuồng nuôi.
Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, giàu
Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất như: Axít amin, axít
béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc hại. Đồng thời, sự
phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện bất lợi cho quá trình
phân hủy sinh học các chất ô nhiễm.
Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể
trong việc gây ô nhiễm môi trường nước.
Enzyme ureaza
CO(NH2)2 + 2H2O

(NH4)2CO3

2NH3 + CO2 + H2O

Nitrosomonas bacteria
2NO2 + 2H+ + 2H2O

2NH3 + 3O2
Nitro bacteria
2NO2 + O2
NO3

2NO3
N2 O

N2

Trong nước, nồng độ NO3- cao có thể gây độc hại cho con người. Do trong hệ
tiêu hóa, ở điều kiện thích hợp NO3- chuyển thành NO2- có thể hấp thu vào máu kết
hợp với hồng cầu, ức chế chức năng vận chuyển ôxy của hồng cầu.
b) Ô nhiễm môi trường không khí
Bảng 1.6 Chất lượng không khí chuồng nuôi của một số xí nghiệp quốc
doanh
Hàm lượng chất gây ô nhiễm (mg/m3)

Vị trí lấy mẫu
Bụi

NH3

H2 S

Xí nghiệp giống cấp 1
Khu vực văn

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

0,250

0,120

0,060

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

phòng
Khu vực chăn

0,300

0,640

1,100

nuôi
Xí nghiệp chăn nuôi lợn Phước Long
Khu vực văn

0,420

0,300

0,076

0,300

3,420

3,470

phòng
Khu vực chăn
nuôi
Xí nghiệp chăn nuôi lợn 3/2
Khu vực văn

0,320

0,040

0,072

0,350

1,360

1,450

-

0,2

0,42

phòng
Khu vực chăn
nuôi
QCVN 06:2009

(Viện Khoa học Miền Nam, 1999)
Khí thường gặp trong chăn nuôi là NH3, H2S, CH4 và CO2. Những khí này tạo
nên mùi hôi thối trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường,
sức khỏe con người và các loài động vật khác.
Theo kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí ở một số xí nghiệp
chăn nuôi quốc doanh của Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam [35] cho thấy môi
trường không khí trong khu vực chăn nuôi và văn phòng bị ô nhiễm nặng. Có rất nhiều
loại khí sinh ra trong quá trình phân hủy hiếu khí hay kị khí chất thải chăn nuôi.
Thành phần chất thải chăn nuôi có thể chia làm 3 nhóm: Protein, carbohydrate
và mỡ. Quá trình phân hủy kị khí sinh ra nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối
khác nhau.
Bảng 1.7 Đặc điểm các khí sinh ra khi phân hủy kị khí
Loại
khí

Đặ

M
ùi

c điểm

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

Gi
ới hạn

Tác hại

tiếp xúc

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

N
H3

M
ùi hăng,
xốc

Nh
ẹ hơn
không

20
ppm

khí
Nặ
Kh

C

ông mùi

O2

ng hơn
không

10
00 ppm

khí

H
2S

M

ùi trứng
thối

Nặ
ng hơn
không

10
ppm

khí
Nh

Kh

C
H4

ông mùi

ẹ hơn
không

10
00 ppm

khí

Kích thích mắt và đường
hô hấp trên gây ngạt ở nồng độ

cao, dẫn đến tử vong
Gây uể oải, nhức đầu, có
thể gây ngạt dẫn đến tử vong ở
nồng độ cao
Là khí độc gây nhức đầu,
chóng mặt, buồn nôn, bất tỉnh, tử
vong
Gây nhức đầu, gây ngạt,
gây nổ ở nồng độ 5 - 15% trong
không khí.

(Trương Thanh Cảnh,
2002)
Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gia
súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo các chất
độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh.
Khi người tiếp xúc với bụi sẽ bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các
bụi có kích thước < 5 µm (Hạt bụi nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch
và ho, rối loạn hô hấp và tổn thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh
vào cơ thể người
c) Ô nhiễm môi trường đất
Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt như
tưới nước, bón cho cây, rau, củ,…Những thực phẩm này làm thức ăn cho người và
động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

14

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các bệnh về
đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,…
1.2 . CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
1.2.1. Xử lý nước thải chăn nuôi bằng hầm Biogas( Hệ thống khí sinh học)
Công nghệ biogas dựa nguyên lí hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Trong điều
kiện không có oxi các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ biến thành năng lượng hoạt
động và khí mê tan. Hỗn hợp khí CH4 (Metan) , hidrosunfur (H¬2S), NOx, CO2….tạo
thành khí biogas.
Hiệu suất xử lý BOD đạt khoảng 60%, do đó cần xử lý giai đoạn hai để đạt tiêu
chuẩn về môi trường.
Đối với nước thải chăn nuôi, bể biogas được coi là bước xử lý quan trọng đầu
tiên bởi hiệu quả xử lý COD, BOD5, SS và Coliform rất lớn trước khi đi vào các công
trình xử lý tiếp theo. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hoa Lý, 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%. [7]

Hình 1.2 Hầm biogas.
Việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa bảo vệ
được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho chạy máy
phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình , điện phục vụ trang trại chăn nuôi.
Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau:
-

Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

15


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

-

Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền
thống

-

Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụngphân từ phụ phẩm khí sinh học
thay thế phân bón hóa học.
Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà mộtlượng lớn chất thải chăn nuôi

trong nông nghiệp sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần giảm
phát thải khí nhà kính rất hiệu quả.
1.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí
Bể kỵ khí UASB
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là công trình xử lý sinh học kỵ khí
có dòng nước thải chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên và đi qua lớp đệm bùn.
Lớp đệm này được hình thành dưới dạng hạt lớn hoặc nhỏ lơ lửng. Trong điều kiện kỵ
khí, các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với lớp bùn này và diễn ra quá trình phân
hủy kỵ khí.

Hình 1.3 Cấu Tạo Bể kỵ khí UASB.
Hỗn hợp khí sinh ra bao gồm CH4, CO2, H2S và các khí khác, một phần sẽ
kết dính với bông bùn hình thành bùn lơ lửng giúp quá trình khuấy trộn bùn và nước
trong bể tốt hơn.
Phần khí còn lại sẽ đi lên đến đỉnh bể, va chạm vào các tấm chắn hình nón

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

16


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

thoát ra ngoài và bùn sẽ rơi xuống. Để tăng độ tiếp xúc giữa nước thải và bùn, lượng
khí tự do sau khí thoát ra khỏi bể được tuần hoàn lại hệ thống.
Ở Thái Lan, hầu hết các trại nuôi heo đều áp dụng công trình xử lý sinh học
UASB. Ở Việt Nam, bể UASB được áp dụng xử lý nước thải chăn nuôi heo Vĩnh An
cho thấy ở tải trọng 2 - 5 KgCOD/m3.ngày với hiệu quả xử lý đạt 70 - 72% còn tải
trọng 5 - 6 KgCOD/m3.ngày với hiệu quả xử lý đạt 48% [8].
Tuy nhiên, khi vận hành bể UASB, hiện tượng bùn nổi cần được kiểm soát tốt
tức là phải đảm bảo sự tiếp xúc giữa bùn và nước thải để nâng cao hiệu quả xử lý của
bể.
1.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Aerotank
Quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí bám lên các hạt cặn trong
nước thải, phát triển sinh khối và tạo thành bông bùn lơ lửng có hoạt tính phân hủy

chất hữu cơ. Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà 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 từ
200 - 500 mg/l, thời gian lưu nước 8 -10 giờ thì hiệu quả xử lý của bể aerotank đạt
80 - 85% và khi tăng thời gian lưu nước thì hiệu quả xử lý không tăng nữa [8].

Hình 1. 4 Bể Aerotank.
Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể aerotank có hiệu quả xử lý cao, ổn định
nhưng chi phí đầu tư và vận hành tốn kém so với các phương pháp hiếu khí khác và

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

17


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

chỉ phù hợp khi quỹ đất ít và điều kiện kinh tế tốt.
Lọc sinh học hiếu khí
Bể lọc sinh học trong xử lý nước thải là một thiết bị phản ứng sinh học trong
đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm
một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp
vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó.
Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác
nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 0,5 -2,5
m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn.
Nước thải được phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc
với vật liệu lọc là chất dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều

cao biến đổi từ 4 – 12m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là vật liệu với
dòng chảy thẳng đứng,vật liệu với dòng chảy ngang, vật liệu đa dạng.
Chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu
lọc
Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày
0,1 – 0,2 mm và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và
phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán
hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kị khí được hình thành ngay
sát bề mặt vật liệu lọc.
Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hoá chất hữu cơ xảy ra trước
khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở đây
bị phân huỷ nội bào, không còn khả năng dính bám lên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa
trôi.

1.2.4. Xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Cơ chế của quá trình xử lý dựa trên sự phân hủy chất bẩn của các vi sinh vật có
sẵn trong các thủy vực. Do đó, môi trường thuận lợi cho các vi sinh vật phát triển là
điều kiện quan trọng nhất. Ngoài nguồn dinh dưỡng dồi dào trong nước thải thì một số
yếu tố gây độc, ức chế hoạt động của vi sinh vật, vi lượng cần thiết phải nằm trong

giới hạn cho phép và tuyệt đối không có sự hiện diện của những kim loại nặng như Cd,
As, Hg ...

Hình 1. 5 Hồ sinh học.
Ao hồ hiếu khí
Ao có độ sâu nhỏ 0,3 - 0,5m và quá trình oxy hóa xảy ra chủ yếu nhờ các vi
sinh vật hiếu khí và quá trình cung cấp oxy có thể làm thoáng tự nhiên hay nhân tạo.
Hồ hiếu khí tự nhiên: oxy từ không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước mặt
cùng với lượng ánh sáng mặt trời giúp tảo phát triển mạnh, nhả oxy cung cấp cho các
vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Để đảm bảo lượng oxy hòa tan đồng đều thì chiều sâu
của hồ nhỏ, diện tích mặt thoáng lớn.Tải trọng của hồ khoảng 250 - 300
KgBOD5/ha.ngày, thời gian lưu nước từ 3 - 12 ngày, hiệu quả làm sạch lên đến 80 90% BOD5 và màu nước dần chuyển thành màu xanh lục của tảo.
Hồ sục khí nhân tạo: oxy được cung cấp nhờ hoạt động của các thiết bị khuấy
cơ học hoặc khí nén, nhờ đó mà nguồn oxy nhiều hơn và độ sâu của hồ cũng tăng

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

19


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

khoảng 2 - 4,5m. Tải trọng của hồ khoảng 400 KgBOD5/ha.ngày, thời gian lưu nước từ
1 - 3 ngày hoặc có khi dài hơn.
Ao hồ kỵ khí
Ao kỵ khí thuộc dạng ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí xảy ra.
Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng các hợp chất nitrat, sulfat ... để oxy hóa các chất hữu

cơ sinh khí và nước. Ao hồ kỵ khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng
đáy, có thể tiếp nhận nước thải có độ nhiễm bẩn lớn, tải trọng BOD cao và không
cần vai trò quang hợp của tảo và nước lưu trong hồ sinh khí có mùi hôi thối khó
chịu.
Khi xây dựng hồ kỵ khí thường có chiều sâu khá lớn từ 2,5 - 3,5m, nhưng để
duy trì điều kiện kỵ khí và giữ ấm nước trong hồ trong những ngày đông lạnh thì
chiều sâu hồ có thể tăng lên đến 6m. Thời gian lưu nước khoảng 1,5 - 2 ngày vào
mùa hè và khoảng 5 ngày vào mùa đông, diện tích mặt thoáng không cần lớn. Hiệu
suất khử BOD của hồ khoảng 65 - 89% vào mùa hè và giảm vào mùa đông (45 65%).
Ao hồ tùy tiện
Ao hồ tùy tiện thuộc dạng kết hợp của cả hai quá trình phân hủy hiếu khí và
phân hủy kỵ khí và rất phổ biến trong thực tế. Xét theo chiều sâu từ trên xuống dưới,
hồ phân chia thành 3 vùng: vùng hiếu khí (VSV hiếu khí hoạt động), vùng kỵ khí
tùy tiện (VSV tùy tiện hoạt động) và vùng kỵ khí (vi khuẩn lên men Metan hoạt
động). Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước
khuếch tán qua mặt nước nhờ sóng gió và quá trình quang hợp của tảo dưới tác dụng
của ánh sáng mặt trời.
Vùng hiếu khí chủ yếu ở lớp nước mặt có độ sâu 1m, tầng nước này luôn có
nhiệt độ cao hơn tầng nước bên dưới. Tại đây, tảo tiêu thụ CO2 và phát triển, làm pH
của nước có tính kiềm và có khi pH lên đến 9. Khi tảo phát triển mạnh thành lớp dày
rồi chết và tự phân hủy làm nước thiếu oxy hòa tan, hoạt động của VSV hiếu khí
giảm và các VSV kỵ khí tùy tiện hoạt động mạnh hơn. Khi đó, nên khuấy đảo nước
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

20


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng

thí nghiệm.

hồ để tránh hồ bị quá tải chất hữu cơ. Tại vùng kỵ khí ở đáy hồ, các chất hữu cơ bị
phân hủy và sinh ra các khí CH4, H2S, H2, N2, CO2… Quá trình này phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng cao quá trình lên men xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên,
khí sinh ra là khí có mùi hôi, gây ô nhiễm không khí thậm chí có thể gây cháy nổ,
ngoài ra, nếu con người hít phải hỗn hợp khí thoát ra từ bể kỵ khí với nồng độ cao
có thể ảnh hưởng đến tính mạng.
Xây dựng hồ nên chọn chiều sâu khoảng 1 - 1,5m, tỉ lệ chiều rộng và chiều
dài là 1:1 hoặc 1:2. Những nơi nhiều gió diện tích hồ nên rộng hơn, những nơi ít gió
thì nên xây hồ nhiều ngăn. Đáy hồ cần phải chèn thêm lớp đất sét dày 15cm để
chống thấm, bờ hồ nên gia cố chắn chắn để tránh xói lở.
1.2.5. Xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật
Thực vật thủy sinh giữ vai trò quan trọng trong việc tham gia quá trình loại
bỏ các chất bẩn hữu cơ, chất rắn lơ lửng, nito, photpho, các vi sinh vật gây bệnh và
kể cả kim loại nặng. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa thực vậy thủy
sinh như lục bình, bèo tấm, sậy ... và các sinh vật khác như tảo, vi khuẩn, động vật
phù du, ấu trùng…. Chúng tham gia trực tiếp vào quá trình phân hủy các hợp chất
hữu cơ do sử dụng nguồn dinh dưỡng từ nước thải để tái tạo thành nguyên liệu dinh
dưỡng cho chúng sử dụng. Đó chính là cơ chế quan trọng để loại bỏ các chất bẩn
trong nước thải
. Để giảm lượng ô nhiễm từ nước thải, các vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên sẽ
phân hủy các hợp chất hữu cơ. Nhờ vào hệ thống các loại vật liệu tự nhiên, xử lý
theo các phương thức khác nhau để tạo nên môi trường sống phù hợp cho các vi sinh
vật với chức năng phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước thải. Phương pháp
không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý, hiệu suất và cường độ phân hủy các
chất ô nhiễm rất cao, hệ thống vận hành đơn giản và giảm chi phí xử lý.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

21


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Ngày nay, việc sử dụng thực vật thủy sinh trong việc xử lý môi trường được
quan tâm nhiều hơn vì những ưu điểm nổi trội : xử lý được nhiều tác nhân gây ô
nhiễm, thân thiện với môi trường, giá thành xử lý thấp hơn các phương pháp khác,
không tạo ra bùn cần xử lý mà tạo ra lượng sinh khối lớn có nhiều ứng dụng trong
thực tiễn như làm thức ăn chăn nuôi - thủy sản, sản xuất phân bón, sản xuất khí
metan ….

Hình 1. 6 Xử lý nước thải chăn nuôi bằng lục bình.
1.2.6. Xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, bãi lọc
Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn
nước tiếp nhận. Quá trình xử lý nước thải là tổng hợp kết quả của các quá trình hóa
lý và sinh học phức tạp xảy ra bên trong lớp đất bề mặt.
Khi nước thải thấm qua lớp đất bề mặt, cặn được giữ lại trong các mao quản đất
đá nhờ có oxy và vi khuẩn hiếu khí có sẵn mà quá trình oxy hóa chất bẩn được diễn ra.
Càng xuống sâu lớp đất phía dưới, lượng oxy càng ít, quá trình oxy hóa giảm dần cho
đến khi quá trình khử Nitrat xảy ra.
Thực tế cho thấy, quá trình xử lý nước thải qua lớp đất bề mặt chỉ diễn ra ở độ
sâu 1,5m trở lại nên chỉ xây dựng cánh đồng tưới ở nơi đất xốp, mực nước ngầm thấp
hơn 1,5m tính từ mặt đất. Nước thải được phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới
phân phối bao gồm : mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

22


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

1.3 . TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR
1.3.1. Giới thiệu chung
MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là một dạng của quá trình xử lý nước thải
bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng
biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá
thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho
nước thải hoặc thiết bị khuấy trộn. Công nghệ này được phát triển tại Norway (Thụy
Điển) vào cuối những năm 1980 và được sử dụng rộng rãi trên nhiều nhà máy của các
nước trên thế giới. Trong những năm 1980, người ta sử dụng MBBR để loại bỏ Nitơ
của nguồn thải ra Biển Bắc. Kỹ sư và nghiên cứu sinh ở Thụy Điển nhận ra rằng trong
nhiều trường hợp cần có một quá trình sinh học với nồng độ sinh khối cao để tăng hiệu
quả xử lý và giảm chi phí (Odegaard và cộng sự,1991). Với mục đích loại bỏ chất hữu
cơ, amonia..., công nghê này được nghiên cứu và đã chứng tỏ những ưu điểm rõ rệt
qua nhiều nghiên cứu khác nhau [5].
Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá
trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như
quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý
bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể lơ lửng mà những giá thể lơ
lửng này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng
được đặt ở cửa ra của bể [5].
Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử

lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng
phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá
trình xử lý. Cũng giống như các quá trình sinh trưởng lơ lửng, sinh khối trong bể
MBBR có nồng độ cao hơn, dẫn đến thể tích nhỏ gọn hơn quá trình bùn hoạt tính
thông thường. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kỵ khí.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

23


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Hình 1. 7 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR .
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch
tán của những bọt khí có kích thước trung bình được từ máy thổi. Trong khi đó ở bể kỵ
khí/thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng
cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở
cửa ra, ngày nay, người ta thường thiết kế lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng
đứng hay nằm ngang.
1.3.2. Giá thể động
Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề
mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều
kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước và
tiếp xúc với chất dinh dưỡng [6].
Kaldnes Miljøteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và

kích thước khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải
và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau.
Hiện tại trên thị trường thì có nhiều loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3,
NatrixTM và Biofilm Chip M, Bio-15F. Thông số các loại giá thể sẽ được trình bày ở
bảng sau :

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

24


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Bảng 1.8 Thông số các loại giá thể phổ biến

S
TT

Loại giá
thể

1

2

3

4

Bio -15F

t liệu
Pol
yetylen

K1

Pol

Kích thước
(D x L)
15mm x

Diện tích hữu
dụng (m2/m3)
900

15mm
10mm x 7mm

500

15mm x

350

yetylen

K2

Pol
yetylen

K3

Pol
yetylen

Biofilm
5
chip M
6
TM

Chấ

Natrix

Pol

15mm
25mm x

350

10mm
45mm x 3mm

900

60 mm x 50
mm

310

yetylen
Pol
yetylen

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

25


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

Bio
chip(M)

Bio15F

Hình 1.8 Các loại giá thể phổ biến trên thị trường.
1.3.3. Lớp màng biofilm
Lớp màng biofilm là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể. Hầu
hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưỡng (chúng sử dụng cacbon hữu

cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế. Chất dinh dưỡng và
oxy khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn tới lớp màng
biofilm. Khi các vi sinh vật phát triển, sinh khối phát triển và ngày càng dầy đặc. Bề

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

26


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể sinh học MBBR giá thể bio-15F quy mô phòng
thí nghiệm.

dầy của sinh khối ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tan oxy và chất bề mặt trong bể phản
ứng đến các vi sinh vật.
Các vi sinh vật trong lớp ngoài cùng của màng biofilm là lối vào đầu tiên để
oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm. Khi oxy hòa tan và chất lỏng
ứ đọng khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cũng của màng biofilm
thì sẽ được các vi sinh vật tiêu thụ nhiều hơn so với lớp màng biofilm phía trước. Sự
giảm oxy hòa tan qua các lớp màng biofilm đã tạo ra các lớp hiếu khí, thiếu khí trên
lớp màng biofilm.

Hình 1.9 Màng biofilm trên giá thể.
Trong mỗi lớp màng sẽ có những vi sinh hoạt động khác nhau vì những vi sinh
vật đặc trưng phát triển trong những môi trường khác nhau trên biofilm. Ở lớp ngoài
của màng biofilm khi nồng độ oxy hoàn tan và cơ chất cao thì vi sinh vật hiếu khí
chiếm ưu thế. Lớp màng sâu hơn nồng độ oxy hòa tan và cơ chất giảm thì những vi
sinh vật thiếu khí chiếm ưu thế hơn. Khi các vi sinh vật bám dính trên lớp màng
biofilm ban đầu yếu thì hoạt động xáo trộn sẽ rữa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể.

Không giống như sự phát triển của hệ thống lơ lửng khác , tốc độ phản ứng
trong một bể có giá thể di chuyển phụ thuộc tuyến tính hay gần tuyến tính với nồng độ
oxy trong điều kiện bị hạn chế oxy. Sự tang cường năng lượng xáo trộn dưới quá trình
tăng vận tốc thổi khí cũng như giúp cải thiện sự tiếp xúc của chất lỏng tới màng sinh
học. Nếu tải trọng hữu cơ được giữ cố định ( ví dụ dựa vào độ dày và thành phần màng

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm

27