NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KẾT HỢP LỌC MÀNG

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 trường đất nước Mã số: 62440303 TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2016 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ngƣời dƣớng dẫn khoa học PGS.TS Trần Văn Quy TS Trần Hùng Thuận Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia tại: ………………………………………… Vào hồi …… …… ngày …… tháng …… năm 20 Có thể tìm hiểu Luận án Tiến sĩ tại:  Thƣ viện Quốc gia Việt Nam  Trung tâm thông tin Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Những năm gần đây, tăng trưởng nhanh ngành chăn nuôi Việt Nam, góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế đất nước Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, ngành chăn nuôi làm cho môi trường ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng dân cư hệ sinh thái tự nhiên nước thải từ trang trại đưa vào nguồn tiếp nhận chưa qua xử lý xử lý biện pháp đơn lẻ, không hiệu quả, không đạt tiêu chuẩn xả thải Trong số đó, phải kể đến nguồn nước thải từ trang trại chăn nuôi lợn với hàm lượng chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất dinh dưỡng nitơ, phôtpho vi sinh vật gây bệnh cao nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải cho phép Trên thực tế, nước ta vấn đề xử lý nguồn nước thải ô nhiễm thường bị bỏ qua Do đó, việc xử lý khối lượng lớn nước thải phát sinh từ ngành chăn nuôi gia súc nhu cầu cấp thiết ngành cơng nghiệp mơi trường Có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như: phương pháp sinh học (cơng nghệ bùn hoạt tính, phân hủy yếm khí, thực vật thủy sinh); phương pháp hóa lý; phương pháp đất ngập nước; nghiên cứu, áp dụng Các phương pháp gây tốn chi phí hóa chất, u cầu thời gian lưu nước dài (20 – 30 ngày) sử dụng diện tích đất lớn Ngồi ra, nồng độ thành phần nitơ phôtpho nước thải chăn nuôi lớn, nên phương pháp chưa thể xử lý triệt để chất ô nhiễm Tại nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học xử lý nước thải có tải trọng nhiễm cao chăn nuôi nghiên cứu, ứng dụng cải tiến nhiều năm qua Để tăng hiệu xử lý nguồn thải này, việc ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng (gọi tắt công nghệ MBR) coi giải pháp hướng phù hợp giới Dựa khả tách loại rắn – lỏng tốt màng nên làm tăng nồng độ vi sinh bể xử lý, đặc biệt vi khuẩn có tốc độ sinh trưởng thấp Nitrosomonas, Nitrobacter (oxy hóa ammoni thành NOx-), dẫn đến tăng hiệu suất xử lý nitơ cao 60% so với cơng nghệ bùn hoạt tính truyền thống, đồng thời màng loại bỏ vi khuẩn gần tuyệt đối (Urbain ncs, 1996; Kim ncs, 2008) Ngoài ra, cơng nghệ có khả xử lý BOD5, COD, SS TP nước thải chăn nuôi lợn, với hiệu suất đạt cao (Kim ncs, 2005) Tuy nhiên, tải lượng chất ô nhiễm nguồn nước thải chăn nuôi đầu vào thường xuyên thay đổi, khó kiểm sốt ổn định chất lượng nước đầu sau trình xử lý Bên cạnh đó, việc khắc phục tượng tắc nghẽn màng lọc, thường xảy vận hành hệ thống MBR, đòi hỏi màng phải làm hóa chất thay (Judd, 2006; DSTI, 2009) Do đó, làm cho giá thành vận hành hệ thống xử lý nước thải công nghệ tăng cao Chính vậy, để bố trí đơn nguyên phù hợp hệ thống công nghệ MBR xác định điều kiện vận hành tối ưu nhằm khắc phục tồn trên, để xử lý hiệu nước thải chăn nuôi áp dụng cơng 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 góp phần việc tìm kiếm phương pháp hiệu xử lý nước thải chăn nuôi, phù hợp với điều kiện Việt Nam, góp phần phát triển cơng nghiệp hóa ngành chăn ni theo Quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng năm 2008 Thủ tướng Chính phủ Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp lọc màng đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B mà khơng sử dụng hóa chất q trình xử lý; - Xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp lọc màng để vừa đáp ứng tiêu chuẩn xả thải nguồn nước thải vừa giảm thiểu tắc nghẽn màng Luận điểm khoa học Nghiên cứu đặt ra, dựa số luận điểm sau: - Nước thải chăn nuôi lợn loại nước thải đặc trưng có khả gây nhiễm mơi trường cao có chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ, phôtpho vi sinh vật gây bệnh Trước đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sử dụng phương pháp như: phương pháp sinh học, phương pháp keo tụ, phương pháp hóa học, sử dụng hệ thống đất ngập nước, … nhiên phương pháp có hiệu xử lý chưa cao, thời gian vận hành kéo dài, sử dụng diện tích đất lớn; - Ở Việt Nam, cơng nghệ lọc màng ứng dụng xử lý nước thải nước thải bệnh viện, nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, … nhiên hầu hết thử nghiệm sử dụng trường hợp có hàm lượng chất rắn lơ lửng chất ô nhiễm thấp Đối với nguồn nước thải có tải trọng ô nhiễm cao nước thải chăn nuôi lợn nghiên cứu sử dụng cơng nghệ tiềm khiêm tốn; - Việc kết hợp phương pháp vật lý, sinh học lọc màng khắc phục hạn chế mà phương pháp khác cịn tồn khơng giải như: xử lý hợp chất hữu hòa tan, nitơ, phốtpho, chất rắn lơ lửng loại vi khuẩn gây bệnh cách hiệu quả; thời gian lưu ngắn; không cần bể lắng bùn; không sử dụng hóa chất cho q trình xử lý; giảm thiểu sản phẩm nhiễm thứ cấp đồng thời tiết kiệm chi phí cho q trình xử lý Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ sinh học kết hợp với lọc màng định hướng tiềm áp dụng xử lý nước thải chăn nuôi Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Phân tích, đánh giá đặc tính nước thải chăn ni khu vực nghiên cứu lắp ghép môđun màng lọc; Nội dung 2: Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình tắc nghẽn màng lọc (vật liệu màng, hình thái mơđun màng, suất lọc, cường độ sục khí nồng độ bùn hoạt tính bể tích hợp màng lọc) mơđun màng lọc lắp ghép; Nội dung 3: Khảo sát thích nghi đánh giá đặc tính bùn hoạt tính với nước thải chăn nuôi; Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng để xử lý nước thải chăn nuôi quy mô phịng thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng điều kiện vận hành hệ thống (lưu lượng nước thải đầu vào, tỷ lệ dịng tuần hồn nước từ bể hiếu khí bể thiếu khí đặc tính nước thải đầu vào) đến hiệu xử lý chất ô nhiễm nước thải; Nội dung 5: Nghiên cứu điều kiện làm màng lọc; Nội dung 6: Tính toán sản lượng bùn dư thải bỏ bể hiếu khí tích hợp màng lọc Ý nghĩa đề tài: 5.1 Ý nghĩa khoa học  Kết thực đề tài chứng tỏ việc ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng hệ thống xử lý nước thải có tải trọng nhiễm cao nước thải chăn nuôi lợn khả quan sở khoa học để triển khai thực tế;  Xác định chế độ vận hành hệ thống sinh học kết hợp lọc màng giúp giảm thiểu tác nghẽn màng q trình vận hành, góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ màng ứng dụng xử lý nước thải 5.2 Ý nghĩa thực tiễn  Hệ thống thiết bị chế độ vận hành đơn giản, không cần bể lắng bùn, không sử dụng hóa chất, tiết kiệm chi phí cho q trình xử lý, phù hợp với điều kiện Việt Nam;  Góp phần tạo cơng nghệ cải tạo, nâng cấp hệ thống xứ lý nước thải có, đảm bảo hiệu xử lý, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Đóng góp đề tài - Đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp lọc màng Việt Nam, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B; - Xác định chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp lọc màng, vừa đáp ứng tiêu chuẩn xả thải vừa giảm thiểu tắc nghẽn màng Kết cấu luận án Luận án bố cục thành chương phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu; Chương 2: Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu; Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Luận án trình bày 131 trang A4, 12 bảng biểu, 45 hình vẽ, danh mục cơng trình khoa học tác giả công bố, 94 tài liệu tham khảo tiếng Việt tiếng Anh Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tình hình phát triển chăn ni Việt Nam Trong năm vừa qua, ngành chăn nuôi nước giữ mức tăng trưởng cao ổn định Về hình thức chăn ni, nay, chăn ni quy mơ nhỏ lẻ hộ gia đình chiếm tỷ trọng lớn khoảng 65 - 70% số lượng sản lượng Tuy nhiên, ngành chăn ni nước ta có dịch chuyển nhanh chóng từ chăn ni nhỏ lẻ sang chăn nuôi quy mô lớn, trang trại, công nghiệp 1.2 Khối lƣợng đặc tính nƣớc thải chăn ni Nước thải chăn nuôi hỗn hợp bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật ni Chỉ tính riêng với chăn ni lợn, trung bình lượng nước thải 25 lít/con lợn/ngày lượng nước thải năm khoảng 85 triệu m3, số đáng kể (Trần Văn Tựa, 2015) Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng nồng độ chất ô nhiễm tăng cao Về thành phần mức độ ô nhiễm nước thải chăn nuôi, qua kết khảo sát Viện KH&CN Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2009) nhận thấy, giá trị COD, TN, TP, SS coliform nước thải chăn nuôi lợn cao, với giá trị tương ứng 2500 – 12120 mgO2/L, 185 – 4539, 28 - 831, 190 – 5830 mg/L 4x104 - 108 MPN/100 mL Trong đó, kết chất lượng nước thải trang trại Hịa Bình Xanh (xã Hợp Hịa, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình) với khoảng 3000 lợn cho thấy thông số ô nhiễm COD, NH4+, TP SS tương ứng 5630 ± 1032, 544 ± 57, 60 ± 18 4904 ± 901 (Cao Thế Hà ncs, 2015) Các giá trị ô nhiễm không đạt tiêu chuẩn Ngành vệ sinh nước thải chăn nuôi 10 TCN 678:2006 vượt gấp nhiều lần tiêu chuẩn khắt khe Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01-79:2011/BNNPTNT) 1.3 Ảnh hƣởng chất thải chăn nuôi đến môi trƣờng Phân nước thải từ vật nuôi chứa nhiều thành phần N, P VSV gây hại, khơng gây nhiễm khơng khí mà cịn làm ô nhiễm đất, làm rối loạn độ phì đất, mặt nước nguồn nước ngầm Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng nồng độ chất ô nhiễm tăng cao, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống sức khỏe cộng đồng (Đặng Đình Kim ncs, 2005) 1.4 Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi giới Việt Nam 1.4.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giới Việc xử lý nước thải chăn nuôi nghiên cứu triển khai nước phát triển từ cách vài chục năm Các công nghệ áp dụng cho xử lý nước thải có tải trọng nhiễm cao chăn ni đa dạng chủ yếu phương pháp sinh học chúng có tính bền vững, thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên (Sirianuntapiboon ncs, 2006) Công nghệ đất ngập nước công nghệ xử lý nước thải áp dụng điều kiện tự nhiên, thân thiện môi trường Công nghệ đất ngập nước đạt kết tốt việc xử lý COD, BOD 5, TSS, hiệu suất đạt cao (trên 90%) (Kadlec Knight, 1995) Tuy nhiên, thành phần dinh dưỡng N, P, hệ thống chưa xử lý triệt để cần phải có thời gian lưu nước dài (Vymazal Krưpfelová, 2008) Ngồi ra, cơng nghệ cịn có nhược điểm địi hỏi diện tích đất lớn, mà điều chắn không mong muốn chủ trang trại, chí bất khả thi tình hình áp lực đất đai Kết tủa struvite với nồng độ MgSO4 1000 – 1500 mg/L, môi trường kiềm loại bỏ đồng thời amoni phôtphat Hiệu suất loại bỏ phôtphat cao đạt giá trị pH khoảng 9, đó, hiệu suất loại bỏ amoni cao đạt giá trị pH khoảng 11 (Liao ncs, 1993) Ưu điểm phương pháp tạo sản phẩm phân bón Tuy nhiên, hạn chế phương pháp lượng MgSO4 sử dụng lớn, làm tăng chi phí xử lý Ngồi ra, xử lý P nước thải chăn nuôi lợn phương pháp keo tụ sử dụng phổ biến, dựa nguyên tắc kết tủa phôtphat (đơn phần loại trùng ngưng) với ion nhôm, sắt, canxi tạo muối tương ứng có độ tan thấp chúng tách dạng chất rắn 10Ca2+ + 6PO43- + 2OH-  Ca10(PO4)6(OH)2 Al3+ + HnPO43-n  AlPO4 + nH+  FePO4 + nH+ Fe3+ + HnPO43-n Các hóa chất keo tụ phổ biến muối nhôm Al2(SO4)3, vôi Ca(OH)2, muối sắt FeSO4, FeCl2 ZrCl4 Tuy nhiên, hạn chế phương pháp làm tăng chi phí phải xử lý lượng bùn kết tủa chi phí hóa chất sử dụng Từ lâu kỹ thuật phân hủy yếm khí áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn Phương pháp cho thấy hiệu xử lý kinh tế phương pháp truyền thống đầm phá, chơn lấp hóa lý, hệ thống hiếu khí (Wrigley ncs, 1992) Nhìn chung, việc sử dụng phương pháp sinh học yếm khí làm giảm thiểu đáng kể BOD5, COD SS nước thải chăn nuôi Tuy nhiên, thành phần gây ô nhiễm mơi trường N, P cịn mức cao cần phải xử lý tiếp trước thải mơi trường Một số mơ hình xử lý hiếu khí hiếu khí kết hợp nghiên cứu áp dụng việc xử lý nước thải chăn nuôi hệ thống aeroten, hệ aeroten hoạt động gián đoạn SBR, hệ thiếu khí kết hợp hiếu khí, yếm khí kết hợp hiếu khí (AO) hệ yếm khí, thiếu khí kết hợp hiếu khí (A2O) Qua kết nghiên cứu nhận thấy nhược điểm phương pháp là tải lượng chất ô nhiễm đầu vào tăng cao nước thải sau xử lý khơng xử lý triệt để chất nhiễm Ngồi ra, việc tách bùn khó thực hiện, đặc biệt nồng độ BHT bể lớn, bùn dễ bị rửa trôi gây xáo trộn mật độ vi sinh bể, ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý Để tăng hiệu xử lý nguồn thải chăn ni việc ứng dụng cơng nghệ sinh học kết hợp lọc màng (gọi tắt công nghệ MBR) coi giải pháp hướng phù hợp giới Công nghệ MBR ứng dụng hệ thống: thiếu khí – hiếu khí nối tiếp hiếu khí - hiếu khí Kết tháng hoạt động, trung bình loại bỏ BOD5, COD, SS, TN, TP hệ thống tương ứng 99,9; 92,0; 99,9; 98,3 82,7 % với giá trị đầu vào dao động 8690 – 17190, 2125 – 8375, 370 – 17650, 2670 – 4730 34 – 192 (Kim ncs, 2005) hệ thống bể yếm khí lọc dịng bùn ngược (AUBF) kết hợp bể MBR Kết thu hiệu xử lý COD trung bình đạt 91 % với tải lượng COD đầu vào 0,5 – kgCOD/m3.ngày Q trình nitrat hóa xảy gần hoàn toàn, hiệu suất loại bỏ NH4+-N đạt 98 % với tải lượng NH4+-N đầu vào 0,65 kg NH4+-N/m3.ngày Nhưng nước thải chăn nuôi lợn sử dụng nghiên cứu có tỷ số TCOD/TKN = 1,5 – 4,0 thấp (< 5) nên hiệu suất xử lý nitrat đạt 60 % làm việc với tỷ lệ dịng tuần hồn 300 % (Shin ncs, 2005) bể MBR kết hợp bể nitrat hóa Kết thu cho thấy tỷ lệ tuần hoàn 300% đạt hiệu tốt Hiệu suất loại bỏ TN hệ AO2 94 %, tương ứng đầu 238 mg/L, hệ AO đạt 56 %, tương ứng đầu 539 mg/L Đặc biệt, hiệu suất loại bỏ NH4+ 68% NO3- 37 % tăng so với hệ AO (Kim ncs, 2008) sử dụng màng vi lọc polyethylene sợi rỗng, kích thước lỗ 0,4 µm, đặt ngập bể phản ứng gián đoạn SBR Với COD, BOD5 NH3-N đầu vào 1150 mg/L, 683 mgO2/L 154 mg/L, hiệu loại bỏ COD, BOD5 NH3-N hệ đạt tương ứng 96,0, 97,0 93,2% Tuy nhiên, tăng nồng độ đầu vào COD, BOD5 NH3-N lên tương ứng 2050 mg/L, 1198 mgO2/L 248 mg/L dẫn đến giảm hiệu xử lý Hiệu loại bỏ COD, BOD5 NH3-N giảm tương ứng từ 96,0 xuống 92,0%, 97,0 xuống 92,7% 93,2 xuống 69,5% (Kornboonraksa Lee, 2009) Nhƣ vậy, kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBR xử lý nước thải chăn nuôi lợn giới đạt hiệu suất xử lý chất ô nhiễm BOD5, COD, SS cao Tuy nhiên, nghiên cứu chưa thể xử lý triệt để thành phần N P, dừng lại xử lý NH4+ Do đó, cần nghiên cứu khả kết hợp hệ MBR với giai đoạn sinh học khác yếm khí, thiếu khí để đạt hiệu suất xử lý N P cao ổn định chất lượng nước sau xử lý 1.4.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi Việt Nam Hiện nói nước ta chưa có quy trình hồn thiện cơng bố để xử lý nước thải chăn nuôi đạt tiêu chuẩn xả thải Nước thải chăn nuôi lợn từ trang trại chủ yếu xử lý hầm khí sinh học (biogas) hồ sinh học Các phương pháp xử lý chất hữu chất rắn lơ lửng, nhiên yêu cầu thời gian lưu dài (20 – 30 ngày) sử dụng diện tích đất lớn Các phương pháp xử lý khác phương pháp sử dụng thực vật thủy sinh, yếm khí UASB, yếm khí tiếp xúc, lọc sinh học, xử lý hiếu khí aeroten số tác giả quan tâm nghiên cứu (Đặng Thị Hồng Phong ncs, 1997; Đặng Xuyến Như Phạm Hương Sơn, 2005; Nguyễn Tuấn Phong Dương Thúy Hoa, 2005; Trương Thanh Cảnh, 2010; Nguyễn Hoài Châu Trần Mạnh Hải, 2010) tỏ có hiệu hầu hết dừng lại thực nghiệm, đề xuất lý thuyết ứng dụng có qui mơ nhỏ lẻ Đặc biệt, việc xử lý chất ô nhiễm N P chưa quan tâm yếu tố gây phú dưỡng 1.5 Phƣơng pháp sinh học kết hợp với lọc màng 1.5.1 Màng lọc trình lọc màng - Màng lọc: Màng lọc dùng xử lý nước nước thải vật liệu hoạt động hàng rào chắn dòng chảy hỗn hợp chất lỏng cấu tử (Judd, 2006) Mục đích trình lọc màng nhằm tách tạp chất khỏi môi trường nước - Vật liệu màng : Vật liệu màng có loại polyme gốm Màng lọc kim loại có chúng dùng cho ứng dụng đặc biệt mà không liên quan đến cơng nghệ MBR Màng gốm có đặc điểm giịn, dễ vỡ có chi phí đắt màng polyme, loại màng polyme dùng phổ biến - Cấu hình màng: Có cấu hình sử dụng trình màng: Dạng phẳng, dạng sợi rỗng, dạng ống, dạng ống mao quản, dạng cuộn xoắn Trong MBR thường sử dụng cấu hình màng dạng phẳng, dạng sợi rỗng dạng ống 1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến màng trình lọc màng Các yếu tố ảnh hưởng đến màng trình lọc màng gồm nhiệt độ, áp suất, pH, kích thước lỗ màng, chất nồng độ chất ô nhiễm, nồng độ sinh khối bể chứa màng, độ nhớt chế độ sục khí…Xác định yếu tố ảnh hưởng vận hành hệ điều kiện tối ưu giúp trình màng hoạt động lâu dài 1.5.3 Chế độ hoạt động Trong trình lọc, suất lọc có xu hướng giảm áp suất qua màng có xu hướng tăng lên tăng trở kháng trình lọc gây tích tụ chất bẩn lên bề mặt màng lọc Bởi vậy, lúc khó kiểm sốt đồng thời yếu tố này, hệ thống lọc màng trì hoạt động với chế độ: lựa chọn cố định áp suất qua màng lựa chọn cố định suất lọc 1.5.4 Hiện tượng tắc nghẽn màng lọc Hiện tượng tắc nghẽn màng trình mà chất hịa tan hạt bám bề mặt màng chui vào lỗ màng làm cho suất lọc màng suy giảm (Simon Judd, 2006) Có nhiều nguyên nhân gây tắc nghẽn màng như: cường độ sục khí bể màng, tính chất nước thải đầu vào, thông số vận hành bể BHT (thời gian lưu bùn, thời gian lưu nước, suất lọc…) Để phục hồi màng hay làm màng thường sử dụng hai giải pháp vật lý hóa học 1.5.5 Cơng nghệ sinh học kết hợp lọc màng Công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng (gọi tắt cơng nghệ MBR) q trình xử lý sinh học kết hợp với tách loại vật lý màng lọc Công nghệ MBR bao gồm giai đoạn bể phản ứng, là: giai đoạn sinh học giai đoạn lọc màng Trong bể MBR, q trình sinh học phân hủy chất nhiễm diễn tương tự bể BHT thông thường Sau qua giai đoạn xử lý sinh học, tiếp đến giai đoạn lọc qua màng Màng hoạt động nhờ vào áp lực hút bơm tạo để đưa nước qua màng thải nguồn tiếp nhận Sinh khối giữ lại bể nhờ khả tách loại màng lọc Màng cịn đóng vai trị giá thể cho VSV dính bám tạo nên lớp màng vi sinh, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả phân hủy sinh học Ưu điểm MBR trình bùn hoạt tính thơng thường thiết kế nhỏ gọn khơng cần có bể lắng cấp hai sản phẩm bùn dư Do mật độ sinh khối bể phản ứng cao nên mặt xuất xử lý tăng khoảng 5-7 lần so với BHT; mặt khác cho phép lưu bùn lâu phân huỷ bùn bể phản ứng dẫn đến giảm lượng chi phí xử lý bùn thải Một đặc điểm quan trọng cơng nghệ MBR màng lọc có khả loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn gây bệnh Hiện công nghệ MBR phổ biến chia thành hai mơ hình tùy theo cách bố trí màng lọc hệ thống xử lý, gồm màng lọc bố trí bên ngồi màng lọc ngập nước bên (Pierre Le-Clech, 2010) 1.5.6 Hiện trạng ứng dụng công nghệ lọc màng Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ lọc màng bắt đầu thử nghiệm vài năm trở lại chủ yếu ứng dụng việc xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải bệnh viện Việc kết hợp công nghệ MBR với công nghệ truyền thống nhằm nâng cao hiệu xử lý tăng tỷ lệ tái sử dụng nước thải, bước đầu cho thấy kết khả quan Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ MBR để xử lý nguồn nước thải có tải trọng nhiễm cao nước thải chăn ni cịn khiêm tốn Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Nước thải chăn nuôi lợn Mẫu nước thải lấy trại chăn nuôi lợn quy mô nhỏ hộ gia đình thuộc xóm Múi, xã Bích Hịa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội, với quy mô nuôi từ 70 – 100 Nước thải lấy hố thu gom sau thời gian rửa chuồng, trước xả cống chung Nước thải tiền xử lý qua rây lọc có kích thước lỗ 0,5 mm để loại bỏ cặn rác thô trước sử dụng cho nghiên cứu 2.1.2 Môđun màng lọc Các loại vật liệu màng sử dụng nghiên cứu gồm: Polyvinylidene Fluoride (PVDF); Cellulose Acetate CA); CA biến tính; Polytetrafluoroethylene (PTFE) Các môđun màng lọc dạng phẳng dạng sợi rỗng lắp ghép Phịng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Ứng dụng Công nghệ 2.1.3 Nguồn vi sinh vật sử dụng nghiên cứu - Nguồn vi sinh vật hiếu khí: lấy từ bể ni BHT hiếu khí Viện Khoa học Cơng nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội BHT ni nước thải sinh hoạt, có tỷ số MLVSS/MLSS 0,71 – 0,79 - Nguồn vi sinh vật yếm khí thiếu khí: sử dụng BHT phịng thí nghiệm Trung tâm Cơng nghệ Vật liệu BHT nuôi nước thải sinh hoạt 2.2 Phạm vi quy mơ nghiên cứu - Địa điểm lấy mẫu: xóm Múi, xã Bích Hịa, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội - Thời gian lấy mẫu: lần/tuần, lần khoảng 400 lít nước thải - Các nghiên cứu thí nghiệm thực Phịng thí nghiệm Trung tâm Cơng nghệ Vật liệu mơ hình quy mơ phịng thí nghiệm 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực nội dung nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp như: Phương pháp điều tra thu thập tài liệu; Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu phân tích; Phương pháp bố trí thí nghiệm: - Xác định đặc tính nước thải chăn ni khu vực nghiên cứu Đánh giá chất lượng nước thải so sánh với tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi QCVN 01-79:2011/BNNPTNT - Lắp ghép modun màng lọc dạng phẳng dạng sợi rỗng - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tắc màng: Màng lọc tích hợp bên bể tích 50L (40 cm x 18 cm x 70 cm) Hệ thống sục khí lắp đặt phía mơđun màng Cường độ sục khí kiểm soát van lưu lượng kế; Áp suất qua màng đo đồng hồ đo áp suất (đồng hồ khí) Nước hút qua màng nhờ bơm hút nên áp suất qua màng áp suất âm (trong luận án thể giá trị áp suất giá trị dương) Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng vật liệu màng lọc dạng phẳng Các loại vật liệu màng sử dụng để khảo sát là: PVDF, CA, CA biến tính PTFE Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng hình thái mơđun màng lọc sợi rỗng Các hình thái mơđun màng lọc dạng sợi rỗng khảo sát gồm: sợi màng uốn cong hình chữ U, hút nước từ đầu sợi (môđun M1); sợi màng duỗi thẳng, hút nước từ hai đầu sợi (môđun M2); sợi màng duỗi thẳng, hút nước từ đầu sợi, đầu bó sợi cố định (mơđun M3); sợi màng duỗi thẳng, hút nước từ đầu sợi, đầu sợi khơng bó cố định (mơđun M4) Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng cường độ sục khí Cường độ sục khí thay đổi khoảng: 0,015; 0,03; 0,045; 0,06 0,075 L/cm2/phút, tương ứng với lưu lượng cấp khí từ 10 đến 50 L/phút Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng suất lọc Năng suất lọc khảo sát giá trị: 12, 15, 20 30 L/m2.h Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính bể hiếu khí Nồng độ BHT bể hiếu khí khảo sát khoảng giá trị: 3000; 6000, 9000 12000 mg/L Thí nghiệm 6: Đánh giá khả thích nghi BHT với nước thải chăn nuôi lợn BHT làm giàu sinh khối nước thải chăn nuôi lợn bể sục khí gián đoạn SBR dung tích 50 L - Khảo sát lựa chọn thời gian lưu giai đoạn xử lý sinh học theo hệ mẻ: Thí nghiệm 7: Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu bể yếm khí đến hiệu xử lý COD Thí nghiệm thực bể yếm khí có dung tích lít, thay đổi thời gian khoảng: 12, 18, 20 24 giờ; nồng độ BHT 12000 mg/L; DO từ 0,02 – 0,13 mg/L Thí nghiệm 8: Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nước thải bể hiếu khí đến hiệu xử lý COD, NH4+ - N Thí nghiệm thực bể sục khí dung tích 15 lít, thời gian khảo sát từ: 8, 16, 24 đến 48 giờ; nồng độ BHT 9000 mg/L; trì DO khoảng – mg/L Trong thí nghiệm này, nước thải đầu bể yếm khí sử dụng làm đầu vào bể hiếu khí Thí nghiệm 9: Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu nước thải bể thiếu khí đến hiệu xử lý nitrat Thí nghiệm thực bể thiếu khí có dung tích lít, thời gian lưu nước thải bể từ: 12, 16, 20 đến 24 giờ,; nồng độ BHT 6000 mg/L; DO trì khoảng 0,3 – 0,6 mg/L - Xây dựng mơ hình hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng quy mơ phịng thí nghiệm (Hình 2.7) Nồng độ BHT bể xử lý: bể yếm khí: 12000 mg/L, bể thiếu khí: 6000 mg/L, bể hiếu khí: lựa chọn thí nghiệm Cường độ sục khí thơ lựa chọn thí nghiệm Dịng khí mịn cấp khí với lưu lượng – 10 L/phút Duy trì DO bể hiếu khí từ – mg/L Chọn suất lọc màng 12 L/m2.h Tỷ lệ tuần hoàn 200% Quy trình vận hành hệ thống xử lý sinh học kết hợp với lọc màng: Nước thải trước đưa vào bể đầu vào lọc sơ rây lọc có kích thước lỗ 0,5 mm Nước thải từ bể đầu vào bơm sang bể yếm khí Sau thời gian lưu định, nước từ bể yếm khí tiếp tục tự chảy tràn qua bể thiếu khí từ bể thiếu khí tiếp tục chảy tràn sang bể hiếu khí Nước sau qua màng chia thành dòng, theo tỷ lệ định: dòng bể chứa; dịng bơm tuần hồn bể hiếu khí để đảm bảo mực nước bể hiếu khí ổn định dịng cịn lại bể thiếu khí để khử nitrat Hình đồ khối hệ thống sinh học kết hợp lọc màng quy mơ PTN Thí nghiệm 10: Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng đầu vào đến hiệu xử lý COD NH4+-N Mục đích thí nghiệm nhằm tìm lưu lượng thời gian lưu thích hợp cho hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn Khảo sát lưu lượng đầu vào giá trị: 30, 45 60 L/ngày Thí nghiệm 11: Khảo sát ảnh hưởng dịng tuần hồn nước từ bể hiếu khí bể thiếu khí đến hiệu xử lý nitrat Mục đích thí nghiệm nhằm lựa chọn tỷ lệ dịng tuần hồn nhỏ có giá trị NH4+ - N, NO3- -N đầu đáp ứng tiêu chuẩn xả thải để tiết kiệm chi phí đầu tư bơm lượng tiêu tốn Khảo sát tỷ lệ dịng tuần hồn từ bể hiếu khí thiếu khí: 200, 300 400% Thí nghiệm 12: Khảo sát ảnh hưởng đặc tính nước thải đầu vào đến hiệu xử lý chất nhiễm Mục đích thí nghiệm nhằm đánh giá khả xử lý hệ thống nước thải có thơng số nhiễm đầu vào thay đổi liên tục - Đánh giá khả xử lý độ đục coliform Lấy mẫu phân tích khảo sát nồng độ coliform với tần suất ngày/lần, độ đục ngày/lần Thí nghiệm 13: Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ hóa chất thời gian ngâm màng đến hiệu làm màng Khảo sát nồng độ NaOCl tăng dần từ 500, 1000, 2000 lên 3000 mg/L thời gian ngâm màng từ lên đến Mục đích lựa chọn nồng độ NaOCl thời gian ngâm màng cho sau khoảng thời gian ngắn màng đạt áp suất qua màng ban đầu - Tính toán sản lượng bùn dư hệ thống lọc màng Các tiêu phân tích: pH, COD, BOD5, NH4+-N, NO3- - N, NO2- - N, TP, SS, coliform Các tiêu phân tích phương pháp thơng dụng phịng thí nghiệm Số liệu xử lý tính tốn thống kê mơ tả so sánh khác biệt giá trị trung bình Excel Mỗi điều kiện, loại vật liệu nghiên cứu làm lặp lại lần Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính nƣớc thải chăn ni lợn Nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu ô nhiễm cao so với cột B Tiêu chuẩn nước thải chăn nuôi gia súc QCVN 01-79:2011/BNNPTNT Cụ thể, COD cao gấp 29 - 83 lần, NH4+-N cao gấp 15 - 65 lần, T-P cao gấp - 12 lần, SS cao gấp 20 - 35 lần coliform cao gấp 160 - 440 lần Mặc dù vậy, nước thải chăn ni lợn có đặc điểm hàm lượng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng nitơ, photpho cao, môi trường tốt để phát triển VSV Tỷ số BOD5 / COD = 0,67 – 0,7, phù hợp với xử lý sinh học Ngồi ra, nước thải cịn có đặc điểm tỷ số COD/NH4+-N = 15 – 20 (> 5) COD/TP = 75 – 85 (> 45) Theo lý thuyết, với tỷ số COD/NH4+-N COD/TP cao này, hệ thống xử lý sinh học có khả xử lý nitrat phôtpho triệt để (Lê Văn Cát, 2007) 3.2 Sản phẩm môđun màng lọc polymer đƣợc lắp ghép sử dụng mơ hình thí nghiệm nghiên cứu Hình ảnh mơđun màng phẳng có diện tích bề mặt (21x10-2 m x 31 x10-2 m) = 0,065 m2, lắp ghép từ số loại vật liệu màng khác thể Hình 3.1 Hình 3.1 Một số mơđun màng phẳng với vật liệu màng khác Hình ảnh số hình thái mơđun màng lọc sợi rỗng có diện tích bề mặt [2 x π x R x L x số sợi] = [(2 x 3,14 x 35x10-2 m x 0,6x10-3 m) x 48] = 0,065 m2 lắp ghép thể Hình 3.2 Hình 3.2 Một số hình thái modun màng lọc dạng sợi rỗng Hình ảnh đơn nguyên màng lọc sợi rỗng lắp ghép thành hệ thống Hình 3.3 Hình 3.3 Sản phẩm modun màng sợi rỗng 10 3.3 Ảnh hƣởng số yếu tố đến trình tắc màng Do màng lọc đặt ngập bên bể vi sinh nên trình hoạt động bùn bám vào bề mặt màng gây nên tượng tắc nghẽn màng làm giảm suất lọc Hiện tượng tắc nghẽn màng nhận biết cách theo dõi thay đổi áp suất qua màng Khi tắc màng xảy áp suất qua màng tăng cao Do trình hút nước qua màng nên giá trị áp suất qua màng giá trị âm Trong luận án, áp suất qua màng biểu diễn giá trị dương Hình 3.4 Sự thay đổi áp suất qua màng dạng phẳng theo thời gian với loại vật liệu màng khác Hình 3.6 Sự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian với cường độ sục khí khác Hình 3.5 ự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian với hình thái mơđun màng sợi rỗng khác Hình 3.7 Sự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian phụ thuộc vào suất lọc Hình 3.8 Sự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian phụ thuộc vào nồng độ BHT khác Từ kết nghiên cứu thu thấy rằng, vật liệu màng, hình thái mơđun màng, cường độ sục khí, suất lọc nồng độ BHT bể, gây ảnh hưởng đến trình lọc màng Cụ thể, màng sợi rỗng vật liệu PVDF hoạt động lâu dài, phù hợp dùng xử lý nước thải chăn nuôi (so với CA, CA biến tính PTFE) Do tăng suất lọc nồng độ BHT hệ đẩy nhanh trình tắc nghẽn màng, đó, lựa chọn chế độ vận hành với suất lọc ≤ 15 L/m2.h, nồng độ BHT trì hệ khoảng 9000 mg/L cường độ sục khí cho bể hiếu khí mức 0,06 L/cm2/ph để đảm bảo cho việc 11 trì khả làm việc lâu dài màng, hệ thống vừa đạt hiệu xử lý cao vừa tiết kiệm chi phí cho q trình xử lý 3.4 Sự thích nghi đặc tính bùn hoạt tính Sau khoảng thời gian 18 ngày, VSV thích nghi với môi trường nước thải chăn nuôi tăng trưởng nhanh, lượng sinh khối tăng từ 1200 lên khoảng 6500 mg/L Ở giai đoạn đầu vận hành (6 ngày đầu), lượng VSV bùn giai đoạn thích nghi với môi trường nên bùn phát triển chậm, cụ thể nồng độ BHT tăng từ 1200 đến khoảng 2800 mg/L VSV cho vào môi trường cần có thời gian để thích nghi Sau giai đoạn làm quen với chất, VSV bắt đầu tăng trưởng Đến giai đoạn sinh trưởng VSV kèm theo môi trường nước thải chăn nuôi lợn giàu chất chất dinh dưỡng nên BHT phát triển tốt, MLSS tăng nhanh từ 2800 lên khoảng 6500 mg/L Tỉ số MLVSS/MLSS ổn định, dao động từ 0,71 - 0,88 Chỉ số SVI BHT bể dao động từ 72 - 108 mL/g, hệ thống BHT thông thường, SVI thường nằm khoảng 80 - 150 mL/g (Trần Văn Nhân Ngô Thị Nga, 2002) Điều chứng tỏ BHT bể có thích nghi tăng trưởng tốt với nước thải chăn nuôi 3.5 Xây dựng hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng xử lý nƣớc thải chăn nuôi quy mơ phịng thí nghiệm Lựa chọn thời gian lưu bể theo kiểu mẻ Với nước thải chăn ni lợn đầu vào có giá trị trung bình pH khoảng 7,27; COD 4760 mg/L NH4 -N 352 mg/L Thời gian lưu thích hợp bể yếm khí, thiếu khí hiếu khí 20, 16 48 + Xây dựng mơ hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng quy mơ phịng thí nghiệm Lựa chọn lưu lượng đầu vào Q = 45 L/ngày Dựa vào thời gian lưu lựa chọn bể theo kiểu mẻ, thể tích bể yếm khí, thiếu khí hiếu khí 40, 30 110 L 3.6 Ảnh hƣởng điều kiện vận hành hệ thống đến hiệu xử lý 3.6 Ảnh hưởng lưu lượng đầu vào Bảng 3.7 Thời gian lưu nước bể toàn hệ với lưu lượng đầu vào khác Thời gian lưu (ngày) Lưu lượng đầu Bể Yếm khí Bể Thiếu khí Bể Hiếu khí Tồn hệ thống vào (L/ngày) 30 1,3 0,33 0,46 2,09 45 0,89 0,22 0,46 1,57 60 0,67 0,17 0,46 1,3 Hình 3.15 Hiệu suất xử lý COD theo lưu lượng Hình 3.16 Hiệu suất xử lý NH4+-N theo lưu đầu vào khác lượng đầu vào khác Hệ thống chạy với lưu lượng đầu vào 30 L/ngày từ ngày thứ tới ngày thứ 8, tương ứng thời gian lưu nước toàn hệ thống 2,09 ngày Hiệu suất xử lý COD đạt 98,1 – 99,1%, tương ứng với COD đầu 12 43,2 – 87,4 mg/L.Hiệu suất xử lý NH4+-N đạt 98,3 – 99,1%, tương ứng với NH4+-N đầu 3,04 – 6,01 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Từ ngày thứ đến ngày thứ 16, hệ thống chạy với lưu lượng nước thải đầu vào 45 L/ngày, tương ứng thời gian lưu nước giảm xuống 1,57 ngày Kết hiệu suất xử lý COD NH4+-N đạt 97,8 – 98,2% 97,3 – 98,1%, tương ứng đầu 72 – 92,6 mg/L 5,7 – 10,8 mg/L Kết cho thấy với lưu lượng đầu vào 45 L/ngày, nước thải sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn xả thải thông số COD NH4+-N Khi tăng lưu lượng đầu vào lên 60 L/ngày nghĩa giảm thời gian lưu nước xuống 1,3 ngày Từ ngày thứ 17 đến ngày thứ 24, hiệu suất xử lý COD NH4+-N giảm, đạt 95,5 – 96,9% 73,7 – 78,52%, tương ứng đầu 139,5 – 211,5 mg/L 70,2 – 82,9 mg/L, vượt tiêu chuẩn xả thải cho phép Rút ngắn thời gian lưu đáp ứng tiêu chuẩn xả thải, giảm chi phí vận hành, lựa chọn lưu lượng đầu vào 45 L/ngày cho hệ thống xử lý Ảnh hưởng tỷ lệ dịng tuần hồn đến hiệu xử lý nitrat Bảng 3.9 Thời gian lưu nước bể toàn hệ với tỷ lệ tuần hoàn khác Thời gian lưu (ngày) Tỷ lệ tuần hồn Bể Yếm khí Bể Thiếu khí Bể Hiếu khí Tồn hệ thống 200% 300% 400% 0,89 0,89 0,89 0,22 0,17 0,13 0,46 0,46 0,46 1,57 1,52 1,48 Hình 3.17 Diễn biến NH4+-N NO3- -N với tỷ Hình 3.18 Hiệu suất khử NO3- -N với tỷ lệ dịng lệ dịng tuần hồn khác tuần hoàn khác Quan sát kết nghiên cứu thu được, thể đồ thị Hình 3.17 nhận thấy,với tỷ lệ dịng tuần hồn 200%, từ ngày thứ đến ngày thứ 9, nồng độ nitrat đầu 112 – 133 mg/L Khi tăng tỷ lệ tuần hoàn lên 300%, từ ngày thứ 10 đến 18, nitrat đầu giảm xuống 16,1 – 28,5 mg/L, thấp nhiều so với tỷ lệ tuần hoàn 200% đáp ứng tiêu chuẩn xả thải Tiếp tục tăng tỷ lệ tuần hoàn lên đến 400%, nitrat đầu 4,5 – 15,8 mg/L Khi tỷ lệ dịng tuần hồn tăng, đồng nghĩa với nitrat đầu vào bể thiếu khí bị pha lỗng lớn, tức nồng độ nitrat đầu vào bể thiếu khí thấp Do đó, tỷ lệ dịng tuần hồn cao khơng hồn tồn đồng nghĩa với hiệu khử nitrat bể thiếu khí cao Qua kết thể Hình 3.18 nhận thấy, với tỷ lệ tuần hoàn 200%, hiệu suất khử nitrat đạt 53 – 61,84% Tăng tỷ lệ tuần hoàn lên 300%, hiệu suất khử nitrat tăng lên đạt 62,5 – 78,41% Khi tăng tỷ lệ tuần hoàn lên 400%, nồng độ nitrat đầu thấp 4,5 – 15,8 mg/L, hiệu suất khử nitrat giảm so với tỷ lệ tuần hoàn 300%, đạt 60,33 – 77,78% Hiệu xử lý nitrat hệ thống phụ thuộc vào tỷ lệ dịng tuần hồn Khi tỷ lệ dịng tuần hồn q lớn, hiệu khử nitrat khơng cao, bên cạnh cịn gây lãng phí lượng Do đó, nghiên cứu này, lựa chọn tỷ lệ dịng tuần hồn 300%, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải tiêu nitơ 13 3.6.3 Ảnh hưởng đặc tính nước thải đầu vào  Giá trị pH Diễn biến pH qua bể xử lý thể Hình 3.19 Hình 3.19 Diễn biến pH bể xử lý theo thời gian Qua số liệu kết thể đồ thị Hình 3.19 nhận thấy, giá trị pH đầu vào dao động khoảng 7,2 – 7,6 Trong bể yếm khí, pH thay đổi so với đầu vào, dao động từ 7,3 – 7,5 Khi sang bể thiếu khí, pH bể thiếu khí tăng lên, dao động khoảng 7,9 – 8,1 Và pH bể đầu ra, tiếp tục tăng dao động khoảng 8,1 – 8,5 Trong bể yếm khí, giai đoạn axit hóa, pH mơi trường bị giảm hình thành axit béo dễ bay hợp chất trung gian có tính axit (Lê Văn Cát, 2007) Đồng thời, trình khử sulfate thành sulfur trình hình thành muối carbonat muối bicarbonat cao, làm cho độ kiềm nước thải đầu vào tăng, làm tăng khả đệm nên pH bể không thay đổi nhiều so với đầu vào Qua bể thiếu khí, q trình khử nitrat sinh độ kiềm, đồng nghĩa với làm tăng độ kiềm nước thải, pH bể có xu hướng tăng lên, dao động khoảng 7,9 – 8,1 Khoảng pH khoảng pH tối ưu cho trình khử nitrat Ngồi khoảng pH – 9, tốc độ khử nitrat giảm mạnh Sang bể hiếu khí, bể hiếu khí, q trình nitrat hóa diễn sinh H+ theo phương trình phản ứng: NH4+ + 2O2 → NO3- +2H+ + H2O Bên cạnh trình nitrat hóa cịn diễn q q trình tạo sinh khối, xảy đồng thời với q trình nitrat hóa theo phương trình: 22NH4+ + 37O2 + HCO3- + 4CO2 → C5H7O2N + 21NO3- + 20H2O + 42H+ Từ phương trình thấy tính kiềm giảm dần suốt q trình nitrat hóa làm pH suy giảm đầu Theo lý thuyết, mg NH4+ chuyển hóa tiêu thụ khoảng 7,14 mg kiềm (tính theo CaCO3) Mặt khác, trình khử nitrat bể thiếu khí lại sinh kiềm Theo lý thuyết, mg NO 3được chuyển hóa lại sinh khoảng 3,57 mg kiềm Do đó, độ kiềm bị thiếu hụt, nên cần phải bổ sung kiềm trình xử lý Tuy nhiên, thực tế cho thấy q trình sục khí cịn làm tăng độ kiềm nên pH đầu tăng lên dao động khoảng 8,2 - 8,5 Như thấy độ kiềm nước thải dư thừa không cần phải bổ sung trình xử lý  Hiệu xử lý COD Qua số liệu kết thể Hình 3.20 nhận thấy, nước thải chăn ni lợn nghiên cứu có giá trị COD dao động từ 2900 – 5100 mgO2/L Sau xử lý qua bể, COD có xu hướng giảm dần Giá trị COD đầu khoảng 40 – 82 mgO2/L, tương ứng hiệu suất xử lý COD hệ đạt 97,5 – 98,3% 14 Hình 3.20 Sự thay đổi COD qua bể theo thời gian Với nước thải đầu vào có giá trị COD từ 2900 – 5100 mg/L, sau vào bể yếm khí, đầu hệ thống yếm khí cịn 1250 – 2210 mg/L Như hệ thống hiệu xử lý đạt 49,3 – 63,2% Điều giải thích: việc loại bỏ hợp chất cacbon điều kiện yếm khí phần chất hữu hịa tan chuyển hóa thành khí metan CO2 theo phương trình phản ứng sau: (CH2O)n  CH4+ H2O (CH2O)n + SO42-  H2S + CO2+ H2O Qua loại bỏ phần COD phần hợp chất hữu Mặt khác, hợp chất hữu thơng qua q trình lên men, tạo thành chất hữu mạch ngắn, qua q trình chuyển hóa thành CO2 CH4 dễ dàng hơn, làm cho nồng độ COD nước giảm Tại bể thiếu khí: Dịng vào bể thiếu khí bao gồm dịng: dịng sang từ bể yếm khí với lưu lượng Q dịng tuần hồn từ bể hiếu khí với lưu lượng 3Q Do đó, nồng độ COD đầu vào bể thiếu khí bị pha lỗng, nồng độ COD đầu vào bể thiếu khí cịn khoảng 500 – 800 mg/L Trong bể thiếu khí hợp chất hữu mạch ngắn vi sinh vật sử dụng để tạo sinh khối tham gia phản ứng khử nitrat COD đầu bể thiếu khí cịn 350 – 500 mg/L, tương ứng hiệu suất khử COD đạt 30 - 37,5 % Tại bể hiếu khí: Dịng vào bể hiếu khí bao gồm dịng: dịng sang từ bể thiếu khí với lưu lượng 4Q dịng tuần hồn từ bể đầu bể hiếu khí với lưu lượng (240 - 4Q) COD đầu vào bể hiếu khí khoảng 300 – 400 mg/L Sau xử lý qua bể hiếu khí COD đầu cịn 40 – 82 mg/l, tương ứng với hiệu suất 77 - 80,67% Điều giải thích sau: bể hiếu khí với việc bổ sung thêm oxy khơng khí xảy q trình oxy hóa hợp chất hữu để tạo thành CO2 Mặt khác, sử dụng màng lọc PVDF, khơng có lượng chất rắn bám dính màng mà cịn hình thành màng sinh học bao quanh màng PVDF, mặt đóng vai trị làm vật liệu hấp phụ, hấp phụ phần hợp chất hữu hòa tan, mặt khác màng sinh học có kích thước lỗ màng nhỏ cho phân tử ion có kích thước nhỏ qua Bởi vậy, lượng lớn hợp chất hữu hịa tan khơng thể qua màng này, qua hiệu xử lý tăng lên rõ rệt so với bể khác hệ thống Điều cho thấy tính hiệu cao việc sử dụng màng lọc Kết xử lý COD nghiên cứu cao so với nghiên cứu Jeong-Hoon Shin (2005), Nolwenn Prado (2007), Hee Seok Kim (2008) Thipsuree Kornboonraksa, Seung Hwan Lee (2009) Qua thấy việc bố trí bể sinh học vận hành hệ thống với điều kiện lựa chọn đạt hiệu xử lý COD cao khoảng thời gian lưu nước ngắn 1,52 ngày  Hiệu xử lý amoni 15 Hình 3.21 Sự thay đổi NH4+ -N qua bể theo thời gian Hình 3.22 Sự thay đổi tỷ số NH4+ - N/MLSS theo thời gian Qua số liệu thể đồ thị Hình 3.21 nhận thấy, trình nitrat hóa diễn gần hồn tồn, hiệu suất xử lý amoni hệ đạt 99,9%, tương ứng amoni đầu 0,03 – 1,3 mg/L trì mức ổn định Trong đó, diễn biến amoni qua bể xử lý sinh học sau: Trong bể yếm khí, vi khuẩn yếm khí phân giải thành phần hữu chứa nitơ (chủ yếu protein) trình thủy phân tạo axit amin, tiếp tục chuyển thành dạng NH4+-N Các VSV hấp thụ phần amoni để tổng hợp tế bào với lượng không đáng kể Do đó, nhìn chung q trình amoni có xu hướng tăng lên Amoni nước thải đầu vào 125,5 - 375 mg/L Sau qua bể yếm khí, nồng độ amoni 127 – 337,5 mg/L Trong bể thiếu khí: amoni có xu hướng giảm Nguyên nhân lúc bể thiếu khí có dịng vào gồm dịng từ bể yếm khí chảy sang dịng tuần hồn từ đầu bể hiếu khí Với tỷ lệ tuần hoàn 300%, lượng amoni bể khoảng 1/3 so với đầu vào (do tổng lưu lượng dịng vào bể thiếu khí 4Q, có 3Q tuần hồn chứa NH4+ q trình nitrat hóa xảy gần hồn tồn nên chuyển hầu hết sang NO3- - N, 1Q từ bể yếm khí sang) Trong bể thiếu khí tồn lượng nhỏ oxy hịa tan từ bể hiếu khí chuyển qua bể thiếu khí từ đường tuần hồn, nên xảy phản ứng oxy hóa amoni chuyển sang nitrat Ngồi ra, bể có sử dụng giá thể vi sinh nên làm tăng mật độ sinh khối nên chất dinh dưỡng qua hấp thụ lượng lớn để xây dựng tế bào Amoni đầu vào bể thiếu khí 41,1 – 108,4 mg/L Amoni đầu bể thiếu khí cịn 15,2 – 48,5 mg/L Tiếp đến, bể hiếu khí, q trình nitrat hóa diễn mạnh mẽ, amoni chuyển sang dạng NO3- NO2- với hiệu suất cao, 99,9% Nguyên nhân bể hiếu khí có hàm lượng bùn hoạt tính lớn (dao động 9000 mg/L) nên làm tăng số lượng vi khuẩn Nitrosomonas Nitrobacter, làm tăng khả chuyển hóa amoni Trong bể hiếu khí, tỷ số NH4+ - N/MLSS nằm khoảng 0,0016 – 0,0053 Tỷ số trì mức thấp, nên trình nitrat hóa diễn thuận lợi hồn tồn (Shin ncs, 2005) Ngồi ra, amoni cịn bị loại bỏ nhờ khả lọc tốt màng lọc polyme kết hợp với màng sinh học hình thành bề mặt màng Amoni đầu sau lọc màng hệ sinh học kết hợp lọc màng đạt giá trị 0,03 – 1,3 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải (< 10 mg/L) Kết xử lý NH4+ - N nghiên cứu cao so với nghiên cứu Shin (2005), Kim (2008) Kornboonraksa, Lee (2009)  Hiệu xử lý nitơ 16 Hình 3.23 Diễn biến NOx N đầu theo thời gian Hình 3.24 Hiệu suất xử lý TN theo thời gian Quá trình nitrat hóa xảy gần hồn tồn (hiệu suất 99%), tồn NH4+ nước thải chăn ni chuyển hóa sang nitrat nitrit Lượng nitrat tuần hồn bể thiếu khí phần để xử lý Trong bể thiếu khí có lượng chất dồi từ bể yếm khí sang, cộng thêm mật độ vi sinh bể lớn, tuần hồn nitrat bể thiếu khí, lượng nitrat bị khử nhanh chóng Hiệu suất khử nitrat đạt 70,8 – 88,3%, tương ứng nồng độ nitrat đầu dao động từ 5,7 – 27,72 mg/L Hiệu suất khử nitrat nghiên cứu cao nhiều so với nghiên cứu Shin (2005) Kim (2008) làm việc với tỷ lệ dịng tuần hồn 300% Quan sát số liệu kết thể đồ thị Hình 3.24 thấy rằng, trình khảo sát, TN đầu vào dao động 127 – 337,5 mg/L Hiệu suất xử lý TN hệ thống đạt cao 84,8 – 97,5%, tương ứng giá trị TN đầu 8,1 – 29,2 mg/L Kết đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79 :2011/BNNPTNT loại B (≤ 30 mg/L) Kết đạt thành công lớn công nghệ xử lý khác gặp khó khăn xử lý N nước thải chăn nuôi Kết nói lên rằng, cơng nghệ sinh học kết hợp với lọc màng công nghệ tiềm để xử lý N nước thải chăn nuôi  Hiệu xử lý TP Hình 3.25 Diễn biến TP qua bể theo thời gian Qua số liệu thể Hình 3.25 thấy rang, nước thải chăn ni có nồng độ TP dao động từ 40 – 140 mg/L Sau qua bể yếm khí, nồng độ TP giảm mạnh, dao động 30 - 72 mg/L Tiếp đến, sau qua bể thiếu khí, nồng độ T-P đầu giảm xuống nhiều, dao động 6,3 – 18,3 mg/L Sau qua bể hiếu khí qua lọc màng, nồng độ TP 0,7 – 6,5 mg/L Hiệu suất xử lý TP hệ đạt 91,8 – 98,3% Kết đầu bể giải thích sau: Trong bể yếm khí, theo lý thuyết VSV hấp thụ chất hữu cơ, phân hủy phôtphat trùng ngưng tế bào thải môi trường dạng phơtphat đơn PO43- , làm giá trị TP nước thải tăng lên Tuy nhiên, thực tế cho thấy, lượng photphat thải không đáng kể so với lượng phôtpho mà VSV hấp thụ vào thể lắng xuống đáy bể theo bùn, kết làm phơtpho đầu giảm Ngồi ra, điều cịn 17 xảy phản ứng kết tủa Struvite bể phản ứng nước thải đầu vào có đầy đủ thành phần amoni, photphat Mg, Ca (Lê Văn Cát, 2007) Photphat bị kết tủa, lắng xuống làm giảm giá trị TP đầu Trong bể thiếu khí, lượng phơt theo lý thuyết tăng lên nguồn dinh dưỡng dồi bể, VSV hấp thụ chất hữu đồng thời thải môi trường phơtphat đơn PO43- Tuy nhiên, với dịng tuần hồn 300%, lượng phơtpho bể bị pha lỗng lưu lượng dịng tuần hồn lớn gấp lần dịng từ bể yếm khí sang, TP đầu giảm mạnh Trong mơi trường hiếu khí, VSV tích lũy phôtphat tan nước thải nên làm giảm lương phơtpho đầu Bên cạnh đó, sử dụng màng lọc PVDF cịn hình thành màng sinh học bao quanh màng PVDF, mặt đóng vai trị làm vật liệu hấp phụ, hấp phụ phần hợp chất hữu hịa tan, mặt khác màng sinh học có kích thước lỗ màng nhỏ cho phân tử ion có kích thước nhỏ qua Bởi vậy, lượng lớn phơtphat hịa tan khơng thể qua màng này, qua hiệu xử lý TP tăng lên rõ rệt Điều cho thấy tính hiệu cao việc sử dụng màng lọc Kết xử lý TP nghiên cứu cao so với nghiên cứu nhóm Kim (2005) nghiên cứu Trương Thanh Cảnh (2010) Đây ưu điểm vượt trội so với hệ xử lý truyền thống, lượng P nước thải chăn ni cao khó xử lý, thường phải kết hợp với xử lý hóa lý chi phí cao (chi phí cho việc xử lý lượng bùn kết tủa chi phí hóa chất sử dụng) 3.7 Đánh giá chung trình vận hành hệ thống xử lý sinh học kết hợp MBR Mối quan hệ suất xử lý tải lượng Hình 3.26 Quan hệ tải lượng đầu vào Hình 3.27 Quan hệ tải lượng đầu vào suất xử lý COD suất xử lý amoni Khi tải lượng tăng từ 0,8 đến 1,85 kgCOD/m ngày suất xử lý tăng từ 2,05 đến 4,8 kgCOD/m3.ngày tuyến tính với Nhưng tăng tải lượng lên từ 1,85 – 2,25 kgCOD/m3.ngày khơng cịn tuyến tính giá trị COD đầu vượt quy chuẩn cho phép (QCVN 01-79 :2011/BNNPTNT) Điều có nghĩa là, với tải lượng COD đầu vào lớn 1,85 kg/m3.ngày vượt khả xử lý hệ Khi tiếp tục tăng giá trị tải lượng đầu vào, suất hệ có xu hướng khơng tăng đạt bão hồ, điều lý giải tải lượng lớn vượt khả xử lý vi sinh hệ Năng suất xử lý COD cực đại mà hệ đạt 4,8 kg/m3.ngày tải lượng 1,85 kg/m3.ngày Hiệu suất xử lý COD trung bình hệ đạt 98% Đối với nước thải chăn nuôi, kết đạt cao có khả ứng dụng vào thực tế Khi tải lượng tăng từ 0,051 đến 0,187 kgNH4+/m3.ngày suất xử lý tăng từ 0,131 đến 0,484 kgNH4+/m3.ngày tuyến tính với Nhưng tăng tải lượng lên 0,193 kgNH4+/m3.ngày suất xử lý tăng khơng cịn tuyến tính giá trị NH4+-N đầu vượt quy chuẩn cho phép Điều 18 có nghĩa là, với tải lượng NH4+-N đầu vào lớn 0,187 kgNH4+/m3.ngày vượt khả xử lý hệ Khi tiếp tục tăng giá trị tải lượng đầu vào, suất hệ có xu hướng khơng tăng đạt bão hồ, điều lý giải tải lượng lớn vượt khả xử lý vi sinh hệ Năng suất xử lý NH4+-N cực đại mà hệ đạt 0,484 kg/m3.ngày tải lượng 0,187 kg/m3.ngày Hiệu suất xử lý NH4+-N trung bình hệ đạt 99% 3.7 Khả loại bỏ chất rắn vi khuẩn Để đánh giá khả lọc cặn lọc vi khuẩn màng lọc vi lọc, tiến hành lấy mẫu phân tích khảo sát nồng độ coliform độ đục.Kết thể Bảng 3.10 Bảng 3.11 TT TT Bảng 3.10 Mật độ coliform trước sau xử lý Mật độ coliform (MPN/100ml) Trƣớc xử lý 1,2 × 106 0,95 × 106 1,1 × 106 0,85 × 106 Sau xử lý 300 200 400 200 Bảng 11 Độ đục nước thải trước sau xử lý Độ đục (NTU) Trƣớc xử lý 2020 2970 2500 3100 Sau xử lý 0,43 0,39 0,41 0,45 Kết thể Bảng 3.10 3.11 cho thấy, hiệu suất xử lý coliform độ đục đạt cao, là: 99,95 - 99,98% tương ứng đầu 200 - 400 MPN/100 mL 99,97 - 99,98 % tương ứng đầu 0,39 - 0,45 NTU Như thấy, trình lọc màng, việc loại trừ vi khuẩn coliform đạt mà khơng cần phải sử dụng hóa chất khử trùng Chỉ tiêu vi sinh nước thải đầu đạt tiêu chuẩn xả thải loại A QCVN 01-79:2011/BNNPTNT Đây ưu điểm vượt trội hệ MBR so với công nghệ BHT truyền thống tiết kiệm chi phí mặt xây dựng bể lắng hóa chất khử trùng nước thải đầu Bên cạnh đó, kết độ đục Bảng 3.11 nói lên rằng, kích thước hạt bùn lớn kích thước lỗ màng, tồn bùn bị giữ lại bể sinh học Điều cho thấy, cường độ sục khí sử dụng nghiên cứu không mạnh, không phá vỡ hạt bùn, nguyên nhân gây tắc nghẽn màng mảnh bùn bị vỡ có kích thước nhỏ kích thước lỗ màng, chui sâu vào lỗ màng 3.8 Quá trình lọc giải pháp xử lý tắc nghẽn màng lọc 3.8 Quá trình lọc tượng tắc nghẽn màng lọc Kết cho thấy bể bùn hiếu khí nồng độ 9000 mg/L, với suất lọc 12 L/m2.h, cường độ sục khí 0,0675 – 0,075 L/cm2/phút, màng lọc hoạt động ổn định lâu dài Cụ thể, sau khoảng thời gian ngày đầu hoạt động, áp suất qua màng trì cmHg, sau áp suất qua màng tăng nhẹ theo thời gian Sau khoảng thời gian hoạt động lên đến 42 ngày, áp suất qua màng bắt đầu tăng nhanh đạt 31 cmHg sau 45 ngày hoạt động Các lớp bánh bùn bám chặt sợi màng nguyên nhân làm áp suất qua màng tăng cao 19 Hình 3.28 Biến thiên áp suất qua màng theo thời gian 3.7.2 Phương pháp khắc phục tắc màng Nếu tổn thất áp qua màng tăng lên 30 cmHg, dùng cách rửa màng thổi khí cần làm màng cách ngâm màng vào bể hóa chất Sau ngâm màng dung dịch NaOCl, áp suất qua màng gần phục hồi ban đầu Cụ thể, với nồng độ NaOCl 500 mg/L, áp suất qua màng giảm từ xuống cmHg Với nồng độ NaOCl cao (1000 – 3000 mg/L), áp suất qua màng giảm xuống 1,5 cmHg Tuy nhiên, áp suất qua màng chưa phục hồi lúc ban đầu Khi tăng thời gian ngâm màng dung dịch NaOCl lên giờ, áp suất qua màng có xu hướng giảm Áp suất qua màng hồi phục ban đầu, đạt 0,3 cmHg nồng độ NaOCl 1000, 2000 3000 mg/L Do đó, để tiết kiệm hóa chất đảm bảo hiệu làm màng, điều kiện ngâm màng dung dịch NaOCl 1000 mg/L lựa chọn Kết chạy lại màng lọc bể hiếu khí sau làm thể Hình 3.29 Hình 3.29 Sự thay đổi áp suất qua màng theo thời gian sau làm hóa chất Qua số liệu thể Hình 3.29 cho thấy, sau khoảng thời gian 43 ngày hoạt động, áp suất qua màng đạt 32 cmHg Với màng lúc đầu, áp suất qua màng đạt 31 cmHg sau 45 ngày Kết cho thấy khả làm việc màng sau làm phục hồi gần lúc ban đầu Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu màng cho thấy, sau lần rửa màng, thời gian làm việc màng có xu hướng suy giảm Kết nghiên cứu Kornboonraksa Lee (2009) tương tự nghiên cứu Đây vấn đề không tránh khỏi sử dụng màng lọc Do đó, phương pháp tối ưu tối ưu điều kiện làm việc màng bể sinh học, để hạn chế tượng tắc nghẽn màng lọc, trì thời gian làm việc màng lâu dài 20 3.8 Sản lƣợng bùn dƣ hệ thống MBR Dựa vào nguyên lý cân khối lượng, thiết lập phương trình cân khối lượng bùn (sinh khối) chất hệ thống xử lý nước thải phương pháp sinh học kết hợp lọc màng, từ tính tốn sản lượng bùn dư hệ thống (Đỗ Khắc Uẩn, 2010): M (mg VSS/ngày) = [ ] Trong xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt, thơng số động học sử dụng để tính toán sau: kd: 0,01 – 0,08/ngày Y: 0,1 – 0,4 mg VSS/mg COD (Henze, 1992; Metcalf Eddy, 2003; Trouve ncs, 2004) Kết nghiên cứu thông số động học nước thải giàu chất dinh dưỡng (N, P) nước thải lị mổ có giá trị kd: 0,037 – 0,051/ngày Y: 0,205 – 0,284 mg VSS/mg COD (Pradyut ncs, 2013) BHT bể MBR xử lý nước thải chăn nuôi lợn nhóm nghiên cứu Kornboonraksa ncs (2009) có giá trị kd: 0,013 /ngày Y: 0,78 mg VSS/mg COD Nhìn chung, BHT thích nghi với nước thải giàu dinh dưỡng tăng trưởng sinh khối nhanh Do đó, lựa chọn giá trị cho hệ nghiên cứu: k d: 0,04/ngày Y: 0,55 mg VSS/mg COD Hệ xử lý nghiên cứu có lưu lượng nước thải vào bể MBR Qi = 240 (L/ngày); thời gian lưu bùn θb = 50 ngày; thời gian lưu thủy lực bể MBR θ = 0,46 ngày Nồng độ chất đầu vào bể MBR sau giai đoạn xử lý yếm khí thiếu khí cịn lại trung bình Si = 400 mg/L; giá trị COD đầu trung bình Se = 52 mg/L; chất bể MBR S = 220 mg/L M= [ ] = 15245 mg VSS/ngày Như vậy, lượng bùn dư sinh ngày là: Qw = = = 2,22 L/ngày (với tỷ số MLVSS /MLSS = 0,76 nồng độ BHT bể 9000 mg/L ) Để trì hàm lượng BHT 9000 mg/L bể MBR, lượng bùn dư tháo ngày 2,22 lít Lượng bùn dư sinh thấp nên rút ngắn thời gian tháo bùn giảm chi phí xử lý bùn dư Trong quy mơ nghiên cứu này, lượng bùn dư sinh tận dụng lại cách nuôi dưỡng bể xử lý bên ngồi để dự phịng thay phịng trường hợp hệ xử lý gặp cố 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nước thải chăn nuôi lợn khu vực nghiên cứu ô nhiễm cao so với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia yêu cầu vệ sinh nước thải chăn nuôi gia súc (QCVN 01-79:2011/BNNPTNT) cột B, cụ thể: COD cao gấp 29 - 83 lần, NH4+-N cao gấp 15 - 65 lần, T-P cao gấp - 12 lần, SS cao gấp 20 - 35 lần coliform cao gấp 160 - 440 lần Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tắc nghẽn màng cho thấy, vận hành bể sinh học kết hợp lọc màng với điều kiện: môđun màng dạng sợi rỗng có sợi duỗi thẳng, hút nước từ đầu sợi, đầu bó sợi cố định, vật liệu màng PVDF (so với vật liệu khác PTFE, CA, CA biến tính), suất lọc ≤ 15 L/m2.h, cường độ sục khí mức 0,06 L/cm2/ph, nồng độ BHT bể tích hợp mơđun màng lọc trì khoảng 9000 mg/L, giảm tượng tắc nghẽn màng lọc Hệ thống xử lý sinh học bố trí gồm giai đoạn yếm khí, thiếu khí hiếu khí kết hợp lọc màng đạt hiệu suất xử lý cao xử lý nước thải chăn nuôi lợn vận hành điều kiện tối ưu: lưu lượng đầu vào 45 L/ngày, suất lọc 12 L/m2.giờ với chế độ hút 10 phút nghỉ phút, cường độ sục khí 0,0675 – 0,075 L/cm2/phút, trì DO bể hiếu khí – mg/L, nồng độ BHT bể tích hợp mơđun màng lọc trì khoảng 9000 mg/L, thời gian lưu bùn SRT 50 ngày tỷ lệ dịng tuần hồn từ bể hiếu khí bể thiếu khí mức 300% Chỉ với thời gian lưu nước toàn hệ ngắn 1,52 ngày, hiệu suất xử lý COD, NH4+, NO3-, TN TP hệ thống đạt cao, tương ứng 97,5 – 98,3, 99,9; 70,8 – 88,3; 84,8 – 97,5 91,8 – 98,3%, tương ứng giá trị đầu 52 – 98; thấp 1; 5,7 – 27,72; 8,1 – 29,2 0,7 – 6,5 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B Bên cạnh đó, tiêu coliform đạt tiêu chuẩn loại A độ đục thấp NTU Năng suất cực đại mà hệ đạt 4,8 kg COD/m3.ngày 0,484 kg NH4/m3.ngày Nguyên nhân màng bị tắc không xử lý biện pháp học xác định chất hữu hòa tan sâu vào sợi màng Do đó, lựa chọn NaOCl để làm màng Ngâm màng dung dịch NaOCl nồng độ 1000 mg/L phục hồi khả làm việc màng ban đầu Để trì nồng độ BHT khoảng 9000 mg/L bể tích hợp màng lọc cần phải rút khoảng 2,22 lít bùn ngày Lượng bùn dư sinh tận dụng lại cách nuôi dưỡng bể xử lý khác để dự phòng cung cấp kịp thời hệ xử lý gặp cố trình vận hành Các kết đạt khẳng định khả ứng dụng tích hợp màng lọc bên hệ thống xử lý sinh học nhằm nâng cao hiệu xử lý hệ thống, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải ngày khắt khe KIẾN NGHỊ - Cần tiếp tục nghiên cứu để nâng cao công suất hệ sinh học kết hợp lọc màng, triển khai thực tế xử lý nước thải chăn nuôi với lượng nước thải lớn - Bên cạnh đó, nghiên cứu làm giảm thiểu khả tắc nghẽn màng để trì hoạt động màng lâu dài - Nghiên cứu lắp ghép, chế tạo mơđun màng lọc có giá thành phù hợp với điều kiện Việt Nam để công nghệ ứng dụng rộng rãi 22 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Sáng, Chu Xuân Quang, Văn Thị Thu, Trần Văn Quy, Trần Hùng Thuận (2014), “Nghiên cứu hiệu sử dụng số loại màng vi lọc hệ thống xử lý nước thải công nghệ vi sinh kết hợp lọc màng (MBR)”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 30(4S), tr 138 - 143 Nguyễn Sáng, Chu Xuân Quang, Hoàng Văn Tuấn, Văn Thị Thu, Trần Văn Quy, Trần Hùng Thuận (2014), “Nghiên cứu khả xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kết hợp lọc màng”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 30(4S), tr 144 - 149 Nguyễn Sáng, Chu Xuân Quang, Trần Văn Quy, Trần Hùng Thuận (2015), “Determination of operation factors in treating piggery wastewater by membrane bioreactor”, Tạp chí Khoa học Trái đất Mơi trường 31(2), tr 47 – 53 Nguyễn Sáng, Nguyễn Quang Nam, Chu Xuân Quang, Trần Văn Quy, Trần Hùng Thuận (2015), “Nghiên cứu xử lý tăng cường phương pháp keo tụ nước thải chăn nuôi lợn sau hệ thống xử lý sinh học kết hợp lọc màng”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 31(2S), tr 227 - 232 Sang Nguyen, Hung Thuan Tran, Sung-Chan Choi and Yeong-Kwan Kim (2015), “Swine wastewater treatment by integration of MBR and acidogenic fermentation”, International conference on Biological, Civil and Environmental Engineering (BCEE-2015), Bali (Indonesia) 141 23