Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amoni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước thải lò mổ ở Việt Nam; Tổng quan công nghệ xử lý amoni trong nước thải lò mổ ứng dụng quá trình anammox trên thế giới và ở Việt Nam;...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amoni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox

i LỜI CẢM ƠN Sau quá trình thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS. Trần Thị Hiền Hoa và TS. Phạm Thị Ngọc Lan, được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường đúng thời hạn và nhiệm vụ với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amôni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox” Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là không thể tránh khỏi. Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp. Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Thị Hiền Hoa và TS. Phạm Thị Ngọc Lan, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giải xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thị Mỹ Hạnh, CN. Nguyễn Thúy Liên đã giúp đỡ trong quá trình làm thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm môi trường, trường Đại học Xây dựng. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa Môi trường, các thầy cô giáo các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Công ty Kuraray đã cung cấp vật liệu và Công ty Meidensa, Nagoya, Nhật Bản đã cung cấp vi khuẩn nuôi cấy cho quá trình làm thí nghiệm cho Luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 01 tháng 8 năm 2015 Tác giả Trần Quang Trung
viii BẢN CAM KẾT Tên tác giả: Trần Quang Trung Mã số học viên: 138520320007 Học viên cao học: 21KTMT21 Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60523020 Khóa học: 21 đợt 2 Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Thị Hiền Hoa và TS. Phạm Thị Ngọc Lan với đề tài nghiên cứu trong luận văn: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amôni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox” Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với đề tài luận văn nào trước đây, do đó không có sự sao chép của bất kỳ luận văn nào trước đây. Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn. Nếu xảy ra vấn đề gì với nội dung của luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định Hà nội, ngày 01 tháng 8 năm 2015 Tác giả Trần Quang Trung
viii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .....................................................................................4 1.1. Tổng quan về nước thải lò mổ tại Việt Nam ........................................................4 1.1.1. Hiện trạng phát sinh nước thải lò mổ hiện nay ở Việt Nam .............................4 1.1.2. Thành phần trong nước thải lò mổ ....................................................................7 1.2. Hiện trạng ô nhiễm Amôni trong nước thải lò mổ tại Việt Nam..........................8 1.3. Công nghệ xử lý amoni trong nước thải ............................................................10 1.3.1. Công nghệ xử lý amoni trong nước thải truyền thống ....................................10 1.3.2. Công nghệ xử lý amoni trong nước thải ứng dụng quá trình Anammox ........16 1.4. Lý thuyết về quá trình anammox .......................................................................18 1.4.1. Định nghĩa về quá trình Anammox .................................................................18 1.4.2. Cơ chế của quá trình Anammox ......................................................................19 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình anammox ................................................20 1.4.4. Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật .........................................................23 1.4.5. So sánh đánh giá với công nghệ xử lý nitơ truyền thống ................................23 1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý Amôni trong nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox ..................................................................................................................26 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................26 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................28 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMÔNI TRONG MÔ PHỎNG NƯỚC THẢI LÒ MỔ ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX ...............................................................................................29 2.1. Vật liệu và bùn nuôi cấy của mô hình thực nghiệm ...........................................29 2.1.1. Vật liệu mang ..................................................................................................29 2.1.2. Bùn nuôi cấy ...................................................................................................30 2.2. Thiết kế mô hình thực nghiệm ...........................................................................31 2.2.1. Thiết kế bể sinh học ........................................................................................31 2.2.2. Thiết bị phụ trợ ................................................................................................33 2.2.3. Quy trình thực hiện và lắp đặt mô hình thí nghiệm ..........................................33 2.3. Điều kiện vận hành và các thông số vận hành ...................................................37
viii 2.3.1. Quy trình đưa bùn dính bám vào vật liệu........................................................37 2.3.2. Các thông số vận hành của mô hình ...............................................................39 2.4. Phân tích mẫu .....................................................................................................42 2.4.1. Các chỉ tiêu phân tích và tần suất phân tích ....................................................42 2.4.2. Phương pháp phân tích ....................................................................................42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................47 3.1. Sự biến đổi về N-NH 4 + , N-NO 2 - ở đầu vào và đầu ra của mô hình..................47 3.1.1. Sự biến đổi về N-NH 4 + ở đầu vào và đầu ra của mô hình ..............................48 3.1.2. Sự biến đổi về N-NO 2 - ở đầu vào và đầu ra của mô hình ...............................52 3.2. Sự biến đổi về tổng nitơ ở đầu vào và đầu ra của mô hình ................................54 3.3 Sự biến đổi về tải trọng xử lý ở đầu ra và đầu vào của mô hình.........................57 3.4. Đánh giá lượng N-NO 3 đầu vào và N-NO 3 sinh ra trong quá trình xử lý ..........60 3.5. Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 - sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + loại bỏ .....................................................................................................................62 3.6. Sự thay đổi pH....................................................................................................67 3.7. Kết luận chương .................................................................................................69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................71 PHỤ LỤC .................................................................................................................77
viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các cơ sở giết mổ nhỏ lẻ không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm ........5 Hình 1.2: Phát sinh nước thải và thành phần của nước thải ........................................6 Hình 1.3. Nước thải của khu vực giết mổ gia súc, gia cầm ........................................7 Hình 1.4. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải - phản nitrat hóa .........................12 Hình 1.5. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải – khử nitrat .................................12 Hình 1.6. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải – Kết hợp 2 quá trình ................14 Hình 1.7. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải – Kênh oxi hóa tuần hoàn ..........14 Hình 1.8. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải – Bể SBR ..................................15 Hình 1.9. Các giai đoạn hoạt động trong bể SBR .....................................................15 Hình 1.10. Chu trình nitơ kết hợp với quá trình anammox .......................................19 Hình 1.11. Cơ chế sinh hoá giả thiết của phản ứng Anammox ................................19 Hình 1.12. Hình ảnh vi khuẩn Anammox Candidatus Brocadia...............................20 Hình 1.13. Đường cong sinh trưởng trong hệ thống kín ...........................................23 Hình 1.14. Chu trình nitơ truyền thống .....................................................................24 Hình 1.15. Mô tả so sánh công nghệ xử lý nitơ theo phương pháp truyền thống và Anammox..............................................................................................................26 Hình 1.16. Chu trình tuần hoàn của Nitơ ..................................................................27 Hình 2.1. Vật liệu mang Acrylin ...............................................................................29 Hình 2.2. Vật liệu Polyethylene(PE) của công ty thương mại Kuraray....................30 Hình 2.3. Bùn nuôi cấy .............................................................................................31 Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo của bể phản ứng ..................................................................32 Hình 2.5. Bể Nitrit hóa bán phần ..............................................................................32 Hình 2.6. Bể Anammox ............................................................................................32 Hình 2.7. Thùng đựng nước .......................................................................................33 Hình 2.8. Bể sinh học được bọc kín ...........................................................................33 Hình 2.9. Quy trình thực hiện mô hình thí nghiệm ....................................................33 Hình 2.10. Pha chế mẫu nước thải lò mổ ...................................................................36 Hình 2.11. Quá trình Nitrit hóa bán phần .................................................................37 Hình 2.12. Quy trình Anammox ...............................................................................37 Hình 2.13. Vật liệu mang thay đổi màu qua quá trình nuôi vi khuẩn Nitrosomonas38
viii Hình 2.14. Vật liệu mang thay đổi màu qua quá trình nuôi vi khuẩn Planctomycetes .....................................................................................................39 Hình 2.15. Nitrit hóa bán phần ..................................................................................40 Hình 2.16. Bể Anammox ...........................................................................................41 Hình 2.17. Hóa chất và đường chuẩn N-NH 4 +..........................................................44 Hình 2.18: Hóa chất và đường chuẩn N-NO 2 - ..........................................................45 Hình 2.19: Đường chuẩn N-NO 3 - .............................................................................45 Hình 2.20. Phân tích mẫu ..........................................................................................46 Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ amoni trước và sau xử lý...............50 Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ nitrit trước và sau xử lý .................53 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi tổng nitơ ....................................................56 Hình 3.4. Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi tải trọng xử lý ............................................59 Hình 3.5. Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi nồng độ N-NO 3 - đầu vào và N-NO 3 - sinh ra .....................................................................................................................61 Hình 3.6. Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 - sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + loại bỏ trong giai đoạn 1 ................................................................64 Hình 3.7. Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 - sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + loại bỏ trong giai đoạn 2 .................................................................65 Hình 3.8. Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + loại bỏ trong giai đoạn 3 .................................................................66 Hình 3.9. Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 - sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + bỏ trong giai đoạn 4 ........................................................................67 Hình 3.10: Thay đổi về màu sắc sinh khối ................................................................68
viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần và tính chất nước thải giết mổ gia súc ....................................7 Bảng 1.2: Thành phần nước thải của một số lò mổ công nghiệp ở các tỉnh phía Nam. ......8 Bảng 1.3. Các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải ............................................10 Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của vật liệu mang PE ............................................30 Bảng 2.2. Nước thải nhân tạo cho quá trình Nitrit hóa bán phần ...............................35 Bảng 2.3. Nước thải nhân tạo cho quá trình Anammox (tính cho 1 lít nước thải) ......35 Bảng 2.4. Thông số hoạt động giai đoạn 1................................................................41 Bảng 2.5. Thông số hoạt động giai đoạn 2................................................................41 Bảng 2.6. Thông số hoạt động giai đoạn 3................................................................42 Bảng 2.7. Thông số hoạt động giai đoạn 4................................................................42 Bảng 3.1. Kết quả tải lượng đầu ra của hệ thống trong giai đoạn 1 ..........................47 Bảng 3.2. Kết quả tải lượng đầu ra của hệ thống trong giai đoạn 2 ..........................48 Bảng 3.3. Kết quả tải lượng đầu ra của hệ thống trong giai đoạn 3 ..........................48 Bảng 3.4. Kết quả tải lượng đầu ra của hệ thống trong giai đoạn 4 ..........................48 Bảng 3.5. Kết quả phân tích nồng độ N-NH 4 + và hiệu suất xử lý N-NH 4 + ..............49 Bảng 3.6. Kết quả phân tích nồng độ N-NO 2 - và hiệu suất xử lý N-NO 2 - ................52 Bảng 3.7. Kết quả phân tích nồng độ TN và hiệu suất xử lý TN ..............................55 Bảng 3.8. Tải trọng xử lý N-NH 4 + của mô hình .......................................................58 Bảng 3.9. Kết quả phân tích nồng độ N-NO 3 - đầu vào và ra của mô hình ...............60 Bảng 3.10. Thay đổi tỷ lệ cân bằng hóa học của Tỷ lệ T-N loại bỏ, N-NO 2 - loại bỏ và tỷ lệ N-NO 3 sinh ra so với tỷ lệ N-NH 4 + loại bỏ trong các giai đoạn xử lý........63 Bảng 3.11. pH trong quá trình vận hành ...................................................................67
viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Anammox Anaerobic ammonium oxidation AOB Ammonium oxidation bacteria BOD Biological Oxygen Demand COD Chemical Oxygen Demand DO Dissolved oxygen HRT Hydraulic RetentionTime NOB Nitrite oxidation bacteria TAN Total Ammonium Nitrogen T-N Total nitrogen TSS Total Suspended Solid SNAP Single stage nitrogen removal using Anammox and parital Nitrotation SBR Requencing Batch Reactor UASB Upflow Anearobic Sludge bed VSS Volatile Suspended Solids
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, với tốc độ đô thị hóa và tăng trưởng kinh tế nhanh, các lò giết mổ gia súc với quy mô và trang thiết bị khác nhau phát triển khá nhanh. Tuy nhiên, nước thải từ các lò giết mổ gia súc này lại hầu như không có thiết bị xử lý nước thải. Các nhà xưởng giết mổ và chế biến công nghiệp thường thải trực tiếp máu và nước thải không xử lý. Nước thải từ quá trình giết mổ gia súc rất ô nhiễm, có mùi hôi tanh, nồng nộ các chất ô nhiễm rất cao đặc biệt là các thông số COD, BOD, Nitơ, Phốt pho, dầu mỡ, Coliform, vi trùng, vi khuẩn. Việc xả thải trực tiếp nguồn nước thải này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của công nhân sản xuất, cộng đồng dân cư xung quanh và làm các nguồn nước tiếp nhận ô nhiễm nặng nề. Thành phố Hà nội hiện nay chỉ có một vài cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm tập trung bán công nghiệp, nhưng sản lượng không cao, còn hầu hết vẫn là các cơ sở giết mổ của tư nhân, nằm rải rác ở quận Hai Bà Trưng, Thanh Xuân, Tây Hồ, Thanh Trì… Theo thống kê chăn nuôi năm 2014, trung bình mỗi ngày, từ các lò mổ này xuất xưởng khoảng 120 tấn thịt lợn, 30 tấn thị trâu bò. Tình trạng giết mổ của các lò mổ tư nhân diễn ra rất tự phát và không được kiểm soát. Trên thực tế để giết mổ một con lợn cần 300-500 lít nước. Vậy với quy mô phổ biến 50-100 con lợn/ngày thì cần 20-50 m3 nước và gần như toàn bộ lượng nước này được thải ra ngoài với nồng độ chất ô nhiễm rất cao [29]. Với thế mạnh là nước nông nghiêp, ngành công nghiệp chăn nuôi và chế biến thực phẩm đang phát triển mạnh ở Việt nam. Các đơn vị giết mổ gia súc tập trung không những đảm bảo nguồn cung cấp thực phẩm an toàn cho người dân mà còn tiến xa hơn là xuất khảu sang các nước khác. Một trong yêu cầu đầu tiên đáp ứng các yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm nghiêm ngặt của các thị trường khó tình là các khu vực giết mổ phải hợp vệ sinh và các cơ sở này phải có hệ thống xử lý chất thải đảm bảo yêu cầu, nên việc xử lý là cần thiết nhằm cải thiện chất lượng nước sau xử lý và đáp ứng yêu cầu cột B, QCVN 40:2011/BTNMT.
2 Quá trình oxi hóa amôni yếm khí (Anaerobic ammonium oxidation - Anammox), trong đó, amôni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N 2 dưới điều kiện yếm khí với amôni là chất cho điện tử, còn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thành khí N 2 . Đây là một phương pháp có hiệu quả và kinh tế so với quá trình loại bỏ amôni thông thường từ trong nước thải có chứa nhiều amôni. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp nitrat hóa và đề nitrat hóa thông thường là ở chỗ: đòi hỏi nhu cầu về oxi ít hơn và không cần nguồn cacbon hữu cơ từ bên ngoài. Bước nitrat hóa bán phần phải được tiến hành trước để chuyển chỉ một nửa amôni thành nitrit. Sản phẩm chính của quá trình Anammox là N 2 , tuy nhiên, khoảng 10% của nitơ đưa vào (amôni và nitrit) được chuyển thành nitrat. Lượng bùn sinh ra không đáng kể. Bên cạnh đó, việc ứng dụng quá trình anammox để xử lý amôni với nồng độ cao trong môi trường lưu động đã được nghiên cứu và cho kết quả khả quan như nồng độ amôni đầu vào từ 100-300 mgNH 4 +-N/L [12].Tuy nhiên, nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở việc sử dụng nước thải mô phỏng nước thải có nồng độ amôni cao mà chưa nghiên cứu đối với nước thải thực tế như nước thải lò giết mổ gia súc, nước rỉ rác… Việc ứng dụng quá trình anammox chưa được thực hiện nhiều ở Việt Nam do quá trình anammox cũng có những khó khăn nhất định như vi khuẩn anammox sinh trưởng chậm và nhạy cảm với một số yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH... Từ những lý do trên, tác giả tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý amôni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox” 2. Mục tiêu của đề tài Đánh giá khả năng xử lý amôni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nước thải mô phỏng nước thải lò mổ
3 Phạm vi nghiên cứu: Nước thải mô phỏng nước thải lò mổ có nồng độ amôni cao 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Cách tiếp cận - Tiếp cận các thành tựu nghiên cứu và công nghệ của các nước trong khu vực và trên thế giới - Tiếp cận đáp ứng nhu cầu: tính toán, đánh giá nhu cầu nước cho giết mổ 4.2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu nghiên cứu: thu thập các thông tin, tài liệu đã nghiên cứu về quá xử lý amôni bằng quá trình anammox trên Thế giới và ở Việt Nam; Thu thập, phân tích tài liệu về vấn đề nghiên cứu; - Phương pháp so sánh: so sánh lý thuyết với thực tế. - Phương pháp kế thừa - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp tính toán và xử lý số liệu bằng phần mềm Excel. 5. Các nội dung dự kiến Nội dung chính nghiên cứu trong luận văn: - Hiện trạng ô nhiễm Amôni trong nước thải lò mổ ở Việt Nam - Tổng quan công nghệ xử lý amôni trong nước thải lò mổ ứng dụng quá trình anammox trên thế giới và ở Việt Nam. - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng xử lý amôni trong mô phỏng nước thải lò mổ ứng dụng quá trình Anammox
4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về nước thải lò mổ tại Việt Nam 1.1.1. Hiện trạng phát sinh nước thải lò mổ hiện nay ở Việt Nam Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT, hiện nay trên địa bàn cả nước có 28.285 điểm giết mổ nhỏ lẻ nhưng chỉ có 929 lò mổ đã được kiểm tra và đánh giá. Các lò mổ hàng ngày đều thải ra một lượng lớn nước thải mà không qua xử lý chính là một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng ô nhiễm nguồn nước. Nước thải trong giết mổ bao gồm nước thải từ khu chuồng nuôi chờ giết, khu tắm gia súc, khu giết thịt, khu làm móng, nước rửa xe, nước làm vệ sinh nhà xưởng, dụng cụ giết mổ có máu, mỡ, phân… Nguồn nước này chứa nhiều chất có thể gây ô nhiễm nếu không được xử lý một cách hợp lý. Theo các nhà khoa học thì với một nồng độ nhất định các chất này sẽ gây ô nhiễm môi trường. Căn cứ vào chỉ tiêu này ta có thể xác định được mức độ ô nhiễm do cơ sở giết mổ gây ra. Tiến hành đo nồng độ các chất thải lỏng tại nhiều cơ sở giết mổ cho thấy hầu hết đều vượt chỉ tiêu cho phép tức là đang trong tình trạng báo động gây ô nhiễm môi trường. Ta xét chung cho hai địa bàn chính trên cả nước đó là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Thành phố Hà Nội có gần 3.800 điểm, lò giết mổ nhỏ lẻ, phân tán, xen kẽ trong khu vực nội thành, nội thị, các khu đô thị mới phân tán rải rác ở các huyện ngoại thành, phục vụ chủ yếu nhu cầu thực phẩm thiết yếu của thành phố. Nhưng hầu hết các lò mổ này đều không có hệ thống xử lý nước thải, cống rãnh ở khu vực này luôn bốc lên mùi hôi thối và ứ đọng do các chất thải mà không thường xuyên thông tắc cống và chất thải và không quan tâm tới vấn đề này [27].
5 Hình 1.1: Các cơ sở giết mổ nhỏ lẻ không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Các loại chất thải của quá trình giết mổ, sơ chế thịt như nước thải, mùi hôi, phụ phẩm phát sinh trong qua trình giết mổ đều không được phân loại và xử lý. Thậm chí, các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm này còn không có điều kiện cho cán bộ thú y kiểm soát được chất lượng sản phẩm sau giết mổ và thường xả chất thải trực tiếp vào các hệ thống thoát nước, sông, hồ gần các khu đông dân cư làm tắc cống, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và sinh hoạt của người dân. Các chuyên gia về môi trường cho rằng, nguồn chất thải của các lò mổ này chính là nguồn gốc gây ô nhiễm cho môi trường xung quanh và đe dọa an toàn thực phẩm. Vì vậy cần có những biện pháp giải quyết triệt để tình trạng này thì mới có thể giảm ô nhiễm môi trường trên địa bàn thành phố được[28]. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, theo thống kê mới nhất từ Sở Công thương, mỗi ngày toàn thành phố (TP) tiêu thụ hơn 450 tấn thịt gia súc, gia cầm, với nguồn cung ứng từ 17 điểm giết mổ thủ công tập trung, 5 cơ sở giết mổ công nghiệp (CN) và khoảng 3.725 lò mổ tại các hộ gia đình. Tuy nhiên, vấn đề đáng bàn là sản phẩm từ các cơ sở giết mổ thủ công tập trung và hộ gia đình thường hình thành tự phát, không theo quy định và không đạt tiêu chuẩn vệ sinh, mặc dù đang cung cấp trên
6 80% nhu cầu tiêu thụ thịt gia súc, gia cầm cho toàn thành phố. Các công đoạn thường được tiến hành trên nền đất, nền bê tông không đảm bảo vệ sinh, và người dân rất thiếu ý thức về vệ sinh giết mổ [27]. Nước thải từ quá trình giết mổ chưa được xử lý xả thải trực tiếp vào môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng. Mỡ Giết mổ Lông, da Làm lông Phân, nước tiểu Nước Nước thải Hóa chất sử Rữa thịt dụng trong giết mổ Sử dụng Máu GSGC khác …………. Nguồn tiếp nhận Sông, hồ, kênh, rạch…. Hình 1.2: Phát sinh nước thải và thành phần của nước thải Tình trạng này kéo dài và ngày càng lan rộng sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động – thực vật, mỹ quan và hệ sinh thái của khu vực giết mổ và làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng hơn. Từ đó buộc chúng ta phải rà soát lại sự tồn tại của các điểm giết mổ gia súc gia cầm để tìm ra một giải pháp thích hợp nhất bảo vệ nguồn nước nói riêng và ô nhiễm môi trường nói chung.
7 Hình 1.3. Nước thải của khu vực giết mổ gia súc, gia cầm 1.1.2. Thành phần trong nước thải lò mổ Nước thải giết mổ gia súc có thành phần bao gồm: phân gia súc, máu, mỡ, phụ phẩm thừa, lông... là nguồn thải có nồng độ chất ô nhiễm cao (chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, Nitơ, Photpho và vi sinh vật) nếu không được xử lý tốt sẽ gây ô nhiễm môi trường. Bảng 1.1. Thành phần và tính chất nước thải giết mổ gia súc[3] Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Nhiệt độ o C 28.5 ÷ 32.0 BOD 5 mg/L 925 ÷ 1156 pH - 6.5 ÷ 8.0 COD mg/L 2420 ÷ 3200 SS mg/L 484 ÷ 512 N-NH 4 mg/L 55.6 ÷ 78.2 DO mg/L 0.28 ÷ 0.52 N tổng mg/L 168 ÷ 172
8 Bảng 1.2: Thành phần nước thải của một số lò mổ công nghiệp ở các tỉnh phía Nam[4]. Lò mổ Chất ô nhiễm trong nước thải Nồng độ(mg/l) Lò mổ trâu Chất rắn lơ lửng 820 Nitơ hữu cơ (TN) 154 Natri 35 Canxi 12 PhosPho 23 BOD 996 Lò mổ lợn Chất rắn lơ lửng 760 Nitơ hữu cơ (TN) 122 BOD 1045 Lò mổ hổn hợp Chất rắn lơ lửng 929 Nitơ hữu cơ (TN) 324 BOD 2240 1.2. Hiện trạng ô nhiễm Amôni trong nước thải lò mổ tại Việt Nam Amoni bao gồm có 2 dạng: không ion hoá (NH 3 ) và ion hoá (NH 4 ). Amoni có mặt trong môi trường có nguồn gốc từ các quá trình chuyển hoá, nông nghiệp, công nghiệp và từ sự khử trùng nước bằng cloramin. Lượng Amoni tự nhiên ở trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/lít. Các nguồn nước hiếm khí có thể có nồng độ Amoni lên đến 3mg/lít [3,27]. Việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn có thể làm gia tăng lượng Amoni trong nước mặt. Việc xả thải các nguồn nước chưa qua xử lý tại các lò giết mổ cũng là nguyên nhân làm tăng cao nồng độ Amoni trong nước. Amoni trong nước là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nước cống và khả năng nhiễm khuẩn. Khi nồng độ Amoni trong nước ăn uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nước đã bị ô nhiễm bởi chất thải động vật, nước cống và có khả năng xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh. Lượng Amoni trong môi trường so với sự tổng hợp bên trong cơ thể là không đáng kể. Tác hại của nó chỉ xuất hiện khi tiếp xúc với liều lượng khoảng trên
9 200mg/kg thể trọng. Với những lý do trên đây, Amoni được xếp vào nhóm các chỉ tiêu cảm quan (được đánh dấu bằng chữ a trong bảng tiêu chuẩn theo quyết định 1329/2002/BYT-QĐ của Bộ Y tế). Khi Amoni trong nước ăn uống vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì chưa ảnh hưởng lắm tới sức khoẻ nhưng đó là dấu hiệu cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm bởi chất thải có nguồn gốc động vật và có thể chứa các vi khuẩn gây bệnh. Amonia ở dưới dạng dung dịch gây độc đối với cuộc sống dưới nước; sự thải tối đa vào cống rãnh đạt 40 mg/l Nếu lượng amoni cao xả thải vào nguồn nước sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng trong nguồn nước. Amoni trong nước thải chảy vào sông, hồ làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng làm phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây ra các hiện tượng thường được gọi là “ nước nở hoa” như sau: • Nồng độ oxi hòa tan trong nước giảm. • Phá vỡ chuỗi thức ăn. • Giảm chất lượng nước. • Phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực. • Sản sinh nhiều chất độc hại như: NH 4 , H 2 S, CO 2 , CH 4 … tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. • Phát triển các loại tảo độc Tại Hà Nội các con sông xảy ra hiện tượng phú dưỡng như: sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch là những con sông dẫn nước thải của thành phố. Nước trong các con sông đều có màu xanh đen hoặc màu đen, có mùi hôi thối do H 2 S thoát ra gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động sống của người dân sống xung quanh, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí. Một trong những nguồn thải amoni vào nguồn nước là nước thải tại các lò mổ. Các lò mổ ở Hà Nội bao gồm một số điểm giết mổ tập trung là Tam Trinh, Thịnh Liệt, Khương Đình và Tựu Liệt, có công suất giết mổ 300-700 con/điểm
10 nhưng đều đang quá tải [28]. Chính vì việc tập trung đông đúc, trong khi cơ sở hạ tầng không được chú trọng đầu tư nên tình trạng mất vệ sinh, cũng như ô nhiễm môi trường nói chung, và ô nhiễm amoni nói riêng tại đây là không tránh khỏi và ngày càng thêm trầm trọng. Các cơ quan chức năng đã lấy mẫu nước thải, nước ngầm của các cơ sở này đi xét nghiệm Kết quả phân tích mẫu nước thải cho thấy, nồng độ Amoni tại một số lò giết mổ gia súc so với quy chuẩn cho phép vượt rất nhiều lần, cụ thể: Tại lò mổ Thịnh Liệt vượt 8 lần và tại lò mổ Khương Đình là 7,4 lần [28] 1.3. Công nghệ xử lý amoni trong nước thải 1.3.1. Công nghệ xử lý amoni trong nước thải truyền thống Đã có nhiều phương pháp nhiều công trình xử lý nitơ trong nước thải được nghiên cứu và đưa vào vận hành trong đó có cả các phương pháp hoá học, sinh học, vật lý ..v.v. Nhưng phần lớn chúng đều chưa đưa ra được một mô hình xử lý nitơ chuẩn để có thể áp dụng trên một phạm vi rộng. Dưới đây là bảng phân tích một cách tổng quan nhất về dạng và hiệu suất làm việc của các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải đã được nghiên cứu và ứng dụng. Bảng 1.3. Các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải [15] Hiệu suất xử lý nitơ ( % ) Hiệu suất Các phương pháp xử lý Nitơ hữu cơ NH 3 ; N - NH 4 + N - NO 3 - xử lý % Xử lý thông thường Bậc I 10-20% 0 0 5-10% Bậc II 15-50% < 10% Hiệu suất thấp 10-30% Xử lý bằng phương pháp sinh học Vi khuẩn hấp thụ Nitơ 0 40-70% Hiệu suất thấp 30-70% Quá trình khử nitrat 0 0 80-90% 70-95% Chủ yếu chuyển hoá Thu hoạch sinh Thu hoạch sinh Thu hoạch tảo 50-80% thành NH 3 ; khối khối NH 4 + Quá trình nitrat hoá Xử lý có Chuyển hoá 0 5-20%
11 Hiệu suất xử lý nitơ ( % ) Hiệu suất Các phương pháp xử lý Nitơ hữu cơ NH 3 ; N - NH 4 + N - NO 3 - xử lý % giới hạn thành nitrat Chủ yếu Xử lý bởi quá Tách bằng các chuyển hoá Hồ ôxy hóa trình làm quá trình nitrat 20-90% thành NH 3 ; thoáng và khử nitrat NH 4 + Các phương pháp hoá học Kém ổn Châm clo 90-100% 0 80-95% định Đông tụ hoá học 50-70% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-30% Cacbon dính bám 30-50% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 10-20% Hiệu suất Trao đổi ion có chọn lọc thấp, kém 80-97% 0 70-95% với Amôni ổn định Trao đổi ion có chọn lọc Hiệu suất Hiệu suất thấp 75-90% 70-90% với Nitrat thấp Các phương pháp vật lý 30-95% N Lọc dạng cặn Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-40% hữu cơ Làm thoáng 0 60-95% 0 50-90% 100% N Kết tủa bằng đện cực dạng cặn 30-50% 30-50% 40-50% hữu cơ Thẩm thấu ngược 60-90% 60-90% 60-90% 80-90% Qua bảng phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý nitơ, ta thấy việc xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học cho hiệu quả rất cao. Cùng với việc ứng dụng phương pháp sinh học để khử nitơ trong nước thải, ta còn lưu ý đến các phương pháp khác như: hóa học (châm clo), vật lý (thổi khí), trao đổi ion... Theo thống kê các nhà máy ứng dụng các công nghệ để xử lý nitơ thì chỉ có 6/1200 nhà máy là sử dụng biện pháp thổi khí, 8/1200 nhà máy sử dụng biện pháp châm clo và duy nhất có 1 nhà máy là
12 sử dụng biện pháp trao đổi ion. Sở dĩ những biện pháp này ít được dùng là do chi phí đầu tư lớn, thêm vào đó là sự phức tạp trong quá trình vận hành và bảo dưỡng. Các dây chuyền công nghệ xử lý nitơ trong nước thải: Nitrat hóa (Xử lý sinh học bậc 2) → Phản nitrat (Xử lý bậc 3) CÊp khÝ Cã thÓ bæ sung nguån c¸cbon h÷u c¬ Níc th¶i tríc xö lý Níc th¶i sau xö lý Aeroten (XLSH hoµn toµn Anoxic BÓ l¾ng hay thæi khÝ kÐo dµi) + ¤xy hãa hiÕu khÝ chÊt h÷u c¬ + Khö nitrat hãa + Nitrat hãa Bïn tuÇn hoµn NO3 Bïn d Hình 1.4. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải - phản nitrat hóa Khử nitrat (Oxi hóa hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí) → nitrat hóa (xử lý bậc 2) CÊp khÝ Níc th¶i sau xö lý bËc I Níc th¶i sau xö lý Anoxic Aerobic BÓ l¾ng (thæi khÝ kÐo dµi) Bïn tuÇn hoµn NO3 Bïn d Hình 1.5. Dây chuyền xử lý Nitơ trong nước thải – khử nitrat