Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:211

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm khảo sát và đánh giá được thành phần, đặc tính, khối lượng nước thải phát sinh từ nhà máy Jollibee Việt Nam; xác định được điều kiện phù hợp cho quá trình tiền xử lý bằng phương pháp ozone hóa; đánh giá được khả năng loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone hóa kết hợp cây Sậy (Phragmites australis); đề xuất được giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone hóa kết hợp đất ngập nước kiến tạo trồng sậy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ĐIỀN CHÂU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ GÀ RÁN CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP OZONE KẾT HỢP THỦY SINH THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ NGÀNH: 62440303 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ĐIỀN CHÂU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ GÀ RÁN CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP OZONE KẾT HỢP THỦY SINH THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ NGÀNH: 62440303 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS TRƯƠNG HOÀNG ĐAN 2021
MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ ..................................................................................................... i CAM KẾT.......................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii TÓM TẮT ........................................................................................................ vii ABSTRACT...................................................................................................... ix DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ xi DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ xiii DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................ xvi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU................................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 3 1.2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 3 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 3 1.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................... 3 1.3.1. Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp ... 3 1.3.2. Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phƣơng pháp ozone hóa ....................................................... 3 1.3.3. Nội dung 3: Nghiên cứu sử dụng cây Sậy (Phragmites australis) xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp ................................................................. 4 1.3.4. Nội dung 4: Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam ...................................................................................... 4 1.4. Phạm vi, đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 4 1.4.1. Phạm vi .................................................................................................... 4 1.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................. 4 1.5. Ý nghĩa của luận án .................................................................................... 5 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 5 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................... 5 1.6. Điểm mới của luận án ................................................................................. 5 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 7 iii
2.1. Tổng quan đối tƣợng nghiên cứu ................................................................ 7 2.1.1. Đặc tính và thành phần của nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp ........... 7 2.1.2. Tổng quan về cây Sậy (Phragmites australis)......................................... 7 2.2. Phƣơng pháp ozone hoá trong xử lý nƣớc thải ........................................... 9 2.2.1. Các quá trình ozone hóa trong xử lý nƣớc thải........................................ 9 2.2.2. Quá trình tạo ra gốc *OH bằng phản ứng ozone với sự có mặt chất xúc tác (O3/xúc tác) ................................................................................................ 10 2.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến gốc hydroxyl (*OH) .................................... 11 2.2.4. Một số nghiên cứu xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp ozone .............. 12 2.3. Xử lý nƣớc thải bằng thuỷ sinh thực vật................................................... 13 2.3.1. Giới thiệu thuỷ sinh thực vật ................................................................. 13 2.3.2. Hệ thống đất ngập nƣớc kiến tạo ........................................................... 19 2.4. Sự biến đổi của các chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc thải bởi thực vật ................ 22 2.4.1. Sự biến đổi pH ....................................................................................... 22 2.4.2. Cơ chế loại bỏ COD và BOD5 ............................................................... 22 2.4.3. Cơ chế loại bỏ TN .................................................................................. 23 2.4.4. Cơ chế loại bỏ TP .................................................................................. 24 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 25 3.1. Phƣơng pháp luận nghiên cứu .................................................................. 25 3.2. Mô hình nghiên cứu .................................................................................. 26 3.2.1. Mô hình oxy hóa bằng ozone................................................................. 26 3.2.2. Mô hình nghiên cứu khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của sậy................. 29 3.2.3. Mô hình nghiên cứu ảnh hƣởng của mật độ trồng sậy đến sự tăng trƣởng và khả năng làm sạch chất ô nhiễm ................................................................. 30 3.2.4. Mô hình đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm ngang. .............................. 30 3.3. Thời gian, địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu ........................................... 33 3.3.1. Thời gian ................................................................................................ 33 3.3.2. Địa điểm ................................................................................................. 33 3.3.3. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................ 33 3.4. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 33 iv
3.4.1. Nội dung nghiên cứu 1........................................................................... 33 3.4.2. Nội dung nghiên cứu 2........................................................................... 34 3.4.3. Nội dung nghiên cứu 3........................................................................... 38 3.5. Phƣơng pháp tính toán và xử lý số liệu .................................................... 47 3.5.1. Phƣơng pháp tính toán kết quả .............................................................. 47 3.5.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu ..................................................................... 48 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 50 4.1. Nội dung nghiên cứu 1 – Khảo hiện trạng nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp50 4.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng nhà máy Jollibee Việt Nam....................... 50 4.1.2. Công nghệ xử lý nƣớc thải hiện hữu của nhà máy Jollibee ................... 52 4.2. Nội dung nghiên cứu 2 – Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phƣơng pháp ozone hóa .................................... 55 4.2.1. Thí nghiệm 1 – Đánh giá ảnh hƣởng của giá trị pH đến hiệu quả xử lý nƣớc thải của ozone ......................................................................................... 55 4.2.2. Thí nghiệm 2 – Đánh giá ảnh hƣởng của liều lƣợng ozone đến hiệu quả xử lý nƣớc thải Jollibee .................................................................................... 58 4.2.3. Thí nghiệm 3 – Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý nƣớc thải ...................................................................................................... 63 4.2.4. Thí nghiệm 4 – Kiểm chứng hiệu quả xử lý nƣớc thải của Điện cực, ozone và ozone có tác nhân điện cực ............................................................... 64 4.2.5. Phân tích tƣơng quan và Dự báo theo chuỗi thời gian (Mô hình xu thế tuyến tính) ........................................................................................................ 66 4.3. Nội dung nghiên cứu 3 – Nghiên cứu sử dụng cây sậy (Phragmites australis) để xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp ................................. 69 4.3.1. Thí nghiệm 5 – Nghiên cứu khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của cây Sậy và xác định nồng độ ô nhiễm thích hợp cho cây sinh trƣởng và phát triển (Quy mô phòng thí nghiệm) ...................................................................................... 69 4.3.2. Thí nghiệm 6 – Nghiên cứu ảnh hƣởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trƣởng, phát triển và hấp thu N, P của Sậy .............................................. 87 4.3.3. Thí nghiệm 7 – Nghiên cứu đánh giá khả năng loại bỏ chất ô nhiễm trong nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phƣơng pháp Ozone hoá kết v
hợp đất ngập nƣớc kiến tạo trồng sậy chảy ngầm ngang (thực hiện ngoài hiện trƣờng) ............................................................................................................. 97 4.3.4. Kết luận nội dung nghiên cứu 3 ........................................................... 115 4.4. Nội dung nghiên cứu 4 – Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam ..................................................................... 116 4.4.1. Tính toán lƣợng ozone phù hợp ........................................................... 116 4.4.2. Tính toán diện tích đất ngập nƣớc ....................................................... 116 4.4.3. Tính toán hiệu quả xử lý Coliform của hệ thống đất ngập nƣớc ......... 118 4.4.4. Phƣơng án sử dụng đất cho hệ thống đất ngập nƣớc ........................... 119 4.4.5. Thời điểm thu hoạch sậy ...................................................................... 120 4.4.6. Tận dụng sinh khối của sậy ................................................................. 120 4.4.7. Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam ........................................................................................................ 121 4.4.8. Tính kinh tế của công nghệ đề xuất ..................................................... 122 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 126 5.1. Kết luận ................................................................................................... 126 5.2. Kiến nghị................................................................................................. 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 128 PHỤ LỤC 1: BẢNG SỐ LIỆU THỐNG KÊ ANOVA ................................. 144 PHỤ LỤC 2: HÌNH (BIỂU ĐỒ) ................................................................... 156 PHỤ LỤC 3: MÔ HÌNH HỒI QUY .............................................................. 166 PHỤ LỤC 4: HÌNH ẢNH THỰC TẾ............................................................ 189 vi
TÓM TẮT Nƣớc thải từ ngành sản xuất thực phẩm ăn nhanh, đặc biệt là nƣớc thải phát sinh từ quá trình tẩm ƣớp gà rán là loại nƣớc thải có thành phần các hợp chất gia vị, là các hợp chất đa phân tử có tính chất kháng khuẩn, kháng vi sinh vật và kháng nấm. Do tính chất kháng sinh học nhƣ vậy nên việc áp dụng trực tiếp các phƣơng pháp sinh học để xử lý loại nƣớc thải này rất khó khăn. Luận án này nghiên cứu giải pháp tiền xử lý xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phƣơng pháp ozone hóa sau đó dùng cây Sậy (Phragmites spp.) trong hệ thống đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang để xử lý triệt để chất ô nhiễm. Tiến hành khảo sát thu mẫu nƣớc thải và phân tích trong 7 ngày liên tục tại nhà máy Jollibee. Kết quả cho thấy nƣớc thải sơ chế gà rán có các thành phần đặc trƣng nhƣ COD, BOD5, TN (tổng đạm) và TP (tổng lân) với tƣơng ứng nồng độ dao động trong khoảng 1.345-1.425mg/L, 570-600mg/L, 120- 140mg/L và 28-40mg/L. Lƣu lƣợng phát thải 70 – 75 m3/ ngày đêm. Nƣớc thải sơ chế gà rán đƣợc tiền xử lý bằng phƣơng pháp ozone hóa, các thí nghiệm 1, 2, 3 và 4 đã đƣợc thực hiện nhằm khảo sát giá trị pH, lƣợng ozone, thời gian phản ứng để xác định thông số tối ƣu cho quá trình tiền xử lý. Kết quả cho thấy ở pH = 7, sau khoảng thời gian từ 45-90 phút phản ứng, hiệu suất khử COD đạt trên 40%; Tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,33 trƣớc phản ứng lên trên 0,53 (tăng 1,61 lần). Nƣớc thải sau khi tiền xử lý bằng phƣơng pháp ozone hóa đƣợc tiếp tục nghiên cứu với các thí nghiệm khác nhau: - Thí nghiệm 5 nghiên cứu sự hấp thu dinh dƣỡng của cây Sậy và xác định nồng độ nƣớc thải thích hợp cho cây sinh trƣởng và phát triển. Nƣớc thải đƣợc pha loãng bằng nƣớc sạch với nồng độ lần lƣợt bằng 25%, 50%, 75% và 100% và đƣợc cấp vào các nghiệm thức thí nghiệm với các thể tích lần lƣợt là 06 lít, 09 lít, 12 lít. Kết quả ở nghiệm thức thí nghiệm thế tích nƣớc thải 12 lít và nồng độ nƣớc thải 100%, sau 48 ngày thí nghiệm cho thấy sậy vẫn sinh trƣởng và phát triển tốt, khả năng làm giảm chất ô nhiễm TN, TP, BOD5 và COD lần lƣợt là 70,63%, 76,21%, 77,72% và 61,14% (tăng 11,54%, 12,97%, 18,28% và 21,61% so với ngày đầu). - Thí nghiệm 6 nghiên cứu ảnh hƣởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trƣởng, phát triển và hấp thu N, P của Sậy. Sậy đƣợc trồng với mật độ lần lƣợt là 20 cây/m2, 25 cây/m2, 30 cây/m2, 35 cây/m2. Kết quả cho thấy sau quá trình thí nghiệm, sậy sinh trƣởng tốt và không có sự khác biệt đáng kể giữa các mật độ trồng. vii
- Thí nghiệm 7 nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp trong hệ thống đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang. Hệ thống đƣợc nạp theo dạng mẻ, mỗi nghiệm thức đƣợc cung cấp 0,33m3 nƣớc thải với thời gian lƣu nƣớc là 03 ngày. Sau 48 ngày thí nghiệm, kết quả cho thấy sậy sinh trƣởng và phát triển tốt, chiều cao sậy đạt 170cm, trọng lƣợng tƣơi của sậy đạt khoảng 83g/cây (tăng từ 7,1 – 7,4 lần so với ban đầu), tổng sinh khối của cả hệ là 6,76 - 7,12 kg/m2. Hiệu quả xử lý tổng đạm (TN , tổng lân (TP , BOD5 và COD của hệ thống lần lƣợt là 77,85%, 70,46%, 92,25% và 89,87%. Sậy hấp thu 11,22% TN và 8,88% TP trong nƣớc thải. Tỷ lệ nhu mô xốp (diện tích khoang chứa khí/diện tích lát cắt ngang) ở thân sậy tăng từ 9,91% lên 32,64% và ở rễ tăng từ 17,89% lên 70,81%. Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Long An với công suất 50 đến 100 m³/ ngày. Trong đó có tính toán phƣơng án sử dụng đất, phƣơng án tận dụng sinh khối sậy sau khu thu hoạch và tính toán hiệu quả kinh tế. Nghiên cứu đã chứng minh sậy thích nghi và phát triển tốt trong môi trƣờng ô nhiễm của nƣớc thải sơ chế gà rán công nghiệp đã tiền xử lý bằng phƣơng pháp ozone hóa. Sinh khối tƣơi của sậy thu đƣợc sau 48 ngày thí nghiệm đạt khoảng 7kg/m2 (tăng khoảng 25 lần so với ban đầu , nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu tiêu chuẩn QCVN 40:2011 cột B. Từ khóa: Sậy, tổng Đạm, tổng Lân, đất ngập nƣớc chảy ngầm ngang, nhu mô xốp. viii
ABSTRACT Wastewater from the fast food manufacturing industry, especially wastewater generated from the marinating process of fried chicken is the type of wastewater that contains spices. It was polymeric compounds antibacterial, antimicrobial and resistant properties fungi. Due to its antibiotic properties, it is hardly apply biological methods to this wastewater treatment. This thesis researches the solution of pre-treatment of wastewater to pre-treatment industrial fried chicken by Ozonation, then using Phragmites australis. In the horizontal flow constructed wetland system to thoroughly treat pollutants. After analyzing wastewater samples at Jollibee Factory during 07 days, the results showed that wastewater of fried chicken preliminary has the featured properties such as COD, BOD5, TN & TP with corresponding concentrations in the range: 1.345-1.425mg/L, 570-600mg/L, 120-140mg/L và 28-40mg/L, respectively. The discharge flow is 70 – 75 m3/day. Fried chicken preliminary was pre-treated by Ozonation. Experiments 1, 2, 3, 4 were carried out to investigate the pH value, Ozone dose, reaction time to determine the optimal parameters for pre-treatment process. The results showed that at pH7, after 45 – 90 minutes reaction time, COD performance reach over 40%, rate of BOD5/COD increased from 0,33 – 0,53 (1,61 times). Preprocessing fired chicken wastewater from Jollibee has a concentrations of COD, BOD5, TN and TP respectively from 1,345- 1,425mg/L, 500-600mg/L, 120-150mg/L and 28-40mg/L. The discharge flow is 70 - 75 m3/day. Preprocessing fired chicken was pre - treated by Ozonation combined electrodes, experiments 1, 2, 3 and 4 were performed. The results showed that after a period of 45-90 minutes of reaction, COD reduction efficiency was over 40%; The ratio of BOD5/CODtb increased from 0,33 before the reaction to over 0,53 (an increase of 1,61 times). Wastewater after pre-treatment by ozonation is continued to research with different experiments: - Experiment 5 studies the nutrient uptake of Phragmites australis plants and determines the concentration of wastewater suitable for plants to grow up and develop. Wastewater was diluted by clean water with concentrations equal to 25%, 50%, 75% and 100% respectively and was fed into the experiments with the volumes of 06 Liter, 09 Liter, and 12 Liter respectively. The results showed that 12L wastewater volume and 100% wastewater concentration, after 48 days of experiment, showed ix
that phragmites australiss still grow up and develop good, the ability to reduce pollutants TN, TP, BOD5 and COD 70,63%, 76,21%, 77,72% and 61,14% respectively (up 11,54%, 12,97%, 18,28% and 21,61% compared to the first day). - Experiment 6 studies the effects of planting density on the growth, development and absorption of N, P of Phragmites australis. Phragmites australis were planted with the density of 20 plants/m2, 25 plants/m2, 30 plants/m2, 35 plants/m2. Results showed that after the experimental period, the Phragmites australis grew well and there was no significant difference between the planting densities. - Experiment 7 studies the possibility of treating industrial preprocessing fired chicken treatment wastewater in the horizontal flow construted wetland system. The system was loaded in batches, each treatment was provided with 0,33m3 of wastewater with a Hydraulic retention time of 03 days. After 48 days of experiment, the results showed that the common Phragmites australis grew up and developed well, the Phragmites australis’s height reached 170 cm, the fresh biomass of this Phragmites australis was about 83g/plant (increased from 7,1 to 7,4 times compared to the initial), the total biomass of the whole system is 6,76 – 7,12 kg/m2. The treatment efficiency of the system's total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), BOD5 and COD are 77,85%, 70,46%, 92,25% and 89,87%, respectively. Phragmites australis absorb 11,22% TN and 8,88% TP in wastewater. The ratio of aerenchyma in shoot of Phragmites australis has increased from 9,91% to 32,64% and in the roots increased from 17,89% to 70,81%. Offering wastewater treatment technology for Jollibee Long An Factory for fried chicken preliminary process with a capacity 50 – 100 m3/day. Including land – use planning, plans to utilize the post havest common reed biomass and economic efficiency. The study has demonstrated that Phragmites australis adapt and thrive in the polluted environment of industrial fried chicken pre-treated wastewater by ozonation and electrodes. The fresh biomass of common reed obtained after 48 days of experiment was about 7 kg/m2 (increased of about 25 times), the treated wastewater reached QCVN 40: 2011 column B. Key words: Phragmites australis, total nitrogen, total phosphorus, horizontal flow construted wetland, aerenchyma. x
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Đặc tính nƣớc thải từ ngành sản xuất tẩm ƣớp gà rán công nghiệp . 7 Bảng 2.2: Các quá trình ozone hóa (oxy nâng cao bằng cách tạo gốc *OH từ ozone) trong xử lý nƣớc thải. ............................................................................. 9 Bảng 2.3: Ƣu nhƣợc điểm của hai kiểu đất ngập nƣớc kiến tạo. .................... 20 Bảng 3.1: Thông số, kích thƣớc của các dụng cụ thiết bị xây dựng mô hình nghiên cứu. ....................................................................................................... 27 Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm 1. ......................................................................... 35 Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm 2. ......................................................................... 36 Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm 3. ......................................................................... 37 Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm 4. ......................................................................... 37 Bảng 3.6: Bố trí thí nghiệm 5. ......................................................................... 40 Bảng 3.7: Bố trí thí nghiệm 6. ......................................................................... 43 Bảng 3.8: Bố trí thí nghiệm 7. ......................................................................... 45 Bảng 3.9: Chỉ tiêu phân tích mẫu nƣớc thải.................................................... 46 Bảng 3.10: Chỉ tiêu phân tích mẫu thực vật .................................................... 46 Bảng 3.11: Công thức tính tốc độ sinh trƣởng của thực vật ........................... 47 Bảng 4.1: Kết quả nghiên cứu thành phần nƣớc thải sơ chế gà rán tại nhà máy Jollibee ............................................................................................................. 52 Bảng 4.2: Tóm tắt diễn biến chất lƣợng nƣớc thải ở thí nghiệm 2 (số liệu chi tiết thể hiện trong Phụ lục 1 – Bảng PL 1.2) ................................................... 59 Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý COD và tỷ lệ BOD5/COD trong nƣớc thải của thí nghiệm 3. ......................................................................................................... 64 Bảng 4.4: Tóm tắt hiệu quả khử COD và tỷ lệ BOD5/COD trong nƣớc thải của thí nghiệm 4 (số liệu chi tiết thể hiện trong Phụ lục 1 – Bảng PL 1.3) ........... 66 Bảng 4.5: Kết quả dự báo của mô hình xu thế tuyến tính đối với 3 nghiệm thức thí nghiệm. ............................................................................................... 68 Bảng 4.6: Kết quả thống kê phƣơng sai 3 nhân tố (giá trị F và giá trị Sig.) giữa lƣợng nƣớc thải, nồng độ và thời gian ............................................................. 76 Bảng 4.7: Kết quả thống kê phƣơng sai 3 nhân tố (giá trị F và giá trị Sig.) giữa lƣợng nƣớc thải, nồng độ và thời gian ............................................................. 83 xi
Bảng 4.8: Kết quả thống kê phƣơng sai 3 nhân tố (giá trị F và giá trị Sig.) giữa lƣợng nƣớc thải, nồng độ nƣớc thải và thời gian ............................................. 83 Bảng 4.9: Kết quả thống kê phƣơng sai 2 nhân tố (giá trị F và giá trị Sig.) giữa ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý nƣớc thải của sậy. ........................................... 89 Bảng 4.10: Kết quả thống kê phƣơng sai 2 nhân tố (giá trị F và giá trị Sig.) ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của sậy. ................................................................ 90 Bảng 4.11: Mối quan hệ giữa tích lũy TN, TP và trọng lƣợng khô của sậy ........................................................................................................... 94 Bảng 4.12: Kết quả dự báo của mô hình xu thế tuyến tính ............................. 96 Bảng 4.13: Các chỉ tiêu Sinh trƣởng của Sậy ................................................. 97 Bảng 4.14: Diễn biến tỷ lệ nhu mô xốp ở thân và rễ sậy theo thời gian ......... 99 Bảng 4.15: Trọng lƣợng tƣơi, khô thân lá và rễ của Sậy .............................. 102 Bảng 4.16: Diễn biến tích luỹ đạm, lân của Sậy ........................................... 103 Bảng 4.17: Trọng lƣợng đạm, lân tích luỹ của Sậy ...................................... 103 Bảng 4.18: Cân bằng đạm lân trong hệ thống ............................................... 106 Bảng 4.19: Biến thiên các thông số chất lƣợng nƣớc trong thí nghiệm........ 108 Bảng 4.20: Mối quan hệ giữa sự phát triển của sậy với nồng độ các chất ô nhiễm ............................................................................................................. 110 Bảng 4.21: Số liệu dự báo cho mô hình dự báo tuyết tính ............................ 114 Bảng 4.22: Chất lƣợng nƣớc sau xử lý (Thí nghiệm 7) ................................ 115 Bảng 4.23: Tính toán chi phí đầu tƣ xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán Jollibee. .................................................................... 123 Bảng 4.24: So sánh hiệu quả kinh tế. ............................................................ 124 Bảng 4.25: Ứng dụng cho các công trình tƣơng tự ....................................... 125 xii
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ một khu hệ thống đất ngập nƣớc kiến tạo (Theo Melbourne Water, 2002 trích bởi Lê Anh Tuấn và ctv., 2009) .......................................... 19 Hình 3.1: Quá trình nghiên cứu thống kê (Ngô Thị Thuận và ctv., 2006) ..... 25 Hình 3.2: Sơ đồ sơ nghiên cứu của luận án. ................................................... 26 Hình 3.3: Mô hình thí nghiệm nội dung nghiên cứu 2. .................................. 28 Hình 3.4a: Máy ozone sục khí vào bể phản ứng. ............................................ 29 Hình 3.4b: Thu mẫu nƣớc thải sau thí nghiệm ............................................... 29 Hình 3.5a: Sậy bắt đầu trồng ở thí nghiệm 5. ................................................. 29 Hình 3.5b: Sậy phát triển tốt ở thí nghiệm 5. ................................................. 29 Hình 3.6a: Thùng nhựa để làm mô hình thí nghiệm 6. ................................... 30 Hình 3.6b: Vật liệu cát. ................................................................................... 30 Hình 3.7a: Sậy mới trồng ở thí nghiệm 7 ....................................................... 33 Hình 3.7b: Van thu nƣớc sau thí nghiệm 7. .................................................... 33 Hình 3.7c: Sậy trồng ở thí nghiệm 7. .............................................................. 33 Hình 3.8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5. ............................................................... 41 Hình 3.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6. ............................................................... 44 Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 7. ............................................................. 45 Hình 4.1: Quy trình sơ chế gà rán công nghiệp Jollibee................................. 51 Hình 4.2: Công nghệ xử lý nƣớc thải hiện hữu của nhà máy Jollibee. ........... 53 Hình 4.3a: Biễu diễn giá trị COD, BOD5 và tỷ lệ BOD5/COD ở pH = 7. ...... 55 Hình 4.3d: Biểu diễn hiệu quả làm giảm COD ở các pH khác nhau .............. 55 Hình 4.3b: Biễu diễn giá trị COD, BOD5 và tỷ lệ BOD5/COD ở pH = 8....... 55 Hình 4.3c: Biễu diễn giá trị COD, BOD5 và tỷ lệ BOD5/COD ở pH = 9 ...... 55 Hình 4.4: Hiệu suất làm giảm COD ở các nghiệm thức ozone khác nhau. .... 58 Hình 4.5: Hiệu suất làm giảm COD, BOD5 và tỷ lệ BOD5/COD ở nghiệm thức liều lƣợng ozone khác nhau (Phụ lục 2 – Hình PL 2.16). ....................... 62 Hình 4.6: Hiệu quả khử COD và tỷ lệ BOD5/COD. ....................................... 64 Hình 4.9: Biểu diễn chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải thí nghiệm khác nhau (Phụ lục 2 – Hình PL 2.17). ......................... 70 xiii
Hình 4.10: Biểu diễn thông số DO ở các nghiệm thức nƣớc thải khác nhau . 73 Hình 4.11: Biểu diễn thông số pH ở các nghiệm thức nƣớc thải khác nhau .. 74 Hình 4.12: Biểu diễn thông số EC ở các nghiệm thức nƣớc thải khác nhau .. 75 Hình 4.13a: Trọng lƣợng tƣơi của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 6L/3 ngày .................................................................................................................. 78 Hình 4.13b: Trọng lƣợng tƣơi của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 9L/3 ngày .................................................................................................................. 78 Hình 4.13c: Trọng lƣợng tƣơi của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 12L/3 ngày .................................................................................................................. 78 Hình 4.14a: Trọng lƣợng khô của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 6L/3 ngày .................................................................................................................. 79 Hình 4.14b: Trọng lƣợng khô của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 9L/3 ngày .................................................................................................................. 79 Hình 4.14c: Trọng lƣợng khô của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 12L/3 ngày .................................................................................................................. 79 Hình 4.15a: Chiều cao của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 6L/3 ngày ... 80 Hình 4.15b: Chiều cao của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 9L/3 ngày ... 80 Hình 4.15c: Chiều cao của sậy ở nghiệm thức lƣợng nƣớc thải 12L/3 ngày . 80 Hình 4.16a: Tốc độ tăng trƣởng của sậy ở Lƣợng nƣớc thải 6L/3ngày ......... 82 Hình 4.16b: Tốc độ tăng trƣởng của sậy ở Lƣợng nƣớc thải 9L/3ngày ......... 82 Hình 4.16c: Tốc độ tặng trƣởng của sậy ở Lƣợng nƣớc thải 12L/3ngày. ...... 82 Hình 4.17: Biểu diễn Tỷ lệ diện tích khoang chuyển khí/diện tích lát cắt ngang thân sậy ở các nghiệm thức lƣợng nƣớc thải khác nhau (Phụ lục 2 – Hình PL 2.18). ................................................................................................. 84 Hình 4.18: Biểu diễn chất lƣợng nƣớc (H_TP, H_TN, H_COD, H_BOD5) theo từng mật độ trồng (thể hiện rõ trong Phụ lục 2 – Hình PL 2.19)............. 88 Hình 4.19a: Trọng lƣợng tƣơi của sậy ............................................................ 91 Hình 4.19b: Trọng lƣợng khô của sậy ............................................................ 91 Hình 4.19c: Chiều cao của sậy........................................................................ 91 Hình 4.19d: Chiều dài rễ................................................................................. 91 Hình 4.19e: Số lƣợng cây sậy ......................................................................... 91 xiv
Hình 4.20a: Khả năng tích luỹ TN trong rễ sậy.............................................. 92 Hình 4.20b: Khả năng tích luỹ TN trong thân, lá sậy..................................... 92 Hình 4.21a: Khả năng tích luỹ TP trong rễ sậy .............................................. 93 Hình 4.21b: Khả năng tích luỹ TP trong thân, lá sậy. .................................... 93 Hình 4.22: Trọng lƣợng tƣơi và trọng lƣợng khô của sậy .............................. 99 Hình 4.23: Tỷ lệ nhu mô xốp ở thân và ở rễ sậy........................................... 100 Hình 4.25: Tích lũy đạm lân của sậy ............................................................ 104 Hình 4.26: Mối tƣơng quan tuyến tính giữa tích lũy TN trong sậy và hiệu quả xử lý COD ...................................................................................................... 111 Hình 4.27: Mối tƣơng quan tuyến tính giữa tích lũy TP trong sậy và hiệu quả xử lý COD ...................................................................................................... 111 Hình 4.28: Mối tƣơng quan tuyến tính giữa Sinh khối và TN, TP ............... 112 Hình 4.29: Mối tƣơng quan tuyến tính giữa hiệu suất xử lý COD và TN, TP ........................................................................................................................ 112 Hình 4.30: Công nghệ xử lý nƣớc thải sơ chế gà rán Jollibee. ..................... 122 xv
DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AOPs Advanced Oxidation Processes Quá trình oxy hóa nâng cao BAF Biological Aerated Filter Lọc sinh học có sục khí BOD5 Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học ctv Cộng tác viên CWs Construted Wetland DO Dissolved Oxygen Lƣợng oxy hòa tan ĐNN Đất ngập nƣớc EC Electrical Conductivity Độ dẫn điện et al And Others Cộng sự KXĐ Limits of detection Không xác định LOD Giới hạn phát hiện NMX Aerenchyma Nhu mô xốp/ khoang chuyển khí NT Trial Nghiệm thức O3 Ozone Khí ozone QCVN National Technical Regulation Quy chuẩn Việt Nam RGR Relative Growth Rate Tốc độ tăng trƣởng tƣơng đối TN Total Nitrogen Tổng nitrogen/ tổng đạm TP Total Phosphorus Tổng phosphorus/ tổng lân TLT Fresh Biomass Trọng lƣợng tƣơi TLK Dry Biomass Trọng lƣợng khô TSTV Aquatic Plants Thủy sinh thực vật UV Ultraviolet Tia cực tím/ tia tử ngoại VSV Microorganism Vi sinh vật VNĐ Việt Nam Đồng XLNT Waste Water Treatment Xử lý nƣớc thải xvi
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Trong xu thế phát triển của xã hội ngày nay, thực phẩm ăn nhanh đang là lĩnh vực có tốc độ phát triển nhanh chóng do sự tiện lợi, giá cả hợp lý và tiết kiệm đƣợc nhiều thời gian hơn khi đến ăn trực tiếp tại các quán ăn, nhà hàng. Theo tác giả Minh Anh (2012 có bài đăng trên tạp chí Nhịp cầu đầu tƣ “nhận định và đánh giá của nhiều chuyên gia kinh tế dù ảnh hƣởng đáng kể của dịch Covid-19 đến nền kinh tế thế giới nhƣng tiềm năng phát triển trong lĩnh vực thức ăn nhanh đƣợc dự báo tăng từ 5-6%/năm trong giai đoạn 2020 –2025”. Nƣớc thải từ ngành sản xuất thực phẩm ăn nhanh, đặc biệt nƣớc thải phát sinh từ quá trình tẩm ƣớp (sơ chế) gà rán công nghiệp là loại nƣớc thải có chứa các hợp chất gia vị, là các hợp chất đa phân tử, có thành phần và tính chất kháng khuẩn, kháng vi sinh vật và kháng nấm (Małgorzata Jałosińska and Jacek Wilczak, 2009). Khi ƣớp thịt bò với rƣợu vang đỏ, mật ong, húng tây, kinh giới, tỏi, và cải ngựa có thể kiểm soát đƣợc tổng số vi khuẩn mesophilic hiếu khí, vi khuẩn axit lactic và quá trình oxy hóa của thịt (Daniela Istrati et al., 2011); Hoạt tính kháng nấm của các loại gia vị: Tỏi, Hành tây, Gừng, Tiêu, Đinh hƣơng, Quế,… Kết quả cho thấy hoạt chất trong Tỏi và Đinh hƣơng ở nồng độ 20% ức chế hoàn toàn khả năng tăng trƣởng của nấm (Shubhi Avasthi et al., 2010); Tinh dầu của các loại gia vị và thảo dƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ: Tỏi, Mù tạt, Quế, Thì Là, cây Đinh hƣơng, Quế, Húng tây, Húng quế, Oregano, hạt Tiêu, Gừng, cây Xô thơm, Hƣơng thảo, đều có tác dụng kháng khuẩn rất tốt (Marija M. Ńkrinjar and Nevena T. Nemet, 2009). Trên thực tế để xử lý nƣớc thải phát sinh từ ngành sơ chế gà rán công nghiệp, cần hệ thống xử lý nƣớc thải phức tạp với nhiều công đoạn xử lý hóa lý và sinh học. Vì vậy, tìm ra giải pháp xử lý nƣớc thải sơ chế gàn rán công nghiệp theo xu hƣớng sinh thái thân thiện môi trƣờng là rất cần thiết. Một số nghiên cứu sử dụng thực vật xử lý nƣớc thải đã đƣợc thực hiện nhƣ hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng Sậy (Phragmites australis) (Trƣơng Thị Nga và ctv., 2007); Trƣơng Hoàng Đan và ctv. (2012 đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải hầm tự hoại. Nghiên khả năng xử lý ô nhiễm Nitrates, Nitroglycerin, và Nitroglycol của 3 loại thực vật là Cỏ Hƣơng bồ, cây Sậy và cây Cỏ Nến/ Bồn Bồn (Roman Marecik et al., 2013); So sánh nghiên cứu xử lý nƣớc thải bằng đất ngập nƣớc thực vật là Chuối hoa và Sậy (Kavya S Kallimani and Arjun S Virupakshi, 2015). Việt Nam có nhiều loại thực vật, đặc biệt là các loại thực vật có khả năng làm sạch nhiều loại chất ô nhiễm trong nƣớc thải. 1
Bên cạnh đó nhiều nghiên cứu có sự kết hợp phƣơng pháp hóa sinh trong xử lý nƣớc thải đem lại hiệu quả, nhƣ tác giả Trƣơng Thanh Cảnh (2010) nghiên cứu xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc sinh học dòng bùn ngƣợc, hiệu quả xử lý khoảng 97%, 80%, 94%, 90% và 85% tƣơng ứng với COD, BOD5, SS, N và P; Nhóm tác giả Lê Công Nhất Phƣơng và ctv. (2012 đã kết luận hiệu suất xử lý đạt 92% ở tải trọng 0,04 kgN- NH4/m3.ngày và 87,8% ở tải trọng 0,14 kgN-NH4/m3.ngày khi nghiên cứu xử lý Ammonium trong nƣớc thải giết mổ bằng việc sử dụng kết hợp quá trình nitrit hóa một phần/Anammox. Nghiên cứu xử lý nƣớc thải phát sinh từ nhà máy sản xuất dƣợc phẩm bằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao kết hợp phƣơng pháp sinh học của Nguyễn Điền Châu (2012), ở pH = 8,0, hiệu suất xử lý COD là 8 – 30%, tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,26 – 0,35 đến 0,64 – 0,69 (tăng từ 2,0 đến 2,5 lần đối với hệ quang hóa UV/H2O2 và ở pH bằng 2,5 cho thấy hiệu suất xử lý COD là 43 – 50%, tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15 – 0,17 đến 0,41 – 0,43 đối với hệ quang hóa UV/H2O2/Fe2+. Nƣớc thải sau xử lý oxy hóa nâng cao đƣợc dẫn qua mô hình bùn hoạt tính hiếu khí để kiểm chứng, cho thấy nƣớc thải sau khi quang hóa dễ dàng thích nghi với quá trình sinh học. Theo Jiaqi Cui et al. (2014) nghiên cứu kết hợp quá trình oxy hóa ozone và lọc khí sinh học (Biological Aerated Filter – BAF để xử lý xyanua trong nƣớc thải mạ điện, tác giả cho biết trong điều kiện liều lƣợng ozone 100 mg/L, thời gian lƣu nƣớc 9h và 6h thì hiệu quả khử CN−, COD, Cu2+ và Ni2+ tƣơng ứng là 99,7%, 81,7%, 97,8% và 95,3%. Hoặc nhóm tác giả Cao Ngọc Điệp và ctv. (2015 đã ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri và vi khuẩn Bacillus subtilis để loại bỏ đạm, lân trong nƣớc thải lò giết mổ gia cầm, nhóm tác giả đã kết luận hiệu suất loại bỏ NH4+ từ 98,9%-100% và hiệu suất xử lý PO43- từ 90,6%-100%, pH trung bình 7-9 sau 1 ngày xử lý. Theo Tran Thi Thu Lan et al. (2016) đã nghiên cứu xử lý nƣớc thải giết mổ lợn bằng chủng vi khuẩn B. velezensis M2, kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả cho thấy với COD và tổng nitrogen đầu vào là 1.260 mg/L, 137 mg/L sau 12 giờ hiệu suất xử lý COD và tổng nitrogen tƣơng ứng là 93,2% và 83,5%. Còn nhóm nghiên cứu Mai Hùng Thanh Tùng và Nguyễn Thị Diệu Cẩm (2017 đã nghiên cứu xử lý hơn 90% COD trong nƣớc thải chế biến sữa bằng phƣơng pháp lọc sinh học hiếu khí kết hợp với Bèo cái; Hoặc đã có một số nghiên cứu kết hợp phƣơng pháp ozone với phƣơng pháp sinh học đƣợc thực hiện và đạt đƣợc một số kết quả có thể kể đến nhƣ nhóm tác giả Nguyễn Xuân Hoàng và ctv. (2017 đã tiền xử lý nƣớc rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp Fenton-ozone. Hay nhóm tác giả Phan Nguyễn Tƣờng và ctv. (2020 đã khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải chăn nuôi heo sau bể biogas bằng công nghệ lọc sinh học kết hợp bãi lọc thực vật, 2