Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hus nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Hoàng Thị Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Chiều
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những năm gần đây
• 1.2. Tình hình chăn nuôi trên thế giới
• 1.3. Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam
• 1.4. Chăn nuôi thâm canh công nghiệp
• 1.5. Chất thải chăn nuôi
• 1.6. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của chất thải chăn nuôi
• 1.7. Công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
• 1.8. Tình hình nghiên cứu trong nước về xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng sử dụng hệ thống SBR
• 3.2. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay đổi theo thời gian
• 3.3. Khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N, P bằng hệ thống SBR khi thay đổi nồng độ đầu vào N-NH4+
• 3.4. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), N và P trong nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với hệ thống yếm khí – thiếu khí – hiếu khí theo mẻ
• 3.5. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian lưu tổng
• 3.6. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đầu vào N-NH4+
• 3.7. So sánh hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật bùn hoạt tính (không có vật liệu mang PU) và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (có sử dụng vật liệu mang PU)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc xử lý nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động để xử lý nước thải chăn nuôi, nhằm cải thiện chất lượng nước và giảm thiểu ô nhiễm.

1.1. Tình hình chăn nuôi và nước thải tại Việt Nam

Chăn nuôi tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, lượng nước thải phát sinh từ hoạt động này cũng gia tăng đáng kể. Nước thải chăn nuôi chứa nhiều chất ô nhiễm như COD, N, P, và vi sinh vật gây hại, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường.

1.2. Tác động của nước thải chăn nuôi đến môi trường

Nước thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách có thể gây ô nhiễm nguồn nước, đất đai và không khí. Các chất ô nhiễm trong nước thải có thể dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn có hại và làm giảm chất lượng nước ngầm.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước thải chăn nuôi

Xử lý nước thải chăn nuôi gặp nhiều thách thức, bao gồm công nghệ xử lý chưa hiệu quả, chi phí cao và thiếu kiến thức về quản lý chất thải. Việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiện đại là cần thiết để giải quyết vấn đề này.

2.1. Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như bùn hoạt tính, hệ thống SBR và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, cần được đánh giá kỹ lưỡng để lựa chọn phương pháp phù hợp.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng công nghệ mới

Việc áp dụng công nghệ mới trong xử lý nước thải chăn nuôi gặp khó khăn do chi phí đầu tư cao, thiếu nguồn lực và kiến thức chuyên môn. Cần có sự hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức để thúc đẩy việc áp dụng công nghệ này.

III. Phương pháp nghiên cứu xử lý nước thải bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động

Nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động với vật liệu mang polyuretan để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi. Phương pháp này cho phép tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải.

3.1. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế theo mô hình SBR kết hợp với kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa quá trình xử lý và giảm thiểu ô nhiễm.

3.2. Quy trình thực hiện thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước như thu thập mẫu nước thải, xử lý bằng hệ thống SBR và đánh giá hiệu quả xử lý qua các chỉ tiêu như COD, N, P. Kết quả sẽ được phân tích để đưa ra nhận định về hiệu quả của phương pháp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu mang polyuretan giúp tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ.

4.1. Hiệu quả xử lý nước thải

Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng xử lý COD, N, P đạt hiệu quả cao, với tỷ lệ giảm ô nhiễm lên đến 80%. Điều này chứng tỏ kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động là một giải pháp khả thi cho vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các trang trại chăn nuôi lớn, giúp cải thiện quy trình xử lý nước thải và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng công nghệ này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu ô nhiễm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về xử lý nước thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động đã chỉ ra nhiều tiềm năng trong việc cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành chăn nuôi bền vững.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao nhận thức về quản lý chất thải trong ngành chăn nuôi. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện hiệu quả xử lý.

5.2. Hướng đi trong tương lai

Cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, chính phủ và doanh nghiệp để thúc đẩy việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Điều này sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành chăn nuôi đóng vai trò trụ cột trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp Việt Nam, nơi có trên 70% dân cư gắn liền với sản xuất nông thôn. Theo thống kê của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO) và số liệu ngành nông nghiệp, năm 2009 tổng đàn lợn cả nước đạt 27,62 triệu con (đứng thứ 4 thế giới), cung cấp hơn 2,9 triệu tấn thịt hơi cùng với đàn gia cầm trên 280,2 triệu con. Tuy nhiên, sự bùng nổ của phương thức chăn nuôi thâm canh và bán thâm canh đã kéo theo áp lực môi trường nghiêm trọng. Trong thực tế, cứ 1 kg chất thải rắn do lợn thải ra thường bị hòa loãng với 20 đến 49 kg nước từ hoạt động tắm rửa chuồng trại, tạo ra khối lượng nước thải khổng lồ với nồng độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng đặc biệt cao: COD dao động từ 5.000 đến 12.000 mg/L, BOD5 từ 3.500 đến 9.800 mg/L, và amoni thực tế lên đến 1.200 mgN/L.

Hầu hết các hầm ủ Biogas truyền thống tại các cơ sở chăn nuôi chỉ xử lý được một phần chất hữu cơ mà không thể loại bỏ triệt để nitơ và photpho, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước mặt và phát tán khí độc NH3, H2S cao gấp 4,7 lần quy chuẩn cho phép. Trước thực trạng đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá chuyên sâu hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu cacbon và nitơ bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor - MBBR) sử dụng vật liệu mang xốp Polyurethane (PU), đồng thời so sánh đối chứng với kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng theo mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR). Đề tài được triển khai thực nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững (CETASD) thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, hướng tới mục tiêu tối ưu hóa thời gian lưu nước, nâng cao hiệu suất chuyển hóa N-NH4+ lên trên 85% và cắt giảm 50% lượng bùn thải phát sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân hủy sinh học hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí kết hợp với cơ chế phát triển màng vi sinh (Biofilm) trên giá thể chuyển động:

• Lý thuyết màng sinh học trên vật liệu mang xốp: Màng vi sinh hình thành qua sự dính bám của các tập đoàn vi khuẩn lên giá thể xốp Polyurethane có diện tích bề mặt biểu kiến bên trong đạt từ 10.000 đến 15.000 m2/m3 cùng độ xốp 85 - 98%. Mật độ sinh khối tích lũy trong hệ MBBR đạt từ 2.000 đến 10.000 mg/L, cao hơn từ 3 đến 4 lần so với mật độ 700 - 2.500 mg/L ở hệ bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống.
• Động học quá trình chuyển hóa Nitơ và Photpho sinh học: Quá trình Nitrat hóa diễn ra trong điều kiện hiếu khí (DO duy trì từ 2,0 đến 4,0 mg/L) bởi vi khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter oxy hóa N-NH4+ thành N-NO2- và N-NO3-, tiêu tốn độ kiềm theo tỷ lệ lý thuyết 7,14 - 8,1 mg HCO3- trên mỗi mg NH4+ chuyển hóa. Quá trình khử Nitrat diễn ra trong điều kiện thiếu khí (DO tiệm cận 0 mg/L) chuyển hóa nitrat thành khí N2 nhờ vi khuẩn dị dưỡng. Quá trình tích lũy photpho sinh học được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật tích lũy polyphotphat (PAO) thông qua chu trình chuyển tiếp yếm khí giải phóng P và hiếu khí hấp thụ P.
• Các khái niệm cốt lõi: Tỷ lệ thức ăn trên vi sinh vật (F/M), thời gian lưu nước tổng (HRT), sự khuếch tán chất nền qua lớp màng sinh học mỏng dưới 200 µm và hiệu ứng chuyển khối trong dòng lưu chất chuyển động.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp thực nghiệm mô hình Pilot trong phòng thí nghiệm với phương pháp lấy mẫu phân tích hóa lý tiêu chuẩn:

• Nguồn nước thải và cỡ mẫu: Nguồn nước thải được thu thập trực tiếp sau hệ thống Biogas của Trại chăn nuôi lợn Thụy Phương thuộc Viện Chăn nuôi (Hà Nội). Nước thải có thông số nền ban đầu COD khoảng 8.000 mg/L và N-NH4+ khoảng 1.200 mgN/L, được pha loãng có kiểm soát theo các dải nồng độ amoni khảo sát từ 100 mgN/L đến gần 300 mgN/L. Tần suất lấy mẫu kiểm tra là 1 lần/ngày đối với các chỉ tiêu hóa lý tại các pha nạp, khuấy, sục khí, lắng và 1 lần/7 ngày đối với mật độ vi sinh vật. Mỗi chế độ khảo sát được lặp lại 3 chu kỳ liên tiếp để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của dữ liệu thống kê.
• Thiết lập hệ thống thực nghiệm: Mô hình SBR có dung tích hữu ích 9,2 lít, vận hành chu kỳ gồm nạp mẫu trực tiếp, khuấy thiếu khí 25% thời gian, sục khí hiếu khí 50% thời gian và lắng gạn 25% thời gian. Mô hình MBBR 3 ngăn (yếm khí 0,108 m3, thiếu khí 0,108 m3, hiếu khí 0,216 m3) với tổng dung tích 0,432 m3, sử dụng giá thể xốp Polyurethane dạng lập phương kích thước 10x10x10 mm chiếm 20% thể tích làm việc, tích hợp bơm chìm công suất 0,25 kW và thiết bị hút khí dạng Injector tự động.
• Phương pháp phân tích: Các chỉ tiêu COD, N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-, T-N, T-P, PO43-, SS, độ kiềm, DO và pH được xác định theo Tiêu chuẩn Phân tích Nước và Nước thải Quốc tế (Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - APHA). Số liệu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã thu thập và xử lý hàng trăm bộ số liệu, chỉ ra những khác biệt rõ rệt giữa hai công nghệ xử lý:

• Khả năng xử lý của hệ thống bùn hoạt tính lơ lửng SBR: Khi tăng thời gian lưu tổng từ 6 giờ lên 8 giờ và 10 giờ ở cùng dải amoni đầu vào khoảng 160 mgN/L, hiệu suất loại bỏ COD tăng từ 26% (ở HRT 6h, COD giảm từ 490 mg/L xuống 368 mg/L) lên 25% (ở HRT 8h) và đạt 45% (ở HRT 10h, COD giảm từ 329 mg/L xuống 239 mg/L). Hiệu suất khử tổng nitơ (T-N) tăng tương ứng từ 18% lên 20% và đạt 24%. Hiệu suất xử lý photpho tổng (T-P) tăng từ 3% (ở HRT 6h) lên 17% (ở HRT 8h) và 29% (ở HRT 10h). Khi nồng độ amoni đầu vào tăng cao từ 230 mgN/L lên 290 mgN/L ở HRT 12h, hiệu suất nitrat hóa của SBR bị suy giảm nghiêm trọng do ức chế sinh khối.
• Hiệu năng vượt trội của hệ thống MBBR giá thể Polyurethane: Khi vận hành hệ thống 3 ngăn yếm khí - thiếu khí - hiếu khí ở thời gian lưu tổng 12h, 24h và 36h, hiệu quả xử lý tăng vọt. Ở HRT 36h với dải amoni đầu vào từ 210 đến 250 mgN/L, hiệu suất xử lý COD đạt trên 88%, nồng độ N-NH4+ giảm trên 92%, tổng nitơ đầu ra giảm xuống dưới 30 mgN/L (hiệu suất khử T-N đạt trên 85%), và photpho tổng được loại bỏ trên 70%.
• So sánh tải lượng và lượng bùn dư: Mô hình MBBR chịu được tải lượng nitơ cao gấp 2,5 lần so với SBR truyền thống. Đồng thời, cấu trúc màng vi sinh giúp bùn tự lắng nhanh, giảm lượng bùn xả thải thực tế trên 50% và giảm khoảng 50% chi phí điện năng cấp khí nhờ cơ chế sục khí Injector kết hợp bơm tuần hoàn.

Thảo luận kết quả

Diễn biến nồng độ các chất ô nhiễm trong từng pha phản ứng có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ đường biến thiên nồng độ amoni, nitrit, nitrat và biểu đồ cột so sánh hiệu suất xử lý tổng thể. Trong hệ SBR, ở giai đoạn khuấy ban đầu, quá trình khử nitrit diễn ra song song với quá trình thủy phân nitơ hữu cơ khiến nồng độ amoni có xu hướng tăng nhẹ từ 98,4 mg/L lên 100,2 mg/L ở chu trình 6h; giai đoạn sục khí giúp oxy hóa amoni nhưng tiêu thụ độ kiềm ở mức 6,2 mg HCO3- trên mỗi mg amoni chuyển hóa, thấp hơn lý thuyết do một phần nitơ được dùng để tổng hợp sinh khối bùn lơ lửng.

Ngược lại, ở hệ thống MBBR, vật liệu đệm mút PU kích thước 10x10x10 mm tạo nên cấu trúc phân lớp vi sinh vật đặc thù. Bề mặt ngoài tiếp xúc với oxy hòa tan là nơi cư trú của vi khuẩn nitrat hóa hiếu khí, trong khi phần lõi bên trong giá thể hình thành vùng thiếu khí và yếm khí cục bộ. Cơ chế này cho phép quá trình khử nitrat hóa đồng thời (Simultaneous Nitrification and Denitrification - SND) diễn ra liên tục ngay trong cùng một ngăn phản ứng. Hiện tượng này hoàn toàn vượt trội so với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ sử dụng giá thể tĩnh bằng tre nứa hoặc đá bazan dễ bị tắc nghẽn và rửa trôi. Khả năng chống chịu sốc tải của màng biofilm trên đệm mút PU giúp hệ thống duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi nồng độ chất ô nhiễm đầu vào biến động lớn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm ứng dụng hiệu quả công nghệ vào thực tiễn:

• Tối ưu hóa khâu tiền xử lý cơ học: Lắp đặt hệ thống tách phân dạng trục vít kết hợp bể lắng sơ cấp nhằm giảm từ 40% đến 50% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) trước khi đưa nước thải sau Biogas vào hệ MBBR. Giải pháp này cần thực hiện ngay trong giai đoạn 3 tháng đầu xây dựng trạm xử lý tại các trang trại quy mô trên 1.000 con lợn.
• Chuẩn hóa và thương mại hóa vật liệu mang Polyurethane nội địa: Phối hợp giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất polyme trong nước để chế tạo hàng loạt giá thể xốp PU kích thước chuẩn 10x10x10 mm, độ xốp 90 - 95% với mức giá mục tiêu dưới 25.000 VNĐ/m3, hoàn thành trong lộ trình 12 tháng.
• Thiết lập chế độ vận hành tự động cho hệ thống 3 ngăn: Duy trì tỷ lệ tuần hoàn bùn - nước từ ngăn hiếu khí về ngăn thiếu khí và yếm khí ở mức 200 - 300% lưu lượng nạp, kiểm soát oxy hòa tan DO ngăn hiếu khí ở ngưỡng 2,5 - 3,5 mg/L nhằm bảo đảm hiệu suất khử T-N > 85% và tiết kiệm 30% điện năng tiêu thụ hàng tháng cho chủ trang trại.
• Xây dựng mô hình Pilot mẫu chuyển giao công nghệ cấp địa phương: Đề xuất Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tại các tỉnh chăn nuôi trọng điểm (như Đồng Nai, Hà Nội, Nam Định) cấp kinh phí triển khai 2 đến 3 trạm xử lý mẫu công suất 20 - 50 m3/ngày đêm trong giai đoạn 2024 - 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về màng sinh vật, động học nitrat hóa - khử nitrat, cùng quy trình thiết kế, vận hành và phân tích số liệu thực nghiệm trên hai hệ thống SBR và MBBR.
• Kỹ sư thiết kế công nghệ và chuyên gia xử lý nước thải: Nắm bắt các thông số kỹ thuật cốt lõi như tỷ lệ nạp thể tích giá thể 20%, thời gian lưu nước tối ưu 36h, và phương thức tích hợp thiết bị Injector hút khí để ứng dụng vào thiết kế trạm xử lý nước thải chăn nuôi và chế biến thực phẩm.
• Chủ trang trại chăn nuôi lợn quy mô vừa và lớn: Tham khảo giải pháp công nghệ chi phí thấp, tận dụng nguồn vật liệu đệm mút sẵn có để xử lý nước thải sau hầm biogas đạt chuẩn xả thải QCVN, loại bỏ nguy cơ bị xử phạt hành chính về môi trường.
• Cán bộ quản lý môi trường tại các cơ quan ban ngành: Sử dụng các dữ liệu khoa học làm căn cứ thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và ban hành sổ tay hướng dẫn kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm chăn nuôi tập trung.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nước thải chăn nuôi lợn sau hầm Biogas vẫn bắt buộc phải xử lý qua hệ thống sinh học hiếu khí - thiếu khí? Nước thải sau bể Biogas vẫn giữ lại hơn 80% hàm lượng amoni (thường đạt từ 200 đến 1.200 mgN/L) và COD hòa tan từ 1.000 đến 3.000 mg/L. Các chất này nếu thải trực tiếp sẽ gây cạn kiệt oxy trong nguồn nước mặt và bùng phát tảo độc hại.

2. Vật liệu mang xốp Polyurethane (PU) có ưu điểm gì vượt trội so với các loại đệm nhựa HDPE truyền thống? Giá thể xốp PU có diện tích bề mặt bên trong lên đến 10.000 - 15.000 m2/m3 và độ xốp đạt 85 - 98%, cao gấp nhiều lần giá thể nhựa cứng (500 - 700 m2/m3). Cấu trúc mao quản này giúp giữ mật độ vi sinh vật dày đặc và tạo điều kiện cho quá trình khử nitrat diễn ra ngay trong lòng khối xốp.

3. Thời gian lưu nước tổng (HRT) bao nhiêu là tối ưu nhất cho hệ thống MBBR xử lý nước thải chăn nuôi? Kết quả thực nghiệm khẳng định thời gian lưu tổng 36 giờ là tối ưu nhất. Ở mức HRT này, hệ thống đạt hiệu suất xử lý COD trên 88%, loại bỏ amoni trên 92% và khử tổng nitơ trên 85% đối với dải nồng độ amoni đầu vào từ 210 đến 250 mgN/L.

4. Cơ chế nào giúp hệ thống MBBR 3 ngăn xử lý được đồng thời cả Nitơ, Photpho và Chất hữu cơ? Hệ thống kết hợp ngăn yếm khí (giải phóng photphat và phân hủy hữu cơ), ngăn thiếu khí (khử nitrat từ dòng tuần hoàn) và ngăn hiếu khí (oxy hóa COD, nitrat hóa amoni và hấp thụ photpho siêu mức bởi vi khuẩn PAO), tạo nên chu trình xử lý liên hoàn khép kín.

5. Cần lưu ý điều gì trong giai đoạn khởi động nuôi cấy vi sinh trên giá thể Polyurethane? Trước khi vận hành, vật liệu PU cần được ngâm sấy để đạt độ ẩm thích hợp và mất khoảng 10 đến 30 ngày chạy thích nghi với bùn cấy ban đầu (mật độ 3.000 - 3.500 mg/L) cùng nước thải pha loãng để màng vi sinh bám chắc và giá thể đạt trạng thái lơ lửng ổn định.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng ô nhiễm và cơ chế sinh hóa trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn giàu hữu cơ và dinh dưỡng.
• Thực nghiệm chứng minh hệ thống MBBR sử dụng vật liệu mang Polyurethane (20% thể tích bể) vượt trội hoàn toàn so với hệ bùn hoạt tính lơ lửng SBR về khả năng chịu tải và độ ổn định sinh học.
• Xác định bộ thông số vận hành tối ưu cho hệ MBBR 3 ngăn ở thời gian lưu tổng 36h, đạt hiệu suất chuyển hóa COD > 88%, loại bỏ N-NH4+ > 92% và T-N > 85%.
• Công nghệ giúp cắt giảm trên 50% lượng bùn thải phát sinh và tiết kiệm khoảng 50% chi phí năng lượng vận hành nhờ tích hợp cơ cấu sục khí Injector tuần hoàn.
• Đóng góp giải pháp khoa học mang tính thực tiễn cao, sẵn sàng chuyển giao và nhân rộng quy mô thử nghiệm trạm xử lý 50 m3/ngày đêm tại các vùng chăn nuôi tập trung trong giai đoạn tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay. Đặc biệt nông nghiệp lại có ý nghĩa quan trọng đối với nước ta khi có tới hơn 70% dân cư sống dựa vào nông nghiệp [7]. Sự gia tăng của các sản phẩm nông nghiệp kết hợp với nhu cầu về thực phẩm ngày càng cao của cuộc sống đã thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển bùng nổ của ngành chăn nuôi để đáp ứng các nhu cầu là một tất yếu.

Công nghiệp hóa chăn nuôi có thể là hệ quả tất yếu của chuỗi thực phẩm liên kết theo chiều dọc và cung ứng cho các cửa hàng bán lẻ lớn, nhưng cũng có thể xảy ra một cách độc lập. Khi các nước tiến hành công nghiệp hóa họ đi theo mô hình tổ chức vùng chuyên canh. Chăn nuôi truyền thống dựa vào nguồn thức ăn sẵn có của địa phương như đồng cỏ tự nhiên và phụ phẩm cây trồng. Những nguồn thức ăn sẵn có trên, giải thích sự phân bố của ngành chăn nuôi gia súc nhai lại.

Trong lúc đó phân bổ chăn nuôi lợn và gia cầm lại sát với dân cư vì chúng chuyển hóa các vật phế thải thành thịt và trứng. Ví dụ, ở Việt Nam, nước mới bắt đầu công nghiệp hóa 90% mô hình chăn nuôi gia cầm đều gắn với phân bố dân cư [4]. Khi còn chăn nuôi nhỏ lẻ, kết hợp với việc sử dụng chất thải từ chăn nuôi cho hoạt động sản xuất nông nghiệp thì chất thải chăn nuôi từ các hộ gia đình gần như không phải là một mối hiểm họa đối với môi trường. Phát triển chăn nuôi bền vững, nhất là chăn nuôi lợn hàng hóa như thế nào trong hoàn cảnh cuộc sống của phần lớn các hộ nông dân còn chật vật khó khăn, đại bộ phận người dân chăn nuôi theo kinh nghiệm; thiếu kiến thức chuyên môn, ít quan tâm về thông tin thị trường, nếu có thì thiếu cụ thể; hiểu biết về sản xuất hàng hóa chưa trở thành tiềm thức; kinh tế phát triển chưa đồng đều giữa các vùng,.

là những rào cản trong phát triển chăn nuôi lợn hàng hóa hiện nay. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Khi công nghiệp hóa chăn nuôi cộng với sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng đàn gia súc thì chất thải từ hoạt động chăn nuôi của các trang trại, gia trại đã làm cho môi trường chăn nuôi đặc biệt là môi trường xung quanh bị ô nhiễm trầm trọng, nó đã gây nên một làn sóng mới phản đối các trang trại chăn nuôi từ phía người dân ở gần các trang trại. Theo báo cáo tổng kết của Viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là vào những ngày oi bức. Tổng số VSV và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần.

Ngoài ra nước thải chăn nuôi còn có chứa coliform, e.coli, COD , và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [4]. Hiện nay với sự hội nhập quốc tế kèm với nó là sự gia tăng những quy định về bảo vệ môi trường, ý thức ngày càng được nâng cao của cộng đồng về các vấn đề môi trường thì vấn đề môi trường nói chung và môi trường chăn nuôi nói riêng đã nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng. Trên thế giới môi trường chăn nuôi đã được đánh giá một cách khá toàn diện, một trong số đó là các nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi.Tại Việt Nam, mặc dù đã phần nào cảm nhận được tác hại về môi trường do chăn nuôi gây ra xong gần như chưa có một nghiên cứu đầy đủ nào về quản lý, xử lý chất thải chăn nuôi. Vì vậy, chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động".

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giàu C và N. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tổng quan tài liệu xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động (Moving Bed Reactor) và kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR (Biological Activated Suspended Sludge) thường được áp dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi. - Chọn vật liệu mang Polyuretan sử dụng trong kỹ thuật tầng vi sinh chuyển 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. - Nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý nước thải chăn nuôi bằng kĩ thuật bùn hoạt tính lơ lửng hệ thống SBR và kĩ thuật tầng vi sinh chuyển động sử dụng vật liệu mang Polyuretan trong các điều kiện hiếu khí, thiếu khí khi thay đổi: + Nồng độ tải N vào khác nhau; + Thời gian lưu nước và bùn khác nhau; - So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý và thông số năng suất xử lý C, N, P bằng kỹ thuật bùn hoạt tính lơ lững và kỹ thuật tầng vi sinh chuyển động.

8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam trong những năm gần đây Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi trên thế giới đã có nhiều biến động cả về tốc độ phát triển, phân bố lại địa bàn và phương thức sản xuất, đồng thời xuất hiện nhiều nhân tố bất ổn như gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, vệ sinh an toàn thực phẩm và nhiều dịch bệnh mới….1 Tình hình chăn nuôi trên thế giới Lương thực, thực phẩm và vệ sinh an toàn thực phẩm là vấn đề sống còn của nhân loại. Ngày nay nông nghiệp có vai trò quan trọng cung cấp lương thực và các loại thực phẩm nuôi sống cả nhân loại trên trái đất. Ngành chăn nuôi không chỉ có vai trò cung cấp thịt, trứng, sữa là các thực phẩm cơ bản cho dân số của cả hành tinh mà còn góp phần đa dạng sinh học trên trái đất. Số lượng vật nuôi theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới - FAO năm 2009 số lượng đầu gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: Tổng đàn trâu 182,2 triệu con và phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á, tổng đàn bò 1.164,8 triệu con, dê 591,7 triệu con, cừu 847,7 triệu con, lợn 887,5 triệu con, gà 14.191,1 triệu con và tổng đàn vịt là 1.

Tốc độ tăng về số lượng vật nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1% năm. Hiện nay các quốc gia có số lượng vật nuôi lớn của thế giới như sau: Về số lượng đàn bò nhiều nhất là Brazin 204,5 triệu con, thứ hai Ấn Độ 172,4 triệu con, thứ ba Hoa kỳ 94,5 triệu con, thứ tư là Trung Quốc 92,1 triệu con, thứ năm Ethiopia và thứ sáu Argentina có trên 50 triệu con bò. Các cường quốc về chăn nuôi lợn của thế giới: số đầu lợn hàng năm số một là Trung Quốc 451,1 triệu con, đứng thứ hai là Hoa Kỳ 67,1 triệu con, thứ ba là Brazin 37,0 triệu con, Việt Nam đứng thứ 4 có 27,6 triệu con [8]. Về số lượng vật nuôi của thế giới, các nước Trung quốc, Hoa kỳ, Ấn Độ, Brazin, Indonesia, Đức là những cường quốc, trong khi đó Việt Nam cũng là nước 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] có tên tuổi về chăn nuôi: đứng thứ 2 về số lượng vịt, thứ 4 về heo, thứ 6 về số lượng trâu và thứ 13 về số lượng gà [22].

Phương thức chăn nuôi hiện nay của các nước trên thế giới có ba hình thức cơ bản đó là: Chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao; Chăn nuôi trang trại bán thâm canh; Chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ và quảng canh: Phương thức chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô lớn thâm canh sản xuất hàng hóa chất lượng cao chủ yếu ở các nước phát triển ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Úc và một số nước ở Châu Á, Phi và Mỹ La Tinh. Chăn nuôi công nghiệp thâm canh các công nghệ cao về cơ giới và tin học được áp dụng trong chuồng trại, cho ăn, vệ sinh, thu hoạch sản phẩm, xử lý môi trường và quản lý đàn. Các công nghệ sinh học và công nghệ sinh sản được áp dụng trong chăn nuôi như nhân giống, lai tạo nâng cao khả năng sinh sản và điều khiển giới tính. Chăn nuôi bán thâm canh và quảng canh gia súc gia cầm tại phần lớn các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi, Mỹ La Tinh và các nước Trung Đông.

Trong chăn nuôi quảng canh, tận dụng, dựa vào thiên nhiên sản phẩm chăn nuôi năng xuất thấp nhưng được thị trường xem như là một phần của chăn nuôi hữu cơ. Chăn nuôi hữu cơ, chăn nuôi sạch đang được thực hiện ở một số nước phát triển, sản phẩm chăn nuôi được người tiêu dùng ưu chuộng. Xu hướng chăn nuôi gắn liền với tự nhiên đang được đặt ra cho thế kỷ 21 không chăn nuôi gà công nghiệp trên lồng tầng và không chăn nuôi heo trên nền xi măng. Tuy nhiên chăn nuôi hữu cơ năng xuất thấp, giá thành sản phẩm chăn nuôi cao thường là mâu thuẫn với chăn nuôi công nghiệp quy mô lớn do đó đang là thách thức của nhân loại trong mở rộng quy mô và phổ cập chăn nuôi hữu cơ [22].

Tình hình chăn nuôi ở Việt Nam Phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung và chuyên môn hóa cao là một trong những nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa sản xuất nông nghiệp của nước ta trong thời kỳ phát triển mới. Theo kết quả điều tra dân số, đến tháng 4 năm 2009, Việt Nam có tổng số dân là 85.773 người, là một trong 10 quốc gia có mật độ dân số cao nhất trên thế giới (khoảng 260 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] người/km2) [20]. Nhu cầu thực phẩm trong điều kiện dân số tăng và đời sống ngày càng được nâng cao đã và đang đặt ra cho các nhà quản lý nông nghiệp phải nhanh chóng hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp. Trong khi diện tích dành cho sản xuất nông nghiệp ngày càng giảm do phát triển đô thị, công nghiệp, giao thông và các công trình dịch vụ khác, phát triển chăn nuôi theo hướng tập trung, nâng cao quy mô là xu thế tất yếu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng thịt, trứng, sữa cung cấp cho nhân dân và cho xuất khẩu.1 Chăn nuôi thâm canh công nghiệp Bảng 1.