Tài liệu Thủy

MỞ ĐẦU Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Nền kinh tế thị trường là động lực thúc đẩy sự phát triển của mọi ngành kinh tế, trong đó có công nghiệp chế biến thủy sản. Vì vậy mà ngành công nghiệp chế biến thủy sản không ngừng phát triển, đã và đang chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Thủy sản tạo nguồn lợi rất lớn, nhu cầu về các sản phẩm thủy sản ngày càng tăng, các sản phẩm để phục vụ cho trong nước và xuất khẩu và tạo công ăn việc làm cho người lao động. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp này cũng tác động đến môi trường khá nghiêm trọng, lượng chất thải phát sinh ngày càng nhiều, gây ô nhiễm môi trường.đặc biệt là vấn đề xử lý nước thải. Chính vì vậy, một hệ thống xử lý nước thải cho ngành chế biến thủy hết sức cần thiết. Trước thực trạng đó, tôi chọn đề tài “Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý 3 nước thải thủy sản công suất 500 m  ngđ ” nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, không gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe người dân. 1. MỤC TIÊU Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải thủy sản có công suất 500 m3/ngày đêm, đạt Quy chuẫn kỹ thuật quốc gia về nước thải thủy sản QCVN 11:2015/BTNMT, cột B. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI  Đối tượng đề tài: Nước thải chế biến thủy sản.  Phạm vi đề tài: Ngành công nghiệp chế biến thủy sản.  Thời gian thực hiện đề tài: 11/10/2017 – 11/11/2017. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu, tài liệu, đánh giá tổng quan về công nghệp chế biến, khả năng gây ô nhiễm môi trường và xử lý thải trong ngành công nghiệp chế biến thủy sản.  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu các phương pháp xử lý nước thải cho ngành chế biến thủy sản.  Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thập được từ đó đưa ra công nghệ xử lý phù hợp. 1  Phương pháp tính toán: Lựa chọn thiết kế công nghệ và tính toán các công trình đơn vị.  Phương pháp so sánh: So sánh các nồng độ của nước thải sau xử lý với QCVN 11:2015/BTNMT. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan ngành thủy sản Việt Nam [1] 1.1.1. Sản xuất thủy sản của Việt Nam 2 Việt Nam nằm bên bờ Tây của Biển Đông, là một biển lớn của Thái Bình Dương, có diện tích khoảng 3.448.000 km2, có bờ biển dài 3260 km. Vùng nội thuỷ và lãnh hải rộng 226.000km2, vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1 triệu km2 với hơn 4.000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm phá với tổng diện tích 1.160km2 được che chắn tốt dễ trú đậu tàu thuyền. Biển Việt Nam có tính đa dạng sinh học khá cao, cũng là nơi phát sinh và phát tán của nhiều nhóm sinh vật biển vùng nhiệt đới ấn Độ - Thái Bình Dương với chừng 11.000 loài sinh vật đã được phát hiện. Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường biển dài rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản. Sản lượng thủy sản Việt Nam đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%/năm. Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động nuôi trồng thủy sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng cao trong các năm qua, bình quân đạt 12,77%/năm, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tổng sản lượng thủy sản của cả nước. Trong khi đó, trước sự cạn kiệt dần của nguồn thủy sản tự nhiên và trình độ của hoạt động khai thác đánh bắt chưa được cải thiện, sản lượng thủy sản từ hoạt động khai thác tăng khá thấp trong các năm qua, với mức tăng bình quân 6,42%/năm. Hoạt động sản xuất, xuất khẩu thủy sản của Việt Nam nằm rải rác dọc đất nước với sự đa dạng về chủng loại thủy sản, nhưng có thể phân ra thành 5 vùng xuất khẩu lớn: Vùng Bắc Trung Bộ, duyên hải miền Trung: nuôi trồng thủy sản nước mặn lợ, đặc biệt phát huy thế mạnh nuôi biển, tập trung vào một số đối tượng chủ yếu như: tôm các loại, sò huyết, bào ngư, cá song, cá giò, cá hồng... Vùng ven biển Nam Trung Bộ: nuôi trồng thủy sản trên các loại mặt nước mặn lợ, với một số đối tượng chủ yếu như: cá rô phi, tôm các loại... Vùng Đông Nam Bộ: Bao gồm 4 tỉnh là Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu và TP.HCM, chủ yếu nuôi các loài thủy sản nước ngọt hồ chứa và thủy sản nước lợ như cá song, cá giò, cá rô phi, tôm các loại.... 3 Vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long: gồm các tỉnh nằm ven biển của Đồng Bằng Sông Cửu Long như Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang…Đây là khu vực hoạt động thủy sản sôi động, hoạt động nuôi trồng thủy sản trên tất cả các loại mặt nước, đặc biệt là nuôi tôm, cá tra - ba sa, sò huyết, nghêu và một số loài cá biển. Các tỉnh nội vùng: Bao gồm những tỉnh nằm sâu trong đất liền nhưng có hệ thống sông rạch khá dày đặc như Hà Nội, Bình Dương, Cần Thơ, Hậu Giang, Đồng Tháp, An Giang, thuận lợi cho nuôi trồng các loài thủy sản nước ngọt như: cá tra - basa, cá rô phi, cá chép… Khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, với điều kiện lý tưởng có hệ thống kênh rạch chằng chịt và nhiều vùng giáp biển, đã trở thành khu vực nuôi trồng và xuất khẩu thủy sản chính của Việt Nam. Theo thống kê, năm 2011 cả nước có 37 tỉnh có doanh nghiệp xuất khẩu thủy sản, trong đó các tỉnh có kim ngạch xuất khẩu thủy sản lớn nhất lần lượt là Cà Mau (chủ yếu nhờ kim ngạch xuất khẩu lớn của Minh Phú, Quốc Việt), TP.HCM, Cần Thơ, Đồng Tháp, Khánh Hòa, Sóc Trăng… 1.1.2.Ngành chế biến thủy sản của Việt Nam 1.1.2.1. Vai trò của ngành chế biến thủy sản trong kinh tế quốc dân Ngành chế biến thủy sản hiện nay phát triển thành một ngành kinh tế mũi nhọn, ngành sản xuất hàng hóa lớn, đi đầu trong hội nhập kinh tế quốc tế. Với sự tăng trưởng nhanh và hiệu quả, thủy sản đã đóng góp tích cực trong chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp, nông thôn, đóng góp hiệu quả cho công cuộc xóa đói, giảm nghèo, giải quyết việc làm cho trên 4 triệu lao động, nâng cao đời sống cho cộng đồng dân cư khắp các vùng nông thôn, ven biển, đồng bằng, trung du, miền núi…, đồng thời góp phần quan trọng trong bảo vệ an ninh quốc phòng trên vùng biển đảo của Tổ quốc. 1.1.2.2. Chế biến thủy sản tiêu thụ nội địa Mặc dù thói quen của người Việt Nam chủ yếu sử dụng sản phẩm thủy sản tươi sống trong các bữa ăn hàng ngày, nhưng từ năm 2001 đến nay, sản phẩm thủy sản qua chế biến tiêu thụ nội địa không ngừng tăng lên, từ 277 ngàn tấn năm 2001 4 đến 680 ngàn tấn năm 2010, đạt tốc độ tăng trưởng bình quân 10.5%/năm, giá trị tăng 20,1%/năm. Sản phẩm thủy sản chế biến ngày càng đa dạng về chủng loại, chất lượng ngày một nâng cao, giá bán ngày càng cao hơn. Số lượng các doanh nghiệp chế biến thủy sản nội địa tăng nhanh và cơ cấu giữa chế biến truyền thống và chế biến thủy sản đông lạnh cũng thay đổi để thích nghi với sự thay đội nhu cầu thị trường nội địa. Cơ cấu sản phẩm chế biến thay đổi mạnh. Năm 2001, nước mắm chiếm 50% sản lượng và 31% giá trị, thủy sản đông lạnh chiếm tương ứng 12,9% và 17,6%, còn lại là cá khô, bột cá, mực khô, tôm khô… Đến năm 2010 thủy sản đông lạnh đã tăng trưởng mạnh và chiếm 28,4% về sản lượng và 35% về giá trị. Sản lượng và giá trị nước mắm vẫn tăng, nhưng chỉ còn chiếm 34,7% sản lượng và 21,3% về giá trị. Bên cạnh đó, nhờ có phụ phẩm từ chế biến cá tra nên sản lượng và giá trị bột cá tăng mạnh, chiếm 24,6% về sản lượng và 12,9% về giá trị. 1.1.2.3. Chế biến thủy sản xuất khẩu Trong giai đoạn 2001 – 2015, xuất khẩu thủy sản Việt Nam tăng nhanh về cả giá trị và khối lượng. Đến năm 2015, giá trị xuất khẩu đạt 6,57 tỷ USD, sản phẩm thủy sản được xuất khẩu sang 164 nước và vùng lãnh thổ. 3 thị trường chính là EU, Mỹ và Nhật Bản chiếm trên 54% tỷ trọng. - Số nhà máy và công suất cấp đông của các cơ sở chế biến tăng rất nhanh trong giai đoạn 2001- 2013. - Trong giai đoạn này, có sự phân khúc rõ rệt về phân bố và quy mô các doanh nghiệp cơ sở chế biến xuất khẩu theo vùng. Có trên 80% sản lượng chế biến thủy sản xuất khẩu từ các tỉnh thành phố thuộc vùng Đông Nam Bộ và Đông bằng sông Cửu Long. Sản lượng chế biến thủy sản xuất khẩu của vùng đồng bằng sông Hồng chiếm tỷ trọng chưa đến 1,5%. - Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đã hình thành một số công ty quy mố lớn như Tập đoàn thủy sảnMinh Phú, Công ty cổ phần Vĩnh Hoàn, công ty Cổ phần Hùng Vương… - Quy mô công suất các nhà máy lớn tăng nhanh, vượt xa tốc độ tăng gí trị kim ngạch xuất khẩu; tỷ lệ sử dụng máy móc thiết bị của các dây chuyền chế biến thủy sản đông lạnh chỉ đạt 50 – 70%: đây là hạn chế trong sử dụng vốn đầu tư, trình độ quy hoạch còn xa thực tế. 5 - Về sản phẩm chế biến xuất khẩu: trước đây chỉ xuất khẩu các sản phẩm dạng đông block, nhưng hiện nay tỷ lệ sản phẩm giá trị gia tăng ngày càng tăng, đến nay ước đạt khoảng 35%. Các sản phẩm sushi, sashimi, surimi đã có mặt ở hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản xuất khẩu. - Các nhà máy sáng tạp nhiều mặt hàng, sản phẩm mới hấp dẫn, có giá trị, đồng thời khai thác các đối tượng thủy sản mới để chế biến. - Một xu hướng mới là chế biến phụ phẩm đạt hiểu quả cao, mang lại lợi ích kinh tế lớn và giảm thiểu tác động đến môi trường: nhiều nhà máy nghiên cứu nhập day chuyện công nghệ đồng bộ chế biến phụ phẩm cá để sản xuất dầu cá và bột cá chất lượng cao. 1.1.2.4. Lợi thế của ngành chế biến thủy sản Việt Nam - Có nguồn nguyên liệu lớn và ổn định; có tiềm năng lớn phát triển diện tích nuôi biển, nuôi sinh thái các giống loài thủy hải sản tạo nguồn cung lớn. - Sản phẩm thủy sản đa dạng, phong phú: tiềm năng nâng cao giá trị gia tăng còn lớn và khả năng đa dạng hóa các sản phẩm xuất khẩu thủy sản. - Có ưu thế về sản lượng tôm sú và có thị phần tuyệt đối về cá tra - Có lực lượng lao động lớn - Có tới 160 thị trường ở 5 châu lục, doanh số xuất khẩu tập trung chủ yếu ở 3 thị trường lớn EU, Mỹ, Nhật Bản. Tiềm năng phát triển thị trường còn lớn. - Công nghệ chế biến thủy sản xuất khẩu đạt trình độ tiên tiến, đáp ứng yêu cầu quốc tế. - Có khả năng áp dụng khoa học công nghệ để giảm giá thành, tăng giá bán các sản phẩm thủy sản xuất khẩu - An toàn vệ sinh thực phẩm được quản lý tốt, đúng quy chuẩn quốc tế 1.2. Tổng quan nước thải ngành chế biến thủy sản 1.2.1. Sơ đồ công nghệ chế biến thủy sản Quy trình sơ chế thủy sản đặc trưng bao gồm các công đoạn sau: Tiếp nhận nguyên liệu Rửa Cân, phân cỡ Đánh vẩy, lấy nội tạng Rửa Cân, phân cỡ 6 Rửa Ngâm Rửa Vô khay Hình Cấp 1.1:đông Quy trình sơ chể thủy sản 1.2.2. Nguồn gốc phát sinh nước thải trong dây chuyền sản xuất Trong quá trình chế biến, nước thải phát sinh chủ yếu từ các khâu: Rửa nguyên liệu Nước pha chế Nước tan chảy từ đá ướp lạnh 1.2.3. Tính chất nước thải thủy sản Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa phần lớn các chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và các chất béo. Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo... khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu...Các chất dinh dưỡng (N,P) với nồng độ cao gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, rong tảo phát triển làm suy giảm chất lượng nguồn nước.[2] Nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao,tùy theo từng loại nguyên liệu sử dụng mà nước thải có các tính chất khác nhau, nhung nhìn chung thì thành phần nước thải của chế biến thủy sản bao gồm: Hàm lượng COD: 1600 – 2300 mg/l Hàm lượng BOD: 1200 – 1800 mg/l Hàm lượng Nitơ: 70 – 110 mg/l 1.2.4. Ảnh hưởng của nước thải thủy sản đến môi trường nước [3] Nước thải chế biến thủy sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực. 7 Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thủy sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó xử lý. Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thủy sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và các loại thủy sinh vật, cụ thể như sau: Các chất hữu cơ: các chất hữu cơ có trong nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là dễ phân hủy. Trong nước thải chứa các chất như: cacbonhydrat, protein, chất béo... khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan có trong nước vì vi sinh vật sử dụng oxy đẻ phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng đến sự phát triển của tôm, cá... Oxy hòa tan giảm không chỉ ảnh hưởng đến các thủy sinh vật mà còn giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Chất rắn lơ lửng: Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước đượcánh sáng chiếu đến, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của tảo, rong rêu... chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đông thời gây tác hại về mặt cảnh quan, gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông của dòng nước... Chất dinh dưỡng (N và P): Trong nước thải thủy sản có nồng độ Nitơ và Photpho cao gây ra hiện tượng phú dưỡng của nguồn nước gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Vi sinh vật: Các vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Khi con người sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn đó sẽ dẫn đến các bệnh như: bệnh lỵ, thương hàn, tiêu chảy cấp tính... 1.2.5.Thành phần và tính chất nước thải Cảng cá Nước thải Cảng cá chủ yếu sinh ra từ quá trình rửa nguyên liệu Bảng 1.1: Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải cảng cá (Nguồn: Cảng cá Cát Lở) ST THÔNG T SỐ 1 pH 2 COD ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ ĐẦU VÀO 5,5- 9 mg/l 8 1200- 3000 3 BOD mg/l 800- 1900 4 SS mg/l 100- 400 1.3. Các phương pháp xử lý nước thải 1.3.1. Phương pháp cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc một) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi...) ra khỏi nước thải; điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, bể điều hòa, bể lắng. 1.3.1.1. Song chắn rác Song chắn rác có chức năng giữ lại các chất rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các hệ thống và công trình xử lý tiếp theo. Song chắn rác được đặt trước hhej thống xử lý nước thải hoặc đặt tại miêng xả trong phân xưởng sản xuất, rác được giữ lại trên song chắn sẽ được cào bằng phương pháp thủ công và thường xuyên để không bị tắc nghẽn dòng chảy. 1.3.1.2. Bể lắng cát Bể lắng cát dùng để tách cát và các chất vô cơ không tan khác ra khỏi nước thải. Việc tách cát và các tạp chất là cần thiết để cho các quá trình ổn định bùn cặn phía sau diễn ra bình thường. Theo nguyên tắc hoạt động của nước trong bể, thường chia ra bể lắng cát ngang, bể lắng cát ngang chuyển động vòng với dòng chảy theo phương ngang, bể lắng cát đứng với dòng chảy từ dưới lên trên, bể lắng cát với dòng chảy theo phương tiếp tuyến. Trong đó bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rãi nhất. 1.3.1.3. Bể lắng Bể lắng được dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc trọng lực. Quá trình lắng tốt có thể loại 90 – 95% lượng cặn có trong nước thải. Đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải và được bố trí ban đầu hay sau khi xử lý sinh học, hóa học - hóa lý. 1.3.1.4. Bể điều hòa Bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổn định, khắc phục những sự cố vận hành do sự dao động về nồng độ và lưu lượng của nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học. Bể điều hòa có thể được phân loại như sau: Bể điều hòa lưu lượng Bể điều hòa nồng độ Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ. 9 1.3.2. Phương pháp xử lý hóa lý Trong dây chuyên công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược,…. Phương pháp hóa ly đước sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có một số ưu điểm như: Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxi hóa sinh học. Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật. Có thể thu hồi các chất khác nhau. Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn.  Khử trùng: Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trung và virus gây bệnh trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Có thể dung Clo để khử trùng nước hoặc khử trùng bằng ozon, tia hồng ngoại nhưng còn phải cân nhắc về mặt kinh tế. 1.3.3. Phương pháp xử lý sinh học Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Phương pháp xử lý sinh học có thể chia làm 2 loại: Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy. 1.3.3.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank Nước hoàn lưu Nước vào Anoxic Aerotank Lắng Khí 10 Bùn hồi lưu Bùn dư Hình 1.3: Cơ chế bể Aerotank Chú thích: Nước Bùn Khí Cơ chế Aerotank: Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Vi sinh vật phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày. Quá trình chuyển hóa cơ chất. Oxi hóa và tổng hợp tế bào: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hòa tan trong nước DO. Tiếp theo diễn ra quá trình khử nito và nitrat hóa. Hợp chất hữu cơ chứa nito NH4+, sinh khối tế bào vi sinh vật, tế bào sống và tế bào chết theo bùn ra ngoài. Do quá trình thủy phân bởi enzyme của vi khuẩn và quá trình đồng hóa khử nito tạo ra các khí NO3, NO2, O2 chúng sẽ thoát vào không khí. Để các quá trình trong Aerotank diễn ra thuận lợi thì phải tiến hành khuấy trộn hoàn toàn để nén sục oxi tinh khiết. Trong quá trình xử lý vi sinh vật có vai trò quan trọng chúng sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-... 1.3.3.2. Công nghệ sinh học kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Slugle Blanked) UASB là bể kỵ khí, dòng nước chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên đi qua lớp đệm bùn trong đó bao gồm các sinh khối được hình thành dưới dạng hạt nhỏ hay hạt lớn, cho phép nước thải tiếp xúc với các hạt bùn. 11 Các khí sinh ra trong quá trình thủy phân là nguyên nhân tạo nên sự chuyển động bên trong đệm bùn. Nguyên tắc hoạt động: Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí xảy ra (bùn + nước thải) tạo ra khí (70 – 80% CH4). Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây quá trình tách pha khí – lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5 – 10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo. Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên. vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0.6 – 0.9 m/h (nếu bùn ở dạng bùn hạt). pH thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí dao động trong khoảng 6.6 – 7.6. Các giai đoạn xảy ra trong quá trình kỵ khí Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử. Dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (polysaccharides, proteins, lipids) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các amino acid, acid béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Giai đoạn 2: Axít hóa Vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4.0. Giai đoạn 3: Methane hóa. Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã methane hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt. Các phương trình phản ứng: CH3COOH CH4 + CO2 2 C2H5OH + CO2 CH4 + 2 CH3COOH CO2 + 4H2 CH4 + 2 H2O Các protein có khả năng phân hủy bị thủy phân: NH3 + H2O NH4- + OH- Khi OH- sinh ra sẽ phản ứng với CO2 tạo thành ion bicacbonat. Hệ thống UASB được ứng dụng rộng rãi do 2 đặc điểm chính sau: 12 - Cả 3 quá trình, phân huỷ – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình. Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Ưu điểm: Ít tiêu tốn năng lượng vận hành. Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn. Bùn sinh ra dễ tách nước. Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng. Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane (CH4) mang tính kinh tế cao. - Có khả năng hoạt động theo mùa vì kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Tiết kiệm diện tích và kinh phí đầu tư. Xử lý các chất độc hại, chất hữu cơ khó phân hủy rất tốt. Nhược điểm: Khởi động lâu, nuôi cấy bùn kỵ khí khó và thời gian thích nghi lâu (3-4 tháng). Hiệu quả xử lí không ổn định vì đây là quá trinh sinh học xảy ra tự nhiên nên chúng ta không thể can thiệp sâu vào hệ thống. Lượng khí sinh ra không ổn định. Cần diện tích và không gian lớn để xử lý chất thải. 1.3.3.3. Công nghệ sinh học thiếu khí Anoxic Bể Anoxit trong công nghệ xử lý nước thải hay còn gọi là bể lên men, bể anoxit được sử dụng kết hợp với các công nghệ hiếu khí hay kỵ khí để xử lý nước chứa nồng độ Amoni (NH4), NO2 (Nitrit), NO3 (Nitrat), Nitơ vô cơ, Phosphat (PO4), Poly-phosphat. Trong bể anoxit đồng thời diễn ra các quá trình như: lên men các chất trong nước thải, cắt các mạch Poly-photphas thành Photphas, quá trình Khử nitrat (NO 3) thành nitơ (N2)... ở điều kiện thiếu khí. Quá trình xử lý Nitơ và Phospho của bể Anoxit thường sẽ được thiết kế kết hợp trước các công nghệ sinh học hiếu khí và sau công nghệ sinh học kỵ khí. Khi thiết kế bể anoxit phải đảm bảo nước thải được khuấy trộn đều nhờ thiết bị khuấy trộn đặt dưới bể và nồng độ oxy từ 0.5-1mgO2/l. Thời gian lưu bể anoxit từ 4-6 tiếng.  Quá trình khử Nitơ (xử lý Nitrat) 13 Trường hợp thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitơrat denitrificans (dạng kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitơrat và nitrit để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước. Quá trình chuyển: NO3-, NO2-, NO-, N2O-, N2 (NO, N2O, N2: dạng khí) Tuy nhiên để cho quá trình này diễn ra thì cần phải xảy ra thêm 2 quá trình Nitrit hóa và Nitrat hóa ở điều kiện hiếu khí: Quá trình nitrit hóa: NH4 + O2 ---Nitrosomonas---> NO2Quá trình nitrat hóa: NH4 + O2 ---Nitrobacter---> NO3Phương trình phản ứng: 55 NH4 + 76 O2 + 5 CO2 ---Nitrosomonas---> C5H7NO2 + 54 NO2- + 52 H2O + 109 H+ 400 NO2- + 10 O2 + NH3 + 2 H2O + 5 CO2 ---Nitrobacter---> C5H7NO2 + 400 NO3Nhưng để xử lý được Nitơ cũng đòi hỏi có nguồn Cacbon để tổng hợp tế bào. Do nước thải đã được nitrat hóa thường chứa ít vật chất chứa Cacbon nên đòi hỏi phải bổ sung thêm nguồn Cacbon từ ngoài vào. Trong một số hệ khử nitrit sinh học, nước thải chảy tới hoặc tế bào chất thường là nguồn cung cấp Cacbon cần thiết. Khi xử lý nước thải công nghiệp thường thiếu Cacbon hữu cơ nên người ta thường dung CH3OH rượu metylic làm nguồn Cacbon bổ sung. Nước thải công nghiệp nếu nghèo chất dinh dưỡng nhưng lại chứa Cacbon hữu cơ thì cũng có thể hòa trộn vào. Ưu điểm: Khử được nitơ trong nước thải dòng ra Hiệu suất khử BOD tăng do các chất hữu cơ tiếp tục bị oxy hóa trong quá trình khử nitrat. Giảm được lượng bùn dư trong bể lắng đợt hai. Làm tăng khả năng lắng và hạn chế độ trương của bùn hệ thống Làm tăng pH của nước thải sau xử lý  Quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng phospho Photpho xuất hiện trong nước thải ở dạng PO43- hoặc poli photphat P2O7 hoặc dạng photpho liên kết hữu cơ. Hai dạng sau chiếm khoảng 70% trong nước thải. Các dạng tồn tại của P thường dùng các loại hợp chất keo tụ gốc Fe, Al,…để loại bỏ nhưng giá thành đắt, tạo thành bùn chứa tạp chất hóa học,… Vi khuẩn Acinetobater là 1 trong những sinh vật đầu tiên có trách nhiệm khử P, chúng có khả năng tích lũy poliphotphat trong sinh khối tương đối cao (2-5%). Khả năng lấy Phospho của vi khuẩn kỵ khí tùy tiện Acinebacter sẽ tăng lên rất nhiều khi cho nó luân chuyển các điều kiện hiếu khí, kỵ khí.  Nguyên tắc hoạt động 14 MBBR là từ viết tắt của cụm Moving Bed Biofilm Reactor, trong đó sử dụng các giá thể cho vi sinh dính bám để sinh trưởng và phát triển. Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối. Quần xả vi sinh sẽ phát triển và dày lên rất nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nước thải. Khi đạt đến một độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, lớp vi sinh vật phía trong do không tiếp xúc được nguồn thức ăn nên chúng sẽ bị chết, khả năng bám vào vật liệu không còn. Khi chúng không bám được lên bề mặt vật liệu sẽ bị bong ra rơi vào trong nước thải. Một lượng nhỏ vi sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải để hình thành một quần xã sinh vật mới. Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lững còn xảy ra quá trình Nitrit, Nitrat hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể Anoxic. Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí. Trong nước thải sinh hoạt, nito chủ yếu tồn tại ở dạng ammoniac, hợp chất nito hữu cơ. Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nito về dạng nitrite, nitrate. Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrat, nitrit về dạng khí N2 bay lên. Mặt khác quá trình nito một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học. Vì vậy hiệu quả xử lý hợp chất nito, photpho trong nước thải sinh hoạt của công trình này rất tốt. Ngoài ra, để tăng cường khả năng xử lý nito của bể sinh học thiếu khí người ta thêm vao bể giá thể MBBR.Thể tích của vật liệu MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể. Bể sinh học kết hợp giá thể lơ lửng MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí. 15 Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí. Trong khi đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.  Ưu điểm nổi bật • Chịu được tải trọng hữu cơ cao, 2000 -10000 gBOD/ m³ ngày, 2000 -15000 gCOD/ m³ ngày. • Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%. • Loại bỏ được Nito trong nước thải. • Tiết kiệm được diện tích.  Phạm vi áp dụng • Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân cư, bệnh viện, thủy sản, sản xuất chế biến thực phẩm, đồ uống đóng hộp, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm … 1.4. Một số công nghệ xử lý nước thải thủy sản ở Việt Nam và thế giới Nươc thải Bể tách dầu Hố gom Bể điều hòa 16 BểBể Nước tụ ra trùng Bể sinh Bể học lắng hiếu B ểkhử Anoxic Bkeo ể tuy n nIIổbông i khí Bể kỵểtạo khí Máy thổi khí Bể chứa bùn Chú thích: Đường nước Hóa chất Đường bùn Sân phơi bùn Đường khí Hình 1.4: Quy trình xử lý nước thải thủy sản Công ty cổ phần công nghệ môi trường xử lý nước Hùng Thái Nước thải Hầm tiếp nhận Bể tuyển nổi Thổi khí Bể chứa dầu, mỡ 17 Bể điều hòa Nguồồn tếếp nhận QCVN 11:2015/BTNMT Bể Anoxic Bể Aerotank Bể lắng Bể UASB Xửchứa lý Bể bùn Máy épbùn bùn Nước tách bùn Chlorine Bể khử trùng Chú thích: Đường bùn Đường khí Đường nước Đường hóa chất Hình 1.5:Quy trình xử lý nước thải thủy sản Công ty TNHH công nghệ môi trường Hòa Bình Xanh CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 2.1. Lưu lượng, thành phần nước thải chế biến thủy sản 2.1.1. Lưu lượng nước thải chế biến thủy sản Lưu lượng trung bình: QTB = 500 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: QhTB  QTB 500  20,83 m3  h  24 24 Lưu lượng trung bình giây: 18 m  3  s s l    Q 20,83 s QTB  TB  0.0078  24 3600 Lưu lượng giờ lớn nhất: h h Qmax QTB × K 0 Trong đó: K0 là hệ số không điều hòa chung Bảng 2.1: Hệ số không điều hòa chung phụ thuộc vào lưu lượng nước thải (Nguồn: TCXDVN 51:2006) Lưu lượng nước thải trung bình (l/s) Hệ số không điều hòa chung K0 5 10 20 50 100 300 500 1000 5000 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 Với Q = 7,8 l/s chọn K0max = 2,1 3 h → Qmax  20,83 2.1.2. m  h 3 ) m s  × 2,1 43,743  Thành phần nước thải chế biến thủy sản Bảng 2.2: Các thông số tính toán đầu vào STT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ NƯỚC THẢI 1 pH - 5,5- 9 2 COD mg/l 2000 3 BOD5 mg/l 1400 4 SS mg/l 350 5 T- N mg/l 80 19 2.1.3. Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý Nước thải sau khi xử lí đạt tiêu chuẩn QCVN 11: 2015/BTNMT Bảng 2.3: Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải thủy sản ( Nguồn: QCVN 11: 2015/ BTNMT) STT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ 1 pH 0 GIÁ TRỊ CỘT A CỘT B - 6–9 5,5- 9 2 BOD5 ở 20 C mg/l 30 50 3 COD mg/l 75 150 4 TSS mg/l 50 100 mg/l 10 20 mg/l 30 60 mg/l 10 20 mg/l 10 20 mg/l 1 2 Amoni (NH4+ 5 tính theo N) Tổng nitơ (tính 6 theo N) Tổng photpho 7 (tính theo P) Tổng dầu, mỡ 8 động thực vật 9 Clo dư 10 Tổng Coliforms MPN hoặc 3000 5000 CFU/100 ml 2.1.4. Tính các giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản – Cmax Áp dụng công thức: Cmax = C × Kq × Kf Trong đó: - Cmax là giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản khi xả ra nguồn tiếp nhận nước thải; - C là giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải chế biến thủy sản - Kq là nguồn tiếp nhận nước thải, vì lưu lượng dòng chảy của sông, suối, khe, rạch, kênh, mương Q  50 nên áp dụng giá trị hệ số Kq = 0,9 - Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải, vì lưu lượng nguồn thải 50  F ≤ 500 nên chọn Kf = 1,1. 20