(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu áp dụng và mô hình hóa công nghệ UASB cải tiến trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Trường Qn

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG VÀ MƠ HÌNH HĨA
CƠNG NGHỆ UASB CẢI TIẾN TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

Nguyễn Trường Qn

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG VÀ MƠ HÌNH HĨA
CƠNG NGHỆ UASB CẢI TIẾN TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHĂN NI LỢN
Chun ngành: Khoa học mơi trường
Mã số: 9440301.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Lê Văn Chiều
PGS.TS. Cao Thế Hà

Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận án “Nghiên cứu áp dụng và mơ hình hóa
cơng nghệ UASB cải tiến trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn” là do tôi thực
hiện với sự hướng dẫn khoa học của các thầy PGS.TS. Lê Văn Chiều và
PGS.TS. Cao Thế Hà.
Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực, chính
xác từ đề tài nghiên cứu của tơi.
Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn về những nội dung mà tơi trình bày
trong luận án này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Trường Quân

i


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Văn Chiều và
PGS.TS. Cao Thế Hà - những người Thầy đã định hướng nghiên cứu và tận
tình hướng dẫn cho tơi trong suốt q trình thực hiện luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô Khoa Môi trường - Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt và bổ sung
những kiến thức quý báu để tơi thực hiện tốt hướng nghiên cứu của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, anh chị em đồng nghiệp ở các
đơn vị: (i) Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững
- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; (ii) Khoa Môi trường - Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên và (iii) Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong
suốt q trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ
tiên tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm môi trường kết hợp
với tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn - Mã số: KC.08.04/1115” và Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật mơ hình hóa trong cơng nghệ xử
lý yếm khí nước thải giàu hữu cơ vào thực tiễn Việt Nam - Mã số NĐT

31.JPA/17” đã hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè của tơi
- những người ln ln ủng hộ nhiệt tình, chia sẻ và động viên trong những
lúc tơi gặp khó khăn cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn
thành luận án.
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Trường Quân

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 4

DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 7
MỞ ĐẦU…. ...................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................... 15
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN ........................ 15
1.1.1. Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi lợn ..................................... 15
1.1.2. Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn.......................................... 16
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI LỢN BẰNG KĨ THUẬT XỬ LÝ SINH HỌC YẾM KHÍ ...... 20
1.2.1. Q trình phân hủy yếm khí.......................................................... 20
1.2.2. Q trình phát triển của các kĩ thuật yếm khí ............................... 23
1.2.2.1. Q trình phát triển kĩ thuật yếm khí trên thế giới .................. 23
1.2.2.2. Q trình phát triển kĩ thuật yếm khí ở Việt Nam ................... 27
1.2.3. Giới thiệu kĩ thuật UASB.............................................................. 28
1.2.4. Giới thiệu kĩ thuật tuần hồn nội .................................................. 30
1.2.5. Giới thiệu cơng nghệ màng sinh học ............................................ 34
1.2.5.1. Khái niệm màng sinh học ........................................................ 34
1.2.5.2. Giới thiệu một số loại vật liệu mang vi sinh ............................ 35
1.2.5.3. Ứng dụng công nghệ màng sinh học ....................................... 37
1.2.6. Một số công nghệ khác xử lý nước thải chăn ni lợn ................. 38
1.3. MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ .................... 40
1.3.1. Khái niệm mơ hình hố ................................................................. 40
1.3.2. Các bước thiết lập mơ hình mơ phỏng .......................................... 41
1.3.3. Một số mơ hình q trình xử lý sinh học ...................................... 42

1


1.3.4. Một số nghiên cứu ứng dụng mơ hình và mô phỏng trong nghiên
cứu xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học .......................... 46

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 50
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................ 50
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 51
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu ....................................................... 51
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm ............................................................ 52
2.2.2.1. Sơ đồ thiết kế và cấu tạo các hệ thống thí nghiệm .................. 52
2.2.2.2. Nguyên tắc hoạt động và quy trình thí nghiệm ....................... 57
2.2.2.3. Vật liệu mang được sử dụng trong nghiên cứu ....................... 58
2.2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ....................................... 58
2.2.3.1. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa .................................. 58
2.2.3.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu .................................. 59
2.2.3.3. Các phương pháp phân tích ..................................................... 59
2.2.3.3. Hóa chất và thiết bị .................................................................. 61
2.2.4. Phương pháp phân tích, xử lý và đánh giá số liệu ........................ 61
2.2.4.1. Xác định mật độ bùn vi sinh khi sử dụng vật liệu mang ......... 61
2.2.4.2. Xác định các thông số động học .............................................. 62
2.2.4.3. Xử lý và đánh giá số liệu ......................................................... 62
2.2.5. Phương pháp mô phỏng ................................................................ 64
2.2.5.1. Phần mềm mô phỏng ............................................................... 64
2.2.5.2. Các bước mô phỏng ................................................................. 64
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 66
3.1. ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NI LỢN VÀ BÙN SINH
HỌC YẾM KHÍ .................................................................................. 66
3.2. KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN
CỦA KĨ THUẬT UASB CƠ BẢN..................................................... 68
3.3. KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA HỆ UASB CẢI TIẾN .......... 69
3.3.1. Khảo sát hiệu quả xử lý của hệ yếm khí tuần hồn nội (IC) và hệ
yếm khí tuần hồn nội cải tiến (MIC) ........................................... 69
3.3.1.1. Diễn biến và hiệu quả xử lý COD tổng ................................... 69
2

3.3.1.2. Diễn biến và hiệu quả xử lý CODht ........................................ 76
3.3.1.3. Diễn biến và hiệu quả xử lý TSS ............................................. 81
3.3.2. Khảo sát hiệu quả xử lý của các hệ UASB cải tiến khi sử dụng
vật liệu mang vi sinh ..................................................................... 83
3.3.2.1. Sử dụng vật liệu mang PU-K30 ............................................... 83
3.3.2.2. Sử dụng vật liệu mang PE-ĐTS15........................................... 87
3.3.2.3. Tổng hợp và đánh giá kết quả khảo sát ................................... 91
3.4. MƠ HÌNH HĨA CÁC Q TRÌNH PHÂN HỦY YẾM KHÍ........... 95
3.4.1. Đặc tính nước thải đầu vào, đầu ra hệ thí nghiệm ........................ 95
3.4.1.1. Thành phần hữu cơ trong nước thải đầu vào ........................... 95
3.4.1.2. Thành phần hữu cơ trong nước thải đầu ra .............................. 97
3.4.2. Thông số động học của các q trình phân hủy yếm khí .............. 99
3.4.2.1. Các thơng số động học y, f và f’ .............................................. 99
3.4.2.2. Các thông số động học k, k′, m, K và b ................................. 100
3.4.3. Kết quả mô phỏng ....................................................................... 102
3.4.3.1. Số liệu mô phỏng ................................................................... 102
3.4.3.2. Mô phỏng kết quả thực nghiệm ............................................. 104
KẾT LUẬN .................................................................................................. 118
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ................................................. 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 121
PHỤ LỤC

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Thuật ngữ viết tắt
Phân hủy yếm khí

AD

Anaerobic Digestion

ADM1

Anaerobic Digestion Model Mơ hình phân hủy yếm khí số 1
No.1

AnFBBR

Anaerobic Fixed Bed
Biofilm Reactor

Bể phản ứng yếm khí màng vi
sinh cố định

AnMBBR

Anaerobic Moving Bed
Biofilm Reactor

Bể phản ứng yếm khí màng vi
sinh chuyển động

ASM

Activated Sludge Model

Mơ hình bùn hoạt tính
Hệ số tốc độ phân hủy vi sinh

b
BOD

Nhu cầu ơxy sinh hóa

Biochemical Oxygen
Demand

Bộ
NN&PTNT

Bộ Nơng nghiệp và Phát triển
nông thôn

Bộ
TN&MT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu ơxy hóa học

CODt

COD tổng

CODht

COD hịa tan

EGSB

Expanded Granular Sludge
Bed

Đệm vi sinh dạng hạt trương nở

f

Tỉ lệ từng thành phần cơ chất có
trong hợp chất hữu cơ tổng

f’

Tỉ lệ sinh ra sản phẩm từ chất
hữu cơ thành phần trong quá
trình chuyển hóa

GPS-X

Water & Wastewater
Modelling and Simulation
Software

Hiệu suất xử lý

HSXL
IC

Phần mềm mơ hình và mơ phỏng
đối với nước và nước thải

Kĩ thuật phản ứng tuần hoàn nội

Internal Circulation

4


K

Hằng số bán bão hòa

k

Hệ số tốc độ thủy phân

k′

Hệ số tốc độ phân rã

m

Hằng số tốc độ phát triển sinh
khối riêng cực đại

MIC

Modified Internal
Circulation

Kĩ thuật phản ứng tuần hoàn nội
cải tiến

MPN

Most Probable Number

Số lượng vi sinh có thể xảy ra
nhất
Năng suất xử lý

NSXL
OLR

Organic Loading Rate

Tải lượng hữu cơ

PE

Polyethylene

Polyetylen
Phịng thí nghiệm

PTN
PU

Polyurethane

Polyuretan

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TL

Tải lượng

TN

Total Nitrogen

Tổng nitơ

TP

Total Phosphorus

Tổng phốt pho

TSS

Total Suspended Solids

Tổng cặn lơ lửng

UASB

Upflow Anaerobic Sludge
Blanket

Hệ ngược dịng qua lớp đệm vi
sinh yếm khí

VFAs

Volatile Fatty Acids

Các axit béo dễ bay hơi

VSV
y

Vi sinh vật
Hệ số năng suất chuyển hóa của
sinh khối từ cơ chất

Yield

Yếm khí

YK

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số lượng vật nuôi trong giai đoạn 2014 - 2018 .............................. 15
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của phân lợn có trọng lượng từ 70 - 100 kg.. 19
Bảng 1.3. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có trọng lượng 70 - 100 kg ..... 19
Bảng 1.4. Đặc trưng một số vật liệu mang vi sinh trong kĩ thuật yếm khí ..... 36
Bảng 1.5. Các phương trình động học của quá trình phân hủy yếm khí ........ 45
Bảng 3.1. Đặc tính nước thải chăn ni lợn.................................................... 66
Bảng 3.2. Đặc tính bùn sinh học yếm khí ....................................................... 67
Bảng 3.3. Tổng hợp hiệu quả xử lý CODt của hệ IC ...................................... 71
Bảng 3.4. Tổng hợp hiệu quả xử lý CODt của hệ MIC .................................. 72
Bảng 3.5. Tổng hợp hiệu quả xử lý CODht của hệ IC .................................... 78
Bảng 3.6. Tổng hợp hiệu quả xử lý CODht của hệ MIC ................................ 78
Bảng 3.7. Đánh giá hiệu quả xử lý COD tổng của hệ UASB, AnFBBR và
AnMBBR ..................................................................................... 92
Bảng 3.8. Thành phần hữu cơ chính có trong nước thải đầu vào ................... 96
Bảng 3.9. Thành phần hữu cơ chính có trong nước thải đầu ra ...................... 98
Bảng 3.10. Giá trị của thông số động học f .................................................... 99

Bảng 3.11. Giá trị các thông số động học k, k′, m và K ............................... 101
Bảng 3.12. Các giá trị kết quả mơ phỏng các thành phần hữu cơ chính tính
theo COD tổng ........................................................................... 103

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ chuyển hóa chủ yếu trong hệ xử lý vi sinh yếm khí ............. 21
Hình 1.2. Sơ đồ hệ xử lý tuần hồn nội bộ ..................................................... 31
Hình 1.3. Một số loại vật liệu mang phổ biến ................................................. 37
Hình 2.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận án .......................................... 50
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm UASB...................................... 52
Hình 2.3. Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm IC ............................................ 53
Hình 2.4. Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm MIC ......................................... 54
Hình 2.5. Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm AnFBBR ................................. 55
Hình 2.6. Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm AnMBBR ................................ 56
Hình 2.7. Hình ảnh vật liệu mang vi sinh PU-K30 và PE-ĐTS15 ................. 58
Hình 2.8. Hình ảnh giao diện phần mềm GPS-X ............................................ 64
Hình 2.9. Lựa chọn sơ đồ mơ phỏng hệ thí nghiệm........................................ 65
Hình 3.1. Diễn biến COD đầu vào, đầu ra và HSXL CODt ........................... 68
Hình 3.2. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL CODt của hệ IC.......... 70
Hình 3.3. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL CODt của hệ MIC ...... 70
Hình 3.4. Mối quan hệ giữa TL với NSXL và HSXL CODt của hệ IC ......... 74
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa TL với NSXL và HSXL CODt của hệ MIC ...... 74
Hình 3.6. Diễn biến CODht đầu vào, đầu ra và HSXL CODht của hệ IC ...... 76
Hình 3.7. Diễn biến CODht đầu vào, đầu ra và HSXL CODht của hệ MIC .. 77
Hình 3.8. Mối quan hệ giữa TL với NSXL và HSXL CODht của hệ IC ....... 80
Hình 3.9. Mối quan hệ giữa TL với NSXL và HSXL CODht của hệ MIC .... 80
Hình 3.10. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ IC ............. 81

Hình 3.11. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ MIC ......... 82
Hình 3.12. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL COD của hệ AnFBBR
sử dụng vật liệu mang PU-K30..................................................... 84
Hình 3.13. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL COD của hệ AnMBBR
sử dụng vật liệu mang PU-K30..................................................... 84
Hình 3.14. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ AnFBBR sử
dụng vật liệu mang PU-K30 ......................................................... 86

7


Hình 3.15. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ AnMBBR
sử dụng vật liệu mang PU-K30..................................................... 86
Hình 3.16. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL COD của hệ AnFBBR
sử dụng vật liệu mang PE-ĐTS15 ................................................ 88
Hình 3.17. Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL COD của hệ AnMBBR
sử dụng vật liệu mang PE-ĐTS15 ................................................ 88
Hình 3.18. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ AnFBBR
sử dụng vật liệu mang PE-ĐTS15 ................................................ 90
Hình 3.19. Diễn biến TSS đầu vào, đầu ra và HSXL TSS của hệ AnMBBR
sử dụng vật liệu mang PE-ĐTS15 ................................................ 90
Hình 3.20. Kết quả mơ phỏng COD tổng theo giá trị xác định .................... 104
Hình 3.21. Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng COD tổng ............................ 105
Hình 3.22. Kết quả mơ phỏng cacbonhydrat ................................................ 106
Hình 3.23. Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng cacbonhydrat ....................... 106
Hình 3.24. Kết quả mơ phỏng Protein .......................................................... 107
Hình 3.25. Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng Protein ................................. 107
Hình 3.26. Kết quả mơ phỏng Lipit .............................................................. 108
Hình 3.27. Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng Lipit ..................................... 109
Hình 3.28. Kết quả mơ phỏng axit Butyric ................................................... 109

Hình 3.29. Đồ thị đánh giá kết quả mơ phỏng axit Butyric .......................... 110
Hình 3.30. Kết quả mơ phỏng axit Propionic ............................................... 111
Hình 3.31. Đồ thị đánh giá kết quả mơ phỏng axit Propionc ....................... 111
Hình 3.32. Kết quả mơ phỏng axit Axetic .................................................... 112
Hình 3.33. Đồ thị đánh giá kết quả mơ phỏng axit Axetic ........................... 112
Hình 3.34. Kết quả mơ phỏng TSS ............................................................... 114
Hình 3.35. Đồ thị đánh giá kết quả mơ phỏng TSS ...................................... 114
Hình 3.36. Kết quả mơ phỏng lưu lượng khí mêtan sinh ra ......................... 115
Hình 3.37. Đồ thị đánh giá kết quả mơ phỏng khí mêtan ............................. 116

8


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Ơ nhiễm mơi trường đang là vấn đề rất quan trọng trên toàn thế giới,
đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Trong số các ngành sản xuất, chế biến và
lắp ráp thì ngành chăn ni đóng góp một lượng nước thải và mức độ ô nhiễm
vào môi trường rất lớn. Theo số liệu của Tổng cục Thống kê [15], năm 2018 cả
nước ta có khoảng 28,2 triệu con lợn, trung bình cứ một đầu lợn thải ra 25 lít
nước thải/ngày, tương đương khoảng 257,3 triệu m3 nước thải/năm, đây là một
khối lượng nước thải rất lớn nếu như không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi
trường và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người. Các cơ sở chăn nuôi
quy mô trang trại hoặc nhỏ lẻ của nhiều địa phương chưa được quy hoạch đầy
đủ, vẫn mang tính tự phát và chủ yếu là áp dụng công nghệ hầm biogas. Theo
thống kê của Viện Khoa học Môi trường (2015), khoảng 67% trang trại chăn
ni tập trung quy mơ lớn có hệ thống xử lý nước thải với các loại công nghệ
khác nhau, nhưng nhiều hệ thống có hiệu quả xử lý không cao và chưa đạt các
tiêu chuẩn, quy chuẩn xả thải ra môi trường [22].
Nước thải chăn nuôi thuộc loại nước thải giàu hữu cơ, cặn, nitơ, phốt

pho và vi sinh vật, các giá trị COD, TN, TP, SS và coliform trong nước thải
chăn nuôi lợn rất cao, vượt rất nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải [19, 21]. Do
đó, việc áp dụng cơng nghệ xử lý phù hợp và hiệu quả đối với nước thải chăn
nuôi lợn là rất quan trọng và đang là một nhu cầu bức thiết hiện nay. Có nhiều
phương pháp để xử lý loại nước thải này, trong đó phổ biến nhất là xử lý sinh
học yếm khí. Vấn đề đặt ra là làm sao có thể áp dụng một cách hiệu quả, kiểm
soát được các kĩ thuật xử lý cao tải này; các yếu tố như cấu hình hệ thống, mật
độ bùn, chế độ vận hành ảnh hưởng đến năng lực và hiệu quả xử lý.
Hiện nay, trên thế giới kĩ thuật UASB được áp dụng rộng rãi nhưng nó
gặp khó khăn trong việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn do thành phần nước thải

9


chứa nhiều cặn, hệ UASB vận hành tối ưu với dạng bùn hạt - là loại bùn khó
ni và tốn nhiều thời gian khởi động, đòi hỏi điều kiện vận hành phải chặt chẽ.
Hệ UASB cần phải cải tiến và khắc phục các nhược điểm này nhằm phù hợp
với đối tượng nước thải ô nhiễm hữu cơ cao. Kĩ thuật xử lý yếm khí tuần hồn
nội (IC) - thực chất là hệ UASB cải tiến có những ưu điểm như: hệ thống có
khả năng tự khuấy trộn cao nên tiêu tốn ít năng lượng, năng suất xử lý cao phù
hợp với nước thải có hàm lượng hữu cơ cao và tải lượng lớn. Mặt khác, hệ IC
sinh ra ít bùn - giảm chi phí xử lý bùn và có thể thu hồi năng lượng. Tuy nhiên,
kĩ thuật IC gặp phải một số hạn chế về mặt chế tạo yêu cầu cột phản ứng có
chiều cao lớn (từ 3 đến 20 mét) và khó khăn cho việc vận hành và bảo trì, hơn
nữa hệ này cũng chỉ hoạt động hiệu quả với vi sinh dạng hạt. Do đó, hệ IC cũng
cần phải được cải tiến về mặt kĩ thuật cho phù hợp - tức là cải tiến hệ thống
nhằm giảm chiều cao để khắc phục các hạn chế nêu trên. Việc đánh giá khả
năng xử lý thành phần hữu cơ và các yếu tố ảnh hưởng trên hệ thống cải tiến
so với hệ nguyên mẫu cần phải được đặt ra.
Bên cạnh đó, kĩ thuật UASB cũng như kĩ thuật IC khi vận hành ở mật

độ bùn vi sinh lơ lửng quá cao (trên 10 g/l) bộc lộ hạn chế là bùn yếm khí dễ bị
rửa trơi ra ngồi cùng với nước thải ở cuối cột dẫn đến giảm hiệu quả xử lý và
nước thải đầu ra chứa nhiều vi sinh và cặn bùn. Một trong các giải pháp nâng
mật độ bùn hiệu quả là sử dụng vật liệu mang vi sinh, đồng thời đánh giá được
năng lực xử lý hữu cơ ở chế độ màng vi sinh cố định (AnFBBR) và chuyển
động (AnMBBR) được quan tâm trong luận án này.
Việc bước đầu áp dụng mơ hình hóa và mơ phỏng một số q trình xử
lý yếm khí đối với các thành phần hữu cơ nhằm đưa ra được một mơ hình q
trình phù hợp giữa kết quả tính tốn và thực nghiệm cũng được đặt ra đối với
loại nước thải chăn ni giàu hữu cơ trên thực tế. Mơ hình thu được sẽ cho phép
tính tốn được kết quả các chỉ tiêu quan tâm đối với thành phần nước thải đầu

10


vào biết trước; làm giảm được một số lượng lớn thực nghiệm, rút ngắn thời
gian, cơng sức, chi phí nghiên cứu và vận hành hệ thống thí nghiệm; cho phép
nhanh chóng đánh giá diễn biến và kiểm sốt q trình, góp phần thiết kế và
kiểm sốt được hệ thống xử lý quy mô nhỏ đến quy mô lớn đối với loại nước
thải chăn nuôi giàu hữu cơ đã được nghiên cứu.
Với những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu áp dụng và mơ hình hóa
cơng nghệ UASB cải tiến trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn” được lựa chọn
nhằm mục đích giải quyết các yêu cầu nêu trên.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
a. Mục đích
- Khắc phục một số hạn chế của 2 kĩ thuật xử lý yếm khí cao tải (UASB
và IC) theo hướng chia nhỏ chiều cao cột phản ứng đối với IC và nâng cao mật
độ vi sinh bằng cách sử dụng vật liệu mang đối với UASB.
- Áp dụng mơ hình ADM1 để mơ phỏng kết quả thực nghiệm của các
q trình xử lý yếm khí bằng kĩ thuật AnMBBR và đưa ra được mơ hình mơ

phỏng phù hợp với mơ hình ADM1 (đi kèm với bộ số liệu các thông số) áp
dụng cho hệ bùn yếm khí lơ lửng với đối tượng nước thải chăn nuôi lợn.
b. Nhiệm vụ nghiên cứu
- So sánh khả năng xử lý chất hữu cơ tính theo COD (gọi tắt là COD),
TSS của hệ thống yếm khí tuần hồn nội cải tiến (MIC) so với hệ yếm khí tuần
hồn nội thông thường (IC) khi thay đổi tải lượng COD đầu vào.
- Khảo sát ảnh hưởng của vật liệu mang vi sinh đến hiệu quả xử lý COD,
TSS trong bể phản ứng yếm khí màng vi sinh cố định (AnFBBR) và chuyển
động (AnMBBR) so với hệ UASB cơ bản.
- Chuẩn hóa mơ hình bằng cách thay đổi các thơng số trong các q
trình sinh học thành phần thuộc mơ hình yếm khí ADM1 nhằm tính tốn các
kết quả thành phần (trên cở sở tài liệu tham khảo và thực nghiệm).

11


- Kiểm chứng kết quả mơ hình mơ phỏng với kết quả thực nghiệm q
trình xử lý yếm khí bằng kĩ thuật AnMBBR và đánh giá sự phù hợp của mơ
hình thu được.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
a. Đối tượng nghiên cứu
- Nước thải chăn nuôi lợn giàu hữu cơ.
- Các kĩ thuật UASB cơ bản, IC, IC cải tiến bằng cách chia nhỏ cột phản
ứng nhằm hạ thấp chiều cao hệ phản ứng (MIC) và hệ UASB sử dụng vật liệu
mang vi sinh ở chế độ cố định (AnFBBR) và chuyển động (AnMBBR).
- Các quá trình sinh học trong Mơ hình phân hủy yếm khí (Anaerobic
Digestion Model No. 1 - ADM1) đã được nhóm nhiệm vụ của Hiệp hội quốc
tế về chất lượng nước IAWQ phát triển. Mơ hình này được tích hợp trong phần
mềm GPS-X phục vụ mơ phỏng các q trình phân hủy yếm khí.
b. Phạm vi nghiên cứu

- Nước thải chăn nuôi lợn được lấy tại hộ gia đình ở xã Đơng Mỹ, Thanh
Trì, Hà Nội và trang trại chăn nuôi lợn ở xã Kim Xá, Vĩnh Tường, Vĩnh Phúc.
- 05 kĩ thuật phản ứng yếm khí cao tải quy mơ PTN bao gồm:
i) UASB - kĩ thuật ngược dòng qua lớp đệm vi sinh yếm khí
ii) IC - kĩ thuật phản ứng tuần hoàn nội
iii) MIC - kĩ thuật IC được cải tiến về mặt kĩ thuật bằng cách chia nhỏ
cột phản ứng nhằm hạ thấp chiều cao hệ phản ứng
iv) AnFBBR - bể phản ứng yếm khí màng vi sinh cố định
v) AnMBBR - bể phản ứng yếm khí màng vi sinh chuyển động
- Sử dụng vật liệu mang polyuretan hình khối xốp (PU-K30) và vật liệu
mang polyetylen hình bánh xe (PE-ĐTS15) đối với hệ AnFBBR và AnMBBR.
- Mơ hình phân hủy yếm khí ADM1 bao gồm 19 q trình và 22 thơng
số (10 thơng số của thành phần hịa tan và 12 thông số của thành phần rắn).

12


4. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
- Cải tiến kĩ thuật yếm khí tuần hồn nội để xử lý nước thải chăn ni
lợn quy mơ phịng thí nghiệm.
- Xác định 5 thành phần cacbonhydrat, protein, lipit, thành phần trơ
không tan và thành phần hữu cơ tan chậm phân hủy sinh học trong chất hữu cơ
thông qua COD tổng, trên cơ sở đó xác định các tỉ lệ thành phần tương ứng
phục vụ mơ hình hóa các q trình phân hủy yếm khí nước thải chăn ni.
- Áp dụng mơ hình phân hủy yếm khí mơ phỏng các q trình xử lý sinh
học trong bể phản ứng yếm khí màng vi sinh chuyển động (AnMBBR) nhằm
đề xuất được mơ hình phân hủy yếm khí dựa trên mơ hình ADM1 phù hợp với
đối tượng nước thải chăn nuôi lợn.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
a. Ý nghĩa khoa học

- Đánh giá được hiệu quả xử lý thành phần COD, TSS đối với nước thải
chăn nuôi của 5 kĩ thuật xử lý yếm khí: UASB, IC, MIC, AnFBBR và
AnMBBR, và sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý vào các thông số vận hành hệ
phản ứng (giá trị COD đầu vào, tải lượng, thời gian lưu,...); đã xác định được
năng lực xử lý thông qua mối quan hệ giữa năng suất xử lý và hiệu suất xử lý
với tải lượng COD đầu vào.
- Xác định được tỉ lệ của 5 thành phần cacbonhydrat, protein, lipit, thành
phần trơ không tan, thành phần hữu cơ tan chậm phân hủy sinh học từ chất hữu
cơ (COD tổng) có trong nước thải đầu vào bằng thực nghiệm làm cơ sở tính
tốn các hệ số chuyển hóa phục vụ mơ hình hóa các q trình phân hủy yếm
khí nước thải chăn ni.
- Xác định được giá trị hệ số tốc độ phân rã (k′) của COD tổng, các giá
trị hệ số tốc độ thủy phân (k) của cacbonhydrat, protein, lipit và các giá trị hằng
số tốc độ phát triển sinh khối riêng cực đại (m) của axit propionic, axit axetic,

13


hiđrơ và hằng số bán bão hịa (K) của axit axetic bằng thuật toán “Vét cạn”
(Brute-Force Algorithm - thuật toán giải bài tốn tối ưu).

- Kiểm chứng kết quả mơ phỏng với kết quả thực nghiệm quá trình xử
lý yếm khí bằng kĩ thuật AnMBBR và đưa ra được mơ hình mơ phỏng và các
thơng số động học phù hợp với đối tượng nước thải chăn nuôi lợn.
b. Ý nghĩa thực tiễn
- Hệ MIC dựa trên cơ sở cải tiến hệ IC bằng cách chia nhỏ cột phản ứng
và được lắp đặt nối tiếp nhau nhằm làm giảm chiều cao, nó có ưu điểm thuận
tiện cho việc chế tạo và vận hành trên thực tế.
- Dựa vào mối quan hệ giữa năng suất xử lý và hiệu suất xử lý với tải
lượng COD đầu vào làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn

nuôi lợn trên thực tế theo các công nghệ cải tiến đã nghiên cứu.
- Hệ UASB sử dụng vật liệu mang để làm tăng mật độ vi sinh trong hệ
thí nghiệm xử lý nước thải bằng vi sinh và có thể làm giảm thời gian khởi động.
- Mơ hình q trình phân hủy yếm khí thu được (gồm các phương trình
động học theo mơ hình phân hủy yếm khí ADM1 và các thơng số động học)
giúp hiểu rõ bản chất, kiểm sốt quá trình, phục vụ hiệu quả cho việc nghiên
cứu, tiết kiệm thời gian, chi phí và có khả năng áp dụng trong thiết kế các hệ
thống xử lý ở quy mô thực tế.

14


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NI LỢN
1.1.1. Giới thiệu chung về ngành chăn ni lợn
Để đáp ứng nhu cầu thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi trên thế
giới đã phát triển rất nhanh và đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Tuy nhiên,
trong những năm gần đây, ngành chăn ni thế giới có nhiều biến động về tốc
độ phát triển, mức độ phân bố và phương thức sản xuất.
Theo báo cáo của Văn phòng Phân tích tồn cầu của Bộ Nơng nghiệp
Mỹ (USDA) về sản xuất và tiêu thụ thịt lợn ở một số quốc gia trên thế giới
những năm gần đây, trong đó Việt Nam ln ln đứng ở vị trí thứ 6 trên thế
giới về số lượng sản xuất khoảng 2,7 triệu tấn, đối với tiêu thụ thịt lợn thì chúng
ta đứng ở vị trí thứ 7 trong năm 2019 với số lượng khoảng 2,4 triệu tấn và dự
báo đến tháng 10 năm 2020 chúng ta sẽ xuống thứ 8 với số lượng tiêu thụ
khoảng 2,3 triệu tấn [70].
Theo báo cáo của Tổng cục Thống kê về số lượng các loại vật ni
trong giai đoạn từ năm 2014 - 2018 được trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Số lượng vật nuôi trong giai đoạn 2014 - 2018
Đơn vị tính: triệu con

Năm

Trâu

Bị

Lợn

2014

2,5

5,2

26,8

327,7

2015

2,5

5,4

27,8

341,9

2016

2,5

5,5

29,1

361,7

2017

2,5

5,7

27,4

385,5

2018

2,4

5,8

28,2

408,9

Gia
cầm

(Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2019)
15


Theo kết quả thống kê (Bảng 1.1), số lượng lợn có sự thay đổi nhẹ trong
khoảng 26,8 đến 28,2 triệu con và được phân bố trên cả nước, trong đó tập
trung chính ở vùng Đồng bằng sơng Hồng và vùng Miền núi và Trung du. Theo
ước tính, tổng đàn lợn cả nước tháng 6/2019 giảm 10,3% và đến tháng 8/2019
giảm khoảng 18,5% so với cùng thời điểm năm 2018 [15].
Phương thức chăn nuôi hiện nay là chăn nuôi theo quy mô trang trại,
nông hộ, chăn nuôi lợn gia công và liên kết chăn nuôi theo chuỗi liên kết giữa
doanh nghiệp và trang trại, hợp tác xã để đảm bảo chia sẻ trách nhiệm, lợi ích
giữa các bên, tránh rủi ro, giúp truy xuất được nguồn gốc sản phẩm và cân đối
cung cầu các sản phẩm chăn nuôi. Về quy mô, chăn nuôi với quy mô nhỏ lẻ tại
các hộ gia đình hiện vẫn chiếm tỷ trọng lớn chiếm 65 - 70% về số lượng và sản
lượng. Nhìn chung, ngành chăn ni Việt Nam trong những năm gần đây duy
trì được sự phát triển ổn định và đã có những bước chuyển dịch từ chăn nuôi
nhỏ lẻ sang chăn nuôi tập trung theo mơ hình trang trại, phù hợp với xu hướng
của thế giới. Theo Quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008
của Thủ tướng Chính phủ về việc phê quyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến
năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang phương thức trang trại công
nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng cho tiêu dùng
và xuất khẩu [13].
1.1.2. Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn
* Nguồn phát sinh và lưu lượng xả thải
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng,
nước tắm vật ni. Trong nước thải chăn ni cịn có thể chứa một phần hay
tồn bộ lượng phân được vật ni thải ra. Theo khảo sát của tổ chức JICA và
Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,

tại 5 trang trại chăn nuôi lợn điển hình cho thấy lượng nước tiêu thụ từ 10-40
lít/đầu lợn/ngày, trong khi đó tại Nhật Bản con số này là 20-30 lít [20].

16


Năm 2018 cả nước ta có khoảng 28,2 triệu con lợn, trung bình cứ một
đầu lợn thải ra 25 lít nước thải trong một ngày, ước tính hàng năm ngành chăn
nuôi lợn thải ra môi trường khoảng 257,3 triệu m3 nước thải, đây là một khối
lượng nước thải rất lớn nếu như không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường
và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
Trong những năm gần đây, cơ cấu ngành chăn nuôi Việt Nam có sự
thay đổi lớn, số lượng các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ giảm xuống, trong khi số lượng
vật nuôi tăng lên. Các cơ sở chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ (nông hộ) hoặc quy mô
trang trại chưa được quy hoạch và mang tính tự phát có hệ thống xử lý chất thải
chưa hiệu quả, khoảng 30% trang trại nuôi lợn đã thực hiện tách riêng việc thu
gom chất thải rắn và lỏng, khoảng 60% trang trại thực hiện xử lý theo dạng hỗn
hợp [17]. Các trang trại chăn nuôi tập trung quy mô lớn (trên 1.000 con lợn),
phần lớn có hệ thống xử lý nước thải (khoảng 67%) với các loại công nghệ khác
nhau, nhưng hiệu quả xử lý chưa đạt chuẩn, trong đó chỉ có khoảng 2,8% có
báo cáo đánh giá tác động mơi trường [22]. Cơng nghệ xử lý chất thải chăn nuôi
lợn quy mô trang trại chủ yếu là cơng nghệ bể biogas. Khí biogas sinh ra được
thu hồi để phục vụ cho mục đích đun nấu, chỉ một vài cơ sở được sử dụng cho
phát điện, tuy nhiên lượng khí dư thừa rất lớn được đốt hoặc xả trực tiếp vào
mơi trường khơng khí.
Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng
và nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao. Một đầu lợn ni kiểu cơng nghiệp
trung bình hàng ngày thải ra lượng phân, nước tiểu khoảng 6 - 8 % khối lượng
của nó. Để sản xuất 1.000 kg thịt lợn thì hàng ngày phát sinh 84 kg nước tiểu,
39 kg phân, 11 kg TS (tổng chất rắn), 3,1 kg BOD5, 0,24 kg N-NH4+ [4].

Do hệ thống xử lý nước thải rất đơn giản như bể biogas, ao hồ nuôi cá,...
hoặc hệ thống xử lý chưa hiệu quả nên đa số nước thải chưa được xử lý đạt
QCVN thải trực tiếp ra môi trường [28].

17


Với hiện trạng đã nêu ở trên, việc xử lý chất thải và nước thải chăn nuôi
lợn cần được quan tâm và đưa ra các giải pháp xử lý triệt để trước khi thải ra
mơi trường.
* Đặc tính của nước thải chăn nuôi lợn
Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng, phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như tuổi vật nuôi, chế độ ăn uống, nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng,
cách xử lý chất thải, .... Đặc tính nước thải chăn ni bị ảnh hưởng nhiều nhất
bởi sự pha loãng, lưu trữ và cách tách loại rắn lỏng.
Trong ba đối tượng vật ni (lợn, bị và gia cầm), chăn ni lợn có mức
độ ơ nhiễm cao nhất [14, 18]. Nước thải chăn ni có khả năng gây ô nhiễm
môi trường cao do trong chúng có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ,
phôtpho, TSS và vi sinh vật gây bệnh [4].
Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi, kết quả
khảo sát của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội (2009) cho thấy, giá trị COD, TN, TP, SS và coliform trong nước
thải chăn nuôi lợn rất cao, với các giá trị tương ứng là 2.500 - 12.120; 185 4.539; 28 - 831; 19 - 5.830 mg/l và 4x104 - 108 MPN/100 ml [21]. Một kết quả
khác về chất lượng nước thải tại trang trại Hịa Bình Xanh (xã Hợp Hịa, huyện
Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình) với khoảng 3.000 con lợn cũng cho thấy các thông
số ô nhiễm như COD, TN, TP và TSS tương ứng lần lượt là 5.630 ± 1.032,
544 ± 57, 60 ± 18 và 4.904 ± 901 mg/l [19]. Các giá trị ô nhiễm này đều cao
hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn Ngành về vệ sinh nước thải chăn nuôi 10 TCN
678:2006 và vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn khắt khe hơn là Quy chuẩn kĩ thuật
Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT: 2016/BTNMT).

Theo Trương Thanh Cảnh [2], thành phần phân và nước tiểu của lợn
trưởng thành (70-100kg) được tổng hợp trong Bảng 1.2 và Bảng 1.3 như sau:

18


Bảng 1.2. Thành phần hóa học của phân lợn có trọng lượng từ 70 - 100 kg
Thông số

Đơn vị

Giá trị

Vật chất khô

g/kg

213 - 342

N-NH4+

g/kg

0,66 - 0,76

TN

g/kg

7,99 - 9,32

Tro

g/kg

32,5 - 93,3

Chất xơ

g/kg

151 - 261

Cacbonat

g/kg

0,23 - 0,41

Các axit mạch ngắn

g/kg

3,83 - 4,47

-

6,5 - 7,0

pH

Bảng 1.3. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có trọng lượng 70 - 100 kg
Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị

-

6,8 - 8,2

Vật chất khô (TS)

g/kg

30,9 - 35,9

N-NH4+

g/kg

0,13 - 0,4

TN

g/kg

4,90 - 6,63

Tro

g/kg

8,5 - 16,3

Ure

g/kg

123 - 196

Cacbonat

g/kg

0,11 - 0,19

pH

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 1997)
Trong phân lợn (Bảng 1.2), vật chất khô chiếm 213 - 342 g/kg, tiếp đến
là chất xơ khoảng 151 - 261 g/kg. Trong tất cả các chất có trong nước (Bảng
1.3), u rê là chất chiếm tỷ lệ cao (khoảng 12 - 20%) và dễ bị VSV chuyển hóa
trong điều kiện có ơxy tạo thành khí amoniac gây mùi khó chịu. Thành phần
nước tiểu thay đổi tùy thuộc tuổi vật nuôi, chế độ dinh dưỡng.
* Ảnh hưởng đến môi trường
Để đáp ứng nhu cầu thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi trên thế
giới đã phát triển rất nhanh và đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Tuy nhiên,
19

bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một số lượng lớn sản phẩm, ngành chăn
nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về môi trường như ô nhiễm
mơi trường nước, mơi trường khơng khí và đóng góp vào hiệu ứng ấm lên của
toàn cầu (global warming) do thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính.
Theo Phùng Đức Tiến và Trịnh Quang Tuyên [14, 18], khi đánh giá
thực trạng ơ nhiễm mơi trường trong chăn ni nói chung cũng chỉ ra rằng tình
hình xử lý chất thải còn chưa được quan tâm đúng mức. Tỷ lệ cơ sở chăn ni
có khu xử lý chất thải đúng nghĩa rất thấp. Phương pháp xử lý cịn rất thơ sơ
chủ yếu là ủ phân tươi và xử lý bằng bể biogas. Nước ra từ bể biogas thải trực
tiếp ra môi trường nên môi trường chăn nuôi bị ô nhiễm nặng. Đặc biệt là các
chỉ tiêu vi sinh vật rất xấu, mật độ coliform cao hơn mức cho phép là 78 - 630
lần. Mức độ ơ nhiễm có xu hướng tăng theo số lượng vật nuôi.
Ở Việt Nam, do lượng nước thải chăn nuôi hàng năm rất lớn, nồng độ
các chất ô nhiễm rất cao, trong khi đó công nghệ xử lý cịn thơ sơ nên việc
nghiên cứu phát triển cơng nghệ xử lý phù hợp rất cần thiết để bảo vệ môi
trường. Trong trường hợp này, đối tượng cần xử lý là nước thải giàu hữu cơ,
đồng thời có nồng độ N, P cao. Với các nước thải loại này, bước đầu tiên trong
dây chuyền công nghệ xử lý thường là các kĩ thuật xử lý yếm khí. Đây cũng
chính là đối tượng nghiên cứu của Luận án này.
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN
NUÔI LỢN BẰNG KĨ THUẬT XỬ LÝ SINH HỌC YẾM KHÍ
1.2.1. Q trình phân hủy yếm khí
Phương trình tổng qt của phản ứng yếm khí phân huỷ hồn tồn chất
hữu cơ như sau:
CxHyOzNtSu + 1/4(4x - y - 2z + 3t + 2u) H2O  1/8(4x - y + 2z + 3t + 2u) CO2
+ 1/8(4x + y - 2z - 3t - 2u) CH4 + tNH3 + uH2S

20

(1)


Các phản ứng tạo thành khí mêtan từ axit axetic, CO2 và H2 dưới dạng
các phương trình [75].
CH3COOH  CH4 + CO2

(2)

CH3COOH + 4H2  2CH4 + 2H2O

(3)

4H2 + CO2  CH4 + 2H2O

(4)

Tính chung cho cả q trình sinh học, các chất hữu cơ ban đẩu trải qua
quá trình phân hủy yếm khí và sản phẩm cuối cùng chính là khí biogas (CH4 +
CO2), trong đó CH4 chiếm khoảng 60% thể tích. Q trình phân hủy yếm khí
là tập hợp các phản ứng nối tiếp, song song và chia làm 4 giai đoạn được mô tả
như sơ đồ trong Hình 1.1 [51].

Hình 1.1. Sơ đồ chuyển hóa chủ yếu trong hệ xử lý vi sinh yếm khí

Thủy phân
Thủy phân là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phân hủy yếm khí. Ở giai

21