Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện việt nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện việt nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG  NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ môi trường (Chương trình đào tạo chuẩn) Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG  NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Công nghệ môi trường (Chương trình đào tạo chuẩn) Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. Cao Thế Hà ThS. Nguyễn Trường Quân Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Để thực hiện và hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, trước tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Cao Thế Hà - Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) là người đã trực tiếp hướng dẫn truyền đạt cho em những kinh nghiệm quá báu trong suốt quá trình thực tập. Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Nguyễn Trường Quân cùng tập thể các thầy cô, anh chị thuộc phòng Công nghệ - Trung tâm CETASD đã đồng hành giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể các thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong suốt 4 năm học qua. Em xin cảm ơn bác Thái Ngô Đức - chủ trang trại Hòa Bình xanh cùng các anh chị công nhân đã chỉ bảo, quan tâm trong suốt ngày tháng tham gia nghiên cứu ở trang trại. Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn quan tâm giúp đỡ và động viên, khuyến khích em trong suốt thời gian qua để em hoàn thành khóa luận được tốt hơn. Hà Nội, ngày 2 tháng 6 năm 2015 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BXD Bộ xây dựng CETASD Trung tâm nghiên cứu công nghệ môi trường và phát triển bền vững (Research Center for Environmental Technology and Sustainable Development) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) ĐV Đơn vị FAO Tổ chức nông lương thực thế giới (Foundation Agriculture Organization) H Hyđrô IC Kỹ thuật tuần hoàn nội (Internal Circulation) K Kali NĐ – CP p.t QCVN Nghị định chính phủ Phương trình Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TN Nitơ tổng TP Photpho tổng TS Tổng chât rắn (Total Solid) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid) TVTS Thực vật thủy sinh UASB Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) VLL Vật liệu lọc VS Tổng chất rắn bay hơi (Volatile solid) R/L Tách rắn - lỏng MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH iii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 3 TỔNG QUAN 3 Chương 3 25 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 41 i DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009 [2] 4 Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3] 5 Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung [3] 5 Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng.16 Bảng 5: Danh mục thiết bị 20 Bảng 6: Các chế độ khảo sát 22 Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh 25 Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h 26 Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h .27 Bảng 10: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.6m/h 28 Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,6m/h 29 Bảng 12: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.7m/h 30 Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,7m/h 31 Bảng 14: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.8m/h 32 Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,8m/h 33 Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h 34 Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,9m/h 35 ii Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2 thiết diện lọc của các vận tốc lọc 36 Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành 9 Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8 10 Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp ∆P trong quá trình lọc 12 Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình lọc 12 Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy. .14 Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi 14 Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi 22 Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,5m/h 27 Hình 9: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,6m/h 29 Hình 10: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,7m/h 31 Hình 11: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,8m/h 33 iii Hình 12: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,9m/h 35 iv MỞ ĐẦU Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn” của Bộ Khoa học và Công nghệ, đã được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại phòng Công nghệ môi trường của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) và hệ pilot ứng dụng tổ hợp các kỹ thuật yếm khí, thiếu - hiếu khí cùng với hệ thực vật thủy sinh tại trang trại chăn nuôi lợn Hòa Bình Xanh (Công ty TNHH Sản xuất Đầu tư và Thương mại Đức Anh, xóm Suối Cốc, xã Hợp Hòa, Lương Sơn, Hòa Bình) đạt được mục tiêu đề ra và đã được nghiệm thu cấp cơ sở. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ yếm khí gặp phải vấn đề khó khăn là giá trị TSS rất cao có thể tới 10g/l, chiếm tới trên 80% TS, trong đó thường 80% là hữu cơ. Thành phần TSS lớn gây tắc nghẽn và thất thoát vi sinh trong các hệ xử lý. Do đó, để đảm bảo quá trình vi sinh yếm khí, hiếu khí đạt hiệu quả, việc nghiên cứu sử dụng các hệ thống tách R/L phù hợp với điều kiện quy mô nhỏ và chi phí thấp là vô cùng cấp thiết. Ở các nước phát triển, đã áp dụng ngay từ đầu các kỹ thuật tách rắn lỏng (R/L) như lắng trọng lực, li tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn nhiều năng lượng; li tâm vận hành đơn giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; còn lắng trọng lực có cơ cấu đơn giản và chi phí vận hành thấp hơn. Song các phương pháp này có chất lượng nước ra chưa đảm bảo về mặt SS (1000 – 3000mg/l). Hiện nay, phương pháp sử dụng bể lọc vật liệu lọc (VLL) nổi đã bắt đầu được nghiên cứu bước đầu thành công với những ưu điểm đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng dụng rất cao ở nước ta. Bể lọc vật liệu nổi đã được nghiên cứu ở Liên Xô và Tiệp Khắc vào những năm 1973 - 1974 trên mô hình, đến năm 1975 đã được đem áp ra áp dụng trong thực tế để xử lý nước mặt và nước ngầm ở giai đoạn cuối sau lắng. Ở Liên Xô, người ta sử dụng loại bể lọc này trong xử lý nước thải ở một vài nghiên cứu bước đầu. Năm 1987, PGS. Phạm Ngọc Thái là người đầu tiên nghiên cứu và đưa loại bể lọc này vào sử dụng ở Việt Nam. Năm 1988, tại Hội chợ triển lãm toàn quốc lần thứ 4 tổ chức tại Giảng Võ - Hà Nội, công trình trạm xử lý nước mặt với bể lọc vật liệu lọc nổi được nhận giải thưởng huy chương vàng. Bể lọc VLL nổi đã được áp dụng trong khoảng 10 năm trở lại đây với quy mô công suất nhỏ từ vài chục tới vài trăm m 3 /ngày đêm, đến nay đã phát triển tới quy mô công suất 10000m 3 /ngày đêm trong xử lý nước cấp. Còn trong xử lý nước thải hầu như chưa có một nghiên cứu chuyên sâu nào đề xuất các thông số tính toán, thiết kế để đưa ra những chỉ dẫn cần thiết Khóa luận tốt nghiệp 1 Đại học Khoa học Tự nhiên cho loại bể này một cách cụ thể. Việc thiết kế các trạm xử lý nước có sử dụng loại bể lọc vật liệu nổi mới chỉ tập trung ở một nhóm chuyên gia thiết kế am hiểu lĩnh vực này mà chưa được áp dụng rộng rãi trong giới chuyên ngành xử lý nước thải. Việc nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong tiền xử lý nước thải chăn nuôi trong giai đoạn tiền xử lý có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn. Chính vì thế, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc nổi tiền xử lý nước thải chăn nuôi” được lựa chọn làm khóa luận. Nội dung chính của đề tài bao gồm: - Khảo sát quan hệ về tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc độ lọc; - Quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi; - Thời gian làm việc giới hạn ở các tốc độ lọc khác nhau; - Tìm ra được tốc độ lọc phù hợp đảm bảo giá trị SS trong khoảng 500mg/l – thông số SS đầu vào của hệ yếm khí cao tải. Khóa luận tốt nghiệp 2 Đại học Khoa học Tự nhiên [...]... tính chung của nước thải chăn nuôi có thành phần COD, TSS rất cao Do đó, cần áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp để xử lý nước thải chăn nuôi đạt QCVN trước khi thải ra môi trường 1.2.3 Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được áp dụng Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như phương pháp xử lý lý học, phương pháp xử lý hóa học và hóa lý, phương pháp xử lý sinh học... trang trại chăn nuôi lợn và 26,7 triệu đầu lợn [3] Bình quân mỗi ngày, mỗi đầu lợn thải ra khoảng 2kg phân, 1kg nước tiểu Theo khảo sát của tổ chức JICA và Viện Công nghệ môi trường, lượng nước tiêu thụ từ 10 - 40lít/đầu lợn/ ngày đêm Ước tính, mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra môi trường một lượng lớn chất thải rắn và lỏng, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng 1.2.2 Nước thải của. .. được những thành tựu nổi bật, làm thay đổi bộ mặt của công nghệ yếm khí xử lý nước thải Trong đó đáng kể nhất, GS.Lettinga đã khởi động những nghiên cứu biến công nghệ yếm khí vốn được coi là công nghệ “phân hủy” bùn cặn năng suất thấp thành công nghệ xử lý nước thải giàu hữu cơ có năng suất rất cao, cao hơn cả công nghệ xử lý nước thải tiêu chuẩn là công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí [19] Theo Van Lier... số trong nước: gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan, chất rắn bay hơi và chất rắn không bay hơi do các chất keo protein, hydratcacbon, chất béo có trong nước thải hoặc được tạo ra khi gặp điều kiện như: pH, nhiệt độ, độ cứng thích hợp Lượng chất rắn lơ lửng cao trong nước gây cản trở quá trình xử lý chất thải - Chất rắn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi chủ yếu là cặn phân vật nuôi trong quá trình... sự trở thành một trong những công nghệ xử lý tốc độ cao (“high - rate”) Tuy nhiên, nước thải chăn nuôi giàu SS chỉ có thể áp dụng các kỹ thuật thấp tải như hệ biogas phổ biến ở Việt Nam hoặc các bồn phân hủy yếm khí phổ biến ở các nước công nghiệp Các kỹ thuật cao tải cho phép xử lý từ vài tới vài chục kgCOD/m3/ngày (tùy loại bùn hoạt tính, bùn bông hay bùn hạt) nhưng các hệ yếm khí cao tải có yêu... trên là phổ biến mà một số công trình ở Việt Nam đã sử dụng * Ở Việt Nam: từ năm 1988 đến nay, bể lọc VLL nổi được sử dụng khá nhiều cho các trạm xử lý nước công suất nhỏ trong phạm vi cả nước, đến nay đã được phát triển trên tới quy mô công suất 10000m 3/ngày tại trạm xử lý nước Thị xã Sóc Trăng Bảng 4 giới thiệu một số trạm xử lý nước ở địa phương, áp dụng cho quy mô công suất khác nhau với hai nguồn... nghiệm xử lý nước VELKE ZELNOSEKY đã tiến hành thí nghiệm xử lý nước trên mô hình loại bể lọc VLL nổi để xử lý nước ngầm có chứa hàm lượng Fe 1,4 mg/L, sau đó được đem ra áp dụng tại huyện LITOMERICE Nhiều công trình xử lý nước đã sử dụng loại bể lọc này Từ năm 1982 đến năm 1986 PTS Phạm Ngọc Thái đã nghiên cứu bể lọc VLL nổi sử dụng trong xử lý nước mặt tại trường Đại học BRNO * Ở Liên Xô: việc nghiên cứu. .. QUAN 1.1 Tổng quan về nước thải giàu hữu cơ Nước thải giàu hữu cơ bao gồm nước thải từ chăn nuôi, các hoạt động sản xuất công nghiệp và nước rỉ rác Nước thải sinh hoạt hàng ngày của con người, đặc biệt từ các khu dân cư khu hoạt động thương mại, công sở, trường học, chợ cũng có hàm lượng chất hữu cơ Đặc tính của nước thải giàu chất hữu cơ: nước thải này chủ yếu chứa các hợp chất hữu cơ ít độc có nguồn... trong quá trình vệ sinh chuồng trại, trong phân có nitơ, phốt phát và nhiều vi sinh vật Phần lớn nitơ trong phân ở dạng amoni (NH4+) và hợp chất nitơ hữu cơ Nếu không được xử lý thì một lượng lớn amoni sẽ đi vào không khí ở dạng amoniac (NH3) Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3] Singapo Trung Quốc Ý Việt Nam TS (mg/l) 27401 - 18620 -... trong môi trường, gây độc cho sinh vật, đòi hỏi phương pháp xử lý phức tạp hơn Điển hình cho loại nước thải này là nước thải chăn nuôi 1.2 Nước thải chăn nuôi lợn 1.2.1 Tình hình phát triển ngành chăn nuôi • Trên thế giới và trong khu vực Theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới - FAO năm 2009 số lượng tổng đàn lợn trên thế giới là 887,5 triệu con [2] Tốc độ tăng về số lượng vật nuôi hàng