Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu hiếu khí kết hợp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ******* NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC THIẾU-HIẾU KHÍ KẾT HỢP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng HÀ NỘI - 2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ******* NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC THIẾU-HIẾU KHÍ KẾT HỢP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. PHAN ĐỖ HÙNG HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo, gia đình, bạn bè cùng sự nỗ lực của bản thân, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu – hiếu khí kết hợp” đã được hoàn thành. Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo - TS. Phan Đỗ Hùng đã giành thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều kinh nghiệm quý báu cho đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy giáo, Cô giáo khoa Hóa Học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian em học tập tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh, chị tại viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đồng thời gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên, khích lệ em trong quá trình thực hiện khóa luận. Trong quá trình nghiên cứu và làm đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao hơn. Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Nga LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu - hiếu khí kết hợp” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo - TS. Phan Đỗ Hùng. Tôi xin cam đoan những kết quả trong khóa luận là kết quả nghiên cứu của bản thân, không trùng với kết quả nghiên cứu của tác giả khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Nga DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MBR : Membrane Biorector - lọc sinh học - màng. TTNC : Trung tâm nghiên cứu. QCVN : Quy chuẩn Việt Nam. TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam. COD : Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học. BOD : Biochemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hóa. DO : Dissolved Oxygen - Oxi hòa tan. TSS: : Total Suspended Solid – Tổng chất rắn lơ lửng. MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid – Tổng lượng sinh khối. MLVSS : Mixed Liquor Volatile Suspended Solid - Tổng lượng sinh khối + chất rắn hòa tan trong bể arotank. UASB : Upflow anearobic sludge blanket - bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. Aerotank : Bể xử lý sinh học hiếu khí. Anamox : Anaerobic Ammonium Oxidation - oxy hóa amoni yếm khí. SBR : Sequencing Batch Reactor - Bể phản ứng theo mẻ. VSV : Vi sinh vật. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Hiện trạng chăn nuôi lợn ở Việt Nam và định hƣớng phát triển 3 1.2. Đặc trƣng về nƣớc thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý nƣớc thải chăn nuôi 5 1.2.1. Đặc trưng về nước thải chăn nuôi lợn 5 1.2.2. Thực trạng quản lý và hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi 6 1.3. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn 9 1.3.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biogas 9 1.3.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí 11 1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học thiếu khí - hiếu khí 13 1.4. Giới thiệu về phƣơng pháp lọc sinh học ngập nƣớc thiếu khí - hiếu khí 15 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu 18 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 18 2.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 20 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.2.1. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu 21 2.2.2. Phương pháp khảo sát hiện trường 22 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 22 2.2.4. Phương pháp phân tích 22 2.2.5. Phương pháp tính toán 23 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1. Các chế độ thí nghiệm thay đổi chu kỳ sục khí - ngừng sục khí của hệ lọc sinh học ngập nƣớc 24 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD, nitơ của hệ thống 24 3.2.1. Hiệu quả xử lý COD 24 3.2.2. Hiệu quả xử lý Nitơ 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Bảng 1.1. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung 6 Bảng 2.1. Thành phần của nước thải chăn nuôi lợn trong nghiên cứu 18 Bảng 2.2. Các chế độ vận hành 21 Hình 1.1. Tốc độ tang trưởng theo thống kê hang năm 4 Hình 1.2. Mục đích sử dụng nước thải trong quá trình chăn nuôi lợn theo điều tra tại một số huyện thuộc TP. Hồ Chí Minh 7 Hình 2.1. Hệ thống lọc sinh học ngập nước trong thực tế 20 Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý COD 25 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý NH 4 + 26 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến sự chuyển hóa NO 2 - và NO 3 - 28 Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian sục khí - ngừng sục khí đến hiệu quả xử lý T - N 29 Sơ đồ 1.1. Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại 8 Sơ đồ 2.1. Hệ thống thiết bị thực nghiệm 19 1 MỞ ĐẦU Nền kinh tế việt nam là nền kinh tế nhiều thành phần nhưng vẫn lấy phát trển nông nghiệp làm căn bản. Trong đó ngành chăn nuôi nói chung và chăn nuôi lợn nói riêng đang phát triển với tốc độ rất cao nhằm đáp ứng nhu cầu về thực phẩm ngày càng tăng. Với những đặc tính riêng như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi lợn được quan tâm đặc biệt vì nhu cầu thịt lợn ngày một tăng cả về số lượng và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi chuyển sang một bước phát triển mới. Định hướng phát triển chăn nuôi tập trung, chăn nuôi lợn quy mô trang trại công nghiệp đang được phát triển nhanh ở Việt Nam trong những năm gần đây. Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 - 2008 tăng trên 50% năm 2009 - 2010 tăng 13,2%. Hiện nay cả nước có khoảng 8500 trang trại chăn nuôi lợn tập trung, cung cấp khoảng 45% sản lượng thịt lợn. Quy mô đàn lợn cả nước năm 2013 khoảng 26,3 triệu con, so với tổng quỹ đất đai và dân số đây là một con số lớn. Chăn nuôi lợn tập trung quy mô lớn trong điều kiện diện tích trang trại hạn hẹp và gần với các khu dân cư đang dẫn đến một lượng lớn chất thải chứa nhiều phân và nước tiểu được thải ra trong những không gian hạn chế, đang gây ra những tác động môi trường tiêu cực đến khu vực trang trại và xung quanh. Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi [7], hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Nồng độ khí H 2 S và NH 3 cao hơn mức cho phép khoảng 30 - 40 lần. [1] Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần. Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform, e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. 2 Hiện nay, hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn xử lý nước thải mới dừng lại ở công đoạn xử lý bằng quá trình yếm khí (hầm biogas), một số trang trại sau xử lý yếm khí thì có xử lí qua chuỗi hồ sinh học. Tuy nhiên nước thải chăn nuôi sau quá trình xử lý yếm khí có nồng độ N, P rất cao, nên hiệu quả xử lý không cao nếu thải ra gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Xuất phát từ tình hình thực tế đó, căn cứ vào phạm vi của khóa luận tốt nghiệp, em lựa chọn đề tài là: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu - hiếu khí kết hợp”. [...]... thổi khí Sơ đồ 2.1 Hệ thống thiết bị thực nghiệm 1 - Thùng nước thải vào 2 - Bể lọc sinh học thiếu khí 3 - Bể lọc sinh học thiếu - hiếu khí 1 4 - Bể lọc sinh học thiếu - hiếu khí 2 5 – Vật liệu đệm 19 Mô tả quá trình hoạt động của hệ thống: Nước thải chăn nuôi được đưa về và được điều chỉnh pH rồi cho vào thùng tiếp nhận Từ thùng nước thải được bơm vào đáy bể lọc sinh học thiếu khí, nước thải xử lý qua... nhau, công suất xử lý thấp, người công nhân vận hành hệ thống phải có kỹ thuật cao [3] 1.3.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu hiếu khí kết hợp Nguyên lý của quá trình xử lý tương tự phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí - thiếu khí kết hợp, nhưng ở đây các quá trình nitrat hóa và khử nitrat được thực hiện ở trong các thiết bị lọc sinh học chứa vật liệu mang vi sinh Ưu điểm... phân (4) Nước thải, phân Ao hồ sinh học Bể Biogas Thải ra kênh mương Tách phân (5) Nước thải, phân Ổn định kị khí Lọc sinh học hiếu khí/ aeroten Hồ thực vật thủy sinh Thải Sơ đồ 1.1 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn đang áp dụng tại các trang trại 8 Ở nước ta hiện có 5 loại công nghệ điển hình được các trang trại áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi Thứ nhất nước thải chăn nuôi được thải trực... để chạy máy phát điện 1.3 Một số phƣơng pháp xử lý chăn nuôi lợn 1.3.1 Xử lý chăn nuôi lợn bằng biogas Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biogas là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp, có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí 9 sinh học (khí biogas) để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác Tuy nhiên, việc xử lý nước thải chăn nuôi cho đến nay chỉ phổ biến áp dụng rộng... trang trại) Thứ tư, là nước thải chăn nuôi (có thể lẫn phân hoặc đã được tách phân) được xử lý bằng hầm biogas, sau đó được xử lý tiếp bằng ao/hồ sinh học, chiếm 25% số trang trại khảo sát (6/24 trang trại) Thứ năm, nước thải chăn nuôi được xử lý bằng ổn định kỵ khí, sau đó được xử lý bằng phương pháp lọc sinh học kị khí hoặc aeroten, cuối cùng qua hồ thực vật thủy sinh rồi thải, chiếm 8,3% số trang... vật thủy sinh loại bỏ các hợp chất vô cơ N, P Hiện nay việc sử dụng thực vật thủy sinh trong công tác bảo vệ môi trường ngày càng được chú ý hơn 1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học thiếu khí - hiếu khí 1.3.3.1 Phương pháp SBR SBR (Sequencing Batch Reactor): bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn sục khí và... →NO2- → N2 17 CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu - Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước thải chăn nuôi lợn đã qua xử lý kỵ khí bằng hầm biogas có đặc trưng như ở Bảng 2.1 Nước thải có nồng độ chất hữu cơ và nitơ cao Bảng 2.1 Thành phần của nƣớc thải chăn nuôi lợn trong nghiên cứu Thông số Khoảng dao động pH 6,8 - 7,5... nghiên cứu: hệ thí nghiệm được đặt tại Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Thiết bị thí nghiệm: Các nghiên cứu được thực hiện trên các hệ thiết bị lọc sinh học nối tiếp nhau, gồm bể lọc sinh học thiếu khí được làm bằng thép không gỉ có thể tích 8,4 L, bể lọc sinh học thiếu - hiếu khí được làm bằng nhựa PVC trong suốt có thể tích hữu ích 39 L, bể lọc sinh học thiếu. .. quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra 1.2.2.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi Theo khảo sát của Viện Công nghệ môi trường hiện nay tại các trang trại có các phương pháp xử lý nước thải phổ biến như sau: (1) Nước thải (2) Nước thải, phân Thải ra Ao nuôi cá/kênh mương Ao sinh thái Hồ kị khí có phủ bạt Thải Tách phân (3) Nước thải, phân Thải. .. 2.1.2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 2.1.2.1 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, Tổng nito của quá trình lọc sinh học ngập nước thiếu - hiếu khí kết hợp 20 2.1.2.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng chu kỳ sục khí - ngừng sục khí đến hiệu suất xử lý COD, T - N Các chế độ thí nghiệm Bảng 2.2 Các chế độ vận hành Thời gian sục khí - ngừng sục khí trong một chu kỳ Chế . lợn bằng phương pháp sinh học hiếu khí 11 1.3.3. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học thiếu khí - hiếu khí 13 1.4. Giới thiệu về phƣơng pháp lọc sinh học ngập nƣớc thiếu khí. quản lý và hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi 6 1.3. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chăn nuôi lợn 9 1.3.1. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng biogas 9 1.3.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn. là: Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp lọc sinh học thiếu - hiếu khí kết hợp . 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Hiện trạng về chăn nuôi lợn ở