13/04/2018
TS. Lê Sỹ Chính
Trường Đại học Hồng Đức
ThS. Lê Ngọc Hào
Trung tâm Môi trường nông thôn
Nước thải chăn nuôi lợn bao gồm hỗn hợp nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật nuôi, với khối lượng lớn. Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và sinh vật gây bệnh. Vì vậy, phát triển công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn có hiệu quả và kinh tế đang là sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới, cũng như ở Việt Nam.
1. Cơ sở khoa học lựa chọn công nghệ
Nước thải có đặc trưng chứa các thành phần hữu cơ, N, P cao nên việc lựa chọn công nghệ xử lý phải đáp ứng được các tiêu chí: (1) Công nghệ xử lý phù hợp với đặc trưng nước thải nhằm xử lý có hiệu quả các thành phần ô nhiễm BOD, COD, SS, N, P và chất lượng nước xử lý đảm bảo đạt yêu cầu một cách ổn định; (2) Mức độ cần thiết xử lý nước thải và lưu lượng thải; (3) Công nghệ xử lý phù hợp với điều kiện Việt Nam: Tiên tiến nhưng không quá phức tạp, dễ vận hành, bảo dưỡng, đảm bảo tính ổn định cao; (4) Tiết kiệm mặt bằng xây dựng, chi phí đầu tư hợp lý, chi phí xử lý thấp; (5) Chi phí đầu tư xây dựng không cao và chi phí vận hành thường xuyên thấp; (6) Tự động hoá điều khiển nhằm đảm bảo quá trình xử lý có tính ổn định cao, đơn giản hoá thao tác cho người vận hành; (7) Điều kiện cơ sở hạ tầng: cấp điện, cấp nước, giao thông; (8) Điều kiện mặt bằng, địa hình khu vực xây dựng hệ thống xử lý; (9) Điều kiện vận hành và quản lý hệ thống xử lý nước thải; (10) Đảm bảo thẩm mỹ, an toàn và vệ sinh môi trường (biện pháp khử mùi hôi thối của nước thải).
2. Hiệu quả các phương pháp
Do đặc trưng của nước thải chăn nuôi có chứa thành phần chất hữu cơ, N và P cao nên các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải chăn nuôi trong phòng thí nghiệm là nhóm các phương pháp phải đáp ứng được các yêu cầu trên. Tiến hành nghiên cứu 3 phương pháp trong phòng thí nghiệm bao gồm: Phương pháp SBR, phương pháp lọc sinh học sục khí luân phiên, phương pháp mương ôxy hóa. Từ quá trình nghiên cứu và dựa vào các tiêu chí lựa chọn công nghệ nhận thấy, phương pháp mương ôxy hóa cho hiệu quả xử lý chất hữu cơ, N và P thấp nhất trong 3 phương pháp, ở thời gian lưu lớn (Khoảng 5 ngày) và ở khoảng tải lượng chất hữu cơ, N, P thấp. Ngoài ra, phương pháp mương ôxy hóa còn đòi hỏi diện tích xây dựng rất lớn nên không phải trang trại hay hộ gia đình nào cũng đáp ứng được. Do các điều kiện như trên nên chỉ so sánh lựa chọn giữa 2 phương pháp là lọc sinh học sục khí luân phiên và SBR.
2.1. Về mặt hiệu quả
Đối với mỗi phương pháp đều nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hiệu quả xử lý COD, N, P. Đối với cả 2 phương pháp đều cho hiệu suất xử lý về chất hữu cơ, N, P và ở khoảng tải lượng gần tương đương nhau. Tuy nhiên, đối với phương pháp SBR ở điều kiện cấp nước 2 lần, MLSS trong khoảng 4.000 - 5.000 mg/l, DO lúc sục khí 4 - 6 mg/l, thời gian lưu 2 ngày đạt được hiệu quả xử lý COD, T-N, T-P cao hơn so với phương pháp lọc sinh học. Trong khi đó, phương pháp lọc sinh học sục khí luân phiên đạt hiệu quả xử lý COD, N, P thấp hơn phương pháp SBR cấp nước 2 lần nhưng lại hoạt động ở điều kiện tải trọng COD, N, P cao hơn (tương ứng 1,0 ± 0,4 kg/m3/ngày so với 0,6 ± 0,3 kg/m3/ngày và 0,28 ± 0,10 kg/m3/ngày so với 0,16 ± 0,06 kg/m3/ngày).
2.2. Về tính ổn định
Từ quá trình nghiên cứu cho thấy, hai phương pháp này đều mang tính ổn định cao. Tuy nhiên, phương pháp SBR các vi sinh vật phát triển dưới dạng lơ lửng dễ nhạy cảm hơn đối với sự biến động bên ngoài như ảnh hưởng của sự thay đổi nước thải vào, điều kiện thời tiết, DO, pH. Phương pháp lọc sinh học sục khí luân phiên vi sinh vật sinh trưởng theo kiểu dính bám vào vật liệu và một phần nhỏ sinh trưởng lơ lửng nên có thể thích nghi được với sự thay đổi của môi trường hơn, khi có sự tác động thì vi sinh vật chưa bị sốc ngay lập tức như hệ vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng.
2.3. Khả năng vận hành, điều khiển
Đối với 2 phương pháp đều không khó khăn về quá trình điều khiển tự động. Tuy nhiên, đối với phương pháp SBR hoạt động theo mẻ bao gồm 5 giai đoạn vì thế việc lập trình tự động yêu cầu cao hơn và người vận hành phải có kiến thức nhất định về xử lý nước thải. Vận hành phương pháp SBR phức tạp hơn, nếu chế độ cấp nước 2 lần (Cấp nước gián đoạn và cấp 2 lần trong một mẻ làm việc), trong khi đó, với tỷ lệ giữa 2 lần cấp nước không bằng nhau thì yêu cầu nhiều bơm hơn. Đối với phương pháp lọc sinh học vì cấp nước liên tục, chỉ có sục khí là sục gián đoạn nên chỉ cần điều khiển tự động của chu kỳ sục khí - ngừng sục khí. Mặt khác, đối với phương pháp SBR bùn sinh trưởng phát triển rất nhanh nên phải thường xuyên kiểm tra nồng độ bùn, nếu bùn duy trì quá cao thì tốn ôxy cấp vào hệ thống và hiệu quả xử lý không cao, vì thế cần phải tháo rút bùn thường xuyên. Phương pháp lọc sinh học sục khí luân phiên vận hành đơn giản hơn, điều khiển cũng dễ dàng hơn. Mặc khác, tốc độ sinh trưởng bùn ở hệ dính bám chậm hơn nên bùn sinh ra ít hơn. Tuy nhiên, cũng phải định kỳ rửa ngược đệm để thải bùn tránh hiện tượng bít tắc đệm. Ngoài ra, ở phương pháp SBR cũng giống như phương pháp bùn hoạt tính phải lưu ý hiện tượng bùn nổi, không lắng được trong quá trình vận hành phải tìm hiểu nguyên nhân để khắc phục (Do quá tải, hoặc do tỷ lệ giữa COD:N:P không hợp lý...)
3. Lựa chọn công nghệ xây dựng mô hình pilot
Từ các phân tích trên tổng kết, so sánh ưu, nhược điểm và một số thông số khác của 2 phương pháp được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1. So sánh ưu nhược điểm của phương pháp SBR và lọc sinh học sục khí luân phiên
|
Thông số |
Công nghệ xử lý |
|
|
SBR |
Lọc sinh học hiếu - Thiếu khí kết hợp |
|
|
Ưu điểm |
- Cấu tạo đơn giản, các quá trình diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. Có thể khử được N, P bằng cách điều chỉnh chế độ cung cấp ôxy. - Không cần bể lắng đợt hai, trong nhiều trường hợp người ta cũng bỏ qua bể lắng 1 và bể điều hoà. |
- Vận hành đơn giản, tiết kiệm chi phí do tiêu hao năng lượng thấp. - Tính ổn định cao, ít bị nhạy cảm khi biến đổi thành phần nước thải hay điều kiện bên ngoài. |
|
Nhược điểm |
- Thời gian lưu nước trong bể kéo dài nên chỉ sử dụng với công suất xử lý nước thải nhỏ. - Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ và phức tạp trong quá trình điều khiển, vận hành. - Lượng bùn dư có tính ổn định thấp. |
- Dễ bị tắc nghẽn thiết bị do bùn bám vào vật liệu đệm, nên phải định kỳ sục rửa vật liệu lọc.
|
|
Chi phí đầu tư |
Cao |
Cao |
|
Tính đơn giản của thiết kế |
Thiết kế phức tạp |
Thiết kế đơn giản |
|
Yêu cầu tự động hóa |
Cao |
Trung bình |
|
Yêu cầu lắng bậc 1 |
Không |
Không |
|
Yêu cầu nhân viên vận hành có trình độ |
Cao |
Trung bình |
|
Đào tạo người vận hành |
Yêu cầu người vận hành phải học nhiều trong thời gian dài để hiểu hết các vần đề. |
Dễ dàng đào tạo nhân viên vận hành trong thời gian ngắn. |
|
Kiểm soát thủ công |
Không thể vận hành thủ công trừ phi người vận hành có kỹ năng cao, cấp chuyên gia |
Dễ dàng kiểm soát thủ công. |
|
Yêu cầu thiết bị công nghệ |
Phức tạp, quy trình này đòi hỏi phải dự trữ phụ tùng và thiết bị. |
Phức tạp, quy trình này đòi hỏi phải dự trữ phụ tùng và thiết bị. |
|
Khả năng chịu được sốc tải lượng |
Trung bình |
Tốt |
|
Yêu cầu diện tích mặt bằng |
Thấp |
Thấp |
|
Khả năng xử lý N, P |
Đòi hỏi phải có những kỹ thuật tiên tiến hơn sau khi đã đầu tư hệ thống xử lý phức tạp, tuy nhiên có thể thay đổi cách sắp xếp và vận hành để xử lý dưỡng chất đạt yêu cầu. |
Khả năng xử lý tốt nếu sắp xếp thời gian sục khí - Ngừng sục khí hợp lý. |
|
Bể lắng thứ cấp |
Không yêu cầu |
Không yêu cầu |
|
Khả năng xử lý |
Cao |
Cao |
|
Khả năng lắng bùn |
Cao, tuy nhiên phải lưu ý khi có hiện tượng bùn nổi. |
Cao |
4. Kết luận và định hướng phát triển
Từ quá trình phân tích, so sánh về hiệu quả xử lý, tính ổn định và khả năng vận hành điều khiển giữa 2 phương pháp thì phù hợp nhất là công nghệ lọc sinh học sục khí luân phiên để xây dựng mô hình pilot. Công nghệ lọc sinh học sục khí luân phiên lựa chọn đáp ứng đầy đủ các yếu tố: Hiệu suất xử lý đạt được tương đối cao về COD, N, P; tính ổn định cao; Vận hành đơn giản; Chi phí đầu tư xây dựng không cao, công tác quản lý vận hành đơn giản, chi phí vận hành thường xuyên thấp, thỏa mãn các tiêu chuẩn về môi trường đối với ngành chăn nuôi.
