Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn TT

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHẠM HẢI BẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG HỆ THỐNG BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC KHÍ NÂNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN Ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Mã số: 9850101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Tiến Anh – Tổng cục Khí tượng Thủy văn TS Bạch Quang Dũng - Tổng cục Khí tượng Thủy văn Phản biện 1: ……………………………………………………… Phản biện 2:………………………………………………………… Phản biện 3:………………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… vào hồi … …., ngày … tháng …… năm 20… Có thể tìm thấy Luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Thư viện Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước thải từ hoạt động giết mổ lợn thường có chứa hàm lượng cao chất nhiễm chất hữu cơ, chất dinh dưỡng hay vi khuẩn gây bệnh, thải trực tiếp môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới mơi trường hệ sinh thái sức khỏe người Do đó, việc lựa chọn, nghiên cứu cải thiện công nghệ phù hợp với đặc điểm kinh tế kỹ thuật Việt Nam để giải loại nước thải vấn đề cấp thiết Trong thời gian gần đây, công nghệ màng lọc sinh học khí nâng (GL-MBR) dành nhiều quan tâm Công nghệ vừa mang ưu điểm công nghệ màng lọc sinh học truyền thống, vừa khắc phục tượng tắc màng sau thời gian vận hành định, đòi hỏi trình làm màng hóa chất thay màng, dẫn tới làm gia tăng chi phí bảo dưỡng vận hành Đặc biệt, nghiên cứu vi sinh vật bổ sung tuyển chọn từ nguồn nước thải giết mổ, có đặc tính sinh học có lợi cho q trình xử lý nước thải Đặc điểm giúp trình xử lý nhanh hơn, nâng cao hiệu quả, tính ổn định cơng trình xử lý sinh học so với việc sử dụng bùn hoạt tính thơng thường, rút ngắn thời gian khởi động hệ thống Chính vậy, Luận án: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật chỗ hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn” nghiên cứu sinh thực kỳ vọng đưa giải pháp ứng dụng mới, mang tính sáng tạo, thân thiện với môi trường xử lý nước thải giết mổ lợn, giảm chi phí vận hành loại hình giết mổ lợn có diện tích mặt hạn chế, nằm gần khu thị, góp phần giảm thiểu ô nhiễm cải thiện môi trường, giảm thiểu ảnh hưởng đến sức khỏe nhân dân Mục tiêu Luận án - Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật chỗ xử lý nước thải giết mổ lợn phương pháp hiếu khí - Nghiên cứu xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ để xử lý nước thải cho sở giết mổ lợn - Đề xuất giải pháp kỹ thuật giúp quản lý giám sát xử lý nước thải lò giết mổ tập trung đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Luận án q trình ứng dụng vi sinh vật chỗ phân lập từ nước thải giết mổ lợn vào q trình xử lý sinh học hiếu khí hệ thống MBR khí nâng - Luận án khảo sát việc sử dụng vi sinh vật chỗ điều kiện xử lý khác hệ thống MBR khí nâng xác định điều kiện khởi động vận hành tối ưu cho hệ thống Phạm vi nghiên cứu - Các nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm, nước thải sử dụng nước thải từ sở giết mổ gia súc Thịnh An, Thanh Trì, Hà Nội - Luận án tập trung nghiên cứu hệ thống MBR khí nâng quy mơ phịng thí nghiệm bổ sung chủng vi sinh vật chỗ thông qua việc sử dụng chế phẩm vi sinh, tập hợp chủng vi sinh vật phân lập từ nước thải giết mổ lợn Câu hỏi nghiên cứu - Việc bổ sung chế phẩm vi sinh có chứa chủng vi sinh vật chỗ, có sẵn nước thải giết mổ lợn giúp nâng cao hiệu xử lý chất hữu thành phần dinh dưỡng nước thải giết mổ lợn nâng cao tính ổn định hệ thống xử lý hay không ? - Việc sử dụng vi sinh vật chỗ có ý nghĩa việc cải thiện tính ổn định hiệu hoạt động hệ thống MBR khí nâng ? - Các điều kiện vận hành thích hợp hệ thống MBR khí nâng có bổ sung chế phẩm phân lập từ vi sinh vật chỗ ? - Việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ có giúp ích cho nhiệm vụ quản lý, bảo vệ tài nguyên môi trường không? Giả thuyết nghiên cứu - Luận điểm 1: Bổ sung chủng vi sinh vật chỗ có khả rút ngắn thời gian khởi động tăng hiệu xử lý hiếu khí hệ MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn - Luận điểm 2: Việc sử dụng vi sinh vật chỗ giúp nâng cao tính ổn định màng lọc khí nâng cải thiện suất lọc màng lọc khí nâng - Luận điểm 3: Việc khảo sát chế độ thông số vận hành hệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ giúp trì hiệu hoạt động tối ưu cho tồn hệ thống MBR khí nâng Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết loại bỏ chất nhiễm q trình phân hủy hiếu khí cơng nghệ màng lọc khí nâng - Khảo sát đặc tính nước thải giết mổ lợn từ sở giết mổ lợn Thịnh An - Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh chứa vi sinh vật chỗ bể sinh học hiếu khí xử lý nước thải giết mổ lợn - Nghiên cứu đánh giá vai trò việc sử dụng vi sinh vật chỗ việc cải thiện suất lọc, nâng cao khả chống tắc màng tiết kiệm chi phí lượng vận hành hệ màng MBR khí nâng - Nghiên cứu thông số vận hành hệ MBR khí nâng q trình xử lý nước thải giết mổ lợn quy mơ phịng thí nghiệm - Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật giúp quản lý giám sát xử lý nước thải lò giết mổ lợn dựa yếu tố kỹ thuật nghiên cứu Luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn 7.1 Ý nghĩa khoa học - Luận án chứng minh khả rút ngắn thời gian khởi động q trình xử lý sinh học hiếu khí xuống cịn - ngày so với q trình thông thường, đồng thời nâng cao hiệu xử lý tính ổn định nhờ vào việc sử dụng vi sinh vật chỗ phân lập từ nước thải giết mổ lợn - Luận án chứng minh được, khả hoạt động hiệu môi trường nước thải giết mổ lợn nồng độ MLSS thấp, vi sinh vật chỗ giúp hệ thống màng khí nâng đạt suất lọc cao với hệ thống sử dụng bùn hoạt tính thơng thường, giảm chi phí vệ sinh việc tắc màng tiết kiệm lượng vận hành - Lần đầu tiên, yếu tố ảnh hưởng điều kiện vận hành tối ưu hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ để xử lý nước thải giết mổ lợn 7.2 Ý nghĩa thực tiễn - Luận án thử nghiệm thành cơng bể sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật chỗ kết hợp màng MBR khí nâng quy mơ phịng thí nghiệm giảm chi phí lắp đặt chi phí vận hành hệ thống, giảm tượng tắc màng, nước thải sau xử lý hệ đạt tiêu chuẩn loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT - Góp phần đưa giải pháp cơng nghệ mới, có tiềm để áp dụng thực tiễn, phù hợp với trạng điều kiện kinh tế sở giết mổ lợn tập trung Việt Nam Đóng góp luận án Về mặt lý luận: Nghiên cứu vi sinh vật chỗ không nâng cao hiệu xử lý sinh học mà tăng cường hiệu lọc hiệu lượng màng khí nâng với lượng, từ nâng cao khả ứng dụng cơng nghệ MBR khí nâng Về mặt thực tiễn: Hệ thống MBR khí nâng hệ thống giới Việt Nam Đây giải pháp hứa hẹn giúp giải vấn đề tồn phương pháp truyền thống xử lý nước thải giết mổ lợn nói riêng nước thải giết mổ gia súc nói chung Đóng góp luận án Về mặt lý luận: Luận án nghiên cứu chứng minh việc cải thiện hiệu vận hành hiệu lượng xử lý nước thải giết mổ hệ thống MBR khí nâng cách sử dụng vi sinh vật chỗ Nghiên cứu vi sinh vật chỗ không nâng cao hiệu xử lý sinh học mà tăng cường hiệu lọc hiệu lượng màng khí nâng với lượng, từ nâng cao khả ứng dụng cơng nghệ MBR khí nâng Về mặt thực tiễn: Hệ thống MBR khí nâng hệ thống giới Việt Nam, có vài nghiên cứu hệ thống Việt Nam Đây giải pháp hứa hẹn giúp giải vấn đề tồn phương pháp truyền thống (ví dụ: vận hành phức tạp, hiệu chưa cao, kinh phí vận hành cao…) xử lý nước thải giết mổ lợn nói riêng nước thải giết mổ gia súc nói chung 10 Cấu trúc Luận án Chương 1: Tổng quan công nghệ xử lý nước từ sở giết mổ lợn, đặc biệt cơng nghệ sinh học Tình hình nghiên cứu cơng nghệ sinh học giới Việt Nam đặc biệt công nghệ sử dụng vi sinh vật chỗ, công nghệ bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng, cơng nghệ tiên tiến nghiên cứu Luận án Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu, trình tự nghiên cứu áp dụng để đánh giá hiệu quả, khảo sát yếu tố ảnh hưởng lựa chọn điều kiện thích hợp cho q trình vận hành hệ thống quy mơ phịng thí nghiệm Chương 3: Các kết nghiên cứu thu thập phân tích đánh giá kết CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN, CÔNG NGHỆ SINH HỌC SỬ DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ VÀ CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC KHÍ NÂNG 1.1 Tổng quan nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ lợn Hiện nhiều loại hình giết mổ lợn (công nghiệp, bán công nghiệp, thủ công tập trung, nhỏ lẻ hộ gia đình) có hai phương pháp giết mổ phương pháp giết mổ thủ công mổ dây chuyền quay áp dụng cho sở có quy mơ cơng nghiệp Nước thải giết mổ lợn nói riêng có đặc trưng sau đây: - Lưu lượng tính chất nước thải khơng ổn định, thay đổi theo theo cơng suất vận hành lị giết mổ - Nước thải từ nơi cịn có lượng lớn dầu mỡ nồng độ chất hữu lớn, bên cạnh cịn có nitơ, phốt pho, chất bảo quản thực phẩm, lông, xương động vật thức ăn thừa, Nước thải có số Coliform, Felcal coliform lên tới hàng triệu CFU/100 ml Kết nghiên cứu tổng quan cho thấy, có nhiều cơng nghệ xử lý nhiễm nước thải có tiềm để áp dụng Việt Nam, nhiên, để tiếp tục đưa công nghệ gần với thực tiễn cần phải có nghiên cứu mà hiệu thu từ hệ thống thí nghiệm chưa cao, số thí nghiệm thành cơng với nước thải pha loãng, nghiên cứu chưa xét đến mức độ biến động lớn nước thải giết mổ gia súc Việt Nam 1.2 Tổng quan công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật chỗ Bản chất việc bổ sung vi sinh vật chỗ bổ sung vi sinh vật có khả tham gia vào q trình chuyển hóa loại chất nhiễm nước thải, tận dụng khả đồng hóa nguồn chất khác chúng để loại bỏ thành phần ô nhiễm nước thải Tại Việt Nam, tác giả Trần Thị Thu Lan thực luận án: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật địa để xử lý nước thải giết mổ gia súc tập trung” Nghiên cứu phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật địa (tại chỗ) có khả phát triển tốt điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi khả xử lý nhanh hợp chất hữu dinh dưỡng nước thải Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại công đoạn làm giàu sinh khối chủng vi sinh vật chế tạo chế phẩm, chưa có nghiên cứu ứng dụng chế phẩm để xử lý đối tượng nước thải thực tiễn làm rõ điều kiện vận hành thích hợp cho cơng trình xử lý sử dụng chế phẩm 1.3 Tổng quan công nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng (Gaslift- MBR) xử lý nước thải Hiện nay, hướng tiếp cận dành ý nhằm giải hạn chế màng sử dụng dịng khí nâng, hay cịn gọi cơng nghệ màng lọc khí nâng (Gaslift-MBR) Việc sử dụng khí nâng kết hợp với màng lọc sinh học đem lại ưu điểm sau đây: + Hỗ trợ máy bơm việc bơm nước thải qua bề mặt màng giảm áp lực bơm tạo áp suất qua màng Theo tính tốn sơ bộ, với hỗ trợ khí nâng, lượng dành cho bơm giảm từ 30 - 100% + Sử dụng khí cọ rửa bề mặt màng giảm tắc màng kéo dài tuổi thọ màng Để nâng cao tính phù hợp cơng nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng với điều kiện Việt Nam, Luận án nghiên cứu nâng cao hiệu cơng trình xử lý sinh học dựa việc bổ sung chủng vi sinh vật chỗ chế phẩm Đây tập hợp vi sinh vật chỗ nước thải giết mổ lợn Việt Nam, có tính phù hợp cao với điều kiện tự nhiên nước ta, từ góp phần nâng cao hiệu quả, tính ổn định cơng trình xử lý sinh học, rút ngắn thời gian khởi động hệ thống Đồng thời, kết hợp hiệu với cơng nghệ màng lọc khí nâng CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp tiếp cận phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Phương pháp tiếp cận Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát phương pháp nghiên cứu khoa học sử dụng Luận án 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm, nước thải sử dụng nước thải từ sở giết mổ lợn Thịnh An, Thanh Trì, Hà Nội - Nghiên cứu hệ thống MBR khí nâng bổ sung chủng vi sinh vật chỗ thông qua việc sử dụng chế phẩm vi sinh 2.2 Vật liệu 2.2.1 Nước thải giết mổ lợn Mẫu nước thải sử dụng cho nghiên cứu lấy lại sở giết mổ lợn Cơng ty cổ phần Thịnh An, Thanh Trì, Hà Nội 2.2.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng nghiên cứu Các nguồn vi sinh vật nghiên cứu bao gồm: - Bùn hoạt tính sử dụng nghiên cứu thu thập từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà 11 MLSS lựa chọn từ nghiên cứu Hai sử dụng bùn hoạt tính thơng thường với giá trị MLSS trì khoảng 4.000 - 6.000 mg/L 2.4.4 Nghiên cứu xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ Nghiên cứu 6: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận tốc nước chảy, áp suất vận chuyển lưu lượng sục khí tới hoạt động hệ MBR khí nâng - Khảo sát ảnh hưởng vận tốc chảy ống màng áp suất vận chuyển tới hoạt động hệ màng MBR khí nâng: Nghiên cứu vận hành với điều kiện thay đổi về: vận tốc nước ống màng (m/giây) áp suất vận chuyển màng (bar) khoảng giá trị từ 0,2 đến 1,5 m/giây với giá trị áp suất khác bar, 0,2 bar, 0,3 bar, 0,5 bar, 0,8 bar, 1,2 bar, 1,5 bar, 1,8 bar bar - Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng sục khí tới hoạt động hệ màng MBR khí nâng: giá trị lưu lượng khí nâng 0,3 0,5 L/phút khảo sát giá trị áp suất vận chuyển khác - Khảo sát lựa chọn phương pháp làm màng: Các biện pháp vệ sinh màng nghiên cứu phương pháp sử dụng hóa chất làm (NaOH HNO3) sử dụng nước Nghiên cứu 7: Nghiên cứu xác định thông số vận hành màng tối ưu cho hệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ Nghiên cứu xác định áp suất vận chuyển lưu lượng sục khí tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ 12 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG CƠNG NGHỆ MBR KHÍ NÂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN 3.1 Khảo sát đặc tính nước thải giết mổ lợn từ sở giết mổ Thịnh An Bảng 3.1 Kết phân tích mẫu nước thải sở giết mổ lợn Thịnh An xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội Chỉ tiêu COD BOD5 TSS DO pH EC TDS Độ đục ClNH4+-N NO3TN TP Fe Cr Mn Độ màu Nhiệt độ Đơn vị tính Rửa (Cơng đoạn giết mổ) mg/l mg/l mg/l mg/l 220 1.673 225 0,3 6,3 657 337 558 68,9 87,5 0,1 261 11,8 16,7 0,08 1,4 5176 27,5 uS mg/l NTU mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Pt-Co o C Rửa (Công đoạn làm nội tạng) 1960 1.281 480 0,15 6,05 1.538 673 563 215 94,3 0,2 239 28,8 3,28 0,2 1,9 5715 28,6 QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) 150 50 100 5,5 - 1000 10 40 0,1 150 40 Đối với nước thải sau mổ (Rửa 1) tiêu: COD, BOD5, TSS, amoni, TN, TP, Fe, Mn độ màu có nồng độ vượt mức quy định so với cột B QCVN 40:2011/BTNMT Trong COD vượt 12,6 lần; BOD vượt 20,22 lần; TSS vượt 5,25 lần; amoni vượt 8,75 lần; TN vượt 6,52 lần; TP vượt lần; hàm lượng Fe vượt 3,34 lần; hàm lượng Mn vượt 1,4 lần; độ màu vượt 34,5 lần Đối với nước thải chung có khâu chế biến nội tạng (Rửa 2) tiêu: COD, 13 BOD, TSS, amoni, TN, TP, Mn độ màu có nồng độ vượt mức quy định so với cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT Trong COD vượt 13,89 lần; BOD vượt 20,38 lần; TSS vượt 9,77 lần; amoni vượt 9,43 lần; TN vượt 8,3 lần; TP vượt lần; hàm lượng Mn vượt 1,9 lần; độ màu vượt 38,1 lần Với kết phân tích này, luận án tập trung nghiên cứu vào việc khảo sát cải thiện hiệu xử lý COD, hợp chất nitơ 3.2 Nghiên cứu khả ứng dụng vi sinh vật chỗ cho hệ thống MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn 3.2.1 Đánh giá khả sử dụng vi sinh vật chỗ cho bể sinh học hiếu khí xử lý nước thải giết mổ lợn xác định thời gian khởi động 3.2.1.1 Đánh giá khả xử lý COD Bể không bổ sung vi sinh vật chỗ (VSVTT) hiệu xử lý mẻ đạt 56 - 59%, sau 10 ngày vận hành, hiệu cao đạt 85% Bể phản ứng có sử dụng chế phẩm vi sinh chỗ (VSVTC) từ mẻ xử lý đầu tiên, hiệu xuất xử lý COD đạt >90% Hiệu suất tiếp tục tăng lên mức cao đạt 96% cho thấy VSV trì phát triển ổn định Hình 3.1 Diễn biến nồng độ COD theo thời gian Hình 3.2 Diễn biến hiệu suất xử lý COD theo thời gian 3.2.1.2 Đánh giá khả xử lý nitơ tổng (TN) - Bể VSVTT; hiệu xử lý TN thấp, cải thiện chậm suốt trình tiến hành nghiên cứu cao đạt 31% 14 - Bể VSVTC, hiệu xử lý TN trì mức cao suốt trình nghiên cứu Hiệu suất xử lý đạt giá trị cao (88%) sau ngày vận hành liên tục Hình 3.3 Nồng độ NH4+-N qua mẻ xử lý Hình 3.5 Hiệu suất xử lý TN bể xử lý hiếu khí VSVTT VSVTC Các kết phân tích amoni, nitrit nitrat cho thấy, bể VSVTC có khả thích nghi nhanh đáng kể so với bể phản ứng VSVTT nhờ việc bổ sung vi sinh vật thích nghi sẵn với mơi trường nước thải giết mổ lợn Bể nhanh chóng đạt hiệu xử lý cao tiêu COD TN so với bể phản ứng VSVTT 3.2.1.3 Khảo sát tốc độ tăng sinh khối (MLSS) hệ bùn hoạt tính bể xử lý hiếu khí bổ sung vi sinh vật chỗ - MLSS bể VSVTC tăng dần hàng ngày theo thời gian xử lý từ 1.000 đến 3.000 mg/L, nhanh ngày đầu thí nghiệm - Kết hợp với kết theo dõi COD TN thấy bùn hoạt tính bổ sung vi sinh vật chỗ có khả sinh trưởng phát triển nhanh Hình 3.6 Kết theo dõi thời gian lưu bùn thấp đáng nồng độ MLSS kể so với bùn hoạt tính truyền thống Kết giúp xác định chế độ vận hành thời gian lưu bùn ngắn so với trình bùn hoạt tính truyền thống nhằm trì 15 trạng thái tối ưu cho hệ thống, trì trạng thái lắng tốt bùn, tránh tượng tái nhiễm 3.2.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới hiệu hoạt động bể sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật chỗ 3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu nước bể hiếu khí (HRT) sử dụng vi sinh vật chỗ đến hiệu xử lý Hình 3.7 Mối liên hệ thời gian lưu nồng độ COD bể xử lý Hình 3.8 Mối liên hệ thời gian lưu nồng độ TN bể xử lý  Giờ thứ - 10 đạt hiệu suất xử lý COD cao 93% giá trị không tăng nhiều sau 12 thí nghiệm;  Sau 10h xử lý TN cao đạt hiệu suất 83%;  Giá trị HRT thích hợp cho bể VSVTC lựa chọn từ nghiên cứu - 10 3.2.2.2 Ảnh hưởng nồng độ MLSS tới hiệu xử lý COD TN Hình 3.10 MLSS hiệu suất xử lý COD bể xử lý hiếu khí có sử dụng VSVTC Hình 3.11 MLSS hiệu suất xử lý TN bể xử lý hiếu khí có sử dụng VSVTC 16  Nồng độ MLSS 1380 - 1.680 mg/L hiệu suất xử lý COD trì mức cao từ 96,1 - 97,7%;  Nồng độ MLSS đạt từ 900 - 1.000 mg/L hiệu suất xử lý TN đạt hiệu suất cao 73,7 - 86,8%, tổng nồng độ NH4+-N, NO3 N, NO2 N thấp nhất;  Nồng độ sinh khối thích hợp để trì hiệu xử lý mong muốn xác định nằm khoảng giá trị 850 1.680 mg/L  SRT từ 1,5 đến 3,5 ngày đảm bảo trì hiệu xử lý mong muốn 3.2.2.3 Ảnh hưởng tải lượng ô nhiễm tới hiệu xử lý COD TN Hình 3.16 Ảnh hưởng tải lượng Hình 3.17 Ảnh hưởng tải đến hiệu suất xử lý COD lượng TN tới hiệu xử lý bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi TN bể xử lý hiếu khí có sinh vật chỗ sử dụng vi sinh vật chỗ  Tải lượng COD dao động từ 1,40 - 3,19 kg/m3/ngày hiệu suất xử lý đạt cao từ 93 – 97,5%;  Tải lượng TN 0,14 - 0,19 kg/m3/ngày, hiệu suất thu giai đoạn cao khoảng từ 83 – 87,2%;  Ngay sau ngày đầu thí nghiệm, hệ thống đạt hiệu xử lý COD TN cao ổn định  thời gian khởi động hệ thống sử dụng vi sinh vật chỗ giảm xuống tuần 17 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng vi sinh vật chỗ tới hiệu hoạt động hệ thống MBR khí nâng Hình 3.21 Theo dõi hoạt động hệ màng MBR khí nâng giá trị MLSS khác - Năng suất lọc màng với với hệ sử dụng VSVTC đạt 36,7 - 37,2 (L/m2/giờ), cao gấp lần so với bể VSVTT (17,5 đến 19,5 (L/m2/giờ)) - Qua 20 ngày, áp suất vận chuyển trì ổn định, khơng tăng đột biến - Hiệu xuất xử lý COD TN cao đạt 95% 84%  Việc vận hành MLSS thấp (1500 mg/L) kết hợp sục khí giúp trì ổn định hoạt động màng lọc, tiết kiệm đáng kể chi phí điện cho bơm màng mà đảm bảo hiệu xử lý 3.4 Nghiên cứu khảo sát thông số vận hành tối ưu hệ thống MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ lợn 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành tới hoạt động hệ MBR khí nâng 3.4.1.1 Ảnh hưởng vận tốc chảy ống màng áp suất vận chuyển tới hoạt động hệ màng MBR khí nâng Hình 3.23 Thông lượng màng thay đổi áp suất tốc độ hút (khi chưa cấp khí) 18 Dựa kết theo dõi suất lọc  khoảng giá trị áp suất thích hợp từ 0,5 tới 1,2 bar vận tốc nước 0,6 - m/giây 3.4.1.2 Ảnh hưởng lưu lượng sục khí Bảng 3.3 Năng suất lọc màng cấp khí nâng Năng suất lọc (L/m2/giờ, Qkhí=0,3L/ph) 0,2 bar (không sục 0,2 0,5 bar (không sục 0,5 Vnước khí) bar khí) bar 0,4m/giây 17,25 28,5 28,2 45 0,6m/giây 18,2 31,5 32,7 60 Năng suất lọc (L/m /giờ, Qkhí=0,5L/ph) 0,2 bar (khơng sục 0,2 0,5 bar (khơng sục 0,5 Vnước khí) bar khí) bar 0,4m/giây 17,25 45 28,2 51 0,6m/giây 18,2 57 32,7 69  Khi tăng tốc độ khí nâng vào hệ màng suất lọc tăng theo 3.4.2 Nghiên cứu xác định thông số vận hành màng tối ưu cho hệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ 3.4.2.1 Nghiên cứu xác định áp suất vận chuyển lưu lượng sục khí tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ  Năng suất lọc độ ổn định màng tốt lưu lượng sục khí 0,2 L/phút áp suất vận chuyển 0,8 bar Hình 3.27 Khảo sát suất lọc áp suất vận chuyển lưu lượng sục khí khác 19 3.4.2.2 Nghiên cứu xác định vận tốc nước chảy ống màng tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ Hình 3.28 Khảo sát vận tốc nước chảy ống màng (m/giây)  0,8 m/giây giá trị vận tốc tới hạn màng, vượt giới hạn suất lọc màng không gia tăng đáng kể 3.4.2.3 Đánh giá độ ổn định hệ thống màng lọc MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ Với thông số vận hành lựa chọn từ nghiên cứu trước, hệ thống hoạt động ổn định với suất lọc hệ thống màng khoảng từ 40 - 50 L/m2/giờ, áp suất màng trung bình hệ thống bar, đặc biệt khơng có tượng tắc màng Hình 3.29 Diễn biến lưu lượng lọc áp suất màng 3.4.2.4 Đánh giá tiềm tiết giảm lượng hệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ Hệ thống MBR khí nâng có cơng suất 20 m3/ngày có mức tiêu thụ lượng 2,6 kWh/m3 nước thải, giá trị trung bình thấp hệ MBR ghi nhận 2,5-3 kWh/m3 Trong đó, sử dụng vi sinh vật chỗ, hệ vận hành hiệu MLSS thấp (850-1680 mg/L), cần nhu cầu lượng cho q 20 trình sục khí đồng thời giảm áp lực cho thiết bị bơm nước qua màng Như vậy, lượng tiêu thụ hệ thống thấp so với hệ 20 m3/ngày khảo sát đề tài KC.08.31/11-15 3.4.2.5 Nghiên cứu xác định tải lượng COD TN tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ a Xác định tải lượng COD thích hợp Tải lượng COD 3,19 kg/m3/ngày giá trị cao mà hệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ hoạt động hiệu với hiệu suất xử lý COD cao 98% Hình 3.32 Hiệu xử lý COD trước sau vận hành hệ thống màng MBR khí nâng b Xác định tải lượng TN thích hợp Hình 3.36 Hiệu suất xử lý TN hệ MBR khí nâng Hiệu xử lý TN cao (90 - 95%) tải lượng TN trì giá trị cao 0,27 - 0,32 kg/m3/ngày 3.5 Đề xuất giải pháp kỹ thuật giúp quản lý giám sát xử lý nước thải giết mổ Một số đề xuất nhằm nâng cao hiệu công tác quản lý nước thải giết mổ lợn dựa kết nghiên cứu luận sau: 21 - Ứng dụng cơng nghệ cơng nghệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ xử lý nước thải giết mổ - Ban hành chế, sách khuyến khích tìm kiếm, thu hút, giới thiệu, tạo điều kiện ưu đãi cho nhà đầu tư, xây dựng triển khai chế tài nhằm hỗ trợ, hướng dẫn nhà đầu tư ứng dụng công nghệ tiên tiến cơng nghệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ - Tích cực chủ động tăng cường công tác tra, kiểm tra hoạt động giết mổ theo phân cấp; tập trung thực tốt việc quy hoạch quỹ đất phục vụ hoạt động giết mổ phù hợp với đặc điểm địa phương - Tập trung thực tốt việc quy hoạch quỹ đất phục vụ hoạt động giết mổ phù hợp với đặc điểm địa phương - Tổ chức tập huấn tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ môi trường, giới thiệu công nghệ xử lý thân thiện môi trường Đặc biệt sở giết mổ nhỏ lẻ cần tăng cường công tác tuyên truyền, vận động nhiều hình thức đa dạng tới sở sản xuất, hộ gia đình, hộ kinh doanh; đồng thời, xã, phường thông báo yêu cầu hộ cam kết chấm dứt hoạt động giết mổ nhà, khu dân cư; vận động cá nhân, tổ chức có bếp ăn tập thể sử dụng sản phẩm từ gia súc, gia cầm giết mổ sở giết mổ tập trung… - Đẩy nhanh tiến độ xây dựng sở tập trung giết mổ bước chuyển biến tích cực việc quản lý có hiệu hoạt động giết mổ, giảm số hộ giết mổ nhỏ lẻ tồn nhiều năm qua để hoạt động giết mổ gia súc, gia cầm khơng cịn vấn đề nhức nhối mơi trường tồn xã hội Bên cạnh tiến hành nhân rộng công nghệ xử lý môi trường hiệu nghiên cứu tối ưu phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật Việt Nam cơng nghệ MBR khí nâng nghiên cứu Luận án 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết phân tích mẫu nước thải từ sở giết mổ lợn Thịnh An, Thanh Trì, Hà Nội cho thấy mức độ nhiễm cao với tiêu ô nhiễm cao nhiều lần so với chuẩn B QCVN 40:2011/BTNMT Nổi bật đó, nước thải có nồng độ chất hữu COD BOD cao 12,6 20,22 lần so với tiêu chuẩn, giá trị tổng N cao gấp 6,52 lần, nước thải phát sinh chủ yếu từ khâu rửa chế biến nội tạng Với mức độ ô nhiễm vậy, không xử lý triệt để có nguy gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người Và Luận án, cơng nghệ MBR khí nâng (Gaslift-MBR) bổ sung vi sinh vật chỗ lựa chọn giải pháp công nghệ cho vấn đề a Nghiên cứu chứng minh khả ứng dụng vi sinh vật chỗ vào q trình xử lý hiếu khí nước thải giết mổ lợn Việc sử dụng vi sinh vật giúp rút ngắn thời gian khởi động tăng hiệu xử lý hiếu khí Cụ thể, thời gian khởi động hoàn thành sau - ngày xử lý Đặc biệt, giai đoạn vận hành ổn định, với nồng độ MLSS 850 - 1.680 mg/L, hiệu xử lý COD TN trì mức cao ổn định với khoảng giá trị 89,7 - 97,7% 73,1 - 86,8% Giá trị hiệu suất tương đương với số nghiên cứu nước giới liên quan tới công nghệ nghiên cứu đối tượng nước thải giết mổ lợn Trong nồng độ MLSS cần thiết trì 850 - 1.680 mg/L Việc vận hành nồng độ MLSS thấp giúp tăng hiệu lọc màng gấp lần Đồng thời giảm lượng cần thiết để bơm màng giúp giảm chi phí vận hành màng, kéo dài tuổi thọ màng lọc b Luận án xác định số thông số vận hành thích hợp cho hệ MBR khí nâng Cụ thể, thơng số vận hành thích 23 hợp lựa chọn lưu lượng nước 0,8 m/giây, áp suất làm việc 0,8 bar, lưu lượng khí nâng 0,2 L/phút, nồng độ MLSS trung bình 1.500 mg/L hệ màng lọc khí nâng đạt suất lọc 40 - 60 L/m2/giờ Tải lượng ô nhiễm COD mức 2,57 - 3,25 kg/m3/ngày với TN 0,27 - 0,32 kg/m3/ngày hiệu suất xử lý COD TN thường xuyên trì mức 92 - 98% 86 - 96% với nồng độ COD TN nước thải đầu 120 mg/L 10 mg/L Các giá trị thấp giá trị quy định theo chuẩn cột B QCVN 40:2011/BTNMT c Một số giải pháp nhằm tăng cường công tác quản lý giám sát xử lý nước thải lò giết mổ tập trung đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường theo QCVN 40:2011/BTNMT cột B đề xuất Trong đặc biệt giải pháp kỹ thuật liên quan tới việc xây dựng tài liệu kỹ thuật chi tiết hướng dẫn lựa chọn, tiêu chí lựa chọn, tính tốn thiết hệ thống quản lý chất thải nói chung nước thải nói riêng hoạt động giết mổ Với kết khảo sát thông số lựa chọn dựa phương pháp nghiên cứu đáng tin cậy, cơng nghệ MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật chỗ hoàn toàn phù hợp để giới thiệu tài liệu Kết nghiên cứu Luận án có giá trị tham khảo để xây dựng ban hành quy định hay tiêu chuẩn quốc gia riêng đối tượng nước thải giết mổ Kiến nghị Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu nguồn lực nghiên cứu phạm vi luận án tiến sĩ có hạn, nên Luận án chưa thể nghiên cứu ứng dụng phương pháp quy mô thực tế ứng dụng nhiều loại lò giết mổ, nước thải giết mổ khác Trong tương lai, để hồn thiện cơng nghệ đưa ứng dụng rộng rãi, tác giả Luận án đề xuất số nội dung sau: - Tiếp tục nghiên cứu, khảo sát chủng vi sinh chỗ từ loại nước thải giết mổ gia súc, gia cầm khác để nhân rộng phương pháp MBR khí nâng sử dụng bể sinh học hiếu khí 24 sử dụng vi sinh vật chỗ cho nhiều loại nước thải giết mổ khác nhau, góp phần vào việc bảo vệ mơi trường tự nhiên từ hoạt động giết mổ nói chung - Tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ quy mơ lớn hơn, thử nghiệm sở giết mổ có, nhằm hồn thiện yêu cầu quy trình vận hành, đảm bảo cho cơng nghệ hoạt động hiệu quả, đáp ứng yêu cầu chất lượng nước sau xử lý yếu tố kinh tế triển khai thực tiễn DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Hoàng Thị Vui, Nguyễn Thị Thắm, Bùi Thị Việt Hà, Huỳnh Thị Lan Hương, Đỗ Tiến Anh, Phạm Hải Bằng (2015) “Xử lý kỵ khí chất thải tạo khí Hydro”, Tạp chí Tài ngun Mơi trường (ISSN 1859 - 1477), số 22 (228), tháng 11/2015, trang 18 - 21 Do Tien Anh, Huynh Thi Lan Huong, Pham Hai Bang (2017), “Application of airlift membrane bioreactor for slaughterhouse wastewater treatment: 20m3/day pilot study in Ha Noi, Viet Nam”, Journal of Climate Change Science (ISSN 2525 - 2496), số 3, tháng 9/2017, trang 90 - 96 Tien Nhien Vu, Quang Dung Bach, Hai Bang Pham, Tien Anh Do, and Quang Trung Do (2017), “The Performance of a Gaslift MBR for Slaughterhouse Wastewater Treatment in m3/day Scale”, Modern Environmental Science and Engineering (ISSN 2333 - 2581), tháng 5/2017, tập 3, số 5, trang 349 - 354 Phạm Hải Bằng, Nguyễn Kiên (2018), “Ứng dụng công nghệ bể sinh học kết hợp màng khí nâng để xử lý ô nhiễm nước thải giết mổ từ lò giết mổ lợn tập trung quy mơ phịng thí nghiệm”, Tạp chí Mơi trường (ISSN 1859-042X), số Chun đề III, tháng 9/2018, trang 27 - 30 Nguyễn Đức Toàn, Phạm Hải Bằng, Đỗ Tiến Anh, Bạch Quang Dũng (2020), “Nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ lợn tập trung có bổ sung chế phẩm vi sinh BIOL, quy mơ phịng thí nghiệm”, Tạp chí Khoa học Biến đổi khí hậu (ISSN 2525 - 2496), số 14, tháng 6/2020, trang 84 - 91 ... động hệ thống Chính vậy, Luận án: ? ?Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật chỗ hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn? ?? nghiên cứu sinh thực kỳ vọng đưa giải pháp ứng dụng. .. lượng sục khí tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ 12 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG CƠNG NGHỆ MBR KHÍ NÂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN 3.1... hiếu khí cơng nghệ màng lọc khí nâng - Khảo sát đặc tính nước thải giết mổ lợn từ sở giết mổ lợn Thịnh An - Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh chứa vi sinh vật chỗ bể sinh học hiếu khí xử lý nước