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 -