Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------Hoàng Thị Thanh Tâm

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC
THẢI CHĂN NUÔI BẰNG KỸ THUẬT TẦNG
VI SINH CHUYỂN ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------Hoàng Thị Thanh Tâm

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC
THẢI CHĂN NUÔI BẰNG KỸ THUẬT TẦNG
VI SINH CHUYỂN ĐỘNG

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60.85.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Lê Văn Chiều

Hà Nội - 2013

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .............................................................................................................
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ......................................................................................
1.1. Tình hình phát triển chăn nuôi trên
những năm gần đây ...............................................................................................

1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới
1.1.2. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam
1.2.Chất thải chăn nuôi ...........................

1.3.Khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng c

1.4.Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuô

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc v
thuật tầng vi sinh chuyển động ...........................................................................

Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................
2.1.Đối tƣợng nghiên cứu .......................

2.2.Phƣơng pháp nghiên cứu .................

Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................
3.1. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữ
chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR ............

3.1.1. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD
đổi theo thời gian ...................................................................................................

3.1.2. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD
đổi nồng độ đầu vào N-NH

+

..................................................................................
4

3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữ
chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với hệ thống yếm khí – thiếu
khí – hiếu khí theo mẻ .........................................................................................
3.2.1. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian lưu tổng ..............................
3.2.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đầu vào N-NH4+ ...................
3.3. So sánh hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt
tính (không có vật liệu mang PU) và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử
dụng vật liệu mang PU) .......................................................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................
Kết luận ..........................................................................................................
Kiến nghị ........................................................................................................
Tài liệu tham khảo ...............................................................................................


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta
năm 2009 ...............................................................................................................
Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn .....................................
Bảng 3.1. Tóm tắt các thông số chung hệ thống SBR.............................................
Bảng 3.2. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ ...........................................................
Bảng 3.3. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào

hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 giờ. ..........................................................
Bảng 3.4. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 8h .................................................................
Bảng 3.5. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 10 giờ ...........................................................
Bảng 3.6. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ ...........................................................
Bảng 3.7 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng hệ thống SBR khi thay đổi thời
gian lưu tổng ........................................................................................................
Bảng 3.8. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ, amoni đầu vào trong
khoảng 140mg/l ...................................................................................................
Bảng 3.9. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải
đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ .......................................
Bảng 3.10. Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải
đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ .......................................
Bảng 3.11 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm với thời gian lưu tổng 12h
+
khi thay đổi nồng độ N-NH đầu vào.....................................................................
4

Bảng 3.12 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
.............................................................................................................................. 59
Bảng 3.13 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
.............................................................................................................................. 63
Bảng 3.14 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
.............................................................................................................................. 67

1

Bảng 3.15 Bảng so sánh hiệu suất xử lý bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động khi
thay đổi thời gian lưu tổng .....................................................................................
Bảng 3.16 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
.............................................................................................................................. 73
Bảng 3.17 Tóm tắt chế độ thí nghiệm và các giá trị trung bình của nước thải đầu vào
.............................................................................................................................. 77
Bảng 3.18 Kết quả xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thời
+
gian lưu tổng 36h khi thay đổi nồng độ N-NH đầu vào .........................................
4

Bảng 3.19 Bảng so sánh hiệu suất xử lý các chỉ tiêu nước thải giữa kỹ thuật bùn hoạt
tính và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động ...............................................................

2


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp............................................................ 11
Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng.........................13
Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy)............................................ 19
Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy)......................20
Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt)..........................20
Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn)................. 21
Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm,
dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải)......................22
Hình 1.8 Chất mang vi sinh dạng cuộn (BIOPAC, Đức)......................................... 25
Hình 1.9 Chất mang vi sinh có cấu trúc hình học phức tạp...................................... 26
Hình 1.10 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm

dự định của đề tài), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc), hình c (hệ khi chưa cho nước
thải và bùn), hình d (hệ khi đang vận hành)............................................................. 27
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phòng thí nghiệm..................................................... 33
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí theo mẻ.
35
Hình 3.1a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h................39
Hình 3.1b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD.................................40
theo thời gian lưu tổng 6h........................................................................................ 40
Hình 3.1c: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h................42
Hình 3.1d: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD.................................43
theo thời gian lưu tổng 6h........................................................................................ 43
Hình 3.2a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 8h................44
Hình 3.2b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD.................................45
theo thời gian lưu tổng 8h........................................................................................ 45
Hình 3.3a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 10h..............46
Hình 3.4a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h..............48
Hình 3.4b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h........................................................................................................................... 49
Hình 3.5a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l............................................ 51
Hình 3.5b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 140 mgN/l............................................ 52
Hình 3.6a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l.................................................................. 54
Hình 3.6b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 230 mgN/l............................................ 54
Hình 3.7a: Diễn biến các chỉ tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l.................................................................. 56
Hình 3.7b: Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng
12h, nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 290 mgN/l............................................ 56

Hình 3.8a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 12h..............59

3


Hình 3.8b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 12h.................................. 60
Hình 3.8d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 12h....................................61
Hình 3.9a Diễn biến nồng độ COD, thời gian lưu tổng 24h..................................... 64
Hình 3.9b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 24 h................................. 64
Hình 3.9c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 24h...................................65
Hình 3.9d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 24h....................................66
Hình 3.9e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P,........................................ 66
thời gian lưu tổng 24h.............................................................................................. 66
Hình 3.10a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h............68
Hình 3.10b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 36 giờ............................ 68
Hình 3.10c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h.................................69
Hình 3.10d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h..................................70
Hình 3.10e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và tổng P,...................................... 70
thời gian lưu tổng 36h.............................................................................................. 70
Hình 3.10f Diễn biến các chỉ tiêu N và P, thời gian lưu tổng 36h............................ 71
Hình 3.11a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l.................................................................. 73
Hình 3.11b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l................................................................................... 74
Hình 3.11c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l................................................................................... 75
Hình 3.11d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 210 mgN/l................................................................................... 75
Hình 3.11e Diễn biến các chỉ tiêu otophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h,
nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 210 mgN/l.................................................... 76

Hình 3.11f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni
đầu vào trong khoảng 210 mgN/l............................................................................ 76
Hình 3.12a Diễn biến nồng độ chất hữu cơ (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ
amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l.................................................................. 78
Hình 3.12b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l................................................................................... 78
Hình 3.12c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l................................................................................... 79
Hình 3.12d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu
vào trong khoảng 250 mgN/l................................................................................... 79
Hình 3.12e Diễn biến các chỉ tiêu octophotphat và P tổng, thời gian lưu tổng 36h,
nồng độ amoni đầu vào trong khoảng 250 mgN/l.................................................... 80
Hình 3.12f Diễn biến các thành phần N và P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni
đầu vào trong khoảng 250 mgN/l............................................................................ 80

4


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
BOD

Bioc

COD

Che

DO

Diss

F/M

Foo

PU

Poly

SBR

Sequ

QCVN
TVTS
VSV
XLNT

5


MỞ ĐẦU
Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn
nuôi, trồng trọt), 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. Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với
nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [7].
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 mạnh mẽ. Sự

phát triển bùng nổ của ngành chăn nuôi để đáp ứng các nhu cầu là một tất yếu.
Công nghiệp hóa chăn nuôi có thể là hệ quả tất yếu của chuỗi thực phẩm liên kết
theo chiều dọc và cung ứng cho các cửa hàng bán lẻ lớn, nhưng cũng có thể xảy ra
một cách độc lập.
Khi các nước tiến hành công nghiệp hóa họ đi theo mô hình tổ chức vùng
chuyên canh. Chăn nuôi truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có của địa phương
như đồng cỏ tự nhiên và phụ phẩm cây trồng. Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải
thích sự phân bố của ngành chăn nuôi gia súc nhai lại. Trong lúc đó phân bổ chăn
nuôi lợn và gia cầm lại sát với dân cư vì chúng chuyển hóa các vật phế thải thành
thịt và trứng. Ví dụ, ở Việt Nam, nước mới bắt đầu công nghiệp hóa 90% mô hình
chăn nuôi gia cầm đều gắn với phân bố dân cư [4].
Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn nuôi cho
hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ gia đình gần như
không phải là một mối hiểm họa đối với môi trường.
Phát triển chăn nuôi bền vững, nhất là chăn nuôi lợn hàng hóa như thế nào
trong hoàn cảnh cuộc sống của phần lớn các hộ nông dân còn chật vật khó khăn, đại
bộ phận người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, ít
quan tâm về thông tin thị trường, nếu có thì thiếu cụ thể; hiểu biết về sản xuất hàng
hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng đều giữa các vùng,... là
những rào cản trong phát triển chăn nuôi lợn hàng hóa hiện nay.

6


Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng
đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm
cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng,
nó đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân
ở gần các trang trại. Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn
nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng

nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn
mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform,
e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [4].
Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định
về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề
môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã
nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã
được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý
chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, mặc dù đã phần nào cảm nhận được tác hại về
môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào
về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi.
Vì vậy, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn
nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động".
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) sử dụng
vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giàu C và N.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Tổng quan tài liệu xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật tầng vi sinh
chuyển động (Moving Bed Reactor) và kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR
(Biological Activated Suspended Sludge) thường được áp dụng trong xử lý nước
thải chăn nuôi.
- Chọn vật liệu mang Polyuretan sử dụng trong kỹ thuật tầng vi sinh chuyển

7


động.
Nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật bùn
hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR và kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật
liệu mang Polyuretan trong các điều kiện hiếu khí, thiếu khí khi thay đổi:

+

Nồng độ tải N vào khác nhau;

+

Thời gian lưu nước và bùn khác nhau;

So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý và thông số năng suất xử lý C, N, P bằng
kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lững và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động.

8


Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những
năm gần đây
Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi trên thế giới đã có nhiều biến
động cả về tốc độ phát triển, phân bố lại địa bàn và phương thức sản xuất, đồng
thời xuất hiện nhiều nhân tố bất ổn như gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, vệ
sinh an toàn thực phẩm và nhiều dịch bệnh mới….
1.1.1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới
Lương thực, thực phẩm và vệ sinh an toàn thực phẩm là vấn đề sống còn của
nhân loại. Ngày nay nông nghiệp có vai trò quan trọng cung cấp lương thực và các
loại thực phẩm nuôi sống cả nhân loại trên trái đất. Ngành chăn nuôi không chỉ có
vai trò cung cấp thịt, trứng, sữa là các thực phẩm cơ bản cho dân số của cả hành tinh
mà còn góp phần đa dạng sinh học trên trái đất.
Số lượng vật nuôi theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới FAO năm 2009 số lượng đầu gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: Tổng
đàn trâu 182,2 triệu con và phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á, tổng đàn bò
1.164,8 triệu con, dê 591,7 triệu con, cừu 847,7 triệu con, lợn 887,5 triệu con, gà

14.191,1 triệu con và tổng đàn vịt là 1.008,3 triệu con... Tốc độ tăng về số lượng vật
nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%
năm. Hiện nay các quốc gia có số lượng vật nuôi lớn của thế giới như sau: Về số
lượng đàn bò nhiều nhất là Brazin 204,5 triệu con, thứ hai Ấn Độ 172,4 triệu con,
thứ ba Hoa kỳ 94,5 triệu con, thứ tư là Trung Quốc 92,1 triệu con, thứ năm Ethiopia
và thứ sáu Argentina có trên 50 triệu con bò. Các cường quốc về chăn nuôi lợn của
thế giới: số đầu lợn hàng năm số một là Trung Quốc 451,1 triệu con, đứng thứ hai là
Hoa Kỳ 67,1 triệu con, thứ ba là Brazin 37,0 triệu con, Việt Nam đứng thứ 4 có 27,6
triệu con [8].
Về số lượng vật nuôi của thế giới, các nước Trung quốc, Hoa kỳ, Ấn Độ,
Brazin, Indonesia, Đức là những cường quốc, trong khi đó Việt Nam cũng là nước

9


có tên tuổi về chăn nuôi: đứng thứ 2 về số lượng vịt, thứ 4 về heo, thứ 6 về số lượng
trâu và thứ 13 về số lượng gà [22].
Phương thức chăn nuôi hiện nay của các nước trên thế giới có ba hình thức cơ
bản đó là: Chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao; Chăn nuôi
trang trại bán thâm canh; Chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ và quảng canh: Phương
thức chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô lớn thâm canh sản xuất hàng hóa chất lượng
cao chủ yếu ở các nước phát triển ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Úc và một số nước ở
Châu Á, Phi và Mỹ La Tinh. Chăn nuôi công nghiệp thâm canh các công nghệ cao
về cơ giới và tin học được áp dụng trong chuồng trại, cho ăn, vệ sinh, thu hoạch sản
phẩm, xử lý môi trường và quản lý đàn. Các công nghệ sinh học và công nghệ sinh
sản được áp dụng trong chăn nuôi như nhân giống, lai tạo nâng cao khả năng sinh
sản và điều khiển giới tính. Chăn nuôi bán thâm canh và quảng canh gia súc gia cầm
tại phần lớn các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi, Mỹ La Tinh và các nước
Trung Đông. Trong chăn nuôi quảng canh, tận dụng, dựa vào thiên nhiên sản phẩm
chăn nuôi năng xuất thấp nhưng được thị trường xem như là một phần của chăn nuôi

hữu cơ. Chăn nuôi hữu cơ, chăn nuôi sạch đang được thực hiện ở một số nước phát
triển, sản phẩm chăn nuôi được người tiêu dùng ưu chuộng. Xu hướng chăn nuôi
gắn liền với tự nhiên đang được đặt ra cho thế kỷ 21 không chăn nuôi gà công
nghiệp trên lồng tầng và không chăn nuôi heo trên nền xi măng. Tuy nhiên chăn
nuôi hữu cơ năng xuất thấp, giá thành sản phẩm chăn nuôi cao thường là mâu thuẫn
với chăn nuôi công nghiệp quy mô lớn do đó đang là thách thức của nhân loại trong
mở rộng quy mô và phổ cập chăn nuôi hữu cơ [22].
1.1.2. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam
Phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung và chuyên môn hóa cao là một
trong những nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa sản xuất nông
nghiệp của nước ta trong thời kỳ phát triển mới. Theo kết quả điều tra dân số, đến
tháng 4 năm 2009, Việt Nam có tổng số dân là 85.789.773 người, là một trong 10
quốc gia có mật độ dân số cao nhất trên thế giới (khoảng 260

10


2

người/km ) [20]. Nhu cầu thực phẩm trong điều kiện dân số tăng và đời sống ngày
càng được nâng cao đã và đang đặt ra cho các nhà quản lý nông nghiệp phải nhanh
chóng hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp. Trong khi diện tích dành cho sản xuất
nông nghiệp ngày càng giảm do phát triển đô thị, công nghiệp, giao thông và các
công trình dịch vụ khác, phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung, nâng cao quy
mô là xu thế tất yếu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng thịt, trứng, sữa cung
cấp cho nhân dân và cho xuất khẩu.

Hình 1.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp
Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm và sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta
năm 2009

TT

Loại gia
súc

1

Trâu

2

Bò

3

Lợn

4

Ngựa

5

Dê, cừu

6

Gia cầm

Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010.

11


1.2 Chất thải chăn nuôi
Chăn nuôi được xác định là một trong những ngành sản xuất tạo ra một lượng
chất thải nhiều nhất ra môi trường. Chất thải chăn nuôi là một tập hợp phong phú
bao gồm các chất ở tất cả các dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh trong quá trình chăn
nuôi, lưu trữ, chế biến hay sử dụng chất thải. Các chất thải chăn nuôi được phát
sinh chủ yếu từ:
-

Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm như phân, nước tiểu, lông, vảy da

và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm...
-

Nước thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và thiết bị

chăn nuôi, nước làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi…
- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong quá trình chăn
nuôi.
- Bệnh phẩm thú y, xác gia súc, gia cầm chết.
- Bùn lắng từ các mương dẫn, hố chứa hay lưu trữ và chế biến hay xử lý chất
thải.
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa
chuồng, phân. Nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng
phân được gia súc, gia cầm thải ra. Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn
nhất trong chăn nuôi. Theo khảo sát của Trương Thanh Cảnh và các ctv trên gần

1.000 trại chăn nuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số tỉnh phía Nam cho thấy hầu
hết các cơ sở chăn nuôi đều sử dụng một khối lượng lớn nước cho gia súc. Cứ
1 kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha thêm với từ 20 đến 49 kg nước.
Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dùng để
rửa chuồng nuôi hành ngày… Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng
làm tăng lượng nước thải đáng kể, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lý nước
thải sau này [4].

12


Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng
Thành phần của nước thải rất phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng
lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó nhiều nhất là các hợp chất
chứa nitơ và photpho. Nước thải chăn nuôi còn chứa rất nhiều vi sinh vật, ký sinh
trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác. Do ở dạng lỏng và
giàu chất hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh vật rất cao. Chúng có thể tạo ra
các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường đất, nước và không khí.

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần của
phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom
(số lần thu gom, vệ sinh chuồng trại), lượng nước dùng tắm gia súc và vệ sinh
chuồng trại…
Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu của nước thải chăn nuôi lợn
Chỉ tiêu
Độ màu
Độ đục
BOD5
COD
SS

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010)

13


1.3 Khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng của chất thải chăn nuôi
Ô
nhiễm chất thải chăn nuôi ngoài những ảnh hưởng cục bộ như mùi hôi,
ruồi, muỗi còn có ảnh hưởng tới môi trường đất, nước, không khí và gây ảnh hưởng
xấu đến sức khỏe của người dân.
+) Ô nhiễm không khí: do bụi và mùi hôi.
Mùi hôi do quá trình phân huỷ kị khí chất thải chăn nuôi tạo ra khí N-NH 3+,
H2S. Trong 3 – 5 ngày đầu, do vi sinh vật chưa kịp phân huỷ các chất thải nên mùi
hôi ít sinh ra, nhưng sau một thời gian sẽ xuất hiện mùi hôi rất khó chịu. Khí H 2S có
mùi trứng thối đặc trưng, gây buồn nôn, choáng, nhức đầu. Khí N-NH 3+ kích thích
mắt và đường hô hấp trên, gây ngạt ở nồng độ cao [7].
+) Ô nhiễm đất:
Chất thải chăn nuôi có thể dùng làm phân bón để tăng độ màu mỡ của đất, tăng
năng suất cây trồng. Tuy nhiên, khi đưa vào đất với nồng độ quá nhiều, cây không hấp
thu hết sẽ tích tụ gây ngộ độc cây, ô nhiễm đất, ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.

+) Ô nhiễm nước:
Chất thải gia súc có thể gây nên hiện tượng phú dưỡng đối với nước mặt, ô
nhiễm kim loại nặng và các loại kí sinh trùng, vi trùng gây bệnh.
Hiện tượng phú dưỡng là sự phát triển quá mức của tảo do dư thừa lượng
nitơ, photpho. Hiện tượng phú dưỡng sẽ làm cho DO, pH của nước biến động mạnh
theo các thời điểm trong ngày là tác nhân khó khăn thậm chí là môi trường không
thể sống đối với thuỷ động vật. Trước lúc bình minh, lượng oxi trong nước thải giàu
dinh dưỡng hầu như cạn kiệt và pH có thể thấp hơn 5,5. Thời điểm cuối buổi chiều,
pH của một số ao hồ giàu dinh dưỡng có thể đạt giá trị trên 10, nồng độ oxi hoà tan

trong nước thường ở mức siêu bão hoà, có thể lên tới 20 mg/l. Sau khi tảo chết lắng
xuống lớp bùn đáy và tiếp tục bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí. Trong điều kiện
phú dưỡng tỷ lệ thành phần tảo thường thay đổi theo chiều hướng bất lợi hình thành
nhiều loại tảo độc [5].
Tại Việt Nam, hiện trạng ô nhiễm do chăn nuôi gây ra đang ngày một ở mức
báo động. Xã Trực Thái (Nam Định) có 91,13% hộ nuôi. Kết quả mà cơ quan chức
năng thu được là mức khí độc NH 3, H2S cao hơn mức cho phép 4,7 lần. Ô nhiễm do
chăn nuôi và đặc biệt là chăn nuôi lợn thì không chỉ làm ô nhiễm không khí mà còn

14


ảnh hưởng nặng nề tới nguồn nước và tài nguyên đất [5].
Đồng Nai là địa phương đứng đầu cả nước về phát triển chăn nuôi, với khoảng
1,2 triệu con lợn nhưng nguồn nước mặt tại các vùng chăn nuôi (nhất là nuôi lợn) đã
bị ô nhiễm nặng. Nhiều hộ chăn nuôi còn cho nguồn nước thải chăn nuôi tràn ra khu
vực quanh chuồng trại và cho thấm tự nhiên, gây nên tình trạng ô nhiễm nặng bầu
không khí và mặt đất [5].
1.4 Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác
nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất
tan trong nước. Trong nuớc thải cũng có một lượng lớn các vi sinh vật gây bệnh và
các mầm bệnh gây ra các bệnh về đường ruột ở người. Nước thải còn có các chất
dinh dưỡng kích thích sự sinh trưởng của thực vật thủy sinh và các chất độc. Nước
thải nếu không qua xử lý sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành
một lượng lớn các chất khí có mùi hôi. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó,
làm sạch lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng. Để
đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp
chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Thông thường có các phương pháp
xử lý nước thải như sau:

 Xử lý bằng phương pháp Cơ học
 Xử lý bằng phương pháp Hóa và Hóa lý
 Xử lý bằng phương pháp Sinh học
Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi
trường sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện
phát triển bền vững lâu dài cho loài người. Do tính linh hoạt và lan truyền thấp, các
chất gây ô nhiễm ở dạng rắn khó phát huy độc tính ô nhiễm trên diện rộng. Ngược
lại các chất gây ô nhiễm môi trường khí (từ khí thải) thường gây ô nhiễm trên diện
rất rộng, có tính chất toàn cầu. Diện gây ô nhiễm từ các yếu tố nước thải nằm giữa

15


hai cực trên: ảnh hưởng tới chính nơi phát thải và vùng lân cận xung quanh.
Thành phần gây ô nhiễm trong nước thải, xét về khía cạnh tác động gây hại và
giải pháp công nghệ xử lý, có thể chia thành ba nhóm chính: chất hữu cơ có khả
năng phân hủy, thành phần dinh dưỡng và loại hợp chất hóa học cần đặc biệt quan
tâm. Chất hữu cơ có khả năng phân hủy khi thâm nhập vào trong nước sẽ tiếp tục bị
vi
sinh vật sống trong môi trường tự nhiên phân hủy làm mất, suy giảm lượng
oxy
hòa tan trong nước, gây ra mùi hôi, thúc đẩy nhiều loại vi sinh vật gây bệnh phát
triển. Môi trường đó không phù hợp với điều kiện sống của phần lớn các loài thủy
động vật. Thành phần dinh dưỡng (cho thực vật) được quan tâm hơn cả là hợp chất
nitơ và photpho. Sự thâm nhập của các hợp chất này vào khu vực nhận nước gây ra
hiện tượng phú dưỡng (giàu dinh dưỡng), thúc đẩy tảo và các loại thủy thực vật phát
triển mạnh khó kiểm soát về mật độ. Khi thủy thực vật, đặc biệt là tảo phát triển
mạnh thì môi trường nước tại đó có sự dao động rất lớn về pH, oxy hòa tan, thế oxy
hóa khử theo Thời gian lưu tổng ngày/đêm. Trong môi trường đó xuất hiện hiện
tượng bùng nổ tảo (nước nở hoa), khi đó tảo chết hàng loạt trong thời gian ngắn,

chìm xuống đáy, tiếp tục bị phân hủy trong tình trạng yếm khí và chu trình được tái
diễn liên tục. Trong môi trường phú dưỡng, điều kiện sống (pH, oxy tan) biến động
liên tục và mạnh là những tác nhân gây khó khăn, thậm chí là môi trường không thể
sống đối với nhiều loài thuỷ, động vật.
Rất nhiều các giải pháp kỹ thuật được sử dụng để xử lý nước thải đã và đang
được sử dụng trong các điều kiện khác nhau như kỹ thuật huyền phù, cố định vi sinh
trên chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt, tầng cố định, tầng
giãn nở, tầng linh động (lưu thể) hoặc tổ hợp (lai ghép) của các kỹ thuật trên. Mỗi
phương pháp kỹ thuật đều có những ưu, nhược điểm riêng. Xử lý các thành phần
gây ô nhiễm trong nước thải đòi hỏi mức độ phát triển công nghệ khác nhau. Việc
xử lý mức độ khó và chi phí tốn kém đối với việc xử lý các chất thải chứa thành
phần chứa chất dinh dưỡng hay các hợp chất hoá học đặc biệt nêu trên [12]. Công
nghệ xử lý nước thải luôn được phát triển và hoàn thiện trên cơ sở những thành tựu
mới về khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng và vận hành hệ

16


thống xử lý nước thải cũng như nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý. Một số
công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi hiện nay:
a)

Bể phản ứng Aerotank (bể bùn hoạt tính hiếu khí)

Quá trình chuyển hóa vật chất trong bể dựa trên hoạt động sống của các vi
sinh vật hiếu khí. Các vi sinh vật trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyền phù, các
huyền phù vi sinh vật có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các
dung dịch trong bể là điều cần thiết, có thể cung cấp khí cho bể aerotank bằng nhiều
cách: thổi khí, nén khí, làm thoáng cơ học, thổi-nén khí với hệ thống cơ học.
Có nhiều loại bể aerotank khác nhau tùy theo yêu cầu xử lý, tính kinh tế, diện

tích đất sử dụng mà chọn loại bể nào cho phù hợp: bể aerotank truyền thống, bể
aerotank với sơ đồ nạp nước thải theo bậc, bể aerotank tải trọng cao, bể aerotank có
ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định, bể aerotank làm thoáng kéo dài, bể
aerotank khấy trộn hoàn chỉnh,…
Ưu điểm của bể Aerotank: đạt được mức độ xử lý cao, ít tạo mùi hôi, có
tính ổn định cao trong quá trình xử lý.
b)

Nhược điểm: tốn nhiều diện tích và năng lượng.

Bể lọc kị khí

Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá thể của vi
sinh vật dính bám nhờ đó vi sinh vật sẽ không bị rửa trôi theo dòng chảy.
Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm
nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc được xác định dựa
vào công suất của công trình, hiệu quả xử lý chất hữu cơ (COD), tổn thất áp lực
nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ.
Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên.
Ưu điểm: có khả năng khử được 70 ÷ 90 % BOD, thời gian lọc ngắn, vận
hành đơn giản, ít tốn năng lượng.
Nhược điểm: Thường hay bị tắc nghẽn, hàm lượng căn lơ lửng ra khỏi bể
lớn. Chưa xử lý được N, P.

17


c)

Công nghệ chảy ngược qua lớp bùn yếm khí UASB

Ưu điểm : Xử lý được tải lượng ô nhiễm cao, không cần vật liệu mang. Dễ
vận hành, ít tốn diện tích. Thu được khí metan..
-

Nhược điểm :

Nhược điểm lớn nhất của hệ là thời gian khởi động (tạo hạt bùn vi sinh) rất
lâu (tới 6 tháng) [4].
Khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn
Các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi
trường đặc biệt là khi chịu tác động cơ học
Hỗn hợp vi sinh vật yếm khí tham gia phân hủy chất hữu cơ trong bể thường
tồn tại lẫn trong pha khí, pha lỏng và pha rắn.
Chưa xử lý được N, P.
d) Bể khí sinh học (Biogas)
Đây là loại bể thích hợp và đang được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải
chăn nuôi lợn ở các vùng nông thôn ở Việt Nam và trên thế giới.
-

Ưu điểm:

Kích thước bể có thể thay đổi, sinh ra khí metan, sử dụng các chất thải và
phụ phẩm trong nông nghiệp.
Tạo ra lượng phân bón phục vụ cho nông nghiệp.
-

Nhược điểm:

Tuổi thọ bể ngắn, hiệu quả xử lý chất hữu cơ (COD) thấp, dễ cháy nổ.

Không xử lý được các thành phần P.
e) Kỹ thuật SBR
SBR (sequencing batch reactor): Kĩ thuật phản ứng theo mẻ luân phiên là
dạng công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính với ý nghĩa là
cùng sử dụng vi sinh để xử lý chất ô nhiễm trong nước thải, nhưng khác bùn hoạt
tính ở điểm hai giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể phản ứng
(không có bể lắng riêng).

18


Tương tự hệ bùn hoạt tính nâng cao, hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý
nước thải sinh hoạt có chứa các chất hữu cơ và nitơ cao. Hệ thống hoạt động theo
chu kì, mỗi chu kì gồm các công đoạn nối tiếp nhau: bơm nước thải đầu vào - phản
ứng - lắng – hút/xả nước thải ra; trong đó công đoạn phản ứng bao gồm khử nitơrat
và nitơrit (nếu có) trong điều kiện thiếu khí (DO ~ 0, nếu có yêu cầu khử N) và ôxy
hoá COD và N-amoni (nitrat, nitrit hoá) trong điều kiện hiếu khí (DO ~ 2mg/l), quá
trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, mật độ vi sinh và đặc điểm các chất bẩn
có trong nước thải đầu vào. Về nguyên tắc, quá trình vi sinh là quá trình hai mặt nên
một mặt sẽ là các quá trình chuyển hoá (xử lý các chất bẩn), mặt khác sẽ là tổng hợp
sinh khối vi sinh [7].
Các giai đoạn trong một Thời gian lưu tổng xử lý của hệ thống SBR bao gồm:
1.

Giai đoạn làm đầy:

Nước thải được đưa vào hệ thống SBR với lượng nước đã định trước. Việc
đưa nước thải vào bể có thể được thực hiện ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, vừa làm đầy
vừa khuấy trộn (khi cần khử nitrat), làm đầy kèm sục khí (khi cần kéo dài thời gian
các phản ứng ôxy hoá hữu cơ, nitrat hóa amoni). Nước thải được cấp vào và trộn lẫn

với bùn để lại từ mẻ trước [4].

Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy)
2.

Giai đoạn phản ứng

Nước nạp và sau khi khuấy trộn (khử nitrat/nitrit), sẽ được sục khí nhằm thực
hiện quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ, giảm thiểu nồng độ chất hữu cơ, đồng
thời oxi hóa NH4+ thành NO2- và NO3- phục vụ cho quá trình khử nitrat diễn ra
trong giai đoạn nạp và khuấy trước đó [4].

19


Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, có thể khuấy)
3.

Giai đoạn lắng:

Nước sau giai đoạn sục khí được để lắng trong thời gian khoảng 1 giờ. Trong
giai đoạn này, quá trình oxi hóa vẫn được diễn ra nhưng với tốc độ chậm, chủ yếu
xảy ra quá trình lắng và cuối quá trình này nước thải và bùn sẽ được tách làm 2 pha:
nước trong ở phía trên được gạn xả ra ngoài. Lớp bùn và nước lắng ở phía dưới là
nguồn cung cấp NO3- để thực hiện quá trình khử nitrat ở giai đoạn cấp mẫu tiếp
theo [4].

Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt)
4.

Giai đoạn xả nước ra
Nước đã lắng trong (nước thải đã xử lý) sẽ được qua hệ thống thu nước xả ra

khỏi bể SBR; đồng thời trong quá trình này lượng bùn dư cũng có thể được xả ra ngoài.

20


Nước sau xử lý thường được xả qua hệ khử trùng (nếu thải ra môi trường), hoặc bỏ
qua khử trùng đi xử lý tiếp bằng hệ thủy thực vật nhằm ổn định trước khi xả [4].

Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, có thể xả bùn)
Ƣu điểm kỹ thuật SBR:
-

Khi thiết kế hệ thống SBR không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng, vì

các quá trình đã được rút gọn trong một bể.
-

Thiết kế đơn giản, giảm diện tích và chi phí.

-

Vận hành đơn giản.

Nhƣợc điểm:
-

Không áp dụng được trong trường hợp chạy cao tải.

-

Bùn sinh ra tương đối nhiều.

-

Không xử lý được hàm lượng P.

-

Hiệu suất khử nitrat, nitrit thấp.

Các thông số cần xác định khi áp dụng kỹ thuật SBR:
-

Dung tích hữu ích của bể

-

Lượng bùn tích lũy trong bể.

21