(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.85 MB, 206 trang )
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
PHẠM HẢI BẰNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG
HỆ THỐNG BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC KHÍ NÂNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2021
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
PHẠM HẢI BẰNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG
HỆ THỐNG BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC KHÍ NÂNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN
Ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
Mã số: 9850101
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
Tác giả luận án
Giáo viên hướng dẫn 1
Giáo viên hướng dẫn 2
Phạm Hải Bằng
TS. Đỗ Tiến Anh
TS. Bạch Quang Dũng
Hà Nội – 2021
i
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi, được
hồn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Tiến Anh và TS. Bạch Quang Dũng.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án này là
trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn
tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật cũng như đạo đức khoa
học về lời cam đoan này.
Tác giả luận án
Phạm Hải Bằng
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và
Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đây không chỉ là nơi đào tạo
giúp nghiên cứu sinh trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học,
nghề nghiệp mà còn là nơi để nghiên cứu sinh chia sẻ những khúc mắc gặp
phải trong quá trình học tập, thực hiện Luận án.
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc
biệt tới hai thầy hướng dẫn là TS. Đỗ Tiến Anh và TS. Bạch Quang Dũng đã
tận tình giúp đỡ tác giả từ những bước đầu tiên xây dựng hướng nghiên cứu,
cũng như luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất trong suốt
q trình nghiên cứu và hồn thiện Luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, chuyên gia, các nhà khoa học của
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ mơn Quản lý tài
nguyên và môi trường và các cơ quan hữu quan đã có những góp ý về khoa
học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình
thực hiện Luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS.TS. Trần Thục, PGS.TS. Nguyễn Văn
Thắng, PGS.TS. Huỳnh Thị Lan Hương, PGS.TS. Trịnh Thị Thanh, TS. Chu
Xuân Quang, TS. Trần Thị Thu Lan đã có những ý kiến đóng góp q báu
giúp tác giả hồn thành Luận án.
Tác giả xin gửi lời tri ân tới mọi thành viên trong gia đình, người thân,
bạn bè và đồng nghiệp về những động viên tinh thần, chia sẻ và những khó
khăn mà mọi người đã có thể phải gánh vác trong q trình nghiên cứu và
hồn thiện Luận án của của nghiên cứu sinh.
Hà Nội, ngày
tháng năm 2021
Tác giả luận án
Phạm Hải Bằng
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ......................................................vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................x
MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT
MỔ LỢN, CÔNG NGHỆ SINH HỌC SỬ DỤNG VI SINH VẬT TẠI
CHỖ VÀ CƠNG NGHỆ MÀNG LỌC KHÍ NÂNG.................................. 13
1.1. Tổng quan nghiên cứu về xử lý nước thải giết mổ lợn.....................13
1.1.1. Nước thải giết mổ lợn ở Việt Nam...................................................13
1.1.2. Đặc tính và ảnh hưởng của nước thải giết mổ lợn tới môi trường và
sức khỏe con người................................................................................... 17
1.1.3. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về công nghệ sinh học
trong xử lý nước thải giết mổ.................................................................... 21
1.1.4. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam về công nghệ sinh học
trong xử lý nước thải giết mổ.................................................................... 40
1.2. Tổng quan về công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật tại chỗ.........44
1.2.1. Cơ sở khoa học................................................................................44
1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi
sinh vật tại chỗ trên thế giới..................................................................... 46
1.2.3. Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi
sinh vật tại chỗ tại Việt Nam..................................................................... 50
1.3. Tổng quan công nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng (GasliftMBR) trong xử lý nước thải...................................................................... 52
1.3.1. Cơng nghệ màng lọc khí nâng.........................................................52
1.3.2. Tình hình nghiên cứu màng lọc sinh học khí nâng trong xử lý nước
thải trên thế giới và tại Việt Nam..............................................................55
iv
1.4. Tiểu kết chương 1................................................................................58
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................61
2.1. Phương pháp tiếp cận.........................................................................61
2.2. Vật liệu................................................................................................. 62
2.2.1. Nước thải giết mổ lợn......................................................................62
2.2.2. Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu.................................. 64
2.2.3. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu.........................................64
2.2.4. Địa điểm thực hiện nghiên cứu.......................................................65
2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................65
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu........................................................ 65
2.3.2. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu nước thải và
bùn hoạt tính............................................................................................. 65
2.3.3. Phương pháp tính tốn và xử lý số liệu.......................................... 67
2.4. Thiết kế hệ thống và phương pháp nghiên cứu................................ 68
2.4.1. Thiết kế và xây dựng hệ thống MBR khí nâng................................ 68
2.4.2. Nghiên cứu hiệu quả sử dụng vi sinh vật tại chỗ trong việc cải thiện
hoạt động của cơng trình xử lý sinh học trong hệ thống MBR khí nâng..
72
2.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu
quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng..............................................75
2.4.4. Nghiên cứu xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống MBR
khí nâng sử dụng vi sinh vật tại chỗ..........................................................76
2.5. Tiểu kết chương 2................................................................................78
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI
CHỖ TRONG CÔNG NGHỆ MBR KHÍ NÂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
GIẾT MỔ LỢN............................................................................................. 80
3.1. Khảo sát đặc tính của nước thải giết mổ lợn từ cơ sở giết mổ Thịnh
An.................................................................................................................80
3.2. Nghiên cứu khả năng ứng dụng vi sinh vật tại chỗ cho hệ thống
MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn..............................................83
v
3.2.1. Đánh giá khả năng sử dụng vi sinh vật tại chỗ cho bể sinh học hiếu
khí xử lý nước thải giết mổ lợn và xác định thời gian khởi động (nghiên
cứu 1)........................................................................................................ 83
3.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả hoạt động của bể
sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật tại chỗ............................................ 93
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu
quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng (nghiên cứu 5).................112
3.4. Nghiên cứu khảo sát các thơng số vận hành tối ưu của hệ thống
MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ ứng dụng trong xử lý
nước thải giết mổ lợn............................................................................... 115
3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành tới hoạt động
của hệ MBR khí nâng (nghiên cứu 6)..................................................... 115
3.4.2. Nghiên cứu xác định các thông số vận hành màng tối ưu cho hệ
MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ (nghiên cứu 7).............123
3.5. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật giúp quản lý và giám sát xử lý nước
thải giết mổ................................................................................................139
3.6. Tiểu kết chương 3..............................................................................145
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................148
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 151
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN...............................................................................162
PHỤ LỤC.....................................................................................................163
vi
Bảng
Bảng
1.1 Tỷ lệ nước tiê
1.2 Bảng thông số ô nhiễm của nước thả
.....................................................................................................................
Bảng 1.3
Bảng
Thông số ô nh
1.4 Tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam và
[31] ..............................................................................................................
Bảng 1.5
Bảng
Thành phần cá
1.6 Tổng quan một số nghiên cứu ứng d
xử lý nước thải lò giết mổ trên thế giới .........................................................
Bảng
1.7 Tổng quan một số nghiên cứu ứng d
khí xử lý nước thải lị giết mổ trên thế giới ...................................................
Bảng
1.8 Tổng quan một số nghiên cứu ứng d
nước thải lò giết mổ tại Việt Nam.................................................................
Bảng
1.9 Tổng quan một số nghiên cứu về cô
chỗ trên thế giới ...........................................................................................
Bảng 1.10 Khung mục tiêu, nội dung nghiên cứu ........................................
Bảng 2.1
Bảng
Các phương p
2.2 Các thiết bị kế
Bảng 2.3
Điều kiện hoạ
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mơ phịng thí nghiệm
..................................................................................................................... 72
Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước thải tại cơ sở giết mổ lợn Thịnh An tại
xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội .......................................
Bảng 3.2 Năng suất lọc (L/m2/giờ) của màng khi chưa cấp khí nâng đối với
nước sạch
...................
Bảng
3.3Năng suất lọ
Bảng
3.4Bảng so sán
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Thống kê cơ sở giết mổ nhỏ lẻ tại các tỉnh, thành phố trên cả nước
năm 2019 .....................................................................................................
Hình 1.2
Sơ đồ phát sinh chất
Hình 1.3
Phân loại các phương
Hình 1.4
Các giai đoạn chính t
Hình 1.5 Lượng CH4 thất thốt trong các q trình xử lý [41] ......................
Hình 1.6 Mối quan hệ giữa nồng độ cơ chất và sự phát triển của vi sinh vật
[24] .............................................................................................................. 33
Hình 1.7 So sánh các chỉ số trong hệ thống có BOD cao và BOD thấp [24] . 34
Hình 1.8 So sánh sơ bộ phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí [35] ....
Hình 1.9
Cơng nghệ màng đặt
Hình 1.10 Màng đặt ngập nước (submerged MBR) kết hợp khí nâng [42] ...
Hình 2.1
Sơ đồ tổng qt của
Hình 2.2 Vị trí của cơ sở giết mổ Thịnh An, huyện Thanh Trì, Hà Nội (nằm
trong vùng bãi của sơng Hồng) .....................................................................
Hình 2.3
Sơ đồ tổng quát hệ th
Hình 2.4 Hệ thống thử nghiệm kiểm tra hoạt động của Module màng lọc đơn ...
Hình 2.5 Hệ Module màng hồn thiện ..........................................................
Hình 2.6 Mơ hình bể xử lý sinh học quy mơ phịng thí nghiệm ....................
Hình 3.1 Diễn biến nồng độ COD theo thời gian ..........................................
Hình 3.2 Diễn biến hiệu suất xử lý COD theo thời gian................................
Hình 3.3 Nồng độ NH4+-N qua các mẻ xử lý ................................................
Hình 3.4 Nồng độ NO2--N và NO3--N qua các mẻ xử lý ...............................
Hình 3.5
Hiệu suất xử lý TN củ
Hình 3.6
Kết quả theo dõi nồn
Hình 3.7 Mỗi liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ COD trong bể xử lý .....
viii
Hình 3.8 Mối liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ TN trong bể xử lý.........94
Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý NH4+, NO2-, NO3trong bể xử lý hiếu khí được sử dụng vi sinh vật tại chỗ................................ 95
Hình 3.10 Nồng độ MLSS và hiệu suất xử lý COD trong bể xử lý hiếu khí có
sử dụng vi sinh vật tại chỗ...............................................................................98
Hình 3.11 Nồng độ MLSS và hiệu suất xử lý TN trong bể xử lý hiếu khí có sử
dụng vi sinh vật tại chỗ....................................................................................99
Hình 3.12 Nồng độ NH4+-N, NO3--N, NO2--N và hiệu suất xử lý TN trong bể
xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ.................................................100
Hình 3.13 Mối quan hệ giữa MLSS và hiệu quả xử lý COD với giá trị SRT
trong bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ...................................103
Hình 3.14 Mối quan hệ giữa MLSS và hiệu suất xử lý TN với giá trị SRT
trong xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ....................................... 104
Hình 3.15 Ảnh hưởng của tải lượng COD tới hiệu suất xử lý COD trong bể xử
lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ......................................................105
Hình 3.16 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý COD trong bể xử lý hiếu
khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ..................................................................106
Hình 3.17 Ảnh hưởng của tải lượng TN tới hiệu quả xử lý TN trong bể xử lý
hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ..........................................................107
Hình 3.18 Biến thiên tải lượng TN và hiệu suất xử lý TN trong bể xử lý hiếu
khí có sử dụng vi sinh vật tại chỗ..................................................................108
Hình 3.19 Nồng độ NH4+-N trong bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật tại
chỗ................................................................................................................. 109
Hình 3.20 Nồng độ NO2--N, NO3--N trong bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi
sinh vật tại chỗ...............................................................................................110
Hình 3.21 Theo dõi hoạt động của hệ màng MBR khí nâng tại các giá trị
MLSS khác nhau........................................................................................... 112
ix
Hình 3.22 Hiệu suất xử lý của hệ màng MBR khí nâng tại các giá trị MLSS
khác nhau.......................................................................................................112
Hình 3.23 Thơng lượng màng khi thay đổi áp suất và tốc độ hút (khi chưa cấp
khí)................................................................................................................ 116
Hình 3.24 Năng suất lọc của hệ màng (lưu lượng khí nâng Q khí =0,3 l/ph) . 119
Hình 3.25 Năng suất lọc của hệ màng (Qkhí=0,5 l/phút)............................... 121
Hình 3.26 Hiệu quả của quá trình rửa màng bằng hóa chất và nước sạch....122
Hình 3.27 Khảo sát năng suất lọc tại áp suất vận chuyển và lưu lượng sục khí
khác nhau.......................................................................................................124
Hình 3.28 Khảo sát vận tốc nước chảy trong ống màng (m/giây)................124
Hình 3.29 Diễn biến lưu lượng lọc và áp suất màng.....................................126
Hình 3.30 Nồng độ COD trong hệ MBR khí nâng........................................130
Hình 3.31 Hiệu suất xử lý COD trong hệ MBR khí nâng.............................131
Hình 3.32 Hiệu quả xử lý COD trước và sau khi vận hành hệ thống màng
MBR khí nâng............................................................................................... 132
Hình 3.33 Nồng độ TN theo thời gian xử lý trong hệ MBR khí nâng..........133
Hình 3.34 Hiệu suất xử lý TN trong hệ MBR khí nâng................................ 134
Hình 3.35 Nồng độ NH4+-N, NO2--N và NO3--N trong hệ MBR khí nâng...135
Hình 3.36 Hiệu suất xử lý TN trong hệ MBR khí nâng............................... 136
x
Kí hiệu
BOD
COD
DO
F/M
GL-MBR
HRT
SRT
MBR
MLSS
MLVSS
SBR
SS
SV30
SVI
TN
TP
TSS
VSVTT
VSVTC
SWW
VSV
xi
Kí hiệu
HSXL
MBBR
ASBR
UASB
MF
UF
ESP
SMP
AOB
NOB
SOUR
ABR
HAFBR
AGS
1
MỞ ĐẦU
Nước thải từ hoạt động giết mổ lợn thường có chứa hàm lượng cao của
các chất ơ nhiễm như chất hữu cơ, chất dinh dưỡng hay các vi khuẩn gây
bệnh, nếu thải trực tiếp ra mơi trường có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới
môi trường hệ sinh thái cũng như sức khỏe của con người. Vấn đề này cần
được đặc biệt quan tâm ở Việt Nam, khi mà phần lớn hoạt động giết mổ gia
súc nói chung và giết mổ lợn nói riêng đều sử dụng các quy trình giết mổ thủ
cơng hoặc bán cơng nghiệp nên lượng nước thải và mức độ ô nhiễm là rất lớn.
Mặc dù hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải giết mổ lợn đã được nghiên
cứu và ứng dụng thành cơng trên thế giới tuy nhiên hiện vẫn chưa có công
nghệ nào thực sự phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của các cơ sở giết
mổ lợn tại Việt Nam. Do đó, việc lựa chọn, nghiên cứu và cải thiện các công
nghệ mới phù hợp với đặc điểm của Việt Nam là vấn đề cần được quan tâm.
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Một trong những vấn đề về được chú ý hiện nay đó chính là ơ nhiễm
mơi trường từ các cơ sở giết mổ nói chung và các cơ sở giết mổ lợn nói riêng.
Nước thải từ các cơ sở giết mổ lợn, đặc biệt là những cơ sở giết mổ nhỏ lẻ
thường có thành phần phức tạp và tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây ô nhiễm môi
trường nếu không được xử lý đúng mức. Trong đó, các chất ơ nhiễm chính
phải kể đến đó là các hợp chất hữu cơ được đại diện qua chỉ tiêu COD, các
chất rắn lơ lửng, các chất dinh dưỡng (N, P) và nhiều loại vi sinh vật gây
bệnh. Các thành phần ô nhiễm này nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô
nhiễm ô môi trường nghiêm trọng đồng thời ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe
con người.
Mặc dù, nguy cơ gây ô nhiễm từ các cơ sở giết mổ là khơng khó để
nhận ra nhưng việc quản lý cũng như xử lý triệt để nguồn ô nhiễm này vẫn
2
cịn gặp nhiều khó khăn do các cơ sở giết mổ chủ yếu vẫn sử dụng phương
pháp giết mổ thủ công hoặc bán công nghiệp, lại nằm xen kẽ giữa các khu dân
cư đơng đúc. Khi đó, các loại chất thải khơng có sự phân loại rõ ràng, các loại
chất thải như phân, nước, phụ phẩm xả tràn lan khi giết mổ hoặc thải trực tiếp
xuống sông, suối, hồ, cống rãnh thốt nước, gây ơ nhiễm mơi trường nghiêm
trọng.
Và để giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do hoạt động giết
mổ, Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách, quyết định nhằm khuyến khích
đầu tư xây dựng các cơ sở giết mổ tập trung có hạ tầng đồng bộ, không chỉ
đảm bảo về vấn đề môi trường mà cịn đảm bảo về vệ sinh an tồn thực phẩm.
Theo Cục Thú y, tính đến tháng 6 năm 2018, cả nước có 52/63 (82,53%)
tỉnh/thành phố đã được phê duyệt Đề án quy hoạch cơ sở giết mổ động vật tập
trung. Sau khi phê duyệt, Chính phủ và các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung
ương cũng tích cực ban hành các cơ chế, chính sách nhằm khuyến khích, thu
hút và thúc đẩy đầu tư vào những cơ sở này. Trong đó hướng tới việc lựa chọn
sử dụng các dây chuyền công nghệ tiên tiến, hiện đại và đảm bảo thân thiện
với mơi trường. Mặc dù vậy, mới chỉ có 365/983 (37,1%) cơ sở giết mổ lợn
tập trung, 77/152 (50,6%) cơ sở giết mổ gia cầm, 24/95 (25,2%) cơ sở giết mổ
trâu, bò được đưa vào sử dụng. Việc chủ trương đầu tư xây dựng các cơ sở
giết mổ hiện đại hơn chưa thực sự hiệu quả cần phải được xem xét dựa trên
mặt quản lý nhà nước và mặt công nghệ.
Về mặt quản lý, việc quản lý kiểm soát nguồn thải, giám sát chất lượng
môi trường; tuyên truyền, hướng dẫn các biện pháp phòng ngừa, giảm thiểu
nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người dân, cộng đồng; các biện pháp tăng
cường thanh tra, kiểm tra về môi trường; nâng cao năng lực quản lý môi
trường, thẩm định đánh giá tác động mơi trường; chủ động trong cơng tác
phịng ngừa và xử lý ơ nhiễm mơi trường, thay vì bị động ứng phó… vẫn cịn
3
là những thách thức lớn đối với công tác quản lý mơi trường nói riêng và quản
lý tài ngun và mơi trường nói chung của Việt Nam hiện nay và trong tương
lai.
Về mặt công nghệ, trên thế giới hiện đã có nhiều cơng nghệ có thể được
áp dụng để xử lý nước thải giết mổ lợn, các phương pháp đó bao gồm: các
phương pháp hóa lý (keo tụ, tuyển nổi,...), các phương pháp sinh học (các
công nghệ xử lý hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí,,...). Thơng thường, để có thể xử lý
triệt để các thành phần ô nhiễm khác nhau, hệ thống xử lý nước thải từ cơ sở
giết mổ gia súc nói chung là sự kết hợp của hai hay nhiều phương pháp xử lý
khác nhau. Tuy nhiên, vấn đề mấu chốt ở đây đó là chưa có nhiều công nghệ
được nghiên cứu ứng dụng đề phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật của các
cơ sở giết mổ tại Việt Nam. Các công nghệ này thường yêu cầu diện tích mặt
bằng lớn, u cầu trình độ vận hành cao, chi phí vận hành lớn, .... Như vậy,
với chủ trương phát triển các cơ sở giết mổ tập trung, là hướng đi tất yếu để
nâng cao chất lượng sản phẩm và nâng cao chất lượng cuộc sống thì việc
nghiên cứu và đề xuất các giải pháp công nghệ xử lý chất thải nói chung và
nước thải nói riêng của các cơ sở giết mổ tập trung là một vấn đề rất cấp thiết,
đặc biệt là các công nghệ có thể áp dụng xử lý tại nguồn thay vì cần đầu tư
các hệ thống thu gom quy mô lớn và có thể khắc phục được những hạn chế kể
trên.
Trong thời gian gần đây, công nghệ màng lọc sinh học khí nâng (GLMBR) đã dành được nhiều sự quan tâm. Công nghệ mới này vừa mang những
ưu điểm của công nghệ màng lọc sinh học truyền thống (như khả năng tách
pha rắn - lỏng tốt, giúp duy trì được lượng sinh khối tối ưu, đồng thời cịn có
khả năng loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh, yêu cầu diện tích sử dụng ít hơn so
với cơng nghệ sinh học truyền thống [63]), vừa có thể khắc phục được nhược
điểm của MBR đó là hiện tượng tắc màng sau một thời gian vận hành nhất
4
định, địi hỏi q trình làm sạch màng bằng hóa chất hoặc thay màng, dẫn tới
làm gia tăng chi phí bảo dưỡng và vận hành. Bên cạnh đó, nước thải giết mổ
lợn có chứa tỉ lệ cao các hợp chất hữu cơ trong đó chủ yếu là protein. Chính
đặc điểm này khiến cho việc sử dụng phương pháp xử lý sinh học là hoàn
toàn phù hợp. Về bản chất, các vi sinh vật xử lý hiếu khí và kỵ khí đều thực
hiện các q trình chuyển hóa các chất ơ nhiễm (trong đó có các hợp chất hữu
cơ) để phục vụ quá trình sinh trưởng và phát triển. Tuy nhiên, sản phẩm của
q trình xử lý kỵ khí thường là các hợp chất hữu cơ thứ cấp và cần tiếp tục
được xử lý triệt để thơng qua q trình xử lý hiếu khí. Trong khi đó, với đặc
tính của nước thải giết mổ thì việc xử lý trực tiếp các hợp chất hữu cơ bằng
quá trình xử lý sinh học hiếu khí thơng qua khả năng chuyển hóa trực tiếp của
các vi sinh vật hiếu khí là hồn tồn khả thi. Đặc biệt, trong nghiên cứu này
các vi sinh vật được bổ sung được tuyển chọn từ chính nguồn nước thải giết
mổ, và có những đặc tính sinh học có lợi cho quá trình xử lý nước thải bao
gồm (1) là các chủng vi sinh vật hiếu khí và tích tụ nhiều sinh khối, (2) khả
năng đồng hóa nhanh các chất ô nhiễm (đặc biệt là các hợp chất hữu cơ) và
sinh trưởng nhanh, (3) có năng lực sử dụng cơ chất đa dạng và (4) có đặc tính
tạo bơng bùn kết lắng nhanh. Chính nhờ những ưu điểm này, việc bổ sung các
vi sinh vật tại chỗ sẽ giúp quá trình xử lý nhanh hơn, nâng cao hiệu quả, tính
ổn định của các cơng trình xử lý sinh học so với việc sử dụng bùn hoạt tính
thơng thường, rút ngắn thời gian khởi động hệ thống. Đồng thời còn mở ra
nhiều hướng đi mới liên quan tới việc thu hồi nhiều dinh dưỡng trong nước
thải từ chính sinh khối vi sinh vật nhở khả năng sinh trưởng nhanh của chúng.
Chính vì vậy, Luận án: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ
trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng trong xử lý nước
thải giết mổ lợn” do nghiên cứu sinh thực hiện kỳ vọng sẽ đưa ra giải pháp
ứng dụng mới, mang tính sáng tạo, thân thiện với môi trường trong xử lý
5
nước thải giết mổ lợn, giảm chi phí vận hành đối với loại hình giết mổ lợn có
diện tích mặt bằng hạn chế, nằm gần các khu đơ thị, góp phần giảm thiểu ô
nhiễm và cải thiện môi trường, giảm thiểu ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân
dân. Và góp phần định hướng cho doanh nghiệp sử dụng tiết kiệm và tái sử
dụng nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn vào mục đích rửa chuồng trại, tưới
cây trồng nhằm tiết kiệm tài nguyên nước và giảm tiền phí nước thải phải chi
trả theo quy định của Nghị định số 53/2020/NĐ-CP, ngày 05 tháng 5 năm
2020 của Chính phủ quy định phí bảo vệ mơi trường đối với nước thải có hiệu
lực từ ngày 01 tháng 7 năm 2020 đang nhận được sự quan tâm của cộng đồng
doanh nghiệp và toàn xã hội.
2.
-
Mục tiêu của Luận án
Nghiên cứu ứng dụng được các vi sinh vật tại chỗ trong xử lý nước
thải giết mổ lợn bằng phương pháp hiếu khí.
Nghiên cứu xác định được điều kiện vận hành tối ưu cho hệ
thống
MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật tại chỗ để xử lý nước thải cho cơ sở giết
mổ lợn.
-
Đề xuất được các giải pháp kỹ thuật giúp quản lý và giám sát xử lý
nước thải lò giết mổ tập trung đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo
QCVN 40:2011/BTNMT cột B.
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của Luận án đó là quá trình ứng dụng các vi sinh
vật tại chỗ được phân lập từ chính nước thải giết mổ lợn vào trong q trình
xử lý sinh học hiếu khí của hệ thống MBR khí nâng.
Luận án đã khảo sát việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ trong các điều kiện
xử lý khác nhau của hệ thống MBR khí nâng trong đó xác định được các điều
kiện khởi động và vận hành tối ưu cho hệ thống.
6
Phạm vi nghiên cứu
Để đảm bảo mức độ phù hợp về mặt kinh phí cũng như thời gian thực
hiện, Luận án đã tập trung xây dựng và tiến hành các nghiên cứu ở quy mơ
phịng thí nghiệm, trong đó nước thải được sử dụng là nước thải từ cơ sở giết
mổ gia súc Thịnh An, Thanh Trì, Hà Nội. Với đặc thù là một cơ sở giết mổ tập
trung, là nơi tập trung các hộ giết mổ nhỏ lẻ trong một khu vực được quy
hoạch sẵn, phương pháp giết mổ chủ yếu vẫn là phương pháp thủ cơng, chính
vì vậy nước thải này có mức độ ơ nhiễm cao và biến động.
Về mặt công nghệ, Luận án sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống MBR khí
nâng (Gaslift-MBR) quy mơ phịng thí nghiệm được bổ sung các chủng vi
sinh vật (VSV) tại chỗ. Các VSV này được bổ sung thông qua việc sử dụng
chế phẩm vi sinh, là sản phẩm được kế thừa từ đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung”[9],
Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, và là tập hợp của các chủng vi sinh vật được phân lập từ nước thải giết
mổ lợn. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc nghiên cứu một số điều kiện vận
hành thích hợp để ứng dụng hiệu quả các VSV tại chỗ vào xử lý nước thải giết
mổ lợn. Kết hợp với việc khảo sát một số thông số vận hành của hệ thống
MBR khí nâng được bổ sung các VSV này để có thể đạt được khả năng xử lý
cao và ổn định.
4.
Câu hỏi nghiên cứu
Việc bổ sung chế phẩm vi sinh có chứa các chủng vi sinh vật tại
chỗ,
có sẵn trong nước thải giết mổ lợn có thể giúp nâng cao hiệu quả xử lý chất
hữu cơ và các thành phần dinh dưỡng trong nước thải giết mổ lợn cũng như
nâng cao được tính ổn định của hệ thống xử lý hay không ?
-
Việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ có ý nghĩa như thế nào trong việc cải
thiện tính ổn định và hiệu quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng ?
7
-
Các điều kiện vận hành thích hợp của hệ thống MBR khí nâng có bổ
sung chế phẩm được phân lập từ vi sinh vật tại chỗ là gì ?
-
Việc nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ này có giúp ích gì cho nhiệm
vụ quản lý, bảo vệ tài ngun mơi trường không?
5.
rút
Giả thuyết nghiên cứu
Luận điểm 1: Bổ sung các chủng vi sinh vật tại chỗ có khả năng
ngắn thời gian khởi động và tăng hiệu quả xử lý hiếu khí của hệ MBR khí
nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn.
Luận điểm 2: Việc sử dụng các vi sinh vật tại chỗ giúp nâng
cao tính
ổn định của màng lọc khí nâng và cải thiện năng suất lọc của màng lọc khí
nâng.
Luận điểm 3: Việc khảo sát các chế độ và thơng số vận hành
của hệ
MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật tại chỗ sẽ giúp duy trì được hiệu quả hoạt
động tối ưu cho toàn bộ hệ thống MBR khí nâng.
6. Nội dung nghiên cứu:
-
Nghiên cứu tổng quan và cơ sở lý thuyết về loại bỏ chất ơ nhiễm bằng
q trình phân hủy hiếu khí và cơng nghệ màng lọc khí nâng.
-
Khảo sát đặc tính của nước thải giết mổ lợn từ cơ sở giết mổ lợn
Thịnh An.
-
Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh chứa các vi sinh vật tại chỗ
trong bể sinh học hiếu khí xử lý nước thải giết mổ lợn. Trong đó tập trung
nghiên cứu các nội dung sau:
+ Nghiên cứu khả năng thích nghi và thời gian khởi động của bể sinh
học có bổ sung chế phẩm chứa các vi sinh vật tại chỗ và so sánh với bể sinh
học chỉ sử dụng bùn hoạt tính thơng thường;
8
+
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) đến hiệu
suất xử lý COD, TN trong nước thải giết mổ lợn bằng phương pháp sinh học
hiếu khí có bổ sung vi sinh vật tại chỗ;
+
Nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng hữu cơ đến hiệu suất xử lý
COD, TN của nước thải giết mổ lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí có
bổ sung vi sinh vật tại chỗ.
-
Nghiên cứu đánh giá vai trò của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ đối
với việc cải thiện năng suất lọc, nâng cao khả năng chống tắc màng và tiết
kiệm chi phí năng lượng trong vận hành hệ màng MBR khí nâng.
q
Nghiên cứu các thơng số vận hành của hệ MBR khí nâng trong
trình xử lý nước thải giết mổ lợn quy mơ phịng thí nghiệm.
+
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành module màng tới
hiệu quả hoạt động của hệ MBR khí nâng, và lựa chọn phương pháp vệ sinh
màng;
+
Nghiên cứu lựa chọn vận tốc nước chảy trong ống màng, áp suất vận
chuyển và lưu lượng sục khí tối ưu phù hợp cho hệ MBR khí nâng có sử dụng
vi
sinh vật tại chỗ;
+
Nghiên cứu điều kiện tối ưu của quá trình xử lý sinh học cho
việc vận
hành hệ màng MBR khí nâng.
-
Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật giúp quản lý và giám sát xử lý
nước thải lò giết mổ lợn dựa trên các yếu tố kỹ thuật đã được nghiên cứu
trong Luận án.
7. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong Luận án gồm:
7.1 Phương pháp tổng hợp nghiên cứu tài liệu
Với phương pháp này, các hoạt động thu thập, phân tích tổng hợp, kế
thừa các số liệu, tài liệu từ các cơng trình khoa học đã được cơng bố có liên
9
quan tới lĩnh vực và đối tượng nghiên cứu thuộc phạm vi của Luận án, nhằ m
cung cấp đầu vào cho các đánh giá, phân tích, tính tốn. Trong đó bao gồm cả
các tài liệu nghiên cứu thực nghiệm và các cơ sở lý thuyết.
7.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Tiến hành thí nghiệm với các hệ thống có quy mơ phịng thí nghiệm.
Các thơng số vận hành được lựa chọn, và khảo sát theo từng nội dung nghiên
cứu cụ thể.
7.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích
Phương pháp quan trắc, lấy mẫu của hệ thống thử nghiệm và phân tích
mẫu tại phịng thí nghiệm được sử dụng để đánh giá nồng độ các chất ô nhiễm
trong nước thải trước và sau khi xử lý.
7.4 Phương pháp tính tốn và xử lý số liệu
Số liệu thu được từ các lần thí nghiệm sẽ được thu thập một cách có hệ
thống, tổng hợp so sánh để tìm ra giá trị đặc trưng mang tính đại diện cao nhất
của kết quả thí nghiệm.
Phương pháp phân tích thống kê các kết quả đã thu thập được áp dụng
để đánh giá, so sánh hiệu quả hoạt động của các hệ thống xử lý.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
8.1. Ý nghĩa khoa học
Việc sử dụng các vi sinh vật tại chỗ trong quá trình xử lý hiếu khí kết
hợp với cơng nghệ MBR khí nâng để xử lý nước thải giết mổ lợn đã được
nghiên cứu một cách khoa học, bài bản ở quy mơ phịng thí nghiệm với hệ
thống có cơng suất 50L/ngày. Kết quả của nghiên cứu đã cung cấp những cơ
sở khoa học đáng tin cậy:
-
Luận án đã chứng minh khả năng rút ngắn thời gian khởi động của
quá trình xử lý sinh học hiếu khí xuống cịn 5 - 7 ngày so với q trình thơng
10
thường, đồng thời nâng cao được hiệu quả xử lý và tính ổn định nhờ vào việc
sử dụng các vi sinh vật tại chỗ được phân lập từ chính nước thải giết mổ lợn.
- Luận án đã chứng minh được, khả năng hoạt động hiệu quả trong môi
trường nước thải giết mổ lợn ở nồng độ MLSS thấp, các vi sinh vật tại chỗ đã
giúp hệ thống màng khí nâng đạt được năng suất lọc cao hơn với hệ thống sử
dụng bùn hoạt tính thơng thường, giảm chi phí vệ sinh do việc tắc màng và
tiết kiệm năng lượng vận hành.
- Lần đầu tiên, các yếu tố ảnh hưởng và các điều kiện vận hành tối ưu
của một hệ thống MBR khí nâng có sử dụng các vi sinh vật tại chỗ để xử lý
nước thải giết mổ lợn đã được khảo sát và đánh giá.
Cơ sở khoa học trong nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ vào màng
khí nâng sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc ứng dụng hiệu
quả các vi sinh vật tại chỗ trong xử lý nước thải giết mổ lợn nói riêng và nước
thải có nhiều thành phần hữu cơ nói chung.
8.2. Ý nghĩa thực tiễn
Luận án đã thử nghiệm thành cơng bể sinh học hiếu khí sử
dụng các
vi sinh vật tại chỗ kết hợp màng MBR khí nâng quy mơ phịng thí
nghiệm và
đã giảm được chi phí lắp đặt và chi phí vận hành của hệ thống vì hệ này
không cần bể lắng bùn và không cần chất keo tụ, chất tạo bông. Đồng thời
giảm được hiện tượng tắc màng, nước thải sau xử lý của hệ đạt được tiêu
chuẩn loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
-
Góp phần đưa ra giải pháp cơng nghệ mới, có tiềm năng để áp dụng
trong thực tiễn, phù hợp với hiện trạng và điều kiện kinh tế của các cơ sở giết
mổ lợn tập trung tại Việt Nam. Đồng thời kết hợp các kết quả nghiên cứu và
giải pháp công nghệ mới được đưa ra trong nghiên cứu này để làm cơ sở đề
xuất một số giải pháp quản lý và giám sát xử lý nước thải lò giết mổ tập trung.
11
9. Đóng góp mới của Luận án
Về mặt lý luận: Luận án đã nghiên cứu và chứng minh được việc cải
thiện hiệu quả vận hành và hiệu quả năng lượng trong xử lý nước thải giết mổ
của hệ thống MBR khí nâng bằng cách sử dụng các vi sinh vật tại chỗ. Nghiên
cứu chỉ ra vi sinh vật tại chỗ không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý sinh học mà
còn tăng cường được hiệu quả lọc và hiệu quả năng lượng của màng khí nâng,
từ đó nâng cao khả năng ứng dụng của cơng nghệ MBR khí nâng trong thực
tiễn. Luận án cũng đã xác định các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý và vận
hành của hệ thống MBR khí nâng khi có sử dụng vi sinh vật tại chỗ, từ đó làm
cơ sở cho việc xác định được các điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống.
Về mặt thực tiễn: Hệ thống MBR khí nâng là một hệ thống mới cả trên
thế giới và Việt Nam, hiện nay mới chỉ có một vài nghiên cứu về hệ thống này
tại Việt Nam. Đây là giải pháp hứa hẹn có thể giúp giải quyết các vấn đề tồn
tại của các phương pháp truyền thống (ví dụ: vận hành phức tạp, hiệu quả
chưa cao, kinh phí vận hành cao…) trong xử lý nước thải giết mổ lợn nói
riêng và nước thải giết mổ gia súc nói chung. Kết quả của nghiên cứu ứng
dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống MBR khí nâng trong xử lý nước thải
giết mổ lợn chứng minh được hiệu quả xử lý và vận hành của hệ thống MBR
khí nâng được cải thiện rõ nét khi có sự tham gia của các vi sinh vật tại chỗ.
Kết quả nghiên cứu của Luận án là cơ sở cho việc ứng dụng hệ thống MBR
khí nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn nói riêng, nước thải giết mổ gia
súc và rộng hơn nữa là nước thải hữu cơ nói chung. Bên cạnh đó, từ các kết
quả nghiên cứu tổng quan cũng như thực nghiệm, Luận án cũng đã đề xuất
các giải pháp kỹ thuật giúp nâng cao hiệu quả giám sát và quản lý đối với việc
xử lý nước thải ngay từ nguồn thải, góp phần bảo vệ mơi trường và sức khỏe
người dân.
