Luận án tiến sĩ 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

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Phạm Hải Bằng TS Đỗ Tiến Anh TS Bạch Quang Dũng Hà Nội – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, hồn thành hướng dẫn TS Đỗ Tiến Anh TS Bạch Quang Dũng Các số liệu, kết nghiên cứu kết luận Luận án trung thực chưa công bố công trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật đạo đức khoa học lời cam đoan Tác giả luận án Phạm Hải Bằng ii LỜI CẢM ƠN Luận án thực Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên Môi trường Đây không nơi đào tạo giúp nghiên cứu sinh trưởng thành hoạt động nghiên cứu khoa học, nghề nghiệp mà nơi để nghiên cứu sinh chia sẻ khúc mắc gặp phải trình học tập, thực Luận án Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai thầy hướng dẫn TS Đỗ Tiến Anh TS Bạch Quang Dũng tận tình giúp đỡ tác giả từ bước xây dựng hướng nghiên cứu, ủng hộ, động viên hỗ trợ điều kiện tốt suốt trình nghiên cứu hoàn thiện Luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, chuyên gia, nhà khoa học Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, Bộ mơn Quản lý tài ngun mơi trường quan hữu quan có góp ý khoa học hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả suốt trình thực Luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS.TS Trần Thục, PGS.TS Nguyễn Văn Thắng, PGS.TS Huỳnh Thị Lan Hương, PGS.TS Trịnh Thị Thanh, TS Chu Xuân Quang, TS Trần Thị Thu Lan có ý kiến đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thành Luận án Tác giả xin gửi lời tri ân tới thành viên gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên tinh thần, chia sẻ khó khăn mà người phải gánh vác q trình nghiên cứu hoàn thiện Luận án của nghiên cứu sinh Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Phạm Hải Bằng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 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 CƠNG NGHỆ MÀNG LỌC KHÍ NÂNG 13 1.1 Tổng quan nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ lợn 13 1.1.1 Nước thải giết mổ lợn Việt Nam 13 1.1.2 Đặc tính ảnh hưởng nước thải giết mổ lợn tới môi trường sức khỏe người 17 1.1.3 Tổng quan nghiên cứu giới công nghệ sinh học xử lý nước thải giết mổ 21 1.1.4 Tổng quan nghiên cứu Việt Nam công nghệ sinh học xử lý nước thải giết mổ 40 1.2 Tổng quan công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật chỗ .44 1.2.1 Cơ sở khoa học 44 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu công nghệ sinh học bổ sung vi sinh vật chỗ giới 46 1.2.3 Tổng quan nghiên cứu công nghệ sinh học bổ sung vi sinh vật chỗ Việt Nam 50 1.3 Tổng quan công nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng (GasliftMBR) xử lý nước thải 52 1.3.1 Cơng nghệ màng lọc khí nâng .52 1.3.2 Tình hình nghiên cứu màng lọc sinh học khí nâng xử lý nước thải giới Việt Nam 55 iv 1.4 Tiểu kết chương 58 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61 2.1 Phương pháp tiếp cận .61 2.2 Vật liệu 62 2.2.1 Nước thải giết mổ lợn 62 2.2.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng nghiên cứu 64 2.2.3 Các hóa chất sử dụng nghiên cứu .64 2.2.4 Địa điểm thực nghiên cứu .65 2.3 Phương pháp nghiên cứu 65 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 65 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản phân tích mẫu nước thải bùn hoạt tính 65 2.3.3 Phương pháp tính tốn xử lý số liệu 67 2.4 Thiết kế hệ thống phương pháp nghiên cứu 68 2.4.1 Thiết kế xây dựng hệ thống MBR khí nâng 68 2.4.2 Nghiên cứu hiệu sử dụng vi sinh vật chỗ việc cải thiện hoạt động cơng trình xử lý sinh học hệ thống MBR khí nâng 72 2.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng vi sinh vật chỗ tới hiệu hoạt động hệ thống MBR khí nâng 75 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 76 2.5 Tiểu kết chương 78 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 80 3.1 Khảo sát đặc tính nước thải giết mổ lợn từ sở giết mổ Thịnh An .80 3.2 Nghiên cứu khả ứng dụng vi sinh vật chỗ cho hệ thống MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn 83 v 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 (nghiên cứu 1) 83 3.2.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới hiệu hoạt động bể sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật chỗ 93 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng vi sinh vật chỗ tới hiệu hoạt động hệ thống MBR khí nâng (nghiên cứu 5) .112 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 115 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành tới hoạt động hệ MBR khí nâng (nghiên cứu 6) 115 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 (nghiên cứu 7) 123 3.5 Đề xuất giải pháp kỹ thuật giúp quản lý giám sát xử lý nước thải giết mổ 139 3.6 Tiểu kết chương 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .162 PHỤ LỤC 163 vi Bảng Bảng 1.1 Tỷ lệ nước tiê 1.2 Bảng thông số ô nhiễm nước thả Bảng 1.3 Bảng Thông số ô nh 1.4 Tiêu chuẩn xả thải Việt Nam [31] Bảng 1.5 Bảng Thành phần cá 1.6 Tổng quan số nghiên cứu ứng d xử lý nước thải lò giết mổ giới Bảng 1.7 Tổng quan số nghiên cứu ứng d khí xử lý nước thải lị giết mổ giới Bảng 1.8 Tổng quan số nghiên cứu ứng d nước thải lò giết mổ Việt Nam Bảng 1.9 Tổng quan số nghiên cứu cô chỗ giới Bảng 1.10 Khung mục tiêu, nội dung nghiên cứu Bảng 2.1 Bảng Các phương p 2.2 Các thiết bị kế Bảng 2.3 Điều kiện hoạ Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật modul màng (UF) quy mơ phịng thí nghiệm 72 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 Bảng 3.2 Năng suất lọc (L/m2/giờ) màng chưa cấp khí nâng nước Bảng 3.3Năng suất lọ Bảng 3.4Bảng so sán vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thống kê sở giết mổ nhỏ lẻ tỉnh, thành phố nước năm 2019 Hình 1.2 Sơ đồ phát sinh chất Hình 1.3 Phân loại phương Hình 1.4 Các giai đoạn t Hình 1.5 Lượng CH4 thất trình xử lý [41] Hình 1.6 Mối quan hệ nồng độ chất phát triển vi sinh vật [24] 33 Hình 1.7 So sánh số hệ thống có BOD cao BOD thấp [24] 34 Hình 1.8 So sánh sơ phương pháp xử lý sinh học hiếu khí kỵ khí [35] Hình 1.9 Cơng nghệ màng đặt Hình 1.10 Màng đặt ngập nước (submerged MBR) kết hợp khí nâng [42] Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát Hình 2.2 Vị trí sở giết mổ Thịnh An, huyện Thanh Trì, Hà Nội (nằm vùng bãi sơng Hồng) Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát hệ th Hình 2.4 Hệ thống thử nghiệm kiểm tra hoạt động Module màng lọc đơn Hình 2.5 Hệ Module màng hồn thiện Hình 2.6 Mơ hình bể xử lý sinh học quy mơ phịng thí nghiệm Hình 3.1 Diễn biến nồng độ COD theo thời gian Hình 3.2 Diễn biến hiệu suất xử lý COD theo thời gian Hình 3.3 Nồng độ NH4+-N qua mẻ xử lý Hình 3.4 Nồng độ NO2 N NO3 N qua mẻ xử lý Hình 3.5 Hiệu suất xử lý TN củ Hình 3.6 Kết theo dõi nồn Hình 3.7 Mỗi liên hệ thời gian lưu nồng độ COD bể xử lý viii Hình 3.8 Mối liên hệ thời gian lưu nồng độ TN bể xử lý .94 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian lưu tới hiệu xử lý NH4+, NO2-, NO3trong bể xử lý hiếu khí sử dụng vi sinh vật chỗ 95 Hình 3.10 Nồng độ MLSS hiệu suất xử lý COD bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ .98 Hình 3.11 Nồng độ MLSS hiệu suất xử lý TN bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 99 Hình 3.12 Nồng độ NH4+-N, NO3 N, NO2 N hiệu suất xử lý TN bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ .100 Hình 3.13 Mối quan hệ MLSS hiệu xử lý COD với giá trị SRT bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 103 Hình 3.14 Mối quan hệ MLSS hiệu suất xử lý TN với giá trị SRT xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 104 Hình 3.15 Ảnh hưởng tải lượng COD tới hiệu suất xử lý COD bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 105 Hình 3.16 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý COD bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 106 Hình 3.17 Ảnh hưởng tải lượng TN tới hiệu xử lý TN bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 107 Hình 3.18 Biến thiên tải lượng TN hiệu suất xử lý TN bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 108 Hình 3.19 Nồng độ NH4+-N bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ 109 Hình 3.20 Nồng độ NO2 N, NO3 N bể xử lý hiếu khí có sử dụng vi sinh vật chỗ .110 Hình 3.21 Theo dõi hoạt động hệ màng MBR khí nâng giá trị MLSS khác 112 164 Bảng Kết nghiên cứu (Theo TN) Thời gian TN vào TN VSVTT TN VSV 162 136,4 37 152 136 26 160 127,3 31 169 134,3 21 178 135,3 22 165 125,5 37 169 129,4 38 178 124,8 56 175 122,6 64 10 171 109,3 68 165 Bảng Kết nghiên cứu (MLSS) Thời gian MLSS VSVTT 317,50 571,00 939,50 1.049,50 1.289,00 1.524,50 1.629,00 1.738,00 1.863,50 10 1.956,00 166 Thời COD COD VSVTT VSVTC 829 809 697 410 474 282 419 159 351 98 10 345 60 12 322 58 gian (giờ) 167 Bảng Kết nghiên cứu Thời gian (ngày) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 MLSS 21 168 Thời gian (ngày) 22 23 24 25 26 27 28 29 30 169 Bảng Kết nghiên cứu Thời gian (ngày) COD vào COD 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1.215,00 1.119,00 1.416,00 1.221,00 1.445,50 1.517,50 1.536,00 1.555,00 1.572,00 1.544,00 1.440,50 1.492,50 1.408,50 1.492,00 1.457,50 1.454,00 1.482,00 1.505,00 41,00 35,00 36,00 39,00 65,00 48,00 68,00 70,00 75,00 69,00 57,00 61,00 73,00 94,00 94,00 89,00 87,00 90,00 170 Thời gian (ngày) COD vào COD 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 1.440,50 1.415,00 1.512,50 1.470,50 1.522,50 1.526,00 1.403,50 1.482,00 1.541,50 1.558,50 1.517,00 1.527,00 1.522,00 1.663,50 1.572,00 1.542,00 1.598,50 1.620,50 1.523,00 84,00 89,00 85,00 84,00 73,00 75,00 74,00 71,00 68,00 60,00 62,00 67,00 90,00 75,00 71,00 80,00 165,00 155,00 190,00 171 Thời gian (ngày) COD vào COD 38 39 40 1.477,50 1.493,00 1.582,00 180,00 179,00 240,00 Bảng Kết nghiên cứu Thời gian (ngày) 10 11 Năng suất lọc (L/m2/giờ) MLSS = 4.000-6.000 19,5 19 19,1 18,4 19,2 18,1 18 18 18 18,4 17,8 172 Thời gian (ngày) Năng suất lọc (L/m2/giờ) MLSS = 4.000-6.000 18,3 18 18,2 18 18,3 17,9 18 17,5 18,1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Bảng Kết nghiên cứu Áp suất vận chuyển (bar) 0,2 0,3 0,5 173 Áp suất vận chuyển (bar) 0,8 1,2 1,5 1,8 174 Bảng Kết nghiên cứu 7a 175 Bảng Kết nghiên cứu 7c (COD) Thời gian (ngày) 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 176 Thời gian (ngày) 25 26 27 28 29 30 ... VI? ??N 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... dưỡng nước thải từ sinh khối vi sinh vật nhở khả sinh trưởng nhanh chúng 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. .. khí nâng có sử dụng vi sinh vật chỗ để xử lý nước thải giết mổ lợn khảo sát đánh giá Cơ sở khoa học nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật chỗ vào màng khí nâng tiền đề cho nghiên cứu vi? ??c ứng dụng