Luận án: Ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí xử lý nước thải

• Tác giả: Phạm Hải Bằng
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Tiến Anh
• Trường học: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: 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
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ lợn

Nước thải giết mổ lợn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đáng kể. Tại Việt Nam, các hoạt động giết mổ lợn được thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau, từ quy mô công nghiệp đến thủ công. Nước thải từ các hoạt động này chứa nhiều chất hữu cơ, vi khuẩn, virus và các chất gây ô nhiễm khác. Việc xử lý nước thải giết mổ lợn là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

1.1. Hiện trạng giết mổ lợn ở Việt Nam

Ở Việt Nam, có nhiều loại hình giết mổ lợn khác nhau, bao gồm giết mổ quy mô công nghiệp, bán công nghiệp và thủ công. Các cơ sở giết mổ này có công suất giết mổ khác nhau, từ vài chục đến hàng nghìn con lợn mỗi ngày. Việc giết mổ lợn ở quy mô công nghiệp và bán công nghiệp thường được thực hiện tại các tỉnh thành lớn, trong khi giết mổ thủ công thường diễn ra ở các khu vực nông thôn.

1.2. Thành phần nước thải giết mổ lợn

Nước thải giết mổ lợn chứa nhiều chất hữu cơ, bao gồm máu, chất béo, protein và các chất vô cơ khác. Ngoài ra, nước thải này còn chứa vi khuẩn, virus và các tác nhân gây bệnh khác. Nếu không được xử lý đúng cách, nước thải giết mổ lợn có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

II. Phân tích vấn đề xử lý nước thải giết mổ lợn

Xử lý nước thải giết mổ lợn là một thách thức lớn do thành phần phức tạp của nước thải. Các phương pháp xử lý truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Do đó, cần có các giải pháp mới và hiệu quả để xử lý nước thải giết mổ lợn.

2.1. Hạn chế của các phương pháp xử lý truyền thống

Các phương pháp xử lý nước thải giết mổ lợn truyền thống thường bao gồm xử lý cơ học, hóa học và sinh học. Tuy nhiên, các phương pháp này có hạn chế trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm phức tạp. Do đó, cần có các giải pháp mới và hiệu quả để xử lý nước thải giết mổ lợn.

2.2. Tác động môi trường của nước thải giết mổ lợn

Nước thải giết mổ lợn không được xử lý đúng cách có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc xả nước thải chưa xử lý vào môi trường có thể gây ô nhiễm sông, hồ, đất và không khí. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

III. Giải pháp ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí

Ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí là một giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải giết mổ lợn. Vi sinh vật tại chỗ có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.1. Nguyên lý của hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí

Hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí là một công nghệ xử lý nước thải hiệu quả. Hệ thống này kết hợp giữa quá trình sinh học và màng lọc khí để loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Vi sinh vật tại chỗ đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp.

3.2. Ưu điểm của ứng dụng vi sinh vật tại chỗ

Ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí có nhiều ưu điểm. Vi sinh vật tại chỗ có khả năng thích nghi với môi trường địa phương, giúp tăng hiệu quả xử lý nước thải. Ngoài ra, giải pháp này còn giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải.

IV. Kết luận và ứng dụng

Ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí là một giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải giết mổ lợn. Giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn giúp bảo vệ sức khỏe con người.

4.1. Tiềm năng ứng dụng

Giải pháp ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải giết mổ lợn. Việc nhân rộng giải pháp này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

4.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí và ứng dụng vi sinh vật tại chỗ. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ mới sẽ giúp tăng hiệu quả xử lý nước thải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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 và môi trường Mã số: 9850101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn 1 Giáo viên hướng dẫn 2 Phạm Hải Bằng TS. Đỗ Tiến Anh TS. Bạch Quang Dũng Hà Nội – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Tiến Anh và TS. Bạch Quang Dũng. Các số liệu, kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật cũng như đạo đức khoa học về lời cam đoan này. Tác giả luận án Phạm Hải Bằng ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đây không chỉ là nơi đào tạo giúp nghiên cứu sinh trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học, nghề nghiệp mà còn là nơi để nghiên cứu sinh chia sẻ những khúc mắc gặp phải trong quá trình học tập, thực hiện Luận án. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai thầy hướng dẫn là TS. Đỗ Tiến Anh và TS. Bạch Quang Dũng đã tận tình giúp đỡ tác giả từ những bước đầu tiên xây dựng hướng nghiên cứu, cũng như luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, chuyên gia, các nhà khoa học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ môn Quản lý tài nguyên và môi trường và các cơ quan hữu quan đã có những góp ý về khoa học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS. Trần Thục, PGS. Nguyễn Văn Thắng, PGS. Huỳnh Thị Lan Hương, PGS. Trịnh Thị Thanh, TS. Chu Xuân Quang, TS. Trần Thị Thu Lan đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thành Luận án. Tác giả xin gửi lời tri ân tới mọi thành viên trong gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp về những động viên tinh thần, chia sẻ và những khó khăn mà mọi người đã có thể phải gánh vác trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án của của nghiên cứu sinh. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Phạm Hải Bằng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN . ii DANH MỤC CÁC BẢNG. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT . 1 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 . Tổng quan nghiên cứu về xử lý nước thải giết mổ lợn . Nước thải giết mổ lợn ở Việt Nam . Đặc tính và ảnh hưởng của nước thải giết mổ lợn tới môi trường và sức khỏe con người . Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về công nghệ sinh học trong xử lý nước thải giết mổ . Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam về công nghệ sinh học trong xử lý nước thải giết mổ . Tổng quan về công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật tại chỗ . Cơ sở khoa học . Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi sinh vật tại chỗ trên thế giới . Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi sinh vật tại chỗ tại Việt Nam . Tổng quan công nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng (Gaslift- MBR) trong xử lý nước thải . Công nghệ màng lọc khí nâng . Tình hình nghiên cứu màng lọc sinh học khí nâng trong xử lý nước thải trên thế giới và tại Việt Nam . Tiểu kết chương 1 . 58 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . Phương pháp tiếp cận . Nước thải giết mổ lợn . Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu . Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu . Địa điểm thực hiện nghiên cứu . Phương pháp nghiên cứu . Phương pháp thu thập tài liệu . Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu nước thải và bùn hoạt tính . Phương pháp tính toán và xử lý số liệu. Thiết kế hệ thống và phương pháp nghiên cứu . Thiết kế và xây dựng hệ thống MBR khí nâng . Nghiên cứu hiệu quả sử dụng vi sinh vật tại chỗ trong việc cải thiện hoạt động của công trình xử lý sinh học trong hệ thống MBR khí nâng. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng . Nghiên cứu xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật tại chỗ . Tiểu kết chương 2 . 78 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG CÔNG NGHỆ MBR KHÍ NÂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN . Khảo sát đặc tính của nước thải giết mổ lợn từ cơ sở giết mổ Thịnh An . Nghiên cứu khả năng ứng dụng vi sinh vật tại chỗ cho hệ thống MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn . Đánh giá khả năng sử dụng vi sinh vật tại chỗ cho bể sinh học hiếu khí xử lý nước thải giết mổ lợn và xác định thời gian khởi động (nghiên cứu 1) . Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả hoạt động của bể sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật tại chỗ . Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng (nghiên cứu 5) . Nghiên cứu khảo sát các thông số vận hành tối ưu của hệ thống MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ lợn . Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành tới hoạt động của hệ MBR khí nâng (nghiên cứu 6) . Nghiên cứu xác định các thông số vận hành màng tối ưu cho hệ MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ (nghiên cứu 7) . Đề xuất các giải pháp kỹ thuật giúp quản lý và giám sát xử lý nước thải giết mổ . Tiểu kết chương 3 . 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 151 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . 163 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tỷ lệ nước tiêu thụ trong cơ sở giết mổ [10] .2 Bảng thông số ô nhiễm của nước thải giết mổ gia súc trên thế giới .3 Thông số ô nhiễm của một số cơ sở giết mổ tại Việt Nam .4 Tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam và một số tổ chức trên thế giới [31] .5 Thành phần các khí trong biogas [23] .6 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí xử lý nước thải lò giết mổ trên thế giới .7 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học hiếu khí xử lý nước thải lò giết mổ trên thế giới .8 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải lò giết mổ tại Việt Nam.9 Tổng quan một số nghiên cứu về công nghệ bổ sung vi sinh vật tại chỗ trên thế giới .10 Khung mục tiêu, nội dung nghiên cứu .1 Các phương pháp phân tích .2 Các thiết bị kết nối với bể sinh học hiếu khí .3 Điều kiện hoạt động của màng ở quy mô phòng thí nghiệm .4 Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mô phòng thí nghiệm .1 Kết quả phân tích mẫu nước thải tại cơ sở giết mổ lợn Thịnh An tại xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội .2 Năng suất lọc (L/m2/giờ) của màng khi chưa cấp khí nâng đối với nước sạch .3 Năng suất lọc của màng khi cấp khí nâng .4 Bảng so sánh các đặc điểm và kết quả . 136 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thống kê cơ sở giết mổ nhỏ lẻ tại các tỉnh, thành phố trên cả nước năm 2019 .2 Sơ đồ phát sinh chất thải theo các công đoạn giết mổ gia súc [9] .3 Phân loại các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí .4 Các giai đoạn chính trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí [83] .5 Lượng CH4 thất thoát trong các quá trình xử lý [41] .6 Mối quan hệ giữa nồng độ cơ chất và sự phát triển của vi sinh vật [24] .7 So sánh các chỉ số trong hệ thống có BOD cao và BOD thấp [24] .8 So sánh sơ bộ phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí [35] .9 Công nghệ màng đặt ngoài (side stream MBR) sử dụng khí nâng .10 Màng đặt ngập nước (submerged MBR) kết hợp khí nâng [42] .1 Sơ đồ tổng quát của phương pháp nghiên cứu khoa học .2 Vị trí của cơ sở giết mổ Thịnh An, huyện Thanh Trì, Hà Nội (nằm trong vùng bãi của sông Hồng) .3 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý công suất 50L/ngày.4 Hệ thống thử nghiệm kiểm tra hoạt động của Module màng lọc đơn .5 Hệ Module màng hoàn thiện .6 Mô hình bể xử lý sinh học quy mô phòng thí nghiệm .1 Diễn biến nồng độ COD theo thời gian .2 Diễn biến hiệu suất xử lý COD theo thời gian.3 Nồng độ NH4+-N qua các mẻ xử lý .4 Nồng độ NO2--N và NO3--N qua các mẻ xử lý .5 Hiệu suất xử lý TN của bể xử lý hiếu khí VSVTT và VSVTC .6 Kết quả theo dõi nồng độ MLSS .7 Mỗi liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ COD trong bể xử lý .8 Mối liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ TN trong bể xử lý .