Nghiên cứu xử lý amonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng hạt sinh khối anammox

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO THU THỦY NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONIUM TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG HẠT SINH KHỐI ANAMMOX Chuyên ngành : Công nghệ môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TSKH NGÔ KẾ SƯƠNG Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng 11 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO THU THỦY Giới tính : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 24/04/1982 Nơi sinh : Ninh Thuận Chuyên ngành : Công nghệ Mơi trường Khố (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONIUM TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG HẠT SINH KHỐI ANAMMOX 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tạo sinh khối nhóm vi khuẩn anammox chất mang bùn hạt kỵ khí - Theo dõi phát triển sinh khối Anammox thông qua xử lý ammonium nước thải tổng hợp nước thải chăn nuôi heo - Đề suất ứng dụng có liên quan 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/02/2006 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 1/11/2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH NGÔ KẾ SƯƠNG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH Ngơ Kế Sương tận tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến q báu suốt q trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Chân thành cảm ơn tập thể thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình giảng dậy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm làm việc suốt năm học qua Xin cảm ơn tồn thể tập thể anh chị em phịng ban chức Viện Sinh Học Nhiệt Đới Tp Hồ Chí Minh Thạc sỹ Lê Cơng Nhất Phương tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ, gia đình người thân tơi động viên, giúp đỡ bước chặng đường học tập qua Tp Hồ Chí Minh, 10/2007 Cao Thu Thủy i TÓM TẮT Các nghiên cứu luận văn nhằm mục đính xử lý N-NH4, N-NO2 nước thải chăn nuôi heo với nồng độ N-NH4, N-NO2 khoảng 300-600mg/l.ngày trình sinh học hạt sinh khối anammox Quá trình thực mơ hình UASB phịng thí nghiệm với thể tích 10 lít với lưu lượng 10lít/ngày Từ kết thực nghiệm mơ hình, đề xuất quy trình cơng nghệ thực tế Nghiên cứu chia làm giai đoạn: - Giai đoạn 1: Tạo môi trường thích hợp để vi khuẩn anammox phát triển tốt bùn hạt kỵ khí lấy từ bể UASB Tại trì dịng chảy nhân tạo, thay đổi nồng độ N-NH4 N-NO2 nước thải nhân tạo từ 300600mg/l.ngày Từ xác định điều kiện tối ưu q trình - Giai đoạn 2: Chạy mơ hình UASB nước thải chăn nuôi heo bùn hạt thích nghi giai đoạn Từ kết thực nghiệm, đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo ứng dụng hạt bùn giàu sinh khối anammox, có khả xử lý ammonium cao, giảm tiêu hao lượng, hóa chất an tồn cho môi trường ii MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 2.1 MỞ ĐẦU .4 2.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CHĂN NI HEO Ở VIỆT NAM 2.3 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI CHĂN NI HEO .7 2.3.1 Thành phần chất thải từ việc chăn nuôi 2.3.2 Tính chất nước thải chăn ni heo 10 2.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 11 2.4.1 Phương pháp xử lý sinh học điều kiện tự nhiên 12 2.4.2 Phương pháp xử lý sinh học điều kiện nhân tạo .12 2.4.3 Giới thiệu số công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi .15 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH NITƠ, NHĨM VI KHUẨN ANAMMOX, HẠT SINH KHỐI ANAMMOX 18 3.1 TỔNG QUAN VỀ CHU TRÌNH NITƠ .18 3.1.1 Sự cố định nitơ .18 3.1.2 Sự đồng hoá Nitơ 18 3.1.3 Sự khống hóa Nitơ 19 3.1.4 Q trình nitrat hố .19 3.1.5 Sự khử nitrat hoá 22 3.2 TỔNG QUAN VỀ NHÓM VI KHUẨN ANAMMOX 25 3.2.1 Giới thiệu .25 3.2.2 Sự phát phản ứng Anammox 25 3.2.3 Cơ chế 27 3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Anammox 31 3.2.5 Ưu nhược điểm trình anammox 34 3.3 TỔNG QUAN VỀ HẠT SINH KHỐI ANAMMOX 39 3.3.1 Mở đầu .39 3.3.2 Đặc tính bùn hạt kỵ khí 39 3.3.3 Cơ chế tạo hạt bùn .41 3.3.4 Những phương pháp đẩy nhanh trình tạo hạt bùn 42 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 4.1 VẬT LIỆU VÀ VI SINH VẬT 44 4.1.1 Nước thải .44 4.1.2 Bùn giống 45 4.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM .46 4.3 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH BÙN HẠT ANAMMOX .46 4.3.1 Mơ hình nghiên cứu điều kiện vận hành hệ thống 46 4.3.2 Điều kiện vận hành hệ thống 47 4.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 48 4.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 5.1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SINH KHỐI ANAMMOX .49 5.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XỬ LÝ N-NH4 TRONG NƯỚC CHĂN NUÔI HEO 52 iii 5.3 KẾT LUẬN 56 5.4 ĐỀ XUẤT CÁC CƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG Q TRÌNH ANAMMOX 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Aerobic Quá trình hiếu khí/điều kiện hiếu khí/bể xử lý hiếu khí Anaerobic Q trình kị khí/điều kiện kị khí/bể xử lý kị khí Anammox Oxi hóa ammonia điều kiện kị khí Anoxic Q trình thiếu khí/điều kiện thiếu khí/bể xử lý thiếu khí BOD Nhu cầu oxy sinh hóa CANON Q trình khử nitơ thơng qua nitrite q trình tự dưỡng hoàn toàn (completely autotrophic nitrogen removal over nitrite) COD Nhu cầu oxy hóa học DO Oxy hịa tan F/M Tỷ lệ chất dinh dưỡng, chất hữu cơ/lượng vi sinh vật, vi khuẩn MLSS Tổng chất rắn lơ lửng hệ bùn lỏng MLVSS Tổng chất rắn bay hệ bùn lỏng N-NH4 Nitơ ammonium N-NO2 Nitơ nitrite N-NO3 Nitơ nitrate SBR Bể phản ứng theo mẻ SHARON Bể phản ứng đơn lẻ xử lý ammonium nồng độ cao thông qua nitrite (single reactor system for high ammonium removal over nitrite) SS Chất rắn lơ lửng TDS Tổng chất rắn hòa tan v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Tỷ trọng chăn ni nông nghiệp Hình 3.1 Chu trình nitơ có thêm mắt xích Anammox 26 Hình 3.3 Quan hệ nhân tố sinh học vật lý trình tạo hạt bùn 40 Hình 3.4 Bùn hạt kỵ khí từ bể UASB 41 Hình 3.5 Lý thuyết spaghetti việc tạo thành bùn hạt 42 Hình 4.1 Mơ hình UASB 47 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Phân bố chăn nuôi heo theo vùng (số liệu thống kê 1.10.2001) Bảng 2.2 Lượng phân thải hàng ngày số loại heo (Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994) Bảng 2.3 Thành phần hóa học phân (Ngô Kế Sương_Nguyễn Lân Dũng, 1997) Bảng 2.4 Lượng nước tiểu thải hàng ngày (Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994) Bảng 2.5 Thành phần hóa học nước tiểu heo (Nguyễn Thanh Cảnh ctv, 19971998) Bảng 2.6 Thành phần tính chất hóa lý nước thải chăn nuôi heo (Lê Công Nhất Phương, 2007) 10 Bảng 3.1 Các điều kiện tối ưu cho q trình nitrat hố (Lâm Minh Triết – giáo trình vi sinh mơi trường) 21 Bảng 3.2 Tóm tắt q trình loại bỏ nitơ nghiên cứu công nghệ sinh học (Luiza Gut, 2006) 23 Bảng 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrate hóa bán phần anammox 31 Bảng3.4 Tóm tắt ưu khuyết điểm q trình anammox cơng nghệ xử lý 35 Bảng 3.5 Tóm tắt hệ thống xử lý nitơ sử dụng anammox (Luiza Gut, 2006) 35 Bảng 3.6 Tóm tắt nghiên cứu giới liên quan bùn hạt anammox xử lý nước thải chăn nuôi heo 38 Bảng 4.1 Nước thải tổng hợp chạy mơ hình UASB 44 Bảng 4.2 Nước thải chăn nuôi heo đầu bể kỵ khí UASB 45 Bảng 4.3 Các phương pháp phân tích thiết bị phân tích 48 vii ... phần chất thải từ việc chăn nuôi 2.3.2 Tính chất nước thải chăn nuôi heo 10 2.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO 11 2.4.1 Phương pháp xử lý sinh học... sinh : 24/04/1982 Nơi sinh : Ninh Thuận Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONIUM TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG HẠT SINH KHỐI... KHỐI ANAMMOX 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tạo sinh khối nhóm vi khuẩn anammox chất mang bùn hạt kỵ khí - Theo dõi phát triển sinh khối Anammox thông qua xử lý ammonium nước thải tổng hợp nước thải chăn