tính toán, thiết kế mô hình nuôi và thu hoạch tảo scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm biogas

Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình nuôi thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH .x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƢỢNG THỰC HIỆN GIỚI HẠN PHẠM VI NỘI DUNG THỰC HIỆN PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI .3 CHƢƠNG NUÔI VÀ THU HOẠCH TẢO 1.1 Giới thiệu vi tảo Scenedesmus q trình ni tảo 1.1.1 Giới thiệu chung tảo vi tảo 1.1.1.1 Khái quát vi tảo Scenedesmus 1.1.1.2 Hình thái đặc điểm sinh học vi tảo Scenedesmus 1.1.2 Thành phần hóa học 1.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến sinh trƣởng phát triển tảo 10 1.1.4 Các ứng dụng tảo 13 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà vi Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas 1.2 Các phƣơng pháp nuôi thu hoạch tảo 15 1.2.1 Các phƣơng pháp nuôi tảo 15 1.2.2 Tách sinh khối tảo .16 1.2.2.1 Phƣơng pháp ly tâm .16 1.2.2.2 Phƣơng pháp lọc 17 1.2.2.3 Phƣơng pháp tạo 17 1.3 Các nghiên cứu liên quan nƣớc .18 1.3.1 Các nghiên cứu nuôi tảo .18 1.3.1.1 Trên giới 18 1.3.1.2 Tại Việt Nam 20 1.3.2 Các nghiên cứu thu hoạch tảo .24 CHƢƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ 25 2.1 Đặc tính nƣớc thải sau hầm Biogas 25 2.2 Mục tiêu thiết kế mơ hình 28 2.3 Tiêu chí lựa chọn cơng nghệ 28 2.4 So sánh công nghệ lựa chọn phƣơng án 29 2.5 Cơ sở thiết kế 33 CHƢƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH NI VÀ THU HOẠCH TẢO SCENEDESMUS 34 3.1 Thông số thiết kế 34 3.2 Tính tốn, thiết kế cơng trình đơn vị 34 3.2.1 Bể điều hòa 34 3.2.2 Mơ hình ni thu hoạch tảo 41 3.2.3 Hồ sinh học .49 CHƢƠNG KHAI TỐN KINH PHÍ VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH 51 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà vii Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas 4.1 Khai tốn kinh phí 51 4.1.1 Chi phí xây dựng .51 4.1.1.1 Chi phí vật liệu bê tông cốt thép 51 4.1.1.2 Chi phí nhân cơng xây dựng 52 4.1.2 Chi phí vận hành .53 4.1.2.1 Chi phí điện 54 4.1.2.2 Chi phí vận hành cho việc ni tảo .54 4.2 Vận hành mơ hình 55 4.2.1 Khởi động hệ thống 55 4.2.3 An toàn lao động vận hành 55 4.2.4 Các rủi ro vận hành cách khắc phục .56 4.2.5 Duy trì bảo dƣỡng .56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC .60 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà viii Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học thành phần vitamin vi tảo Scenedesmus .8 Bảng 1.2 Thành phần sinh khối khô vi tảo Scenedesmus Bảng 1.3 Thành phần chất vô sinh khối tảo Scenedesmus .9 Bảng 1.4 Năng suất Scenedesmus ni cấy tự dƣỡng lâu dài ngồi trời 10 Bảng 1.5 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp nuôi tảo 16 Bảng 1.6 Tình hình ni trồng đại trà vi tảo giới giai đoạn 1996 -1997 20 Bảng 2.1 Chỉ tiêu hóa học nƣớc thải trƣớc sau xử lý Biogas khu chuồng lợn nái .25 Bảng 2.2 Chỉ tiêu hóa học nƣớc thải trƣớc sau xử lý Biogas .26 Bảng 2.3 Tổng hợp kết mơ hình ni vi tảo xử lý nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas 27 Bảng 2.4 Thông số nƣớc thải đầu vào 28 Bảng 2.5 Chi phí phải trả sử dụng nƣớc để pha loãng thời gian hoạt động .32 Bảng 3.1 Bảng dự đoán hiệu suất qua cơng trình 34 Bảng 3.2 Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí [13] 37 Bảng 3.3 Tổng hợp thông số thiết kế bể điều hòa 41 Bảng 3.4 Tổng hợp thông số thiết kế bể nuôi tảo 47 Bảng 3.5 Thông số thiết kế bể lọc 49 Bảng 3.6 Thông số thiết kế hồ sinh học 50 Bảng 4.1 Chi phí xây dựng bê tơng 51 Bảng 4.2 Chi phí thiết bị cho hệ thống 52 Bảng 4.3 Chi phí điện 54 Bảng PL1: Tốc độ tăng trƣởng sinh học vi tảo Scenedesmus môi trƣờng thí nghiệm 64 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà ix Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn ni sau hầm Biogas DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Năm pha sinh trƣởng tảo Hình 1.2 Tảo Scenedesmua dƣới kính hiển vi .6 Hình 1.3 Sinh khối vi tảo Scenedesmus Hình 1.4 Mơ hình ni tảo 23 Hình 1.5 Bể ni vi tảo mơ hình phòng thí nghiệm 23 Hình PL.1 pH nhiệt độ nƣớc thải đầu mơ hình thí nghiệm 60 Hình PL.2 Biến thiên hiệu xử lý tổng Nito mô hình thí nghiệm 60 Hình PL.3 Biến thiên hiệu xử lý TP mơ hình thí nghiệm 61 Hình PL.4 Biến thiên mật độ tảo hiệu xử lý TP mô hình thí nghiệm 61 Hình PL.5 Biến thiên hiệu xử lý COD mơ hình thí nghiệm 62 Hình PL.6 Biến thiên hiệu xử lý BOD5 mơ hình thí nghiệm .62 Hình PL.7 Biến thiên mật độ vi tảo bể ni trồng mơ hình thí nghiệm 63 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà x Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh hóa COD Nhu cầu oxy hóa học TN Tổng Nito TP Tổng Phospho QCVN Quy chuẩn Việt Nam BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD Tiêu chuẩn xây dựng SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà xi Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển nhanh chóng kinh tế nƣớc ta, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trở thành vấn đề thiết Một nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trƣờng từ chăn nuôi Ngành chăn nuôi nƣớc ta năm gần phát triển nhanh chóng chất lƣợng quy mô Tuy nhiên, chăn ni hộ gia đình nhỏ lẻ nhƣ trại chăn nuôi lớn việc quản lý sử dụng nguồn chất thải từ chăn ni nhiều bất cập Một số trang trại lớn có biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn ni Trong đó, việc xử lý chất thải số trang trại chƣa đƣợc quan tâm Đặc biệt, chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu nhƣ bị thả Một nguyên nhân ngƣời chăn nuôi chƣa hiểu rõ tầm quan trọng việc xử lý nguồn chất thải; kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải thấp; luật xử lý chất thải chƣa đồng khó áp dụng; chăn nuôi nhỏ lẻ nguyên nhân làm việc quản lý xử lý chất thải gặp nhiều khó khăn;… Hiện nay, nƣớc ta nƣớc thải chăn nuôi chủ yếu đƣợc xử lý hầm phân hủy yếm khí (hầm Biogas), sau trình thành phần gây nhiễm mơi trƣờng mức cao nhƣng nƣớc thải đƣợc xả trực tiếp môi trƣờng, gây ô nhiễm môi trƣờng đặc biệt ô nhiễm nguồn nƣớc mặt khu vực xung quanh điểm xả thải, gây mùi hôi thối dễ sinh mầm bệnh Nếu lƣợng nƣớc thải xả thời gian dài ảnh hƣởng đến môi trƣờng đất nguồn nƣớc ngầm Dựa đặc tính sinh trƣởng lồi tảo Scenedesmus sinh trƣởng tốt môi trƣờng nƣớc thải, tác giả chọn nguồn nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas để làm nguồn dinh dƣỡng ni tảo, từ góp phần giải vấn đề ô nhiễm môi trƣờng Không phục vụ xử lý nƣớc thải chăn nuôi tảo đƣợc sử dụng chủ yếu để làm mỹ phẩm, làm thức ăn cho thuỷ sản, ngƣời động vật khả ứng dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học đƣợc đánh giá cao Tảo có tốc độ sinh trƣởng nhanh, chịu đựng thay đổi mơi trƣờng, có khả phát triển nƣớc thải, có giá trị dinh dƣỡng hàm lƣợng protein cao Các hoạt động sinh học ao nuôi tảo lấy chất hữu dinh dƣỡng nƣớc thải chuyển đổi thành chất dinh tế bào tảo qua trình quang hợp Chính việc “Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải sau hầm Biogas” cần thiết nhằm SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình nuôi thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas đảm bảo nƣớc đầu ổn định giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng ngành chăn nuôi gây hƣớng đến nguồn nhiên liệu sinh học từ Tảo Scennedesmus MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá hiệu suất xử lý chất ô nhiễm nƣớc thải chăn ni tảo Scenedesmus - Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus tạo sóng nhân tạo bể nuôi tảo đánh giá hiệu suất thu hoạch tảo - Cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas nhằm mục đích bảo vệ trƣờng ĐỐI TƢỢNG THỰC HIỆN Nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas tảo Scenedessmus GIỚI HẠN PHẠM VI Thiết kế mơ hình sử dụng nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas để nuôi thu hoạch tảo cho trại heo 500 heo NỘI DUNG THỰC HIỆN Nội dung 1: Nghiên cứu, tổng hợp tài liệu - Tổng quan nƣớc thải chăn nuôi heo Tổng quan vi tảo scenedesmus Tổng quan phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chăn nuôi Nội dung 2: Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với việc xử lý nƣớc thải chăn nuôi heo sau hầm Biogas Nội dung 3: Tính tốn chi phí xây dựng vận hành PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo tài liệu ngồi nƣớc có liên quan để làm sở cho việc thực đề tài - Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia lĩnh vực để hiểu rõ đề tài xây dựng phƣơng án thu thập, phân tích xử lý số liệu - Phương pháp phân tích xử lý số liệu, gồm: phân tích, tính tốn cơng trình đơn vị dung phần mềm vẽ kĩ thuật thể cơng trình vẽ - Phương pháp so sánh: So sánh ƣu nhƣợc điểm công nghệ nuôi thu hoạc tảo, sau lựa chọn cơng nghệ tối ƣu SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas - Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mơ tả cấu trúc cơng trình đơn vị hệ thống xử lý nƣớc thải Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Xử lý nƣớc thải chăn nuôi sau hầm Biogas sản xuất Tảo phục vụ cho mục tiêu tăng lợi nhuận chăn nuôi giảm thiểu ô nhiễm xả thải nƣớc thải sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas CHƢƠNG NUÔI VÀ THU HOẠCH TẢO 1.1 Giới thiệu vi tảo Scenedesmus q trình ni tảo 1.1.1 Giới thiệu chung tảo vi tảo Tảo (Algae) thực vật bậc thấp (thực vật có bào tử, thể không phân chia thành thân, rễ, lá) Trong tế bào tảo có chứa diệp lục chúng sống chủ yếu nƣớc Vi tảo (Microalgae) tất loại tảo có kích thức hiển vi tức muốn quan sát đƣợc chúng phải sử dụng kính hiển vi Trong số khoảng 50.000 loài tảo giới vi tảo chiếm khoảng 2/3 Vai trò quan trọng vi tảo thể qua trình quang hợp hấp thụ CO2, cung cấp O2 cho sinh vật khác trái đất, khép kín vòng tuần hồn vật chất làm tăng tốc độ quay vòng chu trình (Ngơ Kế Sƣơng, 1994) Tảo có mặt khắp nơi trái đất, từ đỉnh núi cao dƣới đáy biển sâu, chí độ sâu khoảng 200 m dƣới biển nhƣ nƣớc biển (Bourrelly, 1970) Những lồi tảo sống thủy vực đƣợc gọi tảo phù du (phytoplankton) tảo sống bám đáy thủy vực, bám vật sống hay thành tàu thuyền đƣợc gọi tảo đáy (phytobentos) Dạng tảo cộng sinh với nấm thành địa y dạng phân bố rộng rãi nhiều loài đƣợc khai thác dùng làm dƣợc phẩm, nƣớc hoa, phẩm nhuộm mục đích kinh tế khác (hiện biết tới 20.000 loài địa y thuộc 400 chi khác nhau) Các giai đoạn sinh trƣởng phát triển Sự tăng trƣởng tảo nuôi trồng điều kiện vô trùng đƣợc đặc trƣng pha (Trần Thị Thanh Hiền, 2000) đƣợc thể hình 1.1 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas Bảng PL1: Tốc độ tăng trƣởng sinh học vi tảo Scenedesmus mơi trƣờng thí nghiệm Ngày Dinh dƣỡng Nƣớc thải 50% Nƣớc thải 75% 40.000 270.000 90.000 40.000 90.000 80.000 330.000 30.000 80.000 30.000 -10.000 40.000 420.000 -10.000 30.000 150.000 120.000 300.000 1.120.000 520.000 210.000 610.000 100.000 310.000 10.000 190.000 10 670.000 230.000 11 790.000 -10.000 -40.000 12 120.000 -450.000 -50.000 13 120.000 580.000 80.000 14 920.000 580.00 670.000 15 -160.000 -360.000 -190.000 SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 64 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 65 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 65 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 66 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 67 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 68 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 69 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 70 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 71 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 72 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas SVTH: Lê Thị Kim Liên GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà 73 ... tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình ni thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas Nƣớc thải nhiễm dầu sau qua xử lý học, hóa lý -Aeroten kết hợp với bể lắng... nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình nuôi thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn ni sau hầm Biogas Hình 1.3 Sinh khối vi tảo Scenedesmus [15] Tảo đƣợc sử dụng chủ yếu để xử lý môi... nghiệp Tính tốn, thiết kế mơ hình nuôi thu hoạch tảo Scenedesmus kết hợp với xử lý nước thải chăn nuôi sau hầm Biogas 1.2 Các phƣơng pháp nuôi thu hoạch tảo 15 1.2.1 Các phƣơng pháp nuôi tảo