Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Luận án tiến sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN SÁNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KẾT HỢP LỌC MÀNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN SÁNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC KẾT HỢP LỌC MÀNG CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ SỐ: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Trần Văn Quy TS Trần Hùng Thuận Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ đề tài cấp Bộ Khoa học Công nghệ “Nghiên cứu chế tạo môđun màng lọc polyme hợp khối phục vụ xử lý nước thải chăn nuôi” TS Trần Hùng Thuận làm chủ nhiệm đề tài, mà tơi thành viên tham gia trực tiếp thực Các kết luận án trung thực chủ nhiệm đề tài TS Trần Hùng Thuận cho phép sử dụng Tác giả luận án Nguyễn Sáng LỜI CẢM ƠN Tôi cảm ơn sâu sắc PGS TS Trần Văn Quy – Giảng viên cao cấp Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội TS Trần Hùng Thuận – Giám đốc Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Ứng dụng Công nghệ, Bộ Khoa học Cơng nghệ, hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận án Tôi cảm ơn TS Chu Xuân Quang – Trưởng phòng Cơng nghệ Vật liệu mơi trường, đồng nghiệp Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Ứng dụng Công nghệ, quan tâm, chia sẻ góp ý chun mơn, động viên suốt thời gian thực luận án Tôi gửi lời tri ân tới quý thầy, cô giáo mơn Cơng nghệ Mơi trường tồn thể thầy, giáo ngồi Khoa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội quan tâm giúp đỡ tơi q trình học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quan bố mẹ gia đình tơi … giúp đỡ, tạo điều kiện để hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu học tập Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Sáng MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14 1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi Việt Nam 14 1.2 Khối lƣợng đặc tính nƣớc thải chăn ni 15 1.3 Ảnh hƣởng chất thải chăn nuôi đến môi trƣờng 19 1.4 Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi giới Việt Nam 19 1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giới .19 1.4.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam 32 1.5 Công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng 36 1.5.1 Các giai đoạn xử lý 36 1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả lọc màng lọc .41 1.5.3 Hiện tượng tắc nghẽn màng lọc giải pháp làm màng lọc 45 1.6 Hiện trạng ứng dụng công nghệ MBR Việt Nam 48 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 52 2.1.1 Nước thải chăn nuôi lợn 52 2.1.2 Môđun màng lọc 52 2.1.3 Nguồn vi sinh vật sử dụng nghiên cứu 53 2.2 Phạm vi, quy mô nghiên cứu 53 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 53 2.3.1 Phương pháp luận nghiên cứu 53 2.3.2 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu 53 2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản phân tích mẫu 54 2.3.4 Xác định thành phần, đặc tính nước thải chăn ni lợn 56 2.3.5 Khảo sát thích nghi đặc tính bùn hoạt tính .56 2.3.6 Lắp ghép môđun màng lọc polyme 57 2.3.7 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tắc nghẽn màng lọc 62 2.3.8 Khảo sát xây dựng mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nước thải chăn ni quy mơ phòng thí nghiệm 66 2.3.9 Khảo sát điều kiện vận hành mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mơ phòng thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi 71 2.3.10 Đánh giá khả xử lý nước thải chăn ni lợn mơ hình hệ thống vận hành với điều kiện lựa chọn 72 2.3.11 Tính tốn sản lượng bùn dư hệ thống lọc màng 73 2.3.12 Nghiên cứu điều kiện làm màng lọc 73 2.3.13 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 73 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 75 3.1 Đặc tính nƣớc thải chăn ni lợn khu vực nghiên cứu 75 3.2 Sự thích nghi đặc tính bùn hoạt tính 76 3.3 Ảnh hƣởng số yếu tố vận hành lọc đến trình tắc màng 82 3.3.1 Ảnh hưởng vật liệu màng lọc dạng phẳng .82 3.3.2 Ảnh hưởng hình thái mơđun màng lọc sợi rỗng 84 3.3.3 Ảnh hưởng cường độ sục khí .86 3.3.4 Ảnh hưởng suất lọc 88 3.3.5 Ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính 90 3.4 Xây dựng mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nƣớc thải chăn ni quy mơ phòng thí nghiệm 92 3.4.1 Lựa chọn thời gian lưu nước bể theo kiểu mẻ 92 3.4.2 Xây dựng mơ hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng quy mô phòng thí nghiệm 96 3.5 Ảnh hƣởng điều kiện vận hành mơ hình hệ thống đến hiệu xử lý 98 3.5.1 Ảnh hưởng lưu lượng đầu vào 98 3.5.2 Ảnh hưởng tỷ lệ dòng tuần hồn nước đến hiệu xử lý nitrat 103 3.6 Đánh giá chung q trình vận hành mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mơ phòng thí nghiệm 107 3.6.1 Khả xử lý nước thải chăn ni lợn mơ hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng 109 3.6.2 Năng xuất xử lý tải lượng COD, NH4+ mơ hình hệ thống 123 3.6.3 Khả loại bỏ chất rắn vi khuẩn 127 3.7 Sản lƣợng bùn dƣ hệ thống lọc màng 128 3.8 Quá trình lọc màng xử lý tắc nghẽn màng lọc 131 3.8.1 Quá trình lọc màng tượng tắc nghẽn màng lọc 131 3.8.2 Phương pháp khắc phục tắc nghẽn màng lọc 133 3.9 Tính tốn chi phí khả ứng dụng mơ hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng vào xử lý nƣớc thải chăn nuôi 136 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 PHỤ LỤC 151 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AO Yếm khí kết hợp hiếu khí (Anaerobic Oxic) AUBF Bể với giá thể yếm khí dòng chảy ngược (Anaerobic Upflow Bed Filter) Anammox Phản ứng ơxy hóa yếm khí amoni (Anaerobic Ammonium Oxdation) BNNPTNT Bộ Nơng nghiệp Phát triển Nơng thơn BOD Nhu cầu ơxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) BHT Bùn hoạt tính BTNMT Bộ Tài ngun Mơi trường COD Nhu cầu ơxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) DO Ơxy hòa tan (Dissolved Oxygen) HRT Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time) JICA Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) MBR Bể sinh học kết hợp lọc màng (Membrane Bioreactor) MLSS Nồng độ chất rắn lơ lửng hỗn hợp chất lỏng/rắn/huyền phù (Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Nồng độ chất rắn dễ bay hỗn hợp chất lỏng/rắn/ huyền phù (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) Ncs Nhóm cộng QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia SBR Bể phản ứng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor) SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid) SRT Thời gian lưu bùn (Solid Retention Time) SVI Chỉ số thể tích lắng bùn (Sludge Volume Index) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Tổng nitơ TP Tổng phơtpho UASB Bể với lớp bùn yếm khí dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) VSV Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sự thay đổi số lượng vật nuôi giai đoạn 2012 – 2015 14 Bảng 1.2 Thành phần hóa học phân lợn từ 70 – 100 kg 16 Bảng 1.3 Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg 17 Bảng 1.4 Hiệu suất xử lý hệ thống đất ngập nước Cooper County Hog Farm, Australia 20 Bảng 1.5 Hiệu suất tải lượng xử lý hệ thống đất ngập nước Leping, Trung Quốc 21 Bảng 2.1 Đặc điểm loại vật liệu màng 52 Bảng 2.2 Phương pháp phân tích thiết bị sử dụng 55 Bảng 3.1 Đặc điểm nước thải chăn nuôi lợn sử dụng nghiên cứu 75 Bảng 3.2 Độ bền kéo loại vật liệu màng 83 Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời gian lưu nước bể yếm khí đến hiệu xử lý COD 93 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian lưu nước bể hiếu khí đến hiệu xử lý COD NH4+-N 94 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian lưu nước bể thiếu khí 95 đến hiệu xử lý NO3- - N COD 95 Bảng 3.6 Lưu lượng đầu vào bể 99 Bảng 3.7 Thời gian lưu nước bể toàn hệ với lưu lượng đầu vào khác 99 Bảng 3.8 Lưu lượng vào bể với tỷ lệ tuần hoàn nước khác 104 Bảng 3.9 Thời gian lưu nước bể toàn hệ với tỷ lệ tuần hoàn nước khác 105 Bảng 3.10 Mật độ coliform trước sau xử lý 127 Bảng 3.11 Độ đục nước thải trước sau xử lý 127 Bảng 3.12 Áp suất qua màng sau ngâm màng với nồng độ NaOCl khác 134 ... xử lý hiệu nước thải chăn nuôi áp dụng công nghệ này, việc lựa chọn thực đề tài luận án Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi phương pháp sinh học kết hợp lọc màng cần thiết Các kết nghiên cứu. .. cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi giới Việt Nam 19 1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giới .19 1.4.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam 32 1.5 Công nghệ sinh học kết. .. hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nước thải chăn ni quy mơ phòng thí nghiệm 66 2.3.9 Khảo sát điều kiện vận hành mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mơ