Tóm tắt nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp hóa lý kết hợp sinh học”

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN QUANG NAM NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ KẾT HỢP SINH HỌC Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Cán hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Quy TS Trần Hùng Thuận Hà Nội MỞ ĐẦU Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng COD, tổng nitơ, tổng phốtpho, cao nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Các mô hình xử lý nước thải chăn nuôi nước ta đạt mức làm giảm tải trọng ô nhiễm chưa đạt tiêu chuẩn thải theo quy định tiêu chuẩn ngành chăn nuôi Chính vậy, việc chọn thực đề tài: “Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp hóa lý kết hợp sinh học” góp phần phát triển hướng ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến lĩnh vực bảo vệ môi trường Việt Nam Mục tiêu đê tài: Mục tiêu đề tài phân tích, đánh giá đặc tính ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn lấy địa xóm Múi – Xã Bích Hòa – huyện Thanh Oai – thành phố Hà Nội Trên sở đó, khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý chất ô nhiễm nước thải chăn nuôi lợn phương pháp hóa lý, sinh học đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp (QCVN 40:2013/BTNMT, cột B) Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu tiền xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp hóa lý; - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau tiền xử lý phương pháp hợp sinh học kết hợp lọc màng polyme; - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý tăng cường nước thải sau xử lý sinh học kết hợp lọc màng polyme phương pháp keo tụ Chương - TỔNG QUAN 1.1 Nước thải chăn nuôi ảnh hưởng đến môi trường 1.1.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi Nước thải chăn nuôi bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật nuôi với khối lượng nước thải lớn Nước thải chăn nuôi loại nước thải đặc trưng có khả gây ô nhiễm môi trường cao có chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ, phốtpho vi sinh vật gây bệnh Cụ thể: - Chất hữu cơ: Trong thành phần chất rắn nước thải thành phần hữu chiếm 70 80% gồm hợp chất hydrocacbon, proxit, axit amin, chất béo dẫn xuất chúng có phân thức ăn thừa Chất vô chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối clorua, SO42-… - Nitơ phốtpho: Hàm lượng nitơ, phốtpho nước thải tương đối cao khả hấp thụ vật nuôi Khi ăn thức ăn có chứa N P chúng tiết theo phân nước tiểu Theo thời gian có mặt oxy mà lượng nitơ nước tồn dạng khác NH4+, NO2-, NO3- - Vi sinh vật: Vi khuẩn điển hình như: E.coli, Streptococcus sp, Salmonella sp, Shigenla sp, Proteus, Clostridium sp…đây vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn, kiết lỵ Các loại virus tìm thấy nước thải như: corona virus, poio virus, aphtovirus…và ký sinh trùng nước gồm loại trứng ấu trùng, ký sinh trùng thải qua phân, nước tiểu dễ dàng hòa nhập vào nguồn nước 1.1.2 Ảnh hưởng nước thải chăn nuôi đến môi trường Nước thải chăn nuôi có khả gây ô nhiễm môi trường cao có chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P VSV gây bệnh [3] Nitơ, phốtpho nước thải chăn nuôi cao chưa qua xử lý chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng, gây phú dưỡng nguồn nước - Khi xử lý nitơ nước thải không tốt, để hợp chất nitơ vào chuỗi thức ăn hay nước cấp gây nên số bệnh nguy hiểm - Kháng sinh, hoóc môn tăng trọng trộn vào thức ăn gia súc liều lượng thấp gây ô nhiễm - Kim loại nặng đồng, kẽm, coban, sắt, mangan có thức ăn gia súc Các động vật hấp thụ chúng ít, từ - 15%, lại thải Các kim loại có hại cho sức khỏe người uống phải nước ô nhiễm hay ăn thịt động vật 1.2 Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi Ở nước ta việc xử lý chất thải chăn nuôi nhỏ lẻ theo phương pháp truyền thống đơn giản như: phân ủ dùng tươi làm thức ăn nuôi cá làm phân bón cho trồng, chất thải lỏng xử lý qua biogas chảy thẳng môi trường dùng để tưới Theo kết điều tra đánh giá trạng môi trường Viện chăn nuôi sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy: nước thải sở chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống nước tắm rửa cho lợn Tất sở chăn nuôi lợn điều tra có hệ thống xử lý chất thải lỏng công nghệ biogas theo quy trình: Nước thải  Bể Biogas  Hồ sinh học  thải môi trường (Hình 1.1) Hầu hết trang trại chăn nuôi lợn khác toàn quốc có sơ đồ xử lý chất thải (A) quy mô nhỏ, (B) quy mô vừa lớn Hình 1.1 Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi phổ biến Việt Nam sở chăn nuôi 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi - Nghiên cứu xử lý nitơ nước thải chăn nuôi: Một vài trình xử lý loại bỏ nitơ bể bùn phát triển Ludzack – Ettinger (MLE) (1962) Bardenpho (1975) (Hình 1.2 1.3) Các trình làm việc tách biệt sục khí không sục khí Trong MLE, nước thải tuần hoàn từ bể hiếu khí quay trở lại bể thiếu khí Trong Bardenpho có thêm bể (1 bể thiếu khí bể hiếu khí) lắp sau bể thiếu khí hiếu khí đầu tiên, bể thiếu khí thứ xảy trình khử nitrat nhiều phân hủy nội sinh chất chậm, đóng vai trò nguồn cacbon cho trình khử nitrat Hình 1.2 Mô hình Ludzack – Ettinger loại bỏ nitơ sinh học Hình 1.3 Mô hình Bardenpho loại bỏ nitơ sinh học - Nghiên cứu xử lý phốtpho: Xử lý hóa lý làm giảm hầu hết T-P làm giảm số lượng hạt rắn lơ lửng nước thải làm kết tủa T-P hợp chất sắt, nhôm canxi Nghiên cứu D M Weaver & G S P Ritchie loại bỏ ph ốtpho từ nước thải chuồng lợn cho thấy, hiệu loại bỏ T-P vôi hóa lý đạt 95% không ảnh hưởng chất lượng nước thải - Nghiên cứu keo tụ: Các nghiên cứu keo tụ ứng dụng xử lý nước thải chăn nuôi lợn Việc loại bỏ phốtpho thực phương pháp kết tủa hóa chất phổ biến phèn nhôm, vôi tôi, phèn sắt chất trợ keo tụ Kết tủa struvite MgNH4PO4.6H2O cải tiến loại bỏ phốtpho nitơ Các yếu tố ảnh hưởng pH liều lượng hóa chất nhóm tác giả P.H Liao, Y Gao K.V Lo nghiên cứu Kết cho thấy, hiệu loại bỏ phốtpho cao pH= 9, hiệu loại bỏ amoni cao pH= 11 Polyme PERCOL 728 sử dụng làm chất trợ keo tụ Nghiên cứu tiền xử lý hóa lý keo tụ kết hợp với MBR để nâng cao hiệu xử lý giảm tượng tắc màng xử lý nước thải chăn nuôi lợn H.Kim cộng (2005) thực tháng Hiệu suất trung bình loại bỏ BOD, COD, NH3-N trình keo tụ tương ứng 64,3; 77,3 40,4%, hiệu suất loại bỏ nitơ thấp thông số khác Hiệu suất loại bỏ độ đục hóa chất keo tụ đạt 96,4% chủ yếu trung hòa điện tích Nước thải sau trình xử lý keo tụ thu gom lại đầu vào MBR với tải lượng COD trung bình 0,57 kg COD/m3 ngày Độ đục đầu vào biến động từ 1,7 – 56,0 NTU không làm ảnh hưởng đến đầu độ đục, trì 2,0 NTU Chất hữu nitơ loại bỏ đáng kể MBR Hiệu suất loại bỏ BOD, COD, độ đục NH 3-N trình MBR đạt tương ứng 99,5; 99,4; 99,8 98,2% Do xuất vi tảo sinh vật lơ lửng gây cản trở trình xử lý COD nitơ, phốtpho nên nhóm tác giả Ignacio de Godos, Hector O Guzman, Roberto Soto (2010) tiến hành đánh giá khả loại bỏ sinh khối tảo vi khuẩn từ nước thải lợn hóa chất keo tụ phổ biến sắt chorua sắt sunfat polyme như: Drewfloc 447; Flocudex CS/5000; Glocusol CM/78; Chmifloc CV/300 Chitosan Các thí nghiệm thực cốc 100 ml, có 40 ml vi khuẩn tảo khuấy 300 vòng/phút phút để lắng 10 phút Hiệu loại bỏ sinh khối S.obliquus, Chlorella, C sorokiniana, Chlorococcum sp cao muối sắt (FeCl Fe2(SO4)3) đạt 66 – 98% nồng độ 150 – 250 mg/L Với nồng độ muối sắt thấp 50 mg/L hiệu loại bỏ tảo thấp Khi thêm chất keo tụ thường làm giảm pH từ 10 – 10,5 xuống – 3,7 nồng độ muối sắt 250 mg/L Bên cạnh đấy, hiệu keo tụ giảm sử dụng nồng độ polyme keo tụ liều Trong thí nghiệm với Chitosan, Chitosan có hiệu keo tụ tốt việc loại bỏ vi tảo thường ghi nhận mức nồng độ 25 mg/L, nhiên kết đạt thí nghiệm thấp so với lần trước, cụ thể hiệu loại bỏ 40% C sorokiniana, Chlorococcum sp S obliquus, đạt 58 ± 8% Chlorella Consortium Kết thấp hạt keo hữu tương tác với Chitosan Thí nghiệm với Chitosan với nồng độ từ 50 – 250 mg/L không thấy làm tăng khả loại bỏ sinh khối vi tảo pH giảm xuống 3,7 tăng liều lượng Chitosan xuất axit acetic Chương - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Nước thải chăn nuôi lợn; - Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp với màng lọc vi lọc polyme; - Hóa chất keo tụ: phèn sắt Fe2(SO4)3, phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thu thập xử lý số liệu Đã thu thập, kế thừa tài liệu, số liệu, nguồn thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau: sách; báo khoa học tạp chí; luận văn… từ thư viện nguồn tài liệu từ internet 2.2.2 Phương pháp phân tích đánh giá Để khảo sát yếu tố liên quan đến nội dung nghiên cứu, tiến hành nhóm phân tích đánh sau: Bảng 2.1 Phương pháp phân tích đánh giá STT Chỉ tiêu Thiết bị phân tích Tiêu chuẩn pH TCVN 6492:2011 NH4+ (N) Điện cực đo pH Điện cực đo NH3-N NO3- (N) NO2- (N) PO43- (P) N-tổng COD Độ màu Độ đục 10 TSS 11 12 T-P Coliform Máy đo quang UV THERMO ELECTRON COVPORATION Thiết bị cất nitơ VELD – Scientifica (UDK142) Máy phá mẫu COD (DRB200); Thiết bị chuẩn độ Máy đo màu (HI 96727) Máy đo độ đục HANNA HI93703 Giấy cân, lọc, cân phân tích, tủ sấy Bếp phá mẫu; Máy UV-VIS Bộ kit làm vi sinh TCVN 6620 – 2000 TCVN 6620 – 2000 TCVN 6835 – 2011 TCVN 6491:1999 TCVN 6185:2008 TCVN 6184:1996 TCVN 6625:2000 TCVN 6202:2008 TCVN 6187-1:2009 2.3 Phương pháp thực nghiệm 2.3.1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ giai đoạn tiền xử lý nước thải chăn nuôi  Thí nhiệm 1: Ảnh hưởng pH chất keo tụ phèn sắt Thí nghiệm tiến hành với lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, lọc sơ bộ, loại bỏ cặn lớn rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ 200 mg/L Điều chỉnh pH hỗn hợp nước thải khoảng - 9, khuấy nhanh 300 vòng/phút phút, khuấy chậm 30 vòng/phút 10 phút thiết bị jar test, để lắng 60 phút Lấy phần nước phân tích tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, NH 4+-N để đánh giá hiệu xử lý, từ tìm khoảng pH tối ưu [10,20]  Thí nhiệm 2: Ảnh hưởng nồng độ phèn sắt Thí nghiệm tiến hành với lít nước thải lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, lọc sơ bộ, loại bỏ cặn lớn rây kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ phèn sắt Fe2(SO4)3, nồng độ thay đổi từ 400 đến 1200 mg/L Điều chỉnh pH tối ưu thu từ thí nghiệm 1, khuấy nhanh 300 vòng/phút phút, khuấy chậm 30 vòng/phút 10 phút thiết bị jar test, để lắng 60 phút Lấy phần nước phân tích tiêu pH, TSS, COD, độ đục, độ màu, PO 43 P để đánh giá hiệu xử lý [10,20] 2.3.2 Nghiên cứu khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý COD nitơ giai đoạn xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme 2.3.2.1 Hệ thống xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme Hệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp với màng vi lọc polyme bố trí Hình 2.1: Hình 2.1 Mô hình bố trí các thiết bị hệ thống xử lý 1-Bể đầu vào (10L); 2-Cột yếm khí (8,5L); 3-Cột thiếu khí (8,5L); 4-Bể hiếu khí kết hợp lọc màng (13L); 5-Bể đầu (10L)  Bể yếm - Bể yếm khí thiết kế Hình 2.2a vật liệu PVC hình trụ với thể tích 8,5 lít 10 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính nước thải chăn nuôi lợn Kết phân tích tiêu hóa lý tiêu sinh học nước thải chăn nuôi lợn nghiên cứu thể Bảng 3.1 Bảng 3.1 Đặc tính nước thải lợn lấy địa chỉ xóm Múi – xã Bích Hòa huyện Thanh Oai – Hà Nội TT Các tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/ BTNMT (cột B) QCVN 01-79:2011/ BNNPTNT (cột B) pH - 7,3 - 8,5 5,5-9 5,5-9 TSS mg/L 800 - 3000 100 100 COD mg O2/L 2100 - 7000 150 100 BOD5 mg O2/L 1000 - 3500 50 50 N-NH4+ mg/L 140 - 538 10 10 N-NO2 - mg/L 0,1 - 0,3 - - N-NO3- mg/L 0,2 - 0,6 - - P-tổng Coliforms 20 - 75 0,95×106 1,25×106 10 mg/L MPN/ 100 mL 5.000 5.000 Theo kết phân tích Bảng 3.1 cho thấy tất thông số đặc trưng cho ô nhiễm cao nhiều lần so với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), cột B 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tiền xử lý nước thải chăn nuôi phèn sắt 3.2.1 Ảnh hưởng pH Nước thải chăn nuôi lợn chứa hàm lượng lớn hạt rắn hầu hết chúng hạt keo bền vững Keo tụ hóa học phương pháp có khả xử lý hiệu nước thải chuồng lợn có khả tách rắn - lỏng Tuy nhiên, phương pháp keo tụ xử lý triệt để ô nhiễm nước thải chăn nuôi mà làm giảm phần thông số COD, SS, độ đục, độ mầu, nitơ phốtpho Tiến hành thí nghiệm mô tả tai mục 2.3.1, chương 2, kết thu thể Hình 3.1: 17 Hình 3.1 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý phèn sắt Từ Bảng 3.2 Hình 3.1 cho thấy, pH khoảng 8, hiệu suất xử lý COD SS cao 57,0% 68,9% Tại giá trị pH khác, hiệu suất loại bỏ độ đục độ màu 66% chất rắn lơ lửng có nước thải chăn nuôi lợn lắng xuống hạt keo Nước thải chăn nuôi nghiên cứu có đặc tính độ kiềm cao nên pH tối ưu cho phản ứng keo tụ phèn sắt tốn chi phi hóa chất thời gian cho giai đoạn hóa lý 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ Sau lựa chọn pH tối ưu phèn sắt nước thải chăn nuôi lợn, tiếp tục khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ Tiến hành với nồng độ phèn sắt tăng dần từ 400 – 1200 mg/L pH ~ Kết thu thể Hình 3.2 18 Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử lý Kết đồ thị hình 3.2 nhận thấy, pH phèn sắt đạt hiệu xử lý cao nồng độ 1000 - 1200 mg/L Tại khoảng nồng độ này, hiệu suất xử lý COD, SS, độ đục, độ màu tương ứng 64,5; 87,5; 80,6 87,2% Ngoài ra, trình keo tụ phèn sắt xử lý phần phốtpho nước thải chăn nuôi Hiệu suất xử lý phốtpho đạt lớn 40,1% nồng độ chất keo tụ 1000 mg/L 3.3 Khả xử lý giai đoạn sinh học hệ sinh học 3.3.1 Khảo sát hiệu xử lý COD giai đoạn xử lý sinh học 19 Hình 3.3 Sự biến thiên COD hiệu suất xử lý giai đoạn sinh học Kết cho thấy COD đầu vào dao động khoảng lớn, từ 2140 - 6880 mg/L Nước thải đầu vào có khoảng dao động lớn nước thải chăn nuôi không đồng thời gian xả thải ngày Nước thải bao gồm phân nước tiểu lợn có giá trị COD cao nước thải phần lớn nước rửa chuồng, nước tắm cho lợn Mặt khác, giá trị COD không xác định qua nước thải hàng ngày lợn mà bao gồm lượng chất sinh trình phân hủy xác VSV chết lắng đọng nước thải Nhìn chung, thông số đầu vào biến thiên hiệu suất xử lý hệ tương đối ổn dịnh không dao động lớn Hiệu suất xử lý COD đạt mức từ 85 – 92,8 % Như đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng đến trình xử lý sinh học lựa chọn thông số vận hành hệ xử lý phù hợp hiệu xử lý trình xử lý sinh học không bị ảnh hưởng nhiều 3.3.2 Hiệu suất xử lý Amoni 20 Hinh 3.4 Sự biến thiên NH4+ -N hiệu suất xử lý giai đoạn sinh học Từ kết thể đồ thị Hình 3.4 nhận thấy, sau qua bể yếm khí, nồng độ amoni có xu hướng tăng lên bể yếm khí, vi khuẩn phân giải chất hữu sinh NH3-N, với pH bể khoảng 7,9 - 8,5 nên chuyển thành dạng NH4+-N Tại bể yếm khí hiệu suất xử lý NH 4+ đạt tỷ lệ thấp khoảng 20% chủ yếu vi sinh sinh trưởng xây dựng tế bào, đồng thời xảy tự phân hủy tế bào chết Hiệu suất xử lý amoni hệ sinh học nghiên cứu tương đối cao 93,0% đến 96,5% Amoni xử lý chủ yếu bể hiếu khí Nguyên nhân bể hiếu khí có hàm lượng bùn hoạt tính lớn (9000 mg/L) nên làm tăng số lượng vi khuẩn Nitrosomonas Nitrobacter, làm tăng khả chuyển hóa amoni Ngoài ra, amoni bị loại bỏ nhờ khả lọc tốt màng lọc Mặc dù hiệu suất chuyển hóa amoni cao nồng độ NH 4+- N đầu cao (7,16 – 22,11 mg/L), điều thời gian lưu chưa đủ dài để hệ vi sinh chuyển hóa hoàn toàn lượng amoni 3.3.3 Hiệu suất xử lý nitrat Hàm lượng nitrat nitrit nước thải đầu vào nhỏ, khoảng < 0,6 21 mg/L Nitrat, nitrit sản phẩm trình chuyển hóa amoni Kết phân tích chuyển hóa amoni thành nitrat bể hiếu khí thể Hình 3.5 Hình 3.5 Diễn biến NO3 N theo thời gian Nhận thấy nitrat sau bể hiếu khí cao, dao động từ 70 – 150 mg/L Nguyên nhân trình nitrat hóa xảy gần hoàn toàn nên hầu hết amoni chuyển hóa thành nitrat Lượng NH 4+-N đầu vào dao động 139,9 – 538,2 mg/L nên lượng NO3 N hình thành tương đương Để xử lý nitrat cần môi trường thiếu khí Do đó, nitrat đầu bể hiếu khí tuần hoàn lại bể thiếu khí để thực trình khử nitrat Hiệu suất khử nitrat phụ thuộc vào tỷ lệ dòng tuần hoàn Với tỷ lệ dòng tuẩn hoàn 300%, hiệu suất xử lý nitrat hệ đạt 40 – 72,5% 3.3.4 Hiệu suất xử lý PO43 P Khả xử lý PO43 P biểu diễn Hình 3.6 22 Hình 3.6 Diễn biến PO43 P qua các bể theo thời gian Quan sát đồ thị Hình 3.6 nhận thấy, nồng độ PO 43 P đầu vào nước thải chăn nuôi lợn dao động khoảng từ 24,7 – 47,7 mg/L Hiệu suất xử lý PO43 P hệ nghiên cứu đạt 79 – 91%, tương ứng đầu 3,1 – 7,6 mg/L Nhận xét: - Đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng tới trình xử lý chất ô nhiễm hệ xử lý nồng độ chất chất ô nhiễm đầu vào, giá trị pH … - Trong trình vận hành hệ xử lý nước thải đầu vào cần đưa vào bể yếm khí có tác dụng giảm thiểu dao động thông số ô nhiễm đầu vào cho hệ xử lý Với việc bố trí hệ xử lý nhiều giai đoạn: yếm khi, thiếu khí, hiếu khí kết hợp màng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu chất dinh dưỡng cho hiệu khả quan Với thời gian lưu ngày, hiệu xử lý COD, NH 4+-N, NO3 N PO43 P 85 – 92,8 %, 93,0% - 96,5%, 40 – 72,5%, 79 – 91% - Do đặc tính nước thải chăn nuôi chứa hàm lượng cặn lơ lửng cao, toàn lượng cặn vào bể yếm khí giai đoạn tiền xử lý trước sinh học dễ xảy tượng tắc nghẽn bể yếm khí Vì vậy, chế độ vận hành yêu cầu khắt khe hơn, thời gian xả bùn bể yếm khí ngăn (trung bình từ 10 đến 15 ngày) làm xáo trộn hệ VSV yếm khí, ảnh hưởng tới hiệu xử lý Do đó, loại bỏ phần SS, COD giai đoạn tiền xử lý cần thiết 3.3.5 Khả loại bỏ vi khuẩn sau màng vi lọc polyme 23 Để đánh giá khả lọc vi sinh màng lọc vi lọc, tiến hành lấy mẫu phân tích khảo sát nồng độ Coliforms với tần suất ngày/lần Hiệu suất xử lý coliform sau màng vi lọc polyme đạt cao từ 99,97 - 99,98% tương ứng đầu 200 - 400 MPN/100 ml Điều giải thích kích thước hạt bùn lớn kích thước lỗ màng, toàn bùn bị giữ lại bể hiếu khí Chỉ tiêu vi sinh đạt tiêu chuẩn xả thải loại A QCVN 40:2011/BTNMT 3.4 Khảo sát hiệu xử lý COD giai đoạn tiền xử lý keo tụ phèn sắt kết hợp sinh học Do đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn nhiều cặn lơ lửng thành COD cao nên cần thiết phải có giai đoạn tiền xử lý mục đích để giảm tải lượng đầu vào hệ sinh học tăng thời gian lưu bùn yếm khí  Giai đoạn tiền xử lý phương pháp hóa lý - Nước thải đầu vào sinh học: lọc sơ bộ, loại bỏ loại cặn lớn rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào giảm 50% COD: nồng độ phèn sắt 600 mg/L, pH ~ 8; - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào điều kiện tối ưu: nồng độ phèn sắt 1000 mg/L, pH ~  Giai đoạn xử lý sinh học: nước thải chăn nuôi mô tả mục 2.3.2 Hiệu suất xử lý COD thi nghiệm thể Hình 3.7 sau: 24 Hình 3.7 Hiệu suất xử lý COD giai đoạn hóa lý kết hợp sinh học Từ kết kết Thí nghiệm 3, thấy hiệu suất xử lý COD kết hợp thêm giai đoạn hóa lý cho hiệu suất cao hơn, ổn định hơn, COD đầu thấp Cụ thể, hiệu suất xử lý COD điều kiện keo tụ phèn sắt 1000 mg/L lớn nhất, đạt 96,9 – 98,25% Khi tiền xử lý với nồng độ phèn sắt 600 mg/L, hiệu suất xử lý COD hệ đạt 92,47 – 97,9% 3.5 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ giai đoạn xử lý tăng cường nước thải chăn nuôi lợn sau qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng 3.5.1 Đặc tính nước thải sau hệ thống sinh học kết hợp lọc màng MBR Nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý qua hệ sinh học kết hợp màng lọc MBR có đặc điểm Bảng 3.6 Bảng 3.6 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý qua hệ sinh học kết hợp lọc màng MBR STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/ BTNMT (loại B) - 7,8 – 8,5 5,5 - mg O2/L 220 - 368 150 pH COD NH4+-N mg/L 3,5 – 10 Màu Pt-Co 310 - 550 150 3.5.2 Ảnh hưởng pH Tiến hành thí nghiệm mô tả tai mục 2.3.3, chương 2, kết thu thể Hình 3.9: 25 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý độ màu Qua kết thí nghiệm thể Hình 3.9 nhận thấy: khoảng pH từ – hiệu suất xử lý độ màu phèn sắt cao (cao pH ~ 4, hiệu suất đạt 78,18%) Trong đó, với phèn nhôm khoảng pH từ - (cao pH ~ 6, hiệu suất đạt 74,54%) Ở pH ~ 3, hiệu suất xử lý độ màu phèn sắt phèn nhôm thấp Khi tăng pH lên - 7, hiệu suất xử lý màu phèn sắt giảm đáng kể, dải pH từ – 9, hiệu suất xử lý màu lại tăng dần lên Đối với phèn nhôm, hiệu suất xử lý độ màu khoảng pH từ – thay đổi không đáng kể Nhìn chung, hiệu suất xử lý độ màu phèn sắt phèn nhôm không chênh lệch nhiều Hình 3.10 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý COD Quá trình keo tụ làm giảm COD đáng kể Ở khoảng pH từ – 5, hiệu suất xử lý COD phèn sắt cao nhất, từ 62, – 68,3% Trong đó, phèn nhôm 41, – 48,4% khoảng pH từ – Hiệu suất xử lý COD phèn sắt nhìn chung cao so với phèn nhôm Như vậy, pH tối ưu phèn sắt khoảng từ đến 5, phèn nhôm pH khoảng đến 3.5.3 Ảnh hưởng nồng độ chất keo tụ Thí nghiệm với nồng độ phèn sắt tăng dần từ 500 – 2000 mg/L pH ~ Kết thu thể Hình 3.11 26 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ phèn sắt đến hiệu suất xử lý Nhìn chung, dải nồng độ phèn sắt từ 500 – 1500 mg/L, hiệu suất xử lý không chênh lệch nhiều hiệu suất xử lý độ màu cao COD Khi tăng nồng độ lên 2000 mg/L, hiệu suất xử lý tăng lên đáng kể, đặc biệt độ màu, đạt 80%, COD tăng nhẹ, đạt 60,3%, tương ứng đầu 100 Pt-Co 146 mg/L Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ phèn nhôm đến hiệu suất xử lý Khác với phèn sắt, tăng nồng độ phèn nhôm, hiệu suất xử lý độ màu COD có xu hướng tăng Khi tăng đến nồng độ 2000 mg/L, hiệu suất xử lý độ màu có xu hướng tăng, hiệu suất COD lại giảm Tại nồng độ 2000 mg/L, hiệu suất xử lý độ màu đạt 78,18%, COD đạt 61,78%, tương ứng đầu 120 Pt-Co 94 mg/L Nhìn chung, phèn sắt phèn nhôm có hiệu việc loại bỏ độ màu 27 COD xử lý nước thải chăn nuôi lợn Tại nồng độ chất keo tụ 2000 mg/L, tiêu độ màu COD nước thải đạt tiêu chuẩn loại B QCVN 40:2011/BTNMT Tài nguyên môi trường quy định Hiệu suất xử lý chất keo tụ không chênh lệch nhiều, lựa chọn phèn nhôm cho xử lý tăng cường nước thải đầu sau hệ MBR Lý lựa chọn pH nước thải đầu hệ MBR khoảng 7,8 – 8,5 tốn hóa chất để điều chỉnh pH ~ Và sau thêm hóa chất keo tụ vào, pH nước thải giảm, nhiên thay đổi không đáng kể, bổ sung hóa chất để nâng pH lên đạt tiêu chuẩn đầu loại B 3.6 Đánh giá, so sánh hiệu lựa chọn mô hình tối ưu xử lý nước thải chăn nuôi Bảng 3.7 Đánh giá ưu nhược điểm các giai đoạn xử lý Đánh giá Giai đoạn tiền xử lý (phèn sắt) Giai đoạn sinh học kết hợp lọc màng MBA Giai đoạn xử lý tăng cường Ưu điểm - Hiệu xử lý COD, SS cao - Đơn giản vận hành - Ít gây độc cho VSV cho giai đoạn - Tải trọng cao, có khả chịu biến động nước thải đầu vào - Hiệu xử lý COD N cao - Giảm diện tích xây dựng mật độ bùn hiếu khí cao không cần bể lắng thứ cấp sau hiếu khí - Xử lý triệt để COD độ màu nước thải chăn nuôi, xử lý phốtpho - Tốn chi phí hóa chất - Hiệu xử lý N P chưa cao - Chưa xử lý triệt để COD - Tốn chi phí độ màu nước thải chăn hóa chất nuôi - Khó kiểm soát lượng bùn, ngăn lọc yếm khí dễ tắc, khó kiểm soát vận hành độc lập xử lý nước thải chăn nuôi - Tốn lượng cho sục khí (cường độ sục lớn) Nhượ c điểm 28 Trên sở phân tích đánh giá theo bảng qua thực tế tìm hiểu trang trại chăn nuôi lợn tập trung, dựa yếu tố kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường trại chăn nuôi Trong luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất áp dụng sơ đồ dây chuyền công nghệ sau cho xử lý nước thải trại chăn nuôi lợn tập trung Việt Nam: Nước thải chăn nuôi lợn  Keo tụ với phèn sắt nồng độ 600 mg/L, pH = Yếm khí  Thiếu khí  Hiếu khí kết hợp lọc màng  Keo tụ với phèn nhôm nồng độ 2000 mg/L, pH = môi trường Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải lựa chọn đáp ứng đầy đủ yếu tố: chi phí đầu tư xây dựng không cao, chi phí vận hành thường xuyên thấp, thỏa mãn tiêu chuẩn môi trường ngành chăn nuôi Tuy nhiên, cần phải có thêm khảo sát tính toán cho phù hợp với điều kiện trang trại 3.7 Sơ đánh khả áp dụng thực tế Hệ xử lý có thiết kế nhỏ gọn, không cần bể lắng cấp hai bể khử trùng dẫn đến giảm chi phí xây dựng giải phóng mặt bằng, hệ giảm phí thời gian không xác định, tăng hiệu kinh tế Do mật độ sinh khối bồn phản ứng cao tới - 1,5% nên mặt xuất xử lí tăng khoảng - lần so với BHT, điều đồng nghĩa với việc giảm khối tích chi phí xây dựng, chi phí mặt nêu; mặt khác cho phép lưu bùn lâu phân huỷ bùn bể phản ứng dẫn đến giảm lượng chi phí xử lí bùn thải Tăng cường chất lượng nước tới mức cao nay, đặc biệt khía cạnh tiêu vi sinh, điều cho phép tái sử dụng nước xử lí để giảm thiểu chi phí nước cho mục đích công cộng tưới cây, rửa phố, rửa xe Công nghệ dễ dàng triển khai dạng modul cho công suất không hạn chế với chế độ tự động hoá hợp lý, giảm thiểu phụ thuộc vào người vận hành, dễ dàng mở rộng công suất 29 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nước thải chăn nuôi lợn lấy xóm Múi – xã Bích Hòa – huyện Thanh Oai – Hà Nội có đặc điểm COD, nitơ, phốtpho, Coliform… cao gấp nhiều lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT), cột B: TSS cao gấp 80 - 300 lần; COD gấp 20 - 60 lần; BOD5 gấp 40 – 70; NH4+-N cao gấp 10 - 50 lần; T-P cao gấp 10 - 20 lần; Coliform cao gấp 190 – 250 lần Tiền xử lý nước thải chăn nuôi chất keo tụ phèn sắt với nồng độ từ 600 đến1000 mg/L cho hiệu xử lý COD, SS cao, ổn định chất lượng nước đầu vào giai đoạn sinh học độc với vi sinh Đã lựa chọn điều kiện vận hành giai đoạn tiền xử lý với nồng độ phèn sắt 600 mg/L, pH loại bỏ phần chất hữu cơ, SS, giảm tải cho hệ xử lý sinh học tiếp theo, đảm bảo tỷ lệ COD/NH4+-N > Kết cho thấy, nước thải chăn nuôi lợn sau tiền xử lý chất keo tụ phèn sắt Fe 2(SO4)3, nồng độ 600 mg/L, pH đưa vào hệ sinh kết hợp màng lọc MBR cho hiệu loại bỏ COD cao 92,7 -97,9% Việc bố trí hệ xử lý sinh học nhiều giai đoạn: yếm khí, thiếu khí, hiếu khí kết hợp màng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu chất dinh dưỡng cho hiệu khả quan Hiệu xử lý COD, NH4+-N, NO3 N, PO43 P Coliform là: 85 - 92,8%; 93,0 - 96,5%; 40 - 72,5%; 79 - 91% 99,97 - 99,98% Xử lý tăng cường phương pháp keo tụ với phèn nhôm phèn sắt nồng độ 2000 mg/L, nước thải đầu đáp ứng tiêu chuẩn độ màu COD theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B Lựa chọn phèn nhôm cho giai đoạn xử lý tăng cường đáp ứng tiêu chuẩn nước thải đầu tiết kiệm chi phí hóa chất Đã đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn: Nước thải chăn nuôi lợn  Keo tụ với phèn sắt nồng độ 600 mg/L, pH ~ Yếm khí  Thiếu khí  Hiếu khí kết hợp lọc màng  Keo tụ với phèn nhôm nồng độ 2000 mg/L, pH ~ môi trường 30 KHUYẾN NGHỊ Cần nghiên cứu thêm hiệu xử lý nước thải chăn nuôi chất keo tụ khác Ảnh hưởng cụ thể chất keo tụ đến giai đoạn sinh học Cần nghiên cứu cụ thể sâu đánh giá đặc tính nước thải đầu vào đến trình xử lý sinh học: nồng độ chất ô nhiễm nước thải đầu vào ảnh hưởng tới thời gian lưu; nhiệt độ, pH, hóa chất…ảnh hưởng đến trình xử lý sinh học Nghiên cứu hiệu xử lý nước thải chăn nuôi giai đoạn sinh học với kỹ thuật phản ứng khác 31 [...]... 8; - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào tại điều kiện tối ưu: nồng độ phèn sắt 1000 mg/L, pH ~ 8  Giai đoạn xử lý sinh học: nước thải chăn nuôi được mô tả ở mục 2.3.2 Hiệu suất xử lý COD của các thi nghiệm thể hiện trên Hình 3.7 như sau: 24 Hình 3.7 Hiệu suất xử lý COD giai đoạn hóa lý kết hợp sinh học Từ kết các kết quả Thí nghiệm 3, 4 và 5 có thể thấy rằng hiệu suất xử lý COD khi kết hợp thêm... quả cho thấy, nước thải chăn nuôi lợn sau khi tiền xử lý bằng chất keo tụ phèn sắt Fe 2(SO4)3, nồng độ 600 mg/L, pH 8 đưa vào hệ sinh kết hợp màng lọc MBR cho hiệu quả loại bỏ COD cao hơn là 92,7 -97,9% 3 Việc bố trí hệ xử lý sinh học nhiều giai đoạn: yếm khí, thiếu khí, hiếu khí kết hợp màng lọc để xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu chất dinh dưỡng cho hiệu quả rất khả quan Hiệu quả xử lý COD, NH4+-N,... hiệu quả xử lý 2.3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tăng cường nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme bằng phương pháp keo tụ  Thí nhiệm 6: Ảnh hưởng của pH đối với chất keo tụ là phèn nhôm Thí nghiệm được tiến hành với 500 ml nước thải sau xử lý sinh học kết hợp màng vi lọc polyme, bổ sung chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O, nồng độ 500 mg/L Hỗn hợp nước. .. sát hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn xử lý sinh học 19 Hình 3.3 Sự biến thiên COD và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học Kết quả cho thấy COD đầu vào dao động trong khoảng lớn, từ 2140 - 6880 mg/L Nước thải đầu vào có khoảng dao động lớn như vậy bởi vì nước thải chăn nuôi không đồng nhất giữa các thời gian xả thải và các ngày Nước thải bao gồm phân và nước tiểu của lợn có giá trị COD cao hơn nước. .. cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết hợp với lọc màng 3.5.1 Đặc tính nước thải sau hệ thống sinh học kết hợp lọc màng MBR Nước thải chăn nuôi lợn sau khi được xử lý qua hệ sinh học kết hợp màng lọc MBR có đặc điểm như trong Bảng 3.6 Bảng 3.6 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý qua hệ sinh học kết hợp lọc màng MBR STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/ BTNMT... Do đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn nhiều cặn lơ lửng và thành COD cao nên rất cần thiết phải có giai đoạn tiền xử lý mục đích để giảm tải lượng đầu vào hệ sinh học và tăng thời gian lưu của bùn yếm khí  Giai đoạn tiền xử lý bằng phương pháp hóa lý - Nước thải đầu vào sinh học: lọc sơ bộ, loại bỏ những loại cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm - Xử lý keo tụ nước thải chăn nuôi đầu vào... được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý  Thí nghiệm 4: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học - Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3,... được phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, độ màu, SS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43- để đánh giá hiệu quả xử lý  Thí nghiệm 5: khảo sát hiệu quả xử lý COD và nitơ trong nước thải chăn nuôi bằng phương pháp hóa lý kết hợp hệ sinh học - Nước thải đưa vào hệ lấy từ trang trại chăn nuôi lợn, được lọc sơ bộ, loại bỏ những cặn lớn bằng rây lọc kích thước lỗ 0,5 × 0,5 mm, bổ sung chất keo tụ là phèn sắt Fe2(SO4)3,... hóa lý cho hiệu suất cao hơn, ổn định hơn, COD đầu ra thấp hơn Cụ thể, hiệu suất xử lý COD trong điều kiện keo tụ bằng phèn sắt 1000 mg/L là lớn nhất, đạt 96,9 – 98,25% Khi tiền xử lý với nồng độ phèn sắt 600 mg/L, hiệu suất xử lý COD của hệ đạt 92,47 – 97,9% 3.5 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ ở giai đoạn xử lý tăng cường nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua hệ thống sinh học kết. .. COD đạt mức từ 85 – 92,8 % Như vậy mặc dù đặc tính nước thải đầu vào ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học nhưng nếu lựa chọn các thông số vận hành hệ xử lý phù hợp thì hiệu quả xử lý trong quá trình xử lý sinh học sẽ không bị ảnh hưởng nhiều 3.3.2 Hiệu suất xử lý Amoni 20 Hinh 3.4 Sự biến thiên NH4+ -N và hiệu suất xử lý của giai đoạn sinh học Từ kết quả thể hiện trên đồ thị Hình 3.4 nhận thấy, sau