Luận văn thạc sĩ kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ bằng công nghệ ICEAS

Nghiên cứu thạc sĩ Xử lý nước thải giết mổ bằng công nghệ iceas trong kỹ thuật môi trường phân tích chuyên sâu, đề xuất giải pháp khả thi cho vấn đề

• Tác giả: Nguyễn Đức Tiệp
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Giết Mổ Bằng Công Nghệ ICEAS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• PHẦN MỞ ĐẦU
• MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• NỘI DUNG ĐỀ TÀI
• PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
• 1.1.1. Các loại chất thải và nguồn ô nhiễm
• 1.1.2. Công ty TNHH MTV Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản - Vissan
• 1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY VISSAN
• 1.2.1. Quy trình giết mổ lợn
• 1.2.2. Quy trình giết mổ trâu, bò
• 1.2.3. Quy trình sản xuất đồ hộp, xúc xích, thịt nguội
• 1.2.4. Nguồn thải và các nguyên nhân chính
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SBR
• 1.3.1. Công nghệ xử lý theo mẻ SBR
• 1.3.2. Quá trình nitrat hóa
• 1.3.3. Quá trình khử nitrat
• 1.3.4. Tổng quan về quá trình xử lý photpho
• 1.4. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ICEAS
• 1.4.1. Công nghệ ICEAS
• 1.4.2. So sánh giữa công nghệ ICEAS và SBR thông thường
• 1.5. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH CHĂN NUÔI
• 1.5.1. Công nghệ xử lý nước thải ở Châu Âu
• 1.5.2. Công nghệ xử lý nước thải tại Việt Nam
• 1.6. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 1.7. CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Nước thải đầu vào
• 2.1.2. Bùn cấy ban đầu
• 2.1.3. Giá thể sử dụng
• 2.2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Thiết kế mô hình
• 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của mô hình
• 2.2.3. Trình tự thí nghiệm
• 2.3. LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH
• 2.3.1. Vị trí và tần suất lấy mẫu
• 2.3.2. Phương pháp phân tích
• 2.3.3. Phương pháp đo MLSS
• 2.3.4. Xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. GIAI ĐOẠN CHẠY THÍCH NGHI
• 3.2. GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI
• 3.2.1. Hiệu quả xử lý COD qua từng tải trọng
• 3.2.2. Hiệu quả xử lý ammonia cả 2 mô hình qua 5 tải trọng
• 3.2.3. Sự biến thiên nồng độ nitrit, nitrat ra của 2 mô hình
• 3.2.4. Hiệu quả loại bỏ Nitơ tổng
• 3.2.5. Đánh giá hiệu quả loại bỏ Nitơ hữu cơ qua các tải trọng
• 3.2.6. Đánh giá nồng độ sinh khối tạo thành
• PHẦN KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU VẬN HÀNH
• PHỤ LỤC 2: HÌNH ẢNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nước thải giết mổ và công nghệ ICEAS

Nước thải từ các cơ sở giết mổ thường chứa nồng độ ô nhiễm cao do các thành phần hữu cơ như máu, mỡ, protein, nitơ và phospho. Việc xử lý hiệu quả nước thải này là một thách thức lớn đối với môi trường. Công nghệ ICEAS (Intermittent Cycle Extended Aeration System) đã được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả xử lý nước thải, đặc biệt là trong ngành giết mổ. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của mô hình ICEAS kết hợp với giá thể Mutag Biochip TM trong việc xử lý nước thải giết mổ. Mô hình này đã cho thấy khả năng xử lý tốt hơn so với các phương pháp truyền thống, giúp giảm thiểu ô nhiễm và đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường.

1.1. Đặc điểm nước thải giết mổ

Nước thải từ quá trình giết mổ có đặc điểm là chứa nhiều chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, với nồng độ BOD và COD cao. Đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý kịp thời. Các chất thải này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước mà còn có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe cộng đồng. Việc áp dụng công nghệ ICEAS giúp cải thiện khả năng xử lý các chất ô nhiễm này, đồng thời giảm thiểu chi phí và diện tích cần thiết cho hệ thống xử lý.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện thông qua việc thiết lập mô hình ICEAS tại phòng thí nghiệm, với các tải trọng khác nhau để đánh giá hiệu quả xử lý. Mô hình được thiết kế để hoạt động với giá thể Mutag Biochip TM, nhằm tăng cường khả năng bám dính và sinh khối vi sinh. Các chỉ tiêu như COD, NH4+, NO2-, NO3- và TN được theo dõi trong suốt quá trình thí nghiệm. Kết quả thu được cho thấy mô hình ICEAS có khả năng xử lý hiệu quả hơn so với các mô hình truyền thống, đặc biệt là trong việc loại bỏ nitơ và photpho.

2.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm

Mô hình ICEAS được chế tạo bằng vật liệu mica, với thể tích 18 lít. Giá thể Mutag Biochip TM được đưa vào mô hình nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý. Các chu kỳ hoạt động của mô hình được điều chỉnh theo tải trọng từ 0,5 đến 2,5 kg COD/m3.ngày, với thời gian lắng và rút nước cụ thể. Phương pháp lấy mẫu và phân tích được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, đảm bảo độ tin cậy và chính xác của kết quả.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình ICEAS – MBSBR có hiệu quả xử lý cao hơn so với mô hình ICEAS – SBR truyền thống. Hiệu suất xử lý COD đạt 94,9%, TN đạt 89,23% và NH4+-N đạt 94,31% ở tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày. Nước thải sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT. Những kết quả này chứng minh rằng công nghệ ICEAS có khả năng xử lý hiệu quả nước thải giết mổ, đồng thời mở ra hướng đi mới trong việc cải tiến các công nghệ xử lý nước thải hiện nay.

3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý

Mô hình ICEAS – MBSBR cho thấy khả năng xử lý tốt hơn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm, đặc biệt là nitơ và photpho. Sự khác biệt này không chỉ nằm ở hiệu suất xử lý mà còn ở khả năng duy trì ổn định trong quá trình vận hành. Các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, NH4+-N và TN đều đạt yêu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý, cho thấy tính khả thi của công nghệ ICEAS trong việc ứng dụng rộng rãi trong ngành giết mổ.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu đã xác nhận hiệu quả của công nghệ ICEAS trong việc xử lý nước thải giết mổ, mở ra triển vọng ứng dụng cho các cơ sở giết mổ tại Việt Nam. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành. Khuyến nghị cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình cải tiến để nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời thực hiện các chương trình đào tạo cho nhân viên trong ngành giết mổ về công nghệ xử lý nước thải.

4.1. Hướng phát triển công nghệ

Để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải giết mổ, cần nghiên cứu thêm các công nghệ kết hợp khác, như công nghệ sinh học và hóa lý. Việc phát triển các mô hình xử lý mới có thể giúp giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm từ nước thải giết mổ, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước thải phát sinh từ các cơ sở giết mổ gia súc và chế biến thịt tại Việt Nam đang là một trong những nguồn ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng nhất, với nồng độ nhu cầu oxy hóa học (COD) dao động từ 2.400 đến 9.600 mg/L và nhu cầu oxy sinh học (BOD5) từ 1.500 đến 7.400 mg/L. Đặc thù của loại nước thải này là chứa hàm lượng protein, máu, mỡ và dịch tiêu hóa đậm đặc, làm phát sinh lượng nitơ amoni rất cao từ 230 đến 1.120 mg/L cùng tổng nitơ (TN) trung bình 87 ± 22 mg/L. Nếu không được xử lý triệt để, nguồn thải sẽ gây suy giảm oxy hòa tan nghiêm trọng và dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa các thủy vực tiếp nhận. Các công nghệ bùn hoạt tính truyền thống thường bộc lộ nhiều hạn chế như chiếm diện tích xây dựng lớn, chi phí cấp khí cao và dễ gặp sự cố sốc tải sinh học khi lưu lượng xả thải biến động thất thường theo từng ca sản xuất.

Nhằm giải quyết triệt để thách thức kỹ thuật trên, đề tài tập trung nghiên cứu hiệu quả xử lý đồng thời các hợp chất hữu cơ và nitơ trong nước thải giết mổ bằng mô hình bùn hoạt tính theo mẻ dòng vào liên tục ICEAS kết hợp giá thể chuyển động sinh học Mutag Biochip (mô hình ICEAS-MBSBR) ở quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu thực nghiệm được triển khai từ tháng 01/2016 đến tháng 12/2016 tại Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên thuộc Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM. Nguồn nước thải thực tế được thu thập trực tiếp từ bể điều hòa sau máy lọc rác của trạm xử lý nước thải Công ty VISSAN (Quận Bình Thạnh, TP.HCM), nơi có quy mô xả thải thực tế đạt 1.200 m3/ngày. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi xác lập thông số vận hành tối ưu giúp hệ thống đạt hiệu suất loại bỏ COD trên 94% và tổng nitơ trên 89%, đưa chất lượng nước đầu ra đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột A, đồng thời tiết kiệm hơn 30% diện tích xây dựng so với các công trình sinh học phân tán truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp giữa hai khung lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật xử lý nước thải: động học quá trình bùn hoạt tính chu kỳ gián đoạn nạp nước liên tục và cơ chế màng vi sinh bám dính chuyển động (Moving Bed Biofilm). Hệ thống ứng dụng lý thuyết chuyển hóa nitơ sinh học hai giai đoạn. Quá trình nitrat hóa diễn ra trong điều kiện hiếu khí nhờ hai nhóm vi khuẩn tự dưỡng chuyên biệt: vi khuẩn oxy hóa amoni (AOB như Nitrosomonas) chuyển hóa NH4+ thành NO2-, tiếp theo vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB như Nitrobacter) oxy hóa NO2- thành NO3-. Phản ứng này tiêu thụ trung bình 4,2 mg O2 và 7,1 mg độ kiềm CaCO3 cho mỗi 1 mg NH4-N bị oxy hóa. Quá trình khử nitrat kế tiếp diễn ra trong điều kiện thiếu khí, nơi các chủng vi khuẩn dị dưỡng như Bacillus, Pseudomonas sử dụng nguồn carbon hữu cơ trong nước thải làm chất cho electron để khử nitrate và nitrite thành khí nitơ tự do (N2).

Mô hình nghiên cứu triển khai là hệ thống ICEAS cải tiến kết hợp giá thể di động (ICEAS-MBSBR) đối chứng song song với mô hình ICEAS-SBR truyền thống không có giá thể. Ba khái niệm khoa học then chốt được áp dụng xuyên suốt gồm:

• Công nghệ ICEAS (Intermittent Cycle Extended Aeration System): Công nghệ bùn hoạt tính dòng vào liên tục thông qua ngăn tiền phản ứng, rút gọn chu trình vận hành từ 5 pha của SBR cổ điển xuống còn 3 pha chính (phản ứng, lắng và rút nước).
• Giá thể sinh học Mutag Biochip: Loại giá thể nhựa PE nguyên sinh có dạng paraboloid siêu mỏng 0,2 mm với diện tích bề mặt hữu dụng tiếp xúc lên tới 3.000 m2/m3, khả năng chịu tải trọng hữu cơ tới 200 kg COD/m3 giá thể.ngày và tốc độ khử nitơ đạt 4 đến 5 kg NH4-N/m3 giá thể.ngày.
• Nồng độ sinh khối hỗn hợp (MLSS/MLVSS) và tỷ số thức ăn trên vi sinh vật (F/M): Đại lượng kiểm soát cân bằng động học giữa lượng chất nền hữu cơ nạp vào và mật độ vi sinh vật bám dính lẫn lơ lửng trong bể phản ứng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ mẫu nước thải giết mổ thực tế của Công ty VISSAN với các thông số đầu vào đặc trưng: COD trung bình 1.016 ± 203 mg/L, BOD5 đạt 507 ± 291 mg/L, tổng nitơ (TN) 87 ± 22 mg/L, photpho tổng (TP) 20 ± 3 mg/L và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 1.075 mg/L. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế với tần suất đo đạc 3 lần lặp lại độc lập cho từng chỉ tiêu phân tích tại mỗi chế độ tải trọng nhằm đảm bảo độ tin cậy thống kê đạt từ 95% đến 98%. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tổ hợp theo thời gian chu kỳ xả thải thực tế, thu thập đồng thời tại 3 vị trí: nước thải đầu vào, nước sau xử lý của bể ICEAS-SBR và nước sau xử lý của bể ICEAS-MBSBR.

Các chỉ tiêu ô nhiễm được phân tích nghiêm ngặt theo Tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA/AWWA) kết hợp các quy chuẩn hiện hành tại Việt Nam. COD được xác định bằng phương pháp trắc phổ hồi lưu kín; NH4+-N đo bằng phương pháp so màu Phenate; NO2--N phân tích bằng trắc phổ so màu với N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride; NO3--N đo bằng phương pháp so màu axit salicylic; TN xác định qua phương pháp nung Persulfate; và mật độ sinh khối bùn MLSS/MLVSS được xác định bằng phương pháp sấy khô nung ở 550 độ C. Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích này là nhằm triệt tiêu tối đa sai số do độ đục, loại bỏ ảnh hưởng của các ion cản trở và đảm bảo tính tương thích cao với quy chuẩn quản lý môi trường QCVN 40:2011/BTNMT.

Tiến trình nghiên cứu vận hành liên tục trong suốt 12 tháng năm 2016, chia thành hai giai đoạn rõ rệt:

• Giai đoạn thích nghi: Kéo dài 20 ngày ở tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày với nồng độ bùn hoạt tính cấy ban đầu là 2.200 mg/L (pha loãng từ nguồn bùn gốc 2.800 mg/L lấy tại bể Aerotank của nhà máy VISSAN).
• Giai đoạn tăng tải: Khảo sát 5 mức tải trọng hữu cơ gồm 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 và 2,5 kg COD/m3.ngày. Mỗi mức tải trọng được vận hành ổn định trong 15 ngày với các chu kỳ kiểm soát giảm dần tương ứng là 16,0 giờ; 12,5 giờ; 11,5 giờ; 9,5 giờ và 9,0 giờ. Trong mọi chu kỳ, thời gian pha lắng được cố định chính xác ở 0,4 giờ (24 phút) và pha rút nước là 0,2 giờ (12 phút), phần thời gian còn lại dành cho các pha sục khí hiếu khí và khuấy trộn thiếu khí luân phiên nối tiếp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình vận hành thực nghiệm trên hai mô hình polyacrylic thể tích 18 lít (trong đó bể ICEAS-MBSBR bổ sung 1,8 lít giá thể Mutag Biochip, tương đương 10% thể tích bể) đã ghi nhận các phát hiện khoa học quan trọng:

1. Hiệu suất xử lý COD và độ bền chống sốc tải: Mô hình ICEAS-MBSBR thể hiện khả năng oxy hóa chất hữu cơ vượt trội với hiệu suất khử COD luôn đạt từ 88,4% đến 94,9% trên toàn dải tải trọng 0,5 đến 2,5 kg COD/m3.ngày. Tại tải trọng tối ưu 1,0 kg COD/m3.ngày, COD đầu ra của bể ICEAS-MBSBR giảm sâu xuống mức 52 mg/L (đạt cột A của QCVN 40:2011/BTNMT), trong khi bể ICEAS-SBR không giá thể chỉ đạt hiệu suất 84,2% với COD đầu ra 160 mg/L (chỉ đạt cột B). Khi nâng tải trọng lên mức cực đại 2,5 kg COD/m3.ngày, hiệu suất của bể ICEAS-MBSBR vẫn duy trì ổn định ở 89,1%, trong khi mô hình ICEAS-SBR bị sốc tải rõ rệt, hiệu suất tụt giảm mạnh xuống còn 73,6%.

2. Hiệu quả chuyển hóa Amoni và loại bỏ Tổng Nitơ: Tại mức tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày, bể ICEAS-MBSBR đạt hiệu suất chuyển hóa NH4+-N lên tới 94,31% và hiệu suất khử TN đạt 89,23%, giúp đưa nồng độ TN sau xử lý xuống dưới 9,5 mg/L (đạt cột A của QCVN 40:2011/BTNMT). Ngược lại, mô hình ICEAS-SBR chỉ đạt hiệu suất khử NH4+-N là 81,15% và TN là 72,40%. Sự kết hợp giữa các pha sục khí và khuấy trộn ngắt quãng đã tối ưu hóa đồng thời cả hai phản ứng nitrat hóa và khử nitrat trong cùng một chu trình khép kín.

3. Động học phát triển màng sinh học và tích lũy sinh khối: Sự hiện diện của giá thể Mutag Biochip giúp gia tăng mật độ vi sinh vật tổng thể trong bể ICEAS-MBSBR lên tới 5.420 mg/L (gồm 2.350 mg/L sinh khối lơ lửng và 3.070 mg/L sinh khối dính bám quy đổi), cao gấp 2,3 lần so với nồng độ MLSS 2.310 mg/L của bể đối chứng ICEAS-SBR. Sinh khối bám dính trên giá thể gia tăng liên tục từ 1,82 g/m2 ở tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày lên 3,45 g/m2 ở tải trọng 2,5 kg COD/m3.ngày mà không gây hiện tượng tắc nghẽn hay suy giảm diện tích tiếp xúc.

Thảo luận kết quả

Khả năng xử lý vượt bậc của mô hình ICEAS-MBSBR được giải thích bởi cấu tạo hình học paraboloid đặc thù và độ xốp cao của giá thể Mutag Biochip. Với diện tích tiếp xúc danh định 3.000 m2/m3 và độ dày màng sinh học kiểm soát dưới 0,2 mm, giá thể tạo nên một vi môi trường phân lớp hoàn hảo: lớp ngoài hiếu khí giàu oxy hòa tan (DO từ 2,0 đến 3,5 mg/L) cho phép quần thể AOB và NOB thực hiện nitrat hóa triệt để amoni; đồng thời lớp sâu bên trong màng sinh học và các giai đoạn khuấy trộn không sục khí tạo môi trường thiếu khí lý tưởng (DO dưới 0,5 mg/L) cho vi khuẩn dị dưỡng khử nitrat trực tiếp bằng nguồn carbon hữu cơ sẵn có trong nước thải. Điều này loại bỏ hoàn toàn nhu cầu châm thêm các hóa chất ngoại sinh đắt tiền như methanol hay natri axetat.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hiệu suất khử COD 94,9% và TN 89,23% trong luận văn này cao hơn đáng kể so với nghiên cứu của Đặng Viết Hùng (2014) trên hệ thống MB-SBR xử lý nước thải công nghiệp tập trung (đạt COD 91% và TN 81% ở tải trọng 0,96 kg COD/m3.ngày). Kết quả này cũng vượt trội hơn mô hình ICEAS đô thị của Li HongJing tại Wafandian (chỉ đạt COD 82% và TN 46%).

Về mặt biểu diễn dữ liệu khoa học, các kết quả thực nghiệm có thể được tổng hợp trực quan qua biểu đồ tương quan đường kép (Dual-axis Line Chart) minh họa diễn biến nồng độ COD/TN đầu vào và đầu ra theo trục tung bên trái song song với phần trăm hiệu suất xử lý theo trục tung bên phải qua 5 pha tải trọng. Đồng thời, bảng ma trận so sánh đối đầu giữa hai bể về các thông số động học sinh khối, tỷ lệ F/M và chỉ số thể tích bùn lắng SVI (duy trì ở mức 150 đến 200 mL/g) sẽ làm nổi bật tính ưu việt của công nghệ cải tiến trước biến động tải lượng thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm ứng dụng và mở rộng công nghệ:

1. Chuyển đổi và nâng cấp công nghệ tại các cơ sở giết mổ: Tiến hành cải tạo các bể Aerotank hoặc bể SBR truyền thống hiện hữu sang mô hình ICEAS-MBSBR bằng cách lắp đặt thêm vách ngăn tiền phản ứng và bổ sung từ 10% đến 15% thể tích giá thể Mutag Biochip. Mục tiêu hướng tới là nâng tải trọng xử lý hữu cơ lên 2,0 đến 2,5 kg COD/m3.ngày, đảm bảo hiệu suất khử COD trên 90% và tổng nitơ trên 85% đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Lộ trình triển khai thi công và chạy nghiệm thu trong vòng 3 đến 6 tháng. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án môi trường và các Doanh nghiệp chế biến thực phẩm giết mổ gia súc, gia cầm.

2. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển tự động chu kỳ: Thiết lập hệ thống điều khiển lập trình logic PLC tự động hóa chu kỳ vận hành 12,5 giờ với tỷ lệ thời gian sục khí hiếu khí và khuấy trộn thiếu khí luân phiên là 3:1, duy trì nồng độ DO pha hiếu khí từ 2,0 đến 3,0 mg/L và pha thiếu khí dưới 0,5 mg/L, thời gian lắng 24 phút và rút nước 12 phút. Mục tiêu tiết kiệm 25% điện năng tiêu thụ cho máy thổi khí và giảm tiêu hao kiềm tự nhiên. Lộ trình hoàn thiện cấu hình điều khiển trong 45 ngày đầu vận hành trạm. Chủ thể thực hiện là Kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước thải phối hợp cùng đơn vị tích hợp tự động hóa công nghiệp.

3. Kiểm soát phân tách dòng thải và tiền xử lý tại nguồn: Áp dụng quy trình thu gom triệt để máu khô tại khu vực chọc tiết và lắp đặt hệ thống tuyển nổi bọt khí hòa tan DAF trước khi đưa nước thải vào bể sinh học. Mục tiêu cắt giảm 35% đến 40% tải lượng COD đầu vào (xuống dưới mức 700 mg/L) và giảm hàm lượng dầu mỡ động vật xuống dưới 5 mg/L. Lộ trình thực hiện liên tục hàng quý bắt đầu từ năm 2017. Chủ thể thực hiện là Bộ phận quản lý sản xuất và Đội ngũ vận hành phân xưởng giết mổ.

4. Xây dựng quy chuẩn giám sát vi sinh và bảo dưỡng giá thể: Ban hành quy trình kỹ thuật kiểm tra định kỳ hệ thống phân phối khí đáy và đo lường độ dày màng sinh học trên giá thể Mutag Biochip mỗi 6 tháng một lần. Mục tiêu duy trì tỷ số hoạt tính sinh khối MLVSS/MLSS trên 0,75 và đảm bảo tỷ lệ thất thoát giá thể ra nguồn tiếp nhận đạt 0%. Lộ trình kiểm tra định kỳ 6 tháng một lần. Chủ thể thực hiện là Phòng Quản lý Môi trường doanh nghiệp và Đội bảo trì cơ điện nhà máy.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Kỹ sư thiết kế và chuyên gia công nghệ môi trường: Tiếp cận hệ thống thông số tính toán thực nghiệm chi tiết về dải tải trọng 0,5 đến 2,5 kg COD/m3.ngày, thời gian lưu nước HRT 0,6 ngày và thời gian lưu bùn SRT 25 ngày. Nguồn tài liệu này hỗ trợ trực tiếp việc lập thuyết minh kỹ thuật và bản vẽ thi công các trạm xử lý nước thải giết mổ công suất từ 500 đến 3.000 m3/ngày với yêu cầu tối ưu hóa diện tích mặt bằng.

2. Ban lãnh đạo và cán bộ quản lý môi trường tại các doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Nắm vững phương án cải tạo công nghệ có tính khả thi cao giúp nước thải luôn đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A với chi phí đầu tư hợp lý. Luận văn cung cấp phương án nâng công suất trạm xử lý nước thải hiện hữu mà không cần dừng dây chuyền sản xuất hay giải phóng thêm quỹ đất.

3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường: Sử dụng làm tài liệu tham khảo học thuật chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mô hình pilot, kỹ thuật nuôi cấy màng sinh học chuyển động và phương pháp phân tích các hợp chất nitơ theo chuẩn APHA. Tài liệu phục vụ đắc lực cho việc phát triển các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ màng sinh học tích hợp.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu chính sách môi trường: Cập nhật các cơ sở dữ liệu khoa học thực chứng về hiệu quả xử lý nước thải hữu cơ đậm đặc tại Việt Nam. Nguồn tư liệu hỗ trợ xây dựng các hướng dẫn kỹ thuật áp dụng công nghệ tốt nhất hiện có cho ngành chế biến gia súc và chăn nuôi công nghiệp quy mô lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ ICEAS-MBSBR có ưu điểm gì vượt trội so với hệ thống bùn hoạt tính Aerotank truyền thống? Hệ thống ICEAS-MBSBR tích hợp đồng thời quá trình nạp nước liên tục, phản ứng sinh hóa hiếu khí/thiếu khí và lắng trong cùng một bể, giúp cắt giảm từ 30% đến 40% diện tích xây dựng do không cần bể lắng bậc hai và hệ thống tuần hoàn bùn. Việc bổ sung 10% thể tích giá thể Mutag Biochip giúp tăng tổng nồng độ sinh khối lên 5.420 mg/L, nâng cao hiệu suất khử COD lên 94,9% và triệt tiêu nguy cơ trôi bùn.

2. Tại sao giá thể Mutag Biochip lại giúp nâng cao hiệu quả loại bỏ đồng thời cả COD và hợp chất Nitơ? Giá thể Mutag Biochip sở hữu diện tích bề mặt hữu dụng lên tới 3.000 m2/m3 với độ dày màng sinh học chỉ 0,2 mm, tạo nên vi môi trường phân lớp độc đáo. Lớp ngoài màng sinh học giàu oxy hòa tan giúp vi khuẩn tự dưỡng oxy hóa 94,31% amoni, trong khi lớp sâu bên trong thiếu oxy thúc đẩy vi khuẩn dị dưỡng khử nitrat về khí N2, đạt hiệu suất loại bỏ tổng nitơ 89,23% mà không cần bổ sung carbon ngoài.

3. Mức tải trọng hữu cơ và chu kỳ vận hành tối ưu của hệ thống được xác định như thế nào? Mức tải trọng hữu cơ vận hành tối ưu của mô hình là 1,0 kg COD/m3.ngày tương ứng với chu kỳ 12,5 giờ (gồm pha phản ứng sục khí/khuấy trộn ngắt quãng, pha lắng 0,4 giờ và pha rút nước 0,2 giờ). Tại chế độ này, nước thải đầu ra đạt chất lượng cao nhất với COD đạt 52 mg/L và tổng nitơ dưới 9,5 mg/L, đáp ứng hoàn toàn giới hạn cột A của QCVN 40:2011/BTNMT.

4. Đặc tính ô nhiễm của nước thải giết mổ tại Công ty VISSAN có những điểm gì cần lưu ý? Nước thải giết mổ VISSAN mang tải lượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng rất đậm đặc, với COD trung bình đạt 1.016 ± 203 mg/L, BOD5 đạt 507 ± 291 mg/L, tổng nitơ 87 ± 22 mg/L, photpho tổng 20 ± 3 mg/L và TSS lên tới 1.075 mg/L. Nguồn thải chứa lượng lớn protein, máu và dịch ruột phân hủy nhanh, đòi hỏi công nghệ xử lý phải có khả năng khử nitơ kết hợp chống sốc tải cao.

5. Bể ICEAS-MBSBR có thể tiếp nhận nước thải nạp vào liên tục trong các pha lắng và rút nước không? Bể ICEAS-MBSBR giải quyết triệt để hạn chế nạp nước ngắt quãng của bể SBR cổ điển nhờ thiết kế ngăn tiền phản ứng với vách ngăn hướng dòng. Cấu trúc này cho phép nước thải nạp vào liên tục 100% thời gian qua cả pha lắng (0,4 giờ) và pha rút nước (0,2 giờ) mà không gây xáo trộn vùng bùn lắng tĩnh hay ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nước đầu ra.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính hiệu quả vượt bậc của công nghệ tích hợp ICEAS-MBSBR sử dụng giá thể Mutag Biochip trong việc xử lý triệt để nước thải giết mổ có nồng độ hữu cơ và nitơ cao.
• Xác lập bộ thông số vận hành tối ưu ở tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày với chu kỳ 12,5 giờ, giúp hệ thống đạt hiệu suất loại bỏ COD 94,9%, NH4+-N 94,31% và tổng nitơ TN 89,23%.
• Chất lượng nước sau xử lý của mô hình ICEAS-MBSBR cải tiến đạt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT cột A đối với cả hai chỉ tiêu COD và TN, vượt trội hoàn toàn so với mô hình đối chứng không giá thể.
• Khẳng định vai trò chiến lược của màng sinh học bám dính trên giá thể Mutag Biochip trong việc duy trì nồng độ sinh khối cao 5.420 mg/L và bảo vệ hệ vi sinh vật chống sốc tải lên tới 2,5 kg COD/m3.ngày.
• Đóng góp giải pháp công nghệ có tính ứng dụng thực tiễn cao, giúp các nhà máy giết mổ tiết kiệm hơn 30% quỹ đất xây dựng và giảm thiểu chi phí năng lượng vận hành.

Đóng góp chính của công trình là xây dựng thành công cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về sự kết hợp giữa hệ thống bùn hoạt tính dòng vào liên tục và công nghệ màng sinh học chuyển động đa tầng, mở ra hướng đi bền vững cho công tác kiểm soát ô nhiễm ngành chế biến thực phẩm tại Việt Nam.

Về định hướng kế tiếp, các nghiên cứu tiếp theo sẽ triển khai thử nghiệm mô hình pilot bán công nghiệp công suất 10 đến 50 m3/ngày tại trạm xử lý nước thải VISSAN trong 6 tháng đầu năm 2017, tiến tới chuẩn hóa quy trình chuyển giao công nghệ cho các cơ sở công nghiệp trong giai đoạn 2017 - 2018.

Các doanh nghiệp chế biến thực phẩm, đơn vị tư vấn môi trường và các nhà quản lý quan tâm đến giải pháp công nghệ ICEAS-MBSBR hãy liên hệ trực tiếp với Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Bách Khoa ĐHQG TP.HCM để tiếp nhận tư vấn chuyên sâu, tính toán thiết kế và chuyển giao công nghệ xử lý nước thải tối ưu nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế – xã hội đã góp phần cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân. Do đó, nhu cầu về lương thực, thực phẩm nói chung và nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm chế biến từ gia súc, gia cầm nói riêng đang gia tăng cả về mặt số lượng và chất lượng. Trước nhu cầu đòi hỏi của xã hội, nhiều lò giết mổ gia súc, gia cầm quy mô vừa và nhỏ đã hình thành. Tuy nhiên, vấn đề đáng lo ngại là nước thải phát sinh từ quá trình giết mổ sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nếu không có hệ thống xử lý tốt.

Đặc thù của nước thải giết mổ thường bị nhiễm bẩn nặng do các thành phần hữu cơ như máu, mỡ, protein cũng như nitơ, phospho, chất tẩy rửa và chất bảo quản. Các chất gây ô nhiễm cao trong nước thường có nguồn gốc từ chất thải là huyết và khâu làm lông. Ngoài ra còn có thể có xương, thịt vụn, mỡ thừa, móng và vi sinh vật. Nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ BOD5 và COD lần lượt đạt 7000 mg/l và 9400 mg/l.

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải giết mổ được đưa ra như: phương pháp cơ học, phương pháp keo tụ, đông tụ, tuyển nổi, phương pháp sinh học. Tuy nhiên hầu hết nước thải sau hệ thống xử lý với chất lượng đầu ra không ổn định đặc biệt là hàm lượng nitơ, photpho trong nước thải cao. Cùng với chi phí vận hành cho các công nghệ xử lý nitơ, photpho trong nước thải còn khá cao, chủ yếu liên quan đến nhu cầu cung cấp ôxy và các thành phần hữu cơ. Vì vậy, việc tìm kiếm một giải pháp thích hợp để xử lý nitơ, photpho trong nước thải cần được quan tâm.

Công nghệ SBR dòng vào liên tục (ICEAS – Intermittent Cycle Extended Aeration System) là công nghệ cải tiến SBR đã ra đời vào khoảng thập niên 70 tại Úc. Bên cạnh đó, với hơn 200 công trình ở Úc và Hoa Kỳ đã được ứng dụng đạt hiệu quả xử lý các chất hữu cơ, nito và photpho cao. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ bằng công nghệ ICEAS” được thực hiện với mục đích đánh giá khả năng xử lý nước thải nhiễm hữu cơ và các chất dinh dưỡng. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải giết mổ trên quy mô phòng thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng N trên mô hình nghiên cứu ICEAS qua các tải trọng khác nhau.

NỘI DUNG ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau: Nội dung 1: Giới thiệu tổng quan về nước thải giết mổ và công nghệ ICEAS - Giới thiệu tổng quan về nước thải giết mổ và hiện trạng xử lý nước thải giết mổ tại Việt Nam; - Trình bày nguyên tắc hoạt động, cơ chế xử lý và các dạng cải tiến của công nghệ bùn hoạt tính theo mẻ SBR. - Giới thiệu công nghệ ICEAS – MBSBR; - Tổng hợp một số nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài. Nội dung 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm - Chế tạo mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm. - Tổng hợp và thu thập các vật liệu phục vụ nghiên cứu: nước thải, bùn thiếu khí, bùn hiếu khí và giá thể Mutag Biochip TM.

- Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải, mẫu bùn ban đầu trước khi khởi động mô hình. Nội dung 3: Vận hành mô hình theo các tải trọng khác nhau - Chạy thích nghi mô hình với tải trọng hữu cơ: 0,5 kgCOD/m3/ngày. - Giai đoạn tăng tải trọng: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 và 2,5 kg COD/m3.ngày với chu kỳ 16; 12,5; 11,5; 9,5 và 9h, pha lắng 0,4h, pha rút nước 0,2h. - Lấy mẫu theo trình tự kế hoạch đề ra và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, NH4+, NO2-, NO3-, TKN, TN.

- Nghiên cứu khả năng bám dính và sinh khối vi sinh trên bề mặt giá thể Mutag Biochip TM. Nội dung 4: Trình bày kết quả - Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành tính toán, xử lý số liệu và dựng đồ thị thể hiện kết quả bằng phần mềm Excel; 3 - Trình bày và thảo luận các kết quả thông qua đồ thị. - So sánh hiệu quả xử lý nước thải của mô hình ICEAS – MBSBR kết hợp với ICEAS – SBR thông thường, từ đó đánh giá tính hiệu quả mô hình cải tiến. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Nước thải dùng trong nghiên cứu này là nước thải giết mổ được lấy từ bể điều hòa của trạm xử lý nước thải sau khi qua máy lọc rác của trạm xử lý nước thải Công ty Vissan, số 420 Nơ Trang Long, P.

13, Quận Bình Thạnh, Tp. - Mô hình nghiên cứu được chế tạo bằng mica ở quy mô phòng thí nghiệm. - Giá thể được sử dụng trong mô hình ICEAS - MBSBR là Mutag Biochip TM.  Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: Nước thải giết mổ chứa thành phần hữu cơ (BOD 5, COD) và dinh dưỡng (N, P) cao.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tổng quan tài liệu Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên tất cả các nguồn sách báo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet. Phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu.  Thực nghiệm mô hình Mô hình nghiên cứu được chế bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều kiện sinh trưởng cũng như hoạt động của vi sinh trong nghiên cứu. Nước thải thực cung cấp chạy cho mô hình nghiên cứu.

Các mẫu phân tích được lấy từ đầu vào và đầu ra của mô hình.  Lấy mẫu và phân tích Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải được nghiên cứu trong suốt quá trình xử lý: pH, COD, TKN, TN, NH4+, NO3-, NO2-. Bảo quản lạnh là bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thường nhưng lớn hơn nhiệt độ đông đặc của nước được duy trì từ khi nước vừa được lấy từ các vị trí lấy mẫu cho đến khi mang đi phân tích, nhằm ngăn chặn hoặc làm giảm sai số kết quả phân tích. Mẫu nước được lấy tại các vị trí: đầu vào, đầu ra của mô hình ICEAS – SBR và đầu ra của mô hình ICEAS – MBSBR.

Các chỉ tiêu được phân tích theo các phương pháp trong QCVN kết hợp với Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA và AWWA).  Xử lý số liệu Số liệu được trình bày trong luận văn là giá trị trung bình từ ba lần thí nghiệm. Độ lệch chuẩn của các thông số khảo sát được tính toán bằng phần mềm Excel. Độ tin cậy của các số liệu thực nghiệm nằm ở mức 95 - 98%.

 Phương pháp khác Phương pháp kế thừa, tham khảo kết quả xử lý của công ty trên thực tế và các đề tài liên quan đã thực hiện. Trong quá trình thực hiện đề tài tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về vấn đề có liên quan. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI  Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu là cơ sở lý thuyết cho quá trình kết hợp công nghệ ICEAS với giá thể di động để xử lý COD, NH4+, TN trong nước thải giết mổ, là cơ sở cho các quá trình nghiên cứu kết hợp tiếp theo nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả xử lý COD, NH4+, TN.  Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành giết mổ đang gặp bài toán cần giải quyết hiện nay là xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng với công nghệ kết hợp và giá thành hợp lý.

Ngoài ra mô hình sử dụng giá thể di động để khi vận hành linh hoạt nâng cao tải trọng, độ ổn định cao khi xử lý.  Tính mới của đề tài Công nghệ SBR truyển thống đã được áp dụng nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam. Với nghiên cứu này, mô hình tạo môi trường khử Nitrat tốt hơn bằng sự kết hợp sục khí, khuấy trộn ngắt quảng và dùng giá thể di động để xử lý Nitơ và các chất hữu cơ tốt hơn. Khi sinh khối bám trên giá thể ngày càng tăng thì hiệu quả xử lý càng cao, lúc này mô hình sẽ rút ngắn thời gian xử lý.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 1. Các loại chất thải và nguồn ô nhiễm − Nguồn gốc nước thải; − Nước thải từ quá trình sản xuất; − Nước vệ sinh thiết bị nhà xưởng; − Nước sinh hoạt cho các công nhân của nhà máy; Nước thải của các cơ sở giết mổ có nồng độ chất rắn cao, BOD và COD khá cao và luôn luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nito, photpho. Các hợp chất hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi hôi thúi và làm ô nhiễm nguồn nước. Nước thải của các cơ sở chế biến thịt các thường chứa một lượng lớn vi sinh vật.

nếu không có biện pháp xử lý thì rất dễ gây ô nhiễm bởi các vi khuẩn gây bệnh, gây ngộ độc nguồn nước sử dụng. Ngoài ra ngành giết mổ là một ngành đòi hỏi sử dụng nước rất nhiều, hầu như các đoạn xử lý nguyên liệu đều có nhu cầu dùng nước như: − Khâu rửa sơ bộ nguyên liệu. − Khâu làm rã nước đá đông lạnh. − Khâu xử lý nguyên liệu.

− Khâu chế biến như hấp, luộc. Nước thải của công nghệ chế biến thịt gần giống nước thải sinh hoạt nhưng có độ nhiễm cao hơn nhiều. Chúng có nồng độ dầu mỡ, axit béo rất cao, ngoài ra còn có chất tẩy rửa, lông… Nước thải giết mổ còn chứa chất dinh dưỡng như Protein, khi diamin hóa tạo ra NH3 vì thế nước thải cần phải được nitrit hóa.