1 Kĩ thuật yếm khí
Nước thải chăn nuôi thuộc loại giàu SS, COD, N, P, vì vậy để xử lý nước thải chăn nuôi kĩ thuật yếm khí luôn là sự lựa chọn đầu tiên. Cũng như các quá trình sinh học khác, quá trình xử lý yếm khí dựa vào khả năng tự nhiên các hệ vi sinh yếm khí: Muốn phát triển về số lượng phải tiêu thụ (“ăn”) vật chất, “thức ăn” của chúng ở đây chính là các chất gây ô nhiễm (chủ yếu là hữu cơ), thì càng phát triển nhanh. Phải “ăn” càng nhiều nghĩa là xử lý càng tốt. Ở đây vi khuẩn là là tác nhân phát triển nhanh nhất sẽ là động lực chính. Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi những enzym đặc biệt, với sản phẩm cuối là biogas (CH4 + CO2) -Thành phần khí (được gọi là biogas-khí sinh học).
Phương trình tổng thể hiện phản ứng yếm khí phân huỷ chất hữu cơ như sau:
CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s)H2O®
1/8(4c –h+2o+3n+2s)CO2 + 1/8(4c + h – 2o – 3n – 2s)CH4 + nNH3 + sH2S
Về mặt kĩ thuật, trong xử lí nước thải chăn nuôi kĩ thuật yếm khí thường áp dụng sau tiền xử lí (tách cặn), đi trước các kĩ thuật xử lí hiếu khí. Có thể nói xử lí yếm khí chịu trách nhiệm xử lí tới khoảng 90% ô nhiễm hữu cơ. Tuy nhiên, sau yếm khí vẫn phải xử lí hiếu khí.
Một trong những công trình xử lý yếm khí phổ biến và hiệu quả đó là hầm biogas. Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, thấy ở hầu hết các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại, kể cả quy mô hộ gia đình. Ưu điểm của bể Biogas là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác. Trong bể Biogas các chất hữu cơ được phân hủy một phần, do đó sau Biogas nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn và ít mùi hơn. Bùn cặn trong bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp.
Ở các nước châu Âu và Mĩ, nhất là ở Anh, nước và chất thải chăn nuôi được coi là nguồn nguyên liệu để sản xuất biogas thu hồi năng lượng. Ở Đức biogas từ chất thải chăn nuôi và các nguồn thải hữu cơ khác đã được đưa vào cán cân năng lượng quốc gia để đạt mục tiêu 20% năng lượng sử dụng là năng lượng tái tạo vào 2020.
Tuy nhiên, hầm biogas không giải quyết được hoàn toàn vấn đề ô nhiễm, nhất là về khía cạnh nước ra sau hầm biogas: N, P chưa xử lý được, COD nói chung vẫn ở mức ~1000mg/L. Điều này đã được ghi nhận trong các báo cáo của Hội thảo quốc tế “Chất thải chăn nuôi – hiện trạng và giải pháp” do Trường ĐHNN HN tổ chức 26-27/11/2009 với 20 báo cáo.
Một điều đáng lưu ý là hầu hết các trại chăn nuôi hiện nay đều chỉ sử dụng hệ thống Biogas trong xử lý nước thải, trong khi chất lượng nước thải từ đầu ra của hệ thống này lại không đạt tiêu chuẩn. Chính nguyên nhân này sẽ dẫn đến việc ô nhiễm các ao, hồ, sông … khi xả trực. tiếp nguồn thải này ra ngoài.
2. Kĩ thuật hiếu khí
Hiếu khí là quá trình tiêu thụ năng lượng thuần, tuy nhiên còn khả năng ôxi hoá ngoài các hợp chất hữu cơ còn cả các hợp chất gây ô nhiễm khác (ví dụ N-amôni), nên có thể được áp dụng để xử lý sạch nước thải tới mức đạt các tiêu chuẩn thải (về COD, N, một phần P). Nhược điểm lớn của HK là phát sinh nhiều bùn, chất ô nhiễm thứ cấp.
Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính được phát minh bởi Arden và Lockett năm 1914 tại Anh. VK dính bám lên các bông cặn có trong nước thải và phát triển sinh khối tạo thành bông bùn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ. Các bông bùn này được cấp khí cưỡng bức đảm bảo lượng oxy cần thiết cho hoạt động phân hủy và giữ cho bông bùn ở trạng thái lơ lửng. Các bông bùn lớn dần lên do hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào VSV, động vật nguyên sinh… qua đó nước thải được làm sạch.
Theo nghiên cứu của Lâm Quang Ngà (1998) ở trại chăn nuôi 3/2 TP. HCM: ứng với tải trọng 0,6-1,5kgCOD/m3.ngày, nồng độ COD đầu vào 200-500 mg/l và thời gian lưu nước 8-10 giờ thì hiệu quả xử lý đạt được 80-85%. Khi tăng thời gian xử lý lên thì hiệu quả xử lý không tăng nữa.
Xử lý nước thải chăn nuôi bằng bể Aerotank có ưu điểm là tiết kiệm được diện tích và hiệu quả xử lý cao, ổn định nhưng chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành khá lớn so với các phương pháp xử lý hiếu khí khác như: ao hồ sinh học, mương oxy hóa… Do đó tùy điều kiện kinh tế, quỹ đất mà lựa chọn hình thức xử lý phù hợp.
3. Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp
Đây là một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính truyền thống, trong đó có bổ sung thêm các ngăn thiếu khí xen kẽ với các ngăn hiếu khí kết hợp với hồi lưu nước thải sau xử lý về ngăn thiếu khí đầu tiên. Quá trình này có thể xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ. Quá trình nitrat hóa được thực hiện ở ngăn hiếu khí và quá trình khử nitrat được thực hiện ở ngăn thiếu khí. Gần đây quá trình ngày được cải tiến bằng cách chia dòng vào ở các ngăn thiếu khí nhằm tận dụng nguồn cacbon trong nước thải cho quá trình khử nitrat để nâng cao hiệu quả xử lý nitơ.
4. Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí – thiếu khí kết hợp
Nguyên lý của quá trình xử lý tương tự phương pháp trên, nhưng ở đây các quá trình nitrat hóa và khử nitrat được thực hiện ở trong các thiết bị lọc sinh học chứa vật liệu mang vi sinh. Ưu điểm của quá trình này là thiết bị gọn nhẹ do có thể vận hành ở tải trọng cao (tải trọng BOD có thể lên đến 2 – 3 kg BOD/m3-ngày), quá trình ổn định, vận hành đơn giản, tiêu hao ít năng lượng. Tuy nhiên chí phí đầu tư lớn.
5. Phương pháp SBR ( sequencing batch reactor: bùn hoạt tính theo mẻ)
Quá trình này được thực hiện theo từng mẻ, trong đó các giai đoạn thiếu khí (không sục khí) và hiếu khí (có sục khí) xảy ra nối tiếp luân phiên trong cùng một bể phản ứng. Trong giai đoạn hiếu khí, xảy ra quá trình nitrat hóa, ammoni được chuyển hóa thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrat hóa. Trong giai đoạn thiếu khí, nitrat được chuyển hóa thành nitơ tự do nhờ vi khuẩn khử nitrat). Nhờ vậy mà quá trình này xử lý được cả thành phần dinh dưỡng. Quá trình này có thể ứng dụng cho tất cả các loại nước thải có thể xử lý được bằng phương pháp bùn hoạt tính.
Đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn cũng như nhiều loại nước thải công nghiệp khác (nước thải chế biến thực phẩm, nước thải nhà máy sữa, nước thải chế biến phomat, nước thải giết mổ gia súc, …) bằng phương pháp SBR. Kết quả nghiên cứu của Kim và cộng sự. Đối với nước thải chăn nuôi lợn (COD = 1000 mg/L, N-NH4+ = 3400 mg/L, T-P = 145 mg/L), trong khoảng tải trọng 0,063 – 0,25 kg-COD/m3-ngày, với chu trình xử lý 12h cho thấy hiệu suất xử lý đạt 57,4 – 87,4% đối với COD, 90,8 – 94,7% đối với N-NH4+. Kết quả nghiên cứu của Edgerton và cộng sự. Với nước thải đầu vào có COD = 4500 mg/L, N-NH4+ = 250 mg/L, T-P = 383 mg/L, với các quá trình yếm khí/hiếu khí/thiếu khí, ở tải trọng 1,18 kg-COD/m3-ngày, chu trình xử lý 12 h cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tương ứng với COD, N-NH4+ và T-P.
6. Phương pháp mương ôxy hóa:
Mương ôxy hóa là một dạng thiết bị sục khí kéo dài. Phương pháp này có ưu điểm là có thể xử lý hiệu quả đồng thời hữu cơ và nitơ, vận hành đơn giản, tốn ít năng lượng, tạo ra ít bùn, tuy nhiên cần diện tích xây dựng lớn. Phương pháp này được sử dụng khá phổ biến đối với qui mô nhỏ. Do hiệu quả xử lý nitơ cao, vận hành đơn giản nên đây có thể là một phương pháp phù hợp đối với một số trang trại chăn nuôi có diện tích lớn.[
Leave a Reply