Nghiên cứu xử lý đồng thời các thành phần hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas bằng phương pháp sục khí luân phiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Thu Lan NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Thu Lan NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NI LỢN SAU BIOGAS BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN ĐỖ HÙNG Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện luận văn tốt nghiệp ngồi nỗ lực thân, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội ln quan tâm tận tình truyền đạt những kiến thức cho thời gian học tập trường Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Phan Đỗ Hùng, thầy hướng dẫn trực tiếp luận văn, đồng thời trưởng phòng tơi Thầy tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận văn thạc sỹ Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Hướng Công nghệ xử lý ô nhiễm, Lãnh đạo phịng Cơng nghệ xử lý nước bạn đồng nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ cho tơi hồn thành khóa học luận văn Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn chân thành tới gia đình người quan tâm, động viên đồng thời chỗ dựa tinh thần lớn giúp hoàn thành tốt nhiệm vụ giao suốt thời gian học tập làm Luận văn vừa qua Hà nội, tháng 11 năm 2013 Học viên Trần Thị Thu Lan MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN 10 1.1 Tình hình chăn ni lợn Việt Nam 10 1.1.2 Hiện trạng chăn nuôi lợn Việt Nam 10 1.1.2 Định hướng triển vọng phát triển chăn nuôi lợn Việt Nam .12 1.2 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn trạng quản lý .13 1.2.1 Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 13 1.2.2 Hiện trạng quản lý xử lý 15 1.3 Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn 16 1.3.1 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp học hóa lý 17 1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 17 1.3.3 Xử lý nước thải chăn ni lợn phương pháp sinh học hiếu khí 23 1.3.4 Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất N nước thải 25 1.3.5 Một số quy trình ứng dụng xử lý Nitơ nước thải phương pháp sinh học 29 1.4 Giới thiệu sơ lược phương pháp sục khí luân phiên 31 1.5 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 32 1.5.1 Trong nước 32 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Đối tượng nghiên cứu 36 2.1.1 Nước thải 36 2.1.2 Hệ thiết bị thí nghiệm sục khí luân phiên 36 2.2 Phương pháp nghiên cứu 37 2.2.1 Phương pháp khảo sát trường: 37 2.2.2 Phương pháp phân tích 37 2.2.3 Các chế độ thí nghiệm qui trình vận hành 38 2.2.4 Phương pháp tính toán 41 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết khảo sát trường 42 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm 49 3.2.1 Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, SS photpho 49 a Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý chất hữu 49 b Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý Nitơ .50 c Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý SS 53 d Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí đến hiệu xử lý photpho 54 3.2.2 Ảnh hưởng tải trọng hữu cơ, nitơ, photpho đến hiệu suất xử lý chất hữu cơ, nitơ, photpho 55 a Ảnh hưởng tải trọng hữu đến hiệu suất xử lý chất hữu 55 b Ảnh hưởng tải trọng Nitơ đến hiệu suất xử lý Nitơ 56 c Ảnh hưởng tải trọng photpho đến hiệu suất xử lý photpho 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 64 Bảng 1: Các thông số ô nhiễm đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn Bảng 2: Chất lượng nước thải lợn điều tra trại chăn nuôi tập trung Bảng 3: Kết phân tích chất lượng nước thải trước sau Biogas Bảng 4: Nồng độ NH4+ NO2 Bảng 5: Thành phần nước thải chăn nuôi lợn sau biogas Bảng 6: Bảng kết phân tích nước số trang trại chăn ni lợn Bảng 7: Các chế độ vận hành thí nghiệm DANH MỤC HÌNH Hình Tốc độ tăng trưởng đàn lợn tồn quốc tính từ năm 2006- 2010 12 (Đơn vị con) Hình 2: mục đích sử dụng nước thải q trình chăn ni lợn theo điều tra số huyên thuộc TP Hồ Chí Minh Hình 3: Sơ đồ q trình khử hợp chất N Hình 4: Cấu trúc hạt bùn hoạt tính chứa vùng thiếu khí hiếu khí Hình 5: Một số quy trình cơng nghệ xử lý nitơ nước thải Hình 6: Sơ đồ hệ thống thiết bị thực nghiệm Hình 7: Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi lợn áp dụng trang trại Hình 8: Ảnh hưởng chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý COD Hình 9: N-NH4+ vào, hiệu suất xử lý N-NH4+ chế độ thí nghiệm khác Hình 10: Hiệu xử lý T-N chế độ khác Hình 11: Q trình chuyển hóa nitrat Hình 12: SS vào, hiệu xử lý chế độ khác Hình 13: T-P vào, hiệu xử lý chế độ khác Hình 14: Ảnh hưởng tải trọng hữu đến hiệu suất xử lý COD Hình 15: Ảnh hưởng tải lượng N đến hiệu suất xử lý T-N Hình 16: Ảnh hưởng tải lượng P đến hiệu suất xử lý T-P DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiến BOD: Biochemical Ox COD: Chemical Oxyg DO: Dissolved Oxyg SVI: Sludge Volume T-N TCVN TVTS VLL VSV UASB Upflow Anaerob Blanket XLNT VKL MLSS Mix Liquoz Sus T-P sục khí Sequencing Bat luân phiên SS Suspended Solid pH Hydrogen ion co ĐP, TP, TĐ, GN, HĐ MỞ ĐẦU Chăn nuôi hai lĩnh vực quan trọng nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), khơng đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày người dân xã hội mà nguồn thu nhập quan trọng hàng triệu người dân Đặc biệt nơng nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng nước ta có tới 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [1] Theo kết điều tra 1/10/2013 Tổng cục Thống kê, nước có 26,3 triệu lợn 99,1%; đàn lợn nái có 3,9 triệu 98% so với kỳ năm trước Sản lượng thịt xuất chuồng đạt 3,3 triệu tăng 2,1% so với kỳ năm trước Trong tháng đầu năm giá thịt lợn giảm, chi phí giống thức ăn tăng nên người chăn nuôi hạn chế đầu tư mở rộng đàn Lĩnh vực chăn nuôi nước ta phát triển nhanh chóng tăng dần tỷ trọng ngành nơng nghiệp Năm 2009, Việt Nam vươn lên đứng thứ Châu Á sau Trung Quốc sản lượng thịt lợn [3] Trên giới chăn nuôi chiếm khoảng 70% đất nơng nghiệp 30% tổng diện tích đất tự nhiên (khơng kể diện tích bị băng bao phủ) Chăn ni đóng góp khoảng 40% tổng GDP nơng nghiệp tồn cầu, giải việc làm cho 1,3 tỉ dân [1] Tuy nhiên, bên cạnh đóng góp tích cực cho phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn để lại tác động tiêu cực đến mơi trường, làm suy thối chất lượng đất, chất lượng nước khơng khí xung quanh khu vực nuôi lợn Nguyên nhân ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn, cụ thể ; phân, nước tiểu nước rửa chuồng trại Sản lượng thịt lợn cung cấp thị trường ngày tăng tỷ lệ thuận với lượng chất thải môi trường Chất thải chăn nuôi lợn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe người đặc biệt đóng góp phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu Ngồi chất thải rắn chất thải lỏng, chăn nuôi đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên trái đất (global warming) thải khí gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo Tổ chức Nơng Lương Thế giới (FAO), chất thải gia súc toàn cầu tạo 65% lượng Nitơ oxit (N 2O) khí Đây loại khí có khả hấp thụ lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Động vật ni cịn thải 9% lượng khí CO2 tồn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại khí có khả giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2 Chăn ni gia súc đóng góp tới 64% lượng khí Amoniac (NH3) – thủ phạm trận mưa axit Điều có nghĩa chăn nuôi gia súc, gia cầm khẳng định tác nhân làm tăng hiệu ứng nhà kính Ngồi nhu cầu thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu bãi chăn thả v.v… gia súc coi tác nhân gây thối hóa đất nông nghiệp, ô nhiễm nguồn nước cân hệ sinh thái [5] Ở Việt Nam, chăn nuôi, đặc biệt chăn nuôi lợn coi mạnh ngành nông nghiệp Cùng với gia tăng dân số, gia tăng nhu cầu lương thực, thực phẩm, ngành chăn nuôi đầu tư phát triển mạnh Trước đây, có chăn ni nhỏ lẻ hộ gia đình Hiện nay, bối cảnh thức ăn chăn nuôi, vật tư chăn nuôi tăng, với sức cạnh tranh, vấn đề kiểm sốt dịch bệnh nên việc chăn ni hộ gia đình có xu hướng giảm chăn nuôi gia trại, trang trại tăng nhanh tạo khả cạnh tranh thị trường Do vậy, vấn đề chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn cần phải quản lý tốt Chất thải trang trại chăn nuôi lợn với thành phần chủ yếu phân lợn nước thải vấn đề lo lắng nhà quản lý Nước thải (phân, nước) có độ nhiễm cao (COD, BOD, Nitơ, Amoni VK gây bệnh) Việc sử dụng bể Biogas trại chăn nuôi thuận tiện cho sử dụng chất thải khai thác nguồn lượng nước thải sau bể Biogas nhiều chất gây ô nhiễm môi trường cần xử lý trước thải vào mơi trường Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi thực tế công nghệ áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau q trình biogas, cơng nghệ sục khí ln phiên (các trình xử lý chất hữu nitơ thực bể trình cải tiến hệ SBR) dễ dàng đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải chăn nuôi Trong khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học, đề tài “Nghiên cứu xử lý đồng thời 12 1500 1320 13 1207 1200 14 1363 1156 15 1155 1250 64 16 1402 17 1016 18 1094 19 1105 20 1576 21 1420 22 1453 23 1145 24 1167 25 1184 26 1205 27 1006 28 1027 29 1412 30 1250 31 1120 32 1070 33 1115 34 1078 35 1426 36 1350 37 1160 38 1230 39 1255 65 40 1130 41 1027 42 1150 43 1264 44 1017 45 1050 46 1386 47 1240 48 1105 49 1080 50 1230 51 1185 52 1130 53 1050 54 987 55 1146 56 1120 57 1068 58 1172 60 1205 61 1130 62 1040 63 1145 64 1279 66 65 1380 66 1225 67 1200 68 1162 69 1237 70 1331 72 2.8 1500 73 2.6 1530 74 2.7 1802 75 2.5 1759 76 2.5 1678 77 2.5 1850 78 2.7 2020 79 2.6 1972 80 2.6 1832 81 2.6 1946 82 2.6 1682 83 2.6 1723 84 2.6 1875 85 2.6 1628 86 2.6 1585 87 2.6 1655 88 2.6 1704 89 2.6 1941 67 90 2.6 1200 91 2.6 1485 92 2.6 1355 93 2.6 1304 94 2.6 1841 95 2.6 1200 Bảng 9: Kết nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng hữu cơ, nitơ, photpho đến hiệu xử lý COD, nitơ, photpho Lưu TT lượng, COD l/mẻ 806 1487 1602 1299 5 1079 1137 1204 1320 1653 10 1364 11 1475 68 12 1098 13 1275 14 1362 15 1470 16 1391 17 1209 18 1344 19 1450 20 1520 21 1603 22 1415 23 1481 24 1420 25 1356 26 1548 27 1455 28 1290 29 1605 30 1468 31 1510 32 1300 33 1370 69 34 1354 35 1340 36 1280 37 1468 38 1410 39 1709 40 1520 41 1630 42 1515 43 1605 44 1510 45 1468 46 1350 47 1565 48 1460 49 1565 50 1480 51 1602 52 1543 53 1520 54 1430 55 1510 70 56 1480 57 1610 58 1550 59 1500 60 1472 61 1385 62 1229 64 1350 65 1430 66 1240 67 1368 68 1290 69 1489 70 1385 71 1250 72 1457 73 1510 74 1400 75 1380 76 1515 77 1320 78 1412 71 79 1430 80 1560 81 1522 82 1420 83 1360 84 1410 85 1330 86 1350 87 1108 88 1315 89 1386 90 1470 91 1238 92 1115 93 1027 94 987 95 1246 96 1350 97 1117 98 1230 99 950 100 1325 72 101 1250 102 1370 103 1402 104 1415 105 1358 106 1216 107 1348 108 1115 109 1250 73 Phụ lục hình ảnh Hình ảnh thiết bị thí nghiệm 74 Trước 30 phút Sau 30 phút Đo tiêu SV30 Nước thải đầu vào – bể phản ứng – nước thải đầu 75 Một số hình ảnh tiêu thu sau thí nghiệm NH4+ NO3- Mẫu trắng - Mẫu vào - Mẫu (Mẫu vào pha loãng 20 Mẫu trắng - Mẫu vào - Mẫu ( mẫu pha loãng 2.5 lần) lần) NO2- Mẫu trắng - Mẫu vào - Mẫu ( mẫu pha lỗng 2.5 lần) Phơtpho Mẫu trắng - Mẫu vào - Mẫu (mẫu vào, mẫu pha loãng lần) 76 ... 1.3.1 Xử lý nước thải chăn ni lợn phương pháp học hóa lý 17 1.3.2 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 17 1.3.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học hiếu khí. .. NHIÊN - Trần Thị Thu Lan NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CÁC THÀNH PHẦN HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU BIOGAS BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỤC KHÍ LUÂN PHIÊN Chuyên ngành: Khoa học môi... tài ? ?Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu nitơ nước thải chăn nuôi lợn sau biogas phương pháp sục khí luân phiên? ?? thực nhằm mục đích tìm khả ứng dụng phương pháp nỗ lực đảm bảo nước thải sau