Nghiên cứu xử lý amonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng hạt sinh khối anammox

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

CAO THU THỦY

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONIUM TRONG NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI HEO BẰNG HẠT SINH KHỐI ANAMMOX
Chuyên ngành : Cơng nghệ mơi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2007


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TSKH NGÔ KẾ SƯƠNG
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng 11 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: CAO THU THỦY

Giới tính : Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 24/04/1982

Nơi sinh : Ninh Thuận

Chuyên ngành : Cơng nghệ Mơi trường
Khố (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONIUM

TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG HẠT SINH KHỐI ANAMMOX

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-

Tạo sinh khối của nhóm vi khuẩn anammox trên chất mang là bùn hạt kỵ khí.

-

Theo dõi sự phát triển sinh khối Anammox thông qua xử lý ammonium trong
nước thải tổng hợp và nước thải chăn nuôi heo.

-

Đề suất những ứng dụng có liên quan.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/02/2006
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 1/11/2007
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH. NGÔ KẾ SƯƠNG
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH Ngô Kế Sương đã tận tình hướng dẫn,
đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn
này.
Chân thành cảm ơn tập thể các thầy cơ giáo Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ
Chí Minh đã tận tình giảng dậy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm làm việc
trong suốt những năm học qua.
Xin cảm ơn toàn thể tập thể anh chị em các phòng ban chức năng Viện Sinh Học
Nhiệt Đới Tp. Hồ Chí Minh và Thạc sỹ Lê Cơng Nhất Phương đã tận tình giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ, gia đình và những người thân
của tơi đã động viên, giúp đỡ và cùng tôi bước trên những chặng đường học tập đã qua.
Tp. Hồ Chí Minh, 10/2007
Cao Thu Thủy

i


TÓM TẮT
Các nghiên cứu trong luận văn này nhằm mục đính xử lý N-NH4, N-NO2 trong nước
thải chăn ni heo với nồng độ N-NH4, N-NO2 trong khoảng 300-600mg/l.ngày bằng
quá trình sinh học trong hạt sinh khối anammox. Quá trình được thực hiện ở mơ hình
UASB trong phịng thí nghiệm với thể tích là 10 lít với lưu lượng là 10lít/ngày. Từ kết
quả thực nghiệm tại mơ hình, đề xuất quy trình cơng nghệ thực tế.
Nghiên cứu được chia làm 2 giai đoạn:
-

Giai đoạn 1: Tạo mơi trường thích hợp để vi khuẩn anammox phát triển tốt
trong bùn hạt kỵ khí được lấy từ bể UASB. Tại đây duy trì dịng chảy nhân tạo,
thay đổi nồng độ N-NH4 và N-NO2 trong nước thải nhân tạo từ 300600mg/l.ngày. Từ đó xác định điều kiện tối ưu của quá trình.

-

Giai đoạn 2: Chạy mơ hình UASB bằng nước thải chăn ni heo khi bùn hạt đã
thích nghi ở giai đoạn 1

Từ kết quả thực nghiệm, đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo
ứng dụng hạt bùn giàu sinh khối anammox, có khả năng xử lý ammonium cao, giảm
tiêu hao năng lượng, hóa chất và an tồn cho mơi trường.

ii


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU..........................................................................................................................................1
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NI HEO .................................................................4
2.1. MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................................4
2.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CHĂN NI HEO Ở VIỆT NAM....................................................................5
2.3. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO.......................................................7
2.3.1. Thành phần của chất thải từ việc chăn ni ..........................................................................................7
2.3.2. Tính chất của nước thải chăn nuôi heo................................................................................................10
2.4. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO......................................................11
2.4.1. Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên..........................................................................12
2.4.2. Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo.........................................................................12
2.4.3. Giới thiệu một số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi.......................................................................15
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH NITƠ, NHĨM VI KHUẨN ANAMMOX, HẠT SINH
KHỐI ANAMMOX ..............................................................................................................................................18
3.1. TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH NITƠ.......................................................................................................18
3.1.1. Sự cố định nitơ .....................................................................................................................................18
3.1.2. Sự đồng hoá Nitơ .................................................................................................................................18
3.1.3. Sự khống hóa Nitơ..............................................................................................................................19
3.1.4. Q trình nitrat hố .............................................................................................................................19
3.1.5. Sự khử nitrat hố .................................................................................................................................22
3.2. TỔNG QUAN VỀ NHĨM VI KHUẨN ANAMMOX ................................................................................25
3.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................................................25
3.2.2. Sự phát hiện phản ứng Anammox ........................................................................................................25
3.2.3. Cơ chế ..................................................................................................................................................27
3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox...................................................................................31
3.2.5. Ưu nhược điểm của quá trình anammox..............................................................................................34
3.3. TỔNG QUAN VỀ HẠT SINH KHỐI ANAMMOX ...................................................................................39

3.3.1. Mở đầu.................................................................................................................................................39
3.3.2. Đặc tính bùn hạt kỵ khí ........................................................................................................................39
3.3.3. Cơ chế tạo hạt của bùn .......................................................................................................................41
3.3.4. Những phương pháp đẩy nhanh quá trình tạo hạt của bùn .................................................................42
CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................................44
4.1. VẬT LIỆU VÀ VI SINH VẬT ....................................................................................................................44
4.1.1. Nước thải .............................................................................................................................................44
4.1.2. Bùn giống.............................................................................................................................................45
4.2. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM .......................................................................................................................46
4.3. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH BÙN HẠT ANAMMOX .....................................................................................46
4.3.1. Mơ hình nghiên cứu và điều kiện vận hành hệ thống...........................................................................46
4.3.2. Điều kiện vận hành hệ thống................................................................................................................47
4.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...................................................................................................................48
4.5. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ............................................................................................................48
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................................................49
5.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SINH KHỐI ANAMMOX.................................................................................49
5.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ N-NH4 TRONG NƯỚC CHĂN NUÔI HEO ........................................52

iii


5.3. KẾT LUẬN..................................................................................................................................................56
5.4. ĐỀ XUẤT CÁC CƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX ................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................................59

iv


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Aerobic

Q trình hiếu khí/điều kiện hiếu khí/bể xử lý hiếu khí

Anaerobic

Q trình kị khí/điều kiện kị khí/bể xử lý kị khí

Anammox

Oxi hóa ammonia trong điều kiện kị khí

Anoxic

Q trình thiếu khí/điều kiện thiếu khí/bể xử lý thiếu khí

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa

CANON

Q trình khử nitơ thơng qua nitrite bằng q trình tự dưỡng hồn
tồn (completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)

COD

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Oxy hòa tan

F/M

Tỷ lệ chất dinh dưỡng, chất hữu cơ/lượng vi sinh vật, vi khuẩn

MLSS

Tổng chất rắn lơ lửng trong hệ bùn lỏng

MLVSS

Tổng chất rắn bay hơi trong hệ bùn lỏng

N-NH4

Nitơ ammonium

N-NO2

Nitơ nitrite

N-NO3

Nitơ nitrate

SBR

Bể phản ứng theo mẻ tuần tự

SHARON

Bể phản ứng đơn lẻ xử lý ammonium nồng độ cao thông qua nitrite
(single reactor system for high ammonium removal over nitrite)

SS

Chất rắn lơ lửng

TDS

Tổng chất rắn hòa tan

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Tỷ trọng của chăn ni trong nơng nghiệp ................................................... 6
Hình 3.1. Chu trình nitơ mới có thêm mắt xích Anammox ........................................ 26
Hình 3.3. Quan hệ giữa những nhân tố sinh học và vật lý trong quá trình tạo hạt của
bùn................................................................................................................................ 40
Hình 3.4. Bùn hạt kỵ khí từ bể UASB ........................................................................ 41
Hình 3.5. Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt ....................................... 42
Hình 4.1. Mơ hình UASB ........................................................................................... 47

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Phân bố chăn nuôi heo theo các vùng (số liệu thống kê 1.10.2001) ............ 5

Bảng 2.2. Lượng phân thải ra hàng ngày của một số loại heo (Nguyễn Thị Hoa Lý,
1994)............................................................................................................................... 7
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của phân (Ngơ Kế Sương_Nguyễn Lân Dũng, 1997). 8
Bảng 2.4. Lượng nước tiểu thải ra hàng ngày (Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994)................. 9
Bảng 2.5. Thành phần hóa học của nước tiểu heo (Nguyễn Thanh Cảnh và ctv, 19971998)............................................................................................................................... 9
Bảng 2.6. Thành phần tính chất hóa lý của nước thải chăn nuôi heo (Lê Công Nhất
Phương, 2007) .............................................................................................................. 10
Bảng 3.1. Các điều kiện tối ưu cho quá trình nitrat hố (Lâm Minh Triết – giáo trình vi
sinh mơi trường)........................................................................................................... 21
Bảng 3.2. Tóm tắt q trình loại bỏ nitơ bởi các nghiên cứu công nghệ sinh học (Luiza
Gut, 2006) .................................................................................................................... 23
Bảng 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa bán phần và anammox.... 31
Bảng3.4. Tóm tắt ưu khuyết điểm của q trình anammox trong các cơng nghệ xử lý
...................................................................................................................................... 35
Bảng 3.5. Tóm tắt những hệ thống xử lý nitơ sử dụng anammox (Luiza Gut, 2006). 35
Bảng 3.6. Tóm tắt những nghiên cứu trên thế giới liên quan về bùn hạt anammox trong
xử lý nước thải chăn nuôi heo ...................................................................................... 38
Bảng 4.1. Nước thải tổng hợp chạy trong mơ hình UASB ......................................... 44
Bảng 4.2. Nước thải chăn ni heo đầu ra của bể kỵ khí UASB................................ 45
Bảng 4.3. Các phương pháp phân tích và thiết bị phân tích ....................................... 48

vii


CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Việc phát thải các hợp chất của nitơ vào các nguồn nước đem đến nhiều hậu quả
xấu đến môi trường và sức khỏe con người.
Ammonum bản thân nó có thể là chất độc đối với hệ thủy sinh nếu nồng độ lớn
hơn 0,03mg/L (Solbe và Shurben, 1989). Sản phẩm của q trình nitrate hóa nitơ

ammonum là nitrate có thể gây nhiễm bẩn các nguồn nước cấp sinh hoạt; nitrite có thể
hạn chế việc vận chuyển oxy trong máu ở trẻ em và trong quá trình chlorination của
q trình xử lý nước cấp nitrite có thể tạo thành carcinogenic nitrosamines ảnh hưởng
đến sức khỏe con người. Để loại bỏ nitơ trong nước thải, nhiều quá trình sinh học, hóa
học đã được ứng dụng rộng rãi trên phạm vi toàn thế giới.
Trong nước rỉ rác, ammonia phát sinh do sự hòa tan của các thành phần có chứa
nitơ trong chất thải từ các hoạt động của con người vào dòng nước thấm, qua hoạt động
phân hủy của các q trình sinh hóa trong bãi rác.
Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng nhất, là nguồn nước thải khơng an tồn do chứa hàm lượng các
hợp chất hữu cơ khá cao, nhiều chất sơ và nhiều hàm lượng các hợp chất nitơ, lưu
huỳnh, trứng gian sán…. Ngoài ra nguồn nước này có nguy cơ trở thành nguyên nhân
trực tiếp phát sinh bệnh cho gia súc đồng thời lây lan cho người do chứa nhiều mầm
bệnh như: samonella, Leptospira, Clostridium, Baccillus, fasciolosis, Buski, Brucella…
Thành phần nước thải chăn nuôi heo tuỳ thuộc vào điều kiện vệ sinh chuồng trại,
có hoặc khơng thu gom phân trước khi tắm heo, rửa của mỗi cơ sở chăn nuôi mà thành
phần nước thải khác nhau và độ dao động rất lớn. Nước thải chăn ni heo thơng
thường có nồng độ ammonium rất cao, nếu không được quan tâm xử lý đúng mức và
thải vào mơi trường có thể là nguồn dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu,
tảo… gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa, gây ra sự thiếu hụt oxy hòa tan trong nước;

1


NH3 hòa tan với nồng độ > 0.2 mg/l đã có thể gây chết cho nhiều lồi cá và thủy sinh
vật và là nguồn chất độc đối với hệ sinh thái xung quanh. Như vậy việc tìm kiếm giải
pháp cho việc xử lý nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao cũng như xử lý nitơ trong nước thải
chăn nuôi heo ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi hiện nay sao cho thỏa
mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường.
Thông thường để xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học thường trải qua các giai

đoạn nitrate hóa và khử nitrate. Tuy nhiên đối với nước rỉ rác, để nitrate hóa hồn tồn
và khử nitrate với nồng độ nitơ cao địi hỏi thời gian lưu nước trong hệ thống rất dài và
chi phí bổ sung hóa chất, dinh dưỡng cho q trình là rất lớn. Đây là hạn chế của
phương pháp xử lý nitơ truyền thống này.
Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chưa từng được biết đến trước đó
cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí
ammonium. Trong đó ammonium được oxi hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, khơng
cần cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành phân tử nitơ. Sự phát hiện phản ứng anammox
đã mở ra các hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với các nước thải
có hàm lượng nitơ cao.
Hệ thống đệm bùn kỵ khí dịng hướng lên (UASB- upflow Anaerobic sludge
Blanket) có khả năng duy trì một lượng sinh khối lớn trong hệ thống vì vậy cho phép
thiết bị hoạt động với tải trọng cao. Sinh khối trong UASB thưởng được phát triển
thành các hạt hình cầu có đường kính từ 1-3mm nên có tên là bùn hạt. Sinh khối
anammox phát triển trên bùn hạt này là mong muốn để đạt được tải trọng cao trong
việc xử lý nước thải giàu ammonium bằng quá trình anammox.
1.2. Mục tiêu của luận văn
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xử lý ammonium nồng độ cao trong nước
thải chăn nuôi heo đã qua công đoạn xử lý BOD & COD, cụ thể là nghiên cứu các công
việc sau:

2


(1) Tạo mơi trường thích hợp cho vi khuẩn anammox phát triển trên chất mang là
bùn hạt kỵ khí lấy từ bể UASB.
(2) Đánh giá hiệu quả khử ammonium thông qua môi trường nước thải tổng hợp.
(3) Đánh giá hiệu quả khử ammonium trong nước thải chăn nuôi heo. Từ đó đề
xuất những ứng dụng.
1.3. Phạm vi nghiên cứu

-

Các thí nghiệm được tiến hành tại phịng thí nghiệm Trường Đại học Cơng
nghiệp Tp. Hồ Chí Minh

-

Tác nhân xử lý ammonium chủ yếu là vi khuẩn Anammox.

-

Nội dung đề tài chỉ đề cập đến việc nghiên cứu các điều kiện thích hợp trên mơ
hình phịng thí nghiệm và đề xuất những ứng dụng.

3


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
2.1. MỞ ĐẦU
Sản phẩm từ chăn nuôi là một trong những loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng
cao. Thịt các vật động máu nóng như thịt heo, thịt bị, thịt gia cầm có chứa nhiều
protein cần thiết, các chất béo, chất khoáng, vitamin và một số chất thơm. Thịt là thức
ăn dễ chế biến dưới nhiều dạng món ăn ngon vì vậy nó là loại thực phẩm thường gặp
hàng ngày trong bữa ăn của chúng ta.
Cũng như các ngành công nghiệp khác, trong những năm gần đây, công nghiệp
chăn nuôi của Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Các sản phẩm chăn
nuôi đã đáp ứng được phần nào nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
Khi được sự khuyến khích, đầu tư của Đảng và Nhà nước, ngành cơng nghiệp
chăn ni ở Việt Nam có đủ các điều kiện thuận lợi để phát triển. Tuy nhiên, bên cạnh
những đóng góp về mặt kinh tế, những sản phẩm dinh dưỡng cần thiết cho cuộc sống

của con người, công nghiệp chăn nuôi cũng bộc lộ nhiều nhược điểm. Các trại chăn
nuôi với mặt bằng hạn hẹp, không đảm bảo các điều kiện về vệ sinh thú y và nhất là
không xử lý chất thải trước khi thải ra môi trường gây ô nhiễm môi trường cho đất,
nước, không khí. Tại khu vực chăn ni mùi hơi sinh ra do quá trình phân hủy chất thải
đã làm ảnh hưởng đến môi trường sống xung quanh, chất lượng nước ngầm và nguồn
nước thiên nhiên. Các chất khí độc do quá trình bị phân hủy bởi các hợp chất hữu cơ có
trong chất thải chăn ni như: Sunphuahydro, Mercaptan Metan, Amoniac…. với nồng
độ cao các chất khí độc cao có thể gây ra tác hại không tốt cho cơ thể con người và vật
nuôi. Đặc biệt, nhiều hộ dân đã sử dụng nguồn nước thải chăn nuôi chứa nhiều VSV
gây bệnh để tưới rau xanh gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Ngồi ra,
nước thải chăn ni khơng được xử lý sẽ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch
bệnh cho đàn gia súc và lây bệnh sang cho người.

4


Ảnh hưởng của nước thải chăn nuôi heo đến môi trường là rất lớn, nhưng hầu hết
các cơ sở chăn ni lớn, nhỏ đều chưa có hệ thống xử lý thích hợp và hoạt động có
hiệu quả. Ngun nhân của việc trên một phần là do ý thức của nhà quản lý chưa coi
việc xử lý chất thải là thật cần thiết. Mặt khác ngành chăn nuôi là một ngành sản xuất
khơng có lợi nhuận cao, chưa ổn định về cơ sở trang trại và chưa tìm được cơng nghệ
xử lý chất thải thích hợp.

2.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CHĂN NUÔI HEO Ở VIỆT NAM
Từ khi chuyển dịch nền kinh tế từ tập trung quan liêu bao cấp sang nền kinh tế thị
trường, ngành chăn nuôi không ngừng phát triển về tổng đàn gia súc và chất lượng gia
súc. Từ năm 1990 đến nay, đàn lợn có tốc độ phát triển tăng rất nhanh so với trước đó.
Vào năm 1980 tổng đàn lợn cả nước mới có 10,0 triệu con, năm 1990 có 12,26 triệu
con (tăng 1,2 lần) thì năm 2000 chúng ta đã có 20,2 triệu con (tăng gấp 1,7 lần so với
năm 1990). Đến 1/4/2006, tổng đàn lợn cả nước hiện có 27,39 triệu con, xấp xỉ đàn

lợn thời điểm 1/8/2005 và tăng 5,3% so cùng kỳ năm trước, chủ yếu do tăng số hộ nuôi
qui mô lớn. Nhiều trang trại chăn nuôi ra đời với qui mô khác nhau, tập trung theo thế
mạnh của từng vùng. Sử dụng giống vật ni có năng suất và chất lượng cao phù hợp
với thị hiếu của người tiêu dùng trong cả nước và thế giới. Thức ăn sản xuất theo công
nghiệp đảm bảo dinh dưỡng. Vệ sinh chuồng trại, vệ sinh mơi trường, quản lý chăm
sóc đàn, quy trình phịng bệnh, … đã được chú trọng hơn.
Bảng 2.1. Phân bố chăn nuôi lợn theo các vùng
Tổng số
(con)

Nái (con)

Thịt (con)

Sản lượng thịt
lợn (con)

Cả nước

23.169.532

3.262.117

19.804.776

1.653.595

Miền Bắc

14.935.269

2.174.915

12.701.257

929.553

ĐB Sông Hồng

5.396.580

907.536

4.497.812

456.841

5


Đông Bắc

4.917.873

633.620

4.238.975

275.601

Tây Bắc

1.050.924

159.863

878.992

28.283

Bắc Trung Bộ

3.569.892

473.896

3.085.478

188.828

Miền Nam

8.234.263

1.087.202

7.103.519

724.042

DH Miền Trung

2.028.743

301.682

1.723.548

120.691

Tây Nguyên

951.010

110.995

830.050

51.139

Đông Nam Bộ

2.103.039

276.858

1.811.455

202.921

ĐB Sông Cửu Long

3.151.471

397.667

2.738.466

349.291

Nguồn : Số liệu thống kê 1.10.2001
Trong năm 2002, giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi đạt mức độ tăng trưởng
9,9%. Tỷ trọng của ngành chăn ni tăng từ mức 17,9% trong tồn ngành nơng nghiệp
lên mức xấp xỉ 19,5% trong năm 2001. Trong giai đoạn 2006-2015, ngành chăn nuôi
sẽ phát triển theo hướng tập trung, cơng nghiệp quy mơ vừa và lớn, có năng suất, chất
lượng, hiệu quả và sức cạnh tranh cao; bảo đảm vệ sinh thú y, ni trồng và an tồn vệ
sinh thực phẩm. Ngành phấn đấu đến 2010 đạt 30% tỷ trọng chăn ni trong nơng
nghiệp, và 2015 là 35%.

Hình 2.1. Tỷ trọng của chăn nuôi trong nông nghiệp (Đơn vị: %)

6


Ngành chăn nuôi từng bước đã trở thành một ngành hàng sản xuất chiếm vị trí rất
quan trọng trong nơng nghiệp.
Hàng chục nghìn trang trại chăn ni bị sữa, bị thịt, gia cầm, lợn nái, lợn thịt đã
phát triển trong những năm gần đây, góp phần chuyển đổi cơ cấu trong nông nghiệp và
mang lại hiệu quả tương đối cao. Chất lượng gia súc, gia cầm được nâng cao đã dần
dần đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong toàn xã hội. Ngành chăn ni hiện nay đang

có một tiềm năng về thị trường tiêu thụ rất lớn trong nước và thế giới.
Việc phát triển mạnh ngành chăn nuôi cũng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc
phát triển các ngành công nghiệp khác liên quan như công nghiệp chế biến thức ăn gia
súc, công nghiệp chế biến thực phẩm và do vậy góp phần thúc đẩy q trình cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa nơng nghiệp.

2.3. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
2.3.1. Thành phần của chất thải từ việc chăn nuôi
2.3.1.1. Phân
- Là những chất liệu trong thức ăn mà cơ thể gia súc không sử dụng hay khơng
thể tiêu hóa được và thải ra ngồi cơ thể.
- Loại phân thải ra mỗi ngày tùy thuộc vào giống, loài gia súc, độ tuổi, khẩu phần
thức ăn và trọng lượng của gia súc.
Bảng 2.2. Lượng phân thải ra hàng ngày của một số loại heo
Loại

Lượng phân (kg/ngày)

Heo dưới 10 kg

0.5-1

Heo từ 15-45 kg

1-3

Heo từ 45-100kg

3-5

Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994

7


Thành phần của phân:
- Những chất khơng tiêu hóa được hoặc những chất thốt khỏi sự tiêu hóa của vi
sinh vật hay các men tiêu hóa (chất xơ, protein khơng tiêu hóa được), acid amin
thốt khỏi sự hấp thu (được thải qua nước tiểu: acid uric ở gia cầm, ure ở gia
súc).
- Các khống chất cơ thể khơng sử dụng được K2O, P2O5, CaO, MgO, . ..
- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa: trypsin, pepsin, . . .
- Các mơ tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngồi.
- Các VSV bị nhiễm trong thức ăn, ruột: virus, vi trùng, ấu trùng, trứng giun
sán,... bị tống ra ngoài.
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của phân
Loại gia súc

Thành phần hóa học (% trọng lượng khơ)
Chất tan dễ tiêu

Nitơ

Phospho

C/N

Bị sữa

7.98

0.38

0.1

20-25

Bị thịt

9.33

0.70

0.20

20-25

Heo

7.02

0.83

0.47

20-25

Cừu

21.50

1.00

0.30

-

Gà

16.80

1.20

1.20

7-15

Ngựa

14.30

0.86

0.13

18.00

Trâu

10.20

0.31

-

-

Nguồn: Ngơ Kế Sương_Nguyễn Lân Dũng, 1997
2.3.1.2. Nước tiểu
Thành phần của nước tiểu gia súc tùy thuộc vào điều kiện dinh dưỡng và khí hậu.
Đặc tính chung:
- Nước tiểu gia súc là một loại phân bón giàu đạm và kali, hàm lượng lân ít
hoặc không đáng kể.
- Nước tiểu heo nghèo đạm hơn các loại gia súc khác.

8


Bảng 2.4. Lượng nước tiểu thải ra hàng ngày
Loại

Lượng nước tiểu (kg/ngày)

Heo dưới 10 kg

0.3-0.7

Heo từ 15-45 kg

0.7-2

Heo từ 45-100 kg

2-4

Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994.
Bảng 2.5. Thành phần hóa học của nước tiểu heo
Đặc tính

Đơn vị

Giá trị

Vật chất khơ

g/kg

30.9-35.9

NH4-N

g/kg

0.13-0.40

Nt

g/kg

4.90-6.63

Tro

g/kg

8.5-16.3

Urea

Mmol/l

123-196

g/kg

0.11-0.19

Cacbonates

6.77-8.19

pH

Nguồn: Nguyễn Thanh Cảnh và ctv, 1997-1998
2.3.1.3. Nước phân chuồng
Nước phân chuồng là nước từ các đống phân chảy ra, phần lớn là nước tiểu gia
súc hòa lẫn nhiều chất hòa tan của phân đặc và có chứa thêm một lượng nước rửa
chuồng.
Nước phân chuồng rất giàu dinh dưỡng, dễ tiêu và có giá trị lớn về mặt phân bón.
Nước phân chuồng nghèo lân, giàu đạm và kali. Đạm trong nước phân chuồng ở 3

dạng chủ yếu: urê, axit uric và axit hippuric. Khi để ngỏ một thời gian hay bón vào đất
thì bị VSV phân giải: axit uric và axit hippuric chuyển thành urê và urê chuyển thành
amôn cacbonat.
Trong nước thải, hợp chất hữu cơ chiếm 70÷80% gồm cenllulose, protit, axit
amin, chất béo, hydrat carbon và các dẫn xuất của chúng. Hầu hết các chất hữu cơ dễ

9


phân hủy, các chất vơ cơ chiếm 20÷30% gồm cát, đất, muối, urê, amonium, muối
chlorua, SO4, . . . Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí sẽ cho
các sản phẩm CO2, H2O, NO2-, NO3-, cịn trong q trình kị khí là CH4, N2, NH3, H2S, .
2.3.2. Tính chất của nước thải chăn ni heo
Nước thải chăn ni heo có những ưu điểm đáng chú ý sau:
- Thành phần các chất thải hữu cơ (chất rắn, bùn, nước) tương đối ổn định
- Có thể thu nhận được khí sinh học dùng làm nguồn cung cấp năng lượng
- Chất thải rắn thu gom được là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất phân
bón chất hữu cơ
- Tuyệt đại đa số mầm bệnh: vi khuẩn, nấm mốc, trứng giun sán bị tiêu
diệt gần như hoàn toàn
- Xử lý sâu hơn sẽ thu nhận được nguồn nước sạch có thể tái sử dụng
Hàm lượng các chất gây ơ nhiễm trong nước thải chăn nuôi heo dao động đáng kể
tùy thuộc khối lượng nước dùng để vệ sinh chuồng trại, có hoặc khơng thu gom phân
trước khi tắm heo, rửa chuồng. Tuỳ thuộc từng cơ sở chăn nuôi mà thành phần nước
thải khác nhau.
Bảng 2.6. Thành phần tính chất hóa lý của nước thải chăn ni heo
STT

Đặc tính

Đơn vị

Giá trị

1

COD

mg/l

1800-3200

2

BOD5

mg/l

1000-1800

3

DO

mg/l

0-0.2

4

SS

mg/l

1500-4200

5

pH

6

Tổng Nitơ

mg/l

220-860

7

N-NH4

mg/l

200-800

8

N-NO3

mg/l

3-15

6.8-8.5

10


9

N-NO2

mg/l

0-5

10

Tổng P

mg/l

30-80

11

Escherichia coli

MPN/100ml

1.5 × 106-6.8 × 108

12

Steptococcus faecalis

MPN/100ml

3 × 102-3.5 × 103

13

Clostridium ferfringens

Tế bào/100ml

50-1.6 × 102

Nguồn: Lê Công Nhất Phương, 2007
Nhìn chung, nước thải chăn ni khơng chứa các chất độc hại như nước thải của
các ngành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán.
Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột với các genus như E.Coli, Salmonella,
Shigella, Proteus, Arizona. Theo nghiên cứu của A.Kigirov (1982), Nanxena (1978) và
Bonde (1967): vi trùng gây bệnh đóng dấu cho lợn tồn tại trong nước thải 92 ngày,
Brucella từ 74÷108 ngày, Salmonella từ 3÷6 tháng, Leptospira 3÷5 tháng, Virus FMD
tồn tại trong nước thải 2÷3 tháng. Các loại vi trùng có nha bào như Bacillus anthracis
tồn tại 10 năm (gần đây có tài liệu đến 20 năm), B.tetani tồn tại có khả năng gây bệnh
3÷4 năm.
Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiola hepatica,

Fasiolagigantiac,

Fasiolosis

buski,

Ascasis

suum,

Oesophagostomum

và

Trichocephalus dentatus, . . . có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6÷28 ngày
ở nhiệt độ và khí hậu nước ta và có thể tồn tại được 2÷5 tháng.
Nhiều loại mầm bệnh có khả năng xâm nhập

vào mạch nước ngầm như

B.anthracis, Salmonella, E.Coli, . . .

2.4. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
Nước thải chăn nuôi heo nếu không được xử lý và quản lý ngiêm ngặt có thể dẫn
đến hiện tượng phú dưỡng hóa đối với nước mặt, ơ nhiễm NH3, kim loại nặng và các
loại kí sinh trùng, vi trùng (như E.Coli, Salmonella, Cryptospridium, Giardia, Cholera,
Streptococus,...). Hiện tượng phú dưỡng hóa là sự phát triển quá mức của tảo do dư

11

Nitơ, Phospho làm cho các vi khuẩn phân hủy rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxi
trong nước làm cạn kiệt nguồn oxi một cách nhanh chóng và khi chết chúng tạo ra mùi
khó chịu cho nước. Khi q trình oxi hóa bị ngưng lại, các vi khuẩn kị khí có sẵn trong
nguồn nước thải sẽ phân hủy kị khí các chất hữu cơ tạo thành CH4, CO2, H2S, . . . Cũng
chính mơi trường này, một số loại sinh vật không tồn tại sự sống như cá, ếch,
nhái,...nếu lượng nước này được xả trực tiếp ra mạng lưới thoát nước sẽ gây mùi hôi
thối, gây ô nhiễm nước mặt và ít nhiều làm ảnh hưởng đến mạch nước ngầm. Chất
NH4+, sau một q trình chuyển hóa, tạo NO3- trong nước. NO3- tồn tại trong đất với
một lượng cao có thể ngấm qua đất để vào nước ngầm. Nước có nồng độ NO3- cao có
khả năng gây tử vong cho trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi.
Có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo, tuy nhiên mỗi phương pháp
đều có những ưu nhược điểm nhất định
2.4.1. Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên
Dựa trên khả năng tự làm sạch sinh học trong môi trường đất và hồ nước.
Bao gồm các phương pháp: phương pháp cánh đồng tưới, phương pháp cánh đồng
lọc, ao sinh học
Ưu điểm:
- Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến ở nhiều nước vì dễ thực hiện
- Giá thành thấp
- Hiệu quả tương đối cao.
Nhược điểm:
- Hiệu quả xử lý thấp
- Không khống chế được mùi hôi
- Yêu cầu mặt bằng xử lý lớn
2.4.2. Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
2.4.2.1. Điều kiện hiếu khí

12

Bể phản ứng Aerotank:
Q trình chuyển hóa vật chất trong bể dựa trên hoạt động sống của các VSV hiếu
khí. Các VSV trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyền phù. Các huyền phù VSV có xu
hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các dung dịch trong bể là điều cần
thiết.
Ưu điểm:
- Đạt được mức độ xử lý triệt để,
- Thời gian khởi động ngắn,
- Ít tạo mùi hơi,
- Có tính ổn định cao trong q trình xử lý.
Nhược điểm: tốn nhiều năng lượng.
Bể phản ứng theo mẻ SBR:
Ưu điểm:
- Hiệu quả khử Nitơ, Phospho cao
- Tiết kiệm diện tích đất xây dựng vì khơng cần xây dựng bể điều hịa, bể
lắng I và lắng II.
- Có thể kiểm soát hoạt động và thay đổi thời gian giữa các pha nhờ bộ
điều khiển PLC; pha lắng được thực hiện trong điều kiện tĩnh hoàn toàn nên
hiệu quả lắng tốt.
Nhược điểm:
- Chi phí của hệ thống cao,
- Người vận hành phải có kỹ năng tốt,
- Đạt được hiệu quả xử lý cao khi lưu lượng nhỏ hơn 500m3/ngày đêm.
2.4.2.2. Điều kiện kị khí
Bể lọc kị khí:
Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trị như giá thể của VSV dính
bám.

13

Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa
hình dạng khác nhau. Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên.
Bể lọc kị khí có khả năng khử được 70÷90% BOD.
Ưu điểm :
- Khả năng khử BOD cao,
- Thời gian lọc ngắn,
- VSV dễ thích nghi với nước thải,
- Vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng,
- Thể tích của hệ thống xử lý nhỏ.
Nhược điểm:
- Thường hay bị tắc nghẽn,
- Giá thành của vật liệu lọc khá cao,
- Hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lớn,
- Thời gian đưa cơng trình vào hoạt động dài.
Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí UASB:
Nước thải được nạp vào từ dưới đáy hệ thống, đi xuyên qua lớp bùn đặc và thảm
bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Khi tiếp xúc với những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, vi
khuẩn sẽ xử lý chất hữu cơ và chất rắn sẽ được giữ lại. Khí và các chất rắn lơ lửng
được tách ra từ nước thải được xử lý bởi thiết bị tách gas và chất rắn trong hệ thống.
Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kì được xả ra ngoài.
Ưu điểm:
- Hiệu quả xử lý cao
- Thời gian lưu nước trong bể ngắn
- Thu được khí CH4 phục vụ cho nhu cầu về năng lượng
- Cấu tạo bể đơn giản, dễ vận hành
- Năng lượng phục vụ vận hành bể ít.
Nhược điểm:

14