Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Giàu Nitơ và Photpho Bằng Hệ Kết Hợp Bùn Hoạt Tính và Vi Tảo

Chuyên khảo Xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ và photpho phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin

• Tác giả: Nguyễn Anh Vũ
• Người hướng dẫn: PGS. Đoàn Thị Thái Yên
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Giàu Nitơ và Photpho
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CHĂN NUÔI LỢN VÀ NƯỚC THẢI TỪ CHĂN NUÔI LỢN
• 1.1. Ngành chăn nuôi lợn
• 1.2. Nước thải trong ngành chăn nuôi lợn
• 1.3. Phương pháp xử lý nước thải trại chăn nuôi lợn
• 1.3.1. Xử lý bằng phương pháp sinh học
• 1.3.1.1. Phương pháp sinh học yếm khí
• 1.3.1.2. Phương pháp sinh học hiếu khí
• 1.3.2. Xử lý nước thải bằng vi tảo Chlorella
• 1.3.2.1. Thông tin chung về tảo Chlorella
• 1.3.2.2. Nhu cầu dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ
• 1.3.2.3. Khả năng xử lý ô nhiễm nước của vi tảo
• 1.4. Giới thiệu về hệ thống giá thể sinh học và màng sinh học
• 1.4.1. Thiết bị phản ứng sinh học có lớp giá thể chuyển động (MBBR)
• 1.4.2. Thiết bị nuôi trồng vi tảo bằng giá thể sinh học dạng màng
• 1.5. Giới thiệu địa bàn nghiên cứu
• 1.5.1. Giới thiệu chung về trại lợn giống Thanh Hưng
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vi tảo Chlorella
• 2.1.1. Phương pháp nuôi trồng vi tảo
• 2.1.2. Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng và thời gian nhân đôi của tảo
• 2.2. Bùn hoạt tính
• 2.2.1. Phương pháp nuôi bùn hoạt tính
• 2.3. Giá thể sinh học
• 2.4. Màng sinh học
• 2.5. Quy trình thí nghiệm. Bố trí thí nghiệm
• 2.5.1. Hệ thống sinh trưởng bám dính trên giá thể sinh học chuyển động (MBBR)
• 2.5.2. Hệ thống sinh trưởng bám dính trên màng sinh học gắn trên trục quay
• 2.6. Phương pháp xác định thông số ô nhiễm
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc tính của nước thải sau hồ phủ bạt (biogas) cần xử lý
• 3.2. Tuyển chọn chủng tảo có khả năng phát triển tốt trong môi trường nước thải chăn nuôi sau xử lý yếm khí
• 3.2.1. Hoạt hóa trong môi trường dinh dưỡng BBM-2N-vitamin
• 3.2.2. Tuyển chọn trong môi trường nước thải chăn nuôi sau hồ biogas
• 3.3. Hệ sinh trưởng bám dính trên giá thể sinh học chuyển động (MBBR)
• 3.4. Biến thiên các thông số ô nhiễm trong hệ làm việc theo mẻ (gián đoạn)
• 3.5. Đánh giá quá trình vận hành hệ thống
• 3.6. Biến thiên các thông số ô nhiễm trong hệ làm việc luân phiên. Đánh giá quá trình vận hành hệ thống
• 3.7. Hệ màng sinh học gắn trên trục quay. Đánh giá quá trình vận hành hệ thống
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Giàu Nitơ Photpho

Nước thải từ chăn nuôi lợn chứa hàm lượng cao các chất ô nhiễm như nitơ và photpho, gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Việc xử lý nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn có thể tái sử dụng cho các mục đích khác. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến nhằm giảm thiểu ô nhiễm và nâng cao hiệu quả xử lý.

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

Nước thải chăn nuôi lợn chứa nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường. Việc xử lý nước thải giúp bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Các thành phần chính trong nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi thường chứa nitơ, photpho, và các chất hữu cơ khác. Những thành phần này cần được xử lý để đạt tiêu chuẩn xả thải.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Nước Thải Chăn Nuôi và Thách Thức Xử Lý

Nước thải chăn nuôi lợn sau khi xử lý yếm khí vẫn chứa hàm lượng ô nhiễm cao. Việc xử lý nước thải này gặp nhiều thách thức do tính chất phức tạp của các chất ô nhiễm. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đạt hiệu quả tối ưu.

2.1. Tác động của ô nhiễm nước thải đến môi trường

Ô nhiễm từ nước thải chăn nuôi có thể dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

2.2. Thách thức trong việc xử lý nước thải giàu nitơ và photpho

Việc xử lý nước thải giàu nitơ và photpho đòi hỏi các công nghệ tiên tiến và chi phí đầu tư cao, gây khó khăn cho nhiều trang trại.

III. Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Hiệu Quả

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp kết hợp giữa bùn hoạt tính và vi tảo Chlorella để xử lý nước thải chăn nuôi. Phương pháp này cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu ô nhiễm nitơ và photpho.

3.1. Công nghệ bùn hoạt tính trong xử lý nước thải

Bùn hoạt tính là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng.

3.2. Vai trò của vi tảo Chlorella trong xử lý nước thải

Vi tảo Chlorella có khả năng hấp thụ nitơ và photpho, giúp cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo Chlorella đạt hiệu quả xử lý cao, với khả năng loại bỏ đến 94.7% nitơ và 43.1% photpho. Những kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải chăn nuôi.

4.1. Hiệu quả xử lý nước thải trong thí nghiệm

Các thí nghiệm cho thấy sự kết hợp giữa bùn và tảo mang lại hiệu quả xử lý vượt trội so với từng phương pháp riêng lẻ.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng vào các trang trại chăn nuôi, giúp cải thiện quy trình xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo Chlorella là một giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ và photpho. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả khả quan trong việc xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu quả xử lý và giảm chi phí cho các trang trại chăn nuôi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi lợn và nước thải từ chăn nuôi lợn 1. Ngành chăn nuôi lợn 1. Nước thải trong ngành chăn nuôi lợn 1.

Phương pháp xử lý nước thải trại chăn nuôi lợn. Xử lý bằng phương pháp sinh học 1. Phương pháp sinh học yếm khí. Phương pháp sinh học hiếu khí.

Xử lý nước thải bằng vi tảo Chlorella 1. Thông tin chung về tảo Chlorella 1. Nhu cầu dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ. Khả năng xử lý ô nhiễm nước của vi tảo.

Giới thiệu về hệ thống giá thể sinh học và màng sinh học 1. Thiết bị phản ứng sinh học có lớp giá thể chuyển động (MBBR). Thiết bị nuôi trồng vi tảo bằng giá thể sinh học dạng màng. Giới thiệu địa bàn nghiên cứu Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 3 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS.

Đoàn Thị Thái Yên 1. Giới thiệu chung về trại lợn giống Thanh Hưng Trại lợn giống Thanh Hưng nằm trên địa bàn thôn Bùi Xá, xã Tam Hưng, huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội. Trại là một trong 3 chi nhánh chăn nuôi của Công ty cổ phần Giống vật nuôi Hà Nội (không bao gồm trụ sở chính). Cơ cấu tổ chức của trại lợn giống Thanh Hưng gồm trại trưởng, trại phó, kế toán, nhân viên và bảo vệ.

Tổng diện tích của trại lên tới 17 ha, nhưng trại mới sử dụng khoảng 6,7 ha cho chăn nuôi và trồng trọt, hơn 10 ha còn lại do chưa có nhu cầu sử dụng nên chuyển đổi cho nhân viên trồng lúa để tránh bỏ hoang. Trong khuôn viên trại chia ra làm các khu vực sinh hoạt chung, khu chăn nuôi gia cầm, khu chăn nuôi lợn, khu trồng trọt, khu thả cá và khu xử lý chất thải. Ảnh chụp vệ tinh trại lợn giống Thanh Hưng Điểm qua từng loại hình sản xuất của trại: • Trồng trọt: trồng chủ yếu các cây lấy quả như ổi, chuối, bưởi, đu đủ, chanh… Quả được thu hoạch để bán. • Ao thả cá: có diện tích chiếm khoảng 20% khuôn viên của trại.

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 4 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS. Đoàn Thị Thái Yên • Chăn nuôi gia cầm: chăn nuôi các loại vịt, ngan, ngỗng với mục đích tự cung tự cấp và để bán. Số lượng gia cầm nuôi trong 1 năm khoảng từ 150 đến 200 con. • Chăn nuôi lợn: là loại hình chủ yếu của trại cũng như mục đích chính của trại - Số lượng lợn duy trì trong 1 năm luôn ở mức 3000 ÷ 4000 con/năm.

- Số lượng lợn sinh sản (lợn đẻ) duy trì khoảng 300 con tại mọi thời điểm. - Số lượng lợn thịt duy trì trên 1000 con/năm. - Số lượng lợn cai sữa duy trì 120 ÷ 130 con/tuần. Trong giai đoạn cai sữa, lợn dễ chết nên số lượng giảm theo thời gian.

Những con khỏe mạnh kết thúc quá trình sẽ tiến vào giai đoạn lợn thịt hoặc trở thành lợn giống khi chúng được tuyển chọn kỹ. Do trại lợn có quy mô lớn nên nguồn cung cấp điện nước đầu vào cho trại luôn phải ổn định với lượng lớn: • Điện năng sử dụng cho trại là điện 3 pha mua của nhà nước. • Nước được cung cấp từ nguồn nước giếng khoan, lưu lượng ước tính khoảng 200 ÷ 220 m3/ngày, được xử lý qua hệ thống lọc trước khi sử dụng. Bơm hút nước từ mạch nước ngầm có lưu lượng 100 ÷ 450 L/phút với chiều cao tối đa là 22 ÷ 36 m.

Nước sau khi được hút từ lòng đất lên sẽ chuyển tới dàn mưa và bể lọc (vật liệu là cát sỏi) với chiều cao tổng thể của hệ thống là 5 m. Sau khi lọc xong nước chảy trực tiếp vào 2 bể chứa ngầm để tích trữ. Nước tại bể chứa ngầm sẽ được đưa tới đài nước cao khoảng 20 m. Nước từ tháp đài được phân phối tới các khu vực khác bằng áp lực một cách tự nhiên do chênh lệnh áp suất.

Nước tại trại được sử dụng với 2 mục đính chính là cho sinh hoạt và cho sản xuất: - Nước sinh hoạt gồm có nước phục vụ ăn uống (ngày 2 bữa trưa và tối) và nước phục vụ vệ sinh của công nhân viên (theo ca kíp của từng người). Nước ăn uống qua máy lọc RO trước khi sử dụng. - Nước phục vụ chăn nuôi chủ yếu dùng để cho làm nước uống, tắm rửa cho lợn cùng vệ sinh chuồng trại. Chất thải tại trang trại 1.

Các loại chất thải phát sinh Trang trại hiện tại sử dụng 6,7 ha cho mục đích chăn nuôi và trồng trọt. Với việc cùng chăn nuôi và trồng trọt nên sẽ tạo ra nhiều loại rác thải khác nhau như: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 5 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS. Đoàn Thị Thái Yên • Trồng trọt: chất thải gồm lá cây khô được đem đốt và cỏ dại được cắt cho cá ăn hoặc đốt. • Chất thải trong chăn nuôi lợn - Phân lợn của lợn đẻ và lợn con dạng khô được thu gom đem bán với số lượng khoảng 20 bao/ngày.

- Phân lợn thịt theo nước tiểu hoặc phân lỏng được thu vào hệ thống xử lý. - Nước thải: gồm nước tiểu lợn, nước thải sau khi tắm cho lợn, nước rửa chuồng. • Chăn nuôi khác: lượng chất thải rất ít. • Ngoài chất thải chăn nuôi, trồng trọt còn có chất thải sinh hoạt: - Chất thải rắn tập chung để đốt hoặc thải bỏ ở bãi rác.

- Nước thải được thải vào hệ thống và bể phốt. Nước thải và hệ thống xử lý nước thải Lượng nước sử dụng của trại ước tính 216 m3/ngày (ứng với 8 giờ bơm nước với lưu lượng 450 L/phút). Coi nước cấp cho sinh hoạt và thất thoát có tổng thể tích là 16 m3/ngày, vậy lượng nước cấp cho chăn nuôi là 200 m3/ngày. Với lưu lượng này, nước thải chăn nuôi cần có hệ thống xử lý nước thải riêng.

Trang trại có quy hoạch và xây dựng một hệ thống để xử lý nước thải chăn nuôi, bao gồm: (1) Bể thu gom nước thải. (3) Hồ chứa nước thải sau hồ phủ bạt. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 6 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS. Đoàn Thị Thái Yên Hình 1.

Các thành phần của hệ thống xử lý nước thải Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 7 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS. Đoàn Thị Thái Yên CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Vi tảo Chlorella Chủng tảo Chlorella H6 được PGS.

Đoàn Thị Thái Yên phân lập từ nước ao của trại chăn nuôi ở xã Cổ Đông, thị xã Sơn Tây, Hà Nội. Ngoài ra, có 4 chủng tảo Chlorella được cung cấp bởi ngân hàng giống thuộc Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội, gồm các chủng: - VACC 0035: Chlorella vulgaris - nguồn gốc Đông Anh, Hà Nội. - VACC 0082: Chlorella pyrenoidosa - nguồn gốc hồ Ba Mẫu. - VACC 0111: Chlorella pyrenoidosa - nguồn gốc hồ Hoàn Kiếm.

- VACC 0125: Scenedesmus bijugatus - nguồn gốc Hải Dương. Phương pháp nuôi trồng vi tảo. Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng và thời gian nhân đôi của tảo 2. Phương pháp nuôi trồng vi tảo Các chủng tảo được nuôi giữ giống trong môi trường BBM-2N bổ sung vitamin và trên bề mặt thạch có pha môi trường dinh dưỡng trong các đĩa petri, dán kín và bảo quản trong tủ ổn nhiệt ở nhiệt độ 20ºC, cung cấp ánh sáng 24/24 giờ với cường độ 500 ÷ 1500 lux bằng bóng đèn huỳnh quang.

Khi được nuôi ở điều kiện phòng thí nghiệm, tảo được cung cấp ánh sáng 24/24 giờ bằng bóng đèn huỳnh quang, cường độ chiếu sáng khoảng 2000 ÷ 2500 lux, nhiệt độ bằng nhiệt độ phòng thí nghiệm, khoảng 25 ÷ 35 ºC. Môi trường nuôi tảo là môi trường BBM-2N (Bold’s Basal Medium double Nitrate) bổ sung vitamin, cung cấp cacbon vô cơ bằng 2 g NaHCO3/L. Thành phần môi trường BBM-2N bổ sung vitamin được trình bày trong bảng 2. Thành phần môi trường BBM-2N bổ sung vitamin [23] Hàm lượng Thể tích Nồng độ trong T Thành phần chuẩn bị sử dụng môi trường nuôi T (g/L H2O) (mL/L) (mol/L) Thành phần đa lượng 1 NaNO3 50 10 5.28×10-4 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) - Đại học Bách Khoa Hà Nội 8 Điện thoại: [phone]Email: [e-mail] Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi giàu nitơ, photpho bằng hệ kết hợp bùn hoạt tính và vi tảo sinh trưởng bám dính SVTH: Nguyễn Anh Vũ – Lớp KT Môi trường 01 K58 GVHD: PGS.

Đoàn Thị Thái Yên Hàm lượng Thể tích Nồng độ trong T Thành phần chuẩn bị sử dụng môi trường nuôi T (g/L H2O) (mL/L) (mol/L) Dung dịch EDTA kiềm 1 7 EDTA 50 1.53×10-4 Dung dịch Sắt – axit 1 9 FeSO4.79×10-5 10 H2SO4 1 Dung dịch axit boric 1 12 H3BO3 11.85×10-4 Thành phần vi lượng 1 12 ZnSO4. Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng và thời gian nhân đôi của tảo Nồng độ sinh khối của tảo được xác định theo phương pháp trắc quang. Đo độ hấp thụ quang của dung dịch tảo bằng máy quang phổ UV/VIS ở bước sóng 680 nm với mẫu trắng là dung dịch sau khi loại bỏ hết sinh khối tảo bằng phương pháp lọc hoặc ly tâm. Độ hấp thụ quang của dung dịch tảo quan hệ tuyến tính với nồng độ sinh khối của tảo.