Tóm tắt dự thảo Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> ---------------------------<br /> <br /> Nguyễn Sáng<br /> <br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHĂN NUÔI<br /> BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC<br /> KẾT HỢP LỌC MÀNG<br /> Chuyên ngành: Môi trường đất và nước<br /> Mã số: 62440303<br /> <br /> TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> <br /> Công trình đƣợc hoàn thành tại:<br /> Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> Ngƣời dƣớng dẫn khoa học<br /> 1. PGS.TS. Trần Văn Quy<br /> 2. TS. Trần Hùng Thuận<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ<br /> cấp Đại học Quốc gia tại: …………………………………………<br /> Vào hồi …… giờ …… ngày …… tháng …… năm 20<br /> <br /> Có thể tìm hiểu Luận án Tiến sĩ tại:<br />  Thƣ viện Quốc gia Việt Nam<br />  Trung tâm thông tin Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của đề tài<br /> Những năm gần đây, sự tăng trưởng nhanh của ngành chăn nuôi tại Việt Nam, đã góp phần quan trọng<br /> vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, ngành chăn nuôi đã và<br /> đang làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng<br /> dân cư và hệ sinh thái tự nhiên do nước thải từ các trang trại đưa vào nguồn tiếp nhận nhưng chưa qua xử lý<br /> hoặc chỉ xử lý bằng các biện pháp đơn lẻ, không hiệu quả, không đạt tiêu chuẩn xả thải. Trong số đó, phải kể<br /> đến nguồn nước thải từ các trang trại chăn nuôi lợn với hàm lượng của các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, chất<br /> dinh dưỡng nitơ, phôtpho và vi sinh vật gây bệnh cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải cho phép.<br /> Trên thực tế, ở nước ta cho đến nay vấn đề xử lý nguồn nước thải ô nhiễm này thường bị bỏ qua. Do đó, việc<br /> xử lý một khối lượng lớn nước thải phát sinh từ ngành chăn nuôi gia súc là nhu cầu cấp thiết của ngành công<br /> nghiệp môi trường.<br /> Có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như: phương pháp sinh học (công nghệ bùn hoạt<br /> tính, phân hủy yếm khí, thực vật thủy sinh); phương pháp hóa lý; phương pháp đất ngập nước; ... đã được<br /> nghiên cứu, áp dụng. Các phương pháp này hoặc là gây tốn kém về chi phí hóa chất, hoặc là yêu cầu thời<br /> gian lưu nước dài (20 – 30 ngày) và sử dụng diện tích đất lớn. Ngoài ra, do nồng độ các thành phần nitơ và<br /> phôtpho trong nước thải chăn nuôi quá lớn, nên hầu như các phương pháp này vẫn chưa thể xử lý triệt để<br /> được các chất ô nhiễm này.<br /> Tại các nước phát triển việc ứng dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải có tải trọng ô<br /> nhiễm cao như chăn nuôi đã được nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến trong nhiều năm qua. Để tăng hiệu quả<br /> xử lý đối với các nguồn thải này, việc ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng (gọi tắt là công nghệ<br /> MBR) đang được coi là giải pháp và hướng đi phù hợp hiện nay trên thế giới. Dựa trên khả năng tách loại<br /> rắn – lỏng rất tốt của màng nên làm tăng được nồng độ vi sinh trong bể xử lý, đặc biệt đối với các vi khuẩn<br /> có tốc độ sinh trưởng thấp như Nitrosomonas, Nitrobacter (oxy hóa ammoni thành NOx-), dẫn đến có thể<br /> tăng hiệu suất xử lý nitơ cao hơn 60% so với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống, đồng thời màng cũng có<br /> thể loại bỏ vi khuẩn gần như tuyệt đối (Urbain và ncs, 1996; Kim và ncs, 2008). Ngoài ra, công nghệ này có<br /> khả năng xử lý BOD5, COD, SS và TP trong nước thải chăn nuôi lợn, với hiệu suất đạt được rất cao (Kim và<br /> ncs, 2005). Tuy nhiên, do tải lượng các chất ô nhiễm trong nguồn nước thải chăn nuôi đầu vào thường xuyên<br /> thay đổi, cho nên rất khó kiểm soát được sự ổn định chất lượng nước đầu ra sau quá trình xử lý. Bên cạnh<br /> đó, việc khắc phục hiện tượng tắc nghẽn màng lọc, thường xảy ra khi vận hành hệ thống MBR, đòi hỏi màng<br /> phải được làm sạch bằng hóa chất hoặc thay mới (Judd, 2006; DSTI, 2009). Do đó, làm cho giá thành vận<br /> hành hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ này tăng cao.<br /> Chính vì vậy, để có thể bố trí các đơn nguyên phù hợp trong hệ thống công nghệ MBR và xác định<br /> được các điều kiện vận hành tối ưu nhằm khắc phục được các tồn tại trên, để xử lý hiệu quả nước thải chăn<br /> nuôi khi áp dụng công nghệ này, thì việc lựa chọn và thực hiện đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước thải<br /> chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng” là rất cần thiết. Các kết quả của nghiên cứu này<br /> sẽ góp phần trong việc tìm kiếm phương pháp hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi, phù hợp với điều kiện của<br /> Việt Nam, góp phần phát triển công nghiệp hóa ngành chăn nuôi theo Quyết định số 10/2008/QĐ-TTg ngày<br /> 16 tháng 1 năm 2008 của Thủ tướng Chính phủ.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu<br /> <br /> 1<br /> <br /> - Xây dựng được hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng<br /> đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B mà không sử dụng hóa chất trong<br /> quá trình xử lý;<br /> - Xác định được các điều kiện vận hành tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương<br /> pháp sinh học kết hợp lọc màng để vừa đáp ứng được các tiêu chuẩn xả thải đối với nguồn nước thải<br /> này vừa giảm thiểu tắc nghẽn màng.<br /> 3. Luận điểm khoa học<br /> Nghiên cứu này được đặt ra, dựa trên một số luận điểm sau:<br /> - Nước thải chăn nuôi lợn là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường<br /> cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ, phôtpho và vi sinh vật gây bệnh. Trước<br /> đây, cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sử dụng các phương pháp như:<br /> phương pháp sinh học, phương pháp keo tụ, phương pháp hóa học, sử dụng hệ thống đất ngập nước, … tuy<br /> nhiên các phương pháp này có hiệu quả xử lý chưa cao, thời gian vận hành kéo dài, sử dụng diện tích đất<br /> lớn;<br /> - Ở Việt Nam, công nghệ lọc màng đã được ứng dụng trong xử lý nước thải như nước thải bệnh viện,<br /> nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, … tuy nhiên hầu hết mới được thử nghiệm và sử dụng trong các<br /> trường hợp có hàm lượng chất rắn lơ lửng và các chất ô nhiễm thấp. Đối với các nguồn nước thải có tải trọng<br /> ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi lợn thì các nghiên cứu sử dụng công nghệ tiềm năng này còn rất khiêm<br /> tốn;<br /> - Việc kết hợp cả phương pháp vật lý, sinh học và lọc màng sẽ khắc phục được các hạn chế mà các<br /> phương pháp khác còn tồn tại không giải quyết được như: xử lý được cả các hợp chất hữu cơ hòa tan, nitơ,<br /> phốtpho, chất rắn lơ lửng cũng như các loại vi khuẩn gây bệnh một cách hiệu quả; thời gian lưu ngắn; không<br /> cần bể lắng bùn; không sử dụng hóa chất cho quá trình xử lý; giảm thiểu các sản phẩm ô nhiễm thứ cấp đồng<br /> thời có thể tiết kiệm chi phí cho quá trình xử lý.<br /> Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng sẽ là định hướng tiềm năng<br /> áp dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi.<br /> 4.<br /> <br /> Nội dung nghiên cứu<br /> Nội dung 1: Phân tích, đánh giá đặc tính nước thải chăn nuôi khu vực nghiên cứu và lắp ghép môđun<br /> <br /> màng lọc;<br /> Nội dung 2: Khảo sát một số các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tắc nghẽn màng lọc (vật liệu màng,<br /> hình thái môđun màng, năng suất lọc, cường độ sục khí và nồng độ bùn hoạt tính trong bể tích hợp màng lọc)<br /> trên các môđun màng lọc đã được lắp ghép;<br /> Nội dung 3: Khảo sát sự thích nghi và đánh giá đặc tính bùn hoạt tính với nước thải chăn nuôi;<br /> Nội dung 4: Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống sinh học kết hợp lọc màng để xử lý nước thải<br /> chăn nuôi quy mô phòng thí nghiệm và khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện vận hành hệ thống (lưu lượng<br /> nước thải đầu vào, tỷ lệ dòng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí và đặc tính nước thải đầu vào)<br /> đến hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải;<br /> Nội dung 5: Nghiên cứu điều kiện làm sạch màng lọc;<br /> Nội dung 6: Tính toán sản lượng bùn dư thải bỏ trong bể hiếu khí tích hợp màng lọc.<br /> 5. Ý nghĩa của đề tài:<br /> 5.1. Ý nghĩa khoa học<br /> 2<br /> <br />  Kết quả thực hiện đề tài đã chứng tỏ việc ứng dụng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng trong hệ<br /> thống xử lý nước thải có tải trọng ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi lợn là rất khả quan và là cơ sở<br /> khoa học để triển khai thực tế;<br />  Xác định được chế độ vận hành hệ thống sinh học kết hợp lọc màng giúp giảm thiểu tác nghẽn màng<br /> trong quá trình vận hành, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ màng ứng dụng trong xử lý<br /> nước thải.<br /> 5.2. Ý nghĩa thực tiễn<br />  Hệ thống thiết bị và chế độ vận hành đơn giản, không cần bể lắng bùn, không sử dụng hóa chất, tiết<br /> kiệm chi phí cho quá trình xử lý, phù hợp với điều kiện của Việt Nam;<br />  Góp phần tạo ra một công nghệ mới có thể cải tạo, nâng cấp các hệ thống xứ lý nước thải đã có, đảm<br /> bảo hiệu quả xử lý, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải.<br /> 6. Đóng góp mới của đề tài<br /> - Đã xây dựng được hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc<br /> màng tại Việt Nam, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 01-79:2011/BNNPTNT loại B;<br /> - Xác định được chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp<br /> sinh học kết hợp lọc màng, vừa đáp ứng tiêu chuẩn xả thải vừa giảm thiểu tắc nghẽn màng.<br /> 7. Kết cấu của luận án<br /> Luận án được bố cục thành 3 chương và phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo.<br /> Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;<br /> Chương 2: Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu;<br /> Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.<br /> Luận án được trình bày trong 131 trang A4, 12 bảng biểu, 45 hình vẽ, danh mục 5 công trình khoa học<br /> của tác giả đã được công bố, 94 tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng Anh.<br /> Chƣơng 1. TỔNG QUAN<br /> 1.1. Tình hình phát triển chăn nuôi tại Việt Nam<br /> Trong những năm vừa qua, ngành chăn nuôi trong nước luôn giữ mức tăng trưởng cao và ổn định.<br /> Về hình thức chăn nuôi, hiện nay, chăn nuôi quy mô nhỏ lẻ hộ gia đình vẫn chiếm tỷ trọng lớn khoảng<br /> 65 - 70% về số lượng và sản lượng. Tuy nhiên, ngành chăn nuôi nước ta đang có những dịch chuyển nhanh<br /> chóng từ chăn nuôi nhỏ lẻ sang chăn nuôi quy mô lớn, trang trại, công nghiệp.<br /> 1.2. Khối lƣợng và đặc tính nƣớc thải chăn nuôi<br /> Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước tiểu, nước rửa chuồng, nước tắm vật nuôi. Chỉ tính<br /> riêng với chăn nuôi lợn, nếu trung bình lượng nước thải ra 25 lít/con lợn/ngày thì lượng nước thải ra một<br /> năm khoảng 85 triệu m3, một con số đáng kể (Trần Văn Tựa, 2015). Khi chăn nuôi tập trung, mật độ chăn<br /> nuôi tăng cao dẫn đến tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm cũng tăng cao.<br /> Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi, qua kết quả khảo sát của Viện KH&CN<br /> Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2009) nhận thấy, giá trị COD, TN, TP, SS và coliform trong<br /> nước thải chăn nuôi lợn rất cao, với các giá trị tương ứng là 2500 – 12120 mgO2/L, 185 – 4539, 28 - 831,<br /> 190 – 5830 mg/L và 4x104 - 108 MPN/100 mL. Trong khi đó, kết quả về chất lượng nước thải tại trang trại<br /> Hòa Bình Xanh (xã Hợp Hòa, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình) với khoảng 3000 con lợn cũng cho thấy các<br /> thông số ô nhiễm như COD, NH4+, TP và SS tương ứng lần lượt là 5630 ± 1032, 544 ± 57, 60 ± 18 và 4904 ±<br /> 901 (Cao Thế Hà và ncs, 2015). Các giá trị ô nhiễm này đều không đạt tiêu chuẩn Ngành về vệ sinh nước<br /> 3<br /> <br />