Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi heo sau Biogas bằng công nghệ SBR với giá thể Biochip :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LÊ CÔNG MINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI

CHĂN NUÔI HEO SAU BIOGAS

BẰNG CÔNG NGHỆ SBR VỚI GIÁ THỂ BIOCHIP

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

Mã chuyên ngành: 60.52.03.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020

Công trình đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trƣơng Thanh Cảnh

Luận v n thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Luận v n thạc s Trƣờng Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . n m . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm:

1. .........................................................................- Chủ tịch Hội đồng

2. .........................................................................- Phản iện 1

3. .........................................................................- Phản iện 2

4. .........................................................................- Ủy viên

5. .........................................................................- Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG VIỆN TRƢỞNG VIỆN KHCN & QLMT

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lê Công Minh MSHV: 16083431

Ngày, tháng, n m sinh: 24/11/1991 Nơi sinh: Đà Lạt

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã chuyên ngành: 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu khả n ng xử lý nƣớc thải ch n nuôi heo sau iogas ằng công nghệ SBR

với giá thể iochip.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát tính ch t nƣớc thải ch n nuôi heo.

- Khảo sát và so sánh hiệu quả xử lý COD và Nitơ trong nƣớc thải ch n nuôi heo

sau Biogas ằng mô hình SBR quy mô phòng thí nghiệm trong điều kiện có và

không có ổ sung giá thể.

- Đề xu t quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải ch n nuôi heo.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/7/2020

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/11/2020

IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trƣơng Thanh Cảnh

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

VIỆN TRƢỞNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƢỜNG

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến t t cả các Thầy giáo, Cô giáo Viện Khoa Học

Công Nghệ Và Quản Lý Môi Trƣờng - Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM.

Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng, các Thầy Cô đã tận tình

giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý áu giúp Em hoàn thành chƣơng trình đào

tạo và luận v n này.

Em xin ày tỏ lòng iết ơn chân thành đến PGS.TS Trƣơng Thanh Cảnh, Trƣờng

Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình

nghiên cứu khoa học.

Xin chân thành cảm ơn tập thể ạn è, sinh viên Viện Khoa học Công nghệ và

Quản lý Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM, đã nhiệt tình giúp đỡ,

hỗ trợ trong nghiên cứu và phân tích thử nghiệm. Chân thành cảm ơn cơ sở ch n

nuôi heo tại đƣờng Trung Đông 11, huyện Hóc Môn, TP.HCM đã hỗ trợ tạo điều

kiện l y nguồn nƣớc thải để hoàn thiện đề tài.

Và cuối cùng, xin đƣợc iết ơn gia đình, các ạn lớp CHKTMT6B chuyên nghành

công nghệ kỹ môi trƣờng đã động viên, giúp đỡ, đồng hành trong suốt các n m học

vừa qua và trong quá trình thực hiện nghiên cứu.

Trân trọng cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu vận hành mô hình SBR với giá thể Biochip để xử lý nƣớc thải ch n

nuôi heo sau Biogas. Cụ thể khảo sát vận hành mô hình với tải trọng 0,65 ± 0,06 –

0,84 ± 0,07 – 1,11 ± 0,08 – 1,32 ± 0,31 kgCOD/m3

.ngày; thời gian sục khí 6 – 8 –

10 – 12 giờ; thời gian khu y 2 – 3 – 4 giờ, nhằm tìm ra quy trình vận hành tối ƣu và

nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc thải ch n nuôi heo sau Biogas ằng mô hình SBR có

ổ sung giá thể Biochip.

Từ đó, đa dạng hóa kỹ thuật xử lý nƣớc thải ch n nuôi, cải thiện hiệu quả xử lý

nƣớc thải của công nghệ SBR truyền thống một cách tiết kiệm và hiệu quả. Kết quả

thu đƣợc ch t lƣợng nƣớc thải ch n nuôi sau iogas có đặc tính ô nhiễm hữu cơ thải

với tỉ lệ COD/NH4

+

dao động từ 5,34 đến 7,08 và phù hợp với phƣơng pháp sinh

học để loại ỏ nitơ trong nƣớc. Kết quả nghiên cứu cho th y, tải trọng hữu cơ phù

hợp để vận hành mô hình nghiên cứu là 1,11 ± 0,08 kgCOD/m3

.ngày, thời gian sục

khí 10 giờ, hiệu quả xử lý COD đạt 95,32 ± 0,96% và hiệu quả xử lý T-N đạt 87,4 ±

2,1%. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cho th y với thời gian khu y (2) là 4 giờ hiệu

su t xử lý COD đạt 82,25 ± 6,73% và hiệu quả xử lý tổng nitơ là 92,41 ± 1,44%.

Mô hình SBR khi đƣợc ổ sung giá thể có hiệu su t xử lý COD và Nitơ tốt hơn mô

hình SBR không có giá thể nhờ vào lớp màng vi sinh vật trên ề mặt giá thể thực

hiện quá trình khử nitrate, nitrite ngay trong điều kiện DO hòa tan cao.

Nghiên cứu đề xu t quy trình vận hành công nghệ SBR với giá thể Biochip tại tải

trọng 1,11 kgCOD/m3

.ngày với các giai đoạn vận hành: Làm đầy (0,5h) – Khu y

trộn (2h) – Sục khí (10h) – Khu y trộn (4h) – Lắng (2h) – Rút nƣớc (0,5h) để đạt

đƣợc hiệu quả cao trong quá trình xử lý nƣớc thải ch n nuôi heo sau Biogas.

iii

ABSTRACT

A study on operating SBR model with Biochip media for pig breeding after Biogas

wastewater treatment. Specifically, survey the model operation with OLR 0.65 ±

0.06 - 0.84 ± 0.07 - 1.11 ± 0.08 - 1.32 ± 0.31 kgCOD/m3

.day; aeration time 6 - 8 -

10 - 12 hours; mixing time 2 - 3 - 4 hours, in order to find out the of process

operation of the model SBR with Biochip media and improve the efficiency of

wastewater treatment. Since then, to diversify wastewater treatment techniques for

livestock, improve the wastewater treatment efficiency of traditional SBR

technology in an economical and efficient way.

The results obtained the quality of livestock wastewater after biogas has organic

pollution characteristics with the COD/NH4

+

ratio ranging from 5.34 to 7.08 and is

consistent with the biological method to remove nitrogen from the water . Research

results show that the appropriate OLR to operate the research model is 1.11 ± 0.08

kgCOD/m3

.day, time for 10 hours of aeration, COD treatment efficiency is 95.32. ±

0.96% and treatment efficiency of experiments reached 87.4 ± 2.1%. In addition,

the study results showed that with the stirring time (2) of 4 hours, the COD

treatment efficiency was 82.25 ± 6.73% and the total nitrogen treatment efficiency

was 92.41 ± 1.44%. The SBR model, when the Biochip is added, has better COD

and Nitrogen treatment performance than the SBR model without the Biochip

because the microbiological membrane on the Biochip to perform the nitrate, nitrite

reduction process under conditions DO is highly.

The study proposes the operation process of SBR technology with Biochip media at

the OLR 1.11 kgCOD/m3

.Day with the operating stages: Filling (0.5 hours) -

Mixing 1 (2 hours) - Aeration (10 hours) – Mixing 2 (4 hours) - Settle (2 hours) -

Decant (0.5 hours) to achieve high efficiency for pig breeding after Biogas

wastewater treatment.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của ản thân tôi. Các kết quả nghiên

cứu và các kết luận trong luận v n là trung thực, không sao chép từ t kỳ một

nguồn nào và dƣới t kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có)

đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Học viên

Lê Công Minh

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC ...............................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................... xi

MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1

1. Đặt v n đề ...............................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................3

4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................3

5. Ý ngh a thực tiễn của đề tài.....................................................................................4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................5

1.1 Tổng quan nƣớc thải ch n nuôi và ảnh hƣởng môi trƣờng ............................5

1.1.1 Hoạt động ch n nuôi.......................................................................................5

1.1.2 Nƣớc thải ch n nuôi........................................................................................6

1.1.3 Tác động môi trƣờng của nƣớc thải ch n nuôi heo ........................................8

1.2 Xử lý nƣớc thải ch n nuôi ..............................................................................9

1.2.1 Quá trình xử lý hiếu khí các ch t hữu cơ........................................................9

1.2.2 Quá trình xử lý nitơ ......................................................................................11

1.2.3 Các công nghệ đang áp dụng........................................................................13

1.3 Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor)..............................................15

1.3.1 Tổng quan công nghệ SBR...........................................................................15

1.3.2 Nguyên tắc hoạt động công nghệ SBR.........................................................17

1.4 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc...........................................19

1.4.1 Nghiên cứu trong nƣớc .................................................................................19

1.4.2 Nghiên cứu nƣớc ngoài.................................................................................20

CHƢƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................22

2.1 Nội dung nghiên cứu ....................................................................................22

2.1.1 Giai đoạn 1: Khảo sát tính ch t nƣớc thải ch n nuôi....................................22

vi

2.1.2 Giai đoạn 2: Khảo sát, đánh giá hiệu quả xử lý COD và Nitơ ằng công

nghệ SBR ..................................................................................................................22

2.1.3 Giai đoạn 3: Đề xu t quy trình xử lý nƣớc thải ch n nuôi ằng công nghệ

SBR ......................................................................................................................23

2.2 Vật liệu nghiên cứu.......................................................................................24

2.2.1 Nƣớc thải ch n nuôi heo sau Biogas ............................................................24

2.2.2 Bùn hoạt tính ................................................................................................25

2.2.3 Giá thể Biochip.............................................................................................26

2.2.4 Mô hình nghiên cứu......................................................................................27

2.3 Bố trí thí nghiệm...........................................................................................29

2.3.1 Giai đoạn 1: Khảo sát tính ch t nƣớc thải ....................................................29

2.3.2 Giai đoạn 2: Vận hành thích nghi.................................................................30

2.3.3 Giai đoạn 3: Khảo sát khả n ng xử lý COD và Nitơ của mô hình thí nghiệm

......................................................................................................................30

2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ..............................................................................32

CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................37

3.1 Tính ch t nƣớc thải ch n nuôi ......................................................................37

3.2 Giai đoạn thích nghi .....................................................................................38

3.3 Ảnh hƣởng của ORL.....................................................................................53

3.4 Ảnh hƣởng của thời gian sục khí (pha sục khí)............................................63

3.5 Ảnh hƣởng của thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý...............................71

3.6 Đề xu t quy trình vận hành công nghệ SBR với giá thể Biochip.................77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................78

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................80

PHỤ LỤC..................................................................................................................87

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .......................................................119

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các pha trong chu kỳ hoạt động của SBR .................................................17

Hình 2.1 Nƣớc thải đƣợc sử dụng cho mô hình nghiên cứu .....................................24

Hình 2.2 Giá thể biochip ...........................................................................................26

Hình 2.3 Sơ đồ mô hình nghiên cứu .........................................................................27

Hình 2.4 Mô hình SBR quy mô phòng thí nghiệm đƣợc sử dụng nghiên cứu ........28

Hình 2.5 Sơ đồ tổng quát mô tả quá trình nghiên cứu ..............................................33

Hình 3.1 Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi........................................39

Hình 3.2 Hiệu quả chuyển hóa amonia trong giai đoạn thích nghi...........................41

Hình 3.3 Sự thay đổi nitrite và nitrate trong giai đoạn thích nghi ............................43

Hình 3.4 Sự thay đổi pH trong giai đoạn thích nghi.................................................46

Hình 3.5 Sự thay đổi độ kiềm trong giai đoạn thích nghi.........................................49

Hình 3.6 Sự thay MLSS và MLVSS trong giai đoạn thích nghi ..............................52

Hình 3.7 Hiệu quả xử lý COD tại các tải trọng khác nhau .......................................54

Hình 3.8 Hiệu quả chuyển hóa ammonia tại các tải trọng khác nhau.......................56

Hình 3.9 Sự thay đổi nitrite và nitrate ở các tải trọng khác nhau .............................59

Hình 3.10 Hiệu quả xử lý tổng N tại các tải trọng khác nhau...................................62

Hình 3.11 Ảnh hƣởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý COD.....................64

Hình 3.12 Ảnh hƣởng thời gian sục khí đến hiệu quả chuyển hóa ammonia ...........66

Hình 3.13 Ảnh hƣởng của thời gian sục khí đến nồng độ nitrite và nitrate..............68

Hình 3.14 Ảnh hƣởng thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý tổng N.........................70

Hình 3.15 Ảnh hƣởng của thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý COD.................72

viii

Hình 3.16 Ảnh hƣởng của thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý nitrite và nitrate74

Hình 3.17 Ảnh hƣởng thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý tổng N.....................76

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tính ch t nƣớc thải ch n nuôi heo tại xã Tân Uyên và huyện Bắc Tân......7

Bảng 1.2 Khối lƣợng phân và nƣớc tiểu heo thải ra trong 1 ngày..............................8

Bảng 2.1 Đặc tính nƣớc thải ch n nuôi sử dụng trong nghiên cứu...........................25

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật giá thể giá thể HEL-X Bio Chip 30 [40] .....................26

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật mô hình SBR ...............................................................28

Bảng 2.4 Thông số vận hành trong giai đoạn thích nghi ..........................................30

Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hƣởng của tải trọng hữu cơ..................................................31

Bảng 2.6 Khảo sát thời gian sục khí .........................................................................31

Bảng 2.7 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian khu y (2).............................................32

Bảng 2.8 Phƣơng pháp phân tích các thông số nƣớc thải.........................................34

Bảng 3.1 Đặc tính của nƣớc thải ch n nuôi ..............................................................37

Bảng 3.2 Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi........................................40

Bảng 3.3 Hiệu quả chuyển hóa ammonia trung ình trong giai đoạn thích nghi .....42

Bảng 3.4 Sự thay đổi nitrite và nitrate trong giai đoạn thích nghi............................44

Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý trung bình tổng N trong giai đoạn thích nghi ...................45

Bảng 3.6 Sự thay đổi pH trung ình trong giai đoạn thích nghi...............................47

Bảng 3.7 Sự thay đổi độ kiềm trung ình trong giai đoạn thích nghi.......................50

Bảng 3.8 Sự thay đổi MLSS và MLVSS trong giai đoạn thích nghi........................51

Bảng 3.9 Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau.........................................53

Bảng 3.10 Hiệu quả chuyển hóa ammonia ở các tải trọng khác nhau ......................56

Bảng 3.11 Sự thay đổi nitrite và nitrate ở các tải trọng khác nhau...........................58

Bảng 3.12 Hiệu quả xử lý tổng N ở các tải trọng khác nhau ....................................61

x

Bảng 3.13 Ảnh hƣởng của thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý COD ....................64

Bảng 3.14 Ảnh hƣởng thời gian sục khí đến hiệu quả chuyển hóa ammonia...........65

Bảng 3.15 Ảnh hƣởng thời gian sục khí đến nồng độ nitrite và nitrate....................67

Bảng 3.16 Ảnh hƣởng thời gian sục khí đến hiệu quả xử lý tổng N.........................69

Bảng 3.17 Ảnh hƣởng của thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý COD ................71

Bảng 3.18 Ảnh hƣởng thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý nitrite và nitrate ......73

Bảng 3.19 Ảnh hƣởng thời gian khu y (2) đến hiệu quả xử lý tổng N.....................75

Bảng 3.20 Quy trình vận hành đề xu t cho công nghệ SBR bổ sung giá thể ...........77