TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN
BẰNG BỂ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. LÊ HOÀNG VIỆT

NGUYỄN VĂN PHỦ - 1110851
TẠ HOÀNG HỘ - 1110818

Cần Thơ, 12/2014


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

ích cho công việc sau này. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng gặp không ít khó khăn nhưng
nhờ có sự động viên từ gia đình, thầy cô và bạn bè chúng tôi đã hoàn thành luận văn
đúng tiến độ. Nhân đây, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất
đến:
Gia đình đã khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu
để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này.
Quý Thầy, Cô thuộc Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên đã tận tình giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong thời gian qua.
Tất cả bạn bè của lớp Kỹ Thuật Môi Trường khóa 37 đã động viên và giúp đỡ chúng
tôi rất nhiều.
Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt đề tài nhưng do
thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Phủ

Tạ Hoàng Hộ

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang ii



lọc sinh học chỉ cho ra nước thải đạt loại A ở một số chỉ tiêu theo dõi. Qua kết quả
nghiên cứu trên cho thấy bể lọc sinh học ngập nước hoạt động theo kiểu tăng trưởng
bám dính có thể thích hợp để xử lý nước thải chế biến cá tra và cá basa.

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang iii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của
chúng tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn nào
trước đây.
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Phủ

Tạ Hoàng Hộ

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang iv


2.3.2 Màng sinh học trong bể lọc sinh học ................................................................................ 11
2.3.3 Phân loại bể lọc sinh học .................................................................................................. 13
2.3.4 Ưu và khuyết điểm của bể lọc sinh học ............................................................................ 14
2.4 BỂ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC ................................................................................... 14
2.4.1 Giới thiệu sơ lược về bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 14

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang v


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.4.2 Cơ chế hoạt động của bể lọc sinh học ngập nước ............................................................ 15
2.4.3 Các quy trình màng lọc sinh học ngập nước .................................................................... 16
2.4.4 Ưu và khuyết điểm của bể lọc sinh học ngập nước .......................................................... 18
CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ................................... 20
3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ........................................................................ 20
3.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 20
3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................................. 21
3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH ĐỀ TÀI .................................................................................... 23
3.4.1 Tính toán và thiết kế mô hình bể lọc sinh học ngập nước ................................................ 23
a. Vật liệu chế tạo mô hình bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 23
b. Kích thước mô hình bể lọc sinh học ngập nước .................................................................... 23
c. Vật liệu lọc sử dụng cho bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 26
3.4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm ......................................................................................... 28
a. Giai đoạn tạo màng sinh học .................................................................................................. 28

Bảng 4.1 Nồng độ các chất ô nhiễm nước thải đầu vào................................................ 34
Bảng 4.2 Nồng độ COD của nước thải thủy sản trước và sau xử lý trong giai đoạn tạo
màng sinh học ở thời gian lưu 8 giờ ............................................................................. 35
Bảng 4.3 Nồng độ DO (mg/L) ...................................................................................... 36
Bảng 4.4 Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải thủy sản trước và sau xử lý ở
thời gian lưu 8 giờ ......................................................................................................... 37
Bảng 4.5 Nồng độ DO (mg/L) ...................................................................................... 43
Bảng 4.6 Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải thủy sản trước và sau xử lý ở
thời gian lưu 7 giờ ......................................................................................................... 44

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang vii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Quy trình công nghệ chế biến surimi (chả cá) ................................................. 5
Hình 2.2 Quy trình công nghệ chế biến cá tra, cá basa đông lạnh.................................. 6
Hình 2.3 Quy trình công nghệ chế biến bạch tuộc đông lạnh......................................... 7
Hình 2.4 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí ................................................................... 9
Hình 2.5 Cấu tạo của lớp màng sinh học theo mặt cắt ................................................. 12
Hình 2.6 Quá trình vận chuyển các chất qua màng sinh học ........................................ 12
Hình 2.7 Sơ đồ bể lọc sinh học ngập nước ................................................................... 13
Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay ............................................................... 13
Hình 2.9 Đĩa quay sinh học .......................................................................................... 14

Hình 4.4 Nồng độ SS trước và sau lắng qua hai bể LSH ở thời gian lưu 7 giờ............ 46

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang ix


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA

Phân tích phương sai

BAF

Lọc sinh học sục khí

BOD

Nhu cầu ô – xy sinh hóa

BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

CBTS


PTN

Phòng thí nghiệm

PVC

Polyvinyl chloride

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RBC

Đĩa quay sinh học

SS

Chất rắn lơ lửng

STPP

Sodium Tripolyphosphate

TKN

Tổng Ni – tơ Kjeldahl

TN

nuôi trồng đạt gần 2,1 triệu tấn, tăng 2,73% so với cùng kỳ năm trước (Tổng Cục Thủy
Sản, 2013).
Bên cạnh những kết quả đạt được về kinh tế – xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát
sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết, một trong những mối quan
tâm hàng đầu của các doanh nghiệp chế biến thủy sản hiện nay đó là vấn đề xử lý nước
thải. Nhìn chung, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản bị ô nhiễm ở mức độ khá
cao: COD dao động trong khoảng 1.000  1.200 mg/L, BOD5 vào khoảng 600  950
mg/L. Hàm lượng ni – tơ hữu cơ trong nước thải cũng rất cao, từ 70  110 mg/L rất dễ
gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận nước thải (Lâm Minh Triết et al.,
2008).
Theo quy định của nhà nước các doanh nghiệp sản xuất phải xây dựng được một hệ
thống xử lý nước thải hoàn chỉnh và đạt quy chuẩn Việt Nam (QCVN). Do đó, các
doanh nghiệp đã tiến hành xây dựng một hệ thống xử lý nước thải bao gồm các công
đoạn xử lý như: cơ học, hóa học và sinh học. Trong đó, sinh học được coi là công đoạn
chính và quyết định đến hiệu suất xử lý chung của toàn hệ thống. Hiện nay, ở Việt
Nam có một số công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng đối với ngành chế biến
thủy sản bao gồm công nghệ lọc yếm khí kết hợp hồ sinh học, công nghệ sinh học hiếu
khí bùn hoạt tính lơ lửng hay kết hợp kỵ khí và hiếu khí; hay quá trình hóa lý (keo
tụ/tạo bông hay tuyển nổi kết hợp keo tụ) kết hợp với quá trình sinh học hiếu khí
(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011). Tùy vào đặc tính của từng loại nước mà mỗi phương
pháp xử lý đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, không thể nào có duy nhất một
phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nước thải. Do đó, để lựa chọn một
phương pháp cần phải có những hiểu biết chung về môi trường cũng như những kiến
thức cơ bản về công nghệ xử lý của mỗi phương pháp và trên cơ sở đó mới có thể đưa
ra được giải pháp phù hợp. Tuy nhiên, xuất phát từ yêu cầu của sự thân thiện, hài hòa
với môi trường và những ưu điểm vượt trội, điều đầu tiên phải tính đến là sử dụng biện
pháp sinh học.Với những ưu thế hơn hẳn so với các biện pháp xử lý khác song một
trong những ứng dụng của phương pháp sinh học hiện nay rất ít được áp dụng là bể lọc
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818


CBHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN
2.1.1 Khái niệm về nước thải chế biến thủy sản
Nước thải công nghiệp chế biến thủy sản là dung dịch thải từ nhà máy, cơ sở sử dụng
các quy trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm thủy sản như: đông lạnh, đồ hộp,
nước mắm, bột cá,…(QCVN 11:2008/BTNMT).
2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản
Theo Nguyễn Thế Đồng et al. (2011), mức độ ô nhiễm của nguồn nước thải từ hoạt
động chế biến thủy sản thay đổi rất lớn phụ thuộc vào nguyên liệu thô (tôm, cá, mực,
sò,…), sản phẩm, thay đổi theo mùa vụ, và thậm chí ngay trong ngày làm việc. Thành
phần nước thải thủy sản được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất của một số loại hình chế biến thủy sản

Đơn vị

Tôm đông lạnh

Nồng độ
Cá da trơn
(cá tra - cá basa)

pH

–

6,5 – 9


500 – 1.500

391 – 1.539

TKN

mg/L

50 – 200

100 – 300

30 – 100

TP

mg/L

10 – 120

50 – 100

3 – 50

Dầu, mỡ

mg/L

–


Mức độ xử lý cần đạt

-

6,3  7,2

6,0  8,5

BOD5 tổng

mg/L

720

 10

N-Kjeldahl

mg/L

40

 35

Tổng P

mg/L

8

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 4


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Quy trình công nghệ chế biến Surimi (chả cá)
Nguyên liệu đầu vào

Xử lý

Nghiền ép

Rửa

Đầu, đuôi, vây,…

Nước thải, tạp chất,…

Nước thải: máu, mỡ, SS…

Lọc

Khử nước

Phối trộn các phụ gia


Rửa 2

Da, mỡ, xương

Lạn da, tạo hình
Kiểm tra ký sinh trùng

Phân cỡ
Rửa 3
Ngâm xử lý tách máu và mỡ cá
Cân 1
Xếp khuôn

Cấp đông băng chuyền

Chờ đông
Cấp đông

Cân 2 (cân băng chuyền)

Tách khuôn, mạ băng, bao gói
Bảo quản
Xuất hàng

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ chế biến cá tra, cá basa đông lạnh
(Lương Hoàng Mãnh et al., 2009)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818


Nước thải: máu, mỡ,…

Cân

Xếp khuôn
Bảo quản, vận chuyển
Chờ đông
Cấp đông

Tách khuôn

Bao gói

Mạ băng

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bạch tuộc đông lạnh
(Lương Hoàng Mãnh et al., 2009)

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 7


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Quá trình tổng hợp (đồng hóa):
(CHONS) + O2 + VK hiếu khí + Q

C5H7O2N (tế bào VK mới)

Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 8


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quá
trình hô hấp nội bào hay là tự ô – xy hóa sử dụng nguyên sinh chất của bản thân chúng
làm nguyên liệu.
5CO2 + NH4+ + 2H2O + Q

C5H7O2N + 5O2

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí
(Lê Hoàng Việt, 2003)
Quá trình ni – trát hóa:
Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình ni – trát hóa là quá trình ô – xy hóa sinh hóa ni –
tơ của các muối a – môn đầu tiên thành ni – trít và sau cùng thành ni – trát trong điều
kiện thích ứng (có ô – xy và nhiệt độ trên 40C).

sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2

NO3- + 2H+ + H2O +  H

H2S + 2O2

SO42- + 2H+ +  H

Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử
dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại
để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật ô –
xy hóa phân hủy các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành
H2O và CO2 hoặc tạo ra các chất khác.
c) Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí
Theo Nguyễn Văn Phước (2007), trong điều kiện hiếu khí gồm có 2 quá trình:
- Quá trình sinh trưởng lơ lửng: bùn hoạt tính (làm thoáng khí, sục hay thổi khí và
khuấy đảo). Theo Trịnh Xuân Lai (2009), đây là quá trình vi sinh vật phát triển và tăng
trưởng trong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước ở các bể xử lý
sinh học.
- Quá trình sinh trưởng dính bám: màng lọc sinh học. Theo Trịnh Xuân Lai (2009), đây
là quá trình xử lý sinh học trong đó quần thể vi sinh vật hoạt động để chuyển hóa các
chất hữu cơ và các thành phần khác trong nước thải thành khí và vỏ tế bào được dính
bám vào một vài giá thể dạng tấm hoặc hạt có tính trơ như: hạt nhựa, sỏi, xỉ,
sành,…đôi khi còn gọi là các màng vi sinh vật.
2.2.3 Phương pháp sinh học yếm khí
Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong điều kiện không có ô – xy, vi khuẩn yếm khí sẽ
phân hủy chất hữu cơ như sau:
(CHONS) + VK yếm khí
(CHONS) + VK yếm khí + Q

2009).
2.3.2 Màng sinh học trong bể lọc sinh học
Theo Lương Đức Phẩm (2009), màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác
nhau, có hoạt tính ô – xy hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng.
Màng này dày từ 1 – 3 mm và hơn nữa. Màu của màng thay đổi theo thành phần của
nước thải từ màu vàng xám đến màu nâu tối. Trong quá trình xử lý nước thải chảy qua
phin lọc sinh học có thể cuốn theo các hạt của màng vỡ với kích thước 15 – 30 m có
màu sáng vàng hoặc nâu.
Theo Trịnh Lê Hùng (2009), màng sinh học bao gồm các vi khuẩn, nấm và động vật
bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng
song cũng có hai lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó,
quá trình lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ
thống vi sinh vật hiếu – yếm khí.
Màng sinh học được tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật
khác và cả động vật nguyên sinh. Màng này được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn
hiếu khí, ngoài các vi khuẩn hiếu khí màng còn có các vi khuẩn tùy nghi và kỵ khí. Ở
ngoài cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus. Lớp trung
gian là các vi khuẩn tùy nghi như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium,
Micrococcus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là kỵ khí, có vi khuẩn kỵ khí khử
lưu huỳnh và khử ni – trát Desulfovibrio. Phần dưới cùng là lớp quần thể vi sinh vật
với sự có mặt của động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác, các loài này ăn vi sinh
vật và sử dụng một phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng
trên bề mặt chất mang (Lương Đức Phẩm, 2009).

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 11



Theo Nguyễn Văn Phước (2007), bể lọc sinh học gồm 3 loại:
Bể lọc sinh học ngập nước: được sử dụng ở Pháp, Mỹ, Úc trong những năm 90 của thế
kỷ XX dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghệ thực phẩm. Hoạt động theo chu
kỳ: khí – nước cùng chiều hay ngược chiều, đi từ trên xuống hoặc từ dưới lên và tiếp
xúc với lớp vật liệu lọc.

Hình 2.7 Sơ đồ bể lọc sinh học ngập nước
(Lương Đức Phẩm, 2009)
Bể lọc sinh học nhỏ giọt: rất đa dạng, bao gồm các loại: dùng để xử lý nước thải triệt
để, thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật. Đặc điểm riêng của bể là kích thước hạt vật
liệu lọc nhỏ hơn: 25 – 30 mm, tải trọng thủy lực 0,5 – 1 m3/m3 vật liệu lọc ngày. Bể lọc
sinh học nhỏ giọt rất đa dạng, bao gồm: lọc sinh học nhỏ giọt quay, bể lọc sinh học
thô,…

Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay
(Nguyễn Văn Phước, 2007)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 13


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

RBC (Rotaling Biological Contactor – Đĩa quay sinh học): RBC gồm hàng loạt đĩa
tròn, phẳng làm bằng polystyrene (PS) hoặc polyvinyl chloride (PVC) lắp trên một trục
bằng thép có đường kính tới 3,5 m. Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước thải
(40%) và quay từ từ với tốc độ 1 – 3 vòng/phút. RBC được sử dụng nhiều để xử lý