Nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước có tải lượng ô nhiễm cao bằng hệ bùn hoạt tính cải tiến

Nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước
có tải lượng ô nhiễm cao bằng hệ bùn hoạt tính
cải tiến
Trần Đình Minh
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số 60 44 03 01
Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Chiều
Năm bảo vệ: 2014

Abstract. Đánh giá phương pháp Bùn hoạt tính (BHT) cải tiến yếm khí – thiếu khí –
hiếu khí (AAO) khi có và không sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao
hiệu quả xử lý nước thải giàu N và P. Tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý khi thay đổi
các điều kiện thí nghiệm: Thay đổi thời gian lưu nước; Thay đổi nồng độ NH4+ đầu
vào khác nhau; Chế độ tuần hoàn khác nhau khi có và không có vật liệu mang PU.
Nghiên cứu và thiết lập mối quan hệ tải lượng hữu cơ – năng suất xử lí, đưa ra giá trị
thông số thiết kế áp dụng cho các hệ thống qui mô lớn ngoài thực địa.
Keywords. Xử lý ô nhiễm; Bùn hoạt tính; Ô nhiễm nước; Hệ bùn hoạt tính; Khoa học
mỗi trường.

Content
MỞ ĐẦU
Nước ta hiện nay đang trong giai đoạn phát triển công nghiệp hoá - hiện đại hoá và
đương nhiên là kéo theo đô thị hoá. Tình hình ô nhiễm môi trường ở Việt Nam hiện gia tăng
nhanh chóng. Theo các tính toán nếu tốc độ tăng trưởng GDP ở Việt Nam trong vòng 10 năm
tới tăng bình quân khoảng 7 %/năm, trong đó GDP công nghiệp khoảng 8-9 %/năm, mức đô
thị hoá từ 23 % lên 33 % trong năm 2000, thì đến năm 2020 lượng ô nhiễm do công nghiệp có
thể tăng lên gấp 2,4 lần so với bây giờ, lượng ô nhiễm do nông nghiệp và sinh hoạt cũng có thể
gấp đôi mức hiện nay. Tác động về môi trường do chăn nuôi gây ra không nhỏ. Việc tìm giải
pháp phù hợp để xử lý nước thải sau chăn nuôi trước khi xả ra môi trường là hết sức cần thiết cho
sự phát triển nông nghiệp bền vững [5].

Để đáp ứng nhu cầu thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi trên thế giới đã phát
triển rất nhanh và đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Trên thế giới chăn nuôi hiện chiếm
khoảng 70% đất nông nghiệp và 30% tổng diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích bị băng
bao phủ). Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu, giải quyết việc
làm cho 1,3 tỉ dân. Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một số lượng lớn sản phẩm
quan trọng cho nhu cầu của con người, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng
tiêu cực về môi trường. Ngoài chất thải rắn và chất thải lỏng, chăn nuôi hiện đóng góp khoảng
18% hiệu ứng nóng lên của trái đất (global warming) do thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính.
Theo báo cáo của Tổ chức Lương Thực Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra
65% lượng nitơ ôxit (N2O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng
mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn
cầu, 37% lượng khí methane (CH4) – loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2.
Chăn nuôi gia súc đóng góp tới 64% lượng khí amoniac (NH3) – là thủ phạm của những trận
mưa axit. Điều này có nghĩa là chăn nuôi gia súc, gia cầm đã được khẳng định là một tác nhân
chính làm tăng hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra nhu cầu về thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn,
nhu cầu về bãi chăn thả, … của gia súc cũng đang được coi là một trong những tác nhân chính
gây thoái hóa đất nông nghiệp, ô nhiễm nguồn nước và mất cân bằng hệ sinh thái [5].
Ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng đang là một vấn
đề toàn cầu. Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước chủ yếu là do các nguồn nước thải không
được xử lý mà thải trực tiếp ra môi trường bao gồm từ: các hoạt động sản xuất công nghiệp,
nông nghiệp, chăn nuôi, sinh hoạt, vui chơi giải trí, … Trong đó, nước thải từ các hoạt động
chăn nuôi có ảnh hưởng nhiều nhất đến môi trường do tính đa dạng và phức tạp của chúng.
Trong nước thải chăn nuôi, thành phần khó xử lý nhất là chất hữu cơ khó phân hủy, N và P sẽ
là những mối nguy hại lâu dài tới sức khỏe con người và môi trường. nitơ và photpho là hai
nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả các hoạt động liên quan đến sự sống và trong
rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hoá học chứa nitơ,
photpho được gọi là thành phần dinh dưỡng trong phạm trù nước thải và là đối tượng gây ô
nhiễm khá trầm trọng cho môi trường [3, 4].
Trong giới hạn luận văn này, chúng tôi đã chọn xử lý nước thải chăn nuôi, cụ thể là

nước thải chăn nuôi lợn - một nguồn thải phổ biến ở Việt Nam hiện nay và ngày càng có xu
hướng tăng lên, chứa CHC, CÔN, nitơ và phốtpho có hàm lượng ô nhiễm cao.
Công nghệ xử lý nước thải luôn được phát triển và hoàn thiện trên cơ sở những thành
tựu mới về khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước
thải cũng như nâng cao chất lượng nước sau khi xử lý. Tuy nhiên hiện nay việc xử lý nước
thải nói chung và nước thải giàu N, P nói riêng theo hướng áp dụng các kỹ thuật sinh học


được chú trọng phát triển mạnh trọng thời gian gần đây do chúng có tính bền vững, thích nghi
với nhiều điều kiện trong tự nhiên [18, 19].
Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước có tải
lượng ô nhiễm cao bằng hệ bùn hoạt tính cải tiến”. Luận văn nằm trong đề tài Bộ công
thương, do PGS. TS. Nguyễn Quang Huy, Chủ nhiệm Khoa Sinh học làm chủ nhiệm đề tài.
Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá phương pháp BHT cải tiến yếm khí – thiếu khí – hiếu khí (AAO) khi có và
không sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giàu N và P.
Nội dung nghiên cứu
1. Khảo sát hiệu quả xử lý khi thay đổi các điều kiện thí nghiệm:
- Thay đổi thời gian lưu nước
- Thay đổi nồng độ NH4+ đầu vào khác nhau
- Chế độ tuần hoàn khác nhau khi có và không có vật liệu mang PU
2. Nghiên cứu và thiết lập mối quan hệ tải lượng hữu cơ – năng suất xử lí, đưa ra giá
trị thông số thiết kế áp dụng cho các hệ thống qui mô lớn ngoài thực địa.

Reference
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt
1.

Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và Phốtpho, NXB Khoa học

tự nhiên và Công nghệ Hà Nội.

2.

Lê Văn Cát (2012), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mang trong xử lý nước thải, công
trình nghiên cứu Viện Khoa học Việt Nam.

3.

Lê Văn Cát, Phạm Thị Hồng Đức (2009). “Nghiên cứu tái sử dụng nước nuôi giống
thủy sản nhằm mục đích kiểm soát ô nhiễm môi trường và phát triển bền vững”. Hội
nghị nuôi trồng thủy sản của Việt Nam và Australia tại Nha Trang.

4.

Lê Văn Chiều (2012), Báo cáo xử lý nước thải chăn nuôi giàu N, P. Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.


5.

Cục Bảo vệ môi trường, Bộ Tài nguyên môi trường (2012), “Báo cáo tổng hợp cơ
sở dữ liệu môi trường”. trang: 23-49.

6.

Phạm Thị Hồng Đức (2009), Mô hình hóa quá trình xử lý nước thải sử dụng kỹ
thuật màng vi sinh chuyển động. Hội thảo về quản lý môi trường của Bộ Xây Dựng tại
Trung Tâm Hội Nghị Quốc Gia, ngày 17 tháng 3 năm 2009.

7.

Phạm Thị Hồng Đức, Lê Văn Cát (2009). “Mô hình hóa ảnh hưởng của chất hữu cơ
dạng tan lên quá trình nitrat hóa bằng phương pháp màng vi sinh tầng chuyển động”.
Tạp chí Hóa học, 47 (6B): 50-55.

8.

Lương Ngọc Khánh, Trần Hiếu Nhuệ, Kenji Furukawa (2005): Oxy hóa kỵ khí
amôni ứng dụng xử lý nitơ trong nước thải ở Việt Nam, Tạp chí Xây dựng, năm 2005,
số 10, trang 41-45.

9.

Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), “Nghiên cứu các chỉ tiêu nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi
heo tập trung và áp dụng một số biện pháp xử lý”. Luận án tiến sỹ khoa học Nông
nghiệp, Đại học Nông lâm TP. Hồ Chí Minh.

10.

Nguyễn Thị Hoa Lý (2005): “Một số vấn đề liên quan đến việc xử lý nước thải chăn
nuôi, lò mổ”. Tạp chí khoa học nông nghiệp, số 5, năm 2005.

11.

Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kỹ
thuật lên men kỵ khí, trang 20-48. NXB Nông nghiệp.

12.

Tổng cục thống kê (2007), “Báo cáo thống kê số trang trại chăn nuôi theo địa
phương”.

13.

Viện kinh tế nông nghiệp, (2005): Báo cáo tổng quan “Các nghiên cứu về ngành
chăn nuôi Việt Nam”, tháng 8 – 2005.

14.

Viện chăn nuôi, (2006): Điều tra đánh giá hiện trạng môi trường trại chăn nuôi lợn
ở một số tỉnh.

15.

Phùng Thị Vân: “Xây dựng mô hình chăn nuôi lợn trong nông hộ nhằm giảm thiểu ô
nhiễm môi trường và nâng cao năng suất chăn nuôi”, Báo nông nghiệp số 123,
(2009).

Tài liệu tiếng anh
16.

A.C.Van Haandel, G.Lettinga, (2002): “Anaerobic sewage - Established
technologies and perspectives”. Wat. Sci. Technol. Vol.45.No.10, pp. 181-186.


17.

Bileen Wolmarans and Gideon H de Villiers, (2002): “Start-up of a UASB effuent
treatment plan on distellery wastewater”, Water South Africa Vol.28 No.1 January.

18.

C.E. Benjamin, S.D. Schwarz, T.T. Theodore, (2001). “A bioflter network model
importance of the pore structure and other large-scale heterogeneities”. Chemical
Engineering Science 56: p. 475-483.

19.

D.I. MASSÉ and L. MASSE, (2006): “Treatment of slaughterhouse wastewater in
anaerobic sequencing batch reactors”, p. 56-109.

20.

Edgerton et al, (2000). “Strategies for dealing with piggery effluent in Australia: the
sequecing batch reactor as asolution”. 2nd Int. Sym. on SBR Technology IWA, 1012, July, Narbonne, France.

21.

H.D. “Biological Nitrogen Removal System Design”. Am. Inst. Chem. Eng. NY
(1981), p. 327.

22.

Jens Rjbye Schmidt and Birgitte Kiar Ahring, (1997): “Treatment of waste water
from a multi product food-processing company, inflow anaerobic sludge blanket
(UASB) reactors”. The effect of sesonal variation, Pure & Appl. Chem, Vol.69, No.
11, pp. 2447-2452.

23.

JM. Henze, P. Harremoes, (1996). “Aerotank wastewater treatment”. Biological and
chemical process. 2ed. Springer, Germany.

24.

Mecalf & Eddy: “Wastewater engineering”, 2005; Seabloom R.W.et al., (2003):
Constructed Wetland. University of Washington: 1-31.

25.

M. Morikawa, (2006). Review: “Beneficial biofilm formation by industrial bacteria
Bacillus substilis and related species”, Journal of Bioscience and Biotechnology.
101(1): p. 1-8.

26.

Mulder,

(2003). “The quest for sustainable nitrogen technologies”. Wat. Sci.

Technol. Vol. 48, No. 1, p. 67-75.
27.

S. Sirianuntapiboon, S. Yommee, (2006). “Application of a new type of moving biofilm in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)”. Journal Environmental
Management 78: p. 149-156.

28.

S. Sirianuntapiboon, S. Yommee, (2006). “Application of a new type of moving biofilm in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)”. Journal Environmental

Management 78: p. 149-156.


29.

S. Andersson, (2009). “Characterization of bacterial biofilms for wastewater
Treatment. School of Biotechnology”, Royal Institute of Technology (KTH), Sweden.

30.

Y.X Chen, J. Yin, K. Wang, (2005). “Long-term operation of biofilters for
biological removal of ammonia”. Chemosphere 58: p. 1023-1030.