Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas bằng công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp bãi lọc thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ PHAN NGUYỄN TƯỜNG KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT KẾT HỢP BÃI LỌC THỰC VẬT Tai Lieu Chat Luong LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ SINH HỌC TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ PHAN NGUYỄN TƯỜNG KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT KẾT HỢP BÃI LỌC THỰC VẬT Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số chuyên ngành: 42 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN THÁI HÀ TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: Tiến sĩ Trần Thái Hà Học viên thực hiện: Phan Nguyễn Tường Lớp: MBIO018A Ngày sinh: 05/03/1970 Nơi sinh: An Giang Tên đề tài: Khảo sát hiệu xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp bãi lọc thực vật Ý kiến giáo viên hướng dẫn việc cho phép học viên: Phan Nguyễn Tường bảo vệ luận văn trước Hội đồng Nhận xét: Tổng quan chung - Tác giả có nghiên cứu tìm hiểu nhiều thơng tin có liên quan đến đề tài, q trình thực luận văn ln bám sát nội dung đề cương luận văn yêu cầu Giảng viên hướng dẫn, thực nghiêm túc công việc từ xây dựng mơ hình việc thu thập thông tin đánh giá kết đạt - Luận văn tác giả thực quy định với tinh thần trách nhiệm cao, đảm bảo tốt yêu cầu học thuật - Trong trình nghiên cứu tác giả chịu khó tìm hiểu nhiều thơng tin, nhận xét tinh tế thông tin thu thập được, có so sánh đánh giá khách quan, tơn trọng kết nghiên cứu - Bố cục luận văn đầy đủ, rõ ràng chương, mục đảm bảo chặt chẽ quy định trích dẫn từ nguồn tài tiệu tham khảo Đánh giá nội dung, hình thức luận văn: - Ưu điểm: o Đề tài mang tính thời sự, thực trạng người dân chăn nuôi heo nhỏ lẻ vùng nông thôn Việt Nam gần phổ biến Hầu hết hộ chăn nuôi heo ứng dụng Biogas túi ủ bể composite, sau cho thải thẳng trực tiếp môi trường xung quanh gây ô nhiễm nặng o Nội dung luận văn bám sát với trình nghiên cứu phù hợp với đề tài, đáp ứng yêu cầu bố trí thí nghiệm, thu thập thông số cần thiết cho việc khảo sát o Hình thức luận văn rõ ràng, mạch lạc, đầy đủ phần theo biểu mẫu hướng dẫn o Đây mơ hình từ việc kết hợp giải pháp ứng dụng sinh học để tạo nên phương pháp hay, nhằm góp phần giải vấn đề thời thực tế ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi heo Về mặt khoa học, kết nghiên cứu đề tài nghiêm túc đủ tin tưởng để làm sở cho nghiên cứu tương tự để hồn thiện cơng nghệ - Khuyết điểm: o Do nghiên cứu đề tài có giới hạn thời gian mơ hình thực nghiệm có quy mơ nhỏ nên khảo sát thật chưa sâu, cần có thêm số khảo sát tiêu khác nước thải nhằm hướng đế việc tầm soát tất thông số theo QCVN xử lý nước thải sau biogas o Chưa tìm hiểu nhiều cơng dụng hữu ích mà bãi lọc thực vật mang lại thực tiển Kết luận Tôi đồng ý để tác giả Phan Nguyễn Tường bảo vệ luận văn trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2020 Người nhận xét TS Trần Thái Hà LỜI CẢM ƠN Qua hai năm học tập rèn luyện trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh, tơi vơ kính trọng biết ơn Ban lãnh đạo, phòng khoa Trường Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ tận tình truyền thụ kiến thức chu đáo việc hướng dẫn, tổ chức cho học tập nghiên cứu môi trường tốt Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ suốt q trình thực đề tài TS.Trần Thái Hà Chân thành cảm ơn bạn sinh viên khoa Cơng nghệ sinh học Bình Dương hỗ trợ cho tơi việc thu mẫu ghi chép số liệu suốt thời gian thực đề tài Xin chân thành gởi lời cảm ơn đến quý bạn lớp bao ngày sát cánh chia sẻ nỗi buồn niềm vui học tập sống Cảm ơn gia đình người thân thương, quý đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ để tơi n tâm thực hồn thành q trình học tập Mặc dù thân cố gắng điều kiện lực hạn chế, luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót Kính mong nhận đóng góp giúp đỡ q thầy Hội đồng khoa học, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hồn thiện Một lần tơi xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến tất / TĨM TẮT Nước thải chăn ni heo sau biogas có nồng độ chất rắn cao, BOD, COD cao chứa lượng lớn chất hữu bao gồm hợp chất nitơ(N), photpho(P)… Các hợp chất hữu làm tăng độ phì nước đồng thời dễ bị phân hủy vi sinh vật, gây mùi hôi thối, làm ô nhiễm nguồn nước Có nhiều phương pháp ứng dụng để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas như: sử dụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương pháp vật lý, phương pháp sinh học Trong đó, phương pháp sử dụng lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp bãi lọc thực vật (Wetland) áp dụng vào nghiên cứu thành phần chất thải chăn nuôi heo giàu hợp chất hữu thuận tiện cho trình phân hủy sinh học Nghiên cứu thực nhằm đánh giá khả xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas từ sở tỉnh Bình Dương Nghiên cứu thực việc xây dựng mơ hình bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp bãi lọc thực vật, kèm theo quan sát việc sinh trưởng phát triển thực vật Hiệu xử lý nước thải đánh giá thông qua bốn tiêu ô nhiễm gồm: TSS, BOD, N-NH+4, độ đục Hiệu thu tốt qua nghiên cứu là: Hiệu suất xử lý cao bể lọc sinh học nhỏ giọt BOD 37%, Amoni 37%, TSS 36%, độ đục 33%; Hiệu suất xử lý cao bãi lọc thực vật A BOD 48 %, Amoni 70%, TSS 81%, độ đục 52 %; Hiệu suất xử lý cao bãi lọc thực vật C BOD 42 %, Amoni 54%, TSS 72%, độ đục 49 % Nước thải chăn nuôi heo sau biogas nồng độ ô nhiễm cao dể gây ô nhiểm không xử lý cách Hệ thống xử lý thử nghiệm lý khách quan nên cấu trúc chưa đủ lớn, cịn nhiều khía cạnh kỹ thuật chưa hồn chỉnh nên thơng số nước thải đầu chưa đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT Nhưng kết thực nghiệm cho thấy việc sử dụng bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp bãi lọc thực vật, làm giảm nồng độ chất ô nhiễm BOD, TSS, Amoni cách hiệu Và điều tiềm năng, đặt móng cho nghiên cứu tương tự sau phát triển cơng nghệ ngày hồn thiện Trong nghiên cứu nhận thấy Chuối Mỏ két có tiềm ứng dụng cho mơ hình xử lý nước thải chăn ni heo sau biogas Từ khóa: Lọc sinh học, màng sinh học, lọc thực vật, hiệu xử lý, nước thải chăn nuôi ABSTRACT The research was conducted to assess the ability to treat livestock wastewater after biogas treatment from one small livestockhouse of Binh Duong province by biofilter technology combined with constructed wetlands The treatment capacity of pilot model was studied with four different parameters including: TSS, BOD, ammonium, turbidity The best treatment capacity was observed are: TSS 36%, BOD 37%, ammonium 37% and turbidity 33% The best results obtained through research at the wetland are: at the wetland A about BOD 48%, Ammonium 70%, TSS 81%, and turbidity 52% and at the wetland C about BOD is 42 %, ammonium 54%, TSS 72%, and turbidity 49% Although the wastewater is treated by biofilter and continues to be treated by wetland, the treated wastewater still has values higher than the allowable values specified in QCVN 62-MT: 2016/BTNMT Experimental results show that the biofilter technology combined with constructed wetlands, reducing the concentration of BOD, TSS, ammonium effectively At the same time, in this study, it was observed that Chuoi Mo Ket has great potential in application for the treatment model of livestock wastewater after biogas treatment Keywords: Biofilter, Biofilm, Constructed Wetlands, Treatment capacity, Livestock wastewater MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 CƠ SỞ HÌNH THÀNH NGHIÊN CỨU 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 CÂU HỎI NGHIÊN CỨU 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU 1.6 KẾT CẤU ĐỀ TÀI CHƯƠNG II: CƠ SỞLÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 NƯỚC THẢI SAU BIOGAS: 2.1.1 Thành phần nước thải chăn nuôi heo 2.1.2 Thành phần nước thải chăn nuôi heo sau biogas 10 2.2 BỂ LỌC SINH HỌC: 11 2.2.1 Bể lọc sinh học 11 2.2.2 Khả xử lý bể lọc sinh học 14 2.3 BÃI LỌC THỰC VẬT: 16 2.3.1 Cấu trúc bãi lọc thực vật 16 2.3.2 Khả xử lý nước thải bãi lọc thực vật: 18 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS: 21 2.4.1 Phương pháp xử lý học 22 2.4.2 Phương pháp xử lý hóa lý: 28 2.4.3 Phương pháp xử lý sinh học: 30 CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1 VẬT LIỆU 38 3.1.1 Nước thải chăn nuôi heo sau biogas 38 3.1.2 Giá thể MBBR 40 3.1.3 Chế phẩm vi sinh EM Septic – 41 3.1.4 Thực vật 42 3.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 44 3.3 MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU PHỊNG THÍ NGHIỆM: 45 3.3.1 Mô hình nhiên cứu: 45 3.3.2 Q trình thí nghiệm: 47 3.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH: 50 3.4.1 Phương pháp tính BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) 50 3.4.2 Phương pháp tính TSS (Total suspendid solids) 51 3.4.3 Phương pháp tính Amoni 51 3.4.4 Phương pháp phân lập vi khuản 52 3.4.5 Phương pháp đo độ đục 52 3.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU: 53 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 4.1 Hiệu xử lý độ đục 54 4.1.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 54 4.1.2 Bể lọc thực vật 56 4.2 Hiệu xử lý BOD 59 4.2.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 59 4.2.2 Bể lọc thực vật 60 4.3 Hiệu xử lý Amoni 63 4.3.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 63 4.3.2 Bể lọc thực vật 65 4.4 Hiệu xử lý TSS 68 4.4.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 68 4.4.2 Bể lọc thực vật 70 4.5 Giai đoạn thích nghi hình thành màng biofilm 72 4.6 Khảo sát sinh trưởng - phát triển 74 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 5.1 KẾT LUẬN: 79 5.2 KIẾN NGHỊ: 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 89