Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở quy mô pilot

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở quy mô pilot, ứng dụng hiệu quả.

• Tác giả: Võ Thị Đăng Thạch
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Thanh Thúy
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Chất Hữu Cơ Trong Nước Thải Hồ Nuôi Tôm Bằng Phương Pháp Vi Sinh Ở Quy Mô Pilot
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7. Tầm quan trọng của nước
• 1.8. Sự ô nhiễm môi trường nước
• 1.9. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước
• 1.9.1. Các chất vô cơ
• 1.9.1.1. Các hợp chất chứa N, P
• 1.9.1.2. Các hợp chất chứa ion sunfat (SO42-)
• 1.9.1.3. Các hợp chất chứa ion clorua (Cl-)
• 1.9.1.4. Các kim loại nặng
• 1.9.2. Các chất hữu cơ
• 1.9.2.1. Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học
• 1.9.2.2. Các chất hữu cơ khó phân hủy
• 1.10. Các phương pháp xử lý nước thải
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Kết quả quá trình nuôi cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu xốp
• 2.2. Kết quả xử lý hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm trên hệ pilot theo thời gian
• 2.3. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi pH theo thời gian xử lý
• 2.4. Kết quả sự biến đổi TSS theo thời gian xử lý
• 2.5. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi COD theo thời gian xử lý
• 2.6. Kết quả so sánh quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm theo kỹ thuật KT1 và KT2
• 2.7. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm
• 2.8. Động học của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ
• 2.8.1. Cơ chế và động học quá trình phân hủy sinh
• 2.8.2. Kiểm chứng phương trình động học bằng cách so sánh thời gian thực tế với thời gian lý thuyết
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Xử lý chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm

Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở quy mô pilot. Các chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm, bao gồm amoniac, nitrat, và các hợp chất cacbon, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Phương pháp sinh học được lựa chọn do tính thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế cao. Nghiên cứu này nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu để phân hủy các chất hữu cơ, giảm thiểu tác động đến môi trường.

1.1. Phương pháp vi sinh trong xử lý nước thải

Phương pháp vi sinh được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm. Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) được áp dụng nhờ khả năng loại bỏ hiệu quả các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Vi sinh vật hiếu khí và thiếu khí được sử dụng để tăng hiệu suất xử lý. Kết quả cho thấy hàm lượng COD giảm từ 1201 mgO2/L xuống còn 32 mgO2/L, chứng minh hiệu quả của phương pháp này.

1.2. Quy trình xử lý sinh học

Quy trình xử lý sinh học bao gồm các bước nuôi cấy vi sinh vật, tạo màng sinh học, và phân hủy chất hữu cơ. Màng sinh học được hình thành trên vật liệu mang, giúp tăng diện tích tiếp xúc và hiệu suất xử lý. Các yếu tố như nhiệt độ, pH, và nồng độ oxy hòa tan được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả của quá trình xử lý.

II. Nghiên cứu môi trường và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào xử lý nước thải mà còn đánh giá tác động của các chất hữu cơ đến môi trường nuôi trồng thủy sản. Việc xử lý hiệu quả nước thải nuôi tôm giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ nguồn nước và tăng năng suất nuôi trồng. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn, đặc biệt là ở các vùng nuôi tôm tập trung.

2.1. Tác động của chất hữu cơ đến môi trường

Các chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm gây ra hiện tượng phú nhưỡng, làm giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc loại bỏ các chất hữu cơ là cần thiết để duy trì chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

2.2. Ứng dụng công nghệ vi sinh

Công nghệ vi sinh học được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nuôi tôm nhờ tính hiệu quả và chi phí thấp. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các hệ thống xử lý nước thải thân thiện với môi trường, đặc biệt là ở các khu vực nuôi tôm quy mô lớn.

III. Động học quá trình phân hủy chất hữu cơ

Nghiên cứu cũng tập trung vào động học quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm. Các phương trình động học được xây dựng để mô tả quá trình phân hủy sinh học, giúp tối ưu hóa hiệu suất xử lý. Kết quả cho thấy thời gian phân hủy thực tế phù hợp với mô hình lý thuyết, chứng minh tính chính xác của phương pháp nghiên cứu.

3.1. Cơ chế phân hủy sinh học

Cơ chế phân hủy sinh học các chất hữu cơ được nghiên cứu chi tiết, bao gồm các giai đoạn sinh trưởng của vi sinh vật và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy. Nồng độ chất hữu cơ, nhiệt độ, và pH là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

3.2. Kiểm chứng phương trình động học

Phương trình động học được kiểm chứng bằng cách so sánh thời gian phân hủy thực tế với thời gian lý thuyết. Kết quả cho thấy sự phù hợp cao, chứng minh tính khả thi của phương pháp nghiên cứu trong thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên quý giá và thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất, tuy nhiên hiện nay ô nhiễm môi trường nước đang trở thành vấn đề nghiêm trọng. Hoạt động nuôi tôm tại Bình Định và nhiều vùng khác ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ, đóng góp lớn vào kinh tế nông nghiệp nhưng đồng thời tạo ra lượng lớn nước thải chứa các hợp chất hữu cơ, amoniac, nitrat, nitrit và bùn với hàm lượng cao, gây ô nhiễm môi trường nước. Theo ước tính, lượng nước thải sau mỗi vụ nuôi tôm dao động từ 9000 đến 12000 m³/ha, cùng với lượng bùn đáy ao khoảng 1500 m³/ha chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh. Việc xử lý các chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế hệ thống xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp màng sinh học, xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý và nghiên cứu động học phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ. Nghiên cứu được thực hiện tại Bình Định trong năm 2019 với phạm vi tập trung vào nước thải nuôi tôm và hệ thống pilot xử lý theo công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor). Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lý nước thải thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về xử lý nước thải sinh học, đặc biệt là công nghệ SBR và màng sinh học. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết xử lý sinh học hiếu khí và kị khí: Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải được thực hiện bởi vi sinh vật hiếu khí và kị khí, trong đó vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ thành CO₂, H₂O và sinh khối, còn vi sinh vật kị khí phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy tạo ra khí CH₄, CO₂ và các sản phẩm khác.

• Mô hình màng sinh học (Biofilm): Màng sinh học là lớp vi sinh vật bám dính trên vật liệu mang, có khả năng hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Màng sinh học gồm các lớp vi sinh vật hiếu khí, thiếu khí và kị khí phân bố theo chiều sâu, tạo điều kiện xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

Các khái niệm chính bao gồm: COD (Nhu cầu oxy hóa học), BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), DO (Nồng độ oxy hòa tan), TSS (Chất rắn lơ lửng), và các quá trình sinh trưởng vi sinh vật (giai đoạn tiềm phát, phát triển hàm mũ, ổn định, suy vong). Động học xử lý sinh học được mô tả qua các phương trình Michaelis-Menten và Monod, phản ánh mối quan hệ giữa tốc độ sinh trưởng vi sinh vật và nồng độ cơ chất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ mẫu nước thải hồ nuôi tôm tại Bình Định, được xử lý sơ bộ và đưa vào hệ thống pilot xử lý nước thải theo công nghệ SBR kết hợp màng sinh học. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều mẫu nước thải được lấy tại các thời điểm khác nhau trong quá trình xử lý để đánh giá hiệu quả.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xác định các chỉ tiêu chất lượng nước: pH, COD, BOD, TSS, DO, hàm lượng nitơ, photpho và các chỉ số vi sinh.

• Sử dụng hiển vi điện tử quét (SEM) để khảo sát hình thái, kích thước và bề mặt màng vi sinh trên vật liệu xốp.

• Thực nghiệm nuôi cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu mang xốp có kích thước 2-3 cm, thể tích pilot 70 lít.

• Vận hành pilot xử lý nước thải trong 8 ngày với chu trình tuần tự gồm các giai đoạn hiếu khí và thiếu khí, điều chỉnh DO từ 2 đến 6 mg/L.

• Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý ở các mức 28°C, 33°C, 38°C và 45°C.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2019, tập trung vào tối ưu hóa điều kiện xử lý và xây dựng phương trình động học phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ: Sau 8 ngày vận hành pilot, hàm lượng COD trong nước thải giảm từ khoảng 1200 mgO₂/L xuống còn dưới 50 mgO₂/L, tương đương hiệu quả loại bỏ trên 95%. Chỉ số BOD cũng giảm tương ứng, cho thấy khả năng phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ cao.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ xử lý ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Ở 33°C và 38°C, tốc độ giảm COD nhanh nhất, trong khi ở 28°C và 45°C hiệu quả giảm COD thấp hơn khoảng 10-15%. Điều này phù hợp với điều kiện tối ưu sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí.

3. Đặc điểm màng sinh học: Quan sát SEM cho thấy màng vi sinh phát triển dày khoảng 1-3 mm trên vật liệu xốp, với cấu trúc đa lớp gồm vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas và các vi sinh vật kị khí ở lớp sâu. Màng sinh học có khả năng hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng.

4. Động học phân hủy sinh học: Phương trình động học Monod được xây dựng với hằng số tốc độ sinh trưởng cực đại μm khoảng 0.35 ngày⁻¹ và hằng số bão hòa Ks khoảng 50 mg/L COD. Thời gian xử lý thực tế phù hợp với dự đoán lý thuyết, chứng tỏ mô hình động học phù hợp với quá trình xử lý.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý COD và BOD cao chứng tỏ phương pháp màng sinh học kết hợp công nghệ SBR là giải pháp khả thi cho xử lý nước thải nuôi tôm. Việc vận hành xen kẽ giữa giai đoạn hiếu khí và thiếu khí giúp vi sinh vật hiếu khí và thiếu khí cùng tham gia phân hủy các hợp chất hữu cơ và nitơ, nâng cao hiệu quả xử lý.

Ảnh hưởng của nhiệt độ phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy nhiệt độ từ 30-38°C là điều kiện tối ưu cho hoạt động vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp làm giảm hoạt tính enzym và tốc độ sinh trưởng vi sinh vật, làm giảm hiệu quả xử lý.

Màng sinh học với cấu trúc đa lớp tạo môi trường thuận lợi cho các nhóm vi sinh vật khác nhau cùng tồn tại và phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc sử dụng vật liệu xốp làm giá thể giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, tăng khả năng bám dính và phát triển của vi sinh vật.

Phương trình động học xây dựng phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, cho phép dự đoán hiệu quả xử lý và tối ưu hóa quy trình vận hành. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về xử lý nước thải nuôi tôm bằng công nghệ sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến đổi COD, BOD theo thời gian xử lý, đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phân hủy và hình ảnh SEM của màng sinh học để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống xử lý màng sinh học quy mô lớn: Áp dụng công nghệ màng sinh học kết hợp SBR cho các khu vực nuôi tôm tập trung nhằm giảm thiểu ô nhiễm nước thải, với mục tiêu giảm COD xuống dưới 50 mgO₂/L trong vòng 8 ngày. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp nuôi tôm và cơ quan quản lý môi trường, thời gian triển khai trong 1-2 năm.

2. Điều chỉnh nhiệt độ vận hành: Duy trì nhiệt độ xử lý trong khoảng 30-38°C để tối ưu hiệu quả phân hủy sinh học. Có thể sử dụng hệ thống điều chỉnh nhiệt hoặc lựa chọn thời điểm vận hành phù hợp theo mùa. Chủ thể thực hiện là đơn vị vận hành hệ thống xử lý.

3. Nâng cao chất lượng vật liệu mang màng sinh học: Sử dụng vật liệu xốp có kích thước và độ xốp tối ưu để tăng diện tích bề mặt và khả năng bám dính vi sinh vật, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý. Chủ thể thực hiện là nhà nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị xử lý nước thải.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo cho người nuôi tôm và cán bộ kỹ thuật về quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh học, nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và bền vững. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là các cơ quan quản lý và tổ chức đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về xử lý nước thải sinh học, đặc biệt là công nghệ màng sinh học và SBR, giúp mở rộng kiến thức và ứng dụng trong nghiên cứu.

2. Doanh nghiệp và kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước thải: Tham khảo để áp dụng công nghệ xử lý nước thải nuôi tôm hiệu quả, tối ưu hóa quy trình vận hành và giảm chi phí xử lý.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Cung cấp dữ liệu khoa học và giải pháp xử lý nước thải nuôi tôm, hỗ trợ xây dựng chính sách bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành thủy sản.

4. Người nuôi tôm và cộng đồng địa phương: Hiểu rõ tác động của nước thải nuôi tôm đến môi trường và sức khỏe, từ đó áp dụng các biện pháp xử lý phù hợp, góp phần bảo vệ nguồn nước và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp màng sinh học là gì và tại sao hiệu quả trong xử lý nước thải nuôi tôm?
   Màng sinh học là lớp vi sinh vật bám dính trên vật liệu mang, có khả năng hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này hiệu quả vì tạo môi trường đa lớp cho vi sinh vật hiếu khí, thiếu khí và kị khí cùng hoạt động, xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ và nitơ.

2. Công nghệ SBR có ưu điểm gì trong xử lý nước thải?
   SBR vận hành theo chu trình tuần tự gồm các giai đoạn làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và nghỉ, giúp kiểm soát tốt điều kiện sinh học, tăng hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ và nitơ, đồng thời giảm chi phí xây dựng và vận hành.

3. Nhiệt độ ảnh hưởng thế nào đến quá trình xử lý sinh học?
   Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính enzym và tốc độ sinh trưởng vi sinh vật. Nhiệt độ tối ưu từ 30-38°C giúp vi sinh vật hoạt động hiệu quả, tăng tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Nhiệt độ quá cao hoặc thấp làm giảm hiệu quả xử lý.

4. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải?
   Hiệu quả được đánh giá qua các chỉ tiêu như COD, BOD, TSS, DO trước và sau xử lý. Giảm COD và BOD trên 90% cho thấy xử lý hiệu quả. Ngoài ra, quan sát màng sinh học và phân tích động học cũng giúp đánh giá quá trình.

5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại nước thải khác không?
   Công nghệ màng sinh học và SBR có thể áp dụng cho nhiều loại nước thải chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học như nước thải sinh hoạt, công nghiệp nhẹ, nước thải nông nghiệp, tuy nhiên cần điều chỉnh điều kiện vận hành phù hợp với đặc tính từng loại nước thải.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thiết kế và vận hành thành công hệ thống pilot xử lý nước thải nuôi tôm bằng phương pháp màng sinh học kết hợp công nghệ SBR, đạt hiệu quả loại bỏ COD trên 95% trong 8 ngày.
• Nhiệt độ xử lý từ 30-38°C là điều kiện tối ưu cho hoạt động vi sinh vật và hiệu quả xử lý cao nhất.
• Màng sinh học phát triển tốt trên vật liệu xốp, tạo môi trường đa lớp cho vi sinh vật hiếu khí, thiếu khí và kị khí cùng phân hủy các hợp chất hữu cơ.
• Phương trình động học Monod phù hợp với quá trình phân hủy sinh học trong nghiên cứu, giúp dự đoán và tối ưu hóa quy trình xử lý.
• Đề xuất triển khai công nghệ xử lý sinh học này quy mô lớn, đồng thời đào tạo và nâng cao nhận thức cho các bên liên quan nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành nuôi tôm.

Tiếp theo, cần mở rộng nghiên cứu ứng dụng công nghệ trong thực tế quy mô lớn và đánh giá lâu dài hiệu quả xử lý cũng như tác động môi trường. Các đơn vị nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý được khuyến khích phối hợp triển khai để nâng cao chất lượng môi trường nước nuôi tôm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Tổng quan tình hình nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tầm quan trọng của nước.

Sự ô nhiễm môi trường nước. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước. Các phương pháp xử lý nước thải. Phương pháp cơ học.

Phương pháp hóa lý. Phương pháp hóa học. Phương pháp sinh học. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học. Các quá trình sinh học chủ yếu dùng trong xử lý nước thải. Cơ chế phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp màng sinh học.

Khái niệm về màng sinh học. Đặc điểm màng sinh học. Quá trình tạo màng sinh học. Cơ chế xử lý qua màng.

Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. Nồng độ các tạp chất hữu cơ. Ảnh hưởng của kim loại nặng.

Ảnh hưởng của các anion. Một số yếu tố khác. Động học trong quá trình xử lý sinh học. Những thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước.

Hàm lượng các chất rắn. Chỉ số COD (nhu cầu oxi hóa học – chemical oxigen Demand). Chỉ số BOD (nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical oxigen Demand). Hàm lượng nitơ.

Hàm lượng photpho. Hàm lượng sunfat. Chỉ số vi sinh. Đặc điểm nước thải nuôi tôm.

Một số kỹ thuật xử lý nước thải nuôi tôm bằng vi sinh vật .Giới thiệu hệ thống thiết bị xử lý nước thải nuôi tôm bằng phương pháp màng sinh học. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị. Nguyên lý hoạt động của thiết bị. Ưu điểm của thiết bị.

Thực nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm. Nuôi cấy tạo màng vi sinh. Lựa chọn vật liệu làm chất mang. Quá trình nuôi cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu.

Quy trình lấy mẫu nước thải. Dụng cụ đựng và lấy mẫu. Điểm lấy mẫu. Cách lấy mẫu.

Phương pháp phân tích. Xác định chỉ tiêu pH. Xác định nhu cầu oxi hóa học COD (K2Cr2O7). Xác định nhu cầu oxi sinh hóa (BOD).

Xác định tổng chất rắn lơ lửng (TSS). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả quá trình nuôi cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu xốp. Kết quả xử lý hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm trên hệ pilot theo thời gian.

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi pH theo thời gian xử lý. Kết quả sự biến đổi TSS theo thời gian xử lý. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi COD theo thời gian xử lý. Kết quả so sánh quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm theo kỹ thuật KT1 và KT2.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm. Động học của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Cơ chế và động học quá trình phân hủy sinh. Kiểm chứng phương trình động học bằng cách so sánh thời gian thực tế với thời gian lý thuyết.

63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 65 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 67 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 73 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VSV Vi sinh vật COD Nhu cầu oxi hoá học (Chemical oxygen Demand) BOD Nhu cầu oxi sinh học (Biochemical oxygen Demand) DO Nồng độ oxi hòa tan TSS Chất rắn lơ lửng HK Hiếu khí KK Kị khí ATH Chất ức chế quá trình nitro hóa SBR Công nghệ sinh học xử lý nước thải vận hành tuần tự theo mẻ (Sequencing Batch Reactor) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.

Phạm vi ứng dụng các phương pháp sinh học. Lượng dung dịch (dd) chuẩn, lượng nước cất, nồng độ O2. Kết quả xây dựng đường chuẩn COD. Tỉ lệ chất ATH, thể tích mẫu và khoảng đo BOD.

Sự biến đổi các thông số đặc trưng của nước thải nuôi tôm theo thời gian xử lý mẫu M1. Sự biến đổi các thông số đặc trưng của nước thải nuôi tôm theo thời gian xử lý mẫu M2 .Sự biến đổi các thông số đặc trưng của nước thải nuôi tôm theo thời gian xử lý mẫu M3. Kết quả xử lý chất hữu cơ theo kỹ thuật KT1 và KT2. Sự biến đổi COD nước thải nuôi tôm theo thời gian xử lý.

58 ở nhiệt độ khác nhau. Bảng số liệu xây dựng phương trình động học quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong nước thải nuôi tôm. Bảng so sánh giá trị thời gian giữa tính lý thuyết và thực tế xử lý (M6). Bảng so sánh giá trị thời gian giữa tính lý thuyết và thực tế xử lý (M7).

64 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ các phương pháp sinh học xử lý nước thải. Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật. Chu trình xử lý nước thải bằng công nghệ SBR (Squencing batch reactor).

Chu trình xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR. Pilot xử lý nước thải nuôi tôm theo công nghệ SBR. Sơ đồ hệ thống pilot xử lý nước thải nuôi tôm. Hình ảnh thực tế đi lấy mẫu nước thải nuôi tôm.

Đường chuẩn COD. Bề mặt miếng xốp theo thời gian nuôi cấy vi sinh. Ảnh SEM bề mặt lớp màng vi sinh (a) và chiều dày lớp màng vi sinh (b). Đồ thị sự thay đổi pH trong quá trình xử lý theo thời gian.

Sự thay đổi màu sắc nước thải theo thời gian xử lý. Đồ thị sự thay đổi TSS trong quá trình xử lý theo thời gian. Sự thay đổi màu sắc của các ống COD sau khi phá mẫu theo thời gian xử lý. Đồ thị sự thay đổi COD theo thời gian.

Đồ thị sự thay đổi COD theo thời gian với kỹ thuật KT1 và KT2 57 Hình 3. Đồ thị sự thay đổi COD theo nhiệt độ xử lý. Đồ thị động học của quá trình xử lý nước thải nuôi tôm. Lý do chọn đề tài Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý báu và hết sức thiết yếu đối với sự sống trên trái đất.

Nhưng hiện nay,ô nhiễm môi trường nước là một vấn đề lớn mà chúng ta đang phải đối mặt. Hầu hết nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và cả nước thải trong quá trình nuôi trồng thủy hải sản không được xử lý mà xả thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước, tác động xấu đến điều kiện vệ sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Trong những năm gần đây, hoạt động nuôi tôm tại Bình Định nói riêng và Việt Nam nói chung đang phát triển rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho nông dân và trở thành ngành kinh tế quan trọng. Tuy nhiên bên cạnh những giá trị kinh tế do nuôi tôm mang lại thì một lượng lớn nước thải từ việc nuôi tôm cũng gây những ảnh hưởng lớn đến môi trường.

Nguyên nhân chính do đặc tính nước thải nuôi tôm trong môi trường nước lợ có chứa hàm lượng lớn amoniac, nitrat, nitrit, cacbon, độ mặn thấp và lượng bùn cao nên đã gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu trong việc lựa chọn phương pháp xử lý. Trong đó sự có mặt của các hợp chất hữu cơ sẽ làm giảm oxy hòa tan và tăng hàm lượng BOD, COD,… trong lưu vực nước tự nhiên. Như vậy việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ ra khỏi nước thải là vấn đề rất cần thiết. Có rất nhiều biện pháp xử lý, tuy nhiên biện pháp xử lý sinh học đang được đánh giá cao và là sự lựa chọn hàng đầu được đưa vào để xử lý nước thải vì chúng có nhiều ưu điểm về kinh tế, kỹ thuật và thân thiện với môi trường.

Phương pháp sinh học thường được ứng dụng trong việc xử lý nước thải bị ô nhiễm bới các chất hữu cơ, các hợp chất nitơ, photpho,… dễ phân hủy sinh học. 2 Từ những nền tảng cơ sở trên, với mong muốn được góp một phần nhỏ vào công trình xử lý chất hữu cơ có trong nước thải, bảo vệ môi trường, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý chất hữu cơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở quy mô pilot” 2. Tổng quan tình hình nghiên cứu Trong những năm gần đây cho thấy để xử lý nước thải nuôi tôm, các nhà khoa học trên thế giới đã lựa chọn sử dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải vận hành tuần tự theo mẻ Sequencing Batch Reactor (SBR - xử lý hiếu khí kết hợp thiếu khí) bởi những tính ưu việt của phương pháp này mang lại cho xử lý nguồn nước thải. Cụ thể phương pháp SBR có nhiều ưu điểm trong việc tách bùn, và loại bỏ được hàm lượng chất hữu cơ hiệu quả.

Việc loại bỏ hàm lượng chất hữu cơ được thực hiện nhờ vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật thiếu khí hỗ trợ phân hủy những hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Qua nghiên cứu cũng cho thấy việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học được đánh giá cao về hiệu quả xử lý chất hữu cơ và sự thân thiện với môi trường. Boopathy cùng các cộng sự đã nghiên cứu việc xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh theo công nghệ SBR, kết quả làm giảm đáng kể hàm lượng chất hưu cơ (hàm lượng COD từ 1201 mgO2/L giảm xuống còn 32 mgO2/L) và các chất ô nhiễm khác cũng giảm đáng kể [18]. Lyles và các cộng sự cũng đã nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm theo phương pháp SBR cũng cho kết quả khả quan, hàm lượng COD từ 1593 mgO2/L giảm xuống còn 44mgO2/L [19].

Ở Việt Nam, hoạt động nuôi tôm đem lại hiệu quả cao cho nền kinh tế nông nghiệp nước nhà. Tuy nhiên do thiếu quy hoạch hoặc quy hoạch không được triệt để, nuôi tôm hiện đang phát triển tự phát, quy mô và phương thức nuôi đa dạng, không được tập huấn dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nước thải từ hoạt động này. Ảnh hưởng từ nguồn nước thải từ hồ nuôi tôm đã 3 được đánh giá là ô nhiễm từ lâu tuy nhiên vẫn chưa có giải pháp nào thực sự hiệu quả.