Thiết kế và vận hành mô hình quang sinh học màng (mpbr) kết hợp vi tảo thử nghiệm thích nghi xử lý nước thải nuôi tôm

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỀN TÁT THÀNH KHOA KỲ THUẬT THỤC PHẨM VÀ MÔI TRƯỜNG NGUYEN TAT THANH KHỐ LUẬN TĨT NGHIỆP THIẾT KÉ VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH QUANG SINH HỌC MÀNG (MPBR) KẾT HỢP VI TẢO THỬ NGHIỆM THÍCH NGHI xử LÝ Nước THẢI NI TƠM sv thực hiện: Nguyễn Cơng Danh Tp.HCM, tháng 10 năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỀN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỤC PHẤM VÀ MƠI TRƯỜNG oỉQĩo KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KÉ VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH QUANG SINH HỌC MÀNG (MPBR) KÉT HỢP VI TẢO THỬ NGHIỆM THÍCH NGHI xử LÝ Nước THẢI NI TƠM sv thực hiện: Nguyễn Công Danh Giáo viên hướng dẫn: Th.s Trần Thành Tp.HCM, tháng 10 năm 2020 ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỀN TÁT THÀNH Cán hướng dần: (ghi tên ký duyệt) Cán chấm phản biện: (ghi tên ký duyệt) Khóa luận bảo vệ HỘI ĐÒNG CHẨM BẢO VỆ LUẬN VÀN ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TÁT THÀNH, ngày tháng năm iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÀ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỀN TÁT THÀNH Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA KỸ THUẬT THỤC PHÁM & MÔI TRƯỜNG Bộ MÔN: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN CƠNG DANH MSSV: 1611538534 NGÀNH: Quản Lý Tài Nguyên Môi Truờng LỚP: 16DTNMT1A Tên Khóa luận: Tiếng Việt: Thiết kế vận hành mơ hình quang sinh học màng (MPBR) kết hợp vi tảo thử nghiệm thích nghi xử lý nuớc thải nuôi tôm Tiếng Anh: Design and operation of the membrane photobioreactor (MPBR) model combining microalgae to the treatment of shrimp wastewater Nhiệm vụ Khóa luận: - Thiết kế mơ hình MPBR - Đánh giá khả thích nghi tảo nuớc thải nuôi tôm - Thử nghiệm hiệu xử lý giai đoạn thích nghi Ngày giao Khóa luận: 01/06/2020 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 01/10/2020 Họ tên cán hướng dần: Th.s Trần Thành Nội dung yêu cầu KLTN Hội Đồng chuyên ngành thông qua TP.HCM, ngày tháng năm 2020 TRƯỞNG Bộ MÔN CÁN Bộ HƯỚNG DẪN GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TRƯỞNG/ PHÓ KHOA iv LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hồ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường Đại Học đến nay, em đà nhận nhiều quan tâm, giúp đờ Q Thầy Cơ Đe hồn thành khóa luận này, trước hết em xin gửi đến Quý Thầy Cô Khoa Kỳ Thuật Thực Phẩm - Môi Trường Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành lời cảm ơn chân thành Đặc biệt em xin gửi lời sâu sắc đến Th.s Trần Thành - Người hướng dần, giúp đỡ em suốt trình thực tập Em cảm ơn Thầy tận tình giảng giải cho em hiếu thật cặn kẽ sở lý thuyết chuyên ngành Bằng kinh nghiệm kiến thức uyên bác mình, Thầy đà biến sở lý thuyết cứng nhắc giáo trình thành cơng việc cụ the thực tiền Điều mang lại cho em nhìn ngành Em cảm thấy thích thú với cơng việc thực tiễn, thích thú với chuyên ngành Quản Lý Tài Nguyên Môi Trường Một lần nữa, em xin gửi lời tri ân sâu sắc đen Thầy Th.s Trần Thành Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Quản Lý Tài Nguyên Môi Trường bạn sinh viên nghiên cứu phịng thí nghiệm giúp đỡ suốt trinh thực đề tài Bên cạnh em xin cảm ơn anh chị bạn bè nhóm Nghiên cửu khoa học, đặt biệt bạn Lê Thị Ngọc Châu, bạn Nguyễn Phúc Vinh, bạn Nguyễn Thị cẩm Thi bạn Trần Phi Hùng nhiệt tình hồ trợ đề tài luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bàn bè tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn Tuy nhiên q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu Q Thầy Cơ Em xin chân thành cảm ơn V TĨM TẤT Ngành ni tôm xem ngành tiền tỉ nước ta mang lại nhiều giá trị kinh tế cao Tuy nhiên, bên cạnh mặt tích cực, lình vực có nhiều tác động tiêu cực đến mơi trường song Nhiều đề tài nghiên cứu thực nhằm xử lý nguồn nước ô nhiễm này, nhiên việc sử dụng vi tảo vào xử lý nước thải nuôi tôm vần chưa nhiều quan tâm Đe tài tài “Thiết kế vận hành mơ hình quang sinh học màng (MPBR) kết hợp tảo thử nghiệm thích nghi xử lý nước thải ni tõm ” thực thừ nghiệm, nhằm đánh giá khả xử lý nước thải nuôi tôm tảo Chlorella Vulgaris Với mong muốn cải thiện môi trường, giảm ô nhiềm nguồn nước phát triển nuôi trồng thủy sản Thực Phịng Thí Nghiệm - Khoa Kỹ Thuật Thực Phẩm Và Môi Trường - Trường Đại học Nguyền Tất Thành Tp.HCM - sở An Phú Đông Quận 12 Đầu tiên thực tính tốn thiết kế xây dựng mơ hình vận hành mơ hình quang sinh học màng (MPBR) Cuối sử dụng chủng tảo đế thích nghi với nưới thải nuôi tôm bị nhiễm mặn, xử lý hàm lượng dinh dưỡng nước thải nuôi tơm Hiệu xuất thích nghi tảo loại bỏ NƠ2’, NƠ3’, NHC, Photpho tong so, COD nước thải nuôi tôm là: 56%, 76,15%, 65%, 78,07%, 72% VI SUMMARY The shrimp farming industry is now considered a billion-dollar branch of our country bringing many high economic values However, besides the positive side, this area also has many negative impacts on the living environment Many research projects have been carried out to treat this polluted water source, however, the use of microalgae in shrimp wastewater treatment has not received much attention The project "Design and operation of the membrane photobioreactor (MPBR) model combining microalgae to the treatment of shrimp wastewater" was conducted to evaluate the ability of shrimp farming wastewater treatment, of Chlorella Vulgaris With the desire to improve the environment, reduce water pollution and develop aquaculture Performed at Laboratory - Faculty of Food and Environmental Engineering - Nguyen Tat Thanh University, Ho Chi Minh City - An Phu Dong campus, District 12 Firstly, carry out the calculation, design, model construction and operation of the membrane photobiology model (MPBR) Finally, pure algae strain is used to adapt to the salty shrimp wastewater, and to treat the nutrient content in shrimp culture wastewater Adaptive efficiency of algae removing NO2-, NO3-, NH4 +, total phosphorus, COD in shrimp culture wastewater are 56%, 76.15%, 65%, 78.07%, 72% respectively vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN V MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIẾU iv DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC TỪ VIẾT TÁT vi MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN cứu 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN cúư Ý NGHĨA ĐỀ TÀI CHƯƠNG TÓNG QUAN VÈ VÁN ĐÈ NGHIÊN cứu 1.1 Tông quan vê tảo Chlorella 1.1.1 Giới thiệu tảo Chlorella vulgaris 1.1.2 Đặc điêm tảo Chlorelỉa 1.1.3 Úng dụng tảo Chlorella 13 1.1.4 Yeu tố ánh sáng ảnh hưởng đến tảo Chỉorella 14 1.2 Tổng quan tình hình ni tôm 19 1.2.1 Hiện trạng nuôi tôm Việt Nam 19 1.2.2 Đặc trưng nước thải nuôi tôm 21 1.2.3 Ảnh hưởng nước thải nuôi tôm 22 1.3 Khả sử dụng Tảo Chlorella đe xử lý nước thải 24 1.3.1 Các yếu tố cần thiết cho trình xử lý nước thải tảo 24 1.3.2 Các nghiên cứu nước 26 1.3.3 Các nghiên cứu nước 28 1.4 Các ứng dụng màng MBR xử lý nước thải .29 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới 29 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 34 1.4.3 Đánh giá ưu nhược điểm cùa công nghệ MBR 36 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚƯ 39 2.1 Tiến trình thực đề tài 39 2.2 Phương pháp đối tượng ngiên cứu 39 2.2.1 Đối tượng nguồn nước thải nghiêncứu: 39 2.2.2 Thành phân nước thải đầu vào 41 2.2.3 Phương pháp lấy mầu, phân tích chỉtiêu thí nghiệm: 41 2.2.4 Phương pháp xác định trở lực màng: 42 2.3 ND1 - Xây dựng mơ hình thí nghiệm MPBR 43 2.3.1 Mơ hình membrane photobioreactor phịng thí nghiệm Sơ đồ cơng nghệ mơ hình membrane photobioreactor: 44 2.3.2 Thơng số thiết kế mơ hình 46 2.3.3 Thông số vận hành mơ hình 48 2.3.4 Module màng 48 2.3.5 Vận hành kiểm sốt quy trình 49 2.4 ND2 - Vận hành thích nghi đánh giá hiệu xử lý tảo với nước thải nuôi tôm 50 2.4.1 TN - Đánh giá khả thích nghi tảo với nước thải ni tôm .50 2.4.2 TN2 - Đánh giá khả xử lý nước thải nuôi tôm 52 CHƯƠNG 3: KÊT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 ii 3.1 Tính tốn thiết kế mơ hình xử lý sinh học màng MPBR 55 3.1.1 Tính tốn thiết kế be membrane Photobioreactor 55 3.1.2 Tính tốn thiết kế khung membrane photobioreator 59 3.1.4 Tính tốn thiết kế màng 63 3.2 Hiệu thích nghi tảo hệ thống qua giai đoan thích nghi 65 3.2.1 Khả thích nghi cùa tảo nước thải nuôi tôm 65 3.2.2 Khả loại bỏ COD Tảo giai đoạn thích nghi với nước thải ni tôm 66 3.2.3 Khả loại bở TN Tảo giai đoạn thích nghi với nước thải nuôi tôm 67 3.2.4 Khả loại bỏ TP Tảo giai đoạn thích nghi với nước thải ni tơm 70 3.2.5 Áp suất chuyển màng (TMP) 72 3.3 Các tiêu kiếm sốt trongq trình vận hành mơ hình 73 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 KẾT LUẬN 74 KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHAO 76 PHỤ LỤC 79 iii PL-3 PHỤ LỤC 2: Một số hình ảnh trình lấy mẫu Hình ảnh lẩy mẫu nước thái ni tơm sau siphon Trại ni tơm Gị Cơng Mương lăng chứa nước ni đâu vào có bơ sung thuốc tỉm Crom PL-4 Mương nuôi tôm giông Hệ thông mải che mương nuôi Thiết bị sục khỉ ao tơm Hệ thơng bơ trí thiêt bị sục khỉ Hệ thống mô mương nuôi tôm PL-5 PHỤ LỤC 3: Một số hình ảnh trình thực đề tài PL-6 Mầu phân tích TP nung Mấu phân tích TP sau định mức chuẩn bị đo Mầu phân tích tiêu N02 Mầu phân tích tiêu N03 PL-7 PL-8 Quá trình cưa ván ép dựng khung membrane photobioreator PL-9 PHỤ LỤC 4\ SỐ liệu phân tích đề tài PL - 10 Ket phân tích thí nghiệm lặp lại tính số trung bình Đánh giá thích nghi tảo nước thải nuôi tôm ngày thực ngày thi nghiệm mật độ tể bào 7/8/2020 7750000 10/8/2020 8750000 9625000 12'8/2020 14/8/2020 9812500 16'08'2020 10000000 18/08/2020 10250000 20/08/2020 10250000 22'08/2020 s 10312500 24/08/2020 10437500 26 08'2020 10 10437500 31/08/2020 11 10500000 4/9/2020 12 10812500 7/9/2020 13 10875000 14 9'9/2020 10875000 11/9/2020 15 10937500 14/09/2020 16 10875000 17 16092020 11000000 1S 18/09/2020 11500000 TSS 0.13467 0.15333 0.15600 0.15867 0.18667 0.23600 0.25733 0.27667 0.33467 0.35600 0.37467 0.38133 0.41467 0.47600 0.52267 0.53733 0.57067 0.59600 Hình PL Kết đo sinh khối tảo xem mật độ sinh khối tảo thí nghiệm tảo thích nghi TN: Hiệu suất xử lý nước thải qua tiêu môi trường nước thải PL - 11 real day day of experiment TP input TP output efficiency 7/8/2020 10/8/2020 12/8/2020 14/8/2020 16/08/2020 18/08/2020 20/08/2020 22/08/2020 24/08/2020 26/08/2020 31/08/2020 2020 7/9/2020 9/9/2020 11/9/2020 14/09/2020 16/09/2020 18/09/2020 10 2.74 2.71 3.04 2.66 2.65 2.96 2.81 3.06 2.93 2.72 2.98 2.96 3.06 3.08 3.27 3.33 3.12 2.98 0.72 0.78 0.89 0.73 0.75 0.82 0.74 0.76 0.83 0.75 0.81 0.86 0.79 0.85 0.72 0.97 0.94 0.76 73.71 71.21 70.72 72.61 71.71 72.19 73.58 75.06 71.86 72.46 72.82 71.02 74.16 72.29 78.07 70.94 69.71 74.66 11 12 13 14 15 16 17 18 Hình PL Ket phân tích TP PL- 12 real day 7/8/2020 10/8/2020 12/8/2020 14/8/2020 16/08/2020 18/08/2020 20/08/2020 22/08/2020 24/08/2020 26/08/2020 31/08/2020 4/9/2020 7/9/2020 9/9/2020 11/9/2020 14/09/2020 16 09/2020 18/09/2020 day of experiment NO2 input NO2 output efficiency 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.44 1.45 1.46 1.46 1.46 1.46 1.46 1.45 1.45 1.46 1.45 1.45 1.45 1.44 1.44 1.44 1.46 1.46 0.67 0.64 0.64 0.68 0.66 0.69 0.68 0.65 0.66 0.66 0.65 0.65 0.64 0.65 0.65 0.63 0.69 0.68 Hình PL Kết phân tích NO2 PL- 13 53.46 56.00 56.18 53.45 54.75 52.32 53.54 55.28 54.21 54.72 55.15 55.25 5621 54.85 54.67 56.40 52.77 53.55 real day 7/8/2020 10/8/2020 12/8/2020 14/8/2020 16/08/2020 18/08/2020 20/08/2020 22/08/2020 24/08/2020 26/08/2020 31/08/2020 4/9/2020 7/9/2020 9/9/2020 11/9/2020 14/09/2020 16/09/2020 18/09/2020 day of experiment NO3 input NO3 output efficiency 4.57 60.64 1.80 4.38 1.75 60.05 4.46 1.91 57.18 5.55 1.83 67.01 5.10 1.44 71.75 4.93 1.62 67.05 4.85 1.83 62.26 s 4.93 1.36 72.39 4.72 1.21 74.33 10 5.01 1.60 68.04 11 4.91 1.21 75.29 12 4.99 1.19 76.15 4.84 13 1.31 72.81 14 4.33 1.31 69.66 15 3.92 1.05 73.18 16 4.28 1.21 71.66 17 67.30 4.23 1.38 62.64 18 3.98 1.49 Hình PL Kết phân tích NO3 PL- 14 real day day of experiment NH4 input NH4 output 7/8/2020 1.67 0.84 10 S 2020 12/8/2020 1.91 0.91 14 8/2020 1.88 1.67 08 2020 08 2020 08 2020 08 2020 1.69 0.86 0.85 0.97 •7 1.76 1.75 1.87 16 18 20 22 24 08 2020 26 08 2020 31 08 2020 4/9/2020 7/9/2020 9 2020 11/92020 14 09 2020 16 09 2020 18 09 2020 10 11 12 13 14 15 16 17 IS 2.10 2.15 1.83 1.70 1.76 1.61 1.85 1.88 1.89 1.84 efficiency 49.42 5222 5420 4923 42.36 51.10 56.71 0.86 0.76 0.76 0.76 59.42 64.10 0.75 0.68 0.71 65.31 62.94 58.06 60.57 0.69 0.72 0.72 0.72 55.20 61.35 61.54 60.47 0.75 0.74 59.96 Hình PL Kết phân tích NH4 real day 7/8/2020 10/8/2020 12/8/2020 14/8/2020 16/08/2020 18/08/2020 20/08/2020 22/08/2020 24/08/2020 26/08/2020 31/08/2020 4/9/2020 7/9/2020 9/9/2020 11/9/2020 14/09/2020 16 09 2020 18/09/2020 day of experiment COD input COD output efficiency 10 11 12 13 14 15 16 17 18 587 667 613 853 587 693 640 640 680 667 693 693 827 507 693 66" 667 587 185 254 237 267 234 248 213 320 307 293 267 245 275 187 213 240 187 213 Hình PL Kết phân tích COD PL - 15 68 62 61 69 60 64 67 50 55 56 62 65 67 63 69 64 72 64 PHỤ LỤC 5: QUY CHUẤN QCVN 02 - 19 : 2014/BNNPTNT QUY CHUÁN KỸ THUẬT QC GIA VÈ Cơ SỞ NI TỊM NƯỚC LỢ - ĐIỀU KIỆN BAO ĐẢM VỆ SINH THÚ Y, BẢO VỆ MỊI TRƯỜNG VÀ AN TỒN THựC PHẦM National technical regulation On brackish water shrimp culture farm - Conditions for veterinary hygiene, environmental protection andfood safety Lịi nói đầu: QCVN 02 - 19 : 2014/BNNPTNT Tổng cục Thủy sản biên soạn trình ban hành; Bộ Nơng nghiệp Phát triển nông thôn ban hành kèm theo Thông tư số 22/2014/TTBNNPTNT ngày 29 tháng năm 2014 QUY CHN KỸ THUẬT QC GIA VÈ Cơ SỞ NI TỊM NƯỚC LỢ - ĐIỀU KIỆN BAO ĐẢM VỆ SINH THÚ Y, BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG VÀ AN TỒN THựC PHÁM National technical regulation On brackish water shrimp culture farm - Conditions for veterinary hygiene, environmental protection and food safety l.QUY ĐỊNH CHUNG 1.1 Phạm vi điều chỉnh Quy chuẩn quy định điều kiện địa điểm nuôi; sở hạ tầng; hoạt động nuôi; nước thải, chất thải; lao động kỳ thuật sở nuôi bán thâm canh thâm canh tôm Sú (Penaeus monodon Fabricus, 1798); sở nuôi thâm canh tôm Chân trắng (Litopenaeus vannamei Boone, 1931) (sau gọi tắt sở nuôi) để bảo đảm vệ sinh thú y, bảo vệ môi trường an toàn thực phẩm 1.2 Đối tượng áp dụng PL- 16 Quy chuẩn ảp dụng tố chức, cá nhân nuôi bán thâm canh thâm canh tôm Sú (Penaeus monodon Fabricus, 1798); nuôi thâm canh tôm Chân trắng (Lỉtopenaeus vannamei Boone, 1931) phạm vi nuớc; tổ chức, cá nhân có liên quan 1.3 Giải thích từ ngữ Các từ ngừ Quy chuẩn hiểu sau: 1.3.1 Nuôi tôm thâm canh: hình thức ni tơm hồn tồn dựa vào thức ăn bên ngoài, mật độ thả giống cao 1.3.2 Ni tơm bán thâm canh: hình thức ni tơm dựa vào thức ăn bên ngồi, mật độ thả giống tương đối cao PL - 17