Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh h

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHẠM HẢI BẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG HỆ THỐNG BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC KHÍ NÂNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHẠM HẢI BẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG HỆ THỐNG BỂ SINH HỌC KẾT HỢP MÀNG LỌC KHÍ NÂNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN Ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường Mã số: 9850101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn 1 Giáo viên hướng dẫn 2 Phạm Hải Bằng TS. Đỗ Tiến Anh TS. Bạch Quang Dũng Hà Nội – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Tiến Anh và TS.

Bạch Quang Dũng. Các số liệu, kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật cũng như đạo đức khoa học về lời cam đoan này.

Tác giả luận án Phạm Hải Bằng ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đây không chỉ là nơi đào tạo giúp nghiên cứu sinh trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học, nghề nghiệp mà còn là nơi để nghiên cứu sinh chia sẻ những khúc mắc gặp phải trong quá trình học tập, thực hiện Luận án. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai thầy hướng dẫn là TS. Đỗ Tiến Anh và TS.

Bạch Quang Dũng đã tận tình giúp đỡ tác giả từ những bước đầu tiên xây dựng hướng nghiên cứu, cũng như luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, chuyên gia, các nhà khoa học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Bộ môn Quản lý tài nguyên và môi trường và các cơ quan hữu quan đã có những góp ý về khoa học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS. Trần Thục, PGS.

Nguyễn Văn Thắng, PGS. Huỳnh Thị Lan Hương, PGS. Trịnh Thị Thanh, TS. Chu Xuân Quang, TS.

Trần Thị Thu Lan đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thành Luận án. Tác giả xin gửi lời tri ân tới mọi thành viên trong gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp về những động viên tinh thần, chia sẻ và những khó khăn mà mọi người đã có thể phải gánh vác trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án của của nghiên cứu sinh. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Phạm Hải Bằng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC BẢNG.

vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN, CÔNG NGHỆ SINH HỌC SỬ DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ VÀ CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC KHÍ NÂNG. Tổng quan nghiên cứu về xử lý nước thải giết mổ lợn.

Nước thải giết mổ lợn ở Việt Nam. Đặc tính và ảnh hưởng của nước thải giết mổ lợn tới môi trường và sức khỏe con người. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về công nghệ sinh học trong xử lý nước thải giết mổ. Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam về công nghệ sinh học trong xử lý nước thải giết mổ.

Tổng quan về công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật tại chỗ. Cơ sở khoa học. Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi sinh vật tại chỗ trên thế giới. Tổng quan các nghiên cứu về công nghệ sinh học bổ sung các vi sinh vật tại chỗ tại Việt Nam.

Tổng quan công nghệ sinh học kết hợp màng lọc khí nâng (Gaslift- MBR) trong xử lý nước thải. Công nghệ màng lọc khí nâng. Tình hình nghiên cứu màng lọc sinh học khí nâng trong xử lý nước thải trên thế giới và tại Việt Nam. Tiểu kết chương 1.

58 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp tiếp cận. Nước thải giết mổ lợn. Nguồn vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu.

Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu. Địa điểm thực hiện nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập tài liệu.

Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu nước thải và bùn hoạt tính. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu. Thiết kế hệ thống và phương pháp nghiên cứu. Thiết kế và xây dựng hệ thống MBR khí nâng.

Nghiên cứu hiệu quả sử dụng vi sinh vật tại chỗ trong việc cải thiện hoạt động của công trình xử lý sinh học trong hệ thống MBR khí nâng. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng. Nghiên cứu xác định điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống MBR khí nâng sử dụng vi sinh vật tại chỗ. Tiểu kết chương 2.

78 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TẠI CHỖ TRONG CÔNG NGHỆ MBR KHÍ NÂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ LỢN. Khảo sát đặc tính của nước thải giết mổ lợn từ cơ sở giết mổ Thịnh An. Nghiên cứu khả năng ứng dụng vi sinh vật tại chỗ cho hệ thống MBR khí nâng xử lý nước thải giết mổ lợn. Đánh giá khả năng sử dụng vi sinh vật tại chỗ cho bể sinh học hiếu khí xử lý nước thải giết mổ lợn và xác định thời gian khởi động (nghiên cứu 1).

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả hoạt động của bể sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật tại chỗ. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng vi sinh vật tại chỗ tới hiệu quả hoạt động của hệ thống MBR khí nâng (nghiên cứu 5). Nghiên cứu khảo sát các thông số vận hành tối ưu của hệ thống MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ lợn. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành tới hoạt động của hệ MBR khí nâng (nghiên cứu 6).

Nghiên cứu xác định các thông số vận hành màng tối ưu cho hệ MBR khí nâng được sử dụng vi sinh vật tại chỗ (nghiên cứu 7). Đề xuất các giải pháp kỹ thuật giúp quản lý và giám sát xử lý nước thải giết mổ. Tiểu kết chương 3. 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

148 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 151 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 163 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tỷ lệ nước tiêu thụ trong cơ sở giết mổ [10] .2 Bảng thông số ô nhiễm của nước thải giết mổ gia súc trên thế giới .3 Thông số ô nhiễm của một số cơ sở giết mổ tại Việt Nam .4 Tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam và một số tổ chức trên thế giới [31] .5 Thành phần các khí trong biogas [23] .6 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kỵ khí xử lý nước thải lò giết mổ trên thế giới .7 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học hiếu khí xử lý nước thải lò giết mổ trên thế giới .8 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải lò giết mổ tại Việt Nam.9 Tổng quan một số nghiên cứu về công nghệ bổ sung vi sinh vật tại chỗ trên thế giới .10 Khung mục tiêu, nội dung nghiên cứu .1 Các phương pháp phân tích .2 Các thiết bị kết nối với bể sinh học hiếu khí .3 Điều kiện hoạt động của màng ở quy mô phòng thí nghiệm .4 Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mô phòng thí nghiệm .1 Kết quả phân tích mẫu nước thải tại cơ sở giết mổ lợn Thịnh An tại xã Vạn Phúc, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội .2 Năng suất lọc (L/m2/giờ) của màng khi chưa cấp khí nâng đối với nước sạch .3 Năng suất lọc của màng khi cấp khí nâng .4 Bảng so sánh các đặc điểm và kết quả. 136 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thống kê cơ sở giết mổ nhỏ lẻ tại các tỉnh, thành phố trên cả nước năm 2019 .2 Sơ đồ phát sinh chất thải theo các công đoạn giết mổ gia súc [9] .3 Phân loại các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí .4 Các giai đoạn chính trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí [83] .5 Lượng CH4 thất thoát trong các quá trình xử lý [41] .6 Mối quan hệ giữa nồng độ cơ chất và sự phát triển của vi sinh vật [24] .7 So sánh các chỉ số trong hệ thống có BOD cao và BOD thấp [24] .8 So sánh sơ bộ phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí [35] .9 Công nghệ màng đặt ngoài (side stream MBR) sử dụng khí nâng .10 Màng đặt ngập nước (submerged MBR) kết hợp khí nâng [42] .1 Sơ đồ tổng quát của phương pháp nghiên cứu khoa học .2 Vị trí của cơ sở giết mổ Thịnh An, huyện Thanh Trì, Hà Nội (nằm trong vùng bãi của sông Hồng) .3 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý công suất 50L/ngày.4 Hệ thống thử nghiệm kiểm tra hoạt động của Module màng lọc đơn .5 Hệ Module màng hoàn thiện .6 Mô hình bể xử lý sinh học quy mô phòng thí nghiệm .1 Diễn biến nồng độ COD theo thời gian .2 Diễn biến hiệu suất xử lý COD theo thời gian.3 Nồng độ NH4+-N qua các mẻ xử lý .4 Nồng độ NO2--N và NO3--N qua các mẻ xử lý .5 Hiệu suất xử lý TN của bể xử lý hiếu khí VSVTT và VSVTC .6 Kết quả theo dõi nồng độ MLSS .7 Mỗi liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ COD trong bể xử lý .8 Mối liên hệ giữa thời gian lưu và nồng độ TN trong bể xử lý .