Nghiên cứu xử lý nitơ phốtpho nước có tải lượng ô nhiễm cao hệ bùn hoạt tính cải tiến Trần Đình Minh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số 60 44 03 01 Người hướng dẫn: TS Lê Văn Chiều Năm bảo vệ: 2014 Abstract Đánh giá phương pháp Bùn hoạt tính (BHT) cải tiến yếm khí – thiếu khí – hiếu khí (AAO) có không sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu xử lý nước thải giàu N P Tiến hành khảo sát hiệu xử lý thay đổi điều kiện thí nghiệm: Thay đổi thời gian lưu nước; Thay đổi nồng độ NH4+ đầu vào khác nhau; Chế độ tuần hoàn khác có vật liệu mang PU Nghiên cứu thiết lập mối quan hệ tải lượng hữu – suất xử lí, đưa giá trị thông số thiết kế áp dụng cho hệ thống qui mô lớn thực địa Keywords Xử lý ô nhiễm; Bùn hoạt tính; Ô nhiễm nước; Hệ bùn hoạt tính; Khoa học trường Content MỞ ĐẦU Nước ta giai đoạn phát triển công nghiệp hoá - đại hoá đương nhiên kéo theo đô thị hoá Tình hình ô nhiễm môi trường Việt Nam gia tăng nhanh chóng Theo tính toán tốc độ tăng trưởng GDP Việt Nam vòng 10 năm tới tăng bình quân khoảng %/năm, GDP công nghiệp khoảng 8-9 %/năm, mức đô thị hoá từ 23 % lên 33 % năm 2000, đến năm 2020 lượng ô nhiễm công nghiệp tăng lên gấp 2,4 lần so với bây giờ, lượng ô nhiễm nông nghiệp sinh hoạt gấp đôi mức Tác động môi trường chăn nuôi gây không nhỏ Việc tìm giải pháp phù hợp để xử lý nước thải sau chăn nuôi trước xả môi trường cần thiết cho phát triển nông nghiệp bền vững [5] Để đáp ứng nhu cầu thực phẩm người, ngành chăn nuôi giới phát triển nhanh đạt nhiều thành tựu quan trọng 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 Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất cung cấp số lượng lớn sản phẩm quan trọng cho nhu cầu người, ngành chăn nuôi gây nên nhiều tượng tiêu cực môi trường Ngoài chất thải rắn chất thải lỏng, chăn nuôi đóng góp khoảng 18% hiệu ứng nóng lên trái đất (global warming) thải khí gây hiệu ứng nhà kính Theo báo cáo Tổ chức Lương Thực Thế giới (FAO), chất thải gia súc toàn cầu tạo 65% lượng nitơ ôxit (N2O) khí Đây loại khí có khả hấp thụ lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Động vật nuôi thải 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí methane (CH4) – loại khí có khả giữ nhiệt cao gấp 21 lần khí CO2 Chăn nuôi gia súc đóng góp tới 64% lượng khí amoniac (NH3) – thủ phạm trận mưa axit Điều có nghĩa chăn nuôi gia súc, gia cầm khẳng định tác nhân làm tăng hiệu ứng nhà kính Ngoài nhu cầu thức ăn, nước uống, tập tính bầy đàn, nhu cầu bãi chăn thả, … gia súc coi tác nhân gây thoái hóa đất nông nghiệp, ô nhiễm nguồn nước cân hệ sinh thái [5] Ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng vấn đề toàn cầu Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước chủ yếu nguồn nước thải không xử lý mà thải trực tiếp môi trường bao gồm từ: hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi, sinh hoạt, vui chơi giải trí, … Trong đó, nước thải từ hoạt động chăn nuôi có ảnh hưởng nhiều đến môi trường tính đa dạng phức tạp chúng Trong nước thải chăn nuôi, thành phần khó xử lý chất hữu khó phân hủy, N P mối nguy hại lâu dài tới sức khỏe người môi trường nitơ photpho hai nguyên tố sống, có mặt tất hoạt động liên quan đến sống nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Hợp chất hoá học chứa nitơ, photpho gọi thành phần dinh dưỡng phạm trù nước thải đối tượng gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường [3, 4] Trong giới hạn luận văn này, chọn xử lý nước thải chăn nuôi, cụ thể nước thải chăn nuôi lợn - nguồn thải phổ biến Việt Nam ngày có xu hướng tăng lên, chứa CHC, CÔN, nitơ phốtpho có hàm lượng ô nhiễm cao Công nghệ xử lý nước thải phát triển hoàn thiện sở thành tựu khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng vận hành hệ thống xử lý nước thải nâng cao chất lượng nước sau xử lý Tuy nhiên việc xử lý nước thải nói chung nước thải giàu N, P nói riêng theo hướng áp dụng kỹ thuật sinh học trọng phát triển mạnh trọng thời gian gần chúng có tính bền vững, thích nghi với nhiều điều kiện tự nhiên [18, 19] Vì vậy, tiến hành đề tài “Nghiên cứu xử lý nitơ phốtpho nước có tải lượng ô nhiễm cao hệ bùn hoạt tính cải tiến” Luận văn nằm đề tài Bộ công thương, PGS TS Nguyễn Quang Huy, Chủ nhiệm Khoa Sinh học làm chủ nhiệm đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá phương pháp BHT cải tiến yếm khí – thiếu khí – hiếu khí (AAO) có không sử dụng vật liệu mang polyuretan nhằm nâng cao hiệu xử lý nước thải giàu N P Nội dung nghiên cứu Khảo sát hiệu xử lý thay đổi điều kiện thí nghiệm: - Thay đổi thời gian lưu nước - Thay đổi nồng độ NH4+ đầu vào khác - Chế độ tuần hoàn khác có vật liệu mang PU Nghiên cứu thiết lập mối quan hệ tải lượng hữu – suất xử lí, đưa giá trị thông số thiết kế áp dụng cho hệ thống qui mô lớn thực địa Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ Phốtpho, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Lê Văn Cát (2012), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu mang xử lý nước thải, công trình nghiên cứu Viện Khoa học Việt Nam Lê Văn Cát, Phạm Thị Hồng Đức (2009) “Nghiên cứu tái sử dụng nước nuôi giống thủy sản nhằm mục đích kiểm soát ô nhiễm môi trường phát triển bền vững” Hội nghị nuôi trồng thủy sản Việt Nam Australia Nha Trang Lê Văn Chiều (2012), Báo cáo xử lý nước thải chăn nuôi giàu N, P Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 5 Cục Bảo vệ môi trường, Bộ Tài nguyên môi trường (2012), “Báo cáo tổng hợp sở liệu môi trường” trang: 23-49 Phạm Thị Hồng Đức (2009), Mô hình hóa trình xử lý nước thải sử dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động Hội thảo quản lý môi trường Bộ Xây Dựng Trung Tâm Hội Nghị Quốc Gia, ngày 17 tháng năm 2009 Phạm Thị Hồng Đức, Lê Văn Cát (2009) “Mô hình hóa ảnh hưởng chất hữu dạng tan lên trình nitrat hóa phương pháp màng vi sinh tầng chuyển động” Tạp chí Hóa học, 47 (6B): 50-55 Lương Ngọc Khánh, Trần Hiếu Nhuệ, Kenji Furukawa (2005): Oxy hóa kỵ khí amôni ứng dụng xử lý nitơ nước thải Việt Nam, Tạp chí Xây dựng, năm 2005, số 10, trang 41-45 Nguyễn Thị Hoa Lý (1994), “Nghiên cứu tiêu nhiễm bẩn chất thải chăn nuôi heo tập trung áp dụng số biện pháp xử lý” Luận án tiến sỹ khoa học Nông nghiệp, Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh 10 Nguyễn Thị Hoa Lý (2005): “Một số vấn đề liên quan đến việc xử lý nước thải chăn nuôi, lò mổ” Tạp chí khoa học nông nghiệp, số 5, năm 2005 11 Ngô Kế Sương Nguyễn Lân Dũng (1997), Sản xuất khí đốt (biogas) kỹ thuật lên men kỵ khí, trang 20-48 NXB Nông nghiệp 12 Tổng cục thống kê (2007), “Báo cáo thống kê số trang trại chăn nuôi theo địa phương” 13 Viện kinh tế nông nghiệp, (2005): Báo cáo tổng quan “Các nghiên cứu ngành chăn nuôi Việt Nam”, tháng – 2005 14 Viện chăn nuôi, (2006): Điều tra đánh giá trạng môi trường trại chăn nuôi lợn số tỉnh 15 Phùng Thị Vân: “Xây dựng mô hình chăn nuôi lợn nông hộ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nâng cao suất chăn nuôi”, Báo nông nghiệp số 123, (2009) Tài liệu tiếng anh 16 A.C.Van Haandel, G.Lettinga, (2002): “Anaerobic sewage - Established technologies and perspectives” Wat Sci Technol Vol.45.No.10, pp 181-186 17 Bileen Wolmarans and Gideon H de Villiers, (2002): “Start-up of a UASB effuent treatment plan on distellery wastewater”, Water South Africa Vol.28 No.1 January 18 C.E Benjamin, S.D Schwarz, T.T Theodore, (2001) “A bioflter network model importance of the pore structure and other large-scale heterogeneities” Chemical Engineering Science 56: p 475-483 19 D.I MASSÉ and L MASSE, (2006): “Treatment of slaughterhouse wastewater in anaerobic sequencing batch reactors”, p 56-109 20 Edgerton et al, (2000) “Strategies for dealing with piggery effluent in Australia: the sequecing batch reactor as asolution” 2nd Int Sym on SBR Technology IWA, 1012, July, Narbonne, France 21 H.D “Biological Nitrogen Removal System Design” Am Inst Chem Eng NY (1981), p 327 22 Jens Rjbye Schmidt and Birgitte Kiar Ahring, (1997): “Treatment of waste water from a multi product food-processing company, inflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors” The effect of sesonal variation, Pure & Appl Chem, Vol.69, No 11, pp 2447-2452 23 JM Henze, P Harremoes, (1996) “Aerotank wastewater treatment” Biological and chemical process 2ed Springer, Germany 24 Mecalf & Eddy: “Wastewater engineering”, 2005; Seabloom R.W.et al., (2003): Constructed Wetland University of Washington: 1-31 25 M Morikawa, (2006) Review: “Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus substilis and related species”, Journal of Bioscience and Biotechnology 101(1): p 1-8 26 Mulder, (2003) “The quest for sustainable nitrogen technologies” Wat Sci Technol Vol 48, No 1, p 67-75 27 S Sirianuntapiboon, S Yommee, (2006) “Application of a new type of moving biofilm in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)” Journal Environmental Management 78: p 149-156 28 S Sirianuntapiboon, S Yommee, (2006) “Application of a new type of moving biofilm in aerobic sequencing batch reactor (aerobic-SBR)” Journal Environmental Management 78: p 149-156 29 S Andersson, (2009) “Characterization of bacterial biofilms for wastewater Treatment School of Biotechnology”, Royal Institute of Technology (KTH), Sweden 30 Y.X Chen, J Yin, K Wang, (2005) “Long-term operation of biofilters for biological removal of ammonia” Chemosphere 58: p 1023-1030