MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất, là nguồn nước thải không an toàn do chứa các loại chất hữu cơ, nhiều chất xơ và hàm lượng cao các hợp chất nitơ, photpho, lưu huỳnh và các vi sinh vật gây bệnh … Nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh bệnh cho gia súc đồng thời có thể lây lan sang người do chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis, Buski, Brucella… Do đó, nếu không được xử lý tốt sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường, bên cạnh đó còn tạo ra mùi rất khó chịu cho môi trường không khí xung quanh. Hiện nay, người ta thường áp dụng công nghệ có sự kết hợp nhiều phương pháp: cơ học, hóa lý và sinh học nhằm xử lý triệt để hàm lượng ô nhiễm của nước thải chăn nuôi. Trong xử lý sinh học, kết hợp các quá trình sinh học kị khí (UASB, lọc kị khí, biogas .) với hiếu khí (bùn hoạt tính, lọc hiếu khí, hồ sinh học .) đã mang lại hiệu quả khá cao, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị kinh tế như khí sinh học hay phân vi sinh…[1], [2], [3].
Thực tế, hệ thống kị khí riêng biệt hoạt động khá tốt tuy nhiên gặp nhiều vấn đề về tải trọng như sốc tải, bùn nổi và tràn ra ngoài làm giảm hiệu suất xử lý, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh học hiếu khí nối tiếp. Trong những năm gần đây mô hình lai hợp kị khí như kiểu USBF được nghiên cứu rộng rãi và được đánh giá cao nhờ tăng cường được cả tải trọng và hiệu quả xử lý cùng với mức độ ổn định khi vận hành: chống sốc tải với đặc tính tuổi bùn dài, thời gian lưu nước ngắn nhờ duy trì sinh khối dày đặc trong bể [4], [5]. Mô hình lai hợp kị khí USBF chính là một bể xử lý nước thải bao gồm 2 phần: phần cho bùn lơ lửng nằm ở phía dưới như là UASB và phần cho màng dính bám nằm ở phía trên như là AF. Sự kết hợp này giúp hạn chế những nhược điểm đồng thời cũng phát huy những ưu điểm của cả hai phần.
Nhằm tăng cường hơn nữa khả năng xử lý của mô 3 hình USBF, lớp đệm bất động trong phần cho màng dính bám sẽ được chuyển thành lớp đệm linh động để có được ưu điểm của cả hai trạng thái cố định và tầng sôi, nhằm tạo điều kiện cho màng sinh học kị khí dính bám có nồng độ và hoạt tính sinh khối cao. Với lớp đệm linh động được chế tạo từ giá thể phổ biến Anox Kaldnes K1. Giá thể K1 với diện tích bề mặt riêng cao 500 m2/m3, hiệu quả hiệu dụng lên tới 67-70% do sinh khối phát triển rộng khắp các vùng an toàn bên trong, bên ngoài và xung quanh các rãnh của giá thể [6]. Vì thế, đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng mô hình lai hợp kị khí theo kiểu USBF với lớp đệm linh động K1 ở phần lọc kị khí” đã được tiến hành nghiên cứu.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nâng cao hiệu suất xử lý hữu cơ của quá trình kị khí đối với nước thải chăn nuôi bằng mô hình lai hợp kị khí theo kiểu USBF khi chuyển trạng thái từ lớp đệm cố định sang lớp đệm linh động của phần AF. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của luận văn được tập trung chủ yếu vào các đối tượng: Nước thải được lấy từ trang trại chăn nuôi heo tại bể thu gom của xí nghiệp chăn nuôi heo Đồng Hiệp, ấp 3, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, TP. Mô hình USBF xử lý nước thải ở quy mô phòng thí nghiệm được chế tạo bằng mica Lớp đệm linh động sử dụng trong phần lọc kị khí được chế tạo từ giá thể Anox Kaldnes K1 1. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng công nghệ lai hợp USBF với lớp đệm linh động đƣợc chế tạo từ giá thể K1” bao gồm những nội dung chính sau: Nội dung 1: tổng quan – cơ sở lý thuyết 4 Tổng quan nước thải chăn nuôi: Thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi Các công nghệ xử lý nước thải trong và ngoài nước Tổng quan công nghệ lai hợp USBF Cơ sở lý thuyết và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học kị khí Lai hợp trong xử lý kị khí và công nghệ lai hợp USBF Tổng quan các loại giá thể trong xử lý sinh học: Các quá trình xử lý sinh học bám dính các loại giá thể sử dụng trong xử lý nước thải: giá thể cố định, di động và linh động Một số nghiên cứu về hệ USBF trong và ngoài nước Nội dung 2: thiết lập mô hình nghiên cứu với quy mô phòng thí nghiệm Xây dựng kế hoạch thực hiện và lập sơ đồ nghiên cứu Thiết lập mô hình USBF: mô hình được làm bằng mica dày 5 mm, hình trụ có kích thước chiều dài x chiều rộng x chiều cao là 125 mm x 125 mm x 1000 mm Chế tạo lớp đệm linh động từ giá thể Anox Kaldnes K1 để giá thể sau khi sắp xếp sẽ chuyển động tại vị trí cố định nhằm ngăn cản các cặn lơ lửng không lên theo đường nước dâng trong bể và ngăn cản độ bám dính ngày càng nhiều của bùn cặn.
Nội dung 3: vận hành mô hình thí nghiệm Tiến hành lấy nước thải tại xí nghiệp chăn nuôi heo Đồng Hiệp, bùn tại nhà máy Hòa Bình. Phân tích thành phần của chúng Mô hình vận hành trong điều kiện nhiệt độ phòng dao động từ 30 – 32oC 5 Vận hành mô hình USBF qua 6 giai đoạn tương ứng với 6 tải trọng: giai đoạn thích nghi (1 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn I (tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn II (tải trọng 4 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn III (tải trọng 6 kgCOD/m3.ngày), giai đoạn IV (tải trọng 8 kgCOD/m3.ngày) và giai đoạn V (tải trọng 10 kgCOD/m3.ngày) Nội dung 4: đánh giá khả năng xử lý của hệ USBF Tiến hành phân tích mẫu nước thải đầu vào, đầu ra của mô hình USBF với các thông số pH, VFA, độ kiềm, COD, SS; sinh khối trên giá thể với thông số SS và VSS. Sau đó, lập bảng kết quả, vẽ đồ thị và thực hiện phân tích, đánh giá: Đánh giá hiệu suất xử lý USBF qua các tải trọng hữu cơ. Qua đó, đánh giá hiệu quả của lớp đệm linh động trong phần lọc kị khí Đánh giá khả năng bám dính sinh khối trên giá thể khi kết thúc thí nghiệm 1.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện các nội dung nghiên cứu nêu trên, luận văn đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây: Tổng quan tài liệu Tham khảo, thu thập, tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến công nghệ, giá thể trên các nguồn: sách, báo chí, luận văn. Qua đó tiến hành phân tích, xử lý và hiệu chỉnh các tài liệu để phù hợp với nghiên cứu đề tài Xác định giới hạn nghiên cứu và phương án thực nghiệm Thực nghiệm mô hình Tiến hành lấy mẫu và phân tích nhằm xác định thành phần và đặc tính nước thải chăn nuôi và mẫu bùn sử dụng Lập kế hoạch thực nghiệm: thiết kế và chế tạo mô hình, vận hành mô hình ở các tải trọng khác nhau 6 Mô hình được đặt tại Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM Lấy mẫu phân tích Phân tích các mẫu nước thải với các chỉ tiêu pH, VFA, độ kiềm, COD, SS. Mẫu bùn với chỉ tiêu MLSS và MLVSS.
Khí sinh học được phân tích thành phần khí. Sinh khối trên giá thể với chỉ tiêu SS và VSS Các thí nghiệm phân tích mẫu được tiến hành tại PTN Công nghệ Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM Xử lý số liệu Mỗi thí nghiệm được thực hiện ba lần với thao tác lấy mẫu và phân tích mẫu giống nhau nên một số liệu kết quả đưa ra là trung bình ba lần lặp lại Các số liệu thu được trong quá trình thí nghiệm sẽ được tổng hợp, thống kê và xử lý thành các dạng bảng số liệu, hình biểu đồ bằng cách sử dụng các phần mềm như Microsoft Word và Excel để đưa vào trình bày trong luận văn 1. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Tính mới Gần đây công nghệ USBF đã được triển khai nghiên cứu trên một số loại nước thải và cho hiệu suất xử lý khá cao.
Việc tiến hành nghiên cứu chuyển trạng thái từ lớp đệm cố định sang lớp đệm linh động của phần lọc kị khí với giá thể K1 chính là tính mới của đề tài. Tính khoa học Việc chuyển từ trạng thái cố định sang trạng thái linh động của lớp đệm trong phần lôc kị khí làm tăng khả năng tích lũy sinh khối. Đồng thời tránh tắt nghẽn và chảy rãnh do sinh khối và cặn tích lũy; tránh bào mòn sinh khối do các giá thể tác động lẫn nhau nhờ đó tăng cường hiệu quả xử lý chất hữu cơ. 7 Tính thực tiễn Công nghệ lai hợp theo kiểu USBF với lớp đệm linh động phần lọc kị khí có thể áp dụng vào thực tế nhằm nâng cao hiệu suất xử lý cho các công nghệ kị khí như AF, UASB, USBF.
Công nghệ này sẽ tiết kiệm chi phí giá thể và năng lượng cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống. 8 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2. Thành phần tính chất Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi heo phát triển với tốc độ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kĩ thuật về chuồng trại và kĩ thuật chăn nuôi.
Do đó, năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng. Ô nhiễm môi trường khu vực trại chăn nuôi do sự phân hủy các chất hữu cơ có mặt trong phân và nước thải của heo. 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. Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép khoảng 30 – 40 lần.
Tổng số vi sinh vật (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.
