BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học Đề tài: Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và
nitơ trong nước thải chế biến thủy sản bằng hệ
thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể
sinh học màng (MBR).

Gvhd: Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa
Nhóm: 15
Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2014
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
  

Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học

Chương 4

3. Hồ Lê Phương Ngân
Tổng hợp word.
Viết lời mở đầu.
Mục 1,2,3,4 Phần II (chương 3)

4. Nguyễn Thị Ngọc Phương
Mục 5,6 phần II (chương 3)
Tài liệu tham khảo.

5. Nguyễn Ngọc Xuân Tâm
Phần I (chương 5)
Lược khảo tài liệu.

6. Trần Đức Thiên
Làm PP
Phần I (chương 3)

7. Võ Thị Yến Thu
Chương 2
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục (mục 1,2)

8. Nguyễn Thị Minh Thùy
Chỉnh sửa, định dạng word.
Bảng danh mục các từ viết tắt.
Phần 2 (chương 5).
được các tiêu chí này. Do đó, công nghệ màng đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi
nhằm đáp ứng với những tiêu chí đó. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm
hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu
khí (ANOXIC) và bể sinh học màng (MBR)” được thực hiện nhằm góp phần tìm ra
giải pháp khử các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải chế biến thủy sản một cách
hiệu quả là cần thiết.
5
LỜI CẢM ƠN
Trải qua hơn hai tuần kể từ khi nhận đề tài, cuối cùng chúng em cũng hoàn thành
nhiệm vụ đề tài đề ra là” Nghiên cứu xử lý chất ô nhiễm hữu cơ và nitơ trong nước
thải chế biến thủy sản bằng hệ thống kết hợp bể thiếu khí (ANOXIC) và bể sinh học
màng (MBR)”. Để hoàn thành tốt đề tài này, ngoài nỗ lực của bản thân, chúng em đã
nhận được sự giúp đỡ rất tận tình của thầy Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Đinh Nguyễn Trọng Nghĩa đã nhiệt tình
giảng dạy, trang bị kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em có thể hoàn
thành đề tài. Chúng em kính chúc thầy luôn mạnh khỏe và thành công trong công tác
giảng dạy. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 7 năm 2014
Nhóm 15

MLSS
Mixed Liquid Suspended
Solid
Cặn lơ lửng của hỗn hợp
bùn hoạt tính
MLVSS
Mixed Liquid Volatile
Suspended Solid
Cặn lơ lửng bay hơi của
hỗn hợp bùn hoạt tính
NF
Nanofiltration
Màng lọc Nano
OLR
Organic Loading Rate
Tải trọng hữu cơ
PAOs
Phosphate Accumulating
Organisms
Vi sinh vật tích lũy
photpho
PHB
Polyhydroxybutyrate

rbCOD
Readily Biodegradable
Chemical
COD sẵn sàng phân hủy
sinh học
7


DANH MỤC BẢNG:

Bảng 1: Các thông số tính toán để chạy mô hình nghiên cứu MBR
Bảng 2 : Các thông số đã tính toán để chạy mô hình nghiên cứu bể Anoxic
Bảng 3: Các thông số tính toán để chạy mô hình nghiên cứu bể MBR
Bảng 4: Các thông số tính toán để chạy mô hình nghiên cứu bể Anoxic
Bảng 5: Kết quả phân tích chỉ tiêu tải trọng thích nghi (pH, COD, MLSS, MLVSS)
Bảng 6: Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép
Bảng 7: Giá trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy của sông, suối, kênh, mương,
khe, rạch tiếp nhận nước thải
Bảng 8: Giá trị hệ số Kq ứng với dung tích hồ, ao, đầm tiếp nhận nước thải
Bảng 9: Giá trị hệ số K
f
ứng với lưu lượng nước thải

9

DANH MỤC HÌNH ẢNH:
Hình 1: Công nghệ AAO
Hình 2: Cơ chế hoạt động của màng MBR
Hình 3: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
Hình 4: Mô hình thí nghiệm
Hình 5: Kích thước màng
Hình 6: Hình ảnh bọt khí N
2
sinh ra ở bể Anoxic
Hình7: Chỉ tiêu pH ở thí nghiệm thích nghi
Hình 8: Hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm thích nghi
Hình 9: Chỉ tiêu MLSS, MLVSS tại MBR ở thí nghiệm thích nghi

I. Kết luận 35
11

II. Kiến nghị 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 37
PHỤ LỤC 41 CHƯƠNG 1 . MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài:
Hiện nay, tại Việt Nam ngành thủy sản là một trong những ngành mũi nhọn để
phát triển đất nước, tiềm năng tăng trưởng rất cao. Do đó, vấn đề tiêu thụ nước sử
dụng cho ngành thủy sản và nước thải thủy sản thải ra môi trường là nhân tố quan
trọng cho phát triển và bảo vệ môi trường. Do nguồn tài nguyên nước ngày càng khan
hiếm, việc tái sử dụng nước được quan tâm ứng dụng và vấn đề bảo vệ môi trường
được coi trọng, vì nước thải thủy sản chứa rất nhiều chất ô nhiễm chủ yếu là các chất
hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao (BOD/COD từ 0,57 đến 0.9) và nồng độ
các chất dinh dưỡng nito rất cao có thể lên đến trên 100mg/l. Trong khi các hệ thống
xử lý nước thải chế biến thủy sản chưa được thiết kế đầy đủ để xử lý loại bỏ thành
phần dinh dưỡng nito. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý đồng
thời chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải chế biến thủy sản là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Làm tăng chất lượng nước để có thể tái sử dụng.
- Đánh giá hiệu quả xử lý COD và khử nitơ của hệ thống bể ANOXIC kết hợp

thành N
2.

- Quá trình khử các chất ô nhiễm như COD, BOD, chuyển NH3 thành NO2- rồi
thành NO3- qua bể lọc sinh học màng BMR:
Sau đó, nước được cho tự chảy qua bể lọc sinh học màng MBR để khử các chất
ô nhiễm như COD, BOD, chuyển NH
3
thành NO
2
-
rồi thành NO
3
-
. Lượng bùn trong bể
MBR khoảng trên 8,000 - 10,000mg/L. Bể MBR được lắp đặt 1 hệ thống màng phục
vụ cho quá trình khử các chất ô nhiễm bao gồm: Các van điện rửa ngược (nhằm rửa hệ
thống màng khi áp suất chuyển màng đạt đến áp suất cho phép đã được định trước),
van điện dòng ra hỗ trợ cho bơm nước thải đầu ra, đồng hồ đo áp để biết được trở lực
của màng MBR, máy thổi khí nhằm cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt động , máy bơm
tuần hoàn dùng để bơm bùn từ bể MBR về bể Anoxic với lưu lượng tuần hoàn từ
200% -400%, máy bơm nước thải đầu ra và hệ thống van nhựa khác phục vụ cho công
tác lấy nước đầu ra đi phân tích.
- Quá trình thí nghiệm được thực hiện: Bước 1: Tiến hành chạy thích nghi với tải trọng hữu cơ tăng dần là 0,3 – 0,5

15

Bảng 1 : Các thông số tính toán để chạy mô hình nghiên cứu MBR
Bảng 2 : Các thông số đã tính toán để chạy mô hình nghiên cứu bể Anoxic
Stt
Tải trọng
hữu cơ
(kgCOD/m
3
.ngày)
Thể tích V
bé

15.6
3
1.5
20
650
46
10.4
4
2
20
650
62
7.8
5
2.5
20
650
77
6.24
6
3
20
650
92
5.2
Stt
Tải trọng
hữu cơ
OLR
(kgCOD/m

/Q
v
)*
100
Thời gian
lưu
t
A

=V
n
/Q
vr
1
0.5
9.54
2.5
3.14
390
3.0
2
1
9.54
5
4.78
390
2.0
3
1.5
15.84

CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
I. Các nghiên cứu trong nước
1. Lê Quang Huy, Nguyễn Phước Dân và Nguyễn Thanh Phong (2009).
Ứng dụng quá trình thiếu khí từng mẻ để xử lý oxit Nitơ nồng độ cao trong nước
rác cũ. Mô hình thiếu khí sinh học từng mẻ đã được áp dụng nhằm xử lý các oxit
Nitơ với nồng độ khoảng 1,000 mg/L. Hiệu hay 0.015 gN-NO
2
khử/gMLSS.ngày.
Với kết quả này đem lại hiệu quả khử quả xử lý Nitrit đạt 95% với tải trọng Nitơ
đạt 0.115 kgN-NO
2
khử/m
3
.ngày Nitơ Ammonia của cả quá trình xử lý sinh học đạt
80 – 85%.
2. Phan Bá Bình, Trà Văn Tung, Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân (2011).
Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình sinh học màng khí nâng (Airlift Membrain
Bioreactor) và hệ thống bùn hoạt tính xử lý nước thải khu công nghiệp. Kết quả thí
nghiệm cho thấy nồng độ đầu ra của COD < 50mg/L, hiệu quả xử lý SS cao (90 ±
4%), TP (51 – 53%), quá trình nitrat hoá cao trên 95% (tuy nhiên đầu ra vẫn còn
cao 30 ± 13 mg/L), nồng độ sinh khối đạt 8,700 mg/L ở tải trọng 5.7
kgCOD/m
3
.ngày.
3. Trần Yến Trang và cộng sự (2010).
Ứng dụng công nghệ màng MBR đặt chìm (SMBR) để xử lý nước thải cho khách
sạn Caravelle tại thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam. Lưu lượng xử lý là 300
m
3
/ngày, hệ thống đã được vận hành trong 6 tháng. Mục tiêu nghiên cứu này là

thải thuỷ sản.
7. Lê Thị Cẩm Sridang và cộng sự (2006).
Nghiên cứu áp dụng công nghệ MBR để xử lý và tái sử dụng nước thải chế biến
thủy sản tại Thái Lan. Nghiên cứu này được thực hiện với nước thải chế biến thủy
sản có nồng độ trung bình các thông số ô nhiễm là pH = 5.67; BOD
5
= 1200 mg/L;
COD = 1700 mg/L; TKN = 95 mg/l; TP = 19 mg/L. Kết quả nghiên cho thấy nước
sau xử lý có BOD
5
< 10 mg/L (hiệu suất xử lý E = 99%), COD = 100 mg/L và
TOC = 7.4 mg/L trong suốt 1000 giờ vận hành.
II. Nghiên cứu ngoài nước
1.Yong-zhen Peng (2006).
Nghiên cứu sự hấp thu photpho sinh học ở bể Anoxic và ảnh hưởng của quá trình
sục khí để loại bỏ photpho sinh học trong quá trình A
2
O. Các kết quả thí nghiệm
cho rằng sự hấp thu photpho sinh học trong bể Anoxic có thể xảy ra, so với quá
trình A
2
O thông thường. Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD, photpho, nitơ
ammonia và nitơ tổng lần lượt là 92.3%, 95.5%, 96% và 79.5% tương ứng. Hơn nữa, khi phân tích bùn đã chứng minh rằng tỷ lệ hấp thu photpho ở bể Anoxic đối
với tỷ lệ hấp thu photpho ở bể hiếu khí đạt mức 69% trong toàn bộ hệ thống và

.ngày và 1.26 kg/m
3
.ngày.
4. Trouve và cộng sự (2008).
Xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ MBR: kết quả thí nghiệm qui mô bán công
nghiệp. Đề tài này đã nghiên cứu quá trình hiếu khí trong bể MBR với HTR là 24
giờ, SRT là 25 ngày, kết quả đã khử hoàn toàn N-NO
3
-
và khử COD, TN và chất
19

rắn lơ lửng từ 93 – 99.9%. COD bị khử là 0.2 kg/kgVSS.ngày và trung bình sinh
khối tăng lên 0.2 kgSS/kgCOD. Màng lọc được làm việc với điều kiện nhiệt độ là
20
o
C, vận tốc lọc là từ 1.5 – 3.5m/s, TMP < 2bar, vận hành liên tục trong 15 ngày
không cần rửa hoá chất.
5. Seong-Hoon Yoon và cộng sự (2004)
Các điều kiện hoạt động tối ưu của màng phản ứng sinh học (MBR): dự toán chi
phí của thông khí và xử lý bùn. Để đạt được các thông số thiết kế tối ưu của MBR
với chi phí vận hành được giảm thiểu, giảm chi phí năng lượng cấp khí và xử lý
bùn đã được ước tính cho các điều kiện khác hoạt động. Nói chung chi phí xử lý
bùn và chi phí năng lượng cấp khí tỉ lệ nghịch với nhau, nghĩa là chi phí xử lý bùn
giảm nhỏ nhất khi chi phí năng lượng cấp khí là tối đa và ngược lại. Nghiên cứu
này thực hiện cho nước thải đô thị với COD là 400 mg/L, MLSS sẽ cho tăng từ
11,000 đến 15,000 mg/L trong quá trình vận hành mà không xả bỏ bùn khi HRT
đã giảm từ 16 đến 12 giờ. Kết quả HRT và MLSS lần lượt là 16 giờ và 11,000
mg/L, thì lưu lượng cấp khí là 13.3 m
3

4
+
dòng ra <10
mg /L với HRT là 6.3 ngày. Với dòng tuần hoàn là 3:1, TN đã được khử là 84%,
năng lượng cấp khí giảm 25%.
9. Fangang Meng et al (2009).
Sự phát triển của màng MBRs: bẩn màng và các vật liệu màng. Bài báo này đã ghi
nhận màng MBR được ứng dụng rộng rãi cho xử lý nước thải đô thị và công
nghiệp. Nhưng chi phí màng và sự bẩn màng là vấn đề khó khăn. Do đó, các vấn đề
như sự bẩn màng, các yếu tố gây bẩn màng, điều kiện và giải pháp vận hành màng
tránh nghẹt màng đã được đưa ra thảo luận. Các vấn đề vật liệu màng, thay đổi
màng cũng đưa ra thảo luận.
10. Ladan Holakoo và cộng sự (2007).
Ứng dụng công nghệ MBR để loại bỏ nitơ sinh học từ nước thải đô thị tổng hợp.
Nghiên cứu này đã thực hiện cho nước thải đô thị với SRT là 40 và 20 ngày, đặc
biệt là quá trình nitrate hoá và khử nitrate (SND- simultaneous nitrification–
denitrification). SND bị ảnh hưởng lớn bởi oxy hòa tan (DO). SND được xác định
tại SRT 20 ngày giảm thiểu bẩn màng. Mô hình được tiến hành vơi tải trọng hữu cơ
là 1.4 – 1.7 kgCOD/m
3
, thông lượng ra là 2 L/m
2
.h, thời gian lưu nước là 10.5 –
11.5h và thời gian lưu bùn là 60 ngày. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy với tỉ
lệ tuần hoàn nước từ bể ozone về bể MBR là 1 và 1.5 cho thấy COD và độ màu xử
lý rất triệt để, COD dưới 50mg/L và độ màu dưới 20 Pt – Co.

21

CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nghiên cứu khả năng khử nitơ xử lý nước thải thủy sản của hệ thống bể Anoxic kết
hợp hệ sinh học màng được thực hiện với nội dung đánh giá hiệu quả xử lý COD và
khử Nitơ cho hệ thống bể Anoxic kết hợp bể MBR ở quy mô phòng thí nghiệm.
2. Bể Anoxic
Trong nước thải, có chứ hợp chất Nito và photpho, những hợp chất này cần phải
được loại bỏ ra khỏi nước thải.
Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và
P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril.
Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau
Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và
Nitrobacter. Trong môi trường thiếu Oxi, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat
Denitrificans sẽ tách oxi của Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa
NO3- → NO2- → N2O → N2↑
Khí Nito phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là Nito đã
được xử lý.
Quá trình Photphorit hóa
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu
cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất
mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với
chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy
khuẩn chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng
nước tạo ra môi trường thiếu oxi cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.
Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể
Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt
hoạt động 230 – 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu
đệm sinh học để sinh sôi và phát triển.



Hình 3: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu

Phân tích các chỉ tiêu đầu ra như: COD, BOD, TKN, N-NH
4
+
,
độ kiềm, N-NO
3
-
, TP, TSS, VSS, Coliform Phân tích các
chỉ tiêu: pH,
COD, MLSS,
DO
Lấy mẫu

1.5
kg/m
3
.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày

TN 4
OLR = 2
kg/m
3
.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày

TN 5
OLR =
2.5
kg/m
3
.ngà
y
Thời gian
vận hành:
15 ngày


Mô hình bao gồm bể chứa nước thải, bể Anoxic và bể sinh học màng vi lọc (MBR), bể
chứa nước sạch, bể chứa nước rửa ngược được thực hiện trong quy mô phòng thí
nghiệm được minh họa ở hình 4 Hình 4: Mô hình thí nghiệm
(1) - Thùng chứa nước thải đầu vào
(2) - Bơm định lượng nước thải lên bồn Anoxic
(3) - Bể Anoxic (vật liệu: kính trong, kích thước Dài x Rộng x Cao = 30cm x 15cm x
60cm)
(4) - Van điện dòng ra (3)

(16)