Luận văn Nghiên cứu hiệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải giết mổ lợn bằng công nghệ bể sinh học kết hợp màng lọc có khí nâng (gaslift-mbr)

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu hiệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải giết mổ lợn bằng công nghệ bể sinh học kết hợp màng lọc có khí nâng (gaslift-mbr)

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------- VŨ TIẾN NHIÊN NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG NƢỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC CÓ KHÍ NÂNG (GASLIFT-MBR) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2017
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------- VŨ TIẾN NHIÊN NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG NƢỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN BẰNG CÔNG NGHỆ BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC CÓ KHÍ NÂNG (GASLIFT-MBR) Chuyên ngành : Hóa Môi trường Mã Số : 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đỗ Quang Trung TS. Bạch Quang Dũng Hà Nội – 2017
3. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Quang Trung và TS. Bạch Quang Dũng, đã giao đề tài và đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Môi trường - Khoa Hóa học, Ban giám hiệu, Phòng sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo Việt Nam Hàn Quốc và TS. Đỗ Tiến Anh chủ nhiệm đề tài KC08/11-15 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 11 năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Tiến Nhiên
4. CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AOP Phương pháp oxy hóa khử tiên tiến BOD Nhu cầu ô-xy sinh hóa ﷽T4 4 ﷽ 444444444444 444444444444 444444444444 444444444444 Bộ Tài nguyên và Môi trường 444444444444 444444444444 444444444444 444444444444 444444444444 4444BTNMT COD Nhu cầu ô-xy hóa học EC Độ dẫn điện Gaslift - MBR Công nghệ sinh học kết hợp màng lọc có khí nâng HRT Thời gian lưu thủy lực MBR Bể xử lý sinh học kết hợp màng MF Màng micro MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn hoạt tính MLVSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn hoạt tính OECD Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế QCVN Quy chuẩn Việt Nam SBR Giải pháp thiết bị phản ứng khối tuần tự gián đoạn TDS Hàm lượng tổng chất rắn hoà tan TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Hàm lượng Ni-tơ tổng
5. TOC Tổng các-bon hữucơ TP Hàm lượng phốt-pho tổng TSS Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng UASB Giải pháp công nghệ phân hủy yếm khí treo bùn hoạt tính UF Màng lọc Ultra
6. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 3 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3 1.1. Nguồn phát sinh và các phương pháp xử lý nước thải lò mổ .............................. 3 1.1.1. Nguồn phát sinh ................................................................................................ 3 1.1.2. Các phương pháp xử lý nước thải giết mổ ........................................................ 8 1.2. Công nghê ̣màng loc̣ sinh hoc̣ kết hơp̣ khí nâng (Gaslift-MBR) trong xử lý nước thải ............................................................................................................................. 15 1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Gaslift-MBR .......................... 16 1.2.2. Ưu điểm của công nghệ Gaslift-MBR ............................................................ 17 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................. 19 2.1. Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ................................................. 19 2.1.1 Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 19 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 19 2.1.3 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 19 2.2. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 19 2.2.1. Hóa chất .......................................................................................................... 19 2.2.2. Thiết bi ................................̣ ............................................................................ 20 2.3. Thiết kế và lắp đăṭ hê ̣thống ............................................................................... 21 2.2.1. Thiết kế và lắp đăṭ hê ̣thống xử lý sinh hoc̣ .................................................... 21 2.2.2. Thiết kế và lắp đăṭ hê ̣thống màng lọc kết hợp khí nâng ................................ 24 2.2.3. Kết hơp̣ hê ̣thống màng loc̣ với hê ̣thống xử lý vi sinh (Gaslift – MBR) ....... 26 2.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích .................................................................... 28 2.4. Tiến hành khảo sát khả năng xử lý nước thải lò mổ của hê ̣thống ..................... 29 2.4.1. Chuẩn bị nước thải .......................................................................................... 29 2.4.2. Chuẩn bi ̣hê ̣vi sinh .......................................................................................... 30 2.4.3. Khảo sát khả năng xử lý nước thải của hệ Gaslift - MBR .............................. 30 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 33
7. 3.1. Khảo sát khả năng phát triển của vi sinh ........................................................... 33 3.2. Khảo sát điều kiện tối ưu cho hê ̣Gaslift - MBR ................................................ 33 3.2.1. Khảo sát điều kiện vận hành hệ màng lọc ....................................................... 33 3.2.2. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hệ thống Gaslift – MBR ............................... 40 3.2.3. Hiệu quả xử lý thành phần Nitơ của hệ thống Gaslift – MBR ....................... 42 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46
8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Đặc tính nước thải tại một số lò giết mổ trên thế giới ................................ 7 Bảng 1.2. Đặc tính của nước thải giết mổ gia súc tại một số lò giết mổ tại Việt Nam ..................................................................................................................................... 8 Bảng 2.1 Các thiết bị phân tích chính dùng trong nghiên cứu .................................. 21 3 Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mô 1m /ngày ................... 24 Bảng 2.3. Bảng phân tích mẫu nước thải đầu vào .................................................... 29 Bảng 3.1. Năng suất loc̣ của màng khi chưa cấp khí nâng đối với nước sac̣ h .......... 34 Bảng 3.2. Năng suất loc̣ của màng khi cấp khí nâng đối với nước sac̣ h ................... 35
9. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Quy trình giết mổ gia súc và các chất thải phát sinh .................................. 4 Hình 1.2. Sơ đồ quy trình công nghệ MBR trong xử lý nước thải ........................... 12 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý công nghệ xử lý nước thải giết mổ của HUBER ........... 13 Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải giết mổ gia súc thông dụng hiện nay ...... 14 Hình 1.5. Các bước xử lý nước thải của DEWATS .................................................. 14 Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống Gaslift - MBR ................................................. 16 Hình 2.1. Hệ thống màng lọc cặn thô và bể điều hòa nước thải ............................... 22 3 Hình 2.2. Bể xử lý sinh học hiếu khí cho hệ thống quy mô 1m /ngày ..................... 23 3 Hình 2.3. Hệ thống xử lý sinh học hoàn thiện của hệ thống quy mô 1m /ngày ....... 23 Hình 2.4. Các phần của bộ cấp khí nâng (ống kết nối với màng; máy nén khí và đồng hồ đo lưu lượng khí) ......................................................................................... 25 3 Hình 2.5. Hệ thống màng có khí nâng công suất 1m /ngày ...................................... 25 3 Hình 2.6. Hệ thống Gaslift-MBR quy mô 1m /ngày hoàn thiện .............................. 26 Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống Gaslift-MBR .................................................................... 27 Hình 2.8. Các bước tìm điều kiện tối ưu cho hệ màng lọc ....................................... 31 Hình 3.1. Hàm lượng sinh khối (MLVSS) của bể thiếu khí và bể hiếu khí .............. 33 Hình 3.2. Lưu lượng nước ra khỏi hệ màng (khi chưa cấp khí) ............................... 34 Hình 3.3. Năng suất lọc của hệ màng (lưu lượng khí nâng Qkhí =0,2 l/ph) ............. 36 Hình 3.4. Năng suất loc̣ của hệ màng (Qkhí=0,5 l/ph) ............................................. 36 Hình 3.5. Năng suất lọc của hệ thống màng (lưu lươṇ g khí nâng Qk = 0,2l/ph) ...... 38 Hình 3.6. Năng suất loc̣ của hê ̣thống màng (vâṇ tốc nước Vnước= 0,8m/s) ........... 38 Hình 3.7. Hiêụ quả của quá trình rử a màng bằng hóa chất và nước sac̣ h ................. 39 Hình 3.8. Hiêụ quả xử lý COD của hê ̣thống ............................................................ 41 Hình 3.9. So sánh hiệu quả xử lý COD giữa phương pháp keo tụ và phương pháp Gaslift - MBR ............................................................................................................ 42 Hình 3.10. Hiêụ quả xử lý Nitơ của hê ̣thống ........................................................... 43
10. MỞ ĐẦU Tại các nước phát triển, người dân có xu hướng sử dụng thịt đông lạnh do tính tiện lợi của nó. Tuy nhiên, tại Việt Nam người dân vẫn có truyền thống tiêu dùng chủ yếu các sản phẩm tự chế biến từ nguyên liệu tươi, đòi hỏi công suất các lò giết mổ phải lớn để cung ứng đủ thịt cho nhu cầu tiêu dùng của hơn 95 triệu dân. Hầu hết các địa phương trong cả nước, đặc biệt là các tỉnh thành phố ở phía Bắc, phần lớn gia súc lớn đều được giết mổ theo cách thức giản đơn và tại chỗ, trong đó có các lò giết mổ hình thành tự phát ngay trong cộng đồng dân cư, hay thậm chí ngay tại gia đình chăn nuôi [4]. Quy mô của các lò giết mổ tại Việt Nam được chia thành 3 loại: quy mô lớn (giết mổ > 300 con/ngày), quy mô trung bình (giết mổ từ 100-300 con/ngày), quy mô nhỏ (giết mổ < 100 con/ ngày) [3]. Nước thải ngành giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, hàm lượng nitơ, vi khuẩn... không qua xử lý gây ra các tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt là sức khỏe con người [1]. Các lò giết mổ tại nông thôn và các thị trấn thường có quy mô nhỏ và hầu như không có hệ thống xử lý nước thải tập trung. Bởi vậy, xử lý tại nguồn đang là một trong các giải pháp hợp lý trong bối cảnh hiện nay. Tuy nhiên các giải pháp xử lý tại nguồn đang còn tồn tại nhiều bất cập trong việc áp dụng thực tế cho các lò giết mổ như đòi hỏi mặt bằng xử lý lớn, hệ thống xử lý vận hành phức tạp, chi phí vận hành cao Đây là một trong những lý do khiến các lò giết mổ hiện nay phần lớn không có hệ thống xử lý hoặc có nhưng không hoạt động. Để khắc phục tình trạng này, việc nghiên cứu được một hệ thống tiên tiến giải quyết được các bất cập trên là rất cần thiết. Mô hình xử lý nước thải tích hợp sử dụng bể xử lý sinh học kết hợp với màng lọc cấp khí nâng: tiết kiệm được chi phí xây dựng, chi phí vận hành, đặc biệt tiết kiệm được diện tích đất. Với tính mới này sẽ giúp cho hệ thống vận hành đơn giản, hiệu quả, kinh tế và gọn gàng phù hợp với điều kiện của các lò mổ ở Việt Nam. Trong bối cảnh đó, tôi đã thực hiện đề tài ―Nghiên cứ u hi ệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải giết mổ lợn bằng công nghệ bể sinh học kết hợp màng lọc có khí nâng (Gaslift-MBR)‖ nhằm thực hiện mục tiêu: Xây dựng và thiết 1