ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Trƣờng Quân
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ
YẾM KHÍ KẾT HỢP MÔ HÌNH HÓA
QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN
NUÔI GIÀU HỮU CƠ
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 9440301.01
(DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2020
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Văn Chiều
PGS.TS. Cao Thế Hà
Phản biện: ..........................................................
Phản biện: ..........................................................
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học
Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên
Vào hồi giờ ngày tháng năm 2020
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, ĐHQGHN
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề, lý do lựa chọn đề tài
Ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề đáng lo ngại
không những đối với các nước phát triển mà còn là sự thách
thức đối với các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam.
Nước thải chưa qua xử lý được thải ra môi trường là tình trạng
phổ biến ở các đô thị. Đặc biệt là nước thải của các cơ sở sản
xuất thực phẩm, các trang trại chăn nuôi, cơ sở giết mổ gia súc,
các làng nghề bún, bánh đa, … Nước thải chưa được xử lý mà
thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm môi trường nước, ô
nhiễm môi trường xung quanh làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới
sức khỏe của con người.
Nước thải chăn nuôi thuộc loại nước thải giàu chất
hữu cơ, cặn, nitơ và phốt pho, vì vậy để xử lý nước thải chăn
nuôi việc áp dụng công nghệ xử lý phù hợp và hiệu quả đối với
nước thải giàu hữu cơ nói chung và nước thải chăn nuôi lợn nói
riêng là rất quan trọng và đang là một nhu cầu bức thiết hiện
nay. Có nhiều phương pháp để xử lý nước thải giàu hữu cơ này.
Đối với các loại nước thải này thì phương pháp đóng vai trò chủ
chốt, hiệu quả và thân thiện với môi trường được lựa chọn
nhiều nhất là một trong các phương pháp xử lý sinh học như: xử
lý chất thải lỏng bằng Biogas, lọc sinh học, hệ ngược dòng qua
lớp đệm vi sinh yếm khí (UASB - Upflow Anaerobic Sludge
Blanket) và các biến thể của công nghệ UASB như EGSB
(Expanded Granular Sludge Bed - đệm vi sinh dạng hạt trương
nở), IC (Internal Circulation - Kĩ thuật tuần hoàn nội), … Vấn
đề đặt ra là làm sao có thể áp dụng một cách hiệu quả, kiểm soát
được các kĩ thuật xử lý cao tải này; các yếu tố như cấu hình hệ
2
thống, mật độ bùn, chế độ vận hành ảnh hưởng đến năng lực và
hiệu quả xử lý.
Kĩ thuật xử lý yếm khí tuần hoàn nội - IC có những ưu
điểm như: thứ nhất là hệ thống có khả năng khuấy trộn tự thân
cao nên tiêu tốn ít năng lượng, thứ hai là hệ có năng suất xử lý
cao phù hợp với đối tượng nước thải chăn nuôi có hàm lượng
hữu cơ cao và tải lượng lớn. Bên cạnh đó, hệ IC sinh ra ít bùn -
giảm chi phí xử lý bùn và có thể thu hồi năng lượng. Tuy nhiên,
kĩ thuật IC gặp phải một số hạn chế về mặt chế tạo yêu cầu cột
phản ứng có chiều cao lớn (3 đến 20 mét) và khó khăn cho việc
vận hành và bảo trì. Do đó nó cần phải được cải tiến về mặt kĩ
thuật cho phù hợp - tức là hệ thống cải tiến giảm chiều cao để
khắc phục các hạn chế nêu trên. Việc đánh giá khả năng xử lý
và các yếu tố ảnh hưởng đối với một loại nước thải cụ thể trong
hệ thống cải tiến so với hệ nguyên mẫu cần phải được đặt ra.
Đây là một phần tính mới trong đề tài nghiên cứu của luận án.
Bên cạnh đó, kĩ thuật UASB cũng như kĩ thuật IC khi
vận hành ở mật độ bùn vi sinh lơ lửng quá cao (trên 10 g/l) thì
có điểm yếu là dễ bị rửa trôi ra ngoài cùng với nước thải ở cuối
cột dẫn đến giảm hiệu quả xử lý và nước thải đầu ra chứa nhiều
vi sinh và cặn bùn. Một trong các giải pháp tăng mật độ bùn
hiệu quả là sử dụng vật liệu mang vi sinh và đánh giá được
năng lực xử lý hữu cơ ở chế độ màng vi sinh cố định (FBBR -
Fixed Bed Biofilm Reactor) và chuyển động (MBBR - Moving
Bed Biofilm Reactor) được quan tâm trong luận án này.
Việc bước đầu áp dụng mô hình hóa và mô phỏng một
số quá trình xử lý các thành phần hữu cơ nhằm đưa ra được một
mô hình quá trình phù hợp giữa kết quả tính toán và thực
3
nghiệm cũng được đặt ra đối với loại nước thải chăn nuôi giàu
hữu cơ trên thực tế. Mô hình thu được sẽ cho phép tính toán
được kết quả các chỉ tiêu quan tâm đối với thành phần nước thải
đầu vào biết trước; làm giảm được một số lượng lớn thực
nghiệm, rút ngắn thời gian, công sức, chi phí nghiên cứu và vận
hành hệ thống thí nghiệm; cho phép nhanh chóng đánh giá diễn
biến và kiểm soát quá trình, và góp phần thiết kế hệ thống xử lý
qui mô nhỏ đến qui mô lớn đối với loại nước thải chăn nuôi
giàu hữu cơ đã được nghiên cứu.
Với những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu cải tiến công
nghệ yếm khí kết hợp mô hình hóa quá trình xử lý nước thải
chăn nuôi giàu hữu cơ” được lựa chọn nhằm mục đích giải
quyết các yêu cầu nêu trên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
1) Nghiên cứu cải tiến và đánh giá được khả năng xử lý
nước thải của hệ xử lý yếm khí tuần hoàn nội cải tiến (MIC -
Modified Internal Cỉculation).
2) Nghiên cứu và đánh giá bồn phản ứng ngược dòng
qua lớp đệm vi sinh yếm khí sử dụng vật liệu mang vi sinh ở
chế độ chuyển động và cố định đối với nước thải chăn nuôi giàu
hữu cơ phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
3) Áp dụng mô hình hóa một số quá trình xử lý yếm khí
đối với thành phần hữu cơ trong hệ bùn lơ lửng, đánh giá sự
phù hợp giữa kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm nhằm
đưa ra được mô hình quá trình yếm khí.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Nước thải giàu hữu cơ (nước thải chăn nuôi lợn được
lấy ở Thanh Trì, Hà Nội và Vĩnh Tường, Vĩnh Phúc).