Nghiên Cứu Ứng Dụng Bãi Lọc Thực Vật Để Nâng Cao Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Sau Biogas.pdf

-

HOÀNG THANHTRANG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÃI LỌC THỰC VẬT ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

SAU BIOGAS

A

-HOÀNG THANHTRANG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÃI LỌC THỰC VẬT ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là : HOÀNG THANH TRANG

Ngày sinh: 02/06/1997 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: CNSH Nông Nghiệp – Môi Trường Mã học viên: 1653010331 Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin khóa luận tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin khóa luận tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN THÁI HÀ

Học viên thực hiện: HOÀNG THANH TRANG Lớp: DH16NN01 Ngày sinh: 02/06/1997 Nơi sinh: Thanh Hóa

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÃI LỌC THỰC VẬT ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẮN NUÔI SAU BIOGAS

Ý kiến của giáo viên hướng dẫn về việc cho phép học viên được bảo vệ khóa luận

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin kính gửi đến tất cả quý Thầy, Cô đang giảng dạy và làm việc tại khoa Công nghệ sinh học trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh lời chúc sức khỏe và lời chào trân trọng nhất Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hỗ trợ cũng như những lời động viên, chia sẻ quý báu từ quý Thầy, Cô và bạn bè

Hơn hết, không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong khoảng thời gian từ khi bắt đầu thực tập đến khi kết thúc em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến thầy TS.Trần Thái Hà đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian thực tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô trong khoa Công nghệ sinh học đã tạo mọi điều kiện, phòng thí nghiệm cũng như thiết bị máy móc để em hoàn thành tốt khóa luận này

Cuối cùng, em xin được gửi lời cám ơn đến Ba Mẹ, Anh Chị trong gia đình đã động viên, hỗ trợ và là chỗ dựa vững chắc của em trong suốt quá trình học tập

Trong quá trình khóa luận, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo khóa luận, khó tránh các về lỗi trình bày em rất mong các Thầy, Cô bỏ qua cho em Đồng thời do trình độ chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tiễn của em còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ Thầy, Cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và em sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo tốt nghiệp

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 08 năm 2020 Sinh viên

Hoàng Thanh Trang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 6

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 6

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 8

1.3 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI: 8

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI: 8

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9

2.1 NƯỚC THẢI SAU BIOGAS: 9

2.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải: 9

2.1.2 Thành phần nước thải : 11

2.2 BÃI LỌC THỰC VẬT : 13

2.2.1 Cấu trúc bãi lọc thực vật: 13

2.2.2 Khả năng xử lí nước thải của bãi lọc thực vật: 16

2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS: 18

3.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU PHÒNG THÍ NGHIỆM: 39

3.3.1 Mô hình nhiên cứu: 39

3.2.2 Quá trình thí nghiệm: 41

3.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH: 43

3.4.1 Phương pháp tính BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) 43

3.4.2 Phương pháp tính TSS (Total suspendid solids) 44

3.4.3 Phương pháp tính Amoni 45

3.4.4 Phương pháp đo độ đục 46

3.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ SỐ LIỆU: 47

3.6 PHƯƠNG PHÁP THAM KHẢO TÀI LIỆU: 47

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……… 48

4.1 Hiệu quả xử lí độ đục 48

4.2 Hiệu quả xử lí BOD 50

4.3 Hiệu quả xử lí Amoni 52

4.4 Hiệu quả xử lí TSS 53

4.4 Khảo sát sinh trưởng – phát triển của cây 55

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

5.1 KẾT LUẬN: 58

5.2 KIẾN NGHỊ: 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

HÌNH 2.1: Nước thải chăn nuôi heo 10

HÌNH 2.2: Bãi lọc thực vật chảy mặt với thực vật nổi 14

HÌNH 2.3: Bãi lọc thực vật chảy ngầm theo chiều ngang 15

HÌNH 2.4 Bãi lọc thực vật chảy ngầm theo chiều đứng 15

HÌNH 2.5 Hệ thống bãi lọc thực vật kết hợp giữa chảy mặt và chảy ngầm 15

HÌNH 2.16: Bể keo tụ tạo bông 27

HÌNH 2.17: Bể tuyển nổi DAF 28

HÌNH 2.18: Hạt nhựa trao đổi ion 28

HÌNH 3.5: Thông số số liệu mô hình 39

HÌNH 3.6: Sơ đồ hoạt động phòng thí nghiệm 40

HÌNH 3.7: Mô hình bãi lọc thực vật trong thực tế 40

HÌNH 3.8: Máy đo oxy hòa tan 44

HÌNH 3.9: Bộ test kit Amoni 46

HÌNH 3.10: Máy đo độ đục 46

HÌNH 4.1: Đồ thị khả năng xử lí độ đục của 2 bể lọc thực vật 48

HÌNH 4.2: Đồ thị hiệu suất xử lý độ đục nước thải 50

HÌNH 4.3: Nước thải sau khi xử lí 51

HÌNH 4.4: Đồ thị khả năng xử lí BOD nước thải 51

HÌNH 4.5: Đồ thị hiệu suất xử lý BOD nước thải 53

HÌNH 4.6: Đồ thị khả năng xử lý Amoni nước thải 53

HÌNH 4.7: Đồ thị hiệu suất xử lí Amoni nước thải 56

HÌNH 4.8: Đồ thị khả năng xử lý TSS nước thải 57

HÌNH 4.9: Đồ thị hiệu suất xử lý TSS nước thải 58

HÌNH 4.10: Đồ thị chiều cao cây chuối mỏ két ở bể lọc thực vật A 59

HÌNH 4.11: Cây chuối mỏ két trong thực tế khi kết thúc thí nghiệm 60

HÌNH 4.12: Đồ thị chiều cao cây chùm ngây ở bể lọc thực vật C 60

HÌNH 4.13: Cây chùm sau thí nghiệm 61

HÌNH 4.14: Cây chùm trước thí nghiệm 61

DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG 2 1: Thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải chăn nuôi ở Công ty TNHH công nghệ môi trường Việt ENVI 11 BẢNG 2.2:Thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải chăn nuôi ở Công ty TNHH giải pháp môi trường Hana 11 BẢNG 3.1: Thành phần nước thải chăn nuôi sau Biogas của cơ sở chăn nuôi heo tại Phú Giáo đã qua tiền xử lí 36 BẢNG 3.2: Thời gian hoạt động của mô hình 42 BẢNG 4: Thành phần nước thải chăn nuôi sau Biogas của cơ sở chăn nuôi heo tại Phú Giáo sau khi qua hệ thống xử lý 48

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biologycal Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand) DO Oxy hoà tan (Dissolved oxygen)

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Turbidity & Suspendid Solids) CW Bãi lọc thực vật (Constructed Wetlands)

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ở những nước phát triển tất cả nước thải sinh hoạt của nhà dân và nước thải công nghiệp đều phải đấu nối với những trung tâm xử lý môi trường, sau khi xử lý xong mới cho ra ao, hồ, sông, suối Nước ta có những trung tâm xử lý môi trường, nhưng thực chất số lượng không đủ để đáp ứng được nhu cầu thực tế, vì thế hầu như nước thải sinh hoạt đều cho chảy thẳng ra kênh rạch, sông, suối, còn nước thải công nghiệp, nông nghiệp thì có xử lý nhưng còn rất lỏng lẻo và không có sự kiểm soát chặt chẽ Nếu không được kiểm soát và quản lý tốt các dòng thải đó sẽ gây nên nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước, nguy cơ phá vỡ cân bằng sinh thái tự nhiên và gây mất mỹ quan đô thị cũng như ảnh hưỡng đến sức khỏe cộng đồng trong khu vực và ô nhiễm do ngành chăn nuôi cũng đang là vấn đề cấp thiết trong xã hội hiện nay

Ở Việt Nam trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi heo phát triển với tốc độ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được những tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi Do đó, năng suất chăn nuôi còn thấp, chất thải ngành chăn nuôi heo gây ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng Ô nhiễm môi trường không những là mầm mống gây ra bệnh tật ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh

Theo thống kê của Bộ NN&PTNT về chăn nuôi, cả nước hiện có khoảng 29 triệu con lợn [1] Mỗi năm khối lượng nguồn thải ra từ chăn nuôi ra môi trường là một con số khổng lồ - khoảng 84,5 triệu tấn/năm, trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả (làm khí sinh học, ủ phân, nuôi trùn, cho cá ăn,…), còn lại 80% lượng chất thải chăn nuôi đã bị lãng phí và phần lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm [2] Nước thải chăn nuôi heo tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều phương diện: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nguồn nước ngầm, môi trường không khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp Đây chính là nguyên nhân

chủ yếu gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hóa, do trong chất thải chứa nhiều VSV gây bệnh, trứng giun sán… Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh có thể lây lan nhanh chóng và nó còn cướp đi sinh mạng của rất nhiều người Ngoài ra nước thải chăn nuôi bao gồm một phần chất thải rắn, nước tiểu vật nuôi và nước rửa chuồng trại Hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải chăn nuôi thường rất cao Nước thải chăn nuôi còn gây mùi hôi thối khó chịu và là môi trường thuận lợi cho các loại ruồi muỗi phát triển

Những tác động của chất thải trong ngành chăn nuôi heo gây nên ảnh hưởng nghiệm trọng, vì thế nhiều phương pháp, kỹ thuật xử lý chất thải khác nhau đã được áp dụng Hầu hết các trang trại chăn nuôi ở Việt Nam đang áp dụng công nghệ khí sinh học như là công nghệ chính để xử lý nước thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi được đưa xuống hầm biogas, nước thải sau biogas được đưa qua các hồ lắng, hồ sinh học để làm sạch trước khi xả xuống nguồn nước mặt Quy hoạch chăn nuôi, áp dụng các phương pháp xử lý bằng lý học, hóa học, sinh học được áp dụng và bước đầu tạo nên hiệu quả nhất định Nhưng nhìn chung thì nhiều nơi vẫn chưa có quy trình xử lý hiệu quả, chất lượng nước sau xử lý không chưa đạt quy định xả thải [3].

Hiệu quả tích cực về môi trường của hầm Biogas không thể phủ nhận Tuy nhiên, các hệ thống khí sinh học chưa phải là hệ thống xử lý sau cùng để đảm bảo đủ điều kiện xả thải an toàn vào môi trường Nước thải sau Biogas có các thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mức rất cao Chính vì vậy, việc tiếp tục xử lý nước thải sau biogas trước khi thải ra môi trường là rất cần thiết và cần phải xử lý đồng thời nhiều tác nhân gây ô nhiễm, đặc biệt là chất hữa cơ, amoni, độ đục để đạt quy định xả thải [4]

Xuất phát từ cơ sở đó tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bãi lọc thực vật để nâng cao hiệu quả xử lí nước thải sau Biogas’’ Góp phần tìm ra một quy trình mới có tính ứng dụng cao để nâng cao hiệu quả xử lí nước thải sau biogas đạt chuẩn và giảm thiểu chi phí cho người sản xuất

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI:

Từ những thông số chỉ tiêu sau khi so sánh nước đầu vào và đầu ra cũng như những sự thích nghi, phát triển của thực vật thì thực hiện đề tài này góp phần tìm ra một quy trình mới có tính ứng dụng cao để nâng cao hiệu quả xử lí nước thải sau biogas đạt chuẩn

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 NƯỚC THẢI SAU BIOGAS:

2.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải:

Nước ta hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải từ các cơ sở chăn nuôi đang ở trong tình trạng báo động, gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường cũng như là sức khỏe của cộng đồng, đặc biệt là từ những cơ sở chăn nuôi nhỏ lẽ, không giấy phép.Nước thải chăn nuôi heo có độ đục rất lớn, không qua xử lí mà thải trực tiếp ra môi trường ao, hồ, sông, suối gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người dân xung quanh và hệ sinh thái ở dưới nước Ngoài ra, lượng chất thải còn có thể gây ra nhiều bệnh dịch, ký sinh trùng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và vật nuôi

Chăn nuôi heo là một trong những ngành phát sinh lượng nước thải rất lớn, do việc sử dụng nước để tắm rửa, làm mát cho heo hàng ngày Ước tính bình quân một con heo sẽ tiêu thụ từ 15 lít đến 60 lít, lượng nước thải ra khoảng 30 lít Nước thải chăn nuôi heo là một hỗn hợp của nước vệ sinh sàn chuồng trại, nước tiểu, nước từ quá trình tắm do đó nhìn chung nước thải rất bẩn Chứa hàm lượng các chất hữu cơ rất lớn, ngoài ra còn chứa vi sinh vật, ký sinh trùng gây bệnh

Nước thải chăn nuôi được phát sinh từ các hoạt động tắm rửa, làm mát cho heo vào những trưa oi bức, hoạt động rửa chuồng trại, máng ăn, dụng cụ, thiết bị chăn nuôi, phát sinh từ thức ăn, cặn thừa

HÌNH 2.1: Nước thải chăn nuôi heo

Ta phải bỏ một lượng nước lớn để sử dụng nhiều trong công đoạn chăn nuôi nên lượng nước thải ra rất lớn Đối với các hộ dân chăn nuôi nước thải chăn nuôi heo thường được xả trực tiếp ra môi trường hoặc thu gom vào hệ thống hầm Biogas để xử lí Ở các trang trại chăn nuôi quy mô công nghiệp, hình thức xử lí nước thải phổ biến là xử lí qua hệ thống biogas Phương pháp này chủ yếu dựa vào sự hoạt động phân hủy các chất hữu cơ của vi khuẩn trong điều kiện yếm khí Tuy nhiên nước thải sau Biogas có các thành phần gây ô nhiễm môi trường vẫn còn ở mức rất cao chưa đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường

Tính chất nước thải sau biogas: có nồng độ chất rắn cao, BOD, COD khá cao và luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất nitơ, photpho… Các hợp chất hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi hôi thối, làm ô nhiễm nguồn nước

2.1.2 Thành phần nước thải :

Dưới đây là các chất ô nhiễm đều có trong nước thải chăn nuôi ở một số công ty

BẢNG 2.1: Thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải chăn nuôi ở Công ty TNHH công nghệ môi trường Việt ENVI

QCVN 62:2016/BTNMT

acid hữu cơ), bên cạnh đó còn có Nito, Photpho và thức ăn thừa, Chính những thành phần này đã gây nên ô nhiễm nguồn nước

❖ Thành phần của nước thải chăn nuôi: - Chất thải rắn (thành phần vật lý):

Chất thải rắn chủ yếu là thức ăn thừa và phân heo Trong quá trình chăn nuôi, chất thải rắn hầu như không được thu gom, người dân thường xịt nước thật nhiều cho chúng trôi vào hố gas hoặc đường cống Đây cũng là một trong những công đoạn sử dụng nhiều nước, vì phải xịt nước với áp lực rất mạnh thì lông, phân, thức ăn rơi vãi mới có thể trôi đi được Chính vì vậy làm gia tăng lượng nước thải ra môi trường Ngoài ra, phần chất thải rắn nếu không được người dân xung quanh đem về ủ làm phân bón thì sẽ được thải trực tiếp ra môi trường, đây chính là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường và lây truyền các mầm bệnh

- Chất thải lỏng : gồm nước tiểu, nước tắm, nước rửa chuồng trại, nước rửa dụng cụ vệ sinh

- Chất thải khí: là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá trình phân hủy các chất hữu cơ Hỗn hợp khí chủ yêu là CO2 và CH4

- Nito và phot pho (thành phần hóa học):

Trong thành phần chất rắn của nước thải thì thành phần hữu cơ chiếm 70 - 80 % gồm các hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo và các dẫn xuất của cuả chúng có trong phân và thức ăn thừa Chất vô cơ chiếm 20-30 % gồm cát, đất, muối clorua, SO4

Hàm lượng N, P trong nước thải tương đối cao do khả năng hấp thụ kém của vật nuôi Theo thời gian và sự có mặt của oxy mà lượng nitơ trong nước tồn tại ở các dạng khác nhau như: NH4+, NO2-, NO3-[5].

Photpho được sinh ra trong quá trình tiêu thụ thức ăn của vật nuôi, lượng P chiếm 0,25 – 1,4 %, và một ít trong nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi P chiếm tỉ lệ cao, tồn tại ở các dạng orthophotphate (HPO42- , H2PO4, PO43-), metaphotphate (hay polyphotphate PO43-) và photphate hữu cơ

Nước thải từ quá trình chăn nuôi chứa nhiều vi trùng và virus gây bệnh Ngoài ra trong nước thải còn chứa môt lượng lớn trứng giun sáng với các loại điển hình như

Fasciotahepatica, Fasciola, Fasico losis buski, Ascaris suum, Cesphagostomum sp, Trichocephalus dentatus có thể phát triển trong giai đoạn lây nhiễm sau 6 – 28 ngày

và 5 – 6 tháng[4] Các loại vi trùng gây bệnh như: Salmonella, Ecoli có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm,Vi trùng đóng dấu Erisipelothris insidiosa có thể tồn tại 92 ngày, Brucella 74 – 108 ngày, Samonella 6 – 7 tháng, Leptospiu từ 5 – 6 tháng [7]

Salmonella có thể thấm sâu xuông lớp đất bề mặt 30 – 40 cm ở những nơi thường

xuyên tiếp nhận nước thải Trứng giun sáng vi trùng có thể lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào nước mặt tạo thành dịch bệnh cho người và vật nuôi[8]

2.2 BÃI LỌC THỰC VẬT :

2.2.1 Cấu trúc bãi lọc thực vật:

thiết và tạo dựng mô phỏng có điều chỉnh theo tính chất của đất ngập nước tự nhiên với cây trồng chọn lọc, được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải

Bãi lọc thực vật được xây dựng cho mục đích chính là xử lý nước thải, các mục tiêu khác như điều tiết lũ, bổ cập nước ngầm, điều hòa khí hậu, khai thác nguyên liệu thô, tạo môi trường tự nhiên cho các động vật hoang dã chỉ là các mục tiêu phụ Các chất ô nhiễm của nước thải, có thể từ mưa chảy tràn trên sườn dốc, nước thải sinh hoạt, nước thải từ sản xuất dân dụng hoặc công nghiệp,… khi qua bãi lọc thực vật sẽ bị giữ lại bởi chất nền (đất, cát, sạn sỏi, ) và cây trồng, cuối cùng nước sẽ trở nên sạch hơn

Có hai kiểu hệ thống xử lý nước bằng bãi lọc thực vật, đó là hệ thống bãi lọc thực vật chảy mặt tự do và hệ thống bằng bãi lọc thực vật chảy ngầm Hai kiểu phân biệt cơ bản này lại được phân chia theo nhiều kiểu khác nhau theo chức năng xử lý của loại thực vật được trồng và đặc điểm dòng chảy Trong một số trường hợp, một hệ thống xử lý kiểu lai, bằng cách kết hợp pha cả hai hệ thống đất ngập nưóc cơ bản trên

Bãi lọc thực vật chảy mặt thường thích hợp với các loại cây phát triển với độ

qua loại thực vật thủy sinh trồng trên đó Dù rằng không phải tất cả các loại thực vật thủy sinh đều phù hợp cho một khu xử lý nước bằng đất ngập nước, nhưng chúng ta có thể tìm những loại thực vật thân lớn phổ biến như: Sậy, Lác hến, Năng, cỏ Đuôi mèo, các thực vật nổi như: bèo Lục bình, bèo Tấm, và các loại thực vật lá nổi trên mặt nước, rễ đáy như: cây Súng trắng, Sen, và Súng vàng ; thực vật mọc nổi lan trên mặt nước thành những vật thảm như: như cây Sậy, cỏ Nến; và các loài thực vật sống ngập chìm trong nước như các loại Thủy thảo, rong Kim ngư và rong Thủy kiều

HÌNH 2.2: Bãi lọc thực vật chảy mặt với thực vật nổi

Bãi lọc thực vật chảy ngầm được thiết kế như một thủy vực hoặc một kênh dẫn với đáy không thấm (lót tấm trải nylon, vải chống thấm) hoặc lót đất sét với độ thấm nhỏ để ngăn cản hiện tượng thấm ngang và có một chiều sâu các lớp dẫn thấm thích hợp để cây trồng thủy sinh phát triển được Có hai kiểu bãi lọc thực vật chảy ngầm được phân loại theo tính chất dòng chảy: hệ thống chảy ngang và hệ thống chảy đứng Việc lựa chọn kiểu chảy ngang hoặc đứng tùy thuộc vào địa hình, đặc điểm nước thải và lượng thải Nguyên tắc vận hành chung là nước thải sẽ chảy từ phía các độ cao lớn của khu đất ngập nước đi qua lòng dẫn với lớp đất nền và các cây trồng thủy sinh Nước thải sẽ được xử lý qua quá trình hóa lý và

hóa sinh phức tạp gồm thấm rút, hấp thụ, bốc hơi và thoái biến do vi sinh Cuối cùng nước thải đã xử lý sẽ được dẫn qua các lớp sạn, sỏi, đá hộc để thoát ra ngoài

HÌNH 2.3: Bãi lọc thực vật chảy ngầm theo chiều ngang

Bãi lọc thực vật kiểu lai kết hợp với các kiểu Bãi lọc thực vật kể trên (Hình 2.5) Mục đích của việc xây dựng kiểu này là gia tăng hiệu quả của khả năng loại bỏ chất ô nhiễm

2.2.2 Khả năng xử lí nước thải của bãi lọc thực vật:

Thực vật ở vùng đất ngập nước đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải như một tác nhân làm sạch nước tự nhiên Do tác dụng của tiến trình quang hợp, cây cỏ trong đất ngập nước đã liên kết môi trường vô cơ và hữu cơ lại Thực vật trong đất ngập nước làm thay đổi đặc điểm hóa học của nước, có tác dụng làm các chất dinh dưỡng trong đất chuyển đổi và chúng cũng mang oxy từ không khí xuống các tầng đất nhằm cung cấp oxy cho bộ rễ phát triển trong điều kiện bão hòa hoặc cận bão hòa Thực vật trong đất ngập nước tham gia quá trình chuyển vận của chu trình thủy văn nước mặt và nước ngầm Có nhiều vai trò làm nổi bậc ảnh hưởng của thực vật trong đất ngập nước như:

+ Thực vật ở khu đất ngập nước đối với việc xử lý nước thải là các tác động lý học của nó Các phần cơ thể của thực vật làm ổn định bề mặt của khu đất ngập nước, giảm vận tốc dòng chảy làm tăng khả năng lắng và giữ lại các chất rắn của nước thải trong khu đất ngập nước nhân tạo, tăng thời gian tiếp xúc giữa thực vật và nước thải, do đó gia tăng khả năng hấp thu đạm Bộ rễ cây phát triển theo chiều sâu và chiều ngang tạo thành một mạng lưới kết dính các hạt đất với nhau tạo thành một diện tích bề mặt lớn để hấp thu đạm và các ion Các khí khổng trong cây giúp vận chuyển oxy từ lá xuống rễ, sau đó đưa ra khu vực đất xung quanh tạo nguồn oxy để cho các hoạt động phân hủy các chất ô nhiễm của các vi sinh vật hiếu khí [ 9]

thông qua rễ của chúng Lượng chất hữu cơ mà thực vật phóng thích có thể lên đến 25% lượng carbon được cố định qua quá trình quang hợp, đây có thể là nguồn cung cấp carbon cho quá trình khử nitrate của các vi sinh vật [10]

thành các màng sinh học (biofilm) cũng như loại bỏ chất rắn Vi sinh vật chịu trách nhiệm chính trong việc phân hủy sinh học các chất ô nhiễm, kể cả quá trình khử đạm Rễ cây là nơi chứa nhiều vi sinh vật vì chúng cung cấp nguồn vi sinh vật cộng sinh và giải phóng các chất tiết ra, sự bài tiết carbon góp

phần khử nitơ làm tăng loại bỏ các chất ô nhiễm trong điều kiện hiếu khí.Việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong CWs không chỉ là vai trò của vi sinh vật.Chức năng này cũng được thực hiện bởi các cây có khả năng chịu đựng được các chất dinh dưỡng nồng độ cao và kim loại nặng, và trong một số trường hợp, thực vật có thể tích lũy chúng trong các mô của chúng[11]

quyển rễ thông qua việc giải phóng các chất tiết rỉ rễ, các enzyme và tạo thành cacbon hữu cơ trong đất Đối với các chất ô nhiễm kim loại, thực vật sử dụng khả năng tinh lọc, nghĩa là hấp thụ, biến đổi các kim loại vào sinh khối khí sinh thực vật ở các bãi thải Bên trong thực vật, tùy từng thực vật mà quá trình xảy ra ở các bộ phận khác nhau Là quá trình thực vật phân hủy các chất ô nhiễm thông qua quá trình trao đổi chất và chuyển hóa bên trong thực vật, hoặc phân hủy các chất ô nhiễm nhờ các enzyme do rễ thực vật tiết ra khi chúng từ bên ngoài xâm nhập vào bên trong thực vật Xung quanh vùng rễ của các cây trồng trên cạn hay trồng dưới nước luôn tồn tại một vùng

tăng độ axit theo phản ứng:

Fe2+ + O2 + 10 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 H+

Giải phóng ion H+ và CO2 từ rễ qua quá trình hô hấp dẫn đến làm thay đổi pH đất Những chất tiết thải của rễ có chứa các enzyme, vitamin, đường và nhiều loại axit hữu cơ phân tử bé rất hấp dẫn cho nhiều loài vi sinh vật Do đó, vùng quyễn rễ là nơi có mật độ vi sinh vật cao, hoạt tính sinh học lớn hơn các vùng khác và đó cũng là nguyên nhân xảy ra nhiều quá trình chuyển hoá các chất và cũng là nguyên lý cho việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm nước

2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS:

Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas như: sử

dụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương pháp sinh học… Trong các phương pháp trên, thì phương pháp tổng hợp hiện đại nhờ vi sinh hiếu khí và vi sinh yếm khí thì hiệu quả xử lí đạt cao nhất Các phương pháp xử lý nước thải được chia thành 3 nhóm chính:

+ Phương pháp cơ học: keo tụ, tuyển nổi, thủy phân, trung hòa, trích ly, trao đổi ion,

+ Phương pháp vật lý: hấp thụ carbon, chưng cất, lắng, lọc

+ Phương pháp sinh học: xử lý nito, xử lý kị khí, bùn hoạt tính, lọc sinh học nhỏ giọt,bãi lọc thực vật

⮚ Ở đề này này áp dụng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: sử bãi lọc thực vật để xử lí nước thải chăn nuôi heo sau biogas

2.3.1 Phương pháp cơ học:

Xử lý cơ học: gồm những quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nó Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước tiếp theo

Phương pháp xử lí cơ học nhằm mục đích tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách,…ra khỏi nước thải; loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát, Những công trình xử lí cơ học bao gồm:

+ Bể thu gom nước thải: Nước thải trong quá trình chăn nuôi được phát sinh từ công việc vệ sinh khu vực chăn nuôi, nước thải trong quá trình tắm rửa, làm mát cho heo; rửa dụng cụ, công cụ dùng trong quá trình cho ăn cũng như nước thải trong quá trình xịt rửa phân, thức ăn dư thừa trong chuồng trại Từ hệ thống cống thu nước thải của khu chăn nuôi được dẫn vào bể thu gom (lưu lượng khoảng 16 m3/ngày.đêm)

+ Song chắn rác: song chắn rác gồm các thanh kim loại tiết diện chữ nhật hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình bầu dục Song chắn rác được chia làm 2 loại: loại di động và cố định Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác (đối với tạp chất < 5 mm thường dùng lưới chắn rác), nhằm

chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay dạng sợi, giấy, rau, cỏ,…nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lí nước thải hoạt động ổn định Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ…tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh Song chắn rác thường đặt đứng vuông góc với dòng chảy, song chắn gồm các thanh kim loại (thép không rỉ) tiết diện 5 x 20 mm đặt cách nhau 20 - 50 mm trong một khung thép hàn hình chữ nhật Ngoài ra còn có lưới chắn rác thường đặt nghiêng 45 - 60o so với phương thẳng đứng, vận tốc qua lưới vmax < 0.6 m/s Khe rộng của mắt lưới thường từ 10 -20 mm Làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hay bán tự động Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song, lưới chắn rác phải bố trí sàn thao tácđủ chỗ để thùng rác và đường di chuyển[12]

+ Thiết bị nghiền rác: là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lí tiếp theo do lượng cặn tăng lên làm tắc nghẽn hệ thống xử lí nước thải

HÌNH 2.7: Máy nghiền rác

+ Bể điều hòa: với mục đích là điều hòa chất lượng, lưu lượng nước thải Vì lưu lượng cũng như nồng độ nước thải ở mỗi thời điểm là không giống nhau, nên thông qua Bể điều hòa giúp cho các công đoạn xử lý tiếp theo có hiệu quả hơn Bể điều hòa được cung cấp không khí từ máy thổi khí theo hệ thống ống khoan lỗ phân phối khí đều được đặt ở sát đáy bể Không khí được cung cấp nhằm xáo trộn, tránh hiện tượng phân hủy kị khí tại bể này, đồng thời cân bằng ổn định nồng độ và tính chất nước thải, nhằm ổn định pH, tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn xử lý vi sinh Có 2 loại bể điều hòa: bể điều hòa lưu lượng và bể điều hòa lưu lượng, chất lượng Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lí và phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gom và đặc tính của nước thải.

HÌNH 2.8: Bể điều hòa

+ Bể lắng cát: nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, tro, than vụn,…nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí tránh bị mài mòn, giảm cặn ở các công đoạn xử lí sau Bể lắng cát gồm những loại sau: bể lắng cát ngang, bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyến và bể lắng cát làm thoáng Bể lắng cát ngang: có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể Bể lắng cát đứng: dòng nước chảy từ dưới lên theo thân bể, chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể, được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài Bể lắng cát làm thoáng: để tránh lượng hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lí nước đầu ra, người ta lắp vào bể lắng cát một dàn thiết bị phun khí, dàn này đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng lắng

HÌNH 2.9: Bể lắng cát

+ Bể lắng: lắng là phương pháp tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt 1 và bể lắng đợt 2 Bể lắng đợt 1: được đặt trước bể phản ứng sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan Bể lắng đợt 2: được đặt sau bể phản ứng sinh học, là để tách bùn sinh học ra khỏi hệ thống Dựa vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng được chia thành

các loại: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng li tâm

• Bể lắng đứng: có dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật ở mặt trên, đáy hình nón hoặc chóp cụt, nước thải được dẫn vào ống trung tâm ở giữa và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng, vận tốc nước chuyển động đi lên phải nhỏ hơn vận tốc của vật chất lắng, nước sạch được thu ở phía trên còn cặn lắng xuống đáy và được đưa ra ngoài

HÌNH 2.10: Bể lắng đứng (vẽ kĩ thuật)

HÌNH 2.11: Bể lắng đứng (thực tế)

• Bể lắng ngang là bể có hình chữ nhật, nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và dẫn tới các giai đoạn xử lí tiếp theo, bể lắng ngang có hố thu cặn ở đầu bể và nước trong được thu vào máng ở cuối bể

HÌNH 2.12: Bể lắng ngang (vẽ kĩ thuật)

+ Bể lắng li tâm: có tiết diện hình tròn, đáy dạng nón, có thanh gạt thu

bùn, bể có máng phân phối nước ở trung tâm, nước từ ngoài được từ dưới đáy bể qua máng phân phối, dàn quay nước chuyển động từ thành bể vào trung tâm, sau một thời gian cặn lắng rơi xuống đáy bể, sử dụng thanh gạt bùn gạt cặn đưa vào ống tháo cặn thải ra ngoài đồng thời nước trong sau khi lắng được đưa ra ngoài ở phía trên bể

HÌNH 2.14: Bể lắng ly tâm (vẽ kĩ thuật)

HÌNH 2.15: Bể lắng ly tâm (thực tế) 2.3.2 Phương pháp xử lý hóa lý:

Phương pháp xử lí hóa lí là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất này phản ứng với các tạp chất bẩn trong nước thải, biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn lắng hoặc dạng hòa tan không độc hại hoặc không gây ô nhiễm tới môi trường Các phương pháp hóa lí thường sử dụng là keo tụ tạo bông, tuyển nổi, trao đổi ion,…

Phương pháp keo tụ tạo bông: Keo tụ và tạo bông là một quy trình trong xử lý

nước thải, quy trình này sử dụng hóa chất để tách các chất ổ nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống Trong một số trường hợp trong nước có chứa nhiều Chất rắn lơ lửng, các hạt keo, chất hữu cơ, tảo, vi khuẩn, vi sinh vật, thì cần đến quá trình xử lý có keo tụ tạo bông Quá trình keo tụ tạo bông là công nghệ loại bỏ các chất ô nhiễm nhờ quá trình làm giảm điện tích Zeta trên bề mặt hạt keo trong nước Các hóa chất thường dùng trong keo tụ tạo bông là các ion kim loại hóa trị III như Aluminium chloride, Ferrous chloride, PAC,… trong đó PAC ( Poly Aluminium Chloride) là được dùng rộng rãi hơn cả vì hiệu suất cao và dễ lưu trữ, sử dụng Để thực hiện phương pháp này đầu tiên phải cho các hạt keo tụ lại với nhau, bốn cơ chếkeo tụ là: tạo liên kết hạt keo, ngậm kết tủa, ép nén lớp điện tích kép và trung hòa điện tích Tạo liên kết hạt keo: khi châm thêm muối Al(III), Fe(III) vào môi trường phân tán, các chất lắng sẽ hình thành là Al(OH)3, Fe(OH)3, sự tương tác giữa các vị trí ngưng tụ của hạt keo và chất lắng đóng vai trò để bắt các hạt keo, sau đó các hạt keo có kích thước lớn sẽ dễ dàng tách khỏi nước Ngậm kết tủa: các đại phân tử polyme tự nhiên có thể đóng vai trò như cầu nối mạng gắn kết các hạt keo với nhau, nhiều phân tử hạt keo gắn kết trên 1 phân tử polyme sẽ làm cho các hệ này dễ tách khỏi nước Ép nén lớp điện tích kép: khi châm thêm nồng độ chất điện phân vào trong môi trường phân tán, nồng độ ion trong lớp kép điện tích sẽ tăng lên, điều này sẽ kéo theo sự giảm điện tích và bán kính điện tích, kết quả hàng rào điện tích giảm và bị triệt tiêu, hàng rào điện tích bị triệt tiêu sẽ là điều kiện cho hạt keo kết dính lại Trung hòa điện tích: điện tích của hạt keo có thể được trung hòa bằng cách châm thêm vào môi trường phân tán các hóa chất có điện tích trái dấu, các điện tích này sẽ tập trung hấp thu lên bề mặt hạt keo, kết quả có sự trung hòa điện tích và keo tụ [13]

HÌNH 2.16: Bể keo tụ tạo bông

Bể tuyển nổi (DAF – Disolved Air Flotation): đây là nơi xử lý các chất béo có trong nước thải sản xuất sữa và các chất cặn lơ lửng từ nguồn khí sục đi lên Việc sục khí nhằm thu hút các chất ô nhiễm trong nước thải Tuyển nổi là quá trình dính kết phân tử của chất bẩn với bề mặt phân chia giữa khí và nước Khi các bọt khí bám vào các hạt cặn trong nước làm hỗn hợp cặn – khí giảm, lực đẩy nổi xuất hiện,

khi lực đẩy nổi lớn, hỗn hợp cặn – khí sẽ nổi lên mặt nước và được gạt ra ngoài Các phương pháp tuyển nổi như:

+ Tuyển nổi cơ khí: Khi cách khuấy được đặt ở dưới đáy bể tuyển nổi và quay với vận tốc lớn, cánh của nó tạo nên chân không Do sự chênh áp suất, không khí được hút qua ống trung tâm gắn với stato và thông với không khí Cánh quạt của cánh khuấy tạo nên từ dòng không những bọt khí nhỏ và phân chúng đều khắp bể, các bọt va chạm với chất bẩn và chúng nổi lên mặt nước Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều năng lượng và dễ phá vỡ các hạt cặn Do vậy ít được sử dụng trong xử lý nước cấp + Tuyển nổi bọt: Nước thải đưa vào bể từ trên xuống, qua lớp bọt đã được tạo thành trước nhờ sục khí vào bể Nhược điểm là thiết bị công kềnh và công suất kém Do vậy cũng ít được sử dụng trong xử lý nước cấp

+ Phương pháp tuyển nổi điện hóa: Dựa trên nguyên tắc tạo những bọt khí vô cùng nhỏ trên các điện cực khi điện phân nước Hiệu suất quá trình

tuyển nổi điện phụ thuộc cường độ dòng điện, pH, nồng độ các ion trong dung dịch…khí tạo thành chủ yếu là Hydro Kích thước các bọt khí có bán kính từ 10-200m, bề mặt của các bọt khí kích thước nhỏ có năng lượng bề mặt lớn, tạo điều kiện thủy động học tốt và cho phép đạt hiệu suất cao Nhưng phương pháp này rất tốn năng lượng, thiết bị đắt tiền

+ Tuyển nổi áp lực: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc bão hòa nước bằng không khí dưới áp suất cao, sau đó đột ngột hạ nhanh áp suất xuống bằng áp suất khí quyển…Khi đó trong nước xảy ra quá trình nhả khí và hình thành các bọt khí có kích thước rất nhỏ Kích thước và số lượng các bọt khí phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh áp lực giữa nước bão hòa không khí và áp suất khí quyển Theo nhiều nghiên cứu đã có, phương pháp này cho hiệu suất xử lý cao, thiết bị giản đơn, năng lượng tiêu thụ nhỏ hơn so với các phương pháp đã nêu ở trên Chất lượng bọt khí tạo ra ổn định và có thể điều khiển dễ dàng, có thể áp dụng với nhiều loại nước có chất lượng khác nhau, đặc biệt tốt với nước chứa nhiếu cặn hữu cơ

+ Tuyển nổi khí hòa tan: là phương pháp sục không khí vào nước ở áp suất cao, sau đó giảm áp suất một cách đột ngột, ra môi trường áp suất thấp hơn, không khí thoát ra dưới dạng các bọt khí li ti Nguyên tắc hoạt động: Nước được đưa vào bồn khí tan bằng bơm áp lực cao Không khí được cấp vào bồn khí tan bằng máy nén khí, tại đây nước và không khí được hòa trộn Nước bão hòa không khí chảy vào ngăn tuyển nổi của bể tuyển nối, qua một van giảm áp suất, áp suất được giảm đột ngột về áp suất khí quyển Khí hòa tan được tách ra và dính bám vào các hạt cặn trong nước, quá trình tuyển nổi được hình thành

HÌNH 2.17: Bể tuyển nổi DAF

Trao đổi ion: là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn, trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi, quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa và các loại ion khác nhau Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục và trao đổi ion với lớp nhựa đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa đứng yên được sử dụng phổ biến

HÌNH 2.18: Hạt nhựa trao đổi ion

2.3.3 Phương pháp xử lý sinh học:

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học: là phương pháp dùng vi sinh, chủ yếu là vi khuẩn để phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ, biến các hợp chất có khả năng thối rữa thành các chất ổn định với sản phẩm cuối cùng là cacbonic, nước và các chất hữu cơ khác Xử lý sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể chia làm 2 loại:

• Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy

• Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.

Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau:

• Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật

• Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào

• Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các chất có trong nước thải và lưu lượng nước thải vào hệ thống Ở các điều kiện xử lí, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ lưu nước, nồng độ oxy hòa tan, nồng độ bùn hoạt tính, pH

Xử lí nước thải bằng bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aerotank): nước thải sau khi đã được xử lí sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan và các chất lơ

lửng sẽ được đưa vào bể Aerotank, trong bể này có chứa sẵn bùn hoạt tính Bùn hoạt tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng bông Những vi sinh vật này bám vào các chất lơ lửng để cư trú, sinh sản, phát triển dần thành các cặn bông, các hạt này to dần và lơ lửng trong nước Bùn hoạt tính ở dạng bông bùn có màu vàng nâu, những vi sinh vật có trong bùn là vi khuẩn đơn bào, động vật nguyên sinh, nấm men, xạ khuẩn, luân trùng[14],…Qúa trình các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính trong điều kiện sục khí liên tục, việc sục khí nhằm đảm bảo cung cấp lượng oxy đầy đủ liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, vi sinh không dính bám lên thành bể Sau một thời gian cung cấp đủ lượng chất dinh dưỡng và nồng độ oxy hòa tan thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm dần Nước sạch sẽ tiếp tục đi qua bể lắng, một ít lượng bùn hoạt tính sẽ theo nước sạch đi qua và lắng xuống đáy bể lắng, phải lấy bùn ra khỏi bể lắng, có thể hồi lưu lại bể Aerotank để không làm thất thoát lượng bùn hoặc lấy bùn đưa tới nơi xử lí bùn[15]

HÌNH 2.19: Bể Aerotank

Bể lọc sinh học nhỏ giọt:

• Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập

nước.Biophin nhỏ giọt dùng để xử lý sinh hóa nước thải hoàn toàn với hàm lượng BOD của nước sau khi xử lý đạt 15 mg/l Bể biophin xây dựng dưới dạng hình tròn hay hình chữ nhật có tường đặc và đáy kép Đáy trên là tấm đan đỡ lớp vật liệu lọc, đáy dưới liền khối không thấm nước Chiều cao giữa hai lớp đáy lấy khoảng 0,4-0,6m, độ dốc hướng về máng thu I ≥ 0,01 Dộ dốc theo chiều dài của máng thu lấy theo kết cấu, nhưng không được nhỏ hơn 0,005 Tường bể làm cao hơn lớp vật liệu lọc 0,5 m Đặc điểm riêng của bể biophin nhỏ giọt là kích thước của vật liệu lọc không lớn hơn 25-30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ 0,5-1,0 m3/(m3.VLL)

• Bể bao gồm vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, sàn đỡ và thu nước Nước thải trước khi vào bể lọc sinh học nhỏ giọt cần phải xử lí sơ bộ để tránh tắc nghẽn các khe vật liệu Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích tiếp xúc lớn nhất có thể, nước từ hệ thống phân phối nước theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia đến vật liệu lọc chia thành các dòng chảy thành lớp mỏng qua khe hở của lớp vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng phân hủy sinh học ở trên bề mặt của lớp vật liệu và nước thải được làm sạch do các vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước thải Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kị khí thì sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang, bị nước cuốn theo Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại được hình thành màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ làm cho hàm lượng BOD của nước thải giảm xuống và nước thải được làm sạch vì có vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng Nước sau khi xử lí ở bể lọc sinh học nhỏ giọt thường chứa nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần đưa đến bể lắng để lắng cặn Bể lọc sinh học nhỏ giọt được chia ra thành các loại như: bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trung bình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô (xử lí nước thải sơ bộ trước giai đoạn xử lí thứ cấp), bể lọc hai pha

HÌNH 2.20: Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể lọc sinh học từng mẻ (SBR - Squencing Biological Reactor): quy trình xử lí nước thải trong bể tuần hoàn với chu kì thời gian sinh trưởng gián đoạn mà khả năng thích ứng với một sự đa dạng của quá trình bùn hoạt tính Bể SBR hoạt động theo một chu kì tuần hoàn với 5 pha bao gồm: pha làm đầy, pha sục khí, pha lắng, pha rút nước và pha nghỉ (chờ) Chu kì hoạt động của bể được tiến hành như sau:

• Pha làm đầy (Filling): nước thải được bơm vào bể và các chất có trong nước thải sẽ mang theo một lượng thức ăn cho các vi sinh vật sử dụng trong bùn hoạt tính, tạo một môi trường cho phản ứng sinh hóa xảy ra

• Pha sục khí (Reaction): tiến hành sục khí cho bể để tạo phản ứng sinh hóa, sinh khối tổng hợp BOD, Ammonia, Nitơ hữu cơ

• Pha lắng (Settling): sau khi oxy hóa sinh hóa, bùn được lắng và nước nổi lên bề mặt tạo lớp màng phân các bùn nước đặc trưng

• Pha rút nước (Discharge): nước đã nổi trên bề mặt sau thời gian lắng được đưa ra ngoài

• Pha nghỉ (chờ): chờ để nạp nước thải mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành

HÌNH 2.21: Bể lọc sinh học từng mẻ SBR

Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): là bể xử lí sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí UASB là quá trình xử lí sinh học kị khí, nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được điều chỉnh vận tốc phù hợp Cấu tạo của bể UASB thường gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lí và hệ thống tách pha Trong bể UASB nước thải được đưa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào, nước thải chuyển động theo chiều từ dưới lên trên với vận tốc 0.6 - 0.9 m/h, đi qua lớp bùn kị khí lơ lửng, trong điều kiện kị khí, các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ phân hủy thành các hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn, hình thành khí CH4, CO2, tạo nên sự xáo trộn bên trong bể, khí được tạo ra có khuynh hướng bám vào các hạt bùn nổi lên trên bề mặt và chạm tấm hướng dòng, các tấm này có nhiệm vụ tách khí bùn và nước Khí bay lên sẽ được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ mang theo máng lắng chảy qua các giai đoạn xử lý tiếp theo

HÌNH 2.22: Bể UASB

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 VẬT LIỆU

3.1.1 Nước thải chăn nuôi sau biogas

Nước thải chăn nuôi sau xử lý từ các hầm biogas vẫn chứa một lượng lớn các chất ô nhiễm Nước thải chăn nuôi chủ yếu chứa các chất hữu cơ ít độc, các hydratcacbon, P, hàm lượng BOD, COD, TSS cao, đặc biệt là hàm lượng Nitơ lớn Khi nước thải chưa được xử lý thải ra môi trường thường có màu đen, xám, gây mùi hôi thối khó chịu, làm suy giảm chất lượng nước nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Nước thải ngành chăn nuôi mang những đặc điểm riêng, có nồng độ ô nhiễm khá cao, chủ yếu là các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và có hàm lượng ni tơ khá cao Việc này khi xả thải ra nguồn nước chung sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa các thủy sinh vật, xảy ra các quá trình phân hủy kỵ khí trong nước gây ra các mùi hôi thối mạnh.Do tính chất của nước thải có chứa nguồn cacbon, nitơ cùng các chất dinh dưỡng, nên thực vật và các vi sinh vật có trong đất sẽ lấy thức ăn từ trong nước thải chăn nuôi để sinh sống và phát triển Hiện nay ngành chăn nuôi trên địa bàn Bình Dương nói chung và huyện Phú Giáo nói riêng đang ngày càng phát triển, nhiều trang trại trang trại chăn nuôi lớn , nhỏ được thành lập Chính vì vậy lượng nước thải chăn nuôi xả ra môi trường ngày càng tăng, lượng nước thải này đa phần được xử lý qua hệ thống biogas và một phần nhỏ chưa qua xử lý được xả thải ra các kênh, mương hoặc tưới tiêu trực tiếp cho các cây trồng lâu năm như cao su, hồ tiêu,… Mặc dù đã qua hệ thống biogas nhưng nước thải chăn nuôi vẫn làm nước của các con kênh, mương có màu đen và bốc mùi hôi Chứng tỏ nước thải chăn nuôi sau biogas tại địa bàn vẫn chứa các hàm lượng chất ô nhiễm cao, chưa đủ tiêu chuẩn xả thải ra môi trường Dưới đây là các thông số về tính chất và thành phần của nước thải chăn nuôi khu vực huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương Do đề tài có giới hạn nên chỉ khảo sát các chỉ tiêu trong bảng 3.1

BẢNG 3.1: Thành phần nước thải chăn nuôi sau Biogas của cơ sở chăn nuôi heo tại Phú Giáo đã qua tiền xử lý

STT Thông số Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 62-MT:2016/BTNMT

HÌNH 3.1: Nước thải lấy về từ cơ sở chăn nuôi tại Phú Giáo đã qua tiền xử lý