Nghiên cứu quá trình thích nghi và làm giàu Anammox trong xử lý nước thải chăn nuôi

LỜI GIỚI THIỆU

1. PHAÀN I: TOÀNG QUAN VEÀ NÖÔÙC THAÛI CHAÊN NUOÂI HEO VAØ PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU

1. CHƯƠNG 1: TOÀNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TÀI LIỆU TRONG NÖÔÙC

1.1.1. Vai troø cuûa ngaønh chaên nuoâi heo

1.1.2. Söï oâ nhieãm nöôùc thaûi chaên nuoâi heo

1.1.3. Moät soá phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo

1.1.3.1. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp cô hoïc

1.1.3.2. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp hoaù lyù - Ñoâng tuï vaø keo tuï

1.1.3.3. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp hoaù hoïc

1.1.3.4. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc - Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp leân men hieáu khí - Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp leân men yeám khí

1.1.3.5. Xöû lyù nöôùc thaûi qua beå UASB

1.2. TÀI LIỆU NÖÔÙC NGOAØI

1.2.1. Toång quan veà kyõ thuaät xöû lyù Nitô truyeàn thoáng

1.2.2. Caùc phöông phaùp xöû lyù Amonium

1.2.2.1. Phöông phaùp khöû Amonium sinh hoïc

1.2.2.2. Phöông phaùp oxy hoaù kò khí Amonium (ANAMMOX) - Söï phaùt hieän phaûn öùng Anammox - Hoaù sinh hoïc cuûa Anammox

1.2.2.3. Vi sinh hoïc cuûa Anammox - Ñònh danh vaø phaân loaïi vi khuaån Anammox - Moät soá ñaëc ñieåm sinh lyù cuûa vi khuaån Anammox

2. CHƯƠNG 2: PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU

2.1. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT

2.1.1. Hôïp chaát Nitô

2.1.2. Söï taùc ñoäng cuûa vi sinh vaät vaø aûnh höôûng cuûa noù vôùi hôïp chaát Nitô

2.1.2.1. Quùa trình amon hoaù ureâ - Vi sinh vaät phaân giaûi ureâ

2.1.2.2. Quùa trình Nitrat hoaù

2.1.2.3. Caùc tính chaát cô baûn

2.1.2.3.1. Caùc tính chaát cô baûn cuûa Amonium

2.1.2.3.2. Caùc tính chaát cô baûn Nitrit

2.1.2.5. Löôïng oxy hoaø tan (Disolved Oxygen _ DO)

2.1.2.6. Nhu caàu oxy hoaù hoïc (Chemical Oxygen Demand _ COD)

2.1.2.7. Haøm löôïng chaát raén

2.2. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU

2.2.1. Moâ hình thí nghieäm

2.2.2. Phöông phaùp laáy maãu vaø baûo quaûn maãu

2.2.2.1. Caùch laáy maãu

2.2.2.2. Caùch baûo quaûn maãu

2.2.3. Phöông phaùp phaân tích

2.2.3.1. Xaùc ñònh pH

2.2.3.2. Xaùc ñònh DO

2.2.3.3. Xaùc ñònh löôïng chaát raén lô löûng SS

2.2.3.4. Xaùc ñònh COD (phöông phaùp chuaùn ñoä ngöôïc) - Duïng cuï _ Hoaù chaát - Tieán haønh - Caùc yeáu toá caûn trôû - Coâng thöùc tính

2.2.3.5. Xaùc ñònh haøm löôïng Nitrat - Caùc yeáu toá caûn trôû - Duïng cuï hoaù chaát - Tieán haønh - Xaùc ñònh ñöôøng chuaùn Nitrat

2.2.3.6. Xaùc ñònh haøm löôïng Nitrit - Caùc ion caûn trôû - Tieán haønh - Xaùc ñònh ñöôøng chuaùn Nitrit

2.2.3.7. Xaùc ñònh haøm löôïng Amoni - Caùc yeáu toá caûn trôû - Tieán haønh - Xaùc ñònh ñöôøng chuaùn Amoni

PHỤ LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Anammox Xử Lý Nước Thải 55 Ký Tự

Môi trường là yếu tố sống còn của mọi sinh vật, cung cấp không khí, nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và các ngành sản xuất, chế biến đã gây ra ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước. Việc nghiên cứu các giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề nước sạch đang là mối quan tâm hàng đầu. Trong xu thế toàn cầu hóa, Việt Nam từng bước giải quyết các vấn đề môi trường, nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật phù hợp. Công trình làm sạch nước ở Việt Nam chủ yếu là các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên, chi phí thấp, dễ vận hành. Song, các công trình này có nhược điểm là diện tích mặt bằng lớn, không phù hợp với thực tiễn. Hiện nay, hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đang được ứng dụng rộng rãi. Mục tiêu là tăng hiệu quả làm sạch, khắc phục khó khăn về diện tích, kinh phí đầu tư thấp, quy trình vận hành đơn giản. Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một phương pháp đáng để nghiên cứu và phát triển với quy mô lớn.

1.1. Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải chăn nuôi

Các đơn vị chăn nuôi công nghiệp hiện nay phần lớn nằm trong khu vực đô thị phát triển và khu công nghiệp, bộc lộ rõ các nhược điểm về mặt bằng hạn hẹp, không đảm bảo vệ sinh thú y, đặc biệt là không có điều kiện xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Hướng chuyển dịch cơ cấu giảm trồng trọt, tăng chăn nuôi sẽ làm tăng lượng nước thải. Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất, chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ, chất xơ, nitơ và các mầm bệnh. Mặc dù gây ô nhiễm lớn nhưng hầu hết các cơ sở chăn nuôi lớn nhỏ hiện nay chưa có hệ thống xử lý phù hợp và hiệu quả, do ý thức của các nhà quản lý còn hạn chế.

1.2. Giới thiệu công nghệ Anammox trong xử lý nước thải

Công nghệ Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) là một quy trình sinh học hiệu quả để loại bỏ nitơ từ nước thải. Quá trình này sử dụng vi sinh vật Anammox để chuyển đổi ammonium (NH4+) và nitrite (NO2-) thành khí nitơ (N2), giúp giảm thiểu ô nhiễm nitơ trong môi trường. Ưu điểm của công nghệ Anammox bao gồm chi phí vận hành thấp, giảm tiêu thụ năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính so với các phương pháp xử lý nitơ truyền thống. Đây là một giải pháp tiềm năng cho việc xử lý nước thải chăn nuôi và các loại nước thải công nghiệp khác.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Nước Thải Chăn Nuôi Tại VN 57 Ký Tự

Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất. Nguồn nước thải này chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ, chất xơ, các hợp chất nitơ, lưu huỳnh và trứng giun sán, gây nguy cơ phát sinh bệnh cho gia súc và lây lan bệnh cho người. Thành phần nước thải chăn nuôi khác nhau tùy thuộc vào điều kiện chăm sóc và thu dọn chất thải của từng cơ sở, dao động rất lớn. Hầu hết các cơ sở chăn nuôi lớn nhỏ hiện nay chưa có hệ thống xử lý thích hợp và hiệu quả. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (1997, 1998), thành phần Nitơ tổng trong phân heo từ 70 – 100 kg chiếm rất cao từ 7,99 – 9,32 g/kg.

2.1. Thành phần và đặc tính của nước thải chăn nuôi heo

Nước thải chăn nuôi heo chứa nhiều chất ô nhiễm như chất hữu cơ (đo bằng COD và BOD), nitơ (N-NH4+, NO2-, NO3-), photpho, vi khuẩn gây bệnh và kim loại nặng. Các chất này gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật. Hàm lượng nitơ Amoni cao trong nước thải có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

2.2. Các tác động tiêu cực của nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý

Việc xả thải nước thải chăn nuôi trực tiếp ra môi trường gây ra nhiều tác động tiêu cực. Ô nhiễm nguồn nước dẫn đến thiếu nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất. Ngoài ra, nước thải còn gây ô nhiễm đất, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng và sức khỏe cộng đồng. Các bệnh truyền nhiễm từ gia súc cũng có thể lây lan qua nước thải.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thích Nghi Làm Giàu Anammox 59 Ký Tự

Mục tiêu nghiên cứu là làm giàu và khảo sát khả năng oxy hóa kỵ khí Ammonium của vi sinh vật Anammox trong phương pháp oxy hóa kỵ khí Ammonium, từ đó đưa ra nhận xét, kết luận về hiệu quả xử lý. Đề tài về Anammox này là một đề tài mới nhưng hiệu quả xử lý khá cao, mặt khác lại khá đơn giản trong vận hành, ít tốn kém, có thể ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Đặc biệt phương pháp này được sử dụng rất có hiệu quả trong việc xử lý các loại nước thải có nồng độ Ammonium cao như nước rỉ rác, nước thủy sản, nước chăn nuôi heo.

3.1. Quy trình làm giàu vi sinh vật Anammox trong phòng thí nghiệm

Quá trình làm giàu Anammox bắt đầu bằng việc thu thập bùn hoạt tính từ các hệ thống xử lý nước thải kỵ khí hiện có. Sau đó, bùn được nuôi cấy trong môi trường giàu ammonium và nitrite trong điều kiện kỵ khí. Các điều kiện như pH, nhiệt độ và nồng độ oxy hòa tan (DO) cần được kiểm soát chặt chẽ để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Anammox.

3.2. Các điều kiện tối ưu cho quá trình thích nghi Anammox

Để quá trình thích nghi Anammox diễn ra hiệu quả, cần đảm bảo các điều kiện sau: pH ổn định (thường trong khoảng 7-8), nhiệt độ thích hợp (khoảng 30-35°C), nồng độ oxy hòa tan thấp và tỷ lệ ammonium/nitrite phù hợp. Ngoài ra, việc bổ sung các nguyên tố vi lượng cũng có thể thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật Anammox.

IV. Ứng Dụng Công Nghệ Anammox Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi 59 Ký Tự

Phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp oxy hóa kỵ khí Ammonium (Anammox) có mục tiêu đơn giản nhưng hiệu quả và ít tốn kém. Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên đề tài này chỉ được thực hiện trên mô hình phòng thí nghiệm. Bước đầu, kết quả nghiên cứu cho thấy sự thay đổi về hàm lượng của các chỉ tiêu quan trọng trong nước thải chăn nuôi heo (N-NH4, N-NO2, N-NO3, COD, pH, DO) khi có mặt của vi sinh Anammox, từ đó đưa ra nhận xét về khả năng khử Ammonium và hiệu quả của phương pháp.

4.1. Hiệu quả xử lý Nitơ Amoni trong nước thải chăn nuôi

Công nghệ Anammox có khả năng loại bỏ Nitơ Amoni từ nước thải chăn nuôi một cách hiệu quả. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng Anammox có thể đạt được hiệu suất loại bỏ nitơ cao hơn so với các phương pháp truyền thống, đồng thời giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ như nitrate.

4.2. Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý Anammox

Sau khi xử lý bằng Anammox, chất lượng nước thải được cải thiện đáng kể. Hàm lượng ammonium, nitrite và các chất ô nhiễm khác giảm xuống mức cho phép, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải. Điều này góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

4.3. So sánh công nghệ Anammox với các phương pháp khác

Công nghệ Anammox có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý nitơ truyền thống như tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, Anammox cũng có một số hạn chế như yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các điều kiện vận hành và thời gian thích nghi ban đầu có thể kéo dài.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Anammox 52 Ký Tự

Nghiên cứu về Anammox trong xử lý nước thải chăn nuôi mở ra hướng đi mới đầy tiềm năng. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa để tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí và ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Đặc biệt, cần tập trung vào việc kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thích nghi và làm giàu vi sinh vật Anammox.

5.1. Tóm tắt kết quả và ý nghĩa của nghiên cứu Anammox

Nghiên cứu về quá trình thích nghi và làm giàu Anammox đã cung cấp những thông tin quan trọng về khả năng ứng dụng của công nghệ Anammox trong xử lý nước thải chăn nuôi. Kết quả cho thấy Anammox là một giải pháp hiệu quả và bền vững để loại bỏ nitơ, góp phần bảo vệ môi trường.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo về công nghệ Anammox

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện vận hành của hệ thống Anammox, tìm kiếm các chủng vi sinh vật Anammox mới có khả năng thích nghi tốt hơn và ứng dụng Anammox trong các hệ thống xử lý nước thải kết hợp để tăng hiệu quả và giảm chi phí.

QUÁ TRÌNH THÍCH NGHI VÀ LÀM GIÀU ANAMMOX