THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO

Chất lượng nước thải chăn nuôi trước xử lý

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo/lợn với lưu lượng nước đầu vào được xác định dựa theo tình hình xả thải thực tế của trại chăn nuôi. Và dựa trên những số liệu được chủ đầu tư cung cấp. công suất xả thải được xác định khoảng 200m3/ngày đêm. Các chỉ tiêu khác được xác định dựa trên kết quả phân tích của các trang trại heo thịt có quy mô và tính chất tương tự. Trong đó bao gồm:

Bảng 1: Chất lượng nước thải sau hồ biogas

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị
1	Lưu lượng	m3/ngày	200
2	pH	–	7.4
3	BOD5	mg/l	284
4	COD	mg/l	749
5	TSS	mg/l	585
6	Tổng N	mg/l	347
7	Coliform	MPN/100ml	2400

1.1.2     Chất lượng nước thải sau xử lý

Chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT, cột A với một số chỉ tiêu cơ bản được nêu trong bảng sau.

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị	Tiêu chuẩn đầu ra   QCVN 62-MT:2016 /BTNMT (cột A)
1	pH	–	6-9	6-9
2	BOD5	mg/l	< 40	40
3	COD	mg/l	<100	100
4	Tổng chất rắn lơ lửng	mg/l	<50	50
5	Tổng Nitơ (theo N)	mg/l	<50	50
6	Tổng Coliform	MPN hoặc CFU/100ml	<3000	3000

Nhận xét:

• Nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm cao, hầu hết các chỉ tiêu đều vượt giá trị cho phép và phải được xử lý triệt để trước khi xả ra môi trường.
• Với tính chất nước thải như trên, chúng tôi đề nghị sử dụng công nghệ xử lý với các bước chính như sau:
• Hồ điều hòa: Điều hòa nồng độ và lưu lượng chất ô nhiễm, có lắp hệ thống khuấy trộn bề mặt tạo môi trường thiếu khí, hiếu khí, tùy nghi xử lý sơ bộ một phần Amoni trong nước thải, lắng cặn giảm chỉ tiêu TSS trước khi vào hệ thống sinh học.
• Thiếu khí: Sử dụng công nghệ bùn vi sinh hoạt tính, bao gồm các chủng vi sinh vật thiếu khí, xử lý Amoni, N và P. Tại đây được lắp đặt hệ thống máy khuấy trộn, đảm bảo môi trường thiếu khí cho vi sinh vật phát triển. Ngoài ra thức ăn và các chủng vi sinh vật cũng được bổ xung để tối đa hiệu xuất xử lý của vi khuẩn thiếu khí.
• Hiếu khí: Hầu hết các chất ô nhiễm được các chủng vi sinh vật hiếu khí phân hủy tại đây. Hệ thống cấp khí được cấp vào để đảm bảo môi trường hiếu khí cho hệ vi sinh vật phát triển, kiểm soát lượng oxy hòa tan trong khoảng 2-3,5mg/l bằng máy đo DO cầm tay.
• Hồ sinh học: Nước thải sau xử lý sinh học cưỡng bức còn một phần amoni, ni tơ được chảy vào hồ sinh học, sử dụng khả năng tự làm sạch của hồ và các chủng vi sinh có sẵn trong nước thải để tiếp tục tiêu thụ amoni và nito, đồng thời bổ xung thủy sinh ven hồ (rau muống) để nâng cao hiệu quả tự làm sạch của hồ.
• Hệ phản ứng hóa lý: Nước thải sau khi qua hồ sinh học loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm. Nước thải được bổ xung hóa chất keo tụ để loại bỏ các chất rắn lơ lửng, BOD, COD, Amoni còn sót lại. Bùn thải phát sinh ra từ đây được thu gom và xử lý theo quy định.
• Lọc áp lực và khử trùng: Nước thải tiếp tục được lọc bằng áp lực qua lớp vật liệu lọc bao gồm cát thạch anh, cát mangan, than hoạt tính… xử lý độ màu và mùi trong nước thải. Nước thải sau lọc được chảy vào bể khử trùng có đặt viên Clo khử trùng nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trong nước, đưa giá trị ô nhiễm về cột A, QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

 

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo

Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo, năng suất 6000 heo thịt, lưu lượng nước thải 200m3/d

Hồ điều hòa

Bể điều hòa có nhiệm vụ cân bằng lưu lượng, tại đây sẽ ổn định nồng độ chất ô nhiễm đầu vào của nước thải, tránh sự quá tải từng đợt của hệ thống, ảnh hưởng đến chất lượng nước thải sau xử lý.

Bể sinh học thiếu khí – Anoxic

Bể anoxic được sử dụng kết hợp với các công nghệ hiếu khí hay kỵ khí để xử lý nước chứa nồng độ Amoni (NH4), NO2 (Nitrit), NO3 (Nitrat), Nitơ vô cơ, Phosphat (PO4), Poly-phosphat. Trong bể anoxic đồng thời diễn ra các quá trình như: lên men, cắt mạch Poly-photphas thành Photphas, quá trình Khử nitrat (NO3) thành nitơ (N2)… ở điều kiện thiếu khí.

Bể anoxic được thiết kế đảm bảo nước thải được khuấy trộn đều nhờ thiết bị khuấy trộn và nồng độ oxy từ 0.5-1mg/l.

Quá trình khử Nitơ (xử lý Nitrat)

Trường hợp thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitơrat denitrificans (dạng kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitrat và nitrit để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

Quá trình chuyển: NO3 – NO2 – NO – N2O – N2 (NO, N2O, N2: dạng khí)

Tuy nhiên để cho quá trình này diễn ra thì cần phải xảy ra thêm 2 quá trình Nitrit hóa và Nitrat hóa ở điều điện hiếu khí

Quá trình nitrit hóa: NH4 + O2 —Nitrosomonas—> NO2-

Quá trình nitrat hóa: NH4 + O2 —Nitrobacter—> NO3-

Phương trình phản ứng:

55NH4+ + 76O2 +5CO2 -Nitrosomonas -> C5H7NO2 + 54NO2- + 52H2O + 109 H+

400NO2- + 10 O2 + NH3 + 2H2O + 5CO2 —Nitrobacter—> C5H7NO2+ 400NO3-

Điều kiện để xử lý được Nitơ đòi hỏi có nguồn Cacbon để tổng hợp tế bào. Do nước thải đã được nitrat hóa thường chứa ít vật chất chứa Cacbon nên đòi hỏi phải bổ sung thêm nguồn Cacbon từ ngoài vào làm thức ăn cho vi sinh vật. Ở đây chúng tôi đề xuất sử dụng cám gạo làm nguồn thức ăn cacbon cho vi sinh vật.

Bể xử lý sinh học hiếu khí

Tại bể xử lý Hiếu khí, oxy được cung cấp mãnh liệt nhờ hệ thống phân phối khí lắp đặt dưới đáy bể. Các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được các vi sinh vật sử dụng cho tổng hợp tế bào mới và giải phóng năng lượng.

Nước thải được tuần hoàn lại bể xử lý thiếu khí để tăng hiệu quả xử lý amoni trong nước thải.

Quá trình tiêu thụ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng để tổng hợp tế bào mới được thể hiện bằng phương trình dưới đây:

Chất hữu cơ + chất dinh dưỡng + vi sinh vật + Oxy = vi sinh vật mới + CO₂# + H₂O

Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, xảy ra phản ứng hô hấp nội sinh đối với tế bào già, có thể tóm tắt quá trình này như sau:

Vi sinh vật (bùn hoạt tính)   +  O₂        = Bùn trơ + CO₂ + H₂O + NH₃ + năng lượng

Ngoài ra, nếu trong nước thải có chứa Nitơ ở dạng Amoni – NH₄⁺ hoặc NH₃ chúng sẽ bị các chủng vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacter Oxy hóa tạo thành Nitrit và cuối cùng thành Nitrat.

Sự phát triển hay chết đi của vi sinh vật và vi khuẩn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong xử lý nước thải tại bể này.

Trong phòng thí nghiệm, dưới điều kiện thích hợp, khi dưỡng chất (các chất dinh dưỡng cần thiết) được cung cấp 1 lần cho thấy rằng sự tăng trưởng của vi sinh vật bằng phân chia tế bào có thể chia thành 4 pha: pha ổn định, pha tăng trưởng theo hàm số mũ, pha cân bằng và pha suy tàn.

A – Pha ổn định

Trong pha này, các tế bào vi sinh vật không phân chia (không tăng trưởng về số lượng) mà ổn định để thích nghi với môi trường, nhưng tăng trưởng về kích thước và khối lượng bằng quá trình tổng hợp Enzymes, Protein, RNA…và tăng cường hoạt động trao đổi chất. Thời gian của pha ổn định phụ thuộc vào chủng vi sinh vật, thời gian thích nghi, thời gian cho quá trình tổng hợp các Coenzyme cần thiết thông qua quá trình trao đổi chất.

B – Pha tăng trưởng theo hàm số mũ (pha logarit)

Các vi sinh vật phát triển cả về số lượng (phân chia tế bào) và khối lượng. Tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật trong pha này tính bằng thời gian tăng trưởng hay thời gian nhân đôi của vi sinh vật. Thời gian tăng trưởng được tính bằng tỷ số giữa thời gian t và số lượng tế bào vi sinh vật sinh ra trong khoảng thời gian đó, G = t/n. Pha tăng trưởng chỉ xảy ra trong điều kiện thừa dưỡng chất (tỷ lệ chất dinh dưỡng).

1. Pha cân bằng

Quá trình tăng trưởng của vi sinh vật theo hàm số mũ sẽ không xảy ra tiếp nữa trong môi trường thí nghiệm gián đoạn. Tốc độ tăng trưởng bị hạn chế do ảnh hưởng của 3 yếu tố: (1) sự cạn kiệt về dưỡng chất, (2) sự tích lũy của các chất ức chế hoặc các sản phẩm cuối cùng, và (3) thiếu khoảng trống, trong trường hợp này còn gọi là thiếu khoảng trống sinh học (mật độ vi sinh vật quá đậm đặc).

D – Pha suy tàn (chết)

Khi dưỡng chất trong môi trường đã cạn kiệt, các vi sinh vật chuyển sang hô hấp nội bào (tiêu thụ nguyên sinh chất trong tế bào) và chết đi, tốc độ chết của vi sinh vật cũng nhanh như tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật trong pha logarit.

Tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật trong pha logarit phụ thuộc rất nhiều vào môi trường nuôi cấy, nhiệt độ, pH…

Môi trường vận hành cần duy trì để vi sinh vật phát triển tốt trong bể hiếu khí bao gồm:

Nhiệt độ ổn định từ 25 – 35⁰C, hàm lượng BOD:P:N duy trì theo theo tỷ lệ 100:5:1.

Ngoài ra, độ pH và DO trong bể được duy trì trong khoảng: pH = 7 – 8; DO > 2 mg/l.

Bể lắng bùn sinh học

Hỗn hợp nước thải và bùn vi sinh được chảy sang bể lắng. Bùn vi sinh hoạt tính sẽ kết bông và lắng xuống đáy bể, nước trong sẽ chảy sang hồ sinh học.

Phần bùn lắng sẽ được hệ thống gạt bùn đáy bể thu về rốn bể và được bơm tuần hoàn lại bể sinh học hiếu khí để tiếp tục chu trình xử lý

Hồ sinh học

Hồ sinh học chủ yếu sử dụng khả năng tự làm sạch của vi khuẩn và hệ thủy sinh. Khi nồng độ chất ô nhiễm nhỏ, sử dụng hồ thủy sinh là phương án xử lý đơn giản và hiệu quả.

Cụm phản ứng hóa lý

Bao gồm 02 bể phản ứng để châm hóa chất keo tụ và tạo bông, tách các chất rắn lơ lửng, BOD và COD trong nước thải được keo tụ kết thành bông bùn và tách ra khỏi nước. Bùn từ hệ thống hóa lý được thải bỏ theo quy định.

Nước thải được tách các chất rắn lơ lửng, chất rắn hòa tan, BOD, COD… được chảy về bể chứa trung gian.

Lọc áp lực và khử trùng

Nước thải từ bể trung gian được bơm lên bồn lọc áp lực có chứa lớp vật liệu lọc bao gồm cát thạch anh, cát mangan, than hoạt tính… xử lý độ màu và mùi, COD, amoni còn sót lại trong nước thải.

Nước thải sau lọc được chảy vào bể khử trùng có đặt viên Clo khử trùng nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trong nước, đưa giá trị ô nhiễm về cột A, QCVN 62-MT:2016/BTNMT.