BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN - ĐẶNG THỊ HỒNG PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN SAU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ YẾM KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SBR LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Mã số: Hướng dẫn khoa học: Khoa học môi trường 60.44.03.01 TS Phan Đỗ Hùng THÁI NGUYÊN - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, đầy đủ, rõ nguồn gốc chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận văn, trước Khoa Nhà trường thông tin, số liệu đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2012 Người viết cam đoan Đặng Thị Hồng Phương ii LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn tới TS Phan Đỗ Hùng – Trưởng Phòng Công nghệ nước xử lý nước thải – Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu thực nghiệm thời gian thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Tài nguyên Môi trường, Khoa Sau Đại học - Trường Đại học Nông lâm, Đại học Thái Nguyên hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ thời gian tiến hành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn cô, chú, anh, chị, cán nhân viên phòng Công nghệ nước xử lý nước thải – Viện Công Nghệ Môi Trường giúp đỡ suốt trình thực tập Viện Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm động viên, giúp đỡ suốt trình nghiên cứu thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2012 Tác giả luận văn Đặng Thị Hồng Phương iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài 3 Yêu cầu đề tài 4 Ý nghĩa đề tài 4.1 Ý nghĩa nghiên cứu khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở khoa học đề tài 1.1.1 Cơ sở lý luận 1.1.1.1 Quá trình oxy hóa amoni 1.1.1.2 Quá trình khử nitrat 11 1.1.2 Cơ sở thực tiễn 14 1.2 Tổng quan tình hình chăn nuôi lợn 17 1.3 Tổng quan chất thải chăn nuôi lợn trạng quản lý chất thải chăn nuôi lợn giới Việt Nam 19 1.3.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn 19 1.3.1.1 Chất thải rắn - Phân 19 1.3.1.2 Nước tiểu 22 1.3.1.3 Nước thải 22 1.3.1.4 Khí thải 24 1.3.2 Tổng quan quản lý chất thải chăn nuôi lợn giới 24 1.3.3 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn Việt Nam 26 1.3.3.1 Chất thải rắn 26 1.3.3.2 Chất thải lỏng 27 1.4 Một số phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi 28 1.4.1 Xử lý nước thải chăn nuôi phương pháp học hóa lý 28 1.4.2 Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh 29 1.4.3 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sinh học kỵ khí 30 1.4.3.1 Bể Biogas 31 1.4.3.2 Hồ kỵ khí 32 1.4.3.3 Quá trình lọc sinh học kỵ khí 33 1.4.3.4 Quá trình kỵ khí UASB 33 1.4.3.5 Bể EGSB (Expanded Granular Slugde Bed) 34 iv 1.4.4 Xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp hiếu khí – thiếu khí 35 1.4.4.1 Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí – thiếu khí kết hợp 36 1.4.4.2 Phương pháp lọc sinh học ngập nước hiếu khí – thiếu khí kết hợp: 36 1.4.4.3 Phương pháp mương ôxy hóa 36 1.4.4.4 Phương pháp Anamox 37 1.4.4.5 Công nghệ SBR 38 1.5 Tình hình nghiên cứu nước 41 1.5.1 Trong nước 41 1.5.2 Ngoài nước 42 Chương 43 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 43 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 43 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 43 2.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 43 2.2.1 Thời gian nghiên cứu 43 2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 43 2.3 Nội dung nghiên cứu 43 2.4 Phương pháp nghiên cứu 44 2.4.1 Phương pháp khảo sát trường 44 2.4.2 Xây dựng mô hình thí nghiệm 44 2.4.3 Các chế độ thí nghiệm 46 2.4.3.1 Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu hoạt động hệ thống SBR 46 2.4.3.2 Các chế độ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cấp nước thải đến hiệu hoạt động hệ thống SBR 47 2.4.4 Phương pháp phân tích 48 2.4.5 Phương pháp tính toán 48 Chương 50 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Đặc trưng nước thải thí nghiệm 50 3.2 Sự thay đổi thông số vận hành chu trình xử lý chế độ thí nghiệm 50 3.2.1 Sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan (DO), pH khả khử oxy hóa (ORP) 50 3.2.2 Sự thay đổi thông số vận hành khác 53 3.3 Ảnh hưởng tải lượng COD, T-N đến hiệu suất xử lý COD Nitơ 55 3.3.1 Hiệu xử lý COD 55 v 3.3.2 Hiệu xử lý Nitơ 56 3.4 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, Nitơ 58 3.4.1 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu xử lý COD 58 3.4.2 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu xử lý Nitơ 59 3.4.2.1 Hiệu xử lý N-NH4+ 59 3.4.2.2 Sự chuyển hóa NO2- 60 3.4.2.3 Sự chuyển hóa NO3- 60 3.4.2.4 Hiệu xử lý T-N: 61 3.5 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD, N 63 3.5.1 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD 63 3.5.2 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý Nitơ 64 3.5.2.1 Hiệu xử lý N-NH4+ 64 3.5.2.2 Hiệu xử lý N-NO3- N-NO2- 65 3.5.2.3 Hiệu xử lý T-N 66 3.6 Đánh giá hiệu xử lý COD, N-NH4+, T-N hệ thống SBR chế độ vận hành khác 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 75 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan JICA Japanes International Cooperation Agency Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations BTNMT Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc Bộ Tài nguyên Môi trường MLSS Mixed Liquoz Suspended Solids Chất rắn lơ lửng hỗn dịch SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng hoạt động gián đoạn SVI Sludge Volume Index Chỉ số bùn - thể tích 1g bùn chiếm chỗ trạng thái lắng SV30 Sludge Volume Thể tích bùn lắng 30 phút TDS Total Dissolved Solids Tổng chất rắn hòa tan TSS Total Suspended Solids Tổng hàm lượng cặn SS Suspended Solids Chất rắn lơ lửng T-N Tổng Nitơ T-P Tổng Phốt UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket Bể với lớp bùn kỵ khí dòng hướng lên VSV Vi sinh vật VK Vi khuẩn QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CS Cộng ORP Oxidation Reduction Protenial of a liquid Khả khử oxy hóa vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hiệu xử lý N công trình xử lý thông thường Bảng 1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ BOD/T-N đến (%) VSV tự dưỡng hệ hiếu khí Bảng 1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ sinh trưởng vi sinh vật nitrat hóa 10 Bảng 1.4 Khối lượng phân nước tiểu gia súc thải ra/1 ngày đêm 20 Bảng 1.5 Thành phần (%) phân gia súc gia cầm 21 Bảng 1.6 Một số thành phần vi sinh vật chất thải rắn chăn nuôi lợn 21 Bảng 1.7 Thành phần trung bình nước tiểu lọai gia súc 22 Bảng 1.8 Chất lượng nước thải theo điều tra trại chăn nuôi tập trung23 Bảng 1.9: Thành phần khí hỗn hợp khí Biogas 32 Bảng 2.1: Chi tiết thiết bị thí nghiệm 45 Bảng 2.2 Các chế độ vận hành 46 Bảng 2.3: Các chế độ cấp nước thải cho hệ thống SBR 47 Bảng 3.1: Đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý yếm khí 50 Bảng 3.2 Tổng kết hiệu xử lý COD, N-NH4+ T-N chế độ vận hành hệ thống SBR 69 Bảng 3.3 So sánh hiệu xử lý COD, N-NH4+, T-N 70 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ trình khử hợp chất Hình 1.2 Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi giới 25 Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo bể UASB 34 Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động bể SBR 38 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm SBR 44 Hình 3.1 Sự biến đổi DO, pH, ORP theo thời gian chu trình CĐ2 52 Hình 3.2 Sự biến đổi DO, pH, ORP theo thời gian chu trình CĐ3 52 Hình 3.3: Nhiệt độ chế độ thí nghiệm 54 Hình 3.4 Nồng độ MLSS chế độ thí nghiệm 55 Hình 3.5: Chỉ số SVI chế độ thí nghiệm 56 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ chất hữu cơ/N tải lượng bùn đến hiệu suất xử lý COD 57 Hình 3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ COD:N tỷ lệ bùn đến hiệu suất chuyển hóa T-N 58 Hình 3.8: Hiệu suất xử lý COD chế độ thí nghiệm khác 59 Hình 3.9 Ảnh hưởng chế độ sục khí đến chuyển hóa N-NH4+ 60 Hình 3.10: Ảnh hưởng chế độ sục khí đến chuyển hóa NO2- 61 Hình 3.11: Ảnh hưởng chế độ sục khí đến chuyển hóa NO3- 62 Hình 3.12 T-N vào, hiệu suất xử lý T-N 63 Hình 3.13 Ảnh hưởng chế độ cấp nước thải đến hiệu suất xử lý COD 64 Hình 3.14 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý N-NH4+ 65 Hình 3.15 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến chuyển hóa N-NO3- 66 Hình 3.16 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến chuyển hóa N-NO2- 66 Hình 3.17 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý T-N 67 Hình 3.18 So sánh hiệu suất xử lý T-N chế độ thí nghiệm 69 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Chăn nuôi lĩnh vực gắn liền với sống người Để đáp ứng nhu cầu ăn uống người lượng thịt để tiêu thụ phải đảm bảo đáp ứng nhu cầu Những năm gần đây, với chủ trương mở cửa, thúc đẩy phát triển kinh tế nước ta, lĩnh vực chăn nuôi đạt nhiều tiến Chăn nuôi nước ta dần phát triển mạnh theo hướng chăn nuôi tập trung trang trại Tại thời điểm ngày 1/10/2009, tổng đàn lợn nước ta đạt 27627 triệu con, tăng 3,47% so với kỳ năm 2008 Sản lượng thịt lợn xuất chuồng nước ước đạt 2931 triệu tấn, tăng 4,45% so với kỳ năm 2008 Lĩnh vực chăn nuôi nước ta phát triển nhanh chóng tăng dần tỷ trọng ngành nông nghiệp Năm 2009, Việt Nam vươn lên đứng thứ Châu Á sau Trung Quốc sản lượng thịt lợn [2] Trên giới chăn nuôi chiếm khoảng 70% đất nông nghiệp 30% tổng diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích bị băng bao phủ) Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu, giải việc làm cho 1,3 tỉ dân [1] Tuy nhiên, bên cạnh đóng góp tích cực cho phát triển kinh tế - xã hội, việc phát triển chăn nuôi lợn để lại tác động tiêu cực đến môi trường, làm suy thoái chất lượng đất, chất lượng nước không khí xung quanh khu vực nuôi lợn Nguyên nhân ảnh hưởng chất thải chăn nuôi lợn, cụ thể: phân, nước tiểu nước rửa chuồng trại Sản lượng thịt lợn cung cấp thị trường ngày tăng, lượng chất thải môi trường ngày tăng theo Chất thải chăn nuôi lợn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, đến sức khỏe người đặc biệt, chúng đóng góp phần lớn khí gây hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu Ngoài chất thải rắn chất thải lỏng, chăn nuôi đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên trái đất 61 NO3- vào NO3- 250 NO3-, mg/l 200 150 CĐ 100 CĐ CĐ 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian, ngày Hình 3.11: Ảnh hưởng chế độ sục khí đến chuyển hóa NO3Từ kết thể hình 3.11 ta thấy, ảnh hưởng thời gian sục khí/ngừng sục khí rõ rệt đến trình chuyển hóa Nitrat Thời gian ngừng sục khí trình khử nitrat không đủ để thực hết, chế độ 1, hàm lượng NO3- đầu tương đối cao Tuy nhiên đến chế độ 2, với thời gian ngừng sục khí lên tới khả khử nitrat tốt Ở chế độ nồng độ NO3- nước thải đầu hầu hết đạt 30 mg/L 3.4.2.4 Hiệu xử lý T-N: Kết hình 3.12 cho thấy, T-N vào dao động khoảng 250 – 480 mg/l, T-N chế độ tương đối cao dao động chủ yếu khoảng 200 – 300 mg/l, sang chế độ T-N giảm tương đối nhiều, dao động khoảng 100 mg/l Đối với chế độ 3, T-N giảm nhiều nhất, T-N khoảng 60 – 70 mg/l Hiệu suất xử lý T-N giai đoạn không ổn định tương đối thấp, khoảng 20 – 40% Chế độ hiệu suất xử lý T-N tăng lên nhiều đạt cao khoảng 75 - 80%, sang chế độ hiệu suất xử 62 lý T-N tăng thêm chút đạt khoảng 80 – 85% Nhận thấy thời gian sục khí loại nước thải thí nghiệm giờ/1 chu trình (chu trình 12 giờ) đủ thời gian cho trình nitrat hóa trình khử nitrat Tuy nhiên chế độ thí nghiệm gồm chu kỳ hiếu khí - thiếu khí chu trình hiệu suất xử lý T-N đạt cao chế độ chu kỳ hiếu khí thiếu khí chu trình T-N vào 600 T-N CĐ CĐ CĐ T-N, mg/l 500 400 300 200 100 20 40 60 80 100 120 140 160 Thời gian, ngày 100 Hiệu suất xử lý, % CĐ3 CĐ2 CĐ1 80 60 40 Hiệu suất xử lý 20 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian, ngày Hình 3.12 T-N vào, hiệu suất xử lý T-N 140 160 63 Mặt khác, theo lý thuyết sơ đồ xử lý nitơ theo kiểu không tách dòng hệ số hồi lưu n = 3, hiệu suất xử lý T-N tính theo công thức H = n , n = hiệu suất tối đa đạt 75% Trong nghiên n +1 cứu này, hiệu suất đạt 80% chế độ sục khí 6h/1 chu trình 12 đạt tương đối cao hiệu 3.5 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD, N 3.5.1 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD Ảnh hưởng chế độ cấp nước thải đến hiệu suất xử lý COD hệ thống thể hình 3.13 Kết thí nghiệm COD 2500 100 COD, mg/l 2000 80 CĐ 1:1 CĐ 2:1 CĐ 3:1 1500 60 1000 40 500 20 14 12 10 80 60 40 20 0 COD vào COD HS Thời gian, ngày Hình 3.13 Ảnh hưởng chế độ cấp nước thải đến hiệu suất xử lý COD Trong đó: - CĐ 1:1 chế độ thí nghiệm cấp nước hai lần với tỷ lệ lần lần 1:1 - CĐ 2:1 chế độ thí nghiệm cấp nước hai lần với tỷ lệ lần lần 2:1 CĐ 3:1 chế độ thí nghiệm cấp nước hai lần với tỷ lệ lần lần 3:1 64 Các kết thí nghiệm thu hình 3.13 cho thấy: - Ở giai đoạn đầu, khởi động, hệ thống hoạt động nên kết thực nghiệm chưa ổn định, kết sử dụng hệ thống hoạt động cho kết ổn định - Trong chế độ thí nghiệm, CĐ 1:1 cho kết xử lý COD thấp ổn định, đạt 85% Ở chế độ thí nghiệm CĐ 2:1, hiệu xử lý COD cao ổn định Hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 90%, nồng độ COD đầu tương đối ổn định, khoảng 100 mg/L Như chế độ cấp nước thải có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất xử lý COD Chế độ cấp nước thải lần mức tỷ lệ cấp nước lần khác cho hiệu suất xử lý COD nước thải khác Theo đó, chế độ cấp nước lần, tỷ lệ cấp lần lần 2:1 (CĐ 2;1) cho hiệu suất xử lý COD cao ổn định 3.5.2 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý Nitơ 3.5.2.1 Hiệu xử lý N-NH4+ Hiệu xử lý N-NH4+ chế độ thí nghiệm khác thể hình 3.14 COD, mg/l Kết thí nghiệm N-NH4+ 500 100 400 80 300 60 200 40 CĐ 1:1 CĐ 2:1 CĐ 3:1 20 100 14 12 10 80 60 40 20 0 NH4+ vào NH4+ HS Thời gian, ngày Hình 3.14 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý N-NH4+ 65 Chế độ cấp nước thải lần tỷ lệ cấp nước khác có hiệu tốt với việc xử lý N-NH4+ nước thải Ở CĐ 1:1, chế độ thí nghiệm cấp nước lần với tỷ lệ cấp nước lần 1:1, hiệu suất xử lý N-NH4+ đạt 95% Và chế độ thí nghiệm lại, CĐ 2:1 CĐ 3:1, hiệu suất xử lý NNH4+ đạt tối đa, 100% tương đối ổn định 3.5.2.2 Hiệu xử lý N-NO3- N-NO2Hiệu xử lý N-NO3- N-NO2- chế độ thí nghiệm khác thể hình 3.15 hình 3.16 Kết thí nghiệm N-NO3 - 80 CĐ 1:1 CĐ 3:1 CĐ 2:1 COD, mg/l 60 N-NO3- vào 40 N-NO3- 20 14 12 10 80 60 40 20 0 Thời gian, ngày Hình 3.15 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến chuyển hóa N-NO3Kết thí nghiệm N-NO280 CĐ 1:1 CĐ 2:1 CĐ 3:1 COD, mg/l 60 N-NO2- vào 40 N-NO2- 20 14 12 10 80 60 40 20 0 Thời gian, ngày Hình 3.16 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến chuyển hóa N-NO2- 66 Qua kết thí nghiệm thể hình 3.15 hình 3.16 cho thấy chế độ cấp nước thải có ảnh hưởng rõ rệt đến chuyển hóa nitrat nitorit Ở chế độ thí nghiệm này, chế độ sục khí lựa chọn theo kết thí nghiệm trước, chế độ sục khí gián đoạn chu trình Do vậy, chuyển hóa nitrat nitrit tối đa 3.5.2.3 Hiệu xử lý T-N Hiệu xử lý T-N chế độ thí nghiệm khác thể hình 3.17 Kết thí nghiệm T-N C O D , m g /l CĐ 1:1 CĐ 2:1 CĐ 3:1 500 100 400 80 300 60 T-N vào 200 40 T-N HS 100 20 14 12 10 80 60 40 20 0 Thời gian, ngày Hình 3.17 Ảnh hưởng chế độ cấp nước đến hiệu suất xử lý T-N Kết qủa thí nghiệm thể hình 3.17 cho thấy, hiệu suất xử lý T-N chế độ thí nghiệm thay đổi rõ rệt Ở chế độ CĐ 2:1, chế độ thí nghiệm cấp nước lần, tỷ lệ cấp nước lần 1:1 hiệu suất xử lý T-N cao, đạt 80% ổn định So sánh kết thí nghiệm chế độ cho thấy, CĐ 2:1 cho kết cao ổn định Hiệu suất loại T-N nước thải chăn nuôi CĐ 2:1 đạt khoảng 85-90% 67 3.6 Đánh giá hiệu xử lý COD, N-NH4+, T-N hệ thống SBR chế độ vận hành khác Ảnh hưởng chế độ vận hành khác có ảnh hưởng khác đến hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau trình xử lý yếm khí hệ thống SBR Căn vào kết nghiên cứu phần trên, bảng 3.2 thống kê hiệu xử lý COD, Nitơ nước thải chăn nuôi hệ thống SBR chế độ vận hành khác sau: Bảng 3.2 Tổng kết hiệu xử lý COD, N-NH4+ T-N chế độ vận hành hệ thống SBR Hiệu xử lý (%) Chế độ sục khí (Cấp nước lần) Chế độ cấp nước lần (sục khí gián đoạn chu trình) CĐ CĐ CĐ CĐ 1:1 CĐ 2:1 CĐ 3:1 COD 85-90 90 90 85 90 88-90 N-NH4+ 75-90 99 99 95 100 100 T-N 75 80 85 80 90 86 Trong đó: - CĐ 1: Thí nghiệm 12 giờ/mẻ, sục khí giờ, chu trình hiếu khí thiếu khí - CĐ 2: Thí nghiệm 12 giờ/mẻ, sục khí giờ, chu trình hiếu khí thiếu khí CĐ 3: Thí nghiệm 12 giờ/mẻ, sục khí giờ, chu trình hiếu khí thiếu khí CĐ 1:1: Chế độ cấp nước lần, tỷ lệ cấp nước lần cấp 1:1 CĐ 2:1: Chế độ cấp nước lần, tỷ lệ cấp nước lần cấp 2:1 CĐ 3:1: Chế độ cấp nước lần, tỷ lệ cấp nước lần cấp 3:1 Nhìn chung, hiệu xử lý COD N-NH4- chế độ vận hành hệ thống SBR khác biệt nhiều Tuy nhiên, hiệu suất xử lý T-N chế độ vận hành có khác biệt đáng kể Chế độ cấp nước lần cho hệ thống 68 SBR với tỷ lệ cấp nước lần 2:1 cho hiệu suất xử lý T-N cao hẳn Kết thể hình 18 sau: 100 Hiệu suất (%) 80 60 Hiệu suất xử lý T-N CĐ (%) 40 Hiệu suất xử lý T-N CĐ 3:1 (%) 20 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 Thời gian (ngày) Hình 3.18 So sánh hiệu suất xử lý T-N chế độ thí nghiệm So sánh kết nghiên cứu với nghiên cứu khác thể Bảng 3.3 Bảng 3.3 So sánh hiệu xử lý COD, N-NH4+, T-N nghiên cứu khác Hiệu suất Tác giả xử lý COD, % Chang Won Kim 57,4 – 87,4 et al (2000) [19] B.D Edgerton et 79 al (2000) [18] G.Bortone et al 93 (1992) [22] N.Bernet et al 81 - 91 (2000) [27] Nghiên cứu 90 Hiệu suất xử lý NNH4+, % 90,8 – 94,7 Hiệu suất xử lý T-N, % - Chu trình xử lý (giờ) 12 99 - 12 88 - 93 - - - 85 - 91 24 100 90 12 Kết tổng kết bảng 3.2 hình 3.18 cho thấy, chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống SBR chế độ vận hành với việc cấp nước lần, tỷ lệ lần cấp nước 2:1 sục khí gián đoạn chu trình thiếu khí – hiếu khí với chu trình xử lý 12 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Thành phần nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý kị khí (biogas) chứa nồng độ cao chất hữu nitơ, cần tiếp tục xử lý triệt để - Xử lý nước thải chăn nuôi sau xử lý kị khí phương pháp SBR đạt hiệu xử lý COD Nitơ cao tương đối ổn định với kết cụ thể sau: Về hiệu xử lý COD Hệ thống SBR có hiệu suất xử lý COD nước thải chăn nuôi lợn cao, không phụ thuộc vào chế độ vận hành Ở chế độ vận hành khác nhau, tỷ lệ COD:N, chế độ sục khí, chế độ cấp nước thải, không ảnh hưởng nhiều đến hiệu xử lý COD Ở chế độ vận hành hệ SBR, hiệu xử lý COD cao, đạt khoảng 90% Về hiệu xử lý Nitơ - Ảnh hưởng tỷ lệ COD/N: Tỷ lệ C:N có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý Nitơ, tỷ lệ C:N thấp hiệu suất xử lý T-N thấp không đủ chất cho trình khử nitrat Tỷ lệ C: N khoảng – hiệu suất xử lý T-N đạt tương đối cao ổn định khoảng 75 – 85% - Ảnh hưởng chế độ sục khí: Hiệu xử lý N-NH4+ đạt tương đối cao ổn định (đạt xấp xỉ 99%), chứng tỏ thời gian sục khí mẻ tương đối phù hợp, đủ thời gian để thực trình nitrat hóa Thời gian sục khí khoảng /1 chu trình 12 tương đối phù hợp hiệu xử lý T-N Tuy nhiên, chu trình bao gồm hai trình hiếu khí – thiếu khí xử lý đạt hiệu cao nhất, hiệu suất xử lý T-N 85% - Ảnh hưởng chế độ cấp nước thải: Chế độ cấp nước thải lần kết hợp với chế độ sục khí trình thiếu 70 – hiếu khí cho kết xử lý N-NH4+ T-N cao Trong đó, chế độ cấp nước lần với tỷ lệ cấp nước lần 2:1 cho hiệu xử lý cao Hiệu suất xử lý N-NH4+ T-N tương ứng đạt 100% 90% Kiến nghị Thực tiếp nghiên cứu để tìm chế độ thích hợp cho hệ xử lý phương pháp SBR Nghiên cứu thêm khả xử lý T-P hệ SBR nước thải chăn nuôi lợn sau Biogas Tìm chế độ thích hợp cho phương pháp SBR, áp dụng vào thực tế để góp phần xử lý nước thải chăn nuôi điều kiện Việt Nam 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2011), Báo cáo kết thực 12 tháng năm 2011 ngành Nông nghiệp phát triển nông thôn, Trung tâm tin học thống kê Bộ NN&PTCN (2010) http://www.vilico.vn/tin-tuc/Tin-nganh-channuoi/2010-01/891.oms Đại học Nông nghiệp Hà Nội, (2009), “Chất thải chăn nuôi – Hiện trạng giải pháp”, Hội thảo khoa học Lê Văn Khoa, Nguyễn Văn Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh (2002) Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, trồng, Nhà xuất Giáo dục, T197-214 Lê Công Nhất Phương, (2009), “Nghiên cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox xử lý nước thải nuôi heo”, Luận án tiến sĩ khoa học, Viện Môi trường Tài nguyên, Trường Đại hoc Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Phạm Hải Thịnh, (2007), “Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu dinh dưỡng nước thải chăn nuôi lợn phương pháp SBR”, Báo cáo đề tài cấp sở chọn lọc Viện Công nghệ môi trường Phùng Đức Tiến, Nguyễn Duy Điều, Hoàng Văn Lộc, Bạch Thị Thanh Dân, 2009, “Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường chăn nuôi” , Tạp chí Chăn nuôi, T 4/ 2009, Tr 10-16 Vũ Đình Tôn, Lại Thị Cúc, Nguyễn Văn Duy (2008), “Đánh giá hiệu xử lý chất thải bể biogas số trang trại chăn nuôi lợn vùng đồng sông Hồng”, Tạp chí Khoa học phát triển, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, số 6/2008 Nguyễn Hữu Trung (2010), “Nghiên cứu xử lý đồng thời thành phần hữu dinh dưỡng nước thải chăn nuôi lợn phương pháp SBR”, Báo cáo đề tài cấp sở chọn lọc Viện Công nghệ môi trường 72 10 Trịnh Quang Tuyên, Nguyễn Quế Côi, Nguyễn Thị Bình, Nguyễn Tiến Thông, Đàm Tuấn Tú, 2008, “Thực trạng ô nhiễm môi trường xử lý chất thải chăn nuôi lợn trang trại tập trung” Báo cáo khoa học năm 2008 Bộ NN&PTNT, Viện chăn nuôi, Tr 193-203 11 Phùng Thị Vân, Phạm Sỹ Tiệp, Nguyễn Văn Lục, Nguyễn Giang Phúc Trịnh Quang (2005), “Xây dựng mô hình chăn nuôi lợn nông hộ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nâng cao suất chăn nuôi” Tạp chí Chăn nuôi, Viện Chăn nuôi 12 Viện Chăn nuôi (2006), Điều tra đánh giá trạng môi trường trại chăn nuôi lợn 13 Viện Công nghệ môi trường Dự án WEP-JICA Nhật Bản (2009) Sổ tay CNXL nước thải công nghiệp 14 Viện KH&CN Môi trường, trường ĐHBKHN (2009), “Báo cáo kết triển khai năm 2009” 15 Vincent Porphyre, Cirad, Nguyễn Quế Côi, NIAH (2006), Thâm canh chăn nuôi lợn, quản lý chất thải bảo vệ môi trường, Nhà xuất Prise Tiếng Anh 16 Ahn YH, Hwang IS, Min KS (2004), “Anammox and Partitial Denitritation in Anaerobic Nitrogen Removal from Figgery Waste” , Wat Sci Tech Vol 49, No 5-6, Pg 145-153 17 Andreottola G, Foladori P, Ragazzi M (2001), “On-line control of a SBR system for nitrogen removal from industrial wastewater”, Wat Sci Tech Vol 43, No 3, pg 93-100 18 B.D Edgerton, D McNevin, C.H Wong, P Menoud, J.P Barford and C.A Mitchell (2000), “Strategies for dealing with piggery effluent in Australia: the sequecing batch reactor as asolution”, Wat Sci Tech Vol 41 No 1, pg 123–126 73 19 Chang Won Kim, Myung –Won Choi, Ji-Yeon Ha (2000), “Optimazation of operating mode for sequecing batch reactor (SBR) treating piggery wastewater with high nitrogen” 2nd Int Sym on SBR Technology IWA, 10 – 12, July, Narbonne, France 20 D.Obaja, S Macé, J Costa, J Mata-Alvarez (2005) “Biological nutrient removal by sequencing batch reactor (SBR) using organic carbon source in digested piggery wastewater”, Science direct, Bioresource Technology , pg 7-14 21 D.Obaja, S Macé, J Costa, C Sans, J Mata-Alvarez (2003), “Nitrification, denitrification and biological phosphorus removal in piggery wastewater using a sequencing batch reactor”, Science direct, Bioresource Technology 87 (2003) 103-111 22 G Bortone, S Gemelli, A Rambaldi and A Tilche (1992), “Nitrification, Denitrification and Biological Phosphate Removal in Sequencing Batch Reactors Treating Piggery Wastewater”, Wat Sci Tech Vol 26, No 5-6 pg 977-985 23 Gaul T et al (2005), “Reactor Technology for Substainable Nitrogen Removal after Anaerobic Digestion” Regional Symposium on Chemical Enginerring, Hanoi, Vietnam, November, 2005 24 Glen T Daigger (2004), “Nutrient Removal Technologies/Alternativees for Small Communities”, Advances in Water and Wastewater Treatment, American Society of Civil Engrineers, 133-147 25 Glend T Daigger (2004), “Nutrient Removal in Fixed-Film Processes: Current Design Practices” Advances in Water and Wastewater Treatment, American Society of Civil Engrineers, 117-132 26 Liangwei Deng, Ping Zheng, Ziai Chen, Qaisar Mahmood (2008), “Improvement on post-treatment of digested swine wastewater”, Science direct, Bioresource Technology Vol 99 pg 3136–3145 74 27 N.Bernet, N Delgenes, J.C Akunna, J.P Delgenes, R Moletta (2000), “Combined anaerobic-aerobic SBR for treatment of piggery wastewater” Wat Res Vol 34, No 2, 611-619 28 Song Yan, Y Filali-Meknassi, R D Tyagi, and R Y Surampalli (2004), “Recent Advances in Wastewater Treatment in Requencing Batch Reactor Advances in Water and Wastewater Treatment” American Society of Civil Engrineers, 148-177 75 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Đặng Thị Hồng Phương, Phạm Thị Hải Thịnh, Vũ Thị Thu Huế, 2012, “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ sục khí đến trình xử lý nước thải chăn nuôi lợn phương pháp sequencing batch reator (SBR)” Tạp chí Khoa học công nghệ, tập 95, số 07, 2012 Đại học Thái Nguyên [...]... loại COD, N trong nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí của công nghệ SBR; - Nghiên cứu đưa ra chế độ vận hành tối ưu cho hệ thiết bị SBR 4 3 Yêu cầu của đề tài - Lắp đặt hệ thí nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng phương pháp SBR - Lấy mẫu, phân tích hàm lượng hữu cơ, tổng N, COD, NO3-, NO2-, NH4+ trong nước thải đầu vào và nước thải sau khi qua hệ thống... bản thường được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn như sau: Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí - thiếu khí kết hợp, phương pháp lọc sinh học ngập nước thiếu - hiếu khí kết hợp, phương pháp mương oxy hóa, phương pháp anamox và phương pháp SBR Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn cũng như nhiều loại nước thải công nghiệp khác (nước thải chế biến... trường cần được xử lý trước khi thải vào môi trường Hiện tại đã có một số công nghệ xử lý nước sau Biogas tại các trại chăn nuôi bằng công nghệ lọc sinh học (Đồng Tâm – Vĩnh Phúc), công nghệ Aeroten (Vũ Thư – Thái Bình) Từ đặc tính nước thải ngành chăn nuôi và thực tế các công nghệ đã áp dụng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí (biogas), công nghệ SBR (các quá trình xử lý chất hữu... thực hiện trong một bể) dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của xử lý nước thải chăn nuôi Trong khuôn khổ Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi trường, đề tài Nghiên cứu xử nước thải chăn nuôi lợn sau quá trình xử lý yếm khí bằng phương pháp SBR được thực hiện, nhằm mục đích tìm ra khả năng ứng dụng của phương pháp SBR trong nỗ lực đảm bảo nước thải sau xử lý đạt quy chuẩn môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường... vậy đối với nước thải chăn nuôi vẫn chưa được nghiên cứu ứng dụng Đối với nước thải chăn nuôi lợn, đặc tính nước thải thay đổi rất lớn phụ thuộc vào phương pháp chăn nuôi, quy mô trang trại, quản lý chuồng trại (như việc có tách lỏng rắn hay không), điều kiện của từng địa phương Những điều này ảnh hưởng lớn đến quy mô xử lý cũng như lựa chọn phương pháp xử lý Ở Việt Nam do tập quán chăn nuôi còn lạc... chứa, hồ chứa nước thải, hệ thống xử lý yếm khí, bể Kho chứa chất thải rắn biogas dung tích lớn ủ phân compost Kênh mương tiếp nhận nước thải Ruộng, cánh đồng Dòng nước thải Land Application Dòng chất thải rắn Hình 1.2 Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới Tại Thái Lan, công trình xử lý nước thải sau Biogas là UASB Đây là công trình xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng Nước thải được đưa... do nước thải chăn nuôi lợn là một nguồn thải ô nhiễm trầm trọng đối với môi trường, loại nước thải này rất khó xử lý, bởi vì nồng độ hữu cơ cũng như nitơ trong nước thải rất cao Vì vậy, phát triển công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn có hiệu quả và kinh tế đang là sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam Đối với loại nước thải này, nếu chỉ xử lý bằng các quá trình. .. với nước thải đầu vào có COD = 4500 mg/L, N- NH4+ = 250 mg/L, T-P = 383 mg/L, với các quá trình yếm khí/ hiếu khí/ thiếu khí, ở tải trọng 1,18 kg-COD/m3-ngày, chu trình xử lý 12 h cho hiệu quả xử lý là 79%, 99% và 49% tương ứng với COD, N- NH4+ và TP Một số nghiên cứu cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của phương pháp SBR cũng đã được thực hiện Nghiên cứu của Bortone [22] và Filali [28] về xử lý nước. .. về dạng khí nitơ N2 Khả năng loại bỏ N, P qua các quá trình xử lý nước thải: - Trong quá trình xử lý sơ bộ lắng, nồng độ N giảm khoảng 5-10% do hợp chất N được giữ lại ở trong các hợp chất lắng - Trong quá trình xử lý yếm khí quá trình oxy hóa amoni hầu như không diễn ra chỉ một phần nhỏ tham gia tổng hợp sinh khối Trong quá trình yếm khí chỉ chuyển hóa từ dạng N-hữu cơ về dạng N-vô cơ qua quá trình. .. chất thải chăn nuôi lợn và hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi lợn trên thế giới và ở Việt Nam 1.3.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi lợn Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm: + Chất thải rắn: Phân, chất độn, lông, chất hữu cơ tại các lò mổ + Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, vệ sinh lò mổ, các dụng cụ, v.v + Chất thải khí: CO2, NH3, CH4, v.v Chất thải rắn và nước thải