Luận án tiến sĩ nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ĐIỀN CHÂU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ GÀ RÁN CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP OZONE KẾT HỢP THỦY SINH THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ NGÀNH: 62440303 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ĐIỀN CHÂU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ GÀ RÁN CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP OZONE KẾT HỢP THỦY SINH THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ NGÀNH: 62440303 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS TRƯƠNG HOÀNG ĐAN 2021 MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ i CAM KẾT ii MỤC LỤC .iii TÓM TẮT vii ABSTRACT ix DANH MỤC BẢNG xi DANH MỤC HÌNH xiii DANH MỤC VIẾT TẮT .xvi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Nội dung 1: Khảo sát trạng nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp 1.3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cơng nghiệp phƣơng pháp ozone hóa 1.3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu sử dụng Sậy (Phragmites australis) xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp 1.3.4 Nội dung 4: Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam 1.4 Phạm vi, đối tƣợng nghiên cứu 1.4.1 Phạm vi 1.4.2 Đối tƣợng nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa luận án 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.6 Điểm luận án CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU iii 2.1 Tổng quan đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Đặc tính thành phần nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp 2.1.2 Tổng quan Sậy (Phragmites australis) 2.2 Phƣơng pháp ozone hoá xử lý nƣớc thải 2.2.1 Các trình ozone hóa xử lý nƣớc thải 2.2.2 Quá trình tạo gốc *OH phản ứng ozone với có mặt chất xúc tác (O3/xúc tác) 10 2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến gốc hydroxyl (*OH) 11 2.2.4 Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải phƣơng pháp ozone 12 2.3 Xử lý nƣớc thải thuỷ sinh thực vật 13 2.3.1 Giới thiệu thuỷ sinh thực vật 13 2.3.2 Hệ thống đất ngập nƣớc kiến tạo 19 2.4 Sự biến đổi tiêu chất lƣợng nƣớc thải thực vật .22 2.4.1 Sự biến đổi pH 22 2.4.2 Cơ chế loại bỏ COD BOD5 22 2.4.3 Cơ chế loại bỏ TN 23 2.4.4 Cơ chế loại bỏ TP 24 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 3.1 Phƣơng pháp luận nghiên cứu 25 3.2 Mơ hình nghiên cứu 26 3.2.1 Mơ hình oxy hóa ozone 26 3.2.2 Mơ hình nghiên cứu khả loại bỏ chất nhiễm sậy .29 3.2.3 Mơ hình nghiên cứu ảnh hƣởng mật độ trồng sậy đến tăng trƣởng khả làm chất ô nhiễm 30 3.2.4 Mô hình đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm ngang 30 3.3 Thời gian, địa điểm đối tƣợng nghiên cứu 33 3.3.1 Thời gian 33 3.3.2 Địa điểm 33 3.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu 33 3.4 Nội dung nghiên cứu 33 iv 3.4.1 Nội dung nghiên cứu 33 3.4.2 Nội dung nghiên cứu 34 3.4.3 Nội dung nghiên cứu 38 3.5 Phƣơng pháp tính tốn xử lý số liệu 47 3.5.1 Phƣơng pháp tính tốn kết 47 3.5.2 Phƣơng pháp xử lý số liệu 48 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 4.1 Nội dung nghiên cứu – Khảo trạng nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp50 4.1.1 Kết khảo sát trạng nhà máy Jollibee Việt Nam .50 4.1.2 Công nghệ xử lý nƣớc thải hữu nhà máy Jollibee 52 4.2 Nội dung nghiên cứu – Nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp phƣơng pháp ozone hóa 55 4.2.1 Thí nghiệm – Đánh giá ảnh hƣởng giá trị pH đến hiệu xử lý nƣớc thải ozone 55 4.2.2 Thí nghiệm – Đánh giá ảnh hƣởng liều lƣợng ozone đến hiệu xử lý nƣớc thải Jollibee 58 4.2.3 Thí nghiệm – Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu xử lý nƣớc thải 63 4.2.4 Thí nghiệm – Kiểm chứng hiệu xử lý nƣớc thải Điện cực, ozone ozone có tác nhân điện cực 64 4.2.5 Phân tích tƣơng quan Dự báo theo chuỗi thời gian (Mơ hình xu tuyến tính) 66 4.3 Nội dung nghiên cứu – Nghiên cứu sử dụng sậy (Phragmites australis) để xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp 69 4.3.1 Thí nghiệm – Nghiên cứu khả loại bỏ chất ô nhiễm Sậy xác định nồng độ nhiễm thích hợp cho sinh trƣởng phát triển (Quy mơ phịng thí nghiệm) 69 4.3.2 Thí nghiệm – Nghiên cứu ảnh hƣởng mật độ trồng đến khả sinh trƣởng, phát triển hấp thu N, P Sậy 87 4.3.3 Thí nghiệm – Nghiên cứu đánh giá khả loại bỏ chất ô nhiễm nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp phƣơng pháp Ozone hoá kết v hợp đất ngập nƣớc kiến tạo trồng sậy chảy ngầm ngang (thực trƣờng) 97 4.3.4 Kết luận nội dung nghiên cứu 115 4.4 Nội dung nghiên cứu – Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam 116 4.4.1 Tính tốn lƣợng ozone phù hợp 116 4.4.2 Tính tốn diện tích đất ngập nƣớc 116 4.4.3 Tính tốn hiệu xử lý Coliform hệ thống đất ngập nƣớc .118 4.4.4 Phƣơng án sử dụng đất cho hệ thống đất ngập nƣớc 119 4.4.5 Thời điểm thu hoạch sậy 120 4.4.6 Tận dụng sinh khối sậy .120 4.4.7 Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam 121 4.4.8 Tính kinh tế cơng nghệ đề xuất 122 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 5.1 Kết luận .126 5.2 Kiến nghị .127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC 1: BẢNG SỐ LIỆU THỐNG KÊ ANOVA .144 PHỤ LỤC 2: HÌNH (BIỂU ĐỒ) 156 PHỤ LỤC 3: MƠ HÌNH HỒI QUY 166 PHỤ LỤC 4: HÌNH ẢNH THỰC TẾ 189 vi TÓM TẮT Nƣớc thải từ ngành sản xuất thực phẩm ăn nhanh, đặc biệt nƣớc thải phát sinh từ trình tẩm ƣớp gà rán loại nƣớc thải có thành phần hợp chất gia vị, hợp chất đa phân tử có tính chất kháng khuẩn, kháng vi sinh vật kháng nấm Do tính chất kháng sinh học nhƣ nên việc áp dụng trực tiếp phƣơng pháp sinh học để xử lý loại nƣớc thải khó khăn Luận án nghiên cứu giải pháp tiền xử lý xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp phƣơng pháp ozone hóa sau dùng Sậy (Phragmites spp.) hệ thống đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang để xử lý triệt để chất ô nhiễm Tiến hành khảo sát thu mẫu nƣớc thải phân tích ngày liên tục nhà máy Jollibee Kết cho thấy nƣớc thải sơ chế gà rán có thành phần đặc trƣng nhƣ COD, BOD5, TN (tổng đạm) TP (tổng lân) với tƣơng ứng nồng độ dao động khoảng 1.345-1.425mg/L, 570-600mg/L, 1203 140mg/L 28-40mg/L Lƣu lƣợng phát thải 70 – 75 m / ngày đêm Nƣớc thải sơ chế gà rán đƣợc tiền xử lý phƣơng pháp ozone hóa, thí nghiệm 1, 2, đƣợc thực nhằm khảo sát giá trị pH, lƣợng ozone, thời gian phản ứng để xác định thơng số tối ƣu cho q trình tiền xử lý Kết cho thấy pH = 7, sau khoảng thời gian từ 45-90 phút phản ứng, hiệu suất khử COD đạt 40%; Tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,33 trƣớc phản ứng lên 0,53 (tăng 1,61 lần) Nƣớc thải sau tiền xử lý phƣơng pháp ozone hóa đƣợc tiếp tục nghiên cứu với thí nghiệm khác nhau: - Thí nghiệm nghiên cứu hấp thu dinh dƣỡng Sậy xác định nồng độ nƣớc thải thích hợp cho sinh trƣởng phát triển Nƣớc thải đƣợc pha loãng nƣớc với nồng độ lần lƣợt 25%, 50%, 75% 100% đƣợc cấp vào nghiệm thức thí nghiệm với thể tích lần lƣợt 06 lít, 09 lít, 12 lít Kết nghiệm thức thí nghiệm tích nƣớc thải 12 lít nồng độ nƣớc thải 100%, sau 48 ngày thí nghiệm cho thấy sậy sinh trƣởng phát triển tốt, khả làm giảm chất ô nhiễm TN, TP, BOD COD lần lƣợt 70,63%, 76,21%, 77,72% 61,14% (tăng 11,54%, 12,97%, 18,28% 21,61% so với ngày đầu) - Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng mật độ trồng đến khả sinh trƣởng, phát triển hấp thu N, P Sậy Sậy đƣợc trồng với 2 2 mật độ lần lƣợt 20 cây/m , 25 cây/m , 30 cây/m , 35 cây/m Kết cho thấy sau q trình thí nghiệm, sậy sinh trƣởng tốt khơng có khác biệt đáng kể mật độ trồng vii - Thí nghiệm nghiên cứu khả xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp hệ thống đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang Hệ thống đƣợc nạp theo dạng mẻ, nghiệm thức đƣợc cung cấp 0,33m nƣớc thải với thời gian lƣu nƣớc 03 ngày Sau 48 ngày thí nghiệm, kết cho thấy sậy sinh trƣởng phát triển tốt, chiều cao sậy đạt 170cm, trọng lƣợng tƣơi sậy đạt khoảng 83g/cây (tăng từ 7,1 – 7,4 lần so với ban đầu), tổng sinh khối hệ 6,76 - 7,12 kg/m Hiệu xử lý tổng đạm (TN , tổng lân (TP , BOD COD hệ thống lần lƣợt 77,85%, 70,46%, 92,25% 89,87% Sậy hấp thu 11,22% TN 8,88% TP nƣớc thải Tỷ lệ nhu mơ xốp (diện tích khoang chứa khí/diện tích lát cắt ngang) thân sậy tăng từ 9,91% lên 32,64% rễ tăng từ 17,89% lên 70,81% Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Long An với công suất 50 đến 100 m³/ ngày Trong có tính tốn phƣơng án sử dụng đất, phƣơng án tận dụng sinh khối sậy sau khu thu hoạch tính tốn hiệu kinh tế Nghiên cứu chứng minh sậy thích nghi phát triển tốt môi trƣờng ô nhiễm nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp tiền xử lý phƣơng pháp ozone hóa Sinh khối tƣơi sậy thu đƣợc sau 48 ngày thí nghiệm đạt khoảng 7kg/m (tăng khoảng 25 lần so với ban đầu , nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu tiêu chuẩn QCVN 40:2011 cột B Từ khóa: Sậy, tổng Đạm, tổng Lân, đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang, nhu mơ xốp viii 184 Bảng PL 3.20: Tóm tắt mơ hình hồi quy tích lũy TN_thân sậy – Thí nghiệm Biến độc lập (constant) Mật độ Ngày Tổng Biến phụ thuộc: Dung lƣợng mẫu quan sát: F Hệ số R2 Hệ số R2 hiệu chỉnh Durbin Watson Mean Std.Dev TN_thân 48 mẫu 77,476*** 0,775 0,765 1,194 -6,02-15 0,978 TN_thân = 0,379 + 0,001*Mật độ + 0,058*Ngày + ε 185 Bảng PL 3.21: Tóm tắt mơ hình hồi quy tích lũy TN_rễ sậy – Thí nghiệm Biến độc lập (constant) Mật độ Ngày Tổng Biến phụ thuộc: Dung lƣợng mẫu quan sát: F Hệ số R2 Hệ số R2 hiệu chỉnh Durbin Watson Mean Std.Dev TN_rễ 48 mẫu 85,097*** 0,791 0,782 1,706 1,37-16 0,978 TN_rễ = 0,221 – 6,5-5*Mật độ + 0,06*Ngày + ε 186 Bảng PL 3.22: Tóm tắt mơ hình hồi quy tích lũy TP_thân sậy – Thí nghiệm Biến độc lập (constant) Mật độ Ngày Tổng Biến phụ thuộc: Dung lƣợng mẫu quan sát: F Hệ số R2 Hệ số R2 hiệu chỉnh Durbin Watson Mean Std.Dev TP_thân 48 mẫu 54,827*** 0,709 0,696 1,755 4,23-16 0,978 TN_thân = 0,042 + 0,0*Mật độ + 0,015*Ngày + ε 187 Bảng PL 3.23: Tóm tắt mơ hình hồi quy tích lũy TP_rễ sậy – Thí nghiệm Biến độc lập (constant) Mật độ Ngày Tổng Biến phụ thuộc: Dung lƣợng mẫu quan sát: F Hệ số R2 Hệ số R2 hiệu chỉnh Durbin Watson Mean Std.Dev TP_rễ 48 mẫu 56,572*** 0,715 0,703 1,398 5,89-16 0,978 TP_rễ = 0,039 + 0,0*Mật độ + 0,015*Ngày + ε 188 PHỤ LỤC 4: HÌNH ẢNH THỰC TẾ Hình PL 4.1a: Mơ hình thí nghiệm Hình PL 4.1b: Q trình thí nghiệm sử dụng Ozone sử dụng Ozone Hình PL 4.1c: Chai đựng mẫu nƣớc Hình PL 4.1d: Phân tích tiêu COD thải 189 Hình PL 4.2b: Mơ hình thí nghiệm Hình PL 4.2e: Q trình chăm sóc sậy – Thí nghiệm Hình PL 4.2c: Pha lỗng nƣớc thải – Thí nghiệm Hình PL 4.2f: Thu mẫu nƣớc thải – Thí nghiệm 190 Hình PL 4.3a: Thùng nhựa để làm Hình PL 4.3b: Q trình chuẩn bị mơ mơ hình thí nghiệm hình thí nghiệm Hình PL 4.3c : Sậy trồng thí Hình PL 4.3d: Sậy phát triển xanh tốt nghiệm thí nghiệm Hình PL 4.4a: Xây dựng mơ hình thí nghiệm Hình PL 4.4b: Mơ hình thí nghiệm thực tế - Thí nghiệm Hình PL 4.4c: Máy Ozone thùng chứa nƣớc thải – Thí nghiệm Hình PL 4.4d: Q trình thí nghiệm Hình PL 4.4e: Sậy phát triển sau 48 ngày – Thí nghiệm Hình PL 4.5f: Bộ rễ sậy phát triểnmsau 48 ngày – Thí nghiệm 192 Hình PL 4.5a: Sử dụng kính hiển vi điện tử chụp nhu mơ xốp thí nghiệm Hình PL 4.5b: Tính diện tích nhu mơ xốp thí nghiệm Hình PL 4.5c: Lát cắt ngang phần nhu mơ xốp thân sậy trƣớc thí nghiệm Hình PL 4.5d: Lát cắt ngang phần nhu mô xốp thân sậy sau thí nghiệm Hình PL 4.5e: Lát cắt ngang nhu mơ xốp Rễ sậy trƣớc thí nghiệm Hình PL 4.5f: Lát cắt ngang nhu mô xốp Rễ sậy sau thí nghiệm 193 ... ĐIỀN CHÂU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ GÀ RÁN CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP OZONE KẾT HỢP THỦY SINH THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ NGÀNH: 62440303 CÁN BỘ HƯỚNG... phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật? ?? đƣợc thực 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu giải pháp xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp phƣơng pháp ozone kết hợp thủy. .. tiền xử lý nhằm làm hoạt tính chất gia vị nƣớc thải kết hợp thủy sinh thực vật hứa hẹn tiềm lớn nghiên cứu xử lý ô nhiễm nƣớc Do ? ?Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp phương