ĐẶT VẤN ĐỀ Trong vài năm trở lại đây, sữa là một mặt hàng có tốc độ tăng trƣởng nhanh nhất trong ngành thực phẩm đóng gói ở Việt Nam. Nhƣ chúng ta đã biết ngành chăn nuôi bò sữa xuất hiện ở Việt Nam từ những năm đầu thế kỷ XX, dƣới thời Pháp thuộc. Tuy nhiên, với hình thức chăn nuôi còn nhỏ lẻ ở một số địa phƣơng chủ yếu là Hà Nội, Ba Vì. Từ năm 1986 đến 1999 phong trào chăn nuôi bò sữa tƣ nhân đã hình thành và tỏ ra có hiệu quả.
Chăn nuôi bò sữa ở Việt Nam phát triển nhanh từ năm 2001 sau khi có Quyết định số 167/2001/QĐ-TTg ngày 26/10/2001 của Thủ tƣớng Chính phủ về một số biện pháp và chính sách phát triển bò sữa ở Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010. Tổng số lƣợng bò sữa ở nƣớc ta tăng từ 41.000 con năm 2001 lên đến 128.600 con năm 2010 và năm 2012 số lƣợng bò sữa nƣớc ta là 167. Bò sữa đƣợc nuôi chủ yếu tại vùng Đông Nam Bộ với số lƣợng khoảng 90.000 con, chiếm 53,71% tổng số lƣợng bò sữa cả nƣớc, trong đó Thành phố Hồ Chí Minh là nơi có số lƣợng bò sữa nhiều nhất Việt Nam với khoảng 1600 hộ chăn nuôi bò sữa. Tính đến thời điểm 1/10/2015, tổng đàn bò sữa tại TP.Hồ Chí Minh đạt 101.134 con, trong đó đàn cái vắt sữa là 49.530 con, năng suất sữa bình quân đạt 5.
Bên cạnh việc nuôi bò sữa phát triển cũng kéo theo nhiều ảnh hƣởng tiêu cực, tiêu biểu là việc sản sinh ra một lƣợng nƣớc thải gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng. Mặt khác, do ảnh hƣởng của quá trình đô thị hóa, diện tích đất nông nghiệp ngày càng thu hẹp thì việc gây ô nhiễm môi trƣờng trong khu dân cƣ là việc không thể tránh khỏi. Nƣớc thải trại bò sữa là một trong các loại nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm rất cao, đặc biệt là BOD, COD, SS, Nitơ, Phospho và vi sinh vật gây bệnh…. khi xả vào nguồn nƣớc sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ.
Các chất rắn lơ lửng làm cho nƣớc đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nƣớc đƣợc ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hƣởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu…Các chất dinh dƣỡng (N,P) với nồng độ cao gây ra hiện tƣợng phú dƣỡng nguồn nƣớc, rong tảo phát triển làm suy giảm chất lƣợng nguồn nƣớc. Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nƣớc là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Con ngƣời trực tiếp sử dụng nguồn nƣớc nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho ngƣời nhƣ bệnh lỵ, thƣơng hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đƣờng tiết niệu, tiêu chảy cấp tính… 2 Do đó, việc xử lý nƣớc thải cho trại bò sữa là vấn đề cấp thiết cần phải chú ý và quan tâm kỹ lƣỡng. Hiện nay, đã có nhiều phƣơng pháp vật lý, hóa học và sinh học đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải chăn nuôi.
Tuy nhiên, phƣơng pháp sinh học hiện đang là một giải pháp tối ƣu cho việc xử lý triệt để hàm lƣợng nitơ, photpho trong nƣớc thải. Một số công trình sinh học đƣợc áp dụng hiện nay nhƣ: Mƣơng ôxy hóa, hầm biogas, bể Anoxic, bể Aerotank, SBR,. Hiện nay, ở Việt Nam nƣớc thải chăn nuôi trại bò sữa chủ yếu đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp kỵ khí sử dụng hầm Biogas, đây là một phƣơng pháp sinh học mang lại hiệu quả cao về kinh tế, khí Biogas sinh ra trong quá trình lên men, đƣợc thu hồi và sử dụng chạy máy phát điện. Tuy nhiên, sau quá trình này các thành phần ô nhiễm vẫn còn ở mức khá cao.
Để xử lý nƣớc thải một cách triệt để, đặc biệt là hàm lƣợng chất ô nhiễm hữu cơ, Nitơ,.đã có nhiều giải pháp kỹ thuật đƣợc triển khai nghiên cứu và ứng dụng, tùy theo quy mô, trong đó có công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Công nghệ MBBR với quá trình màng sinh học kết hợp giá thể di động đã đƣợc phát triển ở Nauy vào những năm 1980 đã đạt đƣợc hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa trên sự kết hợp của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học. Việc cải tiến công nghệ MBBR bằng cách sử dụng giá thể Mutag Biochip nguồn gốc từ Đức với diện tích tiếp xúc cực cao 3000m2/m3. Bên cạnh sử dụng bùn hoạt tính từ hệ thống đang hoạt động, việc bổ sung thêm 2 loại chế phẩm vi sinh nguồn gốc từ Mỹ là Microbe-Lift IND và Microbe-Lift N1 nhằm tăng một số lƣợng lớn vi sinh xử lý vào bùn hoạt tính thúc đẩy quá trình làm sạch nƣớc diễn ra nhanh hơn tiết kiệm đƣợc thời gian và chi phí.
Từ những đặc điểm ƣu việt nói trên, chúng em xác định tính cần thiết khi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ MBBR xử lý nước thải trại bò sữa bằng giá thể Mutag Biochip kết hợp chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1”. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR với giá thể K1- 6 cánh, Mutag Biochip. Đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR kết hợp chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu: Nƣớc thải giả lập theo thông số ô nhiễm của nƣớc thải trại bò sữa tại hộ chăn nuôi phƣờng 11, quận Gò Vấp, TP.
Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm đƣợc tiến hành trên mô hình thí nghiệm đặt tại phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM, mô hình kết hợp bể Hiếu khí và bể Thiếu khí với giá thể lần lƣợt là K1-6 cánh, Mutag Biochip; ứng dụng thêm chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE- LIFT N1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm: bể MBBR-Thiếu khí và bể MBBR-Hiếu khí kết hợp với nhau. Nghiên cứu gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Chạy giai đoạn thích nghi với giá thể K1-6 cánh, OLR = 0.ngày, từ 10/11/2016 đến 12/2/2017; với giá thể Mutag Biochip, OLR = 0.ngày, từ 15/2/2017 đến 21/3/2017. Giai đoạn 2: Chạy với 3 tải trọng khác nhau, OLR = 1 kgCOD/m3.ngày, OLR = 3 kgCOD/m3.ngày, OLR = 5 kgCOD/m3.ngày, từ 22/3/2017 đến 31/5/2017.
Giai đoạn 3: Chạy với tải trọng OLR = 5 kgCOD/m3.ngày, bổ sung chế phẩm vi sinh MICROBE-LIFT IND và MICROBE-LIFT N1; từ 1/6/2017 đến 30/6/2017. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5. Phƣơng pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về công nghệ xử lý nƣớc thải trại bò sữa nói chung và công nghệ MBBR nói riêng. Phƣơng pháp nghiên cứu mô hình thực nghiệm Tiến hành thiết kế và lắp đặt mô hình tại phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh.
- Thiết kế mô hình MBBR gồm: 1 bể hiếu khí và 1 bể thiếu khí. - Các dụng cụ và thiết bị phụ trợ cho mô hình: Xô chứa nƣớc thải 25 lít và 4 bơm định lƣợng, 4 motor động cơ khuấy, 3 máy sục khí cỡ lớn và 1 máy sục khí cỡ nhỏ. Phƣơng pháp phân tích thực nghiệm Định kỳ lấy mẫu để phân tích hiệu quả của quá trình xử lý thông qua các chỉ tiêu pH, DO, COD, BOD, N-NH4+, N-NO3-, TKN, MLSS bùn, MLSS giá thể. 4 Các chỉ tiêu phân tích thí nghiệm trong đề tài nghiên cứu đƣợc thực hiện theo hƣớng dẫn của Các phƣơng pháp thí nghiệm chuẩn của nƣớc và nƣớc thải quốc tế cùng với một số tiêu chuẩn của Việt Nam.
Phƣơng pháp tham khảo ý kiến Để hoàn thiện nội dung nghiên cứu cần phải tham khảo ý kiến và sự hƣớng dẫn của giáo vin hƣớng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, các kỹ sƣ môi trƣờng từ các công ty. TÍNH MỚI VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Tính mới của đề tài: Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR kết hợp chế phẩm vi sinh để xử lý nƣớc thải trại bò sữa chỉ ở bƣớc đầu và đang hạn chế về số lƣợng. Chính vì vậy, việc lựa chọn hƣớng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Dựa vào những ƣu điểm vƣợt bậc của công nghệ MBBR so với các công nghệ xử lý sinh học khác, sử dụng giá thể di động xuất xứ từ Đức, kết hợp cùng chế phẩm vi sinh nguồn gốc ở Mỹ, mô hình này là sự kết hợp mới cho nhà đầu tƣ lựa chọn để xử lý nƣớc thải trong nhiều lĩnh vực.
5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 6 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU Nƣớc thải trại bò sữa đƣợc giả lập dựa trên thông số nƣớc thải lấy từ hầm chứa tại hộ chăn nuôi bò sữa đƣờng Cây Trâm, phƣờng 11, quận Gò Vấp, TP. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI TRẠI BÒ SỮA Nguồn phát sinh chủ yếu của những trang trại chăn nuôi bò sữa chủ yếu đến từ các quá trình vệ sinh dọn dẹp chuồng trại và bài tiết của động vật nuôi gồm phân, nƣớc tiểu. Lƣợng phân này cũng theo nƣớc thải về hệ thống xử lý nƣớc thải.
Thành phần nƣớc thải chăn nuôi bò hầu hết là các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật tồn tại ở dạng hòa tan, phân tán nhỏ hoặc có kích thƣớc lớn. Đặc trƣng chủ yếu của nƣớc thải chăn nuôi bò là: ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm N, P và có chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn gây bênh. Những chất hữu cơ chƣa đƣợc gia súc đông hóa, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nƣớc tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác. Ngoài ra, trong thành phần nƣớc thải chăn nuôi bò còn chứa thức ăn dƣ thừa đây là một nguồn ô nhiễm hữu cơ.
Trong nƣớc thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70- 80% gồm protid, acid amin, lipit, carbonhydrat và các dẫn xuất của chúng. Chất vô cơ chiếm phần còn lại gồm: cát, đất, ure, aminoum, muối clorua, sulfat… Các loại chất thải phát sinh Trang trại chăn nuôi bò sữa trong quá trình hoạt động thải ra ngoài môi trƣờng phân, nƣớc tiểu và thức ăn thừa. Các chất này đóng vai trò rất lớn trong quá trình gây ô nhiễm môi trƣờng chăn nuôi. Bản thân các chất thải ra trong quá trình chăn nuôi này chƣa nhiều nhân tố độc hại những có thể quy ra 3 nhóm chính: Các vi sinh vật có hại Các chất độc hại Các khí độc hại Cả 3 nhóm yếu tố độc hại này liên quan mật thiết với nhau và phụ thuộc rất nhiều vào quá trình chăn nuôi bò sữa cũng nhƣ bệnh tật ở bò.