Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh xã hội hiện đại, thực phẩm ăn nhanh đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự tiện lợi, giá cả hợp lý và tiết kiệm thời gian Theo tác giả Minh Anh (2012) trong bài viết trên tạp chí Nhịp cầu đầu tư, nhiều chuyên gia kinh tế nhận định rằng mặc dù dịch Covid-19 đã ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế toàn cầu, nhưng tiềm năng phát triển của ngành thực phẩm ăn nhanh vẫn được dự báo sẽ tăng từ 5-6% mỗi năm trong giai đoạn 2020-2025.
Nước thải từ ngành sản xuất thực phẩm ăn nhanh, đặc biệt từ quá trình tẩm ướp gà rán công nghiệp, chứa các hợp chất gia vị đa phân tử với tính chất kháng khuẩn, kháng vi sinh vật và kháng nấm Việc ướp thịt bò với rượu vang đỏ, mật ong, húng tây, kinh giới, tỏi và cải ngựa có thể kiểm soát tổng số vi khuẩn mesophilic hiếu khí và vi khuẩn axit lactic Các gia vị như tỏi, hành tây, gừng, tiêu, đinh hương và quế cho thấy hoạt tính kháng nấm mạnh mẽ; đặc biệt, hoạt chất trong tỏi và đinh hương ở nồng độ 20% hoàn toàn ức chế sự phát triển của nấm Tinh dầu từ các loại gia vị và thảo dược cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm.
Tỏi, mù tạt, quế, thì là, cây đinh hương, húng tây, húng quế, oregano, hạt tiêu, gừng, cây xô thơm, và hương thảo đều có tác dụng kháng khuẩn tốt (Marija M Ńkrinjar và Nevena T Nemet, 2009) Để xử lý nước thải từ ngành sơ chế gà rán công nghiệp, cần một hệ thống xử lý phức tạp với nhiều công đoạn hóa lý và sinh học Việc tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải thân thiện với môi trường là rất cần thiết Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của thực vật trong việc xử lý nước thải, như việc sử dụng sậy (Phragmites australis) trong xử lý nước thải chăn nuôi (Trương Thị Nga và ctv., 2007) và nghiên cứu khả năng xử lý ô nhiễm của các loại thực vật như cỏ hương bồ, cây sậy và cỏ nến/bồn bồn (Roman Marecik et al., 2013) Việt Nam sở hữu nhiều loại thực vật có khả năng làm sạch các chất ô nhiễm trong nước thải.
Nhiều nghiên cứu cho thấy việc kết hợp phương pháp hóa sinh trong xử lý nước thải mang lại hiệu quả cao Cụ thể, tác giả Trương Thanh Cảnh (2010) đã nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc sinh học dòng bùn ngược, đạt hiệu suất xử lý lần lượt khoảng 97% cho COD, 80% cho BOD5, 94% cho SS, 90% cho N và 85% cho P Ngoài ra, nhóm tác giả Lê Công Nhất Phương và cộng sự (2012) cũng đã xác nhận hiệu suất xử lý đạt 92% ở tải trọng 0,04 kgN.
Nghiên cứu xử lý Ammonium trong nước thải giết mổ cho thấy hiệu suất đạt 87,8% ở tải trọng 0,14 kgN-NH4/m³.ngày bằng phương pháp nitrit hóa một phần kết hợp Anammox Đối với nước thải từ nhà máy sản xuất dược phẩm, Nguyễn Điền Châu (2012) ghi nhận hiệu suất xử lý COD từ 8-30% ở pH 8,0, với tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,26-0,35 lên 0,64-0,69 Trong khi đó, tại pH 2,5, hệ quang hóa UV/H2O2 đạt hiệu suất xử lý COD 43-50%, với tỷ lệ BOD5/COD tăng từ 0,15-0,17 lên 0,41-0,43 Nước thải sau xử lý oxy hóa nâng cao cho thấy khả năng thích nghi tốt với quá trình sinh học khi được dẫn qua mô hình bùn hoạt tính hiếu khí Theo nghiên cứu của Jiaqi Cui et al (2014), việc kết hợp oxy hóa ozone và lọc khí sinh học (BAF) trong xử lý xyanua từ nước thải mạ điện đạt hiệu quả cao, với tỷ lệ khử CN−, COD, Cu²⁺ và Ni²⁺ lần lượt là 99,7%, 81,7%, 97,8% và 95,3% khi sử dụng ozone 100 mg/L và thời gian lưu nước 9h và 6h.
Năm 2015, vi khuẩn Pseudomonas stutzeri và Bacillus subtilis đã được ứng dụng để loại bỏ đạm và lân trong nước thải lò giết mổ gia cầm, đạt hiệu suất loại bỏ NH4+ từ 98,9%-100% và PO4^3- từ 90,6%-100% với pH trung bình 7-9 sau 1 ngày xử lý Nghiên cứu của Tran Thi Thu Lan et al (2016) về xử lý nước thải giết mổ lợn bằng vi khuẩn B velezensis M2 cho thấy hiệu suất xử lý COD và tổng nitrogen lần lượt đạt 93,2% và 83,5% sau 12 giờ Mai Hùng Thanh Tùng và Nguyễn Thị Diệu Cẩm (2017) đã nghiên cứu xử lý hơn 90% COD trong nước thải chế biến sữa bằng phương pháp lọc sinh học hiếu khí kết hợp với Bèo cái Một số nghiên cứu khác cũng đã kết hợp phương pháp ozone với sinh học, như nghiên cứu của Nguyễn Xuân Hoàng và cộng sự (2017) về tiền xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp Fenton-ozone Phan Nguyễn Tường và cộng sự (2020) đã khảo sát hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi heo sau bể biogas bằng công nghệ lọc sinh học kết hợp bãi lọc thực vật, cho thấy hiệu suất xử lý BOD5 đạt 40-45%, Amoni 50-70%, TSS 70-80% và độ đục 48-50%.
Mặc dù phương pháp ozone hóa kết hợp với thủy sinh thực vật trong việc xử lý ô nhiễm nước thải đã được nghiên cứu, nhưng vẫn còn hạn chế cả trong và ngoài nước (Nguyễn Điền Châu và ctv., 2017) Việc sử dụng ozone hóa như một giai đoạn tiền xử lý để làm mất hoạt tính của các chất ô nhiễm trong nước thải kết hợp với thủy sinh thực vật có tiềm năng lớn trong nghiên cứu xử lý ô nhiễm nước.
Nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm ra giải pháp xử lý nước thải từ quá trình sơ chế gà rán công nghiệp, sử dụng phương pháp ozone kết hợp với thủy sinh thực vật.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu giải pháp xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone kết hợp thủy sinh thực vật.
Khảo sát và đánh giá được thành phần, đặc tính, khối lượng nước thải phát sinh từ nhà máy Jollibee Việt Nam.
Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tiền xử lý bằng phương pháp ozone hóa là bước đầu tiên trong nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải từ quy trình sơ chế gà rán công nghiệp bằng cách kết hợp ozone hóa với cây Sậy (Phragmites australis) Cuối cùng, đề xuất giải pháp xử lý nước thải này bao gồm việc áp dụng phương pháp ozone hóa kết hợp với hệ thống đất ngập nước kiến tạo trồng sậy, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý.
Nội dung nghiên cứu
1.3.1 Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng nước thải sơ chế gà rán công nghiệp
Tiến hành khảo sát hiện trạng phát sinh nước thải sơ chế gà rán của nhà máy Jollibee.
1.3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp bằng phương pháp ozone hóa
Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu quả xử lý nước thải của ozone.
Phạm vi, đối tƣợng nghiên cứu
Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu quả xử lý nước thải của ozone.
Thí nghiệm 4: Hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp ozone hóa.
1.3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu sử dụng cây Sậy ( Phragmites australis ) xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp
Thí nghiệm 5 tập trung vào việc nghiên cứu khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của cây Sậy, đồng thời xác định nồng độ ô nhiễm tối ưu để cây có thể sinh trưởng và phát triển hiệu quả trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Thí nghiệm 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng sậy đến sự tăng trưởng và khả năng làm sạch chất ô nhiễm (Quy mô phòng thí nghiệm).
Thí nghiệm 7 tập trung vào việc đánh giá hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải từ quy trình sơ chế gà rán công nghiệp Phương pháp nghiên cứu áp dụng là ozone hóa kết hợp với hệ thống đất ngập nước kiến tạo trồng sậy chảy ngầm ngang, được thực hiện trực tiếp ngoài hiện trường Kết quả của thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin quan trọng về khả năng xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả trong ngành công nghiệp thực phẩm.
1.3.4 Nội dung 4: Đề xuất công nghệ xử lý nước thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee Việt Nam Đề xuất công nghệ xử lý nước thải sơ chế gà rán bằng phương pháp ozone hóa kết hợp với Sậy trồng trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm ngang.
1.4 Phạm vi, đối tƣ ng nghi n cứu
Phạm vi thời gian: Từ năm 2015 đến năm 2019.
Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đƣợc tiến hành tại Nhà máy
Jollibee Việt Nam đã được thành lập tại Khu công nghiệp Tân Kim, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An Mẫu phân tích được thực hiện tại Viện Môi trường và Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự hợp tác của Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên tại Trường Đại học Cần Thơ.
Phạm vi nội dung: Nghiên cứu kết hợp phương pháp ozone hóa với đất ngập nước trồng sậy để xử lý nước thải sơ chế gà rán.
1.4.2 Đối tƣ ng nghi n cứu
Nước thải sơ chế gà rán công nghiệp lấy tại nhà máy Jollibee Việt Nam và cây Sậy lấy tại Cần Giuộc – Long An.
Ý nghĩa của luận án
Luận án mang ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn, bước đầu xử lý ô nhiễm trong nước thải sơ chế gà rán, giảm thiểu ô nhiễm và có thể áp dụng cho xử lý tiếp theo bằng sậy Ý nghĩa khoa học đầu tiên là xác định mối tương quan và dự báo theo chuỗi thời gian qua các thí nghiệm với tỷ lệ nước thải khác nhau khi sử dụng ozone và điện cực, từ đó xác định các thông số tối ưu cho quá trình tiền xử lý nước thải thông qua các phương trình hồi quy Thứ hai, luận án nghiên cứu động học của xử lý nước thải sau tiền xử lý bằng cây sậy, xác định hiệu suất xử lý, sự phát triển của thân cây, bộ rễ và mật độ cây trồng thích hợp, với kết quả phân tích theo xu thế tuyến tính Cuối cùng, luận án là nguồn tài liệu khoa học cho các nghiên cứu chuyên sâu liên quan, phục vụ giảng dạy tại các ngành Kỹ thuật môi trường, Công nghệ môi trường, Quản lý môi trường và Kỹ thuật tài nguyên nước tại các trường đại học, cao đẳng, đồng thời là cơ sở khoa học cho ứng dụng xử lý nước thải tại các cơ sở sơ chế gà rán công nghiệp tương tự.
Nghiên cứu trong luận án này đóng góp quan trọng vào việc nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường và xử lý ô nhiễm theo hướng sinh thái.
Luận án đã đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho nhà máy Jollibee, đồng thời thực hiện tính toán sơ bộ về chi phí vận hành và giá thành xử lý nước thải Đóng góp này có ý nghĩa thiết thực đối với hoạt động của nhà máy Jollibee.
Kết quả nghiên cứu của luận án đem lại hiệu quả trong xử lý loại hình nước thải sơ chế gà rán.
Điểm mới của luận án
Nghiên cứu này lần đầu tiên áp dụng phương pháp ozone hóa kết hợp với sậy trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo nhằm xử lý nước thải từ quy trình sơ chế gà rán công nghiệp Phương pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Xác định pH và liều lượng ozone thích hợp là rất quan trọng trong quá trình tiền xử lý nước thải từ công nghiệp chế biến gà rán Việc tối ưu hóa các yếu tố này giúp nâng cao hiệu quả ozone hóa, từ đó cải thiện chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.
Luận án đã đánh giá đƣợc hiệu quả hấp thu N, P và sự phát triển của nhu mô xốp trong cây Sậy.
Mô hình hồi quy tổng quát đã được xây dựng để xử lý nước thải từ quá trình sơ chế gà rán công nghiệp, kết hợp giữa phương pháp ozone hóa và xử lý bằng sậy Công nghệ này áp dụng ozone hóa với tác nhân điện cực, kết hợp với sậy trồng trong hệ thống đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm ngang, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp luận nghiên cứu
Luận án áp dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng, bao gồm khảo sát hiện trạng phát thải tại nhà máy, tổng hợp tài liệu, thiết lập và vận hành mô hình từ phòng thí nghiệm đến thực địa Ngoài ra, việc lấy mẫu phân tích được thực hiện theo quy chuẩn, và dữ liệu được xử lý bằng các mô hình thống kê Các vấn đề được luận giải thông qua việc so sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước.
Hình 3.1: Quá trình nghiên cứu thống kê (Ngô Thị Thuận và ctv., 2006)
Phân tích hồi quy là một kỹ thuật thống kê quan trọng, được sử dụng để ước lượng phương trình phù hợp nhất cho các tập hợp dữ liệu quan sát giữa biến phụ thuộc và biến độc lập.
Xác định vấn đề, mục đích, nội dung, đối tƣợng nghiên cứu
Báo cáo và truyền đạt kết quả nghiên cứu
Phân tích và giải thích kết quả, dự đoán xu hướng phát triển
Tổng hợp thống kê Xử lý số liệu
- Tập hợp, sắp xếp số liệu
- Chọn các phần mềm xử lý số liệu
- Phân tích thống kê sơ bộ
- Lựa chọn các phương pháp phân tích thống kê sơ bộ Điều tra thống kêXây dựng hệ thống các khái niệm, chỉ tiêu thống kê
Mô hình hồi quy cho phép ước lượng mối quan hệ chân thực giữa các biến số, từ đó dự báo biến phụ thuộc dựa trên giá trị của biến độc lập đã biết Phương pháp thống kê giúp xác định nhân tố chính ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm, đồng thời loại bỏ những yếu tố gây nhiễu không tác động trực tiếp đến kết quả (Nguyễn Văn Tuấn, 2020)
Hình 3.2: Sơ đồ sơ nghiên cứu của luận án.
Mô hình nghiên cứu
3.2.1 Mô hình oxy hóa bằng ozone Ứng dụng cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sơ chế gà rán
Jollibee và những nhà máy có nước thải có đặc tính tương tự Đề xuất công nghệ xử lý nước thải sơ chế gà rán cho nhà máy Jollibee
Khảo sát hiệu suất xử lý của Sậy trong hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm ngang
(TN 5, 6, 7) Đánh giá hiệu suất xử lý nước thải sơ chế gà rán bằng phương pháp Ozone hoá (TN 1, 2, 3, 4)
Khảo sát hiện trạng phát sinh nước thải sơ chế gà rán công nghiệp tại nhà máy Jollibee
Chiều cao của thiết bị phản ứng ozone thường dao động từ 0,8 đến 1,4m Nghiên cứu của Naoyuki Kishimoto et al (2010) sử dụng thiết bị cao 99cm và đường kính φ4cm, trong khi nghiên cứu tiếp theo của họ vào năm 2011 sử dụng thiết bị cao 119cm với cùng đường kính φ4cm.
Xuân Hoàng và ctv (2017) thiết kế bình phản ứng ozone có chiều cao 1,4m đường kính φ0,14m (thể tích hữu dụng 15,7L) Còn nhóm tác giả Lê Ngọc
Kim Ngân và Nguyễn Phước Dân (2017) đã thiết kế một thiết bị phản ứng ozone với kích thước 0,6m x 0,5m x 2m Trong khi đó, tác giả Zhiran Xia và Liming Hu (2019) đã phát triển một bình phản ứng ozone có kích thước 0,2m x 0,2m x chiều cao chưa được nêu rõ.
0,8m (thể tích thực 32L và thể tích hữu dụng 16L).
Bảng 3.1: Thông số, kích thước của các dụng cụ thiết bị xây dựng mô hình nghiên cứu.
TT Thiết bị/vật liệu Thông số Số lƣ ng Ghi chú
2 Điện cực than Hiệu điện thế 12V
3 Bể phản ứng (có nắp đậy và có van lấy mẫu ở đáy bể)
4 Hệ thống ống, Van phân phối khí O3 vào bể phản ứng.
5 Thùng xốp trữ lạnh mẫu nước thải sau thí nghiệm.
7 Bình hấp thụ ozone dƣ Gồm 02 erlen thủy tinh
250ml chứa dung dịch KI nồng độ 10%
Để đảm bảo sự ổn định và theo dõi chính xác lượng ozone trong suốt quá trình thí nghiệm, nghiên cứu đã lựa chọn máy ozone OBM, được trang bị đồng hồ hiển thị rõ ràng lượng khí ozone cung cấp.
Quá trình cấp khí được thực hiện bằng cách bơm và khuếch tán qua hệ thống đường ống từ đáy thiết bị phản ứng, nhằm đảm bảo rằng quá trình phản ứng diễn ra hiệu quả và ngăn ngừa thất thoát ozone.
Chọn kích thước thiết bị phản ứng/ bể phản ứng ozone: Dài x Rộng x Cao là
0,2m x 0,2m x 1m (thể tích thực là 40L, thể tích thí nghiệm là 20L) Bể đƣợc làm bằng kính trắng dày 5mm (đáy dày 8mm , nắp đậy bằng kính đƣợc khoan
02 lỗ (01 lỗ để dẫn khí ozone xuống đáy bể và 01 lỗ gắn ống thu khí) có gắn đệm cao su tránh thoát khí.
Hình 3.3: Mô hình thí nghiệm nội dung nghiên cứu 2.
Quy tắc hoạt động của mô hình
Mỗi mẻ thí nghiệm là 20L nước thải; Nước thải được chuẩn bị (hiệu chỉnh pH đến giá trị mong muốn và bơm vào bình phản ứng;
Khởi động máy ozone và điều chỉnh lượng ozone theo giá trị mong muốn Ozone sẽ được bơm qua lưu lượng kế vào hệ thống ống dẫn và phân phối ở đáy bể phản ứng Khí ozone sẽ khuếch tán từ dưới lên trên trong bể, trong khi phần khí ozone dư sẽ được dẫn vào dung dịch KI với nồng độ 10%.
Sau thời gian phản ứng t phút, tắt máy và mở van để lấy mẫu phân tích, với mỗi lần lấy 50mL Tổng lượng nước thải tối đa có thể lấy ra để phân tích sẽ được xác định dựa trên số lần lấy mẫu.
Một mẻ thí nghiệm có thể tích là 400mL, được thực hiện trong khoảng thời gian từ 15 đến 120 phút Thời gian này không đáng kể so với tổng thể tích thí nghiệm là 20L/mẻ, do đó không ảnh hưởng đến quá trình thí nghiệm.
Sau mỗi mẻ thí nghiệm, rửa bằng nước sạch, để ráo và bắt đầu mẻ thí nghiệm tiếp theo.
Hình 3.4a: Máy ozone sục khí vào bể phản ứng.
Hình 3.4b: Thu mẫu nước thải sau thí nghiệm.
3.2.2 Mô hình nghiên cứu khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của sậy
Xô nhựa cao 52 cm và đường kính 50 cm được thiết kế với van xả đáy, bên dưới có lớp đá 1x2 cao 20 cm, tiếp theo là lớp cát dày 25 cm, và khoảng cách an toàn 7 cm ở trên cùng Vật liệu đá và cát được rửa sạch trước khi đưa vào mô hình thí nghiệm, tạo ra diện tích trồng sậy là 0,196 m² với tổng chiều cao lớp vật liệu (cát và đá) là 0,45 m Theo nghiên cứu của IDEM (1997) trích dẫn bởi Lê Anh Tuấn và cộng sự (2009), chiều sâu lớp vật liệu không nên nhỏ hơn 45 cm để đảm bảo hiệu quả.
Hình 3.5a: Sậy bắt đầu trồng ở thí nghiệm 5.
Hình 3.5b: Sậy phát triển tốt ở thí nghiệm 5.
3.2.3 Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng sậy đến sự tăng trưởng và khả năng làm sạch chất ô nhiễm
Thùng nhựa cao 70cm, dài 140cm và rộng 110cm, được chia thành 4 phần đều nhau, mỗi phần có van xả đáy Lớp đá 3x4 cao 20cm nằm dưới cùng, tiếp theo là lớp đá 1x2 cao 10cm, và trên cùng là lớp cát dày 30cm Khoảng cách an toàn trên cùng cao 10cm Vật liệu đá và cát được rửa sạch trước khi đưa vào mô hình thí nghiệm, với diện tích trồng sậy là 0,385m² và chiều cao lớp vật liệu (cát, đá) là 0,6m Nước thải được cấp vào là 50 lít.
Hình 3.6a: Thùng nhựa để làm mô hình thí nghiệm 6.
3.2.4 Mô hình đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm ngang.
Mô hình đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm ngang được xây dựng bằng bê tông với kích thước 8m x 0,4m x 0,5m, trong đó chiều cao lớp vật liệu cát và đá là 0,45m Cuối mô hình được trang bị van xả nước dưới đáy, giúp điều chỉnh lưu lượng nước trong hệ thống.
Tính toán, thiết kế mô h nh đất ngập nước
Sử dụng phương pháp tính theo Constructed Wetlands Manaul (2008) (UN-HABITAT, HS Number: HS/980/08E, ISBN Number: (Volume) 978-92- 1-131963-7).
Mô hình là hệ thống dòng chảy ngầm dưới mặt đất (Horizontal subsurface flow – HSF) nên chọn độ dốc 1% (Lê Hoàng Nghiêm, 2016b)
Diện tích mặt ngang của mô h nh đất ngập nước:
- As: diện tích đất ngập nước (m 2 ).
- Q: lưu lượng theo ngày (m 3 /ngày).
- Ci: nồng độ BOD5 đầu vào (mg/L).
- Ce: nồng độ BOD5 đầu ra (mg/L).
- KBOD: hệ số đối với HF là 0,15m/ngày.
- Ci = 400 mg/L là nồng độ BOD5 sau tiền xử lý bằng ozone và điện cực.
- Ce = 30 mg/L là nồng độ BOD5 QCVN 40:2011/BTNMT (cột A).
Diện tích mặt ngang của mô h nh đất ngập nước:
- Ac: diện tích mặt ngang của mô hình đất ngập nước (m 2 ).
- Qs: lưu lượng trung bình (m 3 /s).
- Kf: hệ số thấm khi thực vật phát triển đầy đủ (m/s) là 1.10 -3 – 3.10 -3
- - Chọn Kf = 1.10dH/ds: độ dốc (m/m) Chọn dH/ds = 1%
Chiều rộng của mô hình:
Trong đó: H là chiều cao mực nước của mô hình (chọn 0,4m).
Chiều dài của mô hình:
Vậy kích thước mô hình là Dài x Rộng x Cao = 6m x 0,35m x 0,5m.
Thời gian lưu nước (HRT)
- HRT: thời gian lưu nước (ngày).
- : độ xốp vật liệu (cát thô có độ xốp là 0.39).
- Qd: lưu lượng nước thải (m -3
Tải trọng thuỷ lực (HLR)
- HLR: tải trọng thuỷ lực (m/ngày).
- Qd: lưu lượng nước thải (m 3 /ngày).
Tải trọng hữu cơ (OLR)
- OLR: tải trọng hữu cơ (kgBOD5/m 2 ngày).
- Qd: lưu lượng nước thải (m 3 /ngày).
- Ci: Nồng độ BOD5 đầu vào (mg/L).
Như vậy, nếu mô hình có kích thước Dài x Rộng x Cao = 6m x 0,35m x 0,5m Tải trọng là 292,2kgBOD/ha.ngày > 142 kgBOD/ha.ngày không thỏa điều kiện.
Vì vậy chọn kích thước mô hình là Dài x Rộng x Cao = 8m x 0,4m x 0,5m HRT = 4,54 ngày; HLR = 3,44cm/ngày; OLR = 137,5kgBOD/ha.ngày.
Tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của hệ thống đất ngập nước là 8m:0,4m, tương đương với 20:1 Theo Lê Hoàng Nghiêm (2016a), tỷ lệ lý tưởng nên nằm trong khoảng từ 4:1 đến 10:1 Tuy nhiên, nghiên cứu của Lê Hoàng Việt và cộng sự (2017) đã chỉ ra rằng tỷ lệ chiều dài và chiều rộng cho hệ thống đất ngập nước chảy ngầm theo phương ngang có thể đạt tới 24:1 và 22:1.
(2005 đã xây dựng mô hình thực nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm có tỷ lệ dài rộng là 15 : 1.
Thời gian, địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu
Hình 3.7b: Van thu nước sau thí nghiệm 7.
Hình 3.7c: Sậy trồng ở thí nghiệm 7. 3.3 Thời gian, địa điểm và đối tƣ ng nghiên cứu
Thí nghiệm đƣợc thực hiện từ tháng 10/2015 đến tháng 6/2019.
3.3.2 Địa điểm Địa điểm thí nghiệm: Nhà máy Jollibee Việt Nam tại Khu công nghiệp
Tân Kim – huyện Cần Giuộc – tỉnh Long An. Địa điểm phân tích mẫu: Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên – Trường Đại học Cần Thơ.
3.3.3 Đối tƣ ng nghiên cứu
Nước thải sơ chế gà rán công nghiệp tại nhà máy Jollibee và cây Sậy.
Nội dung nghiên cứu
Khảo sát hiện trạng phát sinh nước thải sơ chế gà rán công nghiệp tại nhà máy Jollibee.
Để đánh giá hiện trạng và thành phần nước thải từ nhà máy sơ chế gà rán công nghiệp, cũng như hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải hiện tại, bài viết này sẽ đề xuất những phương pháp mới nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải.
3.4.1.2 Thu mẫu và phân tích mẫu
Mẫu nước thải được thu trực tiếp tại hố thu của dây chuyền sơ chế gà rán công nghiệp.
Thời điểm lấy mẫu: lấy mẫu liên tục từ thứ hai đến chủ nhật, thời gian lấy mẫu từ 09-10h sáng.
Các chỉ tiêu phân tích
Nước thải từ nhà máy sơ chế gà rán công nghiệp Jollibee được thu thập và mang về phòng thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu quan trọng như pH, EC, dầu mỡ, COD, BOD5, DO, TN và TP, theo phương pháp phân tích quy định trong Bảng 3.9.
Tổng số lư ng mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích
07 mẫu x 8 chỉ tiêu = 56 chỉ tiêu.
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế gà rán bằng phương pháp sử dụng ozone.
Xác định giá trị pH, liều lượng ozone và thời gian phản ứng tối ưu là rất quan trọng trong việc áp dụng phương pháp ozone để tiền xử lý nước thải từ quy trình chế biến gà rán Các yếu tố này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý nước thải Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ sử dụng các vật liệu và mô hình thí nghiệm phù hợp để khảo sát các thông số cần thiết.
Tổng số lư ng mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích
(45 mẫu ở thí nghiệm 1) + (162 mẫu ở thí nghiệm 2) + (21 mẫu ở thí nghiệm
309 mẫu x 3 chỉ tiêu (COD, BOD5 và pH)/ mẫu = 927 chỉ tiêu.
Trong các thí nghiệm thăm dò, phân tích cho thấy giá trị TN và TP không thay đổi, do đó quyết định chọn COD, BOD5 và tỷ lệ BOD5/COD làm thông số đánh giá hiệu suất xử lý của phương pháp ozone.
Giá trị pH của nước thải được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH 1N đến các mức 7, 8, 9, sau đó được bơm vào bể phản ứng và sục Ozone với liều lượng 0,2g/h trong 60 phút Mẫu nước thải với pH = 7 được coi là gần với pH ban đầu của nước thải chưa điều chỉnh Nghiên cứu của R Amadelli et al (2000) chỉ ra rằng tính ổn định của ozone thay đổi theo pH, do đó việc khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước thải là rất quan trọng Mỗi 15 phút, mẫu nước thải sau quá trình ozone hóa được thu thập và phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD và pH Tỷ lệ BOD5/COD trong nước thải là cơ sở thực nghiệm để theo dõi hiệu quả xử lý chất hữu cơ, đồng thời làm tiền đề cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo Độ lặp thí nghiệm được thực hiện 03 lần.
Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm 1.
Lặp lại Thời gian (phút)
Ax.1; Ax.2; Ax.3; Bx.1; Bx.2.; Bx.3; Cx.1; Cx.2; Cx.3: với x là số lần lặp lại thí nghiệm
A1.y; A2.y; A3.y; B1.y; B2.y; B3.y; C1.y; C2.y; C3.y: với y là thời gian thí nghiệm
Tổng số mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích ở thí nghiệm 1
03 giá trị pH x 5 giá trị thời gian x 3 lần lặp = 45 mẫu.
45 mẫu x 3 chỉ tiêu (COD, BOD5 và pH)/ mẫu = 135 chỉ tiêu.
Trong thí nghiệm ở pH, các liều lượng ozone được sử dụng lần lượt là 0,15g/h, 0,2g/h, 0,25g/h, 0,3g/h, 0,35g/h và 0,4g/h, với điện cực than và hiệu điện thế 12V, thực hiện lặp lại 3 lần Thí nghiệm diễn ra trong 120 phút, với tần suất lấy mẫu mỗi 15 phút Mẫu nước thải sau khi lấy qua van xả được phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD và pH nhằm đánh giá khả năng loại bỏ chất hữu cơ và xác định liều lượng ozone tối ưu cho quá trình xử lý.
Theo Wu J.J et al (2008 đƣợc trích dẫn bởi Nguyễn Nhƣ Sang và ctv.
O3 oxy hóa diễn ra qua hai phương thức: thứ nhất, là phản ứng trực tiếp khi các phân tử O3 tương tác với các hợp chất hòa tan; thứ hai, là phản ứng gián tiếp, trong đó các gốc *OH hình thành từ quá trình phân hủy O3 sẽ tác động đến các hợp chất hòa tan trong nước thải.
Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm 2.
Lặp lại Thời gian (phút)
Ax.1; Ax.2; Ax.3; Bx.1; Bx.2.; Bx.3; Cx.1; Cx.2; Cx.3; Dx.1; Dx.2; Dx.3; Ex.1; Ex.2.; Ex.3;
Fx.1; Fx.2; Fx.3: với x là số lần lặp lại thí nghiệm
F1.y; F2.y; F3.y: với y là thời gian thí nghiệm
Tổng số mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích ở thí nghiệm
2 06 giá trị lƣợng ozone x 9 giá trị thời gian x 3 lần lặp = 162 mẫu
162 mẫu x 3 chỉ tiêu (COD, BOD5 và pH)/ mẫu = 486 chỉ tiêu.
Thí nghiệm với giá trị pH tìm thấy ở thí nghiệm 1, chọn liều lƣợng ozone tìm thấy ở thí nghiệm 2 (sử dụng tác nhân điện cực than hiệu điện thế
Trong nghiên cứu này, mẫu nước thải được thu thập qua van xả của mô hình thí nghiệm với độ lặp lại 3 lần và khảo sát trong 90 phút, tần suất lấy mẫu là 15 phút/lần Các chỉ tiêu BOD5, COD và pH sẽ được phân tích nhằm đánh giá khả năng loại bỏ chất hữu cơ và xác định thời gian xử lý tối ưu cho thí nghiệm.
Bảng 3.4: Bố trí thí nghiệm 3.
Ax.1; Ax.2; Ax.3: với x là số lần lặp lại thí nghiệm
A1.y; A2.y; A3.y: với y là thời gian thí nghiệm
Tổng số mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích ở thí nghiệm 3
01 giá trị lƣợng ozone x 7 giá trị thời gian x 3 lần lặp = 21 mẫu
21 mẫu x 3 chỉ tiêu (COD, BOD5 và pH)/ mẫu = 63 chỉ tiêu.
Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm 4.
Ax.1; Ax.2; Ax.3; Bx.1; Bx.2.; Bx.3; Cx.1; Cx.2; Cx.3: với x là số lần lặp lại thí nghiệm
A1.y; A2.y; A3.y; B1.y; B2.y; B3.y; C1.y; C2.y; C3.y: với y là thời gian thí nghiệm
Thời gian (phút) Nghiệm thức
Ozone và tác nhân điện cực
Thí nghiệm được thực hiện bao gồm ba phương pháp: sử dụng điện cực than với hiệu điện thế 12V, sử dụng ozone với liều lượng 0,3g/h, và kết hợp ozone với liều lượng 0,3g/h cùng với điện cực than có hiệu điện thế 12V.
Nghiệm thức ozone được thực hiện với giá trị pH và liều lượng ozone từ thí nghiệm 1 và 2, chỉ sử dụng ozone làm tác nhân oxy hóa mà không cần điện cực Thí nghiệm khảo sát 20L nước thải với 3 lần lặp lại, thu mẫu mỗi 15 phút trong 120 phút Sau đó, mẫu được phân tích các chỉ tiêu BOD5, COD và pH để đánh giá hiệu quả oxy hóa của ozone mà không sử dụng điện cực.
Nghiệm thức điện cực được thực hiện với giá trị pH và liều lượng ozone từ thí nghiệm 1 và 2, sử dụng điện cực than có hiệu điện thế 12V mà không sục ozone trong 120 phút Thể tích mỗi mẻ thí nghiệm là 20L, được lặp lại 3 lần với tần suất lấy mẫu 15 phút/lần để theo dõi các chỉ tiêu BOD5, COD và pH, nhằm đánh giá ảnh hưởng của điện cực đến quá trình xử lý hợp chất hữu cơ trong nước thải.
Nghiệm thức ozone ảnh hưởng đến điện cực được thực hiện với giá trị pH và liều lượng ozone từ thí nghiệm 1 và 2 Trong bể phản ứng, hệ sục khí ozone kết hợp với điện cực than ở hiệu điện thế 12V nhằm khảo sát sự phân hủy các hợp chất phức tạp trong nước thải Thí nghiệm được lặp lại ba lần, với tần suất lấy mẫu 15 phút/lần, sử dụng 20L nước thải được sục khí trong 120 phút.
Tổng số mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích ở thí nghiệm 4
3 nghiệm thức x 9 giá trị thời gian x 3 lần lặp = 81 mẫu
81 mẫu x 3 chỉ tiêu (COD, BOD5 và pH)/ mẫu = 243 chỉ tiêu.
Nghiên cứu sử dụng cây Sậy (Phragmites australis) xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp.
Nước thải sau quá trình tiền xử lý bằng phương pháp ozone hóa được nghiên cứu trong nội dung nghiên cứu 3, với các chỉ tiêu như sau: COD từ 850 đến 920 mg/L, BOD5 từ 380 đến 410 mg/L, TN từ 120 đến 140 mg/L, và TP từ 28 đến 40 mg/L Tỷ lệ BOD5/COD dao động từ 0,52 đến 0,71, trong khi tỷ lệ BOD5 : N : P là 410 : 140 : 40, tương ứng với 100 : 34,14 : 9,75 Các tỷ lệ này cho thấy nước thải có đủ dưỡng chất cần thiết cho quá trình xử lý sinh học, phù hợp với nghiên cứu của nhóm tác giả Lê Hoàng Việt và cộng sự.
(2019), tỷ lệ BOD5 : N : P mà nhóm tác giả nghiên cứu xử lý nước thải y tế là183,97 : 18,15 : 13,65 tương đương với 100 : 9,87 : 7,42.
Theo niên giám thống kê năm 2020, khu vực miền Nam, đặc biệt là trạm quan trắc Vũng Tàu, có số giờ nắng phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật Cụ thể, số giờ nắng trong các năm gần đây là: năm 2015 đạt 2.937,8 giờ, năm 2016 là 2.690,3 giờ, năm 2017 là 2.582,5 giờ, năm 2018 là 2.593,9 giờ và năm 2019 ghi nhận 2.814,0 giờ Trong năm 2019, số giờ nắng theo từng tháng lần lượt là: 238,5 giờ, 259,4 giờ, 298,1 giờ, 299,7 giờ, 257,7 giờ, 200,3 giờ, 204,9 giờ và 203,0 giờ.
Nghiên cứu về cây Sậy tập trung vào đặc điểm sinh học, tốc độ phát triển, cấu trúc khoang chứa khí, mô chuyển khí, nhu mô xốp và sinh khối Mục tiêu là giải thích cơ chế giúp cây Sậy thích nghi với môi trường nước thải, từ đó xác định nồng độ tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trong điều kiện này Kết quả nghiên cứu sẽ đánh giá khả năng hấp thu chất hữu cơ của cây Sậy, góp phần cải thiện chất lượng môi trường nước.
Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
3.5.1 Phương pháp tính toán kết quả
3.5.1.1 Tính toán N, P tích luỹ trong Sậy
- M: hàm lƣợng N, P thực vật tích lũy
- CB: hàm lƣợng N, P của Sậy khi bắt đầu thí nghiệm
- CF: hàm lƣợng N, P của Sậy khi kết thúc thí nghiệm
- WB: sinh khối khô của Sậy khi bắt đầu thí nghiệm
- WF: sinh khối khô của Sậy khi kết thúc thí nghiệm
3.5.1.2 Tính hiệu suất xử lý nước thải
- H: hiệu suất xử lý nước thải
- C1: nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào (mg/L)
- C2: nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý (mg/L)
3.5.1.3 Tính toán hiệu quả xử lý Coliform
Theo nghiên cứu của Reed et al (1995) được trích dẫn bởi Lê Hoàng Nghiêm (2016b), cơ chế loại bỏ vi sinh vật gây bệnh trong vùng đất ngập nước tương tự như ở hồ ổn định nước thải Khả năng này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và được trình bày qua một công thức cụ thể.
- Ci: Nồng độ Coliform đầu vào (số Colifom/100mL)
- Ce: Nồng độ Coliform đầu ra (số Coliform/100mL)
- t: Thời gian lưu nước (ngày)
- KT: Hằng số tốc độ phụ thuộc nhiệt độ (ngày-1)
3.5.1.4 Tính toán RGR – tốc độ tăng trưởng tương đối
Theo Trương Hoàng Đan và ctv (2008); Shervin Jamshidi et al (2014), tốc độ tăng trưởng tương đối của thực vật được tính theo công thức:
- RGR (Relative Growth Rate): Tốc độ tăng trưởng tương đối
- W1: Trọng lƣợng khô của cây tại thời điểm bố trí thí nghiệm (g)
- W2: Trọng lƣợng khô của cây tại thời điểm thu hoạch (g)
- t1: Thời điểm bố trí thí nghiệm (ngày)
- t2: Thời điểm thu hoạch (ngày)
3.5.1.5 Cách quan sát và tính diện tích khoang khí chứa khí
Vi mẫu sau khi nhuộm được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số Olympus 7.2 megapixels, kết hợp với kính hiển vi Olympus để tăng cường độ phóng đại.
Khoảng không chứa khí được xác định qua hình chụp độ phân giải cao và sau đó quét lại ở độ phân giải 300dpi Phần mềm Corel PhotoPaint được sử dụng để tăng cường độ tương phản cho hình ảnh Cuối cùng, hình ảnh được chuyển sang phần mềm MapInfo 10.0 để thực hiện số hóa và tính toán diện tích khoang chứa khí so với tổng diện tích lát cắt ngang.
3.5.2 Phương pháp xử lý số liệu
Phần mềm IBM SPSS 22 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) được sử dụng để phân tích phương sai đa nhân tố nhằm đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD5, TN, và TP trong nước thải của Sậy, cũng như xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý trong các thí nghiệm nghiên cứu Kết quả so sánh trung bình của các thông số được thực hiện thông qua kiểm định T-Test và Duncan với mức ý nghĩa 5%.
Sử dụng kiểm định T-Test để so sánh chất lượng nước đầu vào và đầu ra của hệ thống với Quy chuẩn nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT) là một phương pháp hiệu quả Nghiên cứu cũng phân tích mối tương quan và hồi quy đa biến giữa nồng độ N, P và các điều kiện thí nghiệm như thời gian lưu và mật độ với sự sinh trưởng, tích lũy và khả năng xử lý nước của hệ thống Để trực quan hóa dữ liệu, phần mềm Sigmaplot 12.5 (San Jose, California, USA) được sử dụng để vẽ biểu đồ.
Mô hình xu thế tuyến tính mô tả sự vận động tăng hoặc giảm của dữ liệu theo thời gian, có thể được biểu diễn bằng đường thẳng hoặc đường cong Phương pháp dự báo sử dụng thuật toán hàm hồi quy để liên kết biến cần dự báo (Y) với thời gian (t), nhằm tạo ra các giá trị dự báo cho tương lai Giả định của phương pháp này là hình thức vận động của dữ liệu trong quá khứ sẽ tiếp tục trong tương lai, với thời gian được sử dụng làm biến giải thích, bắt đầu từ giá trị 1 cho quan sát đầu tiên và tăng dần đến n cho quan sát cuối cùng (Theo Ramanathan, 2001).