Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ photpho bằng vi tảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THÚY HÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI GIÀU NITƠ, PHOTPHO BẰNG VI TẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.ĐỒN THỊ THÁI YÊN HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tác giả.Các số liệu nghiên cứu luận văn trung thực.Luận văn thực hướng dẫn TS.Đoàn Thị Thái Yên.Những tài liệu sử dụng luận văn có nguồn gốc trích dẫn rõ ràng Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Thúy Hân LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Đồn Thị Thái n, nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên em suốt trình thực luận văn Em xin cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học & Công nghệ môi trường Phịng thí nghiệm R & D cơng nghệ mơi trường tạo điều kiện thuận lợi cho phép em tiến hành thí nghiệm liên quan đến luận văn tốt nghiệp Em xin cảm ơn anh chị kỹ thuật viên Phịng thí nghiệm R&D cơng nghệ mơi trường hướng dẫn em việc sử dụng thiết bị phịng thí nghiệm Tơi xin cảm ơn bạn Tuấn, Tuyến, Trang Hồng thuộc nhóm nghiên cứu tốt nghiệp hướng dẫn TS Đoàn Thị Thái Yên, giúp đỡ động viên bạn góp phần khơng nhỏ để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi muốn nói lời cảm ơn tới em Thúy, Hiền Long giúp đỡ thời gian thực nghiên cứu phịng thí nghiệm Viện Cơng nghệ môi trường – Đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè - người luôn ủng hộ, tin tưởng giúp đỡ tôi./ Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Thị Thúy Hân MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12 1.1 T ng quan nước thải chăn nuôi lợn 12 1.1.1 Hiện trạng chăn nuôi lợn Việt Nam 12 1.1.2 Thành phần đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 12 1.1.2.1 Phân 13 1.1.2.2 Nước tiểu 14 1.1.2.3 Nước thải 14 1.1.3 Đặc điểm N, P nước thải chăn nuôi .14 1.1.4 nh hưởng nước thải chăn nuôi giàu N, P đến môi trường .16 1.1.4.1 Ô nhiễm nguồn nước 16 1.1.4.2 Ô nhiễm đất 16 1.1.4.3 Ơ nhiễm khơng khí 17 1.1.5 Các phương pháp xử l nước thải chăn nuôi hiệu phương pháp 18 1.1.5.1 Các phương pháp vật lý xử lý nước thải chăn nuôi 18 1.1.5.2 Các phương pháp hóa học hóa l xử l nước thải chăn ni 18 1.1.5.3 Các phương pháp sinh học xử l nước thải chăn nuôi .19 1.2 T ng quan tảo 21 1.2.1 Giới thiệu chung tảo 21 1.2.2 Đặc điểm sinh học tảo Chlorella 21 1.2.2.1 Đặc điểm phân loại 21 1.2.2.2 Hình thái, cấu trúc 22 1.2.2.3 Sinh sản 23 1.2.2.4 Quá trình phát triển tảo Chlorella vulgaris 24 1.2.2.5 Thành phần hóa học có tảo .25 1.2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển tảo[4] 25 1.2.3 Ứng dụng khả xử l nước thải tảo giới Việt Nam 27 1.2.3.1 Ứng dụng vi tảo[16] 27 1.2.3.2 Khả sử dụng tảo Chlorella vulgaris xử lý nước thải[12] 27 1.2.4 Hệ thống nuôi trồng vi tảo yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống 29 1.2.4.1 Các hệ thống nuôi trồng vi tảo[11, 12] 29 1.2.4.2 Phương thức nuôi trồng vi tảo 32 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Điều kiện nuôi cấy giữ giống phịng thí nghiệm 33 2.1.1 Nguồn gốc tảo 33 2.1.2 Phương pháp nuôi cấy 33 2.1.3 Điều kiện nuôi cấy giữ giống 34 2.1.4 Vị trí phương pháp lấy mẫu 34 2.1.5 Phương pháp nhân giống 35 2.2 Phương pháp xác định trình sinh trưởng vi tảo 36 2.4 Phương pháp xác định nồng độ sinh khối khô 37 2.5 Phương pháp phân tích thơng số mơi trường 38 2.5.1 Phương pháp phân tích COD 38 2.5.2 Phương pháp phân tích BOD5 39 2.5.3 Phương pháp phân tích NH4+-N 39 2.5.4 T ng Nitrogen Kjeldahl (TKN) 40 2.5.5 Phương pháp phân tích t ng Photpho (TP) Octophotphat (PO43-) 40 2.5.6 T ng chất rắn lơ lửng .41 2.5.7 Đo pH 41 2.6 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tải lượng ô nhiễm tới khả phát triển tảo hiệu suất xử l nước thải vi tảo 41 2.7 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng chế độ ánh sáng tới hiệu suất xử l khả phát triển tảo .42 2.8 nh hưởng chế độ sục khí tới hiệu suất xử l khả phát triển tảo .42 2.9 nh hưởng tần suất thu tới hiệu suất xử l khả phát triển tảo .43 2.10 Xử lý số liệu 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Tính chất đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn 44 3.2 nh hưởng mức tải lượng nước thải đầu vào đến phát triển hiệu xử l tảo .45 3.2.1 Khảo sát khả tăng trưởng tảo mức tải lượng nước thải khác .45 3.2.2 Sự biến đ i COD hiệu suất xử l mức tải lượng nước thải khác .46 3.2.3 Sự biến đ i Nitơ hiệu suất xử lý mức tải lượng nước thải khác 47 3.2.4 Sự biến đ i P hiệu suất xử l mức tải lượng khác .48 3.3 nh hưởng chế độ ánh sáng tới hiệu suất xử l khả phát triển tảo .49 3.3.1 Khảo sát tăng trưởng tảo .50 3.3.2 Sự biến đ i COD chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux .51 3.3.3 Sự biến đ i NH4+-N chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux .52 3.3.4 Sự biến đ i TP chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux 53 3.3.5 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux 53 3.4 nh hưởng chế độ sục khí tới hiệu suất xử l khả phát triển tảo 54 3.4.1 Khảo sát tăng trưởng tảo .56 3.4.2 Sự biến đ i COD chế độ sục khí khác .56 3.4.3 Sự biến đ i NH4+-N chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm .57 3.4.4 Sự biến đ i TP chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 58 3.4.5 Hiệu suất xử lý COD, TKN, TP chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 58 3.5 nh hưởng tần suất thu tới hiệu suất xử l khả phát triển vi tảo .60 3.5.1 Thí nghiệm bán liên tục ngày thay 20% 30% dung dịch vi tảo nước thải chăn ni lợn pha lỗng .60 3.5.2 Thí nghiệm bán liên tục ngày thay 30% dung dịch vi tảo nước thải chăn nuôi lợn pha loãng 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BNNPTNT : Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn COD : Nhu cầu oxy hóa hóa học PBR : Thiết bị phản ứng quang sinh học TKN : T ng Nitơ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tảo Chlorella vulgaris 22 Hình 1.2 Các giai đoạn phát triển đặc trưng tảo 24 Hình 1.3 Các dạng bể hở: raceway (a,b), bể tròn (c), bể dốc (d) .30 Hình 1.4 Một số thiết bị PBR dạng ống dạng 31 Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu 34 Hình 2.2 Hệ thống ni giữ giống tảo sử dụng đề tài 36 Hình 2.3 Buồng đếm hồng cầu Improved Neubauer, Đức .36 Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng sinh khối tảo mức tải lượng ô nhiễm nước thải khác 45 Hình 3.2 Biến đ i COD mức tải lượng nước thải khác 46 Hình 3.3 Hiệu suất xử l COD mức tải lượng khác 47 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử l N t ng (TKN) mức pha loãng khac 48 Hình 3.5 Biến đ i t ng P hiệu suất xử l mức ô nhiễm đầu vào khác 49 Hình 3.6: Thiết bị phản ứng quang sinh học dạng ống sử dụng nghiên cứu 50 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn nồng độ sinh khối khô tảo chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux 51 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn biến đ i COD theo ngày chế độ 2000lux 4000lux 52 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn thay đ i NH4+-N ánh sáng 2000lux ánh sáng 4000lux 52 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn thay đ i P theo ngày ánh sáng 2000lux 4000lux 53 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD, NH4+-N, TP chế độ ánh sáng 2000lux 4000lux 54 Hình 3.12 Lưu lượng kế sử dụng nghiên cứu 55 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn nồng độ sinh khối tảo chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 56 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn thay đ i COD chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 57 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn thay đ i NH4+-N chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 57 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn thay đ i TP chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 58 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý COD, NH4+-N, TP chế độ sục khí 0,05vvm 0,1vvm 59 Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn nồng độ sinh khối khơ tảo thí nghiệm bán liên tục 61 Hình 3.19: Đồ thị biểu diễn thay đ i chất ô nhiễm: NH4-N, PO43- COD 62 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn nồng độ sinh khối khô tảo thí nghiệm bán liên tục 63 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn thay đ i chất ô nhiễm: NH4-N, PO43- COD 64 ... Mục đích nghiên cứu 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12 1.1 T ng quan nước thải chăn nuôi lợn 12 1.1.1 Hiện trạng chăn nuôi lợn Vi? ??t Nam...ề tài “ Nghiên cứu x l nư c th i chăn nuôi gi u Nit Photpho ằng vi t o” tiến hành nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển, hiệu xử lý Nitơ, Photpho vi tảo Chlorella vulgaris B... 29 1.2.4.1 Các hệ thống nuôi trồng vi tảo[11, 12] 29 1.2.4.2 Phương thức nuôi trồng vi tảo 32 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Điều kiện nuôi cấy giữ giống phịng thí