Luận văn Thạc sĩ Khoa học: 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)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "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)" là xây dựng và thiết kế được mô hình công nghệ hiệu quả để xử lý nguồn nước thải giết mổ lợn với quy mô 1m3/ngày. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: 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)

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
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
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
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
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
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 lo ̣c sinh ho ̣c kế t hơ ̣p 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. Thiế t bi ............................................................................................................ ̣ 20 2.3. Thiế t kế và lắ p đă ̣t hê ̣ thố ng ...............................................................................21 2.2.1. Thiế t kế và lắ p đă ̣t hê ̣ thố ng xử lý sinh ho ̣c ....................................................21 2.2.2. Thiế t kế và lắ p đă ̣t hê ̣ thố ng màng lọc kết hợp khí nâng ................................24 2.2.3. Kế t hơ ̣p hê ̣ thố ng màng lo ̣c với hê ̣ thố ng 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 ̣ thố ng .....................29 2.4.1. Chuẩ n bị nước thải ..........................................................................................29 2.4.2. Chuẩ n 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
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
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 Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của modul màng (UF) quy mô 1m3/ngày ...................24 Bảng 2.3. Bảng phân tích mẫu nước thải đầu vào ....................................................29 Bảng 3.1. Năng suấ t lo ̣c của màng khi chưa cấ p khí nâng đố i với nước sa ̣ch ..........34 Bảng 3.2. Năng suấ t lo ̣c của màng khi cấp khí nâng đố i với nước sa ̣ch ...................35
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 Hình 2.2. Bể xử lý sinh học hiếu khí cho hệ thống quy mô 1m3/ngày .....................23 Hình 2.3. Hệ thống xử lý sinh học hoàn thiện của hệ thống quy mô 1m3/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 Hình 2.5. Hệ thống màng có khí nâng công suất 1m3/ngày ......................................25 Hình 2.6. Hệ thống Gaslift-MBR quy mô 1m3/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 suấ t lo ̣c của hệ màng (Qkhí=0,5 l/ph) .............................................36 Hình 3.5. Năng suấ t lọc của hệ thống màng (lưu lươ ̣ng khí nâng Qk = 0,2l/ph)......38 Hình 3.6. Năng suấ t lo ̣c của hê ̣ thố ng màng (vâ ̣n tố c nước Vnước= 0,8m/s) ...........38 Hình 3.7. Hiê ̣u quả của quá trình rửa màng bằ ng hóa chấ t và nước sa ̣ch .................39 Hình 3.8. Hiê ̣u quả xử lý COD của hê ̣ thố n g ............................................................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. Hiê ̣u quả xử lý Nitơ của hê ̣ thố n g ...........................................................43
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 cứu 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
kế được mô hình công nghệ hiệu quả để xử lý nguồn nước thải giết mổ lợn với quy mô 1m3/ngày. Kết quả của nghiên cứu được kỳ vọng sẽ tạo ra một mô hình xử lý hiệu quả thành phần gây ô nhiễm chính trong nước thải lò giết mổ lợn là chất hữu cơ. Đồng thời, đề tài cũng mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trên các loại nước thải khác nhau, đặc biệt là nguồn thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững tại Việt Nam. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Nguồn phát sinh và các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải lò mổ 1.1.1. Nguồn phát sinh Trên thế giới hiện nay, để cung ứng đủ lượng thịt cho nhu cầu tiêu dùng ngày một gia tăng của con người, đòi hỏi các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm tại các địa phương và các thành phố lớn trên thế giới phải hoạt động với công suất lớn. Theo báo cáo hàng năm của OECD-FAO (2011), giá gia súc trong giai đoạn 2011 – 2020 trung bình sẽ cao hơn 30% so với thập kỷ trước. Giá cao và nhu cầu tăng lên đối với tất cả các loại thịt làm gia tăng nguồn cung trong nước (OECD-FAO, 2012). Sản xuất thịt hàng năm dự kiến sẽ tăng trưởng 22% từ năm 2006 đến năm 2016 trên toàn thế giới [6]. Kết quả là lượng chất thải từ các cơ sở giết mổ này thải ra môi trường đang là một mối lo và cần phải được các cơ quan, nhà chức trách có thẩm quyền quản lý nghiêm ngặt hơn nữa và quan trọng nhất là tìm ra hướng xử lý nguồn thải này để giảm những tác động tiêu cực lên môi trường và sức khỏe con người. Ở Việt Nam, phần lớn gia súc đều được giết mổ theo cách thức giản đơn và tại chỗ, trong các lò giết mổ hình thành tự phát ngay trong cộng đồng dân cư, hay thậm chí ngay tại gia đình chăn nuôi. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2014, hiện nay trong 53/64 tỉnh thành trên toàn quốc mới có khoảng 851 cơ sở giết mổ đã được kiểm tra đánh giá, trên tổng số 28285 cơ sở giết mổ nhỏ lẻ. Trong đó ở 12 tỉnh trọng điểm phía Bắc có khoảng 11485 cơ sở và chỉ có khoảng 59 cơ sở giết mổ tập trung (chưa đến 1%) [6]. Với một lượng lớn chất thải phát sinh trong quá trình giết mổ cần được thu gom, xử lý thì chỉ có một số ít các nhà máy chế biến thịt công nghiệp được quy hoạch tổ chức với hệ thống xử lý nước thải và chất thải theo tiêu chuẩn. Chủ yếu tại các thành phố lớn Hà Nội và Hồ Chí Minh. Chất rắn phát sinh trong quá trình giết mổ là phân, lòng, mề, ruột, xương...Ngoài việc gây ra những ô nhiêm môi trường hiện hữu thì đây là nguồn chứa rất lớn các loại vi khuẩn, vi rút, nấm ... gây hại cho sức khỏe con người cần được xử lý. Trước thực trạng đó, một số cơ sở giết mổ tập trung ở Tây Ninh, Trà Vinh, Quảng Nam được xây dựng theo nhu cầu nhưng không còn phù hợp với quy hoạch 3
sử dụng đất, từ đó dẫn tới đầu tư không hợp lý, sử dụng, khai thác không hiệu quả, hơn nữa công tác quản lý quy hoạch thiếu chặt chẽ gây nhiều bất cập. Ở các thành phố, những cơ sở giết mổ tập trung quy mô nhỏ, hoặc giết mổ thủ công cá nhân, nước phục vụ hoạt động giết mổ lấy từ giếng khoan, nước ao, sau đó lại thải xuống cống, ao, sông mà không qua xử lý, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng [4]. Trâu, bò Lợn Làm choáng Vận chuyển đễn chuồng nhốt Mổ thịt và lấy tiết Mổ trâu, bò Máu, nước rửa Máu, nước rửa Dội nước sôi, cạo lông Xẻ các bộ phận của trâu, bò Nước rửa, lông, da Tách da, phân lọc nội tạng Loại bỏ mỡ, xẻ, lọc thịt Máu, thịt, da thừa, nước rửa, Máu, mỡ, bầy bạc nhạc, phân nhầy, da và … lông thừa, thịt, nước rửa Phân loại, cân, vận chuyển Cắt bỏ chân đến nơi tiêu thụ Thui cạo và chải rửa Pha thịt Rút bỏ nội tạng Phân loại và vận chuyển Hệ thống xử lý nước thải Hệ thống xử lý nước thải Hình 1.1. Quy trình giết mổ gia súc và các chất thải phát sinh Một số quy trình giết mổ trâu, bò, lợn được thể hiện như Hình 1.1, phần lớn các điểm giết mổ gia súc đều không quan tâm đến công tác vệ sinh, khử trùng dụng 4
cụ giết mổ, tiêu độc trước và sau giết mổ, tiêu độc định kỳ khu giết mổ chưa được thực hiện. Bởi vậy nếu các vi khuẩn vi rút lan truyền qua nước thải và chất thải rắn giết mổ ra môi trường sẽ gây hại lớn tới sức khỏe người dân và môi trường sống ở khu vực lân cận [7]. 1.1.1.1. Các thành phần chính của nước thải lò giết mổ  Thành phần vật lý: Thành phần vật lý được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt độ và lưu lượng: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy nhiên thường là có màu xám có vẩn đục. Nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì màu sắc sẽ thay đổi đáng kể; Mùi do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào; Nhiệt độ nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu do có sự gia nhiệt vào nước.  Thành phần hóa học: Nước thải chứa các hợp chất hoá học dạng vô cơ, nhiều chất hữu cơ như phân, nước tiểu và các chất thải khác như dầu, mỡ. Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần trở nên có tính axit vì thối rữa từ các chất hữu cơ từ động thực vật. - Các chất rắn Tổng các chất rắn có thể chia làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng (có thể lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được). Các chất rắn lơ lửng bao gồm các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng, kích thước lớn hơn 10-4mm, có thể ở dạng huyền phù. Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước dạng hạt trong khoảng 10– 4 mm đến 10–6 mm. Các tạp chất nổi có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước. Ngoài ra, nước thải còn bao gồm các chất ô nhiễm dạng hòa tan có kích thước nhỏ hơn 10-6mm, có thể ở dạng phân tử hoặc phân ly thành ion. - Các chất vô cơ Nước thải lò mổ và từ các xí nghiệp giết mổ sản phẩm động vật luôn có một lượng chất thải vô cơ như: ion SO4, NO3, NH4, Cl, PO4, Na, K….( SO42-, NO32-, NH4+, Cl-, PO43-, Na+, K+) - Các chất hữu cơ 5
Những chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành các chất các-bon và các chất nitơ. Các hợp chất chứa cacbon như xà phòng, hydro cacbon trong đó có cả xenlulo…Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu như ure, protein, amin, axit amin… Chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học bao gồm các chất như hydro các-bon, protein, chất béo…Đây là những chất gây ô nhiễm nước thải khu đô thị, từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, các nhà máy chế biến sữa, lò giết mổ. Chất hữu cơ tiêu thụ ôxy rất mạnh dẫn đến nguồn tiếp nhận bị suy thoái tài nguyên thủy sản và giảm chất lượng nguồn cấp nước cho sinh hoạt. Để đánh giá lượng chất hữu cơ trong chất thải thường sử dụng các thông số: nhu cầu oxy trong quá trình sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) - Các chất khác Các chất dầu mỡ có trọng lượng riêng thấp nên nổi trên bề mặt nước. Các chất dầu mỡ phủ lên bề mặt của hệ thống xử lý chất thải như làm tắc đường ống, hệ thống bơm và các màng chắn, làm giảm sự chuyển hóa ôxy và có thể làm suy giảm nghiêm trọng đến hiệu quả của hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí.  Thành phần sinh học: Nước thải nhiễm nhiều loại vi sinh vật, trong đó có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là về đường tiêu hóa, tả lị, thương hàn, ngộ độc thực phẩm. Trong phân và nước thải của lò mổ có chứa các loại vi khuẩn đường ruột như: E.coli, Salmonenlla, Shigenlla, Proteus, Clostridium tetani... Ngoài ra trong phân và nước thải gia súc còn chứa các loại trứng giun sán như: Fasiola hepatica, Fasiola gigantica, Fasiola buski, Ascaris suum…[1] Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn chỉ thị và về nguyên tắc đó là nhóm trực khuẩn (coliform). Thông số được sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số coli. 1.1.1.2. Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải giết mổ a) Tại các lò giết mổ trên thế giới Hầu hết nước thải lò giết mổ được tạo ra trong sản xuất sản phẩm thịt do các quá trình làm sạch: rửa thịt trước và sau khi giết mổ động vật và rửa sàn nhà và các trang thiết bị. Lượng nước tiêu thụ trong giết mổ động vật cũng khác nhau: 1,6-9,0 6
m3 cho mỗi tấn thịt ngựa, 1,6-8,3 m3 cho mỗi tấn thịt lợn, 5,6-8,3 m3 cho mỗi tấn thịt cừu, và 5,1-6,7 m3 cho mỗi tấn thịt gia cầm (Ủy ban châu Âu, 2005) [2]. Thành phần chất hữu cơ trong nước thải ngành giết mổ rất cao, dao động trong khoảng 1.000 – 10.000 mg/L [24]. Vì thế, việc xả nước thải này vào các nguồn nước đang là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng của các cơ sở giết mổ hiện nay. Dưới đây là một số đặc tính của nước thải lò giết mổ theo các nghiên cứu trên thế giới Bảng 1.1. Đặc tính nước thải tại một số lò giết mổ trên thế giới Hàm lƣợng trung bình Đơn Thông số vị (1) (2) (3) (4) (5) pH - 7,1 7,2 6,7 7,3 6,05 BOD mg/L - 900 11.000 - 6,000 COD mg/L 11.500 1.820 27.500 8.200 12.975 TSS mg/L 2.658 430 1.020 1.130 3.550 TN mg/L 735 190 - - 381 Amoni - N mg/L 221 - - 46,5 212,5 Protein mg/L 3.213 - - 0 - Nguồn: (1) ) Massé, D.I và L. Masse [20]; (2 Pozo, R.D và V.Diez) [21]; (3) Kobya, M. E và cộng sự [19]; (4) Rajeswari, K.V và cộng sự [23]; (5) Fuchs,W và cộng sự [16] b) Tại các lò giết mổ của Việt Nam Hiện trạng ô nhiễm ở các làng giết mổ hay các lò giết mổ tập trung ở Việt Nam hiện nay đang ở tình trạng báo động. Hàm lượng BOD, COD, SS của nước thải giết mổ trung bình lần lượt là 1800 mg/L, 2.700 mg/L và 810 mg/L; Lượng coliform là 25.000x103 MPN/100 ml [13]. Ngoài ra nước thải giết mổ còn chứa một lượng lớn mầm bệnh như là vi khuẩn Samonella, Shigella, ký sinh trùng, amip, nang bào, dư lượng thuốc trừ sâu, các độc chất…từ thức ăn của gia súc còn lại trong phân và nội tạng. 7
Đặc tính của nước thải giết mổ gia súc tại một số lò giết mổ tại Việt Nam được trình bày trong Bảng 1.2 Bảng 1.2. Đặc tính của nước thải giết mổ gia súc tại một số lò giết mổ tại Việt Nam Xí nghiệp Chế Cơ sở QCVN biến thực Tân Phú Phƣờng 40:2011/B Chỉ tiêu Đơn vị phẩm I (Ninh Trung Xuân Phú TNMT Kiều, Cần (Củ Chi) (Huế) (3) (cột B) Thơ) (1) (2) Độ màu Pt-Co - - 150 pH Pt-Co 7,2 ± 0,04 6,4 6,5 - 8,0 5,5 - 9 TSS mg/L 476 ± 56,97 270 484 - 512 100 COD mg/L 1886,4 ± 94,98 940 2420 - 3200 150 BOD5 (20oC) mg/L 928,5 ± 12,26 600 925 - 1156 50 TN mg/L 143,5 ± 8,0 63,3 168 - 172 40 TP mg/L 24,4 ± 1,69 6,1 - 6 Amoni mg/L - 55,6 -78,2 10 PO43—P mg/L - - - Độ đục NTU - - - Tổng dầu mỡ mg/L - - 10 khoáng vi Coliform khuẩn/100 - 4,6.108 - 5000 mL Nguồn: (1) [13]; (2) [11]; (3) [9] Có thể nhận thấy về ngoại trừ thông số pH (nằm trong khoảng 6,4 – 8,0) là đáp ứng Quy chuẩn Việt Nam 40: 2011 (cụ thể là 5,5 đến 9), còn lại các thông số khác như TSS, COD, BOD5, TN, TP, amoni và coliform đều vượt quá nhiều lần so với Quy chuẩn, đặc biệt là hàm lượng COD gấp QCVN từ 3,76 – 21,3 lần; 1.1.2. Các phương pháp xử lý nước thải giết mổ Công nghệ xử lý tại nguồn chất thải lò giết mổ hiện nay trên thế giới là khá đa dạng, các phương pháp được sử dụng như là hóa lý, hóa học, cơ học, sinh học. Công nghệ xử lý nước thải trên thế giới có thể được chia khái quát thành hai loại: 8
công nghệ xử lý truyền thống và công nghệ xử lý hiện đại. Một số các phương pháp xử lý hiện đại có thể kể đến như màng kết hợp với bể sinh học (MBR), hoặc phương pháp oxy hóa khử tiên tiến AOP, Fenton. Mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm cũng như những đặc điểm và yêu cầu về nguồn xử lý rác thải và chi phí đầu tư vận hành khác nhau. Trước đây, ở một số các lò giết mổ ở Bắc Mỹ (Mỹ, Canada) và một số các lò giết mổ ở Châu Âu có sử dụng hệ thống xử lý nước thải theo quy trình hóa lý: nước thải → keo tụ → tuyển nổi. Hệ thống này có khả năng xử lý đến 90% COD và một lượng lớn các chất hữu cơ như Nitơ và Photpho. Tuy nhiên theo khảo sát tại hơn 200 lò giết mổ của Hoa Kỳ ở những năm thập kỷ 70 của thế kỉ trước, thì hệ thống sử dụng hóa chất keo tụ này là một trong những hệ thống kém hiệu quả đầu tư nhất tính theo giá tiền trên lượng BOD loại bỏ. Ngoài ra hệ thống này tạo ra một lượng bùn thải có chứa hóa chất khá lớn, khó tái chế và đòi hỏi phải có các biện pháp để xử lý tiếp theo [18]. Hiện nay trên thế giới, các công nghệ đang chuyển dần về khai thác ứng dụng giải pháp công nghệ sinh học, do chúng thân thiện hơn với môi trường, ít sử dụng hóa chất và không tạo ra các chất thải thứ cấp có thể gây ảnh hưởng tới môi trường. Một số giải pháp điển hình như: a) Giải pháp bể phản ứng sinh học hiếu khí Ưu điểm lớn của dạng khai thác năng lực của hệ vi sinh vật hiếu khí là có thể chuyển hóa hoàn toàn chất hữu cơ thành sản phẩm cuối là CO2 và H2O. Bể phản ứng sinh học hiếu khí là phương pháp khá cổ điển, tuy nhiên có thể cho hiệu quả khá cao. Bể phản ứng hiếu khí được áp dụng cho xử lý nước thải giết mổ của lò giết mổ phía nam Quebec, Canada vào năm 1985. Với BOD đầu vào từ 1500-3000 mg/L, BOD đầu ra luôn nhỏ hơn 50 mg/L. Tuy nhiên, giải pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng vào khâu sục khí - khuấy trộn. Trong thực tiễn, các cơ sở xử lý nước thải áp dụng giải pháp công nghệ hiếu khí này thường phối hợp với giải pháp phân hủy kỵ khí, dưới dạng xây dựng đồng thời một (hay một số) bể hiếu khí nối tiếp hoặc song song, với các bể lên men kỵ khí (triệt để hoặc ở chế độ vi hiếu khí) [18]. 9
b) Giải pháp công nghệ phân hủy yếm khí treo bùn hoạt tính (UASB) Phương pháp này có những ưu điểm là tiêu tốn ít năng lượng (do không phải sục khí), có thể thu được khí sinh học (năng lượng), có khả xử lý nước thải có hàm lượng BOD cao. Tuy nhiên, với phương pháp này khả năng phân hủy thường không triệt để, thời gian lưu nước (xử lý) lâu hơn so với bể hiếu khí. Trong thực tiễn, giải pháp phân hủy UASB này có thể áp dụng riêng rẽ để phân hủy sơ bộ nguồn nước thải ô nhiễm cục bộ trong các nhà máy trước khi dẫn vào dòng thải chung, hay phối hợp với giải pháp bể phản ứng hiếu khí nêu trên trong các hệ thống xử lý nước thải với công suất xử lý đủ lớn, và có thể kết hợp thu khí sinh học [2]. c) Giải pháp thiết bị phản ứng khối tuần tự gián đoạn (SBR) Đây là giải pháp khai thác năng lực phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật trong bùn hoạt động xử lý gián đoạn khép kín theo mẻ, tuần tự qua sáu giai đoạn chính nối tiếp nhau là: xử lý yếm khí, xử lý vi hiếu khí, xử lý hiếu khí, phản ứng tương tác, lắng gạn và tách phân ly bùn. Ưu điểm của công nghệ này là giảm mức tiêu hao năng lượng vận hành hơn so với dạng thiết bị phản ứng hiếu khí tích cực và tiết kiệm diện tích xây dựng bể lắng thứ cấp. Tuy nhiên hiệu quả khai thác năng lực thiết bị cấp khí hạn chế, do chỉ vận hành trong phần thời gian cần cung cấp ôxy cho quá trình. Giải pháp này được sử dụng cho các lò giết mổ trên khắp nơi trên thế giới, trong đó có các lò giết mổ ở các nước như Hoa Kỳ, Úc [2]. d) Giải pháp công nghệ lọc sinh học (Biofilter system): Các thiết bị lọc sinh học hiếu khí thường gặp là dạng thùng lọc sinh học (với nước thải được tưới chảy màng trên bề mặt vật liệu đệm /Trickling Filter system/; hay dạng có thổi khí vào lớp vật liệu đệm cố định ngập trong nước thải/Aerated Upflow Fixed Bed Reactor/; hoặc dạng có thổi khí vào lớp vật liệu đệm lơ lửng trong nước thải/Aerated Moving Bed Reactor/) và dạng đĩa quay tiếp xúc (Rotating biological Contractor). Dạng thiết bị lọc sinh học kỵ khí điển hình là màng lọc sinh học kỵ khí cố định (Anaerobic Fixed Film Reactor) [2]. Các thiết bị phản ứng dạng màng nêu trên thường được ứng dụng để xử lý cục bộ nước thải, hoặc đóng vai trò là một công đoạn trong hệ thống xử lý hiếu khí - vi hiếu khí và/hoặc kỵ khí phối hợp... 10
e) Công nghệ MBR Trong những năm gần đây, công nghệ MBR đang được nổi lên như là một giải pháp xử lý nước thải hiệu quả hơn hẳn so với công nghệ xử lý nước thải truyền thống [2]. Công nghệ MBR là công nghệ kết hợp giữa bể sinh học và màng lọc (thường là màng lọc ultra (UF) hoặc màng micro (MF)) (Hình 1.2). MBR có các tính năng ưu việt so với các phương pháp truyền thống như: - Thiết kế nhỏ gọn do không cần có bể lắng cấp hai dẫn đến giảm chi phí xây dựng cơ bản và giải phóng mặt bằng, hệ quả là giảm phí thời gian không xác định, tăng hiệu quả kinh tế. - Do mật độ sinh khối trong bể phản ứng cao nên một mặt năng suất xử lý tăng, thời gian lưu nước ngắn điều này đồng nghĩa với việc làm giảm thể tích khối và không tốn chi phí xây dựng, bể khử trùng, giảm diện tích mặt bằng; mặt khác thời gian cho phép lưu bùn lâu và phân huỷ bùn ngay trong bể phản ứng dẫn đến giảm lượng và chi phí xử lí bùn thải, vì bùn thải là sản phẩm phụ không mong muốn của bất kì quá trình xử lí sinh học nào [10]. Dễ điều chỉnh hoạt động sinh học. Loại bỏ được tất cả các chất rắn và chất lơ lửng trong nước và chất lượng đầu ra không còn vi sinh vật nên duy trì được nồng độ sinh khối cao trong bể sinh học bởi vậy tăng hoạt động sinh học trong bể. - Tăng cường chất lượng nước ra tới mức cao nhất hiện nay, đặc biệt về khía cạnh các chỉ tiêu vi sinh, điều này cho phép tái sử dụng nước xử lí để giảm thiểu chi phí nước sạch cho các mục đích công cộng như tưới cây, rửa phố, rửa xe …[17]. Công nghệ này loại bỏ được vi khuẩn, vi sinh vật có kích thước cực nhỏ, các Coliform, E-Coli và cho chất lượng nước cao hơn so với công nghệ truyền thống. - Quy trình công nghệ được điều khiển dễ dàng, tự động và được triển khai dưới dạng modul cho công suất tùy nhu cầu với chế độ tự động hoá hợp lí, giảm thiểu sự phụ thuộc vào người vận hành. 11