Tài liệu Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi thủy sản bằng công nghệ mbbr (moving bed biofilm reactor)

LỜI CẢM ƠN Với hơn bốn năm trên giảng đƣờng đại học, dƣới sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô, em đã nhận đƣợc những kiến thức quý báu và luận văn này là kết quả sau chặng đƣờng dài đƣợc học tập dƣới ngôi trƣờng này. Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô khoa Môi trƣờng – trƣờng Đại Học Lạc Hồng đã tận tình giáo dƣỡng giúp em có nền tảng kiến thức vững vàng, đồng thời trang bị những kinh nghiệm quý giá để em có thể vững bƣớc trên con đƣờng sự nghiệp tƣơng lai. Để hoàn thành tốt luận văn này, em xin gởi lời biết ơn sâu sắc và chân thành đến Cô Th.S Phan Thị Phẩm đã tận tình truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm, hƣớng dẫn và hỗ trợ về mọi mặt để chúng em có thể hoàn thành tốt bài nghiên cứu tốt nghiệp. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của các Thầy Cô, anh chị và các bạn cùng làm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm khoa Môi trƣờng – Trƣờng ĐH Bách Khoa, nơi chúng em đặt mô hình nghiên cứu. Mặc dù đƣợc sự giúp đỡ của nhiều ngƣời, nhƣng với lƣợng kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn báo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp chân thành của các Thầy Cô, anh chị và các bạn để bài báo cáo tốt hơn cũng nhƣ để nâng cao kiến thức của mình. Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU............................................................................................. 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: ............................................................................2 1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ................................................2 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu : ..............................................................................3 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: ..................................................................................3 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................3 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................3 1.5.1 Phƣơng pháp tổng hợp thông tin ............................................................... 3 1.5.2 Phƣơng pháp thực nghiệm trên mô hình ...................................................... 3 1.5.3 Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm .....................4 1.5.4 Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu: ....................................................4 1.6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................5 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN.....................................................................................6 2.1. Tổng quan về ngành nuôi trồng thủy sản: ........................................................ 6 2.1.1. Thành phần tích chất nƣớc ao nuôi cá: ...................................................... 6 2.1.2. Khả năng gây ô nhiễm của nƣớc thải ........................................................ 7 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản .......................................10 2.2.1. Giới thiệu .................................................................................................10 2.2.2. Phƣơng pháp cơ học ................................................................................10 2.2.3. Phƣơng pháp hóa học ..............................................................................10 2.2.4. Phƣơng pháp hóa lý .................................................................................11 2.2.5. Phƣơng pháp sinh học..............................................................................11 2.3. Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) .................11 2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR. ............................................................. 11 2.3.2. Giá thể động ............................................................................................. 13 2.3.3. Lớp màng biofilm .................................................................................... 15 2.3.4. Tính chất của màng vi sinh vật ................................................................ 17 2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lí bằng công nghệ MBBR..........20 2.4 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của công nghệ MBBR: ............................................24 2.5. Tình hình nghiên cứu công nghệ trong và ngoài nƣớc ...................................25 2.5.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................25 2.5.2. Nghiên cứu trong nƣớc ............................................................................26 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................27 3.1 Vật liệu ...........................................................................................................27 3.2 Mô hình nghiên cứu........................................................................................ 27 3.3 Cấu tạo mô hình.............................................................................................. 29 3.4 Nguyên tắc hoạt động ..................................................................................... 30 3.5 Quy trình nghiên cứu ...................................................................................... 30 3.6 Phƣơng pháp xác định các thông số thí nghiệm .............................................32 3.7 Quá trình vận hành thí nghiệm .......................................................................34 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 36 4.1 Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ và hiệu quả xử lý COD: ..........36 4.2 Hiệu quả xử lý N-Amonia: .............................................................................39 4.3 Hiệu quả xử lý nitrite (NO2- ): ........................................................................41 4.4 Hiệu quả xử lý nitrate (NO3- ):........................................................................44 4.5 Hiệu quả xử lý Phospho: ................................................................................47 CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................... 50 5.1 KẾT LUẬN ....................................................................................................50 5.2 KIẾN NGHỊ....................................................................................................51 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Ô nhiễm nước thải ao nuôi cá của tỉnh An Giang ......................................7 Bảng 2.2. Thông số các loại giá thể MBBR .............................................................. 13 Bảng 2.3 Công dụng của các thiết kế điển hình cho các bể phản ứng KMT ở 15oC 20 Bảng 3.1. Tóm tắt các thông số thiết kế của mô hình MBBR....................................29 Bảng 3.2. Các thông số vận hành cho bể MBBR hiếu khí ........................................31 Bảng 3.3. Thông số nước thải đầu vào .....................................................................32 Bảng 3.4. Các thông số vận hành của mô hình MBBR hiếu khí ............................... 32 Bảng 3.5. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích .................................................... 34 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Các tác động vào môi trường nước của chất thải ao nuôi . ........................ 8 Hình 2.2.Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofim Chip M, Natrix – O. ......................... 14 Hình 2.3. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong giá thể 15 Hình 2.4. Mô tả sự khuếch tán của chất dinh dưỡng ở màng biofilm....................... 16 Hình 2.5. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng. ......................................17 Hình 2.6. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể. ................................................22 Hình 2.7. Các sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR điển hình ..............24 Hình 3.2 Mô hình thực tế .......................................................................................... 28 Hình 3.3. Sơ đồ khối ..................................................................................................28 Hình 4.1 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày........................... 36 Hình 4.2 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m3.ngày........................... 37 Hình 4.3 Sự thay đổi COD ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m3.ngày........................... 37 Hình 4.4 Hiệu suất xử lý COD qua 3 tải. ..................................................................38 Hình 4.5 Sự thay đổi NH3 ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày ............................ 39 Hình 4.6 Sự thay đổi NH3 ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m3.ngày ............................ 39 Hình 4.7 Sự thay đổi NH3 ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m3.ngày ............................ 40 Hình 4.8 Hiệu suất xử lý NH3 qua 3 tải. ...................................................................40 Hình 4.9 Sự thay đổi NO2- ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày ........................... 41 Hình 4.10 Sự thay đổi NO2- ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m3.ngày ........................ 42 Hình 4.11 Sự thay đổi NO2- ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m3.ngày ......................... 42 Hình 4.12 Hiệu suất xử lý NO2- qua 3 tải .................................................................43 Hình 4.13. Sự thay đổi NO3-ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày ......................... 44 Hình 4.14. Sự thay đổi NO3-ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m3.ngày ........................ 44 Hình 4.15. Sự thay đổi NO3-ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m3.ngày ........................ 45 Hình 4.16. Hiệu suất xử lý NO3- qua 3 tải ................................................................ 46 Hình 4.17. Sự thay đổi PO42- ứng với tải trọng 0.6 kgCOD/m3.ngày........................ 47 Hình 4.18. Sự thay đổi PO42- ứng với tải trọng 0.9 kgCOD/m3.ngày....................... 47 Hình 4.19 Sự thay đổi PO42- ứng với tải trọng 1.2 kgCOD/m3.ngày ........................ 48 Hình 4.20. Hiệu suất xử lý PO42- ứng với 3 tải. ........................................................ 48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long. NTTS: Nước thải thủy sản. VAC : Vườn – Ao – Chuồng QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường. MBBR : Moving Bed Biofilm Reactor. BOD5: Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày. BOD7: Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 7 ngày. COD: Nhu cầu oxy hóa học HRT: Thời gian lưu nước. DO: Nồng đọ oxy hòa tan UASB: Upflow anaerobic sludge blanket. PCA: Polyvinyl Alchohol. LAS: Linear Alkylbenzene Sulfonate. IR: Hệ số tuần hoàn nội bộ. SMEWW:Standard Methods for the Examination of Water anh Wastewater. 1 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những thập niên vừa qua, lĩnh vực nuôi trồng thủy sản của Việt Nam đã có sự phát triển nhanh chóng, góp phần tích cực vào việc cung cấp nguồn thực phẩm, tăng cƣờng sản lƣợng nuôi trồng, đóng góp vào tổng kim nghạch xuất khẩu thủy sản là rất lớn. Tuy nhiên, sự phát triển ồ ạt, thiếu qui hoạch của ngành thủy sản trong những năm gần đây đặc biệt là trong nuôi cá dẫn đến môi trƣờng ao bị ô nhiễm một cách nghiêm trọng. Ô nhiễm môi trƣờng, bệnh và dịch bệnh đang là mối quan tâm hàng đầu của ngƣời nuôi cá và ngƣời quản lý trong nghề nuôi trồng thủy sản nói chung. Các nhà nghiên cứu và nhận định rằng nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc của các vùng nuôi thủy sản chính là các loại thức ăn. Để tăng cƣờng sản lƣợng thu hoạch và mang lại nhiều lợi nhuận thì ngƣời nuôi cá sẵn sàng nuôi với mật độ cao và sử dụng một lƣợng thức ăn rất lớn và đa dạng, cùng với lƣợng hóa chất, các chất kháng sinh đã gây ra tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng đáng báo động. Từ đó đƣa ra biện pháp xử lý vừa phù hợp với điều kiện kinh tế vùng, lại vừa đạt hiệu quả xử lý cao, chú trọng đến biện pháp sinh thái gắn liền với tự nhiên đồng thời hƣớng đến phát triển bền vững để bảo đảm sản lƣợng và chất lƣợng sản phẩm tạo ra ổn định, ngày càng phát triển một cách tốt hơn. Có nhiều công nghệ xử lý nƣớc thải thủy sản đã và đang đƣợc áp dụng trên thế giới, chủ yếu là ứng dụng giải pháp sinh học để xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy trong thành phần nƣớc thải. Hiện nay có 4 nhóm công nghệ đang đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản: - Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính. - Hệ thống xử lý kỵ khí. - Hệ thống xử lý kỵ khí kết hợp hiếu khí. - Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính kết hợp với thực vật thủy sinh. 2 Phƣơng pháp thiếu khí ít đƣợc quan tâm do thời gian xử lý kéo dài, thích hợp cho những nơi có diện tích rộng lớn. Phƣơng pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí đƣợc áp dụng nhiều hơn, chủ yếu là hiếu khí tăng cƣờng (Aerotank) và kỵ khí cải tiến UASB có ƣu điểm là hiệu suất cao, thời gian xử lý ngắn. Nhƣng cả hai phƣơng pháp này cũng có nhƣợc điểm là: kinh phí vận hành cao do sử dụng điện cho các thiết bị nhƣ bơm và máy thổi khí, không có khả năng xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm cao, tạo ra lƣợng bùn thải lớn và tính ổn định của hệ thống thƣờng không cao. Kết hợp với nhu cầu thực tế và khắc phục yếu điểm của các phƣơng pháp trƣớc đây, luận văn này tiến hành “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá bằng công nghệ MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor”. So với quá trình bùn hoạt tính thì quá trình diễn ra trong bể MBBR có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn do chuỗi thức ăn dài trong lớp màng hình thành trên giá thể lơ lửng trong bể có số lƣợng nhiều và phong phú các loài nhƣ: protozoa, metozoa, vi khuẩn và nấm. Khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích bể cao hơn quá trình bùn hoạt tính thông thƣờng do số lƣợng sinh khối trên mỗi đơn vị thể tích của màng vi sinh cao hơn. Nhờ quá trình tạo màng liên tục và loại bỏ phần vi sinh già chết ở phía ngoài, điều này làm cho trẻ hóa năng lƣợng, vi sinh mới nhanh chóng phát triển. Lƣợng bùn dƣ sinh ra ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Bên cạnh đó, công nghệ này có khả năng chịu sự biến đổi về thủy lực và tải trọng cao hữu cơ cao. Do đó việc đề xuất sử dụng bể MBBR có thể ứng dụng trong điều kiện diện tích xử lý hạn hẹp với chi phí xử lý ít tốn,là nghiên cứu bƣớc đầu phù hợp với hƣớng đi trên. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nƣớc thải ao nuôi cá bằng công nghệ MBBR. 1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình gồm 1 bể MBBR và 1 bể lắng. Nƣớc thải đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này đƣợc lấy từ xã Tân Nhựt, Huyện Bình Chánh, TP. Hồ Chí Minh. 3 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu : Xử lý nƣớc thải ao cá bằng công nghệ MBBR đạt tiêu chuẩn xả thải . 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu hiệu quả xử lý mô hình trên nƣớc thải ao nuôi cá với quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu hiệu quả giảm COD, NO2- , NO3- , NH3+ , TP . 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Thiết kế, lắp rắp mô hình MBBR và đánh giá hiệu suất xử lý của mô hình MBBR. Thiết kế lắp rắp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng  Chạy thích nghi.  Vận hành mô hình với các tải trọng COD đầu vào khác nhau lần lƣợt là: 0,6 kgCOD/m3, 0,9 kgCOD/m3, 1,2 kgCOD/m3.  Nghiên cứu khả năng xử lý COD trong nƣớc thải.  Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Nitơ trong nƣớc thải.  Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Photpho trong nƣớc thải.  So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau khi xử lý với quy chuẩn xả thải. 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5.1 Phƣơng pháp tổng hợp thông tin Thu thập các tài liệu liên quan ( thành phần tính chất nƣớc thải ao nuôi cá,…) đƣợc tham khảo từ một số các luận văn khác, các tài liệu hội thảo chuyên ngành có liên quan, tài liệu tìm hiểu trên mạng, từ đó tổng hợp nên số liệu đáng tin cậy. 1.5.2 Phƣơng pháp thực nghiệm trên mô hình Tiến hành thiết kế, lắp đặt mô hình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trƣờng – Trƣờng ĐH Bách khoa, Tp.Hồ Chí Minh. Thiết kế, lắp ráp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng. 4 Mô hình hệ thống xử l‎ý nƣớc ao và bùn thải với qui mô phòng thí nghiệm đƣợc xây dựng để đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR. Từ đó xác định công nghệ xử l‎ý khả thi và hiệu quả của mô hình. 1.5.3 Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm Dùng các phƣơng pháp phân tích theo tiêu chuẩn nƣớc ngoài (Standards Methods for wastewater), các tiêu chuẩn Việt Nam quy định cùng với các tiêu chuẩn hiện hành để phân tích các thông số ô nhiễm trong nƣớc ô nhiễm. 1.5.4 Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu: Phƣơng pháp tính toán: Xác định tải trọng COD đầu vào và đầu ra theo công thức: L Trong đó: QC kg , 3 V m .ngày L : Tải trọng COD, kgCOD/m3.ngày. Q: Lƣu lƣợng đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l C : Nồng độ COD đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l. V : Thể tích nƣớc thải, m3. Xử lý số liệu: Kết quả phân tích đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê toán học.Sử dụng phần mềm Microsoft office Excel để thống kê số liệu và xây dựng biểu đồ thể hiện: đầu vào, đầu ra, hiệu suất xử lý, đƣờng quy chuẩn xả thải cho từng chỉ tiêu môi trƣờng. 5 1.6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ MBBR hiện nay chƣa đƣợc áp dụng nhiều và vẫn còn là công nghệ khá mới ở Việt Nam. Công nghệ MBBR có nhiều ƣu điểm hơn so với công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính, đặc biệt là tải trọng hữu cơ và hiệu quả xử lý cao, thời gian lƣu nƣớc ngắn, do đó sẽ làm giảm diện tích mặt bằng xây dựng bể. Đề tài mở ra một hƣớng đi cụ thể cho việc xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận hành phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Kết quả của đề tài nghiên cứu có thể triển khai áp dụng rộng rãi đối với nƣớc thải ao nuôi thủy sản và tạo điều kiện thuận lợi cho những đề tài nghiên cứu xử lý các loại nƣớc thải khác bằng công nghệ MBBR. 6 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ngành nuôi trồng thủy sản: Thủy sản là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Đối với nƣớc ta, thủy sản hiện đang cung cấp một nguồn thực phẩm quan trọng cho tiêu dùng trong nƣớc và góp phần không nhỏ trong tổng kim ngạch xuất khẩu của nƣớc nhà.Với tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ƣớt cũng nhƣ chịu sự chi phối của các yếu tố nhƣ gió, mƣa, địa hình, thổ nhƣỡng, thảm thực vật nên tạo điều kiện hình thành dòng chảy với hệ thống sông ngòi dày đặc, là môi trƣờng sinh sống của các loại thủy hải sản. Trong những năm qua, NTTS đã trở thành thế mạnh kinh tế rất quan trọng ở ĐBSCL và trong cả nƣớc. các mô hình NTTS ở ĐBSCL tập trung ở một số tỉnh Cà Mau,Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre và Tiền Giang v.v…với các mô hình nuôi trồng khác nhau nhƣ: nuôi tôm sinh thái, tự nhiên, quảng canh, thâm canh,bán thâm canh v.v…trong khi đó, các mô hình nuôi trồng thủy sản nƣớc ngọt tập trung ở một số tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, Cần Thơ, Sóc Trăng …với các loại cá đồng truyền thống nhƣ cá lóc, cá rô, cá sặc v.v..nuôi thâm canh cá tra, cá da trơn bằng bè trên sông và các ao nuôi ven sông rạch, bãi bồi, nuôi lƣơn mùa lũ…đặc biệt, các mô hình nuôi cá VAC ( vƣờn – ao - chuồng ) trong các hộ gia đình, các trang trại sản xuất ở nông thôn với các loại cá đồng và các loại ao hồ v.v..rất phát triển ở ĐBSCL.Tuy nhiên, việc tiếp cận các phƣơng thức nuôi trồng với mật độ cao, năng suất lớn đã làm gia tăng nhanh chóng việc sử dụng nhiều năng lƣợng, vật tƣ, chế phẩm hóa học, sinh học và chí phí,…cho NTTS và đặc biệt là gây nên những tiêu cực đến môi trƣờng và tạo ra sự mất cân bàn của hệ thống sinh thái tự nhiên, gây tổn thất sinh thái ảnh hƣởng không những đến môi trƣờng mà còn đến cán cân giữa nuôi trồng, chế biến và thị trƣờng tiêu dùng, xuất khẩu các ngành thủy sản. 2.1.1. Thành phần tích chất nƣớc ao nuôi cá: Chất lƣợng nƣớc ao nuôi thủy sản và tác động của chúng đến môi trƣờng sản xuất nông nghiệp và sự bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản đƣợc nghiên cứu tại các tỉnh An Giang, Cần Thơ, Đồng Tháp và Trà Vinh năm 2009. Kết quả cho 7 thấy nƣớc thải chứa hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng cao (NH 4-N, P) và có khả năng gây phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc ở các vùng lân cận. Nƣớc ao xả ra sông có BOD 5 cao và chứa nhiều vi sinh vật gây hại ( E.Coli và Coliform). Càng gần ao nuôi cá (40m và 10 m), đất canh tác chứa hàm lƣợng đạm cao hơn và bị ô nhiễm bởi vi sinh vật gây hại nhƣng khả năng trao đổi cation của đất tăng đáng kể. So với tiêu chuẩn nƣớc mặt (QCVN 08:2008/BTNMT,cột B2), hầu hết các chỉ tiêu chất lƣợng nƣớc thải ao nuôi cá đều vƣợt tiêu chuẩn nhiều lần, DO sụt giảm. Các chỉ tiêu TN,TP cũng cao gây ra nguy cơ phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc cho nguồn tiếp nhận. Chất lƣợng nƣớc trong các ao nuôi thủy sản, đặc biệt là các mô hình nuôi công nghiệp đã cho thấy dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD, Nitơ và Photpho cao hơn tiêu chuẩn cho phép). Bảng 2.1. Ô nhiễm nước thải ao nuôi cá của tỉnh An Giang QCVN Thông số Nƣớc thải ao nuôi cá pH 6,4 – 7,0 5,5 - 9 DO 1,5 – 4,0 >2 SS 35 - 120 100 BOD5 13 - 50 25 COD 35 - 95 50 Amonia 2 - 11 1 TN 6 – 24 TP 0,4 – 3,8 08:2008/BTNMT,cột B2 0,5 (Nguồn:Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Huỳnh Thị Ngọc Hân năm 2009) 2.1.2. Khả năng gây ô nhiễm của nƣớc thải Một điều hết sức quan trọng là các mô hình nuôi thâm canh càng cao, quy mô công nghiệp càng lớn thì lƣợng chất thải và mức độ nguy hại càng trở nên trầm trọng và biểu hiện là sự tổn thất do ô nhiễm môi trƣờng và sự cố môi trƣờng. Chính vì vậy, vấn đề xử lý nƣớc từ các ao nuôi thủy sản là vấn đề rất bức xúc hiện nay ở 8 khu vực ĐBSCL. Tác động của chúng tập trung từ nguồn thức ăn dƣ thừa thối rủa bị phân hủy, các chất tồn dƣ sử dụng nhƣ: Hóa chất, thuốc kháng sinh,… Tác động môi trƣờng nƣớc của nƣớc thải NTTS Môi trƣờng thiếu oxy Vi khuẩn gây bệnh Dinh dƣỡng thừa lắng Làm tảo độc phát Lây nhiễm Cá bệnh Hình 2.1 Các tác động vào môi trường nước của chất thải ao nuôi .  Các chất hữu cơ: Các chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải ao nuôi thủy sản chủ yếu là để phân hủy. Trong nƣớc thải chủ yếu là chứa các chất nhƣ cacbonhyrat, thức ăn dƣ thừa, kháng sinh,…khi xả vào nguồn nƣớc sẽ có làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dƣới 50% nồng độ bão hòa có khả năng gây ảnh hƣởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nƣớc, dẫn đến giảm chất lƣợng nƣớc cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.  Chất rắn lơ lửng: Các chất rắn lơ lửng làm cho nƣớc đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nƣớc đƣợc ánh sáng chiếu tới gây ảnh hƣởng đến quá trình quang hợp của tảo, rong rêu,… Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hƣởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nƣớc) và gây bồi lắng lòng sông gây cản trở sự lƣu thông nƣớc của tàu bè… 9  Các chất dinh dƣỡng (N,P): Nồng độ các chất Nitơ, photpho cao gây ra hiện tƣợng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tƣợng thiếu oxy. Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tƣợng thủy vực chết ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc của thủy vực.Ngoài ra,các loại tảo nổi trên mặt nƣớc tạo thành lớp màng khiến cho bên dƣới không có ánh sáng. Qúa trình quang hợp của các thực vật tầng dƣới bị ngƣng trệ. Tất cả các hiện tƣợng trên gây tác động xấu tới chất lƣợng nƣớc, ảnh hƣởng tới hệ thủy sinh,nghề nuôi trồng thủy sản, du lịch và cấp nƣớc. Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ làm chết tôm cá từ 1.2-3 mg/l. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ Amonia không vƣợt quá 1mg/l.  Vi sinh vật : Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nƣớc là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Con ngƣời trực tiếp sử dụng nguồn nƣớc nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho ngƣời nhƣ bệnh lỵ, thƣơng hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đƣờng tiết niệu, tiêu chảy cấp tính...Do nƣớc thải ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và vô cơ nên khi xả thải ra nguồn nƣớc sẽ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ sinh thái nƣớc: Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng cao gây nên hiện tƣợng bùn lắng và nảy sinh điều kiện kị khí, làm cản trở ánh sáng mặt trời chiếu vào nƣớc, gây hủy hoại thủy tinh, giảm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc. Hàm lƣợng chất hữu cơ cao trong điều kiện thiếu oxy trong nƣớc xảy ra quá trình phân hủy yếm khí sinh ra sản phẩm độc hại nhƣ: H 2S, mercaptan gây mùi hôi thối làm cho nƣớc có màu đen. Hậu quả là hệ sinh thái trong nƣớc bị hủy diệt, là nguồn gốc lây lan dịch bệnh theo đƣờng nƣớc, làm ô nhiễm tầng nƣớc ngầm. Nếu hàm lƣợng P và N cao sẽ phát triển sự tăng trƣởng của tảo và gây phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc. Hợp chất phosphos tự nhiên không độc hại, chỉ có một số loại tổng hợp este trung tính của axit Phosphoric dùng làm hóa chất bảo vệ thực vật 10 là có tính độc cao. Phosphor cũng là nguyên chất gây ra sự tái nhiễm bẩn nguồn nƣớc, gây mùi và màu khó chịu. Gây độ đục cho nƣớc do nƣớc thải có nhiều cặn và chất rắn lơ lửng. Thời gian phân hủy các chất hữu cơ kéo dài, phát sinh nhiều chất độc hại, hôi thối dẫn tới nguồn nƣớc không có khả năng tự làm sạch. Đồng thời nguồn nƣớc chịu tải lƣợng hữu cơ cao sẽ có thể bị chết do sự thiếu oxy hòa tan trong nƣớc. Ngoài ra nƣớc thải của ngành chế biến còn khả năng lan truyền dịch bệnh từ các xác thủy sản bị chết, thối rửa….Chính vì vậy ảnh hƣởng do nguồn nƣớc thải từ các xí nghiệp ngành chế biến thủy sản gây ra là rất lớn nếu không đƣợc xử lý sẽ góp phần làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trƣờng trên sông rạch, ở các khu vực nhà máy sản xuất. 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản 2.2.1. Giới thiệu Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ các loại chất không tan đến các loại chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nƣớc, việc xử lý nƣớc thải ao nuôi là loại bỏ các loại tạp chất đó, làm sạch nƣớc và đƣa vào nguồn tiếp nhận hoặc đƣa vào tái sử dụng. Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý thích hợp thƣờng đƣợc căn cứ trên đặc điểm của các loại tạp chất có trong nƣớc thải. Các phƣơng pháp chính thƣờng đƣợc sử dụng trong các công trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt là: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp sinh học. 2.2.2. Phƣơng pháp cơ học Các phƣơng pháp cơ học thƣờng đƣớc sử dụng nhƣ: lắng, tuyển nổi,… Phƣơng pháp này hoạt động dựa vào các lực vật lý nhƣ trọng trƣờng, lực li tâm, cánh gạt để tách những chất không tan,các hạt lơ lửng có kích thƣớc lớn ra khỏi nƣớc thải. 2.2.3.Phƣơng pháp hóa học Phƣơng pháp hóa học gồm các phƣơng pháp sau: Oxy hóa khử, phản ứng phân hủy các chất độc hại hoặc tạo kết tủa,keo tụ tạo bông,…Cơ sở của các phƣơng pháp này là dựa vào phản ứng hóa học của các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào. 11 2.2.4. Phƣơng pháp hóa lý Phƣơng pháp này dựa trên các quá trình vật lý và hóa học để đƣa vào nƣớc thải chất phản ứng để nó gây tác động đến các chất ô nhiễm, biến đổi hóa học tạo thành các chất dễ xử lý và không còn gây ô nhiễm môi trƣờng. Phƣơng pháp này có thể kết hợp với các phƣơng pháp nhƣ cơ học, hóa học, sinh học. Phƣơng pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, hấp phụ,… 2.2.5. Phƣơng pháp sinh học Phƣơng pháp này dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để oxy hóa các liên kết các hữu cơ phân tán dạng keo và dạng hòa tan có trong nƣớc thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có sẳn trong nƣớc thải làm nguồn thức ăn nhƣ cacbon, nitơ, photpho, kali,…vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào cũng nhƣ tích lũy năng lƣợng cho quá trình sinh trƣởng và phát triển. Chính vì thế sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu gồm 5 nhóm chính: - Quá trình hiếu khí. - Quá trình thiếu khí. - Quá trình kỵ khí. - Quá trình thiếu khí kết hợp kị khí. - Quá trình hồ sinh học. 2.3. Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) 2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR. MBBR là một dạng của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm).Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động đƣợc trong chất lỏng nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nƣớc thải hoặc thiết bị khuấy trộn. Công nghệ này đƣợc phát triển tại Norway (Thụy Điển) vào cuối những năm 1980 và đƣợc sử dụng rộng rãi trên nhiều nhà máy của các nƣớc trên thế giới. Trong những năm 1980, ngƣời ta sử dụng MBBR để loại bỏ Nitơ của nguồn thải thải ra 12 Biển Bắc. Kỹ sƣ và quá trình nghiên cứu sinh ở Thụy Điển nhận ra rằng trong nhiều trƣờng hợp cần có một quá trình sinh học với nồng độ sinh khối cao để tăng hiệu quả xử lý và giảm chi phí [Odgaard và cộng sự,1991]. Với mục đích loại bỏ chất hữu cơ, ammonia và nitơ công nghệ này đƣợc nghiên cứu và đƣợc chứng tỏ ƣu điểm rõ rêt qua nhiều nghiên cứu khác nhau. Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống nhƣ quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể lơ lửng mà giá thể lơ lửng náy lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và đƣợc giữ bên trong bể phản ứng. Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn nhƣ các phƣơng pháp xử lý màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phƣơng pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng đƣợc tạo ra trong quá trình xử lý. Cũng giống nhƣ các quá trình lơ lửng, sinh khối trong bể MBBR có nồng độ cao hơn, dẫn đến thể tích nhỏ gọn hơn quá trình bùn hoạt tính thông thƣờng. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí. Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể đƣợc tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thƣớc trung bình đƣợc tạo ra từ máy thổi. Trong khi đó ở bể kị khí / thiếu khí thì quá trình này đƣợc tạo ra bởi sự xáo trộn của 13 các giá thể trong bể bằng cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR đƣợc thiết kế lớp lƣới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang. 2.3.2. Giá thể động Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này đƣợc thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt giá thể và tạo điều kiện tối ƣu cho hoạt dộng của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nƣớc. Kaldnes Miljoteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và kích thƣớc khác nhau. Tùy thƣợc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau. Hiện tại trên thị trƣờng có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, Natrix và Biofilm Chip M. Thông số các loại giá thể sẽ đƣợc trình bày ở bảng 2.2. Bảng 2.2. Thông số các loại giá thể MBBR STT Loại giá thể Chất liệu 1 K1 polyetylen 2 K2 polyetylen 3 K3 polyetylen 4 Natrix polyetylen 5 Biofin Chip M polyetylen Kích thƣớc Diện tích hữu (DxL) ích(m2/m3) 10mm x 7mm 500 15mm x 15mm 25mm x 10mm 60mm x 50mm 45mm x 3mm 350 350 310 900 (Nguồn: Kaldnes Miljoteknologi)