Hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas bằng một số biện pháp vật lý và sinh học

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

VŨ TRÀ MY

HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI SAU BIOGAS
BẰNG MỘT SỐ BIỆN PHÁP VẬT LÝ VÀ SINH HỌC

Chuyên ngành:

Chăn nuôi

Mã số:

60.62.01.05

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Hán Quang Hạnh
PGS.TS. Vũ Đình Tơn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo
vệ lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám
ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả luận văn

Vũ Trà My

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, tơi đã nhận được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi được bày tỏ lịng kính trọng và biết
ơn sâu sắc TS. Hán Quang Hạnh và PGS. TS. Vũ Đình Tơn đã tận tình hướng dẫn, dành
nhiều cơng sức, thời gian và tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình học tập và thực
hiện đề tài.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ
môn Chăn nuôi chuyên khoa, Khoa Chăn ni - Học viện Nơng nghiệp Việt Nam đã tận
tình giúp đỡ tơi trong q trình học tập, thực hiện đề tài và hồn thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng Thí nghiệm Trung tâm, Trung tâm Giống Vật
nuôi chất lượng cao – Học viện Nông nghiệp Việt Nam và gia đình ơng Đặng Đức Binh
đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành
luận văn./.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả luận văn

Vũ Trà My

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ................................................................................................................ i
Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii
Mục lục ....................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt....................................................................................................v
Danh mục bảng ........................................................................................................... vi
Danh mục hình ........................................................................................................... vii
Trích yếu luận văn ..................................................................................................... viii
Thesis abstract ...............................................................................................................x
Phần 1. Mở đầu ...........................................................................................................1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................2

1.2.1. Mục tiêu chung ..................................................................................................2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................2
Phần 2. Tổng quan tài liệu ..........................................................................................3
2.1.

Khái niệm về chất thảı chăn nuôı .......................................................................3

2.2.

Ảnh hưởng của chất thảı vớı con ngườı, vật nuôı và môı trường.........................4

2.3.

Xử lý chất thả bằng hệ thống Bıogas .................................................................5

2.4.

Các phương pháp xử lý chất thảı sau Bıogas ......................................................8

2.4.1. Các phương pháp vật lý .....................................................................................8
2.4.2. Các phương pháp hóa lý.....................................................................................9
2.4.3. Các phương pháp hóa học ................................................................................11
2.4.4. Các phương pháp sinh học ............................................................................... 13
2.4.5. Giới thiệu về cỏ Vetiver ...................................................................................16
2.5.

Các chỉ tıêu thông dụng đánh gıá mức độ ô nhıễm nước thảı ............................ 16

2.5.1. Các chỉ t êu về vật lý........................................................................................ 16
2.5.2. Các chỉ t êu về hóa học .................................................................................... 17

2.5.3. Các chỉ t êu về v s nh vật ................................................................................21
2.6.

Nghıên cứu trong và ngồı nước về chất thảı chăn nı lợn.............................. 22

2.6.1. Tình hình ngh ên cứu trong nước ..................................................................... 22
2.6.2. Tình hình ngh ên cứu trên thế giới ................................................................... 23

iii


Phần 3. Nộı dung và phương pháp nghıên cứu ........................................................ 25
3.1.

Địa đıểm nghıên cứu ........................................................................................ 25

3.2.

Thờı gıan nghıên cứu ....................................................................................... 25

3.3.

Vật liệu nghiên cứu .......................................................................................... 25

3.4.

Nộı dung nghıên cứu........................................................................................25

3.5.

Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 25

3.5.1. Phương pháp đ ều tra tình hình chăn nuô và xử lý chất thả của các trang
trạ tạ huyện Văn G ang .................................................................................. 25
3.5.2. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas
bằng phương pháp kết hợp tạ mơ hình thực ngh ệm ........................................26
3.5.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas
bằng phương pháp sử dụng hệ thống bè cỏ Vet ver và rơm quy mô phịng
thí ngh ệm........................................................................................................27
3.5.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu .................................................28
Phần 4. Kết quả và thảo luận .................................................................................... 32
4.1.

Khảo sát tình hình chăn ni và xử lý chất thải tại một số trang trại chăn
nuôi lợn huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên .......................................................32

4.2.

Kết quả xử lý chất thải sau biogas tại trại thực nghiệm .......................................... 33

4.2.1. Hàm lượng BOD5 và COD của các mẫu nước thải sau xử lý............................ 33
4.2.2. Hàm lượng sunfua hòa tan trong nước thải sau khi xử lý ..................................37
4.2.3. Hàm lượng Nitơ và Phốt-pho trong nước thải và trong mẫu rơm sau khi
xử lý ................................................................................................................ 38
4.2.4. Kim loại nặng trong nước thải trước biogas và sau biogas ................................41
4.2.5. Coliform và E.coli trong nước thải chăn nuôi ................................................... 43
4.3.

Khả năng xử lý nước thảı sau Bıogas của cỏ vetıver và rơm ở đıều kıện
trong chậu thí nghıệm ...................................................................................... 44

4.3.1. Khả năng xử lý nước thải sau biogas của cỏ vetiver ......................................... 44
4.3.2. Hiệu quả xử lý nước thả bằng rơm khô ........................................................... 54
Phần 5. Kết luận và kıến nghị ................................................................................... 64
5.1.

Kết luận ........................................................................................................... 64

5.2.

Đề nghı ............................................................................................................
65
̣

Tàı lıệu tham khảo ....................................................................................................... 66

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

C

Chuồng

TNC

Thí nghiệm cỏ

TNC1

Thí nghiệm cỏ 1

TNC2

Thí nghiệm cỏ 2

TNC3

Thí nghiệm cỏ 3

TNR

Thí nghiệm rơm

TNR1

Thí nghiệm rơm 1

TNR2

Thí nghiệm rơm 2

TNR3

Thí nghiệm rơm 3

VAC

Vườn - Ao - Chuồng

VC

Vườn - Chuồng

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1.

Tình hình chăn ni và xử lý chất thải của các trang trại ......................... 32

Bảng 4.2.

Hàm lượng BOD5 (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý ...................... 34

Bảng 4.3.

Hàm lượng COD (mg/l) của các mẫu nước thải sau xử lý ........................ 34

Bảng 4.4.

So sánh sự thay đổi của hàm lượng BOD5 và COD nước thải sau
lắng lọc và cây thủy sinh với nước thải sau biogas (%) ............................ 36

Bảng 4.5.

Hiệu quả xử lý Sunfua hòa tan ................................................................ 38

Bảng 4.6.

Sự thay đổi hàm lượng nitơ và phốt- pho trong nước thải sau khi xử lý ...39

Bảng 4.7.

Hàm lượng nitơ và phốt-pho trong rơm khô và rơm sau ngâm trong
bể lắng .................................................................................................... 40

Bảng 4.8.

Hàm lượng Zn và Cu trong nước thải sau khi xử lý ................................. 42

Bảng 4.9.

Số lượng vi sinh vật trong nước thải sau khi xử lý ...................................43

Bảng 4.10. Khả năng sinh trưởng của lá cỏ Vetiver ...................................................44
Bảng 4.11. Khả năng sinh trưởng của rễ cỏ Vetiver .................................................. 46
Bảng 4.12. Sự thay đổ hàm lượng BOD5 trong nước ở các lơ thí ngh ệm (mg/l) ............47
Bảng 4.13. Sự thay đổ hàm lượng COD trong nước ở các lơ thí ngh ệm (mg/l) ........50
Bảng 4.14. Sự thay đổ hàm lượng N tơ tổng số trong nước ở các lơ thí ngh ệm
(mg/l) ...................................................................................................... 52
Bảng 4.15. Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ trong nước ở các lơ thí ngh ệm (mg/l)......... 54
Bảng 4.16. Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước ở các lơ thí nghiệm (mg/l) ............ 55
Bảng 4.17. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước ở các lơ thí nghiệm (mg/l) ........ 57

Bảng 4.18. Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong nước ở các lơ thí nghiệm (mg/l)........ 59
Bảng 4.19. Sự thay đổ hàm lượng N-NH4+ trong nước ở các lơ thí ngh ệm (mg/l)......... 61
Bảng 4.20. Sự thay đổ hàm lượng N tổng số trong mẫu rơm sau kh xử lý qua
các tuần (g/kg VCK) ............................................................................... 62

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 4.1. Hàm lượng BOD5 ..................................................................................... 35
Hình 4.2. Hàm lượng COD ....................................................................................... 35
Hình 4.3. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ và Phốt pho nước thải sau xử lý..................... 39
Hình 4.4. Sự thay đổi hàm lượng Cu và Zn qua các cơng đoạn xử lý......................... 42
Hình 4.5. Tốc độ sinh trưởng chiều dài lá cỏ qua các tuần trồng thí nghiệm ..............45
Hình 4.6. Tốc độ sinh trưởng chiều dài rễ cỏ qua các tuần trồng thí nghiệm .............. 46
Hình 4.7. Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước qua các tuần trồng cỏ thí
nghiệm ...................................................................................................... 48
Hình 4.8. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước qua các tuần trồng cỏ thí ngh ệm .... 51
Hình 4.9. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ tổng số qua các tuần trồng cỏ thí nghiệm ........... 53
Hình 4.10. Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ qua các tuần trồng cỏ thí nghiệm.............. 54
Hình 4.11. Sự thay đổi hàm lượng BOD5 trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm ......... 56
Hình 4.12. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước qua các tuần xử lý
bằng rơm ................................................................................................... 58
Hình 4.13. Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong nước qua các tuần xử lý bằng
rơm ........................................................................................................... 60
Hình 4.14. Sự thay đổi hàm lượng N-NH4+ trong nước qua các tuần xử lý bằng rơm ....... 61
Hình 4.15. Sự thay đổi hàm lượng N tổng số trong rơm qua các tuần xử lý .................63

vii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Vũ Trà My
Tên Luận văn: Hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi sau biogas bằng một số biện pháp
vật lý và sinh học
Ngành: Chăn nuôi

Mã số: 60.62.01.05

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Mục đích ngh ên cứu của đề tà nhằm đánh g á được h ệu quả xử lý nước thả
chăn nuô sau b ogas kh áp dụng kết hợp các b ện pháp vật lý (lắng lọc có bổ sung rơm)
và s nh học (chế phẩm EM và cây thủy s nh vet ver) để từ đó đưa ra khuyến cáo về b ện
pháp hiệu quả, đơn giản, dễ áp dụng trong v ệc xử lý chất thả chăn nuô lợn sau b ogas.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với 3 nội dung chính bao gồm:
1) Đ ều tra tình hình chăn nuô và xử lý chất thả của các trang trạ được thực h ện bằng
phương pháp phỏng vấn 60 chủ trang trạ bằng bộ câu hỏ bán cấu trúc đã chuẩn bị sẵn. Các
trang trạ được lựa chọn ngẫu nh ên theo các mơ hình sản xuất khác nhau để đ ều tra.
2) Thiết kế một mơ hình thực nghiệm xử lý chất thải bằng biện pháp kết hợp bể
biogas (20m3), 2 bể lắng (8m3/bể) và ao thủy sinh (200m2) tại trang trại thực nghiệm. Bể
lắng thứ nhất có bổ sung rơm và bể lắng thứ 2 được bổ sung chế phẩm vi sinh EM. Ao
thủy sinh có trồng bè cỏ vetiver. Nước thải sau biogas sẽ được chảy ra bể lắng thứ nhất
rồi sang bể lắng thứ 2 trước khi đổ xuống ao thủy sinh. Mẫu nước thải được lấy định kì
hàng tuần để đánh giá chất lượng nước với một số chỉ tiêu như: BOD5, COD, sunfua
hòa tan, N tổng số, P tổng số, N-NH3, N-NO3, Cu, Zn, Coliform tổng số, E.coli. Mẫu
rơm sau khi nhúng cũng được lấy mẫu để xác định hàm lượng N tổng số, P tổng số, NNH3 có trong rơm.
3) Để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sau biogas của cỏ vetiver và rơm, tiến
hành bố trí thí nghiệm trồng cỏ và nhúng rơm trong xơ (thể tích 40 lít) ở quy mơ phịng

thí nghiệm. Thí nghiệm trồng cỏ được tiến hành theo phương pháp phân lô so sánh với
3 lô thí nghiệm (tương ứng với 3 mức trồng cỏ là 2,5g/l, 5g/l và 10g/l) và 1 lơ đối
chứng. Thí nghiệm sử dụng rơm để xử lý chất thải được tiến hành theo phương pháp
phân lô so sánh với 3 lô thí nghiệm (tương ứng với 3 mức sử dụng rơm là 1g/l, 2g/l và
4g/l) và 1 lô đối chứng. Mẫu nước thải được lấy hàng tuần (trong 4 tuần liên tục) để
đánh giá chất lượng nước với các chỉ tiêu là BOD5, COD, hàm lượng N tổng số, hàm
lượng amoni (N-NH4). Bên cạnh đó, tốc độ sinh trưởng của lá và rễ cỏ cũng được theo
dõi hàng tuần. Mẫu rơm cũng được lấy để phân tích hàm lượng N tổng số sau khi nhúng
vào nước thải.

viii


Kết quả chính và kết luận
1. Chăn n lợn ở Văn G ang, Hưng Yên chủ yếu phát tr ển theo 3 mơ hình là
Vườn –Ao- Chuồng, Vường - Chuồng, và Chuồng. Các trang trạ đều có b ogas để xử lý
chất thả (100% số trạ ) nhưng chưa có b ện pháp xử lý nước thả sau b ogas (Chỉ có 1014,28% số trang trại có bể hoặc ao lắng để dự trữ nước thải sau biogas.
2. B ện pháp kết hợp b ogas, bể lắng có bổ sung rơm và EM và ao thủy sinh tại
trang trại thực nghiệm đạt hiệu quả xử lý rất cao với hàm lượng các chất gây ô nhiễm
giảm đi đáng kể qua các bước xử lý và hầu hết đều nằm trong giới hạn cho phép theo
Quy chuẩn Việt Nam về nước thải chăn nuôi năm 2016 của Bộ Tài nguyên và Môi
trường (QCVN 62 -MT:2016/BTNMT).
Sau 4 tuần bổ sung rơm, 7 tuần trổng cỏ vet ver và 1 tuần bổ sung chế phẩm EM,
hàm lượng các chất gây ô nh ễm ở bể lắng 1, bể lắng 2 và ao thủy s nh g ảm đáng kể với
nước thải sau biogas.:
+ BOD5 g ảm lần lượt là 73,91%, 79,0%, 88,58%.
+ COD giảm lần lượt là 27,39%, 58,69%, và 84,48%.
+ Hàm lượng n tơ tổng số, phốt-pho tổng số, đồng, và kẽm trong nước thải ở ao
thủy sinh giảm đi lần lượt là 69,8%, 54,57% , 88,5% và 55,23%.
+Coliform tổng số g ảm 88,5% và E.col g ảm 55,23% trong nước thải ở ao thủy

sinh so vớ nước thả sau b ogas.
+ Việc bổ sung rơm như là vật liệu lọc ở bể lắng 1 đã làm tăng khả năng loại bỏ
Nitơ, phốt pho ra khỏi nước thải sau biogas: Hàm lượng nitơ và phốt-pho có trong rơm
ngâm vào bể lắng cao gấp 2,01 lần và 512,38 lần so với rơm đố chứng
3. Cỏ vet ver và rơm có h ệu quả cao trong v ệc xử lý nước thải chăn nuôi trong đ ều
k ện mơ hình thí ngh ệm ở trong xô
+ Cỏ vet ver s nh trưởng tốt kh trồng thủy canh trong nước thả : Sau 4 tuần ch ều
dà của lá cỏ tăng lên 1,19 - 2,15 lần so vớ ban đầu, ch ều dà rễ tăng lên 8,6-13,7cm.
+ Hàm lượng các chất gây ô nh ễm trong nước sau kh trồng cỏ vet ver g ảm đ
đáng kể. Sau 4 tuần, hàm lượng BOD5 g ảm 53,3% - 67,28%, so vớ 26,22% ở lô đố
chứng. Hàm lượng COD g ảm 48,64% - 62,93%, so vớ 27,96% ở lô đố chứng. Hàm
lượng N tơ g ảm 85,41-86,13% so vớ 68,15% ở lô đố chứng.
+ Hàm lượng các chất gây ô nh ễm trong nước sau kh nhúng rơm g ảm đ đáng
kể qua các tuần thí ngh ệm. Sau 4 tuần, hàm lượng BOD5 g ảm 79,38% - 79,77%, so
vớ 45,31% ở lô đố chứng. Hàm lượng COD g ảm 76,27% - 77,31%, so vớ 58,08% ở
lô đố chứng. Hàm lượng N tơ g ảm 68,79-77,82% so vớ 41,59% ở lô đố chứng.

ix


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Vu Tra My
Thesis title: Removal pollutant efficiency from biodigester effluent by physical and
biological treatment methods
Major: Animal Science
Code: 60.62.01.05
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
The objective of present study was to assess the removal pollutant efficiency from
biodigester effluent by an integrated physical (settlling tanks with rice straw

supplement) and biological (effective microorganisms added into settling tanks and
vetiver floating beds in the aquatic ponds) methods in order for making
recommendations about an effective and appropriate treatment method of pig
wastewater after biodigester.
Materials and Methods
There were there main contents as following
1) A survey was conducted at 60 pig farms in Van Giang district, Hung Yen
province. The in-depth interview was implemented by semi-structured questionnaire to
gather information about general characteristics of pig production and the current status
of waste management and treatment of the farms. Pig farms were chosen randomly
according to their mode of production systems for the investigation.
2) A representative pig farm (50 sows) was selected to construct the wastewater
treatment model with a biodigester (20m3), two settling tanks (8m3/tank) and a aquatic
pond (200m2). The rice straw was added to primary settling tank (1kg/m3) and the
effective microorganisms liquid was supplemented to secondary tank. The vetiver
floating beds (5kg/m3) were constructed in the pond. The effluent discharged from
bidigester was flowed down to primary settling tank, and then passed through secondary
settling tank before went to the pond. Water was sampled weekly to measure some
quality indicators such as BOD5, COD, sunfua concentration, total N concentration,
total P concentration, N-NH3, N-NO3, Cu, Zn, total Coliform , and E.coli. Rice straw
samples after sinked into the tank were collected to identify total N concentration, total
P concentration, amoni concentration.
3) In order to evaluate the removal pollutant efficiency of vetiver grass and rice
straw, two experiments were designed using plastic buckets (40 litres) at the laboratory
conditions. Vetiver grass was planted in wasterwater by floating beds with 3 treatments
(2,5g/l, 5g/l and 10g/l) and a control group. Rice straw was added to wastewater with 3
treatments (1g/l, 2g/l and 4g/l) and a control group. Water samples were collected
weekly to measure their quality with some parameters (BOD5, COD, total N

x

concentration, amoni (N-NH4). Vetiver grass growth rate was assessed by the increase
in length of their leaves and root every week. Rice straw samples were collected to
identify the change in total N concentration weekly.
Main findings and conclusions
1. Pig farms in Van Giang district, Hung Yen province were often characterized
by integrated livestock-crop-fish production systems, including Garden-Fish pondAnimal house (VAC), Garden-Animal house (VC), or only animal house. Most farms
had biodigester for waste treatment but few of them applied the post-septic treatment
system (10-14,28% of farms had the settling ponds for effluent).
2. The integration of biodigester, settling tanks supplemented with rice straw and
effective microorganisms liquid, and the pond with vetiver floating beds showed a high
efficiency of pollutant removal from biodigester effluent. The concentration of several
pollutants decreased significantly and met the quality standard for wastewater according
to the Vietnam National technical regulation on the effluent of livestock (QCVN 62 MT:2016/BTNMT).
After 4 weeks of rice straw adding, 7 weeks of vetiver cultivation, 1 week of
effective microorganisms liquid supplementing, the concentration of several pollutants
in primary settling tank, secondary tank, and plant aquatic pond deseased significantly
in compared with those in biodigester effluent as follows:
+ BOD5 decreased by 73,91%, 79,0%, 88,58%, respectively
+ COD decreased by 27,39%, 58,69%, và 84,48%, respectively
+ Total N concentration, total phosphorous concentration, Cu, and Zn
concentration decreased by 69,8%, 54,57%, 88,5% và 55,23% respectively.
+ Total Coliform and E.coli in aquatic plant pond water decreased by 88,5% and
55,23% respectively.
+ Rice straw has a high capacity of nitrogen and phosphorus removal from
biodigester effluent: Total nitrogen and phosphorus concentration in rice straw samples
were 2.01 times and 512,38 times higher than that in control rice straw sample.
3. Vetiver grass grew well in aquatic condition: After 4 weeks, length of leaves
increased by 1.19-2.15 times, length of root increased by 8.6-13.7cm.

+ Concentration of pollutants in water after 4 weeks of vetiver grass cultivation
decreased significantly, BOD5 decreased by 53,3% - 67,28% compared with 26,22% in
control group; COD decreased by 48,64% - 62,93%, compared with 27,96% in control
group; N decreased by 85,41-86,13% compared with 68,15% in control group.
Concentration of pollutants in water after 4 weeks of rice straw adding decreased
significantly, BOD5 decreased by 79,38% - 79,77% compared with 45,31% in control
group; COD decreased by 76,27% - 77,31% compared with 58,08% in control group; N
decreased by 68,79-77,82% compared with 41,59% in control group.

xi


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Chăn ni nói chung và chăn ni lợn nói riêng đóng vai trị quan trọng
trong nền kinh tế nơng nghiệp Việt Nam. Từ 1990 đến 2003 chăn nuôi lợn phát
triển nhanh chóng về số lượng với 24,88 triệu con (2003) gần gấp đơi số lượng
đầu con trong vịng 13 năm. Mười năm tiếp theo từ 2004 đến 2015 số lượng lợn
trong nước tương đối ổn định trong mức khoảng 27,750 triệu con, chăn nuôi
trong giai đoạn này diễn ra sự chuyển dịch về phương thức chăn nuôi, chuyển từ
chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia
trại, ứng dụng cơng nghệ khoa học kỹ thuật, nâng cao năng suất, tăng hiệu quả
kinh tế. Theo thống kê sơ bộ năm 2015, cả nước đã có 29.389 trang trại (Tổng
Cục thống kê, 2015).
Chăn ni trang trại tập trung góp phần đáng kể vào sự phát triển của ngành
hàng thịt lợn, tuy nhiên cùng với đó là các vấn đề về xử lý ô nhiễm môi trường
do chất thải chăn nuôi gây ra. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do chăn nuôi
tập trung đã và đang là vấn đề rất được xã hội quan tâm. Theo báo cáo của Cục
Chăn nuôi (2014) về việc xử lý chất thải chăn nuôi của 55/63 tỉnh, thành phố
năm 2013, cho thấy có 3.950 trang trại trên tổng số 12.427 trang trại sử dụng hệ

thống biogas, tức là chỉ có 31,79% số trang trại sử dụng biện pháp xử lý chất thải
chăn nuôi (phân và nước tiểu). Mặc dù hầm biogas đã hạn chế được mức độ gây
ô nhiễm của chất thải chăn nuôi, tuy nhiên vẫn chưa thể xử lý triệt để khiến cho
câu hỏi về việc xử lý sau biogas được đặt ra ngày càng cấp thiết.
Văn Giang là một huyện có ngành chăn ni lợn thâm canh của tỉnh Hưng
Yên với số đầu con năm 2014 là 108.815 con, cao nhất toàn tỉnh. Sản lượng thịt
cũng đứng đầu tỉnh với 19.672 tấn (Cục Thống kê tỉnh Hưng Yên, 2014). Với số
lượng lớn chất thải được thải ra trong q trình chăn ni lợn thì việc xử lý chất
thải, đảm bảo vệ sinh môi trường trong chăn nuôi lợn đang là vấn đề bức xúc
hiện nay của các trang trại chăn ni lợn. Trong khí đó, hầu hết các trang trại
chăn nuôi lợn nằm xen kẽ trong khu dân cư với quỹ đất nhỏ hẹp không đủ diện
tích để xây dựng khu xử lý chất thải nên có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường,
nhất là nguồn nước và khơng khí, ảnh hưởng đến đời sống người dân. Vì vậy
việc tìm ra các giải pháp xử lý chất thải phù hợp, hạn chế ô nhiễm môi trường,
hướng tới phát triển chăn nuôi một cách bễn vững là rất cần thiết.

1


Ngh ên cứu này nhằm đánh g á h ệu quả xử lý nước thải sau biogas bằng
biện pháp kết hợp giữa vật lý và sinh học tại mơ hình trang trại thực nghiệm và ở
quy mơ phịng thí ngh ệm, từ đó đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống xử lý chất
thải hiệu quả, dễ áp dụng và phù hợp với quy mô chăn nuôi trang trại.
1.2. MỤC TİÊU NGHİÊN CỨU
1.2.1. Mục tiêu chung
Tìm ra biện pháp hiệu quả, đơn giản, dễ áp dụng trong v ệc xử lý chất thải
chăn nuô lợn sau biogas.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau biogas bằng b ện pháp kết hợp g ữa
hệ thống bể lắng có bổ sung rơm khơ, chế phẩm EM và hệ thống cỏ Vetiver ở ao

thủy sinh tại trang trại thực nghiệm.
- Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau biogas của cỏ Vetiver kh trồng
thủy canh trong chậu thí nghiệm để đưa ra khuyến cáo về mật độ trồng và thờ
gian xử lý.
- Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau biogas của rơm khô kh nhúng
trong nước thả ở đ ều k ện chậu thí nghiệm để đưa ra khuyến cáo về mức sử
dụng và thờ g an xử lý.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. KHÁI NIỆM VỀ CHẤT THẢI CHĂN NI
Chất thải chăn ni là sản phẩm phụ khơng mong muốn của q trình sản
xuất chăn ni. Thơng thường lượng chất thải này có thể được sử dụng một cách
hợp lý, nhưng với kích thước và quy mơ trang trại ngày càng tăng lên, lượng chất
thải vượt quá mức có thể gây ơ nhiễm mơi trường. Các loại chất thải chăn nuôi
quan trọng nhất là phân động vật, nước thải, khí thải và thức ăn dư thừa.
Theo Conway and Pretty (1991) tất cả chất thải từ chăn nuôi đều có chứa
các chất hợp chất có giá trị cho các hoạt động khác trong nông nghiệp và cho xã
hội. Tuy nhiên, để tận dụng giá trị này một cách có lợi thường gặp khó khăn. Vì
vậy, trong thực tế, người ta thường chú ý đến việc giảm lượng chất thải chăn nuôi
thải vào môi trường hơn là tận dụng chúng vào nhiều mục đích khác nhau (dẫn
theo Vũ Chí Cương và cs., 2013).
Theo Vũ Chí Cương và cs. (2013) chất thải chăn ni được chia thành
3 nhóm:
- Chất thải rắn bao gồm phân, thức ăn thừa, xác động vật chết, phủ tạng
không được sử dụng và một số vật dụng nhỏ trong chăn nuôi. Chất thải rắn chủ
yếu là các thành phần không được hấp thu của thức ăn cịn dư thừa và được đào
thải ra ngồi theo phân. Đây là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho vi sinh vật

phân giải lên men hình thành nhiều loại khí và khoáng chất. Trong thực tế phần
chất thải rắn thường được tách riêng để xử lý. Tỷ lệ các chất hữu cơ, vô cơ, vi
sinh vật trong chất thải rắn phụ thuộc vào khẩu phần ăn, giống, loài gia súc và
cách dọn vệ sinh.Trong chất thải rắn chứa 56-83% nước, 1-26% chất hữu cơ,
0,32-1,6% nito, 0,25-1,4% photpho, 0,15-0,95% Kali và nhiều loại vi khuẩn,
virus, trứng kí sinh trùng gây bệnh cho nhười và động vật.
- Chất thải lỏng: Bao gồm nước phân, nước tiểu, nước tắm cho vật nuôi,
nước rửa chuồng, nước từ các lò mổ gia súc gia cầm, thuốc thú y, hóa chất lỏng,
dung dịch xử lý chuồng trại… Thành phần nước thải từ các trang trại chăn nuôi
gia súc gồm chất hữu cơ chủ yếu là cellulose, protein, acid béo, carbonhydrate
hầu hết là những chất dễ phân hủy, vi sinh vật E.coli, Samonella, giun sán… và
chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát đất muối…

3


- Chất thải khí: Bao gồm CO2, NH4, CH4, H2S… đây đều là những loại khí
chính gây hiệu ứng nhà kính, ơ nhiễm mơi trường và mùi. Sau khi được thải ra
ngoài, chất thải lỏng và chất thải rắn tiếp tục được lên men phân giải thành
nhiều chất khí khác nhau. Từ chất thải chăn nuôi tạo ra khoảng 65% lượng khí
nito oxit (N2O) trong khơng khí. Đây là loại khí có tiềm năng gây hiệu ứng nhà
kính gấp 296 lần so với khí CO2. Theo nghiên cứu của Hur et al. (2004), trong
chất thải của chăn nuôi lợn chứa tới 9% lượng khí CO2, 37% lượng khí methane
có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính gấp 23 lần khí CO2. Điều này cho thấy chất
thải chăn nuôi là một yếu tố quan trọng làm tăng hiệu ứng nhà kính (dẫn theo
Vũ Chí Cương và cs., 2013).
Việc phân loại chất thải như trên cũng chỉ mang tính chất tương đối, trong
thực tế thường chất thải chăn nuôi là dạng hỗn hợp của các chất thải rắn, chất thải
lỏng và chất thải khí.
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT THẢI VỚI CON NGƯỜI, VẬT NUÔI VÀ

MÔI TRƯỜNG
Cùng với sự phát triển của chăn nuôi, nguy cơ gây ô nhiễm của chất thải
chăn nuôi đã trở nên nghiêm trọng. Đó là mối quan tâm lớn của tồn xã hội bởi
vì nó khơng chỉ làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí gây mất cảnh quan
thiên nhiên mà còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng xấu tới sức khỏe cộng đồng
bởi sự gia tăng các bệnh có nguồn gốc thực phẩm và bệnh truyền lây giữa người
và gia súc (Trịnh Thị Thanh, 2000).
Do vậy, chất thải chăn nuôi cần phải được xử lý trước khi đổ ra ngồi mơi
trường.Tuy nhiên có một số khó khăn trong q trình xử lý chất thải chăn nuôi ở
nước ta là quy mô chăn nuôi nhỏ lẻ, khu chăn nuôi nằm xen kẽ giữa khu dân cư,
rác thải và nước thải chưa được xử lý đúng cách (Lê Viết Ly, 2007)
Ở Việt Nam, chăn ni lợn ngồi mục đích cung cấp thực phẩm từ lâu vẫn
được coi là yếu tố cần thiết nhằm duy trì sự phì nhiêu của đất trồng trọt, đảm bảo
năng suất cao trong q trình thâm canh cây trồng. Và mơ hình vật ni, ao cá,
cây trồng (mơ hình VAC) là một minh chứng. Tuy vậy, hiện tượng cá bị ngạt,
nước ao đục mờ và gây mùi khó chịu đã phản ánh tình trạng ô nhiễm của ao, mà
một trong những nguyên nhân đó là quá dư thừa chất hữu cơ và chất khống,
được gọi là hiện tượng phù dưỡng hóa lớp nước bề mặt. Với những hộ ni nhiều
lợn mà diện tích ao nhỏ thì khả năng ao bị phù dưỡng là rất cao nên phải thường

4


xuyên chú ý theo dõi, quản lý nước ao và lượng chất thải xả xuống ao (Nguyễn
Thị Hoa Lý và Hồ Kim Thoa, 2004).
Từ các hố ủ hay đồng ruộng bón quá nhiều phân, vượt khỏi nhu cầu của cây
trồng và khả năng hấp thụ của đất, thì các chất này ngấm xuống đất làm ô nhiễm
tầng nước mặt và có thể cả nguồn nước ngầm. Các kim loại nặng và ngun tố
khống tích tụ trong đất sẽ làm giảm độ phì nhiêu của đất. Ngồi việc gây ơ
nhiễm cho đất, nước thì chất thải chăn ni cịn gây ơ nhiễm khơng khí do sự bay

hơi ammoniac từ chuồng trại hay hố ủ ngoài trời hoặc khi rải, rắc phân. Mặt khác,
phân là sản phẩm gây mùi có thể thu hút nhiều ruồi, muỗi và các cơn trùng khác,
do đó chúng có thể gây nhiễm bẩn mơi trường sống. Chính những hiện tượng ô
nhiễm này đã làm tăng nguy cơ mắc các bệnh nguy hiểm cho người và vật nuôi
(Nguyễn Quế Côi và Vincent Porphyre, 2006).
2.3. XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG HỆ THỐNG BIOGAS
Hiện nay có rất nhiều biện pháp xử ký chất thải được áp dụng, trong đó hệ
thống biogas là 1 trong những biện pháp được sử dụng phổ biến nhất nhờ vào các
tính năng ưu việt của mình.
Biogas là cơng nghệ xử lý phân và nước thải tiên tiến, nó được sử dụng phổ
biến và đạt hiệu quả cao. Hoạt động dựa trên nguyên tắc phân hủy kỵ khí, các
chất hữu cơ phức tạp bị vi sinh vật yếm khí phân hủy tạo thành các chất đơn giản
ở dạng khí hịa tan. Q trình này trải qua nhiều giai đoạn với nhiều phản ứng
hóa học có sự tham gia của nhiều loại vi sinh vật kỵ khí. Sự lên men các hợp chất
hữu cơ tạo ra khí sinh học có chứa 60-70% CH4, 30-35% CO2 phần cịn lại là H2,
N2, H2S, NH3, hơi nước. Khí gas tạo ra trong bể sau khi xử lý có thể sử dụng vào
nhiều mục đích khác nhau như đun nấu, sưởi ấm cho vật ni, chạy máy phát
điện… Ngồi ra, nước thải sau khi xử lý dùng để tưới cho cây trồng rất tốt, bổ
sung dinh dưỡng cho ao cá... (Lê Viết Ly, 2007).
* Nguyên tắc hoạt động
Công nghệ xử lý này dựa trên nguyên tắc phân hủy kỵ khí nhờ hoạt động
của vi sinh vật yếm khí, phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn
giản ở dạng khí hịa tan. Q trình này trải qua nhiều giai đoạn với hàng nghìn
phản ứng hóa học, có sự tham gia của vi sinh kỵ khí.
Giai đoạn 1: Giai đoạn này cần làm lỏng phân gia súc và chất thải chăn
nuôi, hay cắt nhỏ rác thải như rau, cỏ ăn thừa của gia súc hay một phần rơm rạ,

5

thân cây ngô già, bèo tây, nhằm cung cấp nguyên liệu cho vi khuẩn thủy phân
chất rắn thành các phân tử hòa tan
Giai đoạn 2 (giai đoạn thủy phân): Giai đoạn này các chất hữu cơ được ủ
trong bể hở, hay ở tầng trên của hầm biogas lúc này dưới tác động của vi khuẩn
lên men sẽ thủy phân các phân tử hữu cơ lớn thành các phân tử hữu cơ nhỏ như
axit béo, axit amin và hình thành khí H2, CO2.
Giai đoạn 3 (giai đoạn sinh khí metan): Giai đoạn này nhờ sự hoạt động
của hệ vi khuẩn yếm khí phân giải các hợp chất hữu cơ nhỏ (sản phẩm của giai
đoạn 2) thành các axit béo nhẹ và chuyển hóa thành khí sinh học.
* Những yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của bể Biogas
- Môi trường yếm khí:
Q trình lên men có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong đó vi khuẩn
sinh khí metan là quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn yếm khí bắt buộc. Sự
có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn này, vì vậy phải đảm bảo
điều kiện yếm khí tuyệt đối của mơi trường lên men.
- Nhiệt độ
Nhóm vi khuẩn yếm khí sinh metan rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ tối
ưu cho nhóm vi khuẩn này là từ 31-360C, khi nhiệt độ giảm xuống dưới 100C
nhóm vi khuẩn này sẽ hoạt động yếu. Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình 20-30 0C các
vi khuẩn này vẫn hoạt động tốt. Các vi khuẩn sinh metan không chịu được sự
tăng giảm nhiệt độ quá nhiều trong ngày.
- Ẩm độ
Ẩm độ thích hợp nhất cho sự hoạt động của vi sinh vật là 91,5-96% khi ẩm
độ cao hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm
- Hàm lượng vật chất khô trong phân hữu cơ
Hàm lượng này tùy thuộc vào các loại phân khác nhau. Hàm lượng vật chất
khơ dưới 9% thì hoạt động của túi ủ sẽ tốt, hàm lượng chất rắn thay đổi khoảng
7-9%.
- Độ pH
Trong q trình lên men yếm khí độ pH mơi trường thường trung tính, đầu

vào thường 6,8-7,2 và đầu ra 7-7,5. Các hầm sinh học cần duy trì độ pH trong
khoảng 7-8, đây là pH tối ưu cho các loại vi khuẩn hoạt động.

6


- Thời gian ủ và số lượng vi khuẩn sinh khí metan
Bảy ngày đầu sau khi nạp nguyên liệu đã có khí nhưng ít, sản lượng khí cao
nhất sau khi nạp nguyên liệu 40 - 45 ngày. Tuy nhiên còn phụ thuộc vào nhiệt độ
mơi trường. Nếu trong q trình ủ vi sinh vật khơng phát triển thì cần phải kiểm
tra lại nguyên liệu, hoặc bổ sung vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên.
- Tỷ lệ Cacbon/Nito (C/N)
C và N là nguồn dinh dưỡng của vi khuẩn sinh metan. Tốc độ tiêu thụ C
nhanh hơn N khoảng 25-30 lần, do đó để q trình phân giải kỵ khí tốt nhất khi
nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 25: 1 đến 30: 1.
- Thời gian lưu
Quá trình phân hủy nguyên liệu xảy ra trong một thời gian nhất định. Thời
gian lưu dài hay ngắn tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu, với nguồn nguyên liệu
thực vật thời gian lưu cần dài hơn và quy định là 100 ngày. Thời gian lưu chính
bằng thời gian nguyên liệu chảy qua hệ thống từ lối vào đến lối ra. Thời gian này
được tính bằng thể tích phân hủy và thể tích nguyên liệu nạp bổ sung hàng ngày.
- Các độc tố gây trở ngại quá trình lên men
Hoạt động của vi khuẩn kỵ khí chịu ảnh hưởng của một số độc tố. Khi hàm
lượng của các loại này có trong dịch phân hủy vượt quá một giới hạn nhất định sẽ
giết chết các vi khuẩn. Các loại thuốc hóa học như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc
sát trùng, các chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn sẽ làm
cho số lượng vi sinh vật giảm đi nhanh chóng.
- Một số yếu tố khác
Ngồi các yếu tố đã trình bày trên, số lượng gas nhiều hay ít cịn phụ thuộc
một số yếu tố sau:

+ Chiều dài và chiều rộng của hầm biogas. Yếu tố này có liên quan đến thời
gian lưu lại của dịch phân ngắn hay dài và số lượng phân;
+ Tổng thể tích phân, nước cho vào trong ngày và tỉ lệ nước;
+ Các loại phân khác nhau thì số lượng gas khác nhau;
+ Tỷ lệ phân nước: dịch phân q lỗng thì lượng phân khơng đủ để phân
hủy, ngược lại dịch phân quá đặc sẽ tạo lớp váng trên bề mặt của hầm gây cản trở
q trình sinh khí. (Bùi Hữu Đoàn và cs., 2011).

7


* Một số hạn chế của hệ thống Biogas
Mặc dù có rất nhiều ưu điểm tuy nhiên hệ thống biogas vẫn còn tồn tại một
số nhược điểm cần khắc phục.
- Hệ thống biogas thơng thường được làm cố định vì vậy khi quy mô chăn
nuôi tăng lên khiến cho hệ thống cũ khơng cịn đáp ứng được nhu cầu xử lý chất
thải, chất thải khơng được xử lý hồn tồn trước khi đổ ra môi trường.
- Hệ thống biogas không xử lý được lượng kim loại có trong chất thải gây
ra ô nhiễm kim loại, đặc biệt là Cu và Zn.
- Hàm lượng N và P quá cao gây nên hiện tượng phú dưỡng cho hệ thống
nước mặt, nước ngầm và hệ thống đất đai quanh trang trại.
Vì vậy yêu cầu xử lý lượng chất thải sau biogas đang đặt ra ngày càng
bức thiết.
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI SAU BIOGAS
2.4.1. Các phương pháp vật lý
Các phương pháp áp dụng các quá trình vật lý như sàng lọc, tách cơ học,
trộn, khuấy, tủa nổi, tủa lắng, lọc hay hóa lỏng khí… nhằm loại bớt một phần cặn
ra khỏi nước thải chăn ni, tạo điều kiện cho q trình xử lý ở phía sau được
thực hiện tốt hơn.
Trong nước thải sau biogas thường chứa các chất tan và không tan ở dạng

hạt lơ lửng. Các tạp chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước
thành hệ huyền phù.
Để tách rác và các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thông thường người ta sử
dụng các quá trình cơ học (gián đoạn hoặc liên tục): lọc qua song chắn hoặc lưới,
lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực li tâm và lọc. Việc lựa chọn
phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào các hạt, tính chất hố lý, nồng độ hạt lơ lửng,
lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết.
Xử lý bằng phương pháp cơ học nhằm loại bỏ và tách các chất khơng hồ
tan và các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những cơng trình xử lý cơ học bao
gồm: Song chắn rác (lưới lược thô), Lưới chắn rác (lưới lược tinh), Bể điều hoà
ổn định lưu lượng, Bể lắng đợt 1, bể lắng đợt 2 tách cặn lơ lửng.
Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất
không tan và giảm chất ơ nhiễm có khả năng phân huỷ sinh học BOD đến

8


20%. Phương pháp vật lý thường được kết hợp với các phương pháp sinh học
hay hóa học để tăng hiệu quả của các q trình chuyển hóa và tách các chất
cặn, chất kết tủa.
2.4.2. Các phương pháp hóa lý
2.4.2.1. Xử lý nước thải bằng công nghệ hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải
khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi
trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này
khơng phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các
chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ khơng lớn thì
việc áp dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ

• Thực hiện quá trình hấp phụ
• Di chuyển chất ơ nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán
trong). Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất
thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như
đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất
màu tổng hợp, dung mơi clo hố, dẫn xuất phenol và hydroxyl…
2.4.2.2. Xử lý nước thải bằng công nghệ trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải
khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất
của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi
các chất và đạt được mức độ làm sạch cao. Vì vậy nó là một phương pháp được
ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải. Bản chất của quá
trình trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao
đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất
này được gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn khơng tan trong
nước. Các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch
điện ly gọi là các cationit và chúng mang tính acid. Các chất có khả năng trao
đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các
ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là ionit lưỡng
tính. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vơ cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự
nhiên hay tổng hợp nhân tạo.

9


2.4.2.3. Xử lý nước thải bằng công nghệ keo tụ tạo bơng
Các hạt cặn khơng tan hoặc hịa tan trong nước thải thường đa dạng về
chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản
phẩm hữu cơ phân huỷ… Kích thước hạt có thể dao động từ vài micromet đến
vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được

những hạt kích thước lớn hơn 1 mm.
Với những hạt kích thước nhỏ hơn 1 mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì
phải tốn thời gian rất dài và khó đạt hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng
phương pháp xử lý hố lý.
Mục đích q trình keo tụ tạo bơng để tách các hạt cặn có kích thước nhỏ,
khơng thể tách loại bằng các q trình lý học thơng thường như lắng, lọc hoặc
tuyển nổi. Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bơng gồm:
• Q trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu:
khi bổ sung các ion trái dấu vào nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển
dịch đến lớp khuyếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện
tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.
• Q trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hồ điện tích
tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0. Trong trường hợp này, q trình hấp phụ
chiếm ưu thế.
• Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion
hố, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:
- Phân tán polymer.
- Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt.
- Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt.
- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác.
2.4.2.4. Xử lý nước thải bằng cơng nghệ kết tủa
Q trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước là kết tủa carbonate canxi và
hydroxit kim loại. Ví dụ ứng dụng q trình kết tủa làm mềm nước theo phương
pháp như sau:
• Sử dụng vơi: Ca(OH)2 + Ca(HCO3) = 2CaCO3 + 2H2O
• Sử dụng carbonate natri: Na2CO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaCO3
• Sử dụng xút: 2NaOH + Ca(HCO3)2 = Na2CO3 + CaCO3 + H2O

10

Kim loại chứa trong nước thải có thể tách loại đơn giản bằng cách tạo kết
tủa kim loại dưới dạng hydroxit. Giá trị pH tối ưu để quá trình kết tủa xảy ra hiệu
quả nhất của các kim loại khác nhau khơng trùng nhau. Do đó, cần xác định giá
trị pH thích hợp đối với từng kim loại nước thải cụ thể cần xử lý. Bên cạnh đó,
q trình kết tủa cịn được ứng dụng trong q trình khử SO42-, F- , PO43-.
2.4.2.5. Xử lý nước thải bằng công nghệ thẩm thấu
Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình
tương tự khác ngày càng đóng vai trị quan trọng trong xử lý nước thải.
Màng được định nghĩa là lớp đóng vai trị ngăn cách giữa các pha khác
nhau. Đó có thể là chất rắn, hoặc 1 gel (chất keo) trương nở do dung mơi hoặc
thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào
độ thấm của các hợp chất qua màng.
Thẩm thấu ngược - Reverse Osmosis (RO)
Thẩm thấu được định nghĩa là sự di chuyển tự phát của dung mơi từ một
dung dịch lỗng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm. Khi áp suất
tăng lên áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của màng, thì có dịng dịch chuyển
ngược, nghĩa là dung môi sẽ di chuyển từ dung dịch qua màng vào phía nước
sạch. Đây là khái niệm cơ bản của thẩm thấu ngược. Vì vậy có thể định nghĩa
thẩm thấu ngược là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất
cao hơn áp suất thẩm thấu.
2.4.2.6. Công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration)
Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất, động lực của
q trình và địi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lại một số cấu
tử khác.
Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để
tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ
các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét…). Còn thẩm thấu ngược thường được sử
dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao.
2.4.3. Các phương pháp hóa học

Là phương pháp dùng các tác nhân hóa học để loại bỏ hoặc chuyển hóa làm
thay đổi bản chất chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi. Các q trình hóa học
có thể áp dung là: trung hịa, sử dụng các chất oxy hóa khử...

11


2.4.3.1. Phương pháp trung hòa
Trung hòa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau
- Trộn lẫn nước thải với axit hoặc kiềm.
- Bổ sung các tác nhân hóa học.
- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hịa.
- Hấp thụ khí axit bằng chất kiềm hoặc hấp thụ amoniăc bằng nước axit.
Trong quá trình trung hòa một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn
này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng
các tác nhân xử dụng cho q trình.
2.4.3.2. Phương pháp oxy hóa và khử
Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và
hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali,
bicromat kali, oxy không khí, ozon...
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong
những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải khơng thể tách
bằng những phương pháp khác.
a. Oxy hóa bằng Clo
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thơng dụng nhất.
Người ta sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit,
phenol, xyanua ra khỏi nước thải.
Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2 + H2O = HOCl + HCl
HOCl ↔ H+ + OClTổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.
Các nguồn cung cấp clo hoạt tính cịn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit,
clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng
Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O
Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10 g/m3
đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn.

12


b. Phương pháp Ozon hóa
Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khống và chất hữu cơ, oxy hóa bằng
ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước. Sau q trình
ozon hóa số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon cịn oxy hóa các hợp
chất Nito, Photpho...
2.4.4. Các phương pháp sinh học
Các phương pháp sinh học là nhóm phương pháp thường được sử dụng
rộng rãi hơn so với các phương pháp khác trong xứ lý nước thải chăn ni,
ngun nhân chính là do nước thải chăn nuôi giàu thành phần hữu cơ, cho nên dễ
áp dụng phương pháp xử lý sinh học. Phương pháp sinh học xử lý nước thải
chăn nuôi là các phương pháp dùng các tác nhân sinh học như tảo, vi khuẩn, nấm,
nguyên sinh động vật, thực vật nước hay các động vật như cá, nhuyễn thể…hay
thực vật nước để phân hủy, chuyển hóa và chuyển dạng các chất ơ nhiễm trong
nước thải chăn nuôi. Trong các hệ thống xử lý sinh học, quần thể các sinh vật
khai thác năng lượng từ các chất thải để duy trì họat động và tăng trưởng nhờ hệ
thống enzyme sinh học. Dựa vào khả năng này của vi sinh vật, người ta sử dụng
vi sinh vật nhằm chuyển hóa các chất thải sinh học (biowastes) mà thường là các
chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi sang dạng không ô nhiễm hay lọai bỏ
chúng ra khỏi dịng thải. Các q trình phân giải dị hóa của vi sinh vật, tảo, nấm

men và nấm là những con đường chính cho tồn bộ hay ít nhất là một phần của
quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ phân, nước tiểu hay xác
động vật.
Mục tiêu của xử lý sinh học nước thải là lọai bỏ các chất ơ nhiễm bởi q
trình chuyển hóa và tổng hợp sinh khối trong các tác nhân sinh học hay làm đông
tụ và loại bỏ các chất rắn dạng keo khơng có khả năng kết tủa. Quá trình phân
giải các chất hữu cơ tạo thành các chất đơn giản như CH4, CO2, H2O, NH3, khí
NOx… và cuối cùng chúng sẽ bị loại bỏ khỏi dòng nước thải bằng quá trình lắng
bùn, chuyển thành dạng bền vững không độc của các hợp chất hữu cơ và vô cơ
hòa tan và loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải.
Ưu điểm của các phương pháp sinh học là phương pháp rẻ tiền, an tồn cho
mơi trường so với phương pháp hóa học. Ngồi lợi ích về mơi trường, phương
pháp xử lý sinh học cịn có khả năng tạo các sản phẩm phụ có giá trị kinh tề như
khí sinh học (biogas), phân vi sinh hay nhiều sản phẩm khác…

13