Chương 1: Mở đầu
1
CHƢƠNG1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngành chế biến thủy sản (CBTS) tại Việt Nam tiêu thụ một lượng nước lớn 40 -
114 m
3
/tấn thành phẩm, trung bình 1 tấn thành phẩm thải ra một lượng nước thải khá
lớn khoảng 70-120 m
3
nước thải/tấn sản phẩm ( Doste TpHCM và CEFINEA, 1998 ).
Nước thải thủy sản có nồng độ nitơ, photpho rất cao, nếu không được quan tâm
xử lý đúng mức và thải vào môi trường có thể là nguồn dinh dưỡng kích thích sự phát
triển của rong rêu, tảo,… gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, gây ra sự thiếu hụt oxy
hoà tan trong nước; ammnia hoà tan với nồng độ > 0,2 mg/l đã có thể gây chết cho
nhiều loài cá và thủy sinh vật và là nguồn chất độc đối với hệ sinh thái xung quanh
Để giải quyết vấn đề gây ô nhiễm môi trường, hầu hết các nhà máy CBTS đặt ra
mục tiêu xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải (hệ thống xử lý cuối đường
ống) là hàng đầu, nhằm đáp ứng những yêu cầu về công tác quản lý, bảo vệ môi
trường. Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng việc đầu tư cho các công trình xử lý chất thải
cuối đường ống thường rất tốn kém. Hiệu quả của việc đầu tư này chỉ cải thiện được
phần nào tình trạng ô nhiễm môi trường với điều kiện các công trình xử lý được vận
hành thường xuyên, đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật và đòi hỏi chi phí việc vận hành
tương đối lớn. Theo Sở khoa học công nghệ và môi trường (1998), tiền đầu tư cho một
hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính cho nhà máy thủy sản với lưu lượng 200m
3
/ngày tải
lượng BOD
trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu áp dụng bùn
hạt hiếu khí để xử lý nitơ hầu như chưa được nghiên cứu. Do đó, “ nghiên cứu ứng
dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản ” là cần thiết và có
ý nghĩa thực tiễn…
1.2. Tính mới của đề tài
Công nghệ bùn hạt hiếu khí là công nghệ mới và đang được bắt đầu ứng dụng
trên thế giới. Tại Việt Nam các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế, chỉ có
nhóm nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo
hạt trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu ứng dụng
bùn hạt để xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ trên nước thải thủy sản là vấn đề mới.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ kết hợp cho nước thải
thủy sản.
Chương 1: Mở đầu
3
1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nước thải chế biến thủy sản.
- Mô hình nghiên cứu là bể SBAR với chế độ hoạt động tự động theo thời gian
nạp liệu, sục khí, lắng và rút nước.
- Bùn hạt hiếu khí với chất mang là vỏ sò.
- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
1.5. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung với hai nội dung chính:
1. Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khí tăng đồng
thời tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ tương ứng 2,6 kgCOD/m
3
.ng; 4,8
kgCOD/m
3
Chương 2: Tổng quan
5
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản ở Việt Nam
2.1.1 Giới thiệu về ngành chế biến thủy sản
Bờ biển Việt Nam dài hơn 3.200 km tạo tiềm năng to lớn cho ngành thuỷ sản,
giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế thị trường. Trong năm 2006, ngành thuỷ sản đã
tạo công ăn việc làm thường xuyên trong lĩnh vực đánh bắt cá, nuôi trồng thuỷ sản và
chế biến hải sản cho hơn 4 triệu người trong đó có trên 150.000 người làm việc trong
ngành chế biến hải sản.
Trong những năm gần đây, khoảng 24% lượng sản phẩm đầu ra dùng xuất khẩu
và một phần khoảng 35% thủy sản tươi bán cho thị trường địa phương, 41% còn lại
dùng chế biến nước mắm và làm khô. Hiện tại, các cơ sở chế biến thủy sản chủ yếu sản
xuất mặt hàng đông lạnh. Đây cũng là mặt hàng chính để xuất khẩu. Các mặt hàng xuất
khẩu chủ yếu là tôm đông lạnh, cá đông lạnh, mực đông lạnh… xuất khẩu thủy sản
sang 140 thị trường, chủ yếu: Nhật, Châu Âu, EU… Kim ngạch xuất khẩu ngày càng
tăng trong những năm gần đây. Năm 2004, kim ngạch xuất khẩu chỉ đạt 2.400 triệu
USD, năm 2005 tăng lên 2.738 triệu USD, năm 2006 đạt 3.357 triệu USD (Nguồn bộ
thủy sản).
Cùng với sự phát triển vượt bậc về sản lượng cũng như mặt hàng xuất khẩu, thì
quy mô các cơ sở chế biến cũng tăng đáng kể. Vào năm 1990 có 102 cơ sở, lên 168 cơ
sở vào năm 1998 rồi lên 264 cơ sở năm 2001. Hiện nay, cả nước có gần 500 doanh
nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, trong đó có 246 doanh nghiệp đủ tiêu chuẩn xuất
khẩu vào thị trường EU, 320 doanh nghiệp được công nhận đủ tiêu chuẩn xuất khẩu
vào thị trường Hàn Quốc và 288 doanh nghiệp được xuất khẩu vào thị trường Trung
Quốc, 255 cơ sở đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào Thuỵ Sỹ và Canada, 248 đơn vị đạt tiêu
chuẩn của Hoa Kỳ… đạt kim ngạch xuất khẩu 3,35 tỷ USD Việt Nam tạo được thế Hình 2.1. Quy trình sản xuất cá phi lê
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)
Nguyên liệu
Rửa
Trích phi lê – bỏ da
Rút xương, vanh
Rửa lần 1
Xếp khuôn
Rửa lần 2
Phân cỡ hạng
Cấp đông
Rã đông, mạ băng
Đóng thùng
Nước thải
Chất thải rắn
Chất thải rắn
Nước thải
Nước thải
Nước thải
Chương 2: Tổng quan
8
b. Quy trình sản xuất cá nguyên con:
Rã đông, mạ băng
Lưu kho lạnh
Chất thải rắn
Nước thải
Nước thải
Nước thải
Chất thải rắn
Nước thải
Làm đông
Tôm
Chương 2: Tổng quan
9 c. Quy trình chế biến mực đông lạnh:
Hình 2.4. Quy trình chế biến tôm đông lạnh
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005
2.1.3 Thành phần tính chất nƣớc thải thủy sản
Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là chất thải
hữu cơ có nguồn gốc từ động vật dễ bị phân hủy (chủ yếu là các hợp chất của protit và
các axit béo bão hòa). Nước thải ngành này có chỉ tiêu COD dao động trong khoảng
600 – 2300 mg/L, BOD
5
từ 400 – 1800 mg/L. Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS từ 125 –
Tiếp nhận và bảo quản
nguyên liệu
chứa nitơ và photpho bao gồm công đoạn rửa nguyên liệu , công đoạn sơ chế, …
Nói tóm lại, nước thải ngành chế biến thủy sản vượt quá nhiều lần so với quy
định cho phép xả vào nguồn loại B của quốc gia (vượt từ 5 – 10 lần về chỉ tiêu COD và
BOD, 7 – 15 lần chỉ tiêu N hữu cơ ), lưu lượng nước thải trên một đơn vị sản phẩm
cũng rất lớn, do đó cần có những biện pháp khắc phục để ngăn ngừa các ảnh hưởng
xấu do ô nhiễm
Tham khảo số liệu về tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản như sau
Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước thải các nhà máy chế biến hải sản ở Bà
Rịa-Vũng Tàu
Chỉ tiêu
Mức độ
– Lưu lượng
– BOD
5
– Tổng chất rắn lơ lửng
– Tổng Nitơ
– Tổng Phốtpho
– pH
30 – 50 m
3
/tấn SP
1000 – 2000 mg/l
1500 – 2000 mg/l
75 – 230 mg/l
3 – 10 mg/l
6,6 – 7,9
(Nguồn Phan Thu Nga – luận văn cao học 1997).
Chương 2: Tổng quan
, mg/l
– Độ màu, Pt-Co
– Độ đục, FTU
_ COD, mg/l
5.28
36
78
23
0.25
350
12.66
0.04
94.95
4060
867
389
1110
6.62
80
28
13
0.06
96
21.52
0.04
69.63
3212
337
216
1442
Mẫu 2: Nước thải xả chung.
Mẫu 3: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 2).
Mẫu 4: Cống xả phân xưởng hải sản đông lạnh.
Chương 2: Tổng quan
13
Bảng 2.3. Thành phần và tính chất nước thải công ty chế biến thủy sản
Seaspimex
Chỉ tiêu
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
pH
TDS, mg/L
Độ đục, PTU
Độ màu, Pt.Co
Tổng P, mg/L
SS, mg/L
Tổng N, mg/L
Dầu, mg/L
TổngsốColiform,MPN/100mL
COD, mg/L
6.62
1440
121
1674
21.01
9.50
198
0.1
-
1200
(Nguồn Phan Thu nga – luận văn cao học 1997)
Ghi chú
Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực
Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm
Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh
Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh
Chương 2: Tổng quan
14
Bảng 2.4. Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp chế biến thực phẩm xuất
khẩu Tân Thuận
Chỉ tiêu
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
pH
TDS, mg/L
Độ đục, JTU
Độ màu, Pt.Co
Tổng P, mg/L
SS, mg/L
Tổng N, mg/L
TổngsốColiform, MPN/100mL
OD, mg/L
6.85
1320
42
121
5674
978
(Nguồn CEFINEA, 1997)
Ghi chú
Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực
Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm
Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh
Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh
Chương 2: Tổng quan
15
2.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải thủy sản
2.2.1. Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải thải thủy sản Hình 2.5. Trạm xử lý nước thải thực phẩm của công ty seaspimex (phương án 1).
(Nguồn Vũ Phá Hải - LVTN )
Chú thích:
1. Ngăn tập trung nước
thải
2. Ngăn tiếp nhận
3. Song chắn rác
4. Bể lắng cát
5. Bể điều hòa
6. Bể lắng đứng đợt I
7. Bể Aeroten
8. Bể lắng đứng đợt II
2
12
8
15
Chương 2: Tổng quan
16
Hình 2.6. Trạm xử lý nước thải thực phẩm của công ty Seaspimex (phương án 2)
(Nguồn Vũ Phá Hải – LVTN)
Chú thích:
1.Ngăn tập trung nước
thải
2.Ngăn tiếp nhận
3.Song chắn rác
4.Bể lắng cát
5.Bể điều hòa
6.Bể lắng ngang đợt I
7.Bể sinh học hiếu khí
tiếp xúc
8.Bể lắng ngang đợt II
9.Máng trộn, bể tiếp
xúc chlorine
10Thùng đựng chlorine
11.Máy nén khí
12.Ngăn thu bùn tươi
13.Bể nén bùn trọng lực
Hình 2.7. Công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến thủy sản công ty
Agrex Sài Gòn - CEFINEA
Chú thích:
1. Song chắn rác
2. Bể điều hòa
3. Bể lắng I
4. Bể xử lý sinh học
dính bám
5. Bể lắng đợt II
6. Bể tiếp xúc
7. Công trình xã nước
thải ra sông Sài Gòn
8. Cấp không khí nén
9. Bể nén bùn
10. Trạm bơm bùn
11. Sân phơi bùn
Bùn dư
Cặn
Bùn tuần
Không khí Nước dư
Không khí
SONG CHẮN RÁC
MÁY ÉP BÙN
BỂ THU
NƯỚC DƯ
THẢI BỎ
Nước tuần hoàn
Chương 2: Tổng quan
19
Hình 2.8. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản NATFISHCO
Hình 2.9. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản
Việt – Nga
2.2.2. Hiện trạng cơng nghệ xử lý nước thải
Theo kết quả điều tra của Trung tâm cơng nghệ mơi trường ENTEC năm 2005,
lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản tồn quốc cho thấy:
- Hầu hết các cơng nghệ xử lý nước thải ngành CBTS là cơng nghệ xử lý sinh
học hiếu khí.
- Chỉ có 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt một số chỉ tiêu như BOD
5
, COD…đạt
TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P chưa đạt tiêu chuẩn thải. Theo kết quả
phân tích mẫu để nghiệm thu các cơng trình xử lý của cơng ty TNHH mơi trường
Lưới chắn rác
5mm
Bùn
tuần
hoàn
Bùn
SXSH vào sản xuất, hệ thống xử lý chất thải có chất lượng cao.
Với các công nghệ xử lý như hiện nay thì chỉ có 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt
một số chỉ tiêu như BOD
5
, COD…đạt TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P
chưa đạt tiêu chuẩn thải. Chỉ tiêu N- ammonia nằm trong khoảng 15- 18,2mg/l (cao
hơn so với TCVN 5945-2005) ( theo kết quả điều tra của Trung tâm công nghệ môi
trường ENTEC năm 2005, lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản
toàn quốc ).
Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Phước Hòa, Đặng Viết
Hùng, Nguyễn Văn Phước (khoa môi trường, ĐHBK TpHCM), dùng mô hình UASB
xử lý nước thải thủy sản có nồng độ COD 1.692 - 2.604 mg/l, nồng độ tổng N tương
ứng là 147 – 226 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là 187 – 289 mg/l thì hiệu suất xử lý
COD đạt 89,75% (đầu ra COD 234 – 314 mg/l), hiệu suất xử lý N là 21,46% và hiệu
suất xử lý tổng P là 21,87%. Và mô hình bùn hoạt tính có nồng độ COD 579 – 784
mg/l, nồng độ tổng N tương ứng là 50,66 – 68,85 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là
64,35 – 87,12 mg/l thì hiệu quả xử lý COD đạt 95%, hiệu suất xử lý tổng nitơ là
51,39% và hiệu suất xử lý P là 35,3%.
Như vậy, công nghệ xử lý nước thải chưa triệt để. Công nghệ xử lý nước thải
hiện tại chưa xử lý triệt để lượng nitơ, photpho trong nước thải. Để xử lý triệt để cần
phải kết hợp công nghệ xử lý bậc 3 (xử lý chất dinh dưỡng). Do đó, cần nghiên cứu
công nghệ thích hợp để xử lý triệt để Nitơ (cụ thể ammonia ) trong nước thải CBTS
nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Chương 2: Tổng quan
21
2.3. Tổng quan về bùn hạt hiếu khí
2.3.1 Giới thiệu
Bùn là sinh khối của sinh vật đã sử dụng chất dinh dưỡng có trong nước thải
hình thành nên. Hạt vi sinh có thể xem như là sự tập hợp các vi sinh vật kết lại dày đặc
với hình dáng bên ngoài là hình cầu. Mỗi bùn hạt bao gồm hàng triệu vi sinh vật và
bề mặt bùn hạt. Độ xốp tồn tại ở độ sâu 300-500 µm tính từ bề mặt. Những rãnh và lỗ
rỗng này sẽ thuận lợi cho việc vận chuyển oxy và các chất dinh dưỡng vào bên trong
bùn hạt và sản phẩm trao đổi chất ra bên ngoài. Vi khuẩn Nitrosomonas spp cũng tồn
tại trong bùn hạt ở độ sâu 70-100 µm tính từ bề mặt bùn hạt và vi khuẩn kỵ khí
Bacteroides spp tồn tại ở độ sâu 800 -1000 µm.
Chương 2: Tổng quan
23
Hình 2.11. Cấu trúc bùn hạt hiếu khí (Wang và cộng sự, 2007)
2.3.2.2. Thành phần vi sinh vật trong bùn hạt
Các vi khuẩn acid hóa, nitrate hóa, khử nitrate, vi khuẩn dị dưỡng, vi
khuẩn tích lũy phospho, vi khuẩn tích lũy glycogen cùng tồn tại đồng thời bên trong
bùn hạt (Jang và cộng sự., 2003; Tsuneda và cộng sự, 2003; Yang và cộng sự, 2003).
Thành phần và số lượng các chủng loại vi sinh vật thay đổi tùy thuộc vào
từng loại cơ chất, tải lượng các chất hữu cơ, N/C trong nước thải và điều kiện môi
trường nuôi cấy. Với cơ chất là glucose sự thành lập bùn hạt chủ yếu là vi khuẩn
filamentous, trong khi đó cơ chất là acetate thì vi khuẩn hình ve chiếm ưu thế. Khi tỷ lệ
N/C tăng cao thì vi khuẩn dị dưỡng giảm, gia tăng vi khuẩn nitrate hóa và khử nitrate
(Yang và cộng sự, 2003). Điều này càng thể hiện khả năng của bùn hạt có khả năng xử
lý đồng thời chất hữu cơ, nitơ và photpho.
2.3.2.3. Tỷ lệ VSS/SS
Tỷ lệ VSS/SS trong bùn hạt hiếu khí là dao động từ 0,71–0,94 (Zheng và
cộng sự, 2006). Trong khi đó, tỷ lệ VSS/SS trong bùn hoạt tính 0,85 (Linlin và cộng
sự, 2005) và trong bùn hạt kỵ khí là 0,57.
Tùy vào điều kiện nuôi cấy mà tỷ lệ VSS/SS thay đổi. Khi nuôi cấy bùn hạt ở
NLR 0,15 đến 0,45 kg N/ m
3
.ngày thì VSS/SS giảm từ 0,93 xuống còn 0,85 (Qin và
Liu, 2006). Tỷ lệ VSS/SS ở thời gian lưu nước thấp cao hơn ở thời gian lưu nước dài:
Chương 2: Tổng quan
2.3.2.6. Trọng lượng riêng và nồng độ sinh khối
Trọng lượng riêng thể hiện độ rắn chắc và dày đặc của bùn hạt.Trọng lượng
riêng của bùn hạt hiếu khí thay đổi từ 1,004–1,065 g/cm
3
(Etterer và Wilderer, 2001;
Tay và cộng sự, 2001 ). Khác với trọng lượng riêng, nồng độ sinh khối thể hiện mật độ
sinh khối, mật độ vi sinh có trong bùn hạt. Nồng độ sinh khối của bùn hạt dao động từ
2,7- 40 g/l
bùn hạt
(Beun và cộng sự, 1999 và 2002). Nồng độ sinh khối của bùn hạt gia
tăng với tải lượng chất hữu cơ. Nồng độ sinh khối càng cao, khả năng xử lý càng cao.
2.3.2.7. Tính kỵ nước bề mặt tế bào.
Tính kỵ nước của bề mặt tế bào là một ái lực quan trọng trong quá trình tự cố
định và gắn kết trong tế bào. Tính kỵ nước của bùn hạt cao gấp hai lần so với bùn hoạt
tính. Lực cắt cao hay chế độ thủy lực cao làm tăng tính kỵ nước bề mặt tế bào, trong
khi đó tính kỵ nước bề mặt tế bào dường như không nhạy cảm đối với sự thay đổi nồng
độ các chất hữu cơ hoặc tải lượng 500 – 3000 mg COD/l. Tính kỵ nước của bề mặt tế
bào vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc cố định và kết dính của các tế bào vi
khuẩn lại với nhau.
2.3.2.8. Tỷ lệ sử dụng oxy riêng (SOUR)
SOUR biểu thị hoạt động vi sinh vật. Khi vận tốc khí nâng càng cao thì SOUR
càng cao. Việc sử dụng oxy càng cao thì nhiều cơ chất được chuyển nhanh thành CO
2
.
Copyright: Tài liệu đại học ©