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
Mã Số

: Hóa Môi trường
: 60440120



BOD

Nhu cầu ô-xy sinh hóa

T4﷽
﷽
﷽

4

444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
444444444444
4444BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

COD

Nhu cầu ô-xy hóa học

EC


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

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

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,

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

Cắt bỏ chân
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

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

pH

-

7,1

7,2

6,7

7,3

6,05

BOD

mg/L

-

900

11.000

-

6,000

COD


735

190

-

-

381

Amoni - N

mg/L

221

-

-

46,5

212,5

Protein

mg/L

3.213


phẩm I (Ninh
Trung
Kiều, Cần
(Củ Chi)
(2)
Thơ) (1)
6,4
7,2 ± 0,04

Phƣờng
Xuân Phú
(Huế) (3)

QCVN
40:2011/B
TNMT
(cột B)

-

150

6,5 - 8,0

5,5 - 9

Chỉ tiêu

Đơn vị


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


NTU

-

-

-

Tổng dầu mỡ
khoáng

mg/L

-

-

10

Coliform

vi
khuẩn/100
mL

-

-

5000

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

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


.

a) modul màng lọc được bố trí bên ngoài; và b) modul màng lọc được bố trí
bên trong bể sinh học [12]
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình công nghệ MBR trong xử lý nước thải
Đã có rất nhiều các nghiên cứu về sử dụng công nghệ MBR trong xử lý nước
thải giết mổ với hiệu suất xử lý tương đối cao. Trong quy mô phòng thí nghiệm,
nhóm tác giả Gurel và Buyukunko trong một nghiên cứu của mình năm 2011 đã

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý công nghệ xử lý nước thải giết mổ của HUBER
Hệ thống này có sử dụng kết hợp giữa phương pháp hóa lý và phương pháp
màng kết hợp với bể sinh học (MBR). Chất lượng nước sau xử lý của hệ thống
MBR thường đạt tiêu chuẩn rất cao. Hiệu suất xử lý của hệ thống cho lò giết mổ sau
xử lý hóa lý dầu mỡ loại bỏ được 80 - 90%, chất rắn lơ lửng 90%, BOD 70 - 80%.
Sau hệ thống MBR, việc loại bỏ của các thành phần có thể đạt tới hơn 99%.
Các phương pháp xử lý nước thải tại Việt Nam đã có rất nhiều thuận lợi do
được thừa hưởng từ nhiều nghiên cứu đi trước. Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống
hiện nay được triển khai mang tính đối phó, không đạt tiêu chuẩn thải, khi sử dụng
những công nghệ đơn giản (như bể bùn hoạt tính) chỉ phù hợp cho xử lý những
nguồn nước thải có tải trọng ô nhiễm thấp vào áp dụng với nguồn nước thải đặc thù
này. Các công nghệ xử lý ngoài thực tiễn chưa đồng bộ, nhiều công đoạn xử lý, chi
phí vận hành cao, đòi hỏi diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi mức đầu tư lớn dẫn đến việc
vận hành đôi khi mang tính hình thức, đối phó, trong khi các đề tài nghiên cứu vẫn
chỉ là nghiên cứu, tính ứng dụng thực tế chưa cao và chưa đạt được hiệu quả ứng
dụng như mong muốn.

13


Nước thải

Nước thải chung

Bùn

Hố thu gom

Hóa chất


DEWATS có thể đạt được tiêu chuẩn cho phép loại A đối với nước thải công
nghiệp – TCVN 5945-2005, với những ưu điểm nổi bật như thích ứng với dao động
lớn của dòng vào; có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao; xây
dựng dễ dàng; vận hành và bảo dưỡng đơn giản; chi phí vận hành thấp [2].
Năm 2014, nhóm tác giả Đặng Xuân Hiển (Bộ môn Công nghệ Môi trường –
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội) và Nguyễn
Hữu Nam (Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp) tiến hành nghiên cứu dựa trên đánh
giá việc loại bỏ chất hữu cơ, nitơ và phốt pho có trong nước thải giết mổ bằng mô
hình thí nghiệm AO-USBF nhằm chỉ ra công nghệ xử lý nước thải giết mổ hiệu quả
và kinh tế trong tương lai. Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ USBF rất thích
hợp để xử lý nước thải giết mổ, cụ thể: đối với mô hình không bổ sung chế phẩm vi
sinh vật đặc chủng BIO USBF có HRT là 19 giờ, tương ứng với giá trị HRT này có
hiệu quả xử lý BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày) trung bình đạt 94±0,59%,
với TN (tổng hàm lượng nitơ) trung bình 84,2±1,40% và với TP (tổng hàm lượng
phốt pho) trung bình 75,56±1,33%. Đối với mô hình có bổ sung chế phẩm vi sinh
vật đặc chủng BIO USBF có HRT là 17 giờ; tương ứng với giá trị HRT này có hiệu
quả xử lý BOD5 trung bình đạt 94,16±0,57%; với TN trung bình 90,18±0,56% và
với TP trung bình 92,91±0,71% [5].
1.2. Công nghê ̣ màng lo ̣c sinh ho ̣c kết hợp khí nâng (Gaslift-MBR) trong xử lý
nƣớc thải
Hiện chưa có nhiều nghiên cứu cũng như các công trình xử lý nước thải giết
mổ sử dụng công nghệ vi sinh kết hợp lọc màng. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải có tính ưu việt, thân thiện hơn với môi
trường, ít sử dụng hóa chất, bùn thải từ quá trình xử lý nước thải đưa vào bể biogas
15


để gia tăng thêm lượng khí thu được, đồng nghĩa với việc tận thu thêm năng lượng
và không tạo ra các chất thải thứ cấp có thể gây ảnh hưởng tới môi trường
1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Gaslift-MBR