Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THỊ THU LAN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62420201
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Văn Cách
Phản biện 1: ………………………………
Phản biện 2:………………………………..
Phản biện 3: ……………………………….
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi ….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU
Nước thải và chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, nitơ
đồng thời chứa một số lượng vi khuẩn gây bệnh cao, nếu thải trực tiếp ra
môi trường sẽ gây các tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt là
sức khỏe con người. 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 những lý do khiến các lò giết mổ hiện nay phần lớn không có
hệ thống xử lý hoặc có nhưng chỉ mang tính chất đối phó. Để khắc phục
tình trạng này việc nghiên cứu tạo ra công nghệ thích hợp giải quyết được
các bất cập trên là vô cùng cần thiết.
Nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên, Luận án đã tiến hành thực hiện
đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải
trong giết mổ gia súc tập trung”.
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản
địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp
khai thác chất ô nhiễm hữu cơ cho đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia
cầm, gồm các mục tiêu cụ thể sau:
- Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với giải
pháp tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học (vi sinh vật
bản địa, hiếu khí, có khả năng đồng hóa nguồn cơ chất đa dạng, phát triển
tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực cao trong xử lý nước thải giết mổ).
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc.
- Thử nghiệm xây dựng quy trình công nghệ trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc có thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn và giết mổ trâu bò.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của chế phẩm
trên quy mô phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường 20 m3/ngày.
Nội dung nghiên cứu:
1
- Đánh giá chất lượng nước thải của một số cơ sở giết mổ gia súc ở khu
vực Hà Nội.
- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học
phù hợp, an toàn và có năng lực ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc.
- Nghiên cứu điều kiện lên men và tạo chế phẩm vi sinh vật từ các
chủng vi sinh vật đã tuyển chọn.
- Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc
quy mô phòng thí nghiệm (bình 5L và 35L)
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết
mổ gia súc trên mô hình xử lý pilot ngoài hiện trường quy mô 20 m3/ngày.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Về khoa học: Luận án đã tạo được chế phẩm vi sinh vật bản địa phù
hợp với mục tiêu tách thu được bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý
sinh học và hiệu suất xử lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90%.
2. Về thực tiễn: Luận án đã thử nghiệm kiểm định chế phẩm trên mô
hình xử lý PILOT ngoài hiện trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động
đến trạng thái xử lý ổn định chỉ sau 2 tuần, chất lượng nước thải sau xử lý
đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Kết quả mới:
1. Đã phân lập, tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bản địa phù hợp
với mục tiêu xử lý tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh
học trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. Các chủng này phát triển tốt
trong điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực xử lý giảm nhanh các chỉ số ô nhiễm, trong đó lượng bùn lắng sau 10
phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian
lắng phân ly thu bùn thải.
2. Đã bước đầu khảo sát động thái của quá trình xử lý nước thải giết mổ
gia súc và cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng được
ra khỏi hệ thống ngay trong công đoạn xử lý sinh học đã làm tăng hiệu quả
xử lý TN từ 66% lên 86%; Đồng thời, đã thu được dữ liệu bước đầu về khả
năng xử lý loại bỏ trực tiếp một phần cơ chất ô nhiễm polymer và thí
nghiệm đã chỉ ra trong thời gian lưu nước 1 ngày thì polymer được xử lý
2
và kéo theo bùn hoạt tính là 96% , mà không cần trải qua giai đoạn thủy
phân.
3. Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo ra vào bể tích hợp trong xử lý
nước thải giết mổ gia súc quy mô 20 m3/ngày và rút ngắn thời gian khởi
động của hệ thống xuống mức 20 ngày, tăng hiệu suất xử lý COD và TN.
Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%, chất lượng nước thải
sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Bố cục luận án
Luận án được trình bày trong 131 trang: mở đầu (4 trang), tổng quan
tài liệu (36 trang), vật liệu và phương pháp nghiên cứu (17 trang), kết quả
và thảo luận (53 trang với 12 bảng, 42 hình), kết luận (2 trang), kiến nghị
(1 trang), danh mục các công trình đã công bố (1 trang) và tài liệu tham
khảo (9 trang với 19 tài liệu tiếng Việt và 77 tài liệu tiếng Anh), 8 trang
phụ lục.
1. TỔNG QUAN
Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ cao, chất béo, dầu mỡ và hợp
chất nitơ (protein, acid amin) [50]. Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm
lượng nitơ trong nước thải tăng cao và máu cũng là thành phần hữu cơ ô
nhiễm chính trong nước thải giết mổ. Trong đó hàm lượng COD 1000 –
10.000 mg/L, BOD5 1000 – 8000 mg/L, TN 100 – 800 mg/L, TP 20 – 100
mg/L và chất béo 20 – 400 mg/L [28], [46]. Thông thường, khối lượng
máu so với trọng lượng cơ thể ở lợn là 4,6% (máu lợn có khối lượng riêng
d = 1,060 g/cm3) [16]. Trong quá trình giết mổ, khoảng 30% lượng máu
trong cơ thể động vật sẽ đi vào dòng thải.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
- Nước thải: nước thải lấy từ 2 cơ sở giết mổ lợn Thịnh An (xã Thịnh
Liệt, Thanh Trì, Hà Nội), giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (xã Bái Đô, Phú
Xuyên, Hà Nội).
- Các chủng vi sinh vật: được phân lập từ nước thải của các cơ sở giết
mổ gia súc.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu
3
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THỊ THU LAN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62420201
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Văn Cách
Phản biện 1: ………………………………
Phản biện 2:………………………………..
Phản biện 3: ……………………………….
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi ….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU
Nước thải và chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, nitơ
đồng thời chứa một số lượng vi khuẩn gây bệnh cao, nếu thải trực tiếp ra
môi trường sẽ gây các tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt là
sức khỏe con người. 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 những lý do khiến các lò giết mổ hiện nay phần lớn không có
hệ thống xử lý hoặc có nhưng chỉ mang tính chất đối phó. Để khắc phục
tình trạng này việc nghiên cứu tạo ra công nghệ thích hợp giải quyết được
các bất cập trên là vô cùng cần thiết.
Nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên, Luận án đã tiến hành thực hiện
đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải
trong giết mổ gia súc tập trung”.
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản
địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp
khai thác chất ô nhiễm hữu cơ cho đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia
cầm, gồm các mục tiêu cụ thể sau:
- Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với giải
pháp tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học (vi sinh vật
bản địa, hiếu khí, có khả năng đồng hóa nguồn cơ chất đa dạng, phát triển
tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực cao trong xử lý nước thải giết mổ).
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc.
- Thử nghiệm xây dựng quy trình công nghệ trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc có thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn và giết mổ trâu bò.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của chế phẩm
trên quy mô phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường 20 m3/ngày.
Nội dung nghiên cứu:
1
- Đánh giá chất lượng nước thải của một số cơ sở giết mổ gia súc ở khu
vực Hà Nội.
- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học
phù hợp, an toàn và có năng lực ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc.
- Nghiên cứu điều kiện lên men và tạo chế phẩm vi sinh vật từ các
chủng vi sinh vật đã tuyển chọn.
- Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc
quy mô phòng thí nghiệm (bình 5L và 35L)
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết
mổ gia súc trên mô hình xử lý pilot ngoài hiện trường quy mô 20 m3/ngày.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Về khoa học: Luận án đã tạo được chế phẩm vi sinh vật bản địa phù
hợp với mục tiêu tách thu được bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý
sinh học và hiệu suất xử lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90%.
2. Về thực tiễn: Luận án đã thử nghiệm kiểm định chế phẩm trên mô
hình xử lý PILOT ngoài hiện trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động
đến trạng thái xử lý ổn định chỉ sau 2 tuần, chất lượng nước thải sau xử lý
đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Kết quả mới:
1. Đã phân lập, tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bản địa phù hợp
với mục tiêu xử lý tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh
học trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. Các chủng này phát triển tốt
trong điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực xử lý giảm nhanh các chỉ số ô nhiễm, trong đó lượng bùn lắng sau 10
phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian
lắng phân ly thu bùn thải.
2. Đã bước đầu khảo sát động thái của quá trình xử lý nước thải giết mổ
gia súc và cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng được
ra khỏi hệ thống ngay trong công đoạn xử lý sinh học đã làm tăng hiệu quả
xử lý TN từ 66% lên 86%; Đồng thời, đã thu được dữ liệu bước đầu về khả
năng xử lý loại bỏ trực tiếp một phần cơ chất ô nhiễm polymer và thí
nghiệm đã chỉ ra trong thời gian lưu nước 1 ngày thì polymer được xử lý
2
và kéo theo bùn hoạt tính là 96% , mà không cần trải qua giai đoạn thủy
phân.
3. Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo ra vào bể tích hợp trong xử lý
nước thải giết mổ gia súc quy mô 20 m3/ngày và rút ngắn thời gian khởi
động của hệ thống xuống mức 20 ngày, tăng hiệu suất xử lý COD và TN.
Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%, chất lượng nước thải
sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Bố cục luận án
Luận án được trình bày trong 131 trang: mở đầu (4 trang), tổng quan
tài liệu (36 trang), vật liệu và phương pháp nghiên cứu (17 trang), kết quả
và thảo luận (53 trang với 12 bảng, 42 hình), kết luận (2 trang), kiến nghị
(1 trang), danh mục các công trình đã công bố (1 trang) và tài liệu tham
khảo (9 trang với 19 tài liệu tiếng Việt và 77 tài liệu tiếng Anh), 8 trang
phụ lục.
1. TỔNG QUAN
Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ cao, chất béo, dầu mỡ và hợp
chất nitơ (protein, acid amin) [50]. Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm
lượng nitơ trong nước thải tăng cao và máu cũng là thành phần hữu cơ ô
nhiễm chính trong nước thải giết mổ. Trong đó hàm lượng COD 1000 –
10.000 mg/L, BOD5 1000 – 8000 mg/L, TN 100 – 800 mg/L, TP 20 – 100
mg/L và chất béo 20 – 400 mg/L [28], [46]. Thông thường, khối lượng
máu so với trọng lượng cơ thể ở lợn là 4,6% (máu lợn có khối lượng riêng
d = 1,060 g/cm3) [16]. Trong quá trình giết mổ, khoảng 30% lượng máu
trong cơ thể động vật sẽ đi vào dòng thải.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
- Nước thải: nước thải lấy từ 2 cơ sở giết mổ lợn Thịnh An (xã Thịnh
Liệt, Thanh Trì, Hà Nội), giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (xã Bái Đô, Phú
Xuyên, Hà Nội).
- Các chủng vi sinh vật: được phân lập từ nước thải của các cơ sở giết
mổ gia súc.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu
3