1. Tên luận án: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống bể sinh học kết hợp màng lọc khí nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn”
-Mã số: 9850101
-Ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
2. Nghiên cứu sinh: Phạm Hải Bằng
Người hướng dẫn 1: TS. Đỗ Tiến Anh
Người hướng dẫn 2: TS. Bạch Quang Dũng
Cơ sở đào tạo: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
3. Giới thiệu về luận án:
Ô nhiễm môi trường do nước thải từ các cơ sở giết mổ lợn đang là một trong những vấn đề cấp bách cần được quan tâm xử lý hiện nay. Nước thải từ các cơ sở này giết mổ lợn có hàm lượng cao các chất hữu cơ, NH4+, các chất rắn lơ lửng, các vi khuẩn có hại …Cũng như các nước đang phát triển khác, cơ sở hạ tầng để xử lý nước thải tập trung ở Việt Nam còn chưa đáp ứng, nước thải từ các lò giết mổ gia súc nói chung và giết mổ lợn nói riêng thường được thải trực tiếp ra môi trường, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái, cảnh quan và sức khỏe của người dân sinh sống xung quanh các cơ sở giết mổ. Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nước thải tại nguồn được phát triển và đã được ứng dụng tại một số cơ sở giết mổ, tuy nhiên hiệu quả của các giải pháp này còn hạn chế do một số các nguyên nhân như khó vận hành, chi phí bảo dưỡng và vận hành cao, hệ thống cồng kềnh tốn diện tích…Bởi vậy, để có thể xử lý hiệu quả nước thải từ các cơ sở giết mổ, cần phải có một giải pháp xử lý tại nguồn hiệu quả, có thể giải quyết được các hạn chế của các giải pháp xử lý tại nguồn hiện tại.
Công nghệ màng lọc kết hợp bể sinh học (MBR) đang là một trong những công nghệ tiên tiến, có khả năng xử lý đa dạng các loại nước thải đặc biệt là các loại nước thải giàu chất hữu cơ đồng thời có các ưu điểm như nhỏ gọn, dễ vận hành, tiết kiệm diện tích, mật độ vi sinh xử lý thường cao gấp 10 lần so với bể sinh học thông thường, nước sau màng lọc có chất lượng cao và loại bỏ được hoàn toàn các vi khuẩn có hại. Tuy nhiên, công nghệ MBR có hai hạn chế lớn là tiêu tốn năng lượng cho hệ thống bơm màng và màng lọc dễ bị tổn thương. Để khắc phục các hạn chế này, gần đây, có nhiều nghiên cứu với các giải pháp khác nhau nhằm tăng cường tuổi thọ cho màng lọc và giảm tiêu tốn năng lượng cho hệ thống bơm màng. Một trong những giải pháp hiệu quả là việc sử dụng khí nâng hỗ trợ màng trong quá trình lọc giúp cho màng lọc được làm sạch liên tục, ít bị lỗi màng tăng cường hiệu quả lọc, thêm vào đó khí nâng giúp việc vận chuyển hỗn hợp lỏng rắn tời bề mặt màng và đưa nước sạch qua màng có thể làm giảm năng lượng do bơm. Công nghệ màng lọc khí nâng kết hợp với bể sinh học (GL-MBR) đã được nghiên cứu và chứng mình được các ưu điểm so với so với MBR truyền thống và hứa hẹn là giải pháp xử lý nước thải hiệu quả và phổ biến trong tương lai. Việc ứng dụng GL-MBR có thể giúp giảm thiểu đáng kể chi phí đầu tư và vận hành.
Trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh ứng dụng thử nghiệm hệ thống GL-MBR để xử lý nước thải giết mổ lợn ở Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện hiệu quả vận hành và năng lượng của hệ thống GL-MBR cho xử lý nước thải giết mổ lợn bằng cách sử dụng các vi sinh vật tại chỗ được phân lập từ nước thải của cơ sở giết mổ lợn. Các vi sinh vật được phân lập bao gồm các chủng vi sinh vật hiếu khí và tích tụ nhiều sinh khối, có khả năng đồng hóa nhanh các chất ô nhiễm (đặc biệt là các hợp chất hữu cơ) và sinh trưởng nhanh, có năng lực sử dụng cơ chất đa dạng và có đặc tính tạo bông bùn kết lắng nhanh. Chính nhờ những ưu điểm này, việc bổ sung các vi sinh vật tại chỗ sẽ giúp quá trình xử lý nhanh hơn, nâng cao hiệu quả, tính ổn định trong xử lý sinh học so với việc sử dụng bùn hoạt tính thông thường, rút ngắn thời gian khởi động của quá trình xử lý hiếu khí trong bể sinh học từ 5 đến 7 ngày và tăng hiệu quả xử lý hiếu khí. Đặc biệt, ở giai đoạn vận hành ổn định, với nồng độ MLSS là 850-1.680 mg/L, hiệu quả xử lý COD và TN đều được duy trì ở mức cao và ổn định với các khoảng giá trị lần lượt 89,7 – 97,7% và 73,1 – 86,8%. Giá trị hiệu suất này tương đương với một số nghiên cứu trong nước và trên thế giới liên quan tới công nghệ được nghiên cứu cũng như đối tượng nước thải giết mổ lợn. Trong khi nồng độ MLSS cần thiết duy trì là 850-1.680 mg/L. Việc có thể vận hành ở nồng độ MLSS thấp đã giúp tăng hiệu quả lọc màng gấp 2 lần so với việc sử dụng vi sinh vật từ bùn hoạt tính thông thường, giảm chi phí vệ sinh do việc tắc màng, kéo dài tuổi thọ của màng lọc và tiết kiệm năng lượng vận hành.
Nghiên cứu đã xác định được một số thông số vận hành thích hợp cho hệ MBR khí nâng trong xử lý nước thải giết mổ lợn, cụ thể lưu lượng nước 0,8 m/giây, áp suất làm việc 0,8 bar, và lưu lượng khí nâng là 0,2 L/phút, nồng độ MLSS trung bình là 1.500 mg/L thì hệ màng lọc khí nâng đã đạt được năng suất lọc là 40 – 60 L/m2/giờ. Tải lượng ô nhiễm COD ở mức 2,57 – 3,25 kg/m3/ngày và với TN là 0,27 – 0,32 kg/m3/ngày thì hiệu suất xử lý COD và TN thường xuyên được duy trì ở mức 92 – 98% và 86 – 96% với nồng độ COD và TN trong nước thải đầu ra là dưới 120 mg/L và dưới 10 mg/L. Các giá trị này thấp hơn giá trị quy định theo chuẩn cột B của QCVN 40:2011/BTNMT.
Từ kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy công nghệ GL-MBR sử dụng vi sinh vật tại chỗ là giải pháp hứa hẹn có thể giải quyết hiệu quả bài toán về xử lý nước thải cho các cơ sở giết mổ gia súc nói chung và giết mổ lợn nói riêng ở Việt Nam. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, nghiên cứu của luận án mới chỉ thực hiện tại quy mô phòng thí nghiệm. Để có thể ứng dụng rộng rãi được hệ thống GL-MBR có sử dụng vi sinh vật tại chỗ ngoài hiện trường, cần phải có các nghiên cứu tiếp theo tại quy mô pilot cho các cơ sở giết mổ lợn khác nhau. Việc nghiên cứu giải pháp ứng dụng vi sinh vật tại chỗ trong hệ thống GL-MBR để xử lý nước thải giết mổ lợn không chỉ mới ở Việt Nam mà còn trên thế giới. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển các giải pháp tiên tiến trong xử lý nước thải từ giết mổ lợn, giết mổ gia súc nói riêng và xử lý môi trường nói chung góp phần vào thực hiện hiệu quả Luật Môi trường mới sửa đổi năm 2020.
4. Liệt kê những đóng góp mới của luận án (lượng hóa thật cụ thể, rõ ràng, ngắn gọn, gạch đầu dòng cho từng đóng góp mới)
Về mặt lý luận: Luận án đã nghiên cứu và chứng minh được việc cải thiện hiệu quả vận hành và hiệu quả năng lượng trong xử lý nước thải giết mổ của hệ thống MBR khí nâng bằng cách sử dụng các vi sinh vật tại chỗ. Nghiên cứu chỉ ra vi sinh vật tại chỗ không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý sinh học mà còn tăng cường được hiệu quả lọc và hiệu quả năng lượng của màng khí nâng với lượng, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng của công nghệ MBR khí nâng.
Về mặt thực tiễn: Hệ thống MBR khí nâng là một hệ thống mới cả trên thế giới và Việt Nam, hiện nay mới chỉ có một vài nghiên cứu về hệ thống này tại Việt Nam. Đây là giải pháp hứa hẹn có thể giúp giải quyết các vấn đề tồn tại của các phương pháp truyền thống (ví dụ: vận hành phức tạp, hiệu quả chưa cao, kinh phí vận hành cao…) trong xử lý nước thải giết mổ lợn nói riêng và nước thải giết mổ gia súc nói chung.
Các thông tin của luận án có thể tải theo đường link dưới đây: