Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo

Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo

Có khá nhiều quy trình công nghệ xử lý nước thải trong chăn nuôi đang được áp dụng ở nước ta. Việc lựa chọn công nghệ xử lý nào tùy thuộc vào điều kiện địa lý, điều kiện kinh tế của cơ sở chăn nuôi. Mục tiêu cuối cùng của các công nghệ xử lý là làm cho nước thải đạt quy chuẩn cho phép trước khi thải ra môi trường

Có khá nhiều quy trình công nghệ xử lý nước thải trong chăn nuôi đang được áp dụng ở nước ta. Việc lựa chọn công nghệ xử lý nào tùy thuộc vào điều kiện địa lý, điều kiện kinh tế của cơ sở chăn nuôi. Mục tiêu cuối cùng của các công nghệ xử lý là làm cho nước thải đạt quy chuẩn cho phép trước khi thải ra môi trường. Một số quy trình Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo:

1. Quy mô nhỏ (hộ gia đình)

Nước thải -> hố biogas (xử lý kỵ khí) -> hố lắng (2 cấp)

2. Quy mô trung bình (< 1.000 đầu gia súc)

a) Nước thải -> ngăn lắng cát -> hố biogas (xử lý kỵ khí) -> hố lắng (2 cấp) ->mương sinh học hiếu khí -> hố lắng (3 cấp) -> mương chứa (ổn định) -> tuần hoàn để tưới cây.

b) Nước thải -> ngăn lắng cát -> hố biogas (xử lý kỵ khí) -> hố lắng (2 cấp) ->bể Aerotank -> bể lắng bùn -> hồ ổn định -> tuần hoàn để tưới cây.

3. Quy mô lớn (> 1.000 đầu gia súc)

Nước thải -> bể lắng cát -> bể điều hòa -> bể kỵ khí UASB/hố biogas -> bể chỉnh nồng độ -> bể Aerotank -> bể lắng bùn -> hồ ổn định -> tuần hoàn để tưới cây.

Mô hình Biogas là một mô hình bảo vệ môi trường phổ biến và hiệu quả nhất tại các trại chăn nuôi ở Việt Nam. Hiệu quả bảo vệ môi trường của mô hình biogas là khống chế ô nhiễm mùi hôi, giảm thiểu ô nhiễm do nước thải và chất thải rắn, đồng thời sử dụng được khí sinh học để làm chất đốt.

Có nhiều loại hầm lên men Biogas. Hiện nay đang thịnh hành 3 loại hầm: Hầm xây có nắp cố định, hầm xây có nắp trôi nổi và túi biogas bằng nhựa polyethylene. Hầm xây bằng gạch, xi măng có nắp cố định hay nắp trôi nổi đã phát triển trong nhiều năm ở Đồng Nai. Loại túi ủ biogas bằng nhựa khá dễ lắp đặt và rẻ tiền.

Chức năng của hầm biogas là xử lý được phần lớn chất hữu cơ, giảm đáng kể lượng khí độc phát sinh, diệt các mầm bệnh trong nước thải, đồng thời cung cấp một lượng khí đốt rẻ tiền.

Trung bình 1m3 hầm ủ xử lý lượng nước thải 40-50 lít nước thải/ngày với lượng phân của 2-3 con heo trưởng thành. Thời gian nước thải ở trong hầm biogas tối thiểu 20 ngày mới đảm bảo hiệu quả xử lý.

Việc xử lý và xây dựng hầm biogas phải được các kỹ thuật viên có chuyên môn nghề nghiệp cao thực hiện mới đảm bảo hoạt động hiệu quả và lâu bền.

Đối với túi ủ biogas bằng túi nhựa, các cơ sở chăn nuôi có thể mời kỹ thuật viên lắp đặt hay tự thiết kế, thi công theo hướng dẫn kỹ thuật của các cơ quan chuyển giao kỹ thuật.

Đối với túi ủ bằng bạt cao cấp HDPE: Việc sử dụng túi biogas bằng vật liệu HDPE có một số ưu điểm như sau:

– Tấm bạt HDPE có bề mặt màu đen, khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời sẽ hấp thu được nhiều nhiệt lượng, giữ và ổn định nhiệt nên nhiệt độ của hầm biogas sẽ cao hơn so với các hầm bê tông. Do đó, hiệu quả sinh gas sẽ cao hơn.

– Kỹ thuật xây dựng đơn giản, thể tích lớn.

– Đảm bảo được độ kín nên hiệu quả cao trong suốt quá trình sử dụng công trình.

– Bảo trì (hút bùn cặn) dễ dàng nên dễ sàng sau một thời gian sử dụng (trung bình 05 năm) để duy trì hiệu quả sinh khí gas tốt của công trình.

– Chi phí vận hành, bảo dưỡng thấp trung bình khoảng 5% tổng chi phí của phần bạt HDPE nắp thu gas.

– Chi phí đầu tư rẻ (chỉ bằng khoảng 1/5 giá thành so với hầm bê tông, tương đương 100.000 đ/m3 hầm).

– Tuổi thọ trung bình của tấm bạt HDPE thu gas trung bình trên 10 năm, bạt HDPE lót đáy tuổi thọ 100 năm.

Hình 1. Sơ đồ túi Biogas bằng nhựa Polyetylen

Hình 2. Sơ đồ hầm Biogas nắp cố định (Trung Quốc)

Hình 3. Sơ đồ hầm Biogas nắp cố định

Hình 4. Sơ đồ hầm nắp nổi (2-5m3)

Hình 5. Hầm ủ Biogas bằng bạt HDPE dày 1mm

Ví dụ: Một trại chăn nuôi heo với công suất 400 heo thịt và 100 heo nái công nghiệp, mỗi ngày thải ra môi trường khoảng 1,5-2,5 tấn phân; 15-90m3 nước thải. Đây sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí, môi trường nước mặt, nước ngầm, môi trường đất nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp. Để giảm mùi hôi chủ trại chăn nuôi có thể lắp đặt mô hình biogas với các thông số như sau:

– Hệ thống hầm chứa túi khí dài 32m, rộng 1,2m, sâu 1,4m, xây bằng gạch thẻ, có tô chống thấm. Tổng thể tích hầm 54m3, nắp đậy bằng bê tông cốt thép.

– Túi chứa khí bằng Polyetylen dài 35m treo trên trần của chuồng nuôi.

Hiệu quả của mô hình Biogas tại trại chăn nuôi với quy mô như trên có thể là:

– Giảm được khoảng 70% tải lượng ô nhiễm trong nước thải, qua đó cũng giảm được mùi hôi. Điều này làm cho trại chăn nuôi không còn bị người dân xung quanh kiện cáo, công việc kinh doanh vì thế cũng trở nên thuận lợi hơn.

– Tiết kiệm được kinh phí mua nhiên liệu đun nấu do sử dụng khí sinh học để đun nấu thay cho chất đốt khác. Ngoài ra, lượng khí sinh học còn thừa tại trại chăn nuôi có thể cung cấp cho các hộ lân cận sử dụng hoặc phát điện.

Có thể thấy rằng, mặc dù có nhiều ưu điểm trong vấn đề bảo vệ môi trường, nhưng mô hình biogas tại các trại chăn nuôi nói chung không giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm nước thải, cũng như không giảm hoàn toàn vấn đề ô nhiễm mùi hôi.

Nước thải được đi vào bể UASB từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là mêtan và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt.

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/giờ. pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6 vì ở pH < 6,2 thì vi sinh vật chuyển hóa mê tan không hoạt động được. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1.000-5.000 mg/l).

Do tại Việt Nam chưa có loại bùn hạt nên quá trình vận hành được thực hiện với tải trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m3 ngày đêm. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng này sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15-20 kg COD/m3 ngày đêm. Thời gian này kéo dài khoảng 3-4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao. Khí metan thu được có thể sử dụng cho việc đun nấu và cung cấp nhiệt. Lượng bùn sinh ra rất nhỏ nên không cần thiết phải đặt vấn đề xử lý bùn. Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn một lượng nhỏ năng lượng dùng để bơm nước.

Nước thải được chảy qua lưới lọc 1mmx1mm hay 1,5mmx1,5mm để loại bỏ cặn lớn. Sau đó, nước thải được cho chảy vào bể lắng 3 ngăn (thường xây bằng xi măng) có ngăn 1 sâu 2,5-3m, ngăn 2 sâu 1,2-1,5m, và ngăn 3 sâu < 1m. Nước luân chuyển theo kiểu tràn.

Chức năng là giảm đi phần lớn các phần rắn trong nước thải nhưng giải quyết không triệt để các tác nhân gây bệnh trong nước thải.

Trung bình 1m3 xử lý cho dưới 10 heo trưởng thành hoặc dưới 50 heo con.

Yêu cầu vận hành: định kỳ lấy bùn lắng trong các bể (2-3 lần/tháng) sử dụng ủ làm phân bón.

Mương sinh học là hệ thống ao đào nhiều hố (thường là 5) để nước thải chảy qua một diện tích lớn, tạo điều kiện cho các quá trình lên men kỵ khí, lên men yếm khí kết hợp với các thực vật thuỷ sinh hấp thu các chất ô nhiễm.

Tiêu chuẩn thể tích ao xử lý phân vật nuôi: 1m3/heo trưởng thành.

Quy trình này có ưu điểm là công nghệ và vận hành khá đơn giản, giá thành rẻ, nhưng có nhược điểm là xử lý không triệt để khí thải, còn mùi hôi, đặc biệt cần diện tích rộng để xử lý đạt hiệu quả.

Trong bể Aerotank, quá trình phân hủy các chất ô nhiễm xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng ôxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ ôxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng bùn không được nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng ôxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: Tỷ số gữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật (tỷ lệ F/M); nhiệt độ; tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật; nồng độ sản phẩm độc tính tích tụ trong quá trình trao đổi chất; lượng các chất cấu tạo tế bào và hàm lượng ôxy hòa tan.

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO4-…

Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nuớc thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng dầu mỡ khoáng không quá 25 mg/l, các chỉ tiêu khác pH = 6,5-8,5; nhiệt độ 6oC < toC < 37oC.