Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Thị Thanh Tâm NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG KỸ THUẬT TẦNG VI SINH CHUYỂN ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hoàng Thị Thanh Tâm NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI BẰNG KỸ THUẬT TẦNG VI SINH CHUYỂN ĐỘNG Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60.85.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Văn Chiều Hà Nội - 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tình hình phát triển chăn ni giới Việt Nam năm gần 1.1.1 Tình hình chăn ni giới 1.1.2 Tình hình chăn ni Việt Nam 10 1.2 Chất thải chăn nuôi 12 1.3 Khả gây ô nhiễm môi trƣờng chất thải chăn nuôi 14 1.4 Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi 15 1.5 Tình hình nghiên cứu nƣớc xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 28 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 32 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 32 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu khả xử lý chất hữu (COD), N P nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR 38 3.1.1 Khả xử lý chất hữu (COD), N, P hệ thống SBR thay đổi theo thời gian 38 3.1.2 Khả xử lý chất hữu (COD), N, P hệ thống SBR thay đổi nồng độ đầu vào N-NH4+ 50 3.2 Nghiên cứu khả xử lý chất hữu (COD), N P nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với hệ thống yếm khí – thiếu khí – hiếu khí theo mẻ 58 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu tổng 58 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đầu vào N-NH4+ 72 3.3 So sánh hiệu xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật bùn hoạt tính (khơng có vật liệu mang PU) kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu mang PU) 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 Kết luận 85 Kiến nghị 86 Tài liệu tham khảo 87 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Số lượng đầu gia súc gia cầm sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta năm 2009 11 Bảng 1.2 Một số tiêu nước thải chăn nuôi lợn 13 Bảng 3.1 Tóm tắt thông số chung hệ thống SBR 38 Bảng 3.2 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 39 Bảng 3.3 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 06 41 Bảng 3.4 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 8h 44 Bảng 3.5 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 10 46 Bảng 3.6 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 48 Bảng 3.7 Bảng so sánh hiệu suất xử lý hệ thống SBR thay đổi thời gian lưu tổng 50 Bảng 3.8 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 giờ, amoni đầu vào khoảng 140mg/l 51 Bảng 3.9 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 53 Bảng 3.10 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào hệ thống SBR với thời gian lưu tổng 12 55 Bảng 3.11 Bảng so sánh hiệu suất xử lý chất ô nhiễm với thời gian lưu tổng 12h thay đổi nồng độ N-NH4+ đầu vào 57 Bảng 3.12 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào 59 Bảng 3.13 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào 63 Bảng 3.14 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào 67 Bảng 3.15 Bảng so sánh hiệu suất xử lý kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thay đổi thời gian lưu tổng 71 Bảng 3.16 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào 73 Bảng 3.17 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào 77 Bảng 3.18 Kết xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thời gian lưu tổng 36h thay đổi nồng độ N-NH4+ đầu vào 81 Bảng 3.19 Bảng so sánh hiệu suất xử lý tiêu nước thải kỹ thuật bùn hoạt tính kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 83 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chăn ni thâm canh cơng nghiệp 11 Hình 1.2 Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường trầm trọng 13 Hình 1.3 Hệ thống SBR, giai đoạn nạp (có thể khuấy) 19 Hình 1.4 Hệ thống SBR, giai đoạn phản ứng (sục khí, khuấy) 20 Hình 1.5 Hệ thống SBR, giai đoạn lắng (máy khuấy, máy khí tắt) 20 Hình 1.6 Hệ thống SBR, giai đoạn xả (mở van xả nước, xả bùn) 21 Hình 1.7 Một số cấu trúc điển hình màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình nấm, dạng hợp lưu dạng lông mao; kể từ xuống, từ trái sang phải) 22 Hình 1.8 Chất mang vi sinh dạng cuộn (BIOPAC, Đức) 25 Hình 1.9 Chất mang vi sinh có cấu trúc hình học phức tạp 26 Hình 1.10 Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương phẩm dự định đề tài), hình b (sản phẩm Hàn Quốc), hình c (hệ chưa cho nước thải bùn), hình d (hệ vận hành) 27 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SBR phịng thí nghiệm 33 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống thí nghiệm yếm khí-thiếu khí-hiếu khí theo mẻ 35 Hình 3.1a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 39 Hình 3.1b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD 40 theo thời gian lưu tổng 6h 40 Hình 3.1c: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 6h 42 Hình 3.1d: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD 43 theo thời gian lưu tổng 6h 43 Hình 3.2a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 8h 44 Hình 3.2b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD 45 theo thời gian lưu tổng 8h 45 Hình 3.3a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 10h 46 Hình 3.4a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h 48 Hình 3.4b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h 49 Hình 3.5a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 140 mgN/l 51 Hình 3.5b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 140 mgN/l 52 Hình 3.6a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 230 mgN/l 54 Hình 3.6b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 230 mgN/l 54 Hình 3.7a: Diễn biến tiêu N, độ kiềm theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 290 mgN/l 56 Hình 3.7b: Diễn biến tiêu octophotphat, tổng P, COD theo thời gian lưu tổng 12h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 290 mgN/l 56 Hình 3.8a Diễn biến nồng độ chất hữu (COD), thời gian lưu tổng 12h 59 Hình 3.8b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 12h 60 Hình 3.8d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 12h 61 Hình 3.9a Diễn biến nồng độ COD, thời gian lưu tổng 24h 64 Hình 3.9b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 24 h 64 Hình 3.9c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 24h 65 Hình 3.9d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 24h 66 Hình 3.9e Diễn biến tiêu octophotphat tổng P, 66 thời gian lưu tổng 24h 66 Hình 3.10a Diễn biến nồng độ chất hữu (COD), thời gian lưu tổng 36h 68 Hình 3.10b Diễn biến nồng độ tổng N, thời gian lưu tổng 36 68 Hình 3.10c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h 69 Hình 3.10d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h 70 Hình 3.10e Diễn biến tiêu octophotphat tổng P, 70 thời gian lưu tổng 36h 70 Hình 3.10f Diễn biến tiêu N P, thời gian lưu tổng 36h 71 Hình 3.11a Diễn biến nồng độ chất hữu (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 73 Hình 3.11b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 74 Hình 3.11c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 75 Hình 3.11d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 75 Hình 3.11e Diễn biến tiêu otophotphat P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 76 Hình 3.11f Diễn biến thành phần N P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 76 Hình 3.12a Diễn biến nồng độ chất hữu (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 78 Hình 3.12b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 78 Hình 3.12c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 79 Hình 3.12d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 79 Hình 3.12e Diễn biến tiêu octophotphat P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 80 Hình 3.12f Diễn biến thành phần N P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 80 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan F/M Food / Microorganisms Tỷ lệ thức ăn / vi sinh vật PU Polyerutan Vật liệu mang Polyerutan SBR Sequencing Batch Reactor Kỹ thuật phản ứng theo mẻ QCVN Quy chuẩn Việt Nam TVTS Thực vật thủy sinh VSV Vi sinh vật XLNT Xử lý nước thải 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 [7] Sự gia tăng sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu thực phẩm ngày cao sống thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ Sự phát triển bùng nổ ngành chăn nuôi để đáp ứng nhu cầu tất yếu Cơng nghiệp hóa chăn ni hệ tất yếu chuỗi thực phẩm liên kết theo chiều dọc cung ứng cho cửa hàng bán lẻ lớn, xảy cách độc lập Khi nước tiến hành cơng nghiệp hóa họ theo mơ hình tổ chức vùng chun canh Chăn ni truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có địa phương đồng cỏ tự nhiên phụ phẩm trồng Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải thích phân bố ngành chăn nuôi gia súc nhai lại Trong lúc phân bổ chăn ni lợn gia cầm lại sát với dân cư chúng chuyển hóa vật phế thải thành thịt trứng Ví dụ, Việt Nam, nước bắt đầu cơng nghiệp hóa 90% mơ hình chăn ni gia cầm gắn với phân bố dân cư [4] Khi cịn chăn ni nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn ni cho hoạt động sản xuất nơng nghiệp chất thải chăn ni từ hộ gia đình gần mối hiểm họa môi trường Phát triển chăn nuôi bền vững, chăn ni lợn hàng hóa hồn cảnh sống phần lớn hộ nông dân cịn chật vật khó khăn, đại phận người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, quan tâm thơng tin thị trường, có thiếu cụ thể; hiểu biết sản xuất hàng hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng vùng, rào cản phát triển chăn ni lợn hàng hóa Khi cơng nghiệp hóa chăn ni cộng với gia tăng mạnh mẽ số lượng đàn gia súc chất thải từ hoạt động chăn ni trang trại, gia trại làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, gây nên sóng phản đối trang trại chăn ni từ phía người dân gần trang trại Theo báo cáo tổng kết Viện chăn nuôi, hầu hết hộ chăn nuôi để nước thải chảy tự môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt vào ngày oi Tổng số VSV bào tử nấm cao mức cho phép nhiều lần Ngoài nước thải chăn ni cịn có chứa coliform, e.coli, COD , trứng giun sán cao nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [4] Hiện với hội nhập quốc tế kèm với gia tăng quy định bảo vệ môi trường, ý thức ngày nâng cao cộng đồng vấn đề mơi trường vấn đề mơi trường nói chung mơi trường chăn ni nói riêng nhận nhiều quan tâm cộng đồng Trên giới môi trường chăn nuôi đánh giá cách tồn diện, số nghiên cứu xử lý chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, phần cảm nhận tác hại môi trường chăn nuôi gây xong gần chưa có nghiên cứu đầy đủ quản lý, xử lý chất thải chăn ni Vì vậy, tiến hành “Nghiên cứu khả xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động" MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu xử lý nước thải giàu C N NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng quan tài liệu xử lý nước thải chăn nuôi kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR (Biological Activated Suspended Sludge) thường áp dụng xử lý nước thải chăn nuôi - Chọn vật liệu mang Polyuretan sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển COD tổng số đầu vào nằm khoảng 1401-1668 mg/l, COD hịa tan có giá trị từ 990-1230 mg/l (chiếm 76%) giảm dần sau qua ngăn khoảng 60% q trình phân hủy yếm khí Sau bể hiếu khí COD cịn lại trung bình 126 mg/l thấp so với tiêu chuẩn COD QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (150mg/l) T -N t, vào (mg/l) T -N, ht vào (mg/l) T -N, ht, YK (mg/l) T -N, ht, T K (mg/l) T -N, ht, HK (mg/l) QCVN40/2011/B 400 350 T-N (mg/l) 300 250 200 150 100 50 24/12/2012 19/12/2012 14/12/2012 09/12/2012 04/12/2012 29/11/2012 24/11/2012 19/11/2012 Hình 3.11b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l N tổng đầu vào nằm khoảng 319,2-364,5 mgN/l, N hịa tan có giá trị từ 227-288 mgN/l (chiếm 76%) giảm dần sau qua ngăn yếm khí xuống khoảng 137,2 -181,8 mgN/l không đổi so với giá trị N hịa tan giai đoạn yếm khí Tại ngăn thiếu khí N tổng giảm xuống giá trị trung bình 157,9 mgN/l, tức bị khoảng 41% trình khử nitrat giai đoạn thiếu khí (khử nitrat thành N2 khí) Sau bể hiếu khí N tổng cịn lại khoảng từ 13-48,4 mg/l, cho giá trị trung bình 26,8 mgN/l thấp so với tiêu chuẩn N tổng QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (40 mgN/l) 74 amo ni, ht vào (mg/l) amo ni, ht, YK (mg/l) amo ni, ht, HK (mg/l) QCVN40/2011/B amo ni, ht, TK (mg/l) 300 250 mgN/l 200 150 100 50 12/24/2012 12/19/2012 12/14/2012 12/9/2012 12/4/2012 11/29/2012 11/24/2012 11/19/2012 Hình 3.11c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l amoni đầu vào nằm khoảng 189,6-230,4 mgN/l, chiếm 60% N hòa tan tổng số giảm dần sau qua ngăn yếm khí xuống khoảng 127 -149,2 mg/l, tức giảm khoảng 20% giai đoạn yếm khí amoni bị hấp thu phần vào sinh khối Tại ngăn thiếu khí amoni giảm xuống giá trị 78-108,7 mgN/l, tức bị khoảng 35% trình khử nitrat giai đoạn thiếu khí (khử nitrat thành N2 khí) Sau bể hiếu khí amoni cịn lại khoảng từ 8-16,2 mgN/l, cho giá trị trung bình 16,7 mgN/l cao so với tiêu chuẩn amoni tổng QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (10mgN/l) nitrat, ht, TK (mg/l) nitrat, ht, HK (mg/l) 60 50 mgN/l 40 30 20 10 12/24/2012 12/19/2012 12/14/2012 12/9/2012 12/4/2012 11/29/2012 11/24/2012 11/19/2012 Hình 3.11d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 75 nitrat giai đoạn hiếu khí tăng lên đến 40-54mgN/l cho hiệu suất oxi hóa amoni 92,2% Nồng độ nitrat ngăn thiếu khí giảm xuống 17-25 mgN/l q trình đề-nitrat hóa giai đoạn thiếu khí cho hiệu suất khử nitrat 55% octophotphat, ht, HK (mg/l) T-P , ht, HK (mg/l) T-P , vào (mg/l) 80 T-P , ht, YK octophotphat, ht, YK (mg/l) QCVN40/2011/B 70 mgP/l 60 50 40 30 20 10 12/24/2012 12/19/2012 12/14/2012 12/9/2012 12/4/2012 11/29/2012 11/24/2012 11/19/2012 Hình 3.11e Diễn biến tiêu otophotphat P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l Giá trị P tổng trung bình nước thải đầu vào khoảng 35,0 mgP/l, P tổng hòa tan 24,4 mgP/l, octophophat 14,1 mgP/l Trong ngăn yếm khí, q trình giải phóng octophotphat vi sinh PAO (Phosphorous Accumulating Organism) bùn hoạt tính nâng giá trị lên tới 30,7 – 44,2 mgP/l Nồng độ octophotphat P tổng sau ngăn hiếu khí cịn lại tương ứng 6,4 8,3 mgP/l cao giá trị tiêu chuẩn QCVN 40/2011 P tổng nước thải môi trường loại B (6 mgP/l) HS COD, % HS khử N (%) HS o xi hó a amo ni HS XL P (%) 120 HS (%) 100 80 60 40 20 12/24/2012 12/19/2012 12/14/2012 12/9/2012 12/4/2012 11/29/2012 11/24/2012 11/19/2012 Hình 3.11f Diễn biến thành phần N P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 210 mgN/l 76 Nhìn chung giá trị trung bình chế độ khảo sát thu được: hiệu suất xử lý chất hữu (COD) 91,8%, hiệu suất oxi hóa amoni 92,2% hiệu suất xử lý N 92,2% P 75,8% Chế độ 3: Nồng độ N-NH4+ nước đầu vào  250mg/l Bảng 3.17 Tóm tắt chế độ thí nghiệm giá trị trung bình nước thải đầu vào Ngăn xử lý Giá trị Đơn vị Ngăn xử lý Giá trị Đơn vị V yếm khí 90 l HRT yếm khí h V Thiếu khí 90 l HRT thiếu khí h V Hiếu khí 180 l HRT hiếu khí 12 h Mật độ vi sinh g/l Giá trị trung bình thành phần nước thải chăn ni pha loãng đến nồng độ cần khảo sát pH 6,5-7,3 Alk, ht 600-700 mg/l 1600 mg/l COD, ht 1150 mg/l 375 mgN/l T-N, ht 260 mgN/l N-NH4+, ht 250 mgN/l 24 mgP/l COD, t T-N, t T-P, t 36 mgP/l T-P, ht TSS 300 mg/l P-PO43-, ht 14,5 Trong chế độ này, dịng tuần hồn từ thiếu khí sang hiếu khí trì lưu lượng 7,2 m3/h nhằm vận chuyển hỗn hợp bùn nước thải sang ngăn hiếu khí Với tốc độ cao q trình đảo trộn lơi khơng khí vào ngăn hiếu khí Nước thải sau lấy tiến hành phần tích sau pha lỗng cho đạt giá trị nồng độ trung bình bảng 3.17 77 COD, t, vào (mg/l) COD, ht vào (mg/l) COD, ht, YK COD, ht, T K (mg/l) COD, ht, HK (mg/l) QCVN40/2011/B 1800 1600 COD (mg/l) 1400 1200 1000 800 600 400 200 28/09/12 26/09/12 24/09/12 22/09/12 20/09/12 18/09/12 16/09/12 14/09/12 Hình 3.12a Diễn biến nồng độ chất hữu (COD), thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l COD giảm dần sau qua ngăn khoảng 55% trình phân hủy yếm khí Tại ngăn thiếu khí COD khơng thay đổi nhiều so với ngăn yếm khí, nằm khoảng 550-630 mg/l Sau bể hiếu khí COD cịn lại khoảng từ 87-175 mg/l, thấp so với tiêu chuẩn COD QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (150mg/l) T -N t, vào (mg/l) T -N, ht vào (mg/l) T -N, ht, YK (mg/l) T -N, ht, T K (mg/l) T -N, ht, HK (mg/l) QCVN40/2011/B 400 350 T-N (mg/l) 300 250 200 150 100 50 28/09/12 26/09/12 24/09/12 22/09/12 20/09/12 18/09/12 16/09/12 14/09/12 Hình 3.12b Diễn biến nồng độ N tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l N tổng đầu vào nằm khoảng 327-360 mgN/l, N hịa tan có giá trị từ 230-270mgN/l (chiếm 72%) giảm dần sau qua ngăn yếm khí xuống khoảng 150 -160 mgN/l Sau bể hiếu khí N tổng cịn lại khoảng từ 22-71 78 mg/l, cho giá trị trung bình 51,3 mgN/l cao so với tiêu chuẩn N tổng QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (40 mgN/l) amo ni, ht vào (mg/l) amo ni, ht, YK (mg/l) amo ni, ht, HK (mg/l) QCVN40/2011/B amo ni, ht, TK (mg/l) 300 250 mgN/l 200 150 100 50 9/28/2012 9/26/2012 9/24/2012 9/22/2012 9/20/2012 9/18/2012 9/16/2012 9/14/2012 Hình 3.12c Diễn biến nồng độ amoni, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l Tại ngăn thiếu khí amoni giảm xuống giá trị 57-101 mgN/l trình khử nitrat giai đoạn thiếu khí (khử nitrat thành N2 khí) Sau bể hiếu khí amoni cịn lại khoảng từ 5,5-10 mgN/l, cho giá trị trung bình 7,4 mgN/l thấp so với tiêu chuẩn amoni tổng QCVN 40 cho nước thải môi trường loại B (10mgN/l) Điều với lưu lượng nước bùn cao làm tăng lượng oxi cung cấp cho q trình oxi hóa thành phần cacbon nước thải điều kiện hiếu khí nitrat, ht, TK (mg/l) nitrat, ht, HK (mg/l) 60 mgN/l 50 40 30 20 10 9/28/2012 9/26/2012 9/24/2012 9/22/2012 9/20/2012 9/18/2012 9/16/2012 9/14/2012 Hình 3.12d Diễn biến nồng độ nitrat, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 79 nitrat giai đoạn hiếu khí tăng lên đến 42,2-46 mgN/l cho hiệu suất oxi hóa amoni 96,8% Nồng độ nitrat ngăn thiếu khí giảm xuống 31-38,7 mgN/l q trình đề-nitrat hóa giai đoạn thiếu khí cho hiệu suất khử nitrat 27% octophotphat, ht, HK (mg/l) T-P , ht, HK (mg/l) T-P , vào (mg/l) 70 T-P , ht, YK octophotphat, ht, YK (mg/l) QCVN40/2011/B 60 50 mgP/l 40 30 20 10 9/28/2012 9/26/2012 9/24/2012 9/22/2012 9/20/2012 9/18/2012 9/16/2012 9/14/2012 Hình 3.12e Diễn biến tiêu octophotphat P tổng, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l Giá trị P tổng trung bình nước thải đầu vào khoảng 37,2 mgP/l, P tổng hịa tan 33,6 mgP/l, octophophat 14,3 mgP/l Trong ngăn yếm khí octophotphat tang lên đến 31,5 – 39,71 mgP/l, tức gấp 2,43 lần so với nồng độ octophotphat nước thải đầu vào Nồng độ octophotphat P tổng sau ngăn hiếu khí cịn lại tương ứng 4,8 3,3 mgP/l thấp giá trị tiêu chuẩn QCVN 40/2011 P tổng nước thải môi trường loại B (6 mgP/l) HS COD, % HS khử N (%) HS oxi hóa amoni HS XL P (%) 120 HS 100 80 60 40 20 9/28/2012 9/26/2012 9/24/2012 9/22/2012 9/20/2012 9/18/2012 9/16/2012 9/14/2012 Hình 3.12f Diễn biến thành phần N P, thời gian lưu tổng 36h, nồng độ amoni đầu vào khoảng 250 mgN/l 80 Nhìn chung giá trị trung bình chế độ khảo sát thu được: hiệu suất xử lý chất hữu (COD) 91,4%, hiệu suất oxi hóa amoni 96,8% hiệu suất xử lý tổng N 85,3% tổng P 85,8% So sánh hiệu suất xử lý theo thời gian lƣu tổng 36h thay đổi nồng độ NNH4+ đầu vào Bảng 3.18 Kết xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động thời gian lưu tổng 36h thay đổi nồng độ N-NH4+ đầu vào N-NH4+= 150mgN/l N-NH4+= 210mgN/l N-NH4+= 250mgN/l Đầu vào (mg/l) 1100 1600 1600 Đầu (mg/l) 137 126 100 Hiệu suất xử lý(%) 86 91 91 Đầu vào (mg/l) 150 210 250 Đầu (mg/l) 13,4 16,7 7,4 Hiệu suất xử lý(%) 90 92 96 Đầu (mg/l) 20 20 33 Hiệu suất khử (%) 51 55 27 Đầu vào (mg/l) 250 375 375 Đầu (mg/l) 33,4 26,8 51,3 Hiệu suất xử lý(%) 71 75 86 Đầu vào (mg/l) 24 36 36 Đầu (mg/l) 6,4 4,8 Hiệu suất xử lý(%) 71 75 85 Chỉ tiêu xử lý COD N-NH4+ N-NO3 QCVN 40/2011 cột B (mg/l) 150 10 - N_tổng P-tổng 81 40 Theo kết bảng 3.16 hiệu suất xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động đạt kết cao nồng độ N-NH4+ khoảng 210mgN/l: Hiệu suất xử lý chất hữu (COD) đạt 91%, hiệu suất xử lý amoni đạt 96%, hiệu suất xử lý N tổng đạt 86%, hiệu suất xử lý P tổng đạt 85% Như hiệu suất xử lý chất ô nhiễm đạt mức cao, đồng thời nồng độ đầu COD, amoni, P tổng đạt tiêu chuẩn xả thải Như trình nghiên cứu khả xử lý nước thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang PU, nhóm nghiên cứu tìm với chế độ chạy hệ 36h nồng độ N-NH4+ khoảng 250mgN/l hệ đạt kết xử lý cao (trong giới hạn thời gian nồng độ đầu vào N-NH4+ nghiên cứu) 3.3 So sánh hiệu xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật bùn hoạt tính (khơng có vật liệu mang PU) kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu mang PU) Từ kết nghiên cứu cho thấy hệ thống SBR sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng đạt hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi cao chế độ chạy mẻ 12h, nồng độ N-NH4+ đầu vào 160mgN/l Đối với hệ Fluduyn sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động có vật liệu mang PU đạt hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi cao chế độ chạy mẻ 36h, nồng độ N-NH4+ đầu vào 250mgN/l Kết so sánh hiệu suất xử lý thể bảng 3.19 82 Bảng 3.19 Bảng so sánh hiệu suất xử lý tiêu nước thải kỹ thuật bùn hoạt tính kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động Kỹ thuật sử dụng COD N-NH4+ N-tổng P-tổng Khử nitrat Đầu vào (mg/l) Đầu (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào (mg/l) Đầu (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào (mg/l) Đầu (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào (mg/l) Đầu (mg/l) Hiệu suất xử lý (%) hệ(%) Kỹ thuật tầng vi Kỹ thuật bùn sinh chuyển hoạt tính động (có sử (khơng có vật dụng vật liệu liệu mang PU) mang PU) 161 1600 113 100 QCVN 40/2011 loại B (mg/l) 150 53 160 91 91 250 10 44 400 301 96 375 51 40 26 17 14 86 36 4,8 18 19 85 27 Theo kết bảng 3.17 hiệu suất xử lý nước thải kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (sử dụng vật liệu PU) cao nhiều so với kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng (không sử dụng vật liệu PU): Hiệu suất xử lý chất hữu (COD), amoni, N tổng, P tổng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động lần lượng tương ứng 91, 96, 86 85%, hiệu suất xử lý kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng tương ứng là: 53, 44, 26 18% Đồng thời xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (sử dụng vật liệu PU) tiêu COD, amoni, tổng P đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40/2011, tiêu khác: tổng N gần đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40/2011, xử lý nước thải kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng có tiêu COD đạt tiêu chuẩn xả thải, tiêu khác: amoni, N tổng, P tổng cao so với tiêu chuẩn Như xử lý nước thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động làm tăng hiệu suất xử lý nước thải tiêu chất hữu (COD), N, P xử 83 lý nước thải kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động có sử dụng vật liệu mang PU làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc VSV, tạo mơi trường thuận lợi cho q trình xử lý P-tổng Mặt khác khả khử nitrat cuối Thời gian lưu tổng kỹ thuật tầng tầng vi sinh lơ lửng cao nhiều so với kỹ thuật bùn hoạt tính, điều giải thích nhờ hạt vật liệu mang PU tạo điều kiện tốt cho trình khử nitrat vi sinh thấm sâu vào khối vật liệu xốp – nơi có điều kiện thiếu khí có lợi cho q trình khử Hơn điều kiện hiếu khí khu vực đảm bảo thiếu khí 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu rút số kết luận sau: Xử lý nước thải chăn nuôi kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ đạt hiệu suất xử lý cao Thời gian lưu tổng chạy hệ 12h với nồng độ amoni đầu vào khoảng 160mg/l, cụ thể: hiệu suất xử lý chất hữu (COD) đạt 53%, hiệu suất xử lý amoni đạt 44%, hiệu suất xử lý N tổng đạt 26%, hiệu suất xử lý P tổng đạt 18% Nồng độ chất ô nhiễm amoni, N tổng, P tổng sau xử lý cao so với tiêu chuẩn QCVN 40/2011 Xử lý nước thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động đạt hiệu suất xử lý cao Thời gian lưu tổng chạy hệ 36h với nồng độ amoni đầu vào khoảng 250mg/l, cụ thể: hiệu suất xử lý chất hữu (COD) đạt 91%, hiệu suất xử lý amoni đạt 96%, hiệu suất xử lý N tổng đạt 86%, hiệu suất xử lý P tổng đạt 85% Nồng độ chất ô nhiễm COD, amoni, P tổng sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 40/2011 Như kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu PU) đạt hiệu xử lý nước thải cao so với kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng (khơng có vật liệu PU) đồng thời xử lý P-tổng tiêu mà kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng có khả xử lý thấp Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu PU) nâng cao tải đầu vào so với kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng (khơng có vật liệu PU): Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động nhóm nghiên cứu tiến hành chạy hệ với nồng độ COD đầu vào khoảng 1000-1600mg/l, mật độ vi sinh trì khoảng 8g/l, kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng tiến hành chạy hệ trì nồng độ COD khoảng 120-280mg/l, mật độ vi sinh trì khoảng 4g/l Kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu xốp PU cải thiện cho hiệu suất xử lý chất hữu (COD) hiệu suất khử N, cụ thể tăng hiệu suất q trình đề-nitrat hóa Điều giải thích tác dụng vật liệu mang PU tạo điều kiện tốt cho trình khử nitrat vi sinh thấm sâu vào khối vật 85 liệu xốp – nơi có điều kiện thiếu khí có lợi cho q trình khử Hơn điều kiện hiếu khí khu vực đảm bảo thiếu khí Kiến nghị Tiếp tục nghiên chế độ thời gian chạy hệ khác nhau, thay đổi tốc độ khuấy, thay đổi thời gian khuấy thời gian sục khí mẻ xử lý Tiếp tục khảo sát nồng độ N-NH4+ đầu vào khác Cần nghiên cứu thêm yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý 02 kỹ thuật độ kiềm, phương pháp cấp mẫu, tỉ lệ chất dinh dưỡng cho vi sinh… 86 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Cục Bảo vệ môi trường, Bộ Tài nguyên môi trường (2012), Báo cáo tổng hợp sở liệu môi trường Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ Phốtpho, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Lê Văn Cát (2012), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mang xử lý nước thải, cơng trình nghiên cứu Viện Khoa học Việt Nam Lê Văn Chiều (2012), Báo cáo xử lý nước thải chăn nuôi giàu N, P, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), Nghiên cứu tiêu nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi heo tập trung áp dụng số biện pháp xử lý, Luận án tiến sỹ khoa học Nông nghiệp, Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh Ngơ Kế Sương Nguyễn Lân Dũng (1997), Sản xuất khí đốt (biogas) kỹ thuật lên men kỵ khí, NXB Nơng nghiệp Trần Ngọc Lâm (2012), Nghiên cứu khả xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau bể Biogas hệ thống SBR, Đồ án tốt nghiệp Đại học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh Bicudo J R, Svobada I F (1995), "Intermittent aeration of pig slurry farm scale experiments for carbon and nitrogen removal", Water Science and Technology, 32(12), pp 83-90 C H Burton and C Turner (2003), Manure management, Silsoe Research Institute 87 10 Chenard L, Lemay S P, Lague C (2003), “Hydrogen sunfide assessment in shallow-pit swine housing and outside manure storage” J Agric Safe health, (4), pp 285-302 11 Fédéric Francis (2003), "Technique de lombriculture au Sud Vietnam", Biotechnol.Agron.Soc.Environ, (4), pp.171-175 12 Henning Steinfed (2006), Livestock’s long Shadow, FAO 13 Hur H W, Park S K, Chung K Y, Kang H, Lee S I (2004), “Nitrogen and phosphorus removal from swine wastewater by intermittently aerated dynamic-flow system”, Water Sci Technol, 49(5), pp 367-72 14 J.m Lomas, C Urbano and L M camareto (2000), Influence of recirculation flow in a pilot scale downflow stationary fixed film anaerobic reactor treating piggery slurry, Biomass and bioenegry, 18 (5), pp 421-430 15 Madan L Arora, Edwin F Barth, Margaret B Umphres (2001), Technology Evaluation of Squencing Batch Reators, Journal Water Pollution control Federation, 57 (8), pp 867-875 16 Su J J, Kung C M; Lin J, Lian W C, Wu J F (1997), Utilization of Squencing batch reactor for in situ piggery wastewater treament, Journal of Environmental Science and Health, 32(2), pp 391-405 17 S Andersson (2009), Characterization of bacterial biofilms for wastewater Treatment, School of Biotechnology, Royal Institute of Technology 18 Taiganides E.D (1992), Pig waste Management and Recycling, International Development Research Centre Trang Web: 19 http://cctytg.wordpress.com/2010/12/16/antibiotic-arguments, 16/2/2013 20 http://www.cucchannuoi.gov.vn/?index=h&id=1039, 18/3/2013 21 http://www.gso.gov.vn/khodulieudanso2009, 14/01/2013 22 http://fcri.com.vn/article_d/c153-166/tinh-hinh-chan-nuoi-the-gioi-va-khu-vuc, 15/2/2013 88 ... trường chăn ni gây xong gần chưa có nghiên cứu đầy đủ quản lý, xử lý chất thải chăn ni Vì vậy, chúng tơi tiến hành ? ?Nghiên cứu khả xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động" ... nhiễm môi trƣờng chất thải chăn nuôi 14 1.4 Công nghệ xử lý nƣớc thải chăn nuôi 15 1.5 Tình hình nghiên cứu nƣớc xử lý nƣớc thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động 28 Chƣơng... luận khả xử lý nước thải chăn nuôi kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan so với kỹ thuật bùn hoạt tính truyền thống Nước thải chăn ni phục vụ thí nghiệm nước thải chăn