Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía

  • Số trang: 60 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 32 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ- MÔI TRƢỜNG LÊ QUỐC ÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ VỚI GIÁ THỂ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP An Giang, 5/2011 TRƢỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ- MÔI TRƢỜNG LÊ QUỐC ÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ VỚI GIÁ THỂ BÃ MÍA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. LÊ MINH THÀNH GVPB: Ths. TRƢƠNG ĐĂNG QUANG Ths. NGUYỄN HỮU THANH An Giang, 5/2011 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết em xin gửi lời cảm ơn đến Ths. Lê Minh Thành, ngƣời đã quan tâm giúp đỡ, cùng với những ý kiến đóng góp sâu sắc nhất cho em hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô trong Bộ môn Môi trƣờng & phát triển bền vững, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trƣờng, trƣờng Đại học An Giang và thầy cô quản lý khu thí nghiệm đã hết lòng giảng dạy, truyền đạt kiến thức và giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ, nhân viên trong phòng kỹ thuật của công ty Thuận An đã nhiệt tình giúp đỡ em trong việc thu mẫu, cung cấp những thông tin để em hoàn thành tốt đề tài này. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè đã động viên, cổ vũ, chia sẽ với em những khó khăn trong thời gian học tập cũng nhƣ làm khóa luận tốt nghiệp và em chân thành cảm ơn những bạn đã bỏ nhiều thời gian cùng em đi thu mẫu ở công ty Thuận An để phục vụ cho việc thí nghiệm. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những ngƣời thân yêu nhất, đã giành cho em hết tình cảm và điều kiện, chia sẽ với em những lúc khó khăn nhất để em có thể hoàn thành tốt quá trình học tập 4 năm đại học và thời gian làm khóa luận tốt nghiệp. Long Xuyên, ngày 12 tháng 5 ngày 2011 Sinh viên thực hiện đề tài Lê Quốc Ân SVTH: Lê Quốc Ân i Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành MỤC LỤC CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................ 1 CHƢƠNG 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU...................................................... 2 2.1. Tổng quan về nƣớc thải chế biến thủy sản ........................................ 2 2.1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải chế biến thuỷ sản ........................ 2 2.1.2. Tính chất và thành phần của nước thải chế biến thủy sản ........... 2 2.1.3. Các chỉ tiêu hóa học, sinh hóa và lý học ....................................... 3 2.2. Tổng quan về các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản . 5 2.2.1. Phương pháp cơ học ..................................................................... 5 2.2.2. Phương pháp hóa học và hóa lý.................................................... 5 2.2.3. Phương pháp sinh học .................................................................. 6 2.3. Tổng quan về tình hình xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản............. 11 2.3.1. Hiện trạng xử lý nước chế biến thủy sản .................................... 11 2.3.2. Công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản ............................. 12 2.4. Nguyên tắc hoạt động của bể Aeroten và bể lọc sinh học có vật liệu ngập nƣớc (Bioten) .................................................................................. 14 2.4.1. Bể Aeroten ................................................................................... 14 2.4.2. Bể lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước ............................... 16 2.4.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu lọc ............................................... 16 2.5. Màng vi sinh vật ............................................................................... 18 2.5.1. Cấu tạo màng vi sinh vật ............................................................. 18 2.5.2. Hoạt động của màng .................................................................. 20 2.5.3. Tính chất của màng vi sinh vật .................................................. 22 2.6. Ảnh hƣởng của nƣớc thải chƣa qua xử lý ....................................... 27 SVTH: Lê Quốc Ân ii Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành CHƢƠNG 3: NỘI DUNG & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............30 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................... 30 3.2. Thời gian nghiên cứu........................................................................ 30 3.3. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................... 30 3.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 30 3.5. Phƣơng tiện và vật liệu nghiên cứu ................................................. 30 3.6. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................. 31 3.6.1. Chuẩn bị vật liệu ......................................................................... 31 3.6.2. Thu mẫu và bùn hoạt tính........................................................... 31 3.6.3. Mô hình hực nghiệm ................................................................... 31 3.6.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ........................................... 34 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .....................................................35 4.1. Kết quả của thí nghiệm xác định lƣợng bã mía tối ƣu.................... 35 4.2. Kết quả của thí nghiệm xác định thời gian lưu của các mô hình ..... 38 4.3. Xác định nồng độ COD thích hợp cho mô hình lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía ..................................................................................... 39 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................47 5.1. Kết Luận ...........................................................................................47 5.2. Kiến nghị .......................................................................................... 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................49 PHỤ LỤC.....................................................................................................50 SVTH: Lê Quốc Ân iii Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Các thông số tiêu biểu của nước thải chế biến thuỷ sản ..................3 Bảng 2.2: Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào đặc trưng cho nước thải chế biến thủy sản và TCVN 5945:2005 ................................................................12 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn xây dựng (TCXD 51-84) lượng bùn của bể Aeroten tương ứng với hàm lượng BOD20 của nước thải.............................................15 Bảng 2.4: Ảnh hưởng của nước thải chưa xử lý đến môi trường ...................27 Bảng 4.1: Kết quả đo COD đầu vào và COD đầu ra của bình 10g/l trong thời gian thích nghi từ ngày 19/3/2011 đến ngày 14/4/2011 ..................................35 Bảng 4.2: Kết quả đo COD đầu vào và COD đầu ra của bình 20g/l trong thời gian thích nghi từ ngày 19/3/2011 đến ngày 14/4/2011 ..................................35 Bảng 4.3: Kết quả đo COD đầu vào và COD đầu ra của bình 30g/l trong thời gian thích nghi từ ngày 19/3/2011 đến ngày 14/4/2011 ..................................36 Bảng 4.4: Kết quả đo COD đầu vào và COD đầu ra của bình 40g/l trong thời gian thích nghi từ ngày 19/3/2011 đến ngày 14/4/2011 ..................................36 Bảng 4.5: So sánh hiệu suất xử lý COD giữa các bình trong thời gian thích nghi từ ngày 19/3/2011 đến ngày 14/4/2011 ..................................................36 Bảng 4.6: Kết quả đo nồng độ COD (mg/l) và hiếu suất xử lý (%) của bình 30 g/l sau 72 giờ.................................................................................................38 Bảng 4.7: Kết quả của mô hình lọc sinh học với nồng độ COD không pha loãng (tương ứng 3000mg/l) .........................................................................40 Bảng 4.8: Kết quả của mô hình lọc sinh học với nồng độ COD pha loãng theo tỷ lệ 3:1(tương ứng 2250mg/l) .......................................................................40 Bảng 4.9: Kết quả của mô hình lọc sinh học với nồng độ COD pha loãng theo tỷ lệ 1:1(tương ứng 1500mg/l) .......................................................................41 Bảng 4.10: Kết quả xác định hiệu suất tải trọng xử lý của mô hình lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía ......................................................................42 SVTH: Lê Quốc Ân iv Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành DANH SÁCH HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 3.1: Cấu tạo màng vi sinh vật ...............................................................19 Hình 3.2: Hoạt động của màng vi sinh vật ....................................................20 Hình 3.1: Mô hình lọc sinh học hiếu khí tĩnh.................................................32 Hình 3.2: Mô hình lọc sinh học hiếu khí tĩnh.................................................33 Hình 4.1: Đồ thị so sánh hiệu suất xử lý COD giữa các mô hình ..................37 Hình 4.2: Đồ thị thể hiện hiệu quả xử lý COD của mô hình lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía sau 72 giờ ...................................................................39 Hình 4.3: Đồ thị thể hiện hiệu quả xư lý COD của mô hình lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía trên các nồn độ khác nhau .........................................41 Hình 4.4: Đồ thị thể hiện sự thay đổi tải trọng xử lý (kgCOD/m3ngđ) của mô hình lọc sinh học hiếu khí theo thời gian........................................................43 Hình 4.5: Đồ thị thể hiện sự thay đổi tải trọng xử lý (kgCOD/kg bã mía ngđ) của mô hình lọc sinh học hiếu khí theo thời gian ...........................................44 Hình 4.6 và 4.7: bùn dính bám và phát triển trên bã mía sau 1 tháng ...........45 Hình 4.8: Mẫu nước sau khi qua mô hình có màu trong và ít cặn lơ lửng hơn so với mẫu nước ở cuối bể Aeroten của Thuận An .........................................46 Sơ đồ 2.1: Phân loại các phương pháp xử lý hiếu khí ......................................7 Sơ đồ 2.2: Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.........................8 Sơ đồ 2.3: Phân loại các phương pháp xử lý kỵ khí .........................................8 Sơ đồ 2.4: Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản ................................13 Sơ đồ 3.1: Mô hình lọc sinh học hiếu khí tĩnh ................................................32 Sơ đồ 3.2: Mô hình lọc sinh học hiếu khí động ..............................................33 SVTH: Lê Quốc Ân v Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU Nƣớc là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đối với con ngƣời và sinh vật. Vì nó đóng vai trò rất quan trọng đối với sự tồn tại và duy trì sự sống của chúng ta. Với tốc độ phát triển nhanh chóng của quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nhƣ hiện nay thì nguồn nƣớc ngày càng suy giảm cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng do ảnh hƣởng từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt của ngƣời dân. Các dòng sông ngày càng ô nhiễm gây ảnh hƣởng đến hệ thủy sinh cũng nhƣ sức khỏe của ngƣời dân trực tiếp sử dụng nguồn ngƣớc này. Nói đến An Giang ngƣời ta sẽ nghĩ đến “cây lúa” và “con cá”, vì đây là một trong những ngành thế mạnh của tỉnh. Bên cạnh việc phát triển nông nghiệp thì An Giang cũng chú trọng đầu tƣ cho ngành công nghiệp chế biến và đặc biệt là mặt hàng thủy sản. Hiện nay có rất nhiều nhà máy chế biến thủy sản trên địa bàn tỉnh An Giang và tập trung chủ yếu nằm dọc theo sông Hậu. Lợi ích về mặt kinh tế của ngành chế biến thủy sản là không nhỏ, nó góp phần tăng kim ngạch xuất khẩu cho tỉnh An Giang nói riêng và Việt Nam nói chung, đồng thời cũng giúp giải quyết vấn đề việc làm cho lao động địa phƣơng. Tuy nhiên, các nhà máy chế biến thủy sản này cũng thải một lƣợng lớn nƣớc thải sản xuất chƣa qua xử lý xuống sông, kênh – rạch gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng môi trƣờng nƣớc cũng nhƣ đời sống của ngƣời dân xung quanh. Trên thực tế thì mỗi công nghệ đều có ƣu và khuyết điểm nhƣng để xử lý nƣớc thải thủy sản đạt tiêu chuẩn xả thải là cả một vấn đề khó khăn. Với mục tiêu là đa dạng các phƣơng pháp xử lý và để có nhiều lựa chọn hơn cho việc xử lý nƣớc thải thủy sản. Ở đề tài này tôi xin tập trung nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía, với mong muốn là có thể áp dụng vào thực tế để thay thế cho bể Aeroten trong các hệ thống xử lý nƣớc thải thủy sản nhƣ hiện nay. SVTH: Lê Quốc Ân 1 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành CHƢƠNG 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về nƣớc thải chế biến thủy sản 2.1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải chế biến thuỷ sản Nƣớc thải của một số xí nghiệp chế biến thủy sản gồm có: Nƣớc sản xuất, nƣớc thải vệ sinh công nghiệp và nƣớc thải sinh hoạt.  Nƣớc thải sản xuất là loại nƣớc đƣợc dùng để rửa nguyên liệu trong dây chuyền chế biến thuỷ sản.  Nƣớc thải vệ sinh công nghiệp là loại nƣớc dùng để vệ sinh cho công nhân trƣớc và sau khi vào ca làm việc, nƣớc dùng để rửa dụng cụ chế biến, thiết bị, máy móc và sàn nhà phân xƣởng mỗi ngày,...  Nƣớc thải sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên trong các xí nghiệp. Đây cũng là lƣợng nƣớc thải đáng kể vì trong xí nghiệp chế biến thủy sản có số lƣợng công nhân khá đông, do đó nhu cầu sử dụng nƣớc cho các hoạt động sinh hoạt là rất cao (Bùi Thị Minh Nhựt, 2009). 2.1.2. Tính chất và thành phần của nước thải chế biến thủy sản Thành phần và tính chất của nƣớc thải công nghiệp rất đa dạng, phụ thuộc vào từng quá trình sản xuất, vào trình độ và bản chất dây chuyền công nghệ. Ví dụ nhƣ nƣớc thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy; từ các xí nghiệp thuộc da có chứa các chất hữu cơ, tanin có màu nâu đen và đặc biệt là có mặt của kim loại nặng cùng với sunfua,… Nƣớc thải công nghiệp thƣờng mang tính chất đặc trƣng của quá trình sản xuất. Tuy nhiên, nƣớc thải còn phụ thuộc vào loại nhà máy – xí nghiệp, quy mô và trình độ công nghệ cũng nhƣ mức độ tái sử dụng nƣớc và các biện pháp xử lý nƣớc thải của từng nhà máy (Lương Đức Phẩm, 2001). Nƣớc thải từ các cơ sở chế biến thuỷ sản có chứa hàm lƣợng chất hữu cơ rất cao gồm protein, dầu mỡ, chất rắn lơ lửng, photphat, nitrat, phế phẩm của nguyên liệu chế biến nhƣ máu cá, nội tạng, ruột cá, xƣơng cá,.. Nƣớc thải từ các nhà máy chế biến thuỷ sản có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5945:2005), ví dụ nhƣ BOD5 cao hơn 10 ÷ 20 lần so với tiêu chuẩn cho phép, COD cao hơn 9 ÷ 15 lần, tổng lƣợng Nitơ cao hơn khoảng 3 ÷ 7 lần, tổng lƣợng Photpho vƣợt chuẩn nhƣng không nhiều và lƣợng dầu mỡ cao hơn 100 lần giới hạn B (Viện Công Nghệ Môi Trường, 2009). SVTH: Lê Quốc Ân 2 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành Bảng 2.1: Các thông số tiêu biểu của nước thải chế biến thuỷ sản STT Thông số ô nhiễm Đơn vị Phạm vi giá trị TCVN 5945:2005 (giới hạn B) - 5,4 ÷ 6,5 5,5 ÷ 9 1 pH 2 COD mg/l 550 ÷ 2000 80 3 BOD5 (200C) mg/l 400 ÷ 1272 50 4 SS mg/l 178 ÷ 400 100 5 Tổng Nitơ mg/l 109 ÷ 200 30 6 Tổng Photpho mg/l 7,1 ÷ 21,4 6 7 Dầu mỡ mg/l 567 ÷ 1204 5 Nguồn: Viện Công Nghệ Môi Trường, 2009. 2.1.3. Các chỉ tiêu hóa học, sinh hóa và lý học Chỉ tiêu pH pH là chỉ tiêu đặc trƣng cho tính axit hoặc bazơ của nƣớc và tính bằng nồng độ của ion hydro (pH = -lg[H+]). pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong quá trình sinh hóa bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào sự thay đổi của pH. Các công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học thƣờng hoạt động tốt trong khoảng pH = 6,5 – 8,5. Đối với nƣớc thải thủy sản pH giao động trong khoảng 5,5 – 9, do đó phải khống chế cho pH của nƣớc thải nằm trong khoảng thích hợp với phƣơng pháp xử lý sinh học. Nhu cầu oxy hóa học (COD) Nhu cầu oxy hóa học hay COD (Chemical Oxygen Demand) là lƣợng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong nƣớc thải, kể cả các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học và đƣợc xác định bằng phƣơng pháp Kali Dicromat (K2Cr2O7) trong môi trƣờng axít sulfuric và chất xúc tác bạc sulfat (Ag2SO4). Đơn vị đo của COD là mgO2/l hay đơn giản là mg/l (Lâm Minh Triết, 2006). SVTH: Lê Quốc Ân 3 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành  Nhu cầu oxy sinh học (BOD) Nhu cầu oxy sinh học hay BOD (Biologycal Oxygen Demand) là một trong những thông số cơ bản đặc trƣng cho mức độ ô nhiễm của nƣớc thải bởi các chất hữu cơ có thể bị oxy hóa sinh hóa (các chất hữu cơ dễ bị phân hủy). BOD đƣợc xác định bằng lƣợng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ dạng hòa tan, dạng keo và một phần lơ lửng với sự tham gia của vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí. Đơn vị tính của BOD là mgO2/l hay đơn giản là mg/l (Lâm Minh Triết, 2006).  Chỉ tiêu Nitơ Nitơ có trong nƣớc thải ở dạng liên kết hữu cơ và vô cơ. Trong nƣớc thải thủy sản, phần lớn các liên kết hữu cơ là các chất có nguồn gốc protit, nguyên liệu thừa,… Còn các liên kết vô cơ gồm các dạng khử NH4+, NH3 và dạng oxy hóa NO2- , NO3-. Tuy nhiên, trong nƣớc thải chƣa xử lý về nguyên tắc thì không có NO2- , NO3- ( Lâm Minh Triết, 2006).  Đặc tính sinh học của nước thải Các nhóm vi sinh vật chủ yếu tìm thấy trong nƣớc thải là các vi khuẩn, nấm, protozoa, vi thực vật, động vật và virút. Hầu hết các vi sinh vật (vi khuẩn và protozoa) có lợi trong xử lý nƣớc thải. Tuy nhiên, một số vi khuẩn gây bệnh, nấm, protozoa và virút tìm thấy trong nƣớc thải cũng đƣợc quan tâm đặc biệt do tính độc hại của chúng. Vi khuẩn chỉ thị : các vi sinh vật gây bệnh thƣờng đƣợc đào thải bởi con ngƣời từ hệ thống tiêu hóa. Nguồn bệnh lan truyền trong nƣớc thƣờng là bệnh tiêu chảy, thƣơng hàn, sốt thƣơng hàn, lỵ,.. Nói chung, nồng độ vi khuẩn gây bệnh trong nƣớc thải có nồng độ rất thấp và rất khó nhận biết. Hiện nay, một số loại vi khuẩn nhƣ tổng Coliforms (TC), Coliform của phân (FC) và khuẩn nhiễm trùng phân (FC) đƣợc sử dụng làm vi sinh vật chỉ thị cho nguồn nƣớc và nƣớc thải bị ô nhiễm nguồn bệnh.  Chỉ tiêu lý học Chất rắn tổng cộng trong nƣớc thải gồm chất rắn không tan hoặc lơ lững và các hợp chất hữu cơ đã hòa tan trong nƣớc. Các chất rắn có thể nổi lên trên mặt nƣớc hay lắng xuống đáy và có thể biến thành bùn trong các công trình xử lý. Một số chất rắn có khả năng lắng rất nhanh tuy nhiên các chất rắn lơ lửng có kích thƣớc hạt keo thì lắng rất chậm hoặc không lắng đƣợc. Các chất rắn có SVTH: Lê Quốc Ân 4 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành thể lắng đƣợc sẽ bị loại bỏ bởi quá trình lắng và thƣờng đƣợc tính bằng đơn vị mg/l (Lâm Minh Triết, 2006). 2.2. Tổng quan về các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản Nƣớc thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải kết hợp nhiều phƣơng pháp xử lý khác nhau. Chúng ta có thể chia các phƣơng pháp xử lý nhƣ sau: - Phƣơng pháp cơ học. - Phƣơng pháp hoá học và hoá lý. - Phƣơng pháp sinh học. 2.2.1. Phương pháp cơ học Quá trình xử lý cơ học (tiền xử lý) thƣờng áp dụng ở các giai đoạn đầu của công trình. Tùy vào tính chất, hàm lƣợng, lƣu lƣợng nƣớc thải, mức độ làm sạch mà ta áp dụng các quá trình:  Chắn rác: Các chất hữu cơ có kích thƣớc lớn đƣợc loại bỏ bằng các song/lƣới chắn rác.  Điều hòa: Điều hòa lƣu lƣợng trên dòng thải và ngoài dòng thải.  Lắng: Các chất lơ lững và bông cặn đƣợc loại bỏ do trọng lực.  Tuyển nổi: Tạo ra các bọt khí kết hợp các hạt nhỏ đƣa lên mặt nƣớc và loại bỏ.  Khử khí: Nƣớc và không khí tiếp xúc nhau trong các dòng nƣớc chảy để đuổi amoiac và một số khí khác.  Lọc: SS và độ đục đƣợc loại bỏ  Quá trình màng: Bao gồm MF(Microfiltration), UF(Ultrafiltrition), NF(Nanofiltrition), RO(Reverse Osmosis) loại bỏ các chất rắn hòa tan.  Bay hơi và tách khí: Phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, gió… 2.2.2. Phương pháp hóa học và hóa lý Các phƣơng pháp hóa học và hóa lý là các quá trình hóa học và hóa lý diễn ra giữa chất bẩn với tác chất đƣợc thêm vào. Các phản có thể diễn ra là: phản ứng trung hòa, phản ứng kết tủa, keo tụ, phản ứng phân hủy chất độc hại,… Xử lý hóa học và hóa lý là giai đoạn cần thiết trƣớc khi tiến hành xử lý sinh học. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp, xử lý hóa học và hóa lý có thể tiến hành sau xử lý sinh học nhằm mục đích xử lý triệt để (xử lý bậc cao). SVTH: Lê Quốc Ân 5 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành  Trung hòa và kết tủa: Đƣa pH về mức thích hợp, tách photphat và nâng cao hiệu quả tách cặn lơ lửng ở bể lắng đợt 1.  Keo tụ tạo bông: Chất hữu cơ, SS, photphat và độ đục bị loại bỏ khỏi nƣớc.  Hấp phụ: Dùng để khử các chất độc nhƣ chlorine và các chất hữu cơ khó phân hủy.  Khử trùng: tiêu diệt chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh, các hoá chất đƣợc sử dụng để khử trùng nhƣ Chlorine, Ozone, tia cực tím,... 2.2.3. Phương pháp sinh học Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng để tạo ra năng lƣợng, xây dựng tế bào sinh trƣởng và sinh sản do đó khối lƣợng sinh khối đƣợc tăng lên (Lương Đức Phẩm, 2001). Phƣơng pháp sinh học thƣờng đƣợc sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ. Đối với các chất vô cơ chứa trong nƣớc thải thì phƣơng pháp này dùng để khử chất sulfit, muối amon, nitrat – tức là các chất chƣa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là: khí CO2, nitơ, nƣớc, ion sulfate, sinh khối… Cho đến nay, ngƣời ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Giải pháp xử lý bằng biện pháp sinh học có thể đƣợc xem là tốt nhất trong các phƣơng pháp trên với các lý do sau: - Chi phí thấp. - Xử lý đƣợc N-NH3. - Tính ổn định cao. Phương pháp sinh học hiếu khí Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hiếu khí là dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nƣớc thải hoạt động và phát triển. Quá trình này của vi sinh vật đƣợc gọi chung là hoạt động sống, gồm hai quá trình: dinh dƣỡng sử dụng các chất hữu cơ có nguồn nitơ và photpho cùng những ion kim loại khác với mức độ vi lƣợng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối, phục vụ cho sinh sản; phân hủy các chất hữu cơ còn lại thành CO2 và nƣớc. Quá trình sau là quá trình phân hủy ở dạng oxy hóa các SVTH: Lê Quốc Ân 6 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành hợp chất hữu cơ, giống nhƣ trong quá trình hô hấp ở động vật bậc cao. Cả hai quá trình dinh dƣỡng và oxy hóa của vi sinh vật ở trong nƣớc thải đều cần oxy. Phương pháp hiếu khí Sinh trưởng lơ lửng Bùn hoạt tính Hiếu khí tiếp xúc Sinh trưởng dính bám Xử lý theo mẻ (SBR) Lọc hiếu khí Lọc SH nhỏ giọt Đĩa quay sinh học Sơ đồ 2.1: Phân loại các phương pháp xử lý hiếu khí Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2001. Sự tăng trƣởng của vi khuẩn về số lƣợng có thể đƣợc chia thành 4 giai đoạn khác biệt nhƣ sau (thể hiện ở hiện ở sơ đồ 2.2):  Giai đoạn phát triển chậm (1): giai đoạn phát triển chậm thể hiện khoảng thời gian cần thiết để vi khuẩn làm quen với môi trƣờng và bắt đầu phân đôi.  Giai đoạn tăng trưởng về số lượng theo Logarit (2): trong suốt thời kỳ này, các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn (tốc độ tăng trƣởng theo phần trăm là không đổi).  Giai đoạn phát triển ổn định (3): Ở giai đoạn này, số lƣợng vi khuẩn quan sát trong mẻ ổn định là do: vi khẩn đã ăn hết chất nền và chất dinh dƣỡng, số vi khuẩn mới sinh ra vừa đủ bù cho số vi khuẩn đã chết đi.  Giai đoạn vi khuẩn tự chết (4): Trong suốt giai đoạn này, tốc độ tự chết của vi khuẩn vƣợt xa tốc độ sinh sản ra tế bào mới. SVTH: Lê Quốc Ân 7 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành Vi sinh vật 3 4 2 1 Thời gian Sơ đồ 2.2: Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Nguồn: Trần Văn Nhân, 2006. Phương pháp sinh học kỵ khí Quá trình sinh trƣởng kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ thành những sản phẩm CH4, CO2,… nhờ vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. Từ những năm 1970 quá trình này đƣợc ứng dụng rộng rãi vì những ƣu điểm của nó nhƣ: Khả năng chịu tải trọng cao, thời gian lƣu bùn không phụ thuộc vào thời gian lƣu nƣớc, nên tạo đƣợc sinh khối lớn trong bể, chi phí xử lý thấp, hệ thống đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn, kỵ khí tiếp xúc, … Tạo ra năng lƣợng (khí sinh học). Phương pháp kỵ khí Sinh trưởng lơ lững Xáo trộn hoàn toàn Tiếp xúc kỵ khí Sinh trưởng dính bám Bể UASB Lọc kỵ khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Sơ đồ 2.3: Phân loại các phương pháp xử lý kỵ khí Nguồn: Lương Đức Phẩm, 2001. SVTH: Lê Quốc Ân 8 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có một số khuyết điểm: - Nhạy cảm với môi trƣờng: nhiệt độ, pH, ánh sáng,… - Kém bền vững trong xử lý. - Khả năng thích nghi chậm. - Thời gian tạo sinh khối dài. - Phát sinh mùi hôi. Để đảm bảo cho một công trình xử lý kỵ khí đạt hiệu quả cao nhất, cần lƣu ý hai yếu tố quan trọng: - Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt. - Tạo tiếp xúc đủ giữa nƣớc thải với vi khuẩn. Quá trình phân hủy kỵ khí vật chất hữu cơ là một quá trình diễn biến sinh hóa phức tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng đƣợc xúc tác bởi những enzym đặc biệt hay còn gọi là chất xúc tác. Có thể biểu diễn tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí theo phản ứng sau: Vật chất hữu cơ Phân hủy kỵ khí CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S.  Giai đoạn thủy phân Nƣớc thải ô nhiễm hữu cơ chứa nhiều polymer hữu cơ phức tạp không tan nhƣ protein, chất béo, carbon hydrat, cellulose, lignin… Trong giai đoạn này, những polymer hữu cơ sẽ bị bẽ gãy mạch bởi các enzym ngoại bào (extracellular enzymes) do vi sinh vật thuỷ phân (hydeolytic bacteria) sinh ra để tạo thành những hợp chất đơn giản hơn hay dễ hoà tan. Ở giai đoạn này, phản ứng thuỷ phân sẽ chuyển hoá protein thành các acid amin, carbon hydrat thành các đƣờng đơn và chất béo thành các acid hữu cơ mạch dài. Tuy nhiên, phản ứng thuỷ phân cenllulose và các hợp chất phức tạp khác thành các monomer đơn giản có thể là bƣớc giới hạn tốc độ trong quá trình phân huỷ kị khí, khi phản ứng này xảy ra chậm hơn rất nhiều trong giai đoạn 1 cũng nhƣ ở các giai đoạn sau. Tốc độ thuỷ phân phụ thuộc vào nồng độ chất nền, lƣợng vi khuẩn và các yếu tố môi trƣờng nhƣ pH, nhiệt độ.  Giai đoạn acid hoá Những hợp chất đơn giản đƣợc giải phóng từ phản ứng thuỷ phân ở giai đoạn 1 sẽ đƣợc chuyển hoá xa hơn thành acid acetic (acetate), H2 và CO2 SVTH: Lê Quốc Ân 9 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành nhờ vi khuẩn acetogenic (acetogenic bacterial). Các axit hữu cơ dễ bay hơi sinh ra nhƣ là những sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất của vi khuẩn với protein, chất béo, carbon hydrat, trong đó acid acetic, acid propionic, acid lactic là những sản phẩm chính. Chất nền  CO2 + H2 + acetate (phản ứng Acetogenic dehydrogenation). Chất nền  propionate + butyrate + ethanol. Sau đó, các propionate, butyrate sẽ đƣợc các vi khuẩn acetogenic chuyển hoá xa hơn thành acetate. CO2 và H2 cũng đƣợc giải phóng trong suốt quá trình dị hoá cacbon hydrat. Ngoài ra, quá trình dị hoá carbon hydrat có thể sinh ra methanol và các rƣợu đơn chức khác. Một số loài vi khuẩn acetogenic còn chuyển hoá H2 và CO2 thành acetate. Các sản phẩm ở giai đoạn này phụ thuộc và sự hiện diện của hệ vi sinh và các yếu tố môi trƣờng.  Giai đoạn methane hoá Những sản phẩm của giai đoạn 2 cuối cùng đƣợc chuyển hoá thành khí methane và những sản phẩm cuối khác bởi các vi khuẩn methane (methanogenic bacteria). Nhìn chung tốc độ phát triển của vi khuẩn methane chậm hơn các loài vi khuẩn ở giai đoạn thuỷ phân và acid hoá. Vi khuẩn mêtan sử dụng acid actic, methanol hay CO2 và H2 để sản xuất ra CH4. Trong đó axit acetic là chất nền sản sinh CH4 quan trọng nhất, khoảng 70% CH4 đƣợc sinh ra từ acid acetic. Lƣợng CH4 còn lại đƣợc tạo ra từ CO2 và H2. Một vài chất nền khác cũng sử dụng cho việc tạo khí CH4 nhƣ acid formic, methanol… nhƣng những chất này không quan trọng vì chúng không thƣờng xuất hiện trong quá trình lên men kỵ khí. - Phản ứng tạo CH4 từ acetate: CH3COO- + H2 O  CH4 + HCO3- + Năng lượng. - Phản ứng tạo CH4 từ H2 và CO2: 4H2 + HCO3- + H+  CH4 + H2O + Năng lượng.  Có rất nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản nhƣ: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp hóa – lý, phƣơng pháp sinh học,…mỗi phƣơng pháp đều có ƣu điểm và khuyết điểm khác nhau nhƣng chúng bổ sung và hỗ trợ nhau rất hiệu quả khi kết hợp đúng cách. Tuy nhiên, phƣơng pháp xử lý sinh học thì ít tốn kém và có tính ổn định hơn so với các phƣơng pháp khác và đặc biệt thích hợp với nƣớc thải có nồng SVTH: Lê Quốc Ân 10 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành độ COD cao. Vì vậy trong các hệ thống xử lý nƣớc thải thủy sản hiện nay thƣờng sử dụng các công trình xử lý sinh học là chủ yếu.  Nhƣ đã nêu ở phần trên thì trong phƣơng pháp sinh học có 2 dạng chính là hiếu khí và kỵ khí. Khi áp dụng vào thực tế phƣơng pháp sinh học hiếu khí nổi bật hơn với các ƣu điểm nhƣ dễ vận hành, không sinh khí gây mùi hôi,… Trên thực tế, ngƣời ta thƣờng áp dụng các bể sinh học hiếu khí và điển hình là bể Aeroten trong các hệ thống xử lý nƣớc thải thủy sản.  Bể Aeroten đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống xử lý nƣớc thải nƣớc thải thủy sản vì dễ vận hành, hiệu quả cao,… Tuy nhiên chi phí vận hành khá cao do phải sục khí liên tục, tuổi bùn không cao và dễ xảy ra hiện tƣợng nổi bùn do lƣợng vi sinh vật phát triển quá mức. Để khắc phục những khuyết điểm trên tôi xin chọn công nghệ lọc sinh học hiếu khí với giá thể bã mía đối với nƣớc thải thủy sản. 2.3. Tổng quan về tình hình xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản 2.3.1. Hiện trạng xử lý nước chế biến thủy sản Ở Cần Thơ, hàng chục nhà máy chế biến thuỷ sản ở các khu công nghiệp cũng đổ trực tiếp nƣớc thải ra sông mà chƣa qua xử lý. Chỉ riêng ở khu công nghiệp Bình Đức và Mỹ Tho (Tiền Giang) đã có hàng chục đơn vị hoạt động thải ra sông Tiền hàng trăm m3 nƣớc thải mỗi ngày. Trong thời gian gần đây hai nhà máy chế biến thuỷ sản công ty TNHH Đại Tây Dƣơng và Ấn Độ Dƣơng (thuộc tập đoàn Nam Việt) đặt tại khu công nghiệp Thốt Nốt đã xả trực tiếp nƣớc thải không qua xử lý xuống sông Hậu và kênh Rạp gây ô nhiễm trầm trọng nguồn nƣớc cũng nhƣ ảnh hƣởng đến sức khoẻ của ngƣời dân xung quanh nhà máy. Tại Cà Mau, tuy có 7/34 nhà máy có hệ thống xử lý nƣớc thải, nhƣng theo đánh giá của Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Cà Mau thì các nhà máy này cũng chỉ xử lý để đối phó. Vì vậy, hằng ngày các dòng sông ở đây phải tiếp nhận lƣợng nƣớc thải từ các nhà máy này. An Giang cũng không ngoại lệ, các nhà máy còn xem nặng lợi ích kinh tế nên không đầu tƣ hệ thống xử lý nƣớc thải thích hợp hoặc có xây dựng nhƣng chỉ hoạt động cầm chừng để đối phó với các nhà quản lý môi trƣờng. Đến nay qua kết quả kiểm tra đã có 13/16 nhà máy chế biến thủy sản trên địa bàn tỉnh xây dựng xong hệ thống xử lý nƣớc thải. Đặc biệt là các đơn vị tại cụm công nghiệp Mỹ Quý đã hoàn thành hệ thống xử lý nƣớc thải đúng theo SVTH: Lê Quốc Ân 11 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành công suất hoạt động, không còn tình trạng xả nƣớc thải trực tiếp ra sông, gây ô nhiễm. Tuy nhiên, theo Sở Tài nguyên & môi trƣờng tỉnh, một số doanh nghiệp còn xem nặng lợi ích kinh tế, sợ tăng chi phí sản xuất nên dù có hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣng không vận hành thƣờng xuyên. 2.3.2. Công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản Căn cứ vào quy trình chế biến cho thấy nguồn gốc nƣớc thải sản xuất gây ô nhiễm của nhà máy chủ yếu từ các công đoạn rửa nguyên liệu, sơ chế và rửa máy móc thiết bị, nhà xƣởng sau mỗi ca sản xuất. Khảo sát và phân tích mẫu nƣớc thải chƣa qua hệ thống xử lý tại một số nhà máy chế biến thuỷ sản cho thấy hàm lƣợng ô nhiễm hữu cơ (BOD) cao gấp 20 - 30 lần; hàm lƣợng vi sinh (Coliform) vƣợt gấp ngàn lần và hàm lƣợng chất rắn lơ lửng trong nƣớc (SS) vƣợt hơn 100 lần tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp cho phép thải (TCVN 5945:2005 cột A). Kết quả phân tích nƣớc thải đầu vào và TCVN 5945:2005 cột A đƣợc thể hiện qua bảng 2.2: Bảng 2.2: Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu ra đặc trưng cho nước thải chế biến thủy sản và TCVN 5945:2005 Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 loại A - 5,5 – 9 6–9 Chất rắn lơ lửng mg/l 400 – 800 50 COD mg/l 1.500 - 3500 50 BOD mg/l 700 - 1.500 30 MPN/100 ml 105 - 106 3.000 Tên chỉ tiêu pH Coliform tổng Nguồn: Nguyễn Văn Vinh, 2007. Nhƣ vậy, yêu cầu đối với hệ thống xử lý nƣớc thải phải đạt đƣợc hiệu suất loại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lửng, 97 – 98% đối với COD, 96-98% BOD và hơn 99% vi sinh có hại. SVTH: Lê Quốc Ân 12 Khóa luận tốt nghiệp Ths. Lê Minh Thành Công nghệ xử lý: Quy trình xử lý nƣớc thải lựa chọn theo phƣơng án xử lý 3 bậc nhằm hạn chế đến mức tối đa hàm lƣợng chất thải nhƣ sau - Xử lý sơ bộ: tách rác, lắng cát, điều hoà, tách dầu mỡ. - Xử lý bậc 1: Xử lý kỵ khí trong bể UASB. - Xử lý Bậc 2: Xử lý hiếu khí trong bể Aeroten. - Xử lý Bậc 3: keo tụ, lắng lọc, khử trùng. Bùn lắng tụ đƣợc hút vào ngăn chứa bùn, bể phân huỷ bùn và cuối cùng đƣợc hút thải vào bãi rác hoặc dùng để bón cây. Song chắn rác Nước thải Bể gom BTN Bể UASB BĐH Rác thải Bể Aeroten Bùn hoàn lưu Ban công trình đô thị Bể chứa bùn BL Bùn thải Nước sau xử lý NKH (đạt TCVN 5945:2005, loại A) Chú thích: BTN: Bể tuyển nổi, BL: Bể lắng, BĐH: Bể điều hòa, NKH:Ngăn khử trùng. Sơ đồ 2.4: Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản Nguồn: Nguyễn Văn Vinh, 2007. Mô tả công nghệ Nƣớc thải từ quá trình sản xuất đƣợc đƣa về bể thu gom và cân bằng nƣớc thải. Trƣớc khi vào bể này nƣớc thải sẽ qua lƣới chắn rác nhằm loại bỏ các chất lơ lửng có kích thƣớc lớn hơn 2 mm nhƣ: giấy, gỗ, nilông…Tại bể thu gom và cân bằng, nhờ quá trình khuấy trộn khí từ máy thổi khí, nƣớc thải đƣợc điều hoà về lƣu lƣợng và thành phần các chất ô nhiễm nhƣ: COD, BOD, SS, pH. Đồng thời máy thổi khí cung cấp oxy vào nƣớc thải nhằm tránh sinh SVTH: Lê Quốc Ân 13
- Xem thêm -