ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO, PHƯƠNG ÁN VÀ MÔ HÌNH XỬ LÝ HIỆU QUẢ

Ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, đặc biệt là ngành chăn nuôi heo đang phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Hàng năm, nước thải chăn nuôi xả ra môi trường đến hàng triệu tấn gây áp lực rất lớn đối với việc quản lý và xử lý chất thải của các tổ chức và người chăn nuôi. Vậy đặc tính nước thải chăn nuôi heo có những gì? Đâu là phương án và mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo hiệu quả?

Đặc tính nước thải chăn nuôi heo

Nguồn nước thải chăn nuôi heo thường đến từ nước thải vệ sinh chuồng trại: nước thải rửa, nước tiểu, phân heo,… chứa nồng độ ô nhiễm khá cao.

Thành phần và tính chất của nước thải chăn nuôi heo

Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải rất đặc biệt, hàm lượng chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh có thể gây ô nhiễm môi trường cao. Nó phải được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường, chi tiết gồm có:

• Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, các hợp chất hữu cơ chiếm 70-80%, bao gồm cellulose, protein, axit amin, chất béo, carbohydrate và các dẫn xuất của chúng có trong phân và thức ăn thừa. Hầu hết các chất hữu cơ bị phân hủy dễ dàng. Chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, urê, muối amoni, muối clorua, SO42-, v.v.
• N và P: Gia súc có khả năng hấp thụ N và P kém nên khi tiêu thụ thức ăn có chứa N và P sẽ được thải ra ngoài theo phân và nước tiểu. Nồng độ N và P rất cao thường được tìm thấy trong nước thải trại heo. Tổng mức nitơ trong nước thải chăn nuôi dao động từ 571 đến 1026 mg/l và phốt pho dao động từ 39 đến 94 mg/l.
• Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, vi rút và trứng giun sán.

Thành phần gây ô nhiễm chính trong nước thải chăn nuôi heo: 

Chất ô nhiễm đặc trưng	Hàm lượng
pH	7,1 – 8,2
BOD5 (mg/1)	1650 – 3300
COD (mg/1)	2500 – 5000
SS (mg/1)	1800 – 3200
N-NH4+(mg/1)	10-60
N tổng	520-620
P tổng	14,3-64
Tổng coliform (MNP/100ml)	106 – 109

 

Tác động của nước thải chăn nuôi heo đến hệ sinh thái

Ảnh hưởng đến con người

Con người và động thực vật bị ảnh hưởng trực tiếp từ nước thải chăn nuôi. Nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm nếu không được xử lý kịp thời, mùi hôi và các chất độc hại dễ dẫn đến chết động vật, thực vật, mất nơi cư trú, con người dễ mắc các bệnh về đường tiêu hóa như tiêu chảy, nôn mửa, đau đầu, …

Theo Bộ Y tế, tỷ lệ các bệnh truyền nhiễm như sốt xuất huyết, tay chân miệng, tả, thậm chí là ung thư do tiếp xúc trực tiếp với giun sán, vi khuẩn, vi rút, nấm, mầm bệnh đều có trong nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý. Nước thải chăn nuôi gia cầm tạo điều kiện thuận lợi cho các mầm bệnh nguy hiểm như cúm, H5N1, H1N1, bệnh tai mũi họng, lở mồm long móng,… thông qua đường ăn uống hoặc hô hấp do vi khuẩn E.Coli gây ra

Ảnh hưởng đến môi trường 

Môi trường là điều kiện lý tưởng để mọi sinh vật tồn tại và phát triển. Tuy nhiên, nước thải chăn nuôi là nguyên nhân dẫn đến suy thoái nước ngầm. Là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chính nhưng nước giếng, nước ngầm ở một số vùng nông thôn ngày càng cạn kiệt do nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm không được chôn lấp hợp lý. 

Mặt khác, phân lợn được dùng làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, liều lượng dùng phải phù hợp, quá liều lượng dễ làm cây bị úng, thối rễ.

Các phương án hiệu quả để xử lý nước thải chăn nuôi

• Cần áp dụng có hiệu quả các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi hóa – lý – sinh trong hệ thống xử lý nước thải để hạn chế ô nhiễm nước thải đầu ra
• Xây dựng các chương trình trao đổi và vận động các hộ chăn nuôi hiểu cách xử lý nước thải chăn nuôi, trước khi thải ra môi trường.
• Xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng cách xây dựng hầm biogas để tạo năng lượng và giảm lượng khí thải độc hại.
• Xây dựng mô hình chăn nuôi khép kín tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường, tránh ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
• Ứng dụng xử lý bằng các chế phẩm sinh học, vừa tiết kiệm vừa hiệu quả để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi ô nhiễm.

Gợi mô hình hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo hiệu quả

Thuyết minh sơ đồ:  

Xử lý khí Biogas: 

• Bể biogas 

Đây là công nghệ khí sinh học dựa trên nguyên lý hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí. Khi thiếu oxy, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành năng lượng hoạt động và khí metan. Hỗn hợp CH4 (metan), hidro lưu huỳnh (H2S), NOx, CO2,… tạo thành khí sinh học.

Dưới tác dụng của các sản phẩm vi sinh tốc độ cao, hầm biogas kết hợp hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí làm lên men nước thải và giảm hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm. Bể biogas phù hợp với việc chịu tải của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm đồng thời tạo khí sinh học phục vụ sản xuất.

Hiệu suất xử lý BOD đạt khoảng 60% nên công đoạn xử lý thứ 2 bắt buộc phải đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường. Thông thường, khoảng 1 mét khối thể tích bể sẽ tạo ra 500 lít khí sinh học.

Đối với các cơ sở chăn nuôi quy mô vừa và lớn, để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo nên bổ sung thêm men vi sinh để nâng cao hiệu quả xử lý tối đa.

• Bể lắng sơ bộ: 

Nhiệm vụ của bể trước lắng là kết tủa các hạt lớn có trong nước thải từ bể biogas, nước thải từ bể biogas sẽ qua bể lắng trước khi vào hệ thống xử lý.

Giai đoạn xử lý sơ bộ (Bể điều hoà) 

Trong hệ thống xử lý nước thải, bể điều hòa được sử dụng để điều hòa lưu lượng, nồng độ chất gây ô nhiễm và trung hòa độ pH (khi có yêu cầu).

Từ đó, khắc phục các vấn đề gây ra bởi sự dao động của lưu lượng và nồng độ chất gây ô nhiễm, đồng thời cải thiện hiệu suất của các quá trình xử lý phía sau vì:

Có thể pha loãng các chất ảnh hưởng đến quá trình xử lý, có thể trung hòa và ổn định pH. Từ đó cải thiện hiệu quả xử lý của quá trình xử lý sinh học, tránh tình trạng bị sốc tải trọng. Chất lượng nước thải sau xử lý cũng được cải thiện do tải lượng chất thải vào hệ thống được ổn định tối đa.

Công trình phía sau của bể điều hoà được thiết kế theo lưu lượng nước thải trung bình hàng giờ giúp tiết kiệm diện tích xây dựng. Dung tích dự trữ nước càng lớn thì độ an toàn về nhiều yếu tố sẽ càng cao. Để tránh mùi hôi do lắng và phân hủy kỵ khí, bể sục khí được sục khí hoặc khuấy trộn liên tục.

Để bơm nước lên trạm tiếp theo, trong bể điều hòa thường lắp đặt đủ số lượng máy bơm chìm phục vụ cho hoạt động dự phòng, và thông thường sẽ sử dụng 2 máy bơm hoạt động luân phiên.

Giai đoạn xử lý hóa lý 

• Bể keo tụ

Nước thải từ bể lắng sơ bộ được bơm vào bể keo tụ, đồng thời chất keo tụ (PAC) cũng được đưa vào bể để kích thích quá trình xử lý.

Trong bể, mô tơ cánh quạt quay với tốc độ 45-50v/phút tạo ra dòng xoáy hỗn loạn trộn đều hóa chất với dòng nước thải, từ đó đẩy nhanh phản ứng. Lượng hóa chất PAC cho vào bể sẽ được tính toán để chọn ra nồng độ hóa chất phù hợp nhất dựa trên đặc điểm riêng của từng trang trại của nước thải chăn nuôi đó. Sau đó, nước thải sẽ tiếp tục tự chảy qua bể tạo bông (đồng thời chất keo tụ cũng được đưa vào bể chứa).

• Bể tạo bông:

Nước thải từ bể phản ứng chảy tràn sang bể keo tụ, người ta sử dụng chất trợ keo tụ (Polyme) để tăng độ kết dính của các bông keo tụ.

Máy trộn tốc độ cao dùng để trộn hóa chất keo tụ với dòng nước thải. Động cơ khuấy chậm 15v/phút giúp trộn đều hóa chất và nước thải nhưng không phá hủy độ kết dính giữa các bông cặn.

Do tác dụng của chất keo tụ, các bông cặn hình thành kết dính với nhau tạo thành các bông cặn lớn hơn có tỷ trọng gấp nhiều lần khối lượng nước nên dễ lắng xuống đáy ao và tách khỏi dòng nước thải trong quá trình lắng.

Bể lắng thứ 1

Quá trình keo tụ tạo ra và liên tục làm tăng lượng bùn. Do đó, bể lắng 1 (hay còn gọi là bể lắng hóa lý) được thiết kế để thu gom các bông cặn này.

Bể lắng bùn được thiết kế đặc biệt tạo môi trường tĩnh cho các bông cặn lắng xuống đáy bể và được thu gom tập trung bằng hệ thống thu bùn lắp đặt dưới đáy bể. Bùn lắng được đưa sang bể chứa bùn, còn phần nước sạch sau lắng được thu hồi bằng hệ thống máng thu nước hình răng cưa nằm trên bề mặt bể để dẫn sang hệ thống xử lý sinh học.

Bể lắng 1 sẽ được bơm định kỳ vào bể chứa bùn để ổn định, sau đó được đưa vào bể chứa. Bùn này chứa hàm lượng chất rắn cao (2-3%) nên có thể bơm trực tiếp vào bể chứa mà không cần phải nén.

Quá trình xử lý chính

Bể thiếu khí Anoxic

Đây là bể ứng dụng phương pháp sinh học với nhiệm vụ khử nitơ qua quá trình khử Nitrate. Vi khuẩn có trong nước thải bị lơ lửng được hoạt động bởi động cơ khuấy trong bể. 

* Quá trình khử nitrate trong bể diễn ra như sau:

Trong bước thứ hai sau quá trình nitrat hóa, quá trình khử nitrat-nitơ thành nitơ, nitơ oxit (N2O) hoặc nitơ oxit (NO) diễn ra trong môi trường thiếu khí (thiếu oxy) và yêu cầu cung cấp electron của chất hữu cơ hoặc vô cơ.

Hai con đường khả thi để khử nitrate trong bể sinh học là:

• Đồng hóa: Con đường đồng hóa liên quan đến việc khử nitrat thành amoniac để tổng hợp tế bào. Nó xảy ra trong trường hợp không có amoniac và không liên quan đến sự ức chế oxy.
• Dị hóa (hoặc khử nitơ): Sự khử nitrat thông qua các con đường dị hóa, bao gồm sự khử nitrat thành nitrit bị oxy hóa, nitơ oxit và nitơ:

NO3– -> NO2– -> NO (g) -> N2O (g) -> N2 (g)

Một số vi khuẩn khử nitrat được biết đến như là: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Helicobacter và Thiobacillus, Achromobacter, Denitrobacter, Microbacterium Coccus và Xanthomonas.

Hầu hết các vi khuẩn khử nitơ là dị dưỡng, có nghĩa là chúng lấy cacbon từ các hợp chất hữu cơ để tổng hợp tế bào. Ngoài ra, có những loài tự dưỡng lấy cacbon từ các hợp chất vô cơ để tổng hợp tế bào. Ví dụ, Thiobacillus denitrificans oxy hóa nguyên tố S thành năng lượng và lấy nguồn cacbon để tổng hợp tế bào từ CO2 hoặc HCO3- hòa tan trong nước.

Bể hiếu khí Aerotank: 

Bể sinh học hiếu khí Aerotank là bộ phận quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống, vì phần lớn các chất ô nhiễm trong nước thải là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cần phải được xử lý tối ưu qua quá trình này.

Ngoài ra, vi sinh vật bám dính huyền phù là quần thể vi sinh vật hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí được xếp tuần tự từ ngoài vào trong tạo thành một môi trường đa xử lý triệt để và chuyên biệt các hỗn hợp các thành phần ô nhiễm như BOD, COD, Nitơ, Photpho

Nước thải sau quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa amoni thành nitrat được tuần hoàn lại đến các bể sinh học thiếu khí để khử nitơ.

Bể lắng 2 (bể lắng sinh học)

Nhiệm vụ chính bể là kết tủa các bông vi sinh từ các quá trình xử sinh học và tách các bông cặn này ra khỏi nước thải.

Nước thải từ bể phản ứng sinh học hiếu khí trực tiếp đi vào đường ống trung tâm và được phân phối đều trên toàn bộ diện tích nằm ngang dưới đáy bể

Ống trung tâm được thiết kế để khi nước chảy ra khỏi ống được tăng lên ở tốc độ chậm nhất (ở trạng thái nghỉ), các bông cặn hình thành đủ dày đặc để khắc phục sự gia tăng tốc độ dòng nước thải. 

Phần bùn dư lắng dưới đáy bể lắng được xả ra giữa bể và đưa qua bể thu bùn sinh học. Tại đây, bùn sẽ được tuần hoàn sang bể sinh học thiếu khí và hiếu khí. Phần bùn còn lại sẽ được làm khô tại sân phơi để thu gom.

Bể khử trùng

Nước thải chăn nuôi heo sau quá trình xử lý sinh học chứa khoảng 105 – 106 vi khuẩn trên 100ml nước thải, hầu hết các vi khuẩn này có trong nước thải và không gây bệnh, tuy nhiên không loại trừ một số loài vi khuẩn có thể gây bệnh.

Khi cho clo vào nước, các hóa chất chứa clo có tính oxi hóa mạnh sẽ khuếch tán qua màng tế bào vi sinh vật, phản ứng với các enzym trong tế bào vi sinh vật, phá hủy quá trình trao đổi chất, dẫn đến việc tiêu diệt vi khuẩn và sinh vật qua quá trình này.

Bể chứa bùn

Bùn dư do bể lắng sinh học và bùn sinh ra từ bể lắng hóa lý sẽ được đưa sang bể chứa bùn để tách pha nước ra khỏi pha rắn bằng phương pháp lắng trọng lực, và pha nước sẽ được tuần hoàn lại vào bể điều hoà và lượng bùn dư được vận chuyển làm khô sang sân phơi.