nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau biogas) bằng công nghệ sbr dòng liên tục kết hợp với giá thể

Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .i SUMMARY iii DANH MỤC HÌNH vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1.ĐẶT VẤN ĐỀ 2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1Nội dung nghiên cứu lý thuyết 3.2Nội dung nghiên cứu thực nghiệm 4.MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 5.ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 5.1Đối tượng nghiên cứu 5.2Giới hạn nghiên cứu 5.3Địa điểm thực 6.ĐÓNG GÓP KHOA HỌC, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI CỦA NGHIÊN CỨU 6.1Ý nghĩa khoa học 6.2Ý nghĩa kinh tế 6.3Ý nghĩa xã hội 7.TÍNH MỚI CỦA NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1T NG UAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TƯƠNG TỰ 1.1CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo iv Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể 1.2T NG UAN VỀ CÔNG NGH XỬ LÝ 1.2.1 Đối với quy mơ hộ gia đình 1.2.2 Đối với sở chăn nuôi quy mô nhỏ 1.2.3 Đối với sở chăn nuôi quy mô vừa lớn 1.2.4 Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo 1.3T NG QUAN VỀ H THỐNG SBR 10 1.3.1 Công nghệ SBR truyền thống 10 1.3.2 Công nghệ SBR dòng liên tục (ICEAS) 12 CHƯƠNG 2T NG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 17 2.1T NG UAN VỀ T NH H NH CHĂN NUÔI T ÊN Đ A ÀN T NH NH DƯƠNG 17 2.1.1 Tình hình chăn ni t ên địa bàn 17 2.1.2 Tình hình phát sinh ch t thải từ q t ình chăn ni 17 CHƯƠNG 3PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 3.1NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21 3.2PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 3.2.1 Vật liệu nghiên cứu 21 3.2.2 Mơ hình nghiên cứu 22 3.3VẬN HÀNH MƠ HÌNH 24 3.3.1 Thực nghiệm 1: Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn ni mơ hình SBR cải tiến có giá thể 24 3.3.2 Thực nghiệm 2: So sánh hiệu xử lý mơ hình SBR cải tiến có khơng có giá thể 25 3.4PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 26 3.5PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ XỬ LÝ SỐ LI U 31 CHƯƠNG 4KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 4.1GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI 33 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo v Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể 4.2GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI 34 4.2.1 Hiệu xử lý COD qua tải trọng 34 4.2.2 Hiệu xử lý nitơ (NH4+ - N) 41 4.2.3 Hiệu xử lý TN mơ hình 43 4.2.4 Sự biến thiên nồng độ nirtit nitrat 45 4.3ĐỀ XUẤT THÔNG SỐ VẬN HÀNH, UY T NH XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP 46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH 48 5.1KẾT LUẬN 48 5.2KIẾN NGH 48 TÀI LI U THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 1: SỐ LI U VẬN HÀNH 52 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo vi Nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể DANH MỤC H NH Hình 1.1 Quy trình xử lý quy mơ hộ gia đình Hình 1.2 Quy trình xử lý quy mơ hộ gia đình Hình 1.3 Quy trình xử lý quy mô nhỏ Hình 1.4 Quy trình xử lý quy mô vừa lớn Hình Quy trình xử lý quy mô vừa lớn Hình 1.6 Pha phản ứng bể ICEAS .13 Hình 1.7 Pha lắng bể ICEAS .13 Hình 1.8 Pha rút nước bể ICEAS .14 Hình 1.9 Nước đầu có SS thấp (M Hallberg et al., 2009) 16 Hình Nội dung nghiên cứu 21 Hình 3.2 Giá thể Sponge 22 Hình 3.3 Mơ hình SBR cải tiến 24 Hình 3.4 Thí nghiệm COD .26 Hình 3.5 Thí nghiệm COD .27 Hình 3.6 Tủ Kjeldahl TKN .28 Hình Sự biến đổi nồng độ COD vào,COD hiệu suất bể ICEAS-MBSBR giai đoạn thích nghi 34 Hình 4.2 Nồng độ COD đầu vào, đầu hai mơ hình tải trọng 0.4 kgCOD/m3.ngày .35 Hình 4.3 Hiệu loại bỏ COD mơ hình ICEAS – SBR mơ hình ICEAS – MBSBR tải trọng 0.4 kgCOD/m3.ngày 35 Hình 4.4 Nồng độ COD đầu vào, đầu hai mơ hình tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày .37 Hình 4.5 Hiệu loại bỏ COD mơ hình ICEAS – SBR mơ hình ICEAS – MBSBR tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày 37 Hình 4.6 Nồng độ COD đầu vào, đầu hai mơ hình tải trọng 0.8 kgCOD/m3.ngày .38 Hình Hiệu loại bỏ COD mơ hình ICEAS – SBR mơ hình ICEAS – MBSBR tải trọng 0.8 kgCOD/m3.ngày 39 Hình 4.8 Nồng độ COD đầu vào, đầu hai mơ hình tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày .40 Hình 4.9 Hiệu loại bỏ COD mơ hình ICEAS – SBR mơ hình ICEAS – MBSBR tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày 40 Hình 4.10 Sự biến đổi nồng độ Ammonia đầu vào, đầu hai mô hình qua tải trọng 41 Hình 4.11 Hiệu loại bỏ NH4+ - N mơ hình ICEAS-MBSBR mơ hình ICEAS-SBR 43 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo vii Nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể Hình 4.12 Sự biến đổi nồng độ đầu vào, đầu hiệu suất loại bỏ TN hai mơ hình 43 Hình 4.13 Hiệu loại bỏ TN mơ hình ICEAS-MBSBR mơ hình ICEASSBR 44 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo viii Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) công nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số thông số vận hành bể ICEAS (Phuoc N.V., 2014) 15 Bảng 2.1 Danh sách công ty chăn nuôi tập trung địa bàn tỉnh Bình Dương 17 Bảng 2.2 Khối lượng phân nước tiểu heo thải ngày đêm .18 Bảng 2.3 Thành phần hóa học phân heo 19 Bảng 2.4 Các loại vi khuẩn có phân 19 Bảng Thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi heo sau Biogas……………… 21 Bảng 3.2 Thông số thiết kế mơ hình SBR .23 Bảng 3.3 Thông số vận hành giai đoạn chạy thích nghi 24 Bảng 3.4 Thông số vận hành giai đoạn chạy tải trọng 25 Bảng 4.1 Tải trọng thực nghiệm mơ hình nghiên cứu 34 Bảng 4.2 Kết loại bỏ COD tải trọng hữu 36 Bảng 4.3 Hiệu xử lý TN hai mơ hình .44 Bảng 4.4 Kết Nitrat, Nitrit đầu hai mơ hình 45 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo ix Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể CÁC CHỮ VIẾT TẮT A/O An/O Anaerobic/Aerobic Kỵ khí/ Hiếu khí A2/O Anaerobic/Anoxic/Aerobic Kỵ khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí An/Ax/Ox/Ax/Ox Anaerobic/Anoxic/Aerobic/ Anoxic/Aerobic Kỵ khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí/ Thiếu khí/ Hiếu khí AOPs Advanced Oxidation Processes Cơng nghệ oxy hóa nâng cao BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường ICEAS Intermitten Cycle Extended Aeration System Hệ thống phản ứng dạng mẻ dòng liên tục CBOD Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu Oxy sinh hóa chất gốc Carbon COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CHC Chất hữu CFU Colony-Forming Unit Đơn vị sử dụng để ước tính số lượng vi khuẩn hữu hiệu mẫu DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan F/M Food/Microoganism Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật HRT Hydraulic Retention Time Thời gian lưu nước bể bùn hoạt tính KTTĐPN SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo Kinh tế trọng điểm phía Nam x Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Cặn lơ lửng hỗn hợp bùn NBOD Nitrogenous Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu Oxy sinh hóa chất gốc Nitơ PLC Programatical Logic Controller Bộ điều khiển logic lập trình SBR Sequencing batch reactors Bể phản ứng theo mẻ gián đoạn SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng SRT Solids Retention Time Thời gian lưu bùn bể bùn hoạt tính SVI Sludge Volume Index (Chỉ số thể tích bùn) THT Than hoạt tính TKN Total Kjeldahl Nitrogen Tổng Nitơ Kjeldahl TN Tổng Nitơ TOC Total Organic Carbon Tổng số Carbon hữu VSV Vi sinh vật VK Vi khuẩn MBB Moving bed Biofilm Reactor Sinh học hiếu khí kết hợp giá thể di động SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo xi Nghiên cứu xử lý nước thải chăn ni heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, ngành chăn nuôi heo Việt Nam dần chuyển biến từ hộ chăn ni gia đình sang doanh nghiệp chăn ni Sự phát triển mạnh mẽ ngành chăn nuôi giúp tăng trưởng kinh tế đất nước, nhiên, kèm với phát triển ạt hệ lụy tới mơi trường, khơng có biện pháp bảo vệ môi trường hợp lý nguy hại tới đời sống sinh vật, vậy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau biogas) công nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể” góp phần vào giải vấn đề môi trường ngành chăn ni  Tính c p thiết đề tài Nguồn nước thải chăn nuôi, đặc biệt nước thải từ hầm biogas, nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán… Nguồn nước có nguy gây nhiễm tầng nước mặt, nước ngầm trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc Đồng thời lây lan số bệnh cho người ảnh hưởng đến môi trường xung quanh nước thải chăn ni chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,…nếu không xử lý kịp thời Bên cạnh có nhiều loại khí tạo hoạt động vi sinh vật NH3, CO2, CH4, H2S, Các loại khí gây nhiễm độc khơng khí nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống người hệ sinh thái Hiện nay, có nhiều cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi giết mổ áp dụng Tuy nhiên, vấn đề tồn chất lượng nước thải sau xử lý tồn uy trình cơng nghệ thường khơng ổn định chưa đạt uy chuẩn xả thải, đặc biệt thành phần Nitơ,Photpho Chính vậy, việc lựa chọn đưa công nghệ xử lý giúp xử lý triệt để thành phần chất thải lựa chọn cấp thiết ưu tiên MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu thực nhằm đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn ni hai mơ hình, mơ hình có kết hợp giá thể Nghiên cứu thực với quy mơ phòng thí nghiệm nhằm đánh giá khả xử lý chất hữu chất dinh dưỡng N mơ hình nghiên cứu ICEAS qua tải trọng khác NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu lý thuyết Khảo sát điều tra nhà máy chăn ni heo địa bàn tinh Bình Dương Khảo sát thành phần tính chất nước thải sau biogas sở chăn nuôi địa bàn tỉnh SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) cơng nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể 3.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm Xử lý thành phần hữu dinh dưỡng nước thải chăn ni sau biogas áp dụng mơ hình SBR dòng liên tục kết hợp vật liệu tiếp xúc - Nghiên cứu mơ hình SBR cải tiến (ICEAS) sử dụng giá thể sponge đề xử lý nước thải chăn nuôi từ hầm biogas - Nghiên cứu hiệu uả xử lý mơ hình ICEAS tải trọng 04 - 0.6 – 0.8 – 1.0kg COD/m3.ngày với chu kì phản ứng 8h - Đánh giá hiệu uả xử lý mơ hình tiêu COD, NH4+,NO3,NO2-,TN - So sánh hiệu uả xử lý công nghệ SBR liên tục có kết hợp giá thể spone SBR dòng liên tục tải trọng tối ưu MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Mơ hình bể SBR dòng liên tục làm mơ theo thực tế mica dày 3,5 mm, có kích thước D x R x C = 15x30x45 (cm) Bể chia thành ngăn: ngăn tiền xử lý lít ngăn phản ứng 18 lít Hai ngăn thơng vách hở đặt cách đáy 20 mm Vị trí nước vào ngăn cách đáy 350 mm, nước ngăn cách đáy 300 mm Nước cấp vào tháo (gạn) khỏi bể bơm định lượng với lưu lượng điều chỉnh van (điều chỉnh lưu lượng) Ôxy cấp vào bể máy thổi khí với van tiết lưu hệ thống phân phối khí gồm hệ thống ống dẫn hình xương cá đặt đáy bể với đá bọt Trong ngăn phản ứng bể gắn máy khuấy chìm dùng để xáo trộn nước rỉ rác bùn hoạt tính thời gian ngưng sục khí (giai đoạn thiếu khí chu kỳ xử lý) Hệ thống thiết bị mơ hình kết nối với điều chỉnh nhằm đảm bảo thời gian hoạt động thích hợp chu kỳ xử lý Mơ hình đặt Viện Mơi trường Tài nguyên TPHCM ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 5.1 Đối tượng nghiên cứu Cty TNHH San Miguel Pure Food thuộc xã Lai Hưng, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương 5.2 Giới hạn nghiên cứu Nghiên cứu xử lý chất hữu dinh dưỡng có nước thải chăn nuôi sau biogas công nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể 5.3 Địa điểm thực Đề tài thực Viện Mơi trường Tài ngun thành phố Hồ Chí Minh với mơ hình bể SBR cải tiến SVTH: Nguyễn Mạnh Cường GVHD: Trần Minh Bảo Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo (sau Biogas) công nghệ SBR dòng liên tục kết hợp với giá thể Ở tải trọng 0.8 kgCOD/m3.ngày, hiệu suất xử lý hai mơ hình tiếp tục giảm, đặc biệt mơ hình ICEAS – SBR 6,5%, mơ hình ICEAS – MBSBR giảm 4% Tuy nhiên, khả xử lý TN hai mơ hình tải trọng không ổn định, giao động 4, 3mg/l mơ hình ICEAS – SBR 5,5mg/l mơ hình ICEAS – MBSBR Ở tải trọng 1,0 kgCOD/m3.ngày, hiệu suẩt xử lý hai mơ hình lại có hai xu hướng trái ngược Hiệu suất mô hình ICEAS – SBR tiếp tục giảm so với tải trọng trước khoảng 2% Tuy nhiên, hiệu suất xử lý TN mơ hình ICEAS – MBSBR lại tăng 2,6 % so với tải trọng trước 4.2.4 Sự biến thiên nồng độ nirtit nitrat ảng 4.4 Kết Nit at, Nit it đầu a hai mơ hình Tải trọng, kgCOD/m3 ngày - NO2 ra, mg/l (ICEAS-SBR) NO2- ra, mg/l (ICEASMBSBR) - NO3 ra, mg/l (ICEAS-SBR) NO3- ra, mg/l (ICEASMBSBR) 0,4 1,48 ± 0,29 1,43 ± 0,36 1,26 ± 0,12 1,13 ± 0,15 0.6 2,11 ± 0,13 1,81 ± 0,14 1,87 ± 0,08 1,64 ± 0,08 0.8 3,35 ± 0,24 2,78 ± 0,16 2,23 ± 0,31 2,38 ± 0,78 1,0 6,1 ± 0,34 4,65 ± 0,37 4,88 ± 0,63 3,24 ± 0,35 Nồng độ nitrat nitrit nước thải đầu vào thấp