TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

MÔN HỌC
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP BẰNG SINH HỌC

BÀI TIỂU LUẬN

THIẾT KẾ, NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH
VÀ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG XỬ LÝ
CHẤT THẢI SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

GVHD: PGS. TS. Dương Nguyên Khang
SVTH : Nhóm 5 – DH11SM

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2014


MỤC LỤC

2


CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Việt Nam được biết đến là một nước nông nghiệp và nông nghiệp đóng góp một
phần không nhỏ vào nền kinh tế của nước ta. Hiện nông nghiệp đóng góp khoảng 20%
GDP và 1/5 kim ngạch xuất khẩu của quốc gia. Đặc biệt, trong năm 2013 đã có nhiều mặt
hàng xuất khẩu đã vươn lên vị trí số 1, số 2 thế giới như cà phê, điều, lúa gạo, tiêu…
Trong đó, cà phê là điểm sáng lớn nhất khi đem về nguồn ngoại tệ khoảng 3,5 tỷ USD,
còn lúa gạo đã thiết lập kỷ lục về khối lượng xuất khẩu với mức khoảng 7,7 triệu tấn gạo.

đảm bảo có 3 khu vực:
 Khu chôn lấp

Hình 1. Mặt cắt ngang điển hình qua ô chôn lấp
4


Khu xử lí nước

Hình 2. Sơ đồ bố trí ống thu gom nước rác
+ Khu phụ trợ : có thể trồng cây xanh xung quanh bãi chôn lấp
5


2.1.1.2. Vận hành hệ thống
Trải những lớp rác dầy 40- 80 cm lên mặt đất, đầm nén nó (để thu nhỏ khối lượng)
và tiếp tục trải những lớp khác lên. Khi lớp rác dầy 2- 2,2 m thì phủ một lớp đất dầy 1060 cm lên trên rồi lại đầm nén. Cứ như thế với độ cao 15m. Một lớp hoàn chỉnh như vậy
gọi là ô rác. Thông thường một con đập bằng đất được làm để rác đổ xuống tì vào và để
dễ dàng đầm nén rác sau đó.Nếu bãi vận hành liên tục thì cứ sau 24 tiếng vận hành lại
cần phủ đất.
Chống thấm cho các ô chôn lấp.
- Ô chôn lấp cần được đặt ở những nơi có lớp đất đá tự nhiên đồng nhất, với hệ số
thấm ≤ 1.10-7cm/s, và có chiều dày tối thiểu 6m.Phải tạo độ dốc của đáy tối thiểu 2% để
nước rác tự chảy về các rãnh thu gom nước thải.
- Thành ô chôn lấp cũng phải có tính chống thấm như đáy của nó. Nếu thành ô chôn
lấp không đạt yêu cầu, cần phải xây thành nhân tạo, bằng vật liệu có hệ số thấm ≤ 1.107cm/s, với chiều rộng tối thiểu 1m.
2.1.1.3. Hiệu quả của hệ thống
Phương pháp này chi phí rẻ nhất, bình quân ở các khu vực Đông Nam Á là 1-2
USD/tấn, phù hợp với các nước đang phát triển. Tuy nhiên yêu cầu diện tích lớn, khó quy
hoạch địa điểm, chi phí đầu tư và quản lý cao, phải xử lí ô nhiễm về khí thải, nước rỉ rác

Các phương pháp điện hoá cho phép thu hồi từ nước thải các sản phẩm có giá trị
bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản và có thể tự động hoá. Không cần sử dụng
tác nhân hoá học, nhược điểm là tiêu hao điện năng.
Gồm các phương pháp chính sau :
- Oxy hoá của anot và khử của catot.
- Đông tụ điện
- Tuyển nổi bằng điện.
2.2. Xử lí bằng phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lí
diễn ra giữa các chất bẩn với hóa chất cho thêm vào. Các phương pháp hóa học là oxy
hóa, trung hòa, đông tụ và keo tụ. Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm với
quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lí khác. Những phản ứng xảy ra là thường
phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa- khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng
phân hủy các chất độc hại.
2.2.1. Phương pháp keo tụ tạo bông
2.2.1.1. Keo tụ và các hóa chất dung trong keo tụ
Trong nước tồn tại nhiều chất lơ lửng khác nhau. Các chất này có thể dùng
phương pháp xử lý khác nhau tùy vào kích thước của chúng:
- d > 10-4 mm : dùng phương pháp lắng lọc.
- d < 10-4 mm : phải kết hợp phương pháp cơ học cùng phương pháp hoá học. Tức là
cho vào các chất tạo khả năng dính kết kéo các hạt lơ lửng lắng theo => gọi là phương
pháp keo tụ trong xử lý nước. Để thực hiện quá trình này người ta cho vàonước các chất
phản ứng thích hợp : Al2(SO4)3; FeSO4; hoặc FeCl3.
thủy phân

Phèn nhôm: cho vào nước chúng phân ly thành Al3+
Al3+ + 3H2O == Al(OH)3 + 3H+

Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân:
8

Một số sơ đồ bố trí các công trình chuẩn bị phèn.

9


Trong đó:
Bể hoà trộn phèn ( thùng hòa trộn).
 Nhiệm vụ lắng cặn, hoà tan phèn cục.
 Nồng độ dung dịch phèn trong bể là 10-17%
 Dùng khí nén hoặc cánh khuấy hoà tan phèn
•

10


Bể tiêu thụ
 Nhiệm vụ pha loãng
 Nồng độ phèn 4 –10%.
 Dùng không khí nén hoặc máy khuấy, cường độ sục 3 –5 l/s.m 2
 Đáy có độ nghiêng i = 0.005 về phía ống xã.
 Đường kính ống xả có d > 100 mm.
• Thiết bị định lượng phèn:
 Nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng phèn cần thiết đưa vào nước cần xử lý.
 Có thể phân loại:
•

− Theo chức năng:





12


2.2.2. Phương pháp trung hòa
2.2.2.1. Trung hoà bằng cách cho thêm hoá chất vào nước thải
Phương pháp này dùng để trung hoà nước thải có chứa axit. Người ta phân biệt ba
loại nước thải có chứa axit như sau :
- Nước thải chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH)
- Nước thải chứa axit mạnh (HCl, HNO3), các muối canxi của chúng dễ tan trong
nước.
- Nước thải chứa axit mạnh (H 2SO4, H2CO3) các muối canxi của chúng khó tan trong
nước.

2.2.2.2. Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà
Đối với nước thải chứa HCl, HNO 3 và cả nước thải H2SO4 với hàm lượng dưới 5
mg/l và không chứa muối kim loại nặng có thể dùng phương pháp lọc qua lớp vật liệu lọc
là đá vôi magiezit, đá hoa cươn, đôlômit...

13


2.2.3. Phương pháp tuyển nổi
2.2.3.1. Thiết kế
2.2.3.1.1. Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học
Các trạm tuyển nổi vói phân tán không khí bằng thiết bị cơ học (tuabin hướng
trục) được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khai khoáng cũng như trong lĩnh vực xử lý
nước thải. Các thiết bị kiểu này cho phép tạo bọt khí khá nhỏ.
2.2.3.1.2. Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun,
qua các tấm xốp)

- Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan)
- Các thông số của dòng điện : điện thế, cường độ, điện trở suất.
Tuyển nổi sinh học và hoá học
Dùng để cô đặc từ bể lắng dợt 1 . Cặn từ bể lắng đợt 1 được tập trung vào một bể
đặc biệt vào được đun nóng tới nhiệt độ 35 – 55 oC trong vài ngày. Do sinh vật phát triển
làm lên men chất bẩn tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn cùng nổi lên bề mặt, sau đó gạt vớt
lớp bọt. Kết quả cặn giảm được độ ẩm tới 80 %.
2.2.4. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp này được dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà
phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng
rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi
vị và màu khó chịu.

15


Các chất hấp thụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoặc silicagel, keo nhôm,
một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ mạ sắt,… Trong số này, than
hoạt tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị
than hấp thụ. Lượng chất hấp thụ này tuỳ thuộc vào khả năng hấp thụ của từng chất và
hàm lượng chất bẩn trong nước thải. Các chất hữu cơ có thể bị hấp thụ: phenol,
allcyllbenzen, sunfonicacid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm.
Sử dụng phương pháp hấp thụ có thể hấp thụ đến 58 – 95% các chất hữu cơ và
màu.Ngoài ra, để loại kim loại năng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta còn dùng
than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tẩy trên mặt hồ.
2.2.4.1. Thiết kế hệ thống
Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ : hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ
trong điều kiện động.
Hấp phụ trong điều kiện tĩnhlà không cho sự chuyển dịch tương đối của phân tử
nước so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau.

trọng. Nhiều quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường hiện tại được xây dựng trên
cơ sở tham gia tích cực của vi sinh vật.

17


Trong lĩnh vực này, vi sinh vật môi trường đang là phương pháp tiếp cận nghiên
cứu tốt nhất của thế giới, tập trung vào việc phân lập vi sinh vật từ tự nhiên hay tạo ra các
chủng giống vi sinh vật mới, có khả năng nuôi dưỡng, tạo thành các chế phẩm sinh học
nhằm giải quyết triệt để vấn đề chất ô nhiễm trong nước thải, rác thải mà công nghệ sinh
học trước đây chưa làm được như kỹ thuật sinh học kỵ khí, hiếu khí.
2.3.1. Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí (Aerobic methods)
2.3.1.1. Thiết kế hệ thống

2.3.1.2. Vận hành hệ thống
Tác nhân tham gia vào hệ thống xử lý này bao gồm các vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm
và một số vi sinh bậc thấp. Các dụng cụ thường là bể thông khí sinh học (Aeroten) hoặc
các đĩa lọc sinh học.
Quá trình xử lý diễn ra như sau :
Bùn hoạt tính (vi sinh vật ở trạng thái huyền phù) có trong nước thải từ các đầm nuôi tôm
được đưa vào hệ thống xử lý.
• Tiến hành sục khí làm cho nước được bão hòa ôxy và bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.
Có thể áp dụng các thiết bị sục khí như :
 Sục khí bằng sục đầu khuếch tán
 Sục khí và chất lỏng bằng khuấy cơ học
 Sục khí bằng kết hợp giữa khuấy nước bằng cánh quạt tuabin và hệ thống khuếch tán.
• Ðĩa lọc sinh học: gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng
nhỏ. Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong hồ/bể chứa nước thải, phần còn lại tiếp xúc
với không khí. Các vi khuẩn bám trên đĩa lọc phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước
thải.

khí. Một số hệ thống đang được sử dụng hiện nay là:
2.3.4.1. Ao nuôi tảo
Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, thích nghi tốt với các thay đổi của môi trường.
Ngoài ra, tảo còn có khả năng tiêu diệt mầm bệnh có trong nước thải do các yếu tố:
•
•
•

Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưởng của quá trình quang hợp.
Các độc tố tiết ra từ tế bào tảo.
Sự tiếp xúc của mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV).

Bên cạnh chức năng xử lý, tảo còn có giá trị dinh dưỡng rất cao. Do đó, ta có thể
kết hợp thu hoạch sinh khối tảo nhằm loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời tăng
khả năng kinh tế cho mô hình.
Thiết kế

Để tối ưu hóa mô hình ao nuôi tảo, ta cần chú ý các yếu tố cần thiết sau:
•

Độ sâu của ao tảo: độ sâu của ao tảo được lựa chọn trên cơ sở tối ưu hóa khả năng của
nguồn sáng trong quá trình tổng hợp của tảo. Theo các cơ sở lý thuyết thì độ sâu tối đa
của ao tảo khoảng 4,5-5 inches (12,5cm). Nhưng những thí nghiệm trên mô hình cho thấy
20


độ sâu tối ưu nằm trong khoảng 8-10 inches (20-25cm). Tuy nhiên trong thực tế sản xuất,
độ sâu của ao tảo nên lớn hơn 20cm (và nằm trong khoảng 40-50 cm) để tạo thời gian lưu
tồn chất thải trong ao tảo thích hợp và trừ hao thể tích mất đi do cặn lắng.
• Thời gian lưu tồn của nước thải trong ao (HRT): thời gian lưu tồn của nước thải tối ưu là

triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định.
•

21


Bãi lọc trồng cây là những vùng đất có mức nước cao hơn hoặc bằng với mặt đất
trong thời gian dài, đủ để duy trì tình trạng bão hòa của đất và sự phát triển của các vi
sinh vật và thực vật sống trong môi trường đó.
Các hệ thống bãi lọc khác nhau bởi dạng dòng chảy, môi trường và các loại thực
vật trồng trong bãi lọc…Có thể phân loại bãi lọc thành: bãi lọc trồng cây ngập nước và
bãi lọc trồng cây ngầm.

22


Hình.Mô hình bãi lọc trồng cây
•

Bãi lọc trồng cây ngập nước

Dưới đáy bãi lọc là lớp đất sét tự nhiên hay nhân tạo, hoặc cũng có thể thay bằng
lớp vải nhựa chống thấm. Tiếp trên là đất hoặc vật liệu lọc phù hợp cho sự phát triển của
thực vật. Hình dạng bãi lọc thường là kênh dài và hẹp, chiều sâu lớp nước nhỏ, vận tốc
dòng chảy chậm và thân trồng nhô lên khỏi bãi lọc nhằm tạo chế độ thủy lực kiểu dòng
chảy đẩy. Đối với bãi lọc ngập nước, dòng nước thải chảy trên bề mặt vật liệu lọc.
•

Bãi lọc trồng cây ngầm


không gây độc cho hệ thực vật, vi sinh vật. Bãi lọc trồng cây có khả năng khử vi trùng
thông qua các quá trình tiêu hủy tự nhiên, bức xạ tử ngoại, thức ăn của các loại động vật
trong hệ thống... Các virus, mầm bệnh được khử trong công trình bãi lọc bằng các quá
trình lắng lọc và tiêu hủy tự nhiên trong môi trường không thuận lợi.
Trồng cây trên các bãi lọc với các tác dụng là: Giảm vận tốc dòng chảy, tăng khả
năng lắng cặn trên bãi; Giảm xói mòn và sục cặn từ đáy; Ngăn gió và tạo bóng, giảm sự
phát triển của thực vật nổi; Góp phần biến đổi thế oxy hóa khử trong bãi lọc và là nơi vi
khuẩn sống bám ở gần mặt nước, tạo điều kiện phân hủy các chất hữu cơ, loại bỏ N, P và
diệt vi trùng gây bệnh.
24


2.3.5. Năng lượng tái tạo
2.3.5.1. Biogas
2.3.5.1.1. Thiết kế hệ thống
Biogas là một loại khí được sinh ra khi phân động vật và các chất hữu cơ lên men
trong điều kiện không có không khí (quá trình hiếm khí). Vi sinh vật phân huỷ các chất
tổng hợp và khí được sinh ra gồm metan (CH 4), nitơ (N2), cacbon dioxit (CO2) và hydro
sulphate (H2S). Trong đó, các khí CH4 và CO2 có thể cháy được.
Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi khí được sinh ra trong hầm phân hủy,
lượng khí này sẽ đẩy cặn bã vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì chất cặn
bã trong bể áp lực và ống nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng.
Do đó, muốn xây dựng hầm biogas đòi hỏi gia đình phải có kiến thức về hệ thống
hầm biogas trước khi bắt đầu xây dựng hầm. Đồng thời, phải có chuồng trại chăn nuôi cố
định, có đủ khả năng kinh tế, nguyên vật liệu, thời gian và nhân công để chăm sóc và bảo
dưỡng hầm trong một thời gian dài.

25