Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu quy trình và thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành đối với trại chăn nuôi
Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi MỤC LỤC Trang I Khử trùng phương pháp vật lý Phương pháp nhiệt Khử trùng tia cực tím 3 Khử trùng siêu âm II Xử lý nước thải phương pháp hoá học Trung hoà nước thải Phương pháp hấp phụ Phương pháp quang xúc tác Phương pháp kết tủa Phương pháp oxi hoá khử III Xử lý chất thải hữu biện pháp sinh học Công nghệ sản xuất phân hữu Kỹ thuật sản xuất giun đất từ phân gia súc 12 Sản xuất sinh khối tảo làm môi trường 14 Ứng dụng tảo 19 IV Tổng quan tình hình sử dụng ưu điểm biogas 21 Khái niệm chung trình phát triển 23 Một hệ thống lượng khép kín gồm .24 Các loại hầm khí sinh vật áp dụng .25 Loại hầm ủ nắp cố định, có vịm đúc 25 Loại hầm ủ nắp vịm cầu chương trình phát triển khí sinh học quốc gia phổ biến 25 Các loại túi biogas 27 V Tiểu chuẩn xử lý chất thải với ngành chăn nuôi 28 Khái niệm COD 29 Phương pháp xác định COD 29 Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn ni VI Bài tốn hiệu kinh tế sử dụng biogas 30 VII Tài liệu tham khảo 32 Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi I Khử trùng phương pháp vật lý I.1 Phương pháp nhiệt Đây phương pháp đơn giản lâu đời nhất, giết vi thể gây bệnh vi khuẩn, vi trùng, nang , trứng Đó biện pháp hiệu xử lý phạm vi hộ gia đình, song không khả thi xử lý nước cấp cho cộng đồng, sử dụng trường hợp khẩn cấp I.2 Khử trùng tia cực tím Là phương pháp khử trùng nước trong, hiệu giảm kể nước đục chứa phần tử nitrat, sunfat sắt Nước làm phương pháp khơng bị thay đổi tính chất vị Tuy nhiên, phương pháp giá thành cao thấy nước phát triển Tia UV có khả tiêu diệt vi khuẩn, vi rút vài loại ký sinh trùng Tuy nhiên, khơng thể tiêu diệt trứng Giardia Phương pháp sử dụng 75 năm để khử trùng nguồn nước cấp Tuy nhiên, người ta chưa thiết kế hệ thống để sử dụng cho gia đình Hiện nay, bang Ohio (Hoa Kỳ) chưa cho phép sử dụng phương pháp để xử lý nước cấp Theo biện pháp này, nước cho qua bể chứa có lắp đặt đèn thạch anh - thủy ngân phát tia UV Bức xạ UV tiêu diệt vô hiệu hóa vi sinh vật gần UV biện pháp hữu hiệu để khử trùng Tuy nhiên, việc khử trùng xảy bể chứa Do đó, khả nước bị nhiễm khuẩn lại sau khỏi bể chứa xảy Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi Muốn tiêu diệt vi khuẩn, tia UV phải tiếp xúc với vi khuẩn đó, nguồn sáng phải ln ln giữ "sạch" Các dung dịch sodium hydrosulfite (0,15%) acid citric (0,15%) dung dịch hữu hiệu để tẩy rửa chất bám nguồn sáng (với thời gian tẩy rửa qua đêm) Các vi khuẩn chết vật chắn tia UV cho vi khuẩn cịn sống, khả khử trùng tia UV có giới hạn Giới hạn tối đa cho việc xử lý tia UV 1000 coliform tổng số/100mL 100 fecal coliform/100 mL Để khử trùng tia UV có hiệu quả, đơi cần phải sử dụng hệ thống tiền xử lý để khử màu, độ đục hạt hữu Nước có chứa nhiều khống đóng cặn đèn, cần phải có hệ thống xử lý nước cứng để đề phòng trường hợp I.3 Khử trùng siêu âm Đây phương pháp khử trùng triệt để tốn Dưới tác dụng sóng siêu âm giết chết tế bào thực, động vật, vi sinh thể lớn độc có nước uống nước kỹ thuật II Xử lý nước thải phương pháp hố học Trung hồ nước thải Nước thải thường có pH khơng thích hợp cho q trình xử lý sinh học thải môi trường, cần phải trung hịa Có nhiều cách để tiến hành q trình trung hịa Trộn lẫn nước thải có pH acid nước thải có pH bazơ Bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải có pH khác nhau, đạt mục đích trung hịa Q trình địi hỏi bể điều lưu đủ lớn để chứa nước thải Trung hòa nước thải acid: người ta thường cho nước thải có pH acid chảy qua Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi lớp đá vôi để trung hồ; cho dung dịch vơi vào nước thải, sau vơi tách q trình lắng Trung hòa nước thải kiềm: acid mạnh (lưu ý đến tính kinh tế) CO dùng để trung hịa nước thải kiềm, sục CO vào nước thải, tạo thành acid carbonic trung hịa với nước thải Hình: Bể trung hồ nước thải có tính axit 2.Phương pháp hấp phụ Quá trình hấp phụ trình tập hợp chất hoà tan dung dich lên bề mặt chung chất lỏng chất lỏng chất khí chất lỏng chất rắn thích hợp Xử lý bột than hoạt tính: bột than hoạt tính nước thải (thường nước thải sau xử lý sinh học) cho vào bể tiếp xúc, sau thời gian định bột than hoạt tính cho lắng, lọc Do than hoạt tính mịn nên phải sử dụng thêm chất trợ lắng polyelectrolyte Bột than hoạt tính cịn cho vào bể aeroten để loại bỏ chất hữu hòa tan nước thải Than hoạt tính sau sử dụng thường tái sinh để xử dụng lại, phương pháp hữu hiệu để tái sinh bột than hoạt tính chưa tìm ra, than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh lị đốt để oxy hóa chất hữu bám bề mặt chúng, trình tái sinh - 10% hạt than bị phá hủy phải thay hạt Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi \ Khả hấp phụ tối đa than hoạt tính dạng hạt tính cơng thức: [8,34lb/Mgal.(mg/L)] Với (X/m) b : khả hấp phụ tối đa than hoạt tính dạng hạt, lb/lb g/g (thực tế, khoảng 25 ¸ 50% giá trị lý thuyết) X b : trọng lượng chất hữu bị hấp phụ hạt than hoạt tính lb g M c : trọng lượng than hoạt tính sử dụng cho cột lọc Q: lưu lượng nước thải, Mgal/d C i : hàm lượng chất hữu nước thải, mg/L C b : hàm lượng chất hữu bị hấp phụ (lý thuyết), mg/L t b : thời gian cần thiết cho trình hấp phụ 3.Phương pháp quang xúc tác Quá trình quang xúc tác q trình kích thích phản ứng quang hóa chất xúc tác, dựa nguyên tắc chất xúc tác Cat nhận lượng ánh sáng chuyển sang dạng hoạt hóa * Cat, sau * Cat chuyển lượng sang cho chất thải chất thải bị biến đổi sang dạng mong muốn Q trình tóm tắt sau: Cat + nlgás * Cat * Cat + chất thải * chất thải + Cat * Chất thải sản phẩm Hoặc: *Cat + chất thải (chất thải) - + Cat + Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi (chất thải) - (sản phẩm) Cat + + (sản phẩm) - sản phẩm + Cat Một số chất bán dẫn sử dụng làm chất quang xúc tác zinc oxide ZnO, titanium dioxide TiO , zinc titanate Zn TiO , cát biển, CdS chất cho hiệu cao TiO hiệu việc phân hủy chloroform urea (Kogo et al., 1980), thuốc trừ sâu gốc lân hữu dimethyl phosphate (Harada et al., 1976) Cyanide (CN - ) (10.6 ppm KCH, 0,01 M NaOH) bị phân hủy nhanh chóng mơi trường có chứa 5% TiO chiếu sáng với nguồn sáng có bước sóng 350 nm (Carey and Oliver, 1980) Đầu tiên CN - bị oxy hóa thành CNO - Sau hàm lượng CNO - giảm dần chứng tỏ tiếp tục bị oxy hóa Q trình quang xúc tác xảy với xạ có bước sóng nhỏ 4200 o A tạo nên oxy hoạt tính phân hủy hoàn toàn chất thải hữu thành CO nước (Nemerow Dasgupta, 1991) 4.Phương pháp kết tủa Khả hấp phụ tối đa than hoạt tính dạng hạt tính cơng thức: bột than hoạt tính nước thải (thường nước thải sau xử lý sinh học) cho vào bể tiếp xúc, sau thời gian định bột than hoạt tính cho lắng, lọc Kết tủa phương pháp thông dụng để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải Thường kim loại nặng kết tủa dạng hydroxide Do đó, để hồn thành trình người ta thường cho thêm base vào nước thải nước thải đạt đến pH mà kim loại nặng cần phải loại bỏ có khả hịa tan thấp Thường trước q trình kết tủa, người ta cần loại bỏ chất ô nhiễm khác có khả làm cản trở trình kết tủa Quá trình kết tủa dùng để khử phosphate nước 5.Phương pháp oxi hoá khử Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn ni Q trình oxy hóa khử sử dụng để xử lý chất thải độc hại Hai bảng sau liệt kê chất oxy hóa khử loại chất thải thường áp dụng phương pháp Xử lý chất thải chất oxy hóa Chất oxy hóa Ozone Loại chất thải - Khơng khí (oxy khí quyển) Sulfite (SO -2 ), Sulfide (S -2 ), Fe +2 Khí Chlor Sulfide, Mercaptans Khí chlor xút Cyanide (CN - ) Chloride dioxide Cyanide, thuốc trừ sâu (Diquat, Paraquat) Hypochlorite natri Cyanide, chì Hypochlorite canxi Cyanide Permanganate kali Cyanide, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợp chất hữu có lưu huỳnh, Rotenone, formaldehyde Permanganate Mn Hydrogen peroxide Phenol, cyanide, hợp chất lưu huỳnh, chì Xử lý chất thải chất khử Chất thải Cr (6) Chất khử SO , muối sulfite (sodium bisulfite, sodium metabisulfite, sodium hydrosulfite), sulfate sắt, bột sắt, bột nhôm, bột kẽm Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn ni Chất thải có chứa thủy ngân NaBH Tetra-alkyl-lead NaBH Bạc NaBH III Xử lý chất thỉa hữu biện pháp sinh học Công nghệ sản xuất phân hữu Phân gia súc (PGS) nguyên liệu chứa nhiều chất hữu có giá trị dinh dưỡng cho trồng cao nhiên có hai vấn đề cần giải trước dung chúng loại phân bón: Làm giảm lượng nước có phân gia súc Vi sinh vật gây bệnh có phân khơng bị tiêu diệt, chúng theo phân phát tán bệnh tật ngồi mơi trường Việc sử dụng phân gia súc làm nguyên liệu sản xuất phân bón có ích lợi sau: Tận dụng tồn lượng chất hữu có chất thải, chuyển chúng thành chất có giá trị dinh dưỡng cao cho trồng Việc sử dụng chất thải từ phân gia súc để tái sản xuất nơng nghiệp cịn có ý nghĩa lớn làm môi trường, loại trừ tác động xấu chúng gây Công nghệ sản xuất phân hữu nhờ VSV Phân gia súc Làm giảm hàm lượng nước chất độn Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 10 Lên men (ủ) Phân hữu Tồn cơng nghệ thực sau: Quá trình làm giảm hàm lượng nước Được tiến hành theo hai bước: Bước 1: người ta cho chất độn hữu có độ ẩm thấp vào để làm giảm độ ẩm chung chất thải chất hữu sử dụng chất độ vừa có tác dụng làm giảm hàm lượng nước vừa ngyên liệu hữu cần thiết cho trình ủ Khi cho chất độn hữu vào chất thải chăn ni, phải tính tốn cho độ ẩm cuối trước tiến hành lên men đạt 55-60% Các chất hữu thường sử dụng bột lõi ngô; vỏ cà phê; mạt cưa; bột rơm rạ chúng tác dụng chất hữu chất xốp tạo điều kiện xâm nhập oxy khơng khí Bước 2: q trình giảm độ ẩm thức tiến hành lên men Khi lên men xảy ra, nhiệt độ khối ủ tăng lên 65-70 o C, nhiệt độ cao làm nước thoát khỏi khối ủ Sau 10 ngày, hàm lượng nước khối ủ lại 45% sau 30 ngày hàm lượng nước lại < 30% Lên men chất thải Quá trình lên men chất thải thực bể ủ, bể ủ xây dựng gạch xi măng Nền ủ gia cố chắn có lắp đặt hệ thong cung cấp khơng khí Bể ủ thường có kích thước sau: Chiều ngang 6-8m Chiều cao 2-2,5m Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 11 Chiều dài 20- 30m Ngồi kiểu bể ủ có hệ thống thổi khí cung cấp khơng khí, giới cịn thiết kế loại bể ủ khơng có hệ thống thổi khí mà láp đặt hệ thống đảo trộn Quá trình lên men trình sinh học VSV có sẵn chất thải tiến hành Q trình bao gồm: Q trình tăng sinh khối VSV có khối ủ Đây q trình hiếu khí nên khối ủ lồi VSV hiếu khí phát triển, lồi vi sinh vật yếm khí bị ức chế bị tiêu diệt, loại bào tử vi khuẩn yếm khí cịn tồn khối lên men Q trình tăng sinh khối thúc đẩy khơng nhờ q trình thổi khí mà cịn thúc đẩy nhờ trình đảo trộn nhờ máy đảo trộn lắp đặt khối ủ Nhờ có đảo trộn mà vi sinh vật bề mặt đáy bể ủ có hội tiếp xúc với oxy khơng khí phát riển với tốc độ Mặt khác, loại chất hữu chuyển hóa mức độ, loại khí, nước ngồi nhanh Ở bể ủ khơng có lắp đặt hệ thống phân phối kí, người ta thường lắp đặt hệ thống quạt gió cơng nghiệp.quạt gió có tác dụng làm tăng mức độ cung cấp khơng khí cho khối ủ làm hạ nhiệt độ khối ủ xuống để tránh ảnh hưởng xấu đến trình ủ Quá trình chuyển hóa vật chất Q trình ủ kéo dài khoảng 10 - 15 ngày, chất proten, polysaccharit, lipit chất khác nhanh chóng bị phân hủy enzyme VSV trình tạo mùn xảy Chất thải nhanh chóng chuyển sang trạng thái ổn định Bên cạnh trình phân giải enzyme phân giả, khối ủ chất thải gia súc có nhiều vi khuẩn tham gia q trình vơ hóa chất hữu Q trình có lợi cho trồng bón loại phân ủ từ chất thảỉ gia súc Quá trình ủ trình chất dinh dưỡng trình phân hủy Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 18 Thời gian lưu Thời gian lưu chất thải tính theo cơng thức: Trong đó: thời gian lưu tính hàng ngày h: đơn vị lượng tảo kgcal/kg.tảo (đối với tảo phát triển chất thải h =6 kg-cal/g) F: hệ số lượng ánh sáng chuyển hóa sau lượng hóa học, thường 0,1 I o - số lượng tia sáng nhìn thấy xuyên qua bề mặt chất lỏng, thường 800g-cal/cm ,ngày L i - COD hay BOD sau dịch chất thải vào( mg/l) P – tỉ số trọng lượng O trọng lượng tảo, giá trị tính 1,85 T c – hệ số nhiệt độ Bảng Hệ số nhiệt độ chlorella nuôi dạng thử nghiệm Giá trị nhiệt độ ( o C) 10 15 20 Hệ số nhiệt quang hợp Tc 0,26 0,49 0,87 1,00 Giá trị nhiệt độ ( C) 25 30 35 40 Hệ số nhiệt quang hợp Tc 0,91 0,82 0,69 - Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 19 Tải trọng BOD Tải trọng COD ảnh hưởng lớn đến tạo thành sinh khối tảo Tải trọng lớn ảnh hưởng tới tảo mà ảnh hưởng đến vi khuẩn tham gia giai đoạn vơ hóa chất hữu Tải trọng BOD trung bình vào khoảng 75 kg/ha,ngày tốt (với chiều sâu bể 0,35m), khoảng tải trọng BOD từ 75 – 300 kg/ha,ngày Điều kiện khuấy trộn Khuấy trộn làm tăng khả tiếp xúc tế bào tảo với ánh sáng với vật chất có dịch thải Tốc độ dịng chảy thích hợp cho trình xử lý tăng sinh khối vào khoảng - 15cm Bảng Thông số kỹ thuật thiết kế bể xử lý tảo có hiệu cao Stt Chỉ số kỹ thuật Chiều sâu bể (z), (m) Thời gian lưu (ngày) Thời gian lưu/chiều sâu (ngày/m) Tải trọng COB (kg/ha, ngày) Tốc độ dòng chảy khuấy trộn(cm/s) Tỷ lệ chiều dài/ngang Giá trị 0,3 - 0,6 1,5 – – 12 75 – 300 – 15 >2 b.Thu nhận sinh khối tảo Người ta thu nhận sinh khối tảo sau xử lý theo phương pháp sau: Ly tâm lắng hay ly tâm lọc Lọc ép Lọc qua vải dày Tạo kết lắng nhờ phèn, đưa pH 6-6,8 Ứng dụng tảo Sinh khối tảo có hàm lượng protein cao, có chứa đầy đủ axit amin (cả axit amin thay không thay thế) nhiều chất có giá trị khác Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 20 a Ứng dụng sinh khối tảo làm thức ăn gia súc thực phẩm cho người Hàm lượng dinh dưỡng tảo cao nên người ta ứng dụng tảo vào sản xuất thức ăn gia súc làm thực phẩm cho người, lượng tảo làm thức ăn gia súc chiếm số lượng tuyệt đối b Sử dụng tảo làm phân bón Có ba cách sử dụng tảo nguồn phân bón: Cách sử dụng trực tiếp Người ta nuôi tảo chất thải hữu cơ, đến thời gian thu hoạch tảo, người ta sử dụng dung dịch bón trực tiếp cho trồng Phương pháp sử dụng đơn giản, cho hiệu tốt Cách sử dụng gián tiếp Theo cách sử dụng này, trước tiên người ta tiến hành thủy phân sinh khối tảo để tiến hành thủy phân sinh khối tảo để giải phóng hồn tồn chất có tế bào Sau thu dịch thủy phân, người ta bổ sung nguyên tố da lượng N, P, K loại muối vi lượng để cân đối dinh dưỡng Người ta sử dụng phân để phun bons vào đất cho hiệu tốt Sử dụng sinh khối tảo nguồn hóa chất Tế bào tảo chứa nhiều chất hóa học khác nhau, lipit chất hữu thu hút quan tâm đặc biệt nhà khoa học Từ lipit người ta sản xuất chất chống tạo bọt, dầu mỡ, chất phụ gia thực phẩm, mỹ phẩm, sản phẩm y học Lipit tảo coi nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất glycerol Tảo xem nguồn steroid quan trọng, steroid có nhiều tảo chúng đa dạng Ngồi ra, tảo cịn chứa đến 0,2% trọng lượng khơ carotenoid Đây xem nguồn sản xuất carotenoid cho thực phẩm Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 21 IV Tổng quan tình hình sử dụng ưu điểm biogas Phổ biến rộng rãi kiến thức trình sinh khí Mêtan ứng dụng mơ hình hầm sinh khí biogas vào thực tế đời sống hàng ngày, đặc biệt đưa vào ứng dụng vùng nông thôn vấn đề cần quan tâm nhà lượng nhà môi trường Việt Nam Bài báo đưa sở để sản xuất biogas tính kinh tế hầm sinh khí biogas qui mơ hộ gia đình, đồng thời qua triển khai với qui mơ ứng dụng lớn Trong việc sử dụng loại lượng truyền thống nhiều vùng nông thôn, miền núi nước ta, củi đốt than góp phần vào việc làm giảm diện tích rừng gia tăng lượng khí CO vào khí Bên cạnh đó, dạng lượng khí đốt xăng, dầu, gas ngày tăng giá khó đến với bà vùng sâu, vùng xa Biogas (khí đốt sinh học) - nguồn lượng chỗ rẻ tiền giải pháp tích cực bà nơng dân Nhiều năm nay, biogas áp dụng thí điểm vài địa phương nước cho thấy ưu điểm hoạt động sản xuất, sinh hoạt người dân Về thực chất, biogas dạng khí sinh học, tái tạo từ trình phân huỷ chất thải người động vật điều kiện hầm kín Nhờ hoạt động vi sinh vật, chất thải lên men tạo khí, chiếm tới 70% khí mê tan, sử dụng làm chất đốt chạy động đốt Để tạo khí sinh học, người ta xây dựng hầm ủ kín có đường thu khí để dễ dàng mang sử dụng Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học chất hữu dễ phân huỷ phân động vật, loại thực vật bèo, cỏ, rơm rạ nguồn ngun liệu sẵn có nơng thôn nước ta ... dụng giun tròn giun quế để xử lý chất thải hữu Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 13 Giun đất chứa hàm lượng protein cao, kết phân tích cho thấy... trồng bón loại phân ủ từ chất thảỉ gia súc Quá trình ủ trình chất dinh dưỡng trình phân hủy Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi 12 mạnh enzyme protease... bột nhôm, bột kẽm Nghiên cứu quy trình thiết kế xử lý chất thải để đạt tiêu chuẩn ngành trại chăn nuôi Chất thải có chứa thủy ngân NaBH Tetra-alkyl-lead NaBH Bạc NaBH III Xử lý chất thỉa hữu biện