MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong quá trình đổi mới, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước đang được đẩy mạnh. Bên cạnh những thành tựu kinh tế xã hội mang lại do
sự phát triển công nghiệp thì vấn đề môi trường cũng được đặt ra hết sức cấp bách.
Nếu không được giải quyết thỏa đáng và kịp thời thì sẽ đe dọa đến việc duy trì bền
vững nhịp độ tăng trưởng kinh tế, thậm chí còn làm chậm lại tốc độ tăng trưởng kinh tế
và làm nảy sinh các vấn đề xã hội.
Để đảm bảo phát triển bền vững, đi đôi với các biện pháp quản lý môi trường
như tiết kiệm nguyên liệu, cải tiến công nghệ - thiết bị, áp dụng công nghệ hiện đại,
công nghệ thân thiện với môi trường… thì việc xử lý nước thải sinh ra trong quá trình
sản xuất là rất cần thiết. Nếu không giải quyết tốt việc thoát nước và xử lý nước thải
của nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sẽ gây ô nhiễm đối với các nguồn nước dẫn tới
hậu quả xấu, gây tổn thất cho mọi ngành kinh tế. Trong đó các xí nghiệp chế biến thực
phẩm, nước thải có chứa một lượng chất hữu cơ lớn, gây ô nhiễm nặng cho các nguồn
tiếp nhận. Chế biến thủy sản là một ngành như vậy. Bên cạnh những mặt tích cực của
ngành tồn tại những mặt trái, đó là vấn đề môi trường của ngành gây ra. Khí thải, chất
thải rắn, nước thải nếu không có biện pháp xử lý kịp thời thì chính chúng là nguyên
nhân làm suy giảm chất lượng cuộc sống. Trong đó nước thải cần được quan tâm giải
quyết doo nước thải CBTS phát sinh với lượng lớn, có hàm lượng chất hữu cơ cao và
chứa các thành phần sinh mùi… Việc tìm được một biện pháp xử lý cuối đường ống
thích hợp cho ngành CBTS đang là mối quan tâm lớn của các cơ sở sản xuất.
Bản đồ án này nhằm đáp ứng yêu cầu thiết kế một hệ thống xử lý nước thải cho
một nhà máy CBTS. Đồ án gồm những nội dung chính sau:
Chương 1: Khái quát về ngành công nghiệp CBTS Việt Nam và đặc trưng môi
trường trong ngành CBTS
Chương 2: Đánh giá hiện trạng ô nhiễm của nước thải trong ngành CBTS và đề
xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm
Chương 3: Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp và đề xuất phương án
xử lý nước thải CBTS
Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Chương 5: Tính toán chi phí
toàn diện công nghệ CBTS đông lạnh cả về số lượng và chất lượng trên phạm vi cả
nước với tốc độ tăng trưởng mạnh. Cơ cấu sản phẩm sẽ biến động theo chiều hướng
phát triển dạng sản phẩm nguyên con (IQF) có chất lượng cao từ 20% lên trên 50% và
đồng thời sản phẩm dạng khối (Block) từ 80% sẽ giảm xuống dưới 50%. Đồng thời
phát triển các dạng công nghệ có giá trị gia tăng lớn như: chế biến đồ hộp, sản phẩm
thuỷ sản ăn liền. Bên cạnh đó công nghệ sản xuất Agar quy mô công nghiệp cũng đã
thành công nên dạng công nghệ này có đầy đủ điều kiện để phát triển. Với các dạng
công nghệ CBTS truyền thống: nước mắm, sản phẩm khô, bột cá, nhìn chung sản
2
lượng sẽ tăng không đáng kể, duy trì ở mức ổn định và đảm bảo nhu cầu tiêu thụ nội
địa [13,14].
Như vậy ngành CBTS nói chung và CBTS đông lạnh nói riêng là lĩnh vực mang
lại giá trị xuất khẩu cao và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Nó không những đem lại nguồn lợi nhuận cao, đóng góp ngân sách cho nhà nước mà
còn giải quyết công ăn việc làm cho hàng nghìn người lao động, đặc biệt là lao động
nữ. Tuy ra đời muộn hơn so với các ngành công nghiệp khác, nhưng công nghiệp
CBTS đã có đóng góp to lớn cho nền kinh tế của Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực
xuất khẩu, đã thúc đẩy nền kinh tế thuỷ sản phát triển.
1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ DẠNG CÔNG NGHỆ CBTS ĐIỂN HÌNH:
Dựa vào tính chất đặc thù của sản phẩm, quá trình chế biến và công nghệ sử
dụng có thể chia công nghệ chế biến thuỷ sản thành một số công nghệ chế biến điển
hình như sau:
- Chế biến thủy sản đông lạnh
- Chế biến sản phẩm đóng hộp
- Chế biến thuỷ sản khô và chế biến bột cá
- Chế biến agar
1.2.1. Công nghệ chế biến thủy sản đông lạnh:
Theo quy trình công nghệ sản xuất, sản phẩm từ CBTSĐL được phân thành 2
nhóm: đông lạnh dạng tươi và đông lạnh dạng chín.
3
Nước thải
Nước ngưng
Nước
Nước
Nước đá
Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ CBTSĐL dạng tươi
Đối với công nghệ CBTSĐL, nhu cầu sử dụng nguyên liệu thường dao động từ
1,4-3 tấn/ tấn sản phẩm đối với các loại: cá, tôm, mực, bạch tuộc. Lượng nước tiêu thụ
thường 30-80m
3
/tấn sản phẩm với chế độ dùng nước gần như liên tục trong suốt quá
trình chế biến sản phẩm [15].
1.2.2. Công nghệ chế biến đồ hộp:
Đặc điểm của công nghệ sản xuất đồ hộp thuỷ sản là yêu cầu rất khắt khe về
nguyên liệu: phải đảm bảo độ nguyên vẹn, thuộc loại “rất tươi”, kích thước tương đối
đồng đều, không được gầy và nhỏ.
4
Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ CBTSĐL dạng chín
Nước sạch
Nguyên liệu
(Tôm, cá, mực…)
Hoá chất khử trùng
(Clorin, Javen)
Tiếp nhận nguyên liệu (kiểm tra chất lượng,
loại tạp chất, rửa sơ bộ)
Xử lý, rửa sạch nguyên liệu
(chặt, cắt, mổ, bóc, tách, đánh vẩy…)
Phân loại, rửa sạch
(phân hạng, phân cỡ, cân đo)
Luộc hoặc nhúng theo mẻ
Nước ngưng
Xử lý: bóc vỏ tôm,
cắt khoanh mực,…
1.2.3. Công nghệ chế biến thủy sản khô và bột cá:
Nguyên liệu là các loại cá, tôm, ruốc, mực… không được chứa nhiều mỡ và
không đòi hỏi quá cao về độ tươi. Quá trình phơi khô được thực hiện ngoài trời và
trong trường hợp có mưa hoặc không có nắng thì có thể dùng quạt gió, bếp than, lò sấy
để làm khô sản phẩm.
5
Nguyên liệu dạng
tươi sống
Nguyên liệu dạng bán
sản phẩm đông lạnh
Nguyên liệu phối chế và
phụ gia (agar, nước dùng,
dầu mỡ, cà chua, gia vị…)
Phân loại – Rã đông, Rửa - Xử lý
nguyên liệu (chặt, cắt, mổ…)
Hấp chín, làm nguội
Tách da, xương, philê, làm sạch
Cắt khúc, xếp hộp
Rót dầu gia vị
Ghép nắp, rửa sạch
Thanh trùng
Làm nguội, rửa sạch, lau khô
Dán nhãn, bảo quản
Nước
Nước
Nước, Hơi nước
Nước
Nước thải
Hơi nước
Ngô, đỗ các loại
Sấy - nghiền
Phối trộn
Nước thải
Nguyên liệu (rong câu)
Rửa nguyên liệu, loại bỏ tạpchất
Xử lý kiềm (NaOH), rửa đến trung tính
Tẩy trắng (NaOCl), rửa sạch
Xử lý axit (CH
3
COOH), rửa đến trung tính
Nấu chiết, lọc trong
Để nguội đông
Ép và cấp đông để
tách nước
Rã đông
vắt ráo
Sấy khô
nghiền bột
Bao gói
Bảo quản
Nước sạchHoá chất các loại
Nước
Dung dịch kiềm
Dung dịch NaOCl
Dung dịch CH
3
COOH
Hiện nay, tại hầu hết các cơ sở CBTS quy mô công nghiệp đều đã thực hiện các
giải pháp phân loại thu gom theo đặc tính thành phần và nguồn phát sinh chất thải rắn
cho các mục đích: tận thu, tái sử dụng, đảm bảo yêu cầu an toàn vệ sinh thực phẩm
hoặc điều kiện thải bỏ.
Phế liệu thủy sản được thu gom và định kỳ đưa ra khỏi khu vực sản xuất, phân
loại và đưa vào tái sử dụng hoặc đưa ra ngoài để tránh tồn lưu gây mất vệ sinh, ô
nhiễm môi trường. Phần lớn phế liệu sản xuất được tận thu, bán cho các đơn vị có nhu
cầu sử dụng vào các mục đích: chế biến bột cá chăn nuôi, làm thức ăn gia súc, phân
bón cho cây trồng... Các loại phế thải sản xuất khác như bao bì, túi nilon, vỏ thùng,
hộp,… cũng được thu gom riêng biệt và bán cho đối tượng thu mua phế liệu.
7
Đánh giá chung:
Tình hình quản lý chất thải rắn hiện tại về cơ bản không còn là vấn đề đáng lo
ngại đối với công nghiệp CBTS nhưng vẫn cần thiết phải có những giải pháp đồng bộ,
toàn diện để duy trì công tác ngăn ngừa, kiểm soát và sử dụng có hiệu quả nguồn phế
liệu thủy sản [12].
1.3.2 Khí thải và các yếu tố gây ô nhiễm không khí:
* Mùi hôi tanh:
Được tạo ra từ quá trình phân giải, phân hủy các thành phần hữu cơ của nguyên
liệu, phế liệu thủy sản. Mùi tanh của nguyên liệu tồn tại trong suốt quá trình chế biến,
tập trung ở các bộ phận tiếp nhận và xử lý sơ chế sản phẩm, khu vực chứa phế liệu, các
phương tiện thu gom chất thải…
* Hơi Clorine:
Tạo thành trong quá trình sử dụng nước sạch có pha hóa chất Clorine để khử
trùng nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ chế biến, nhà xưởng… Hơi Clorine có mùi hắc khó
chịu xuất hiện thường xuyên trong nhà xưởng và chủ yếu tại các khu vực tiếp nhận, sơ
chế nguyên liệu, vệ sinh thiết bị, dụng cụ tập trung.
* Tác nhân lạnh rò rỉ:
Có thể có vì trong nhà máy chế biến thủy sản sử dụng nhiều thiết bị lạnh để cấp
đông, bảo quản, sản xuất nước đá. Khi đó các hơi độc chủ yếu là NH
yêu cầu về chất lượng sản phẩm mà nước thải từ các nguồn phát sinh có sự khác biệt
về thành phần, tính chất, lưu lượng cũng như chế độ thải nước. Nước thải từ chế biến
sản phẩm đông lạnh, sản phẩm ăn liền, đồ hộp và sản xuất agar được tạo ra gần như
liên tục từ hầu hết các công đoạn sản xuất, trong đó chủ yếu là từ xử lý nguyên liệu và
chế biến sản phẩm. Nước thải từ chế biến đồ khô phần lớn tập trung ở khâu xử lý
nguyên liệu. Trong chế biến mắm và bột cá, ngoài công đoạn rửa nguyên liệu còn tạo
ra nhiều nước thải xả theo đợt từ vệ sinh định kỳ thiết bị máy móc. Riêng đối với sản
xuất bột cá, còn phát sinh một lượng nước thải có hàm lượng hữu cơ rất cao từ công
đoạn ép cá.
Nước thải sinh hoạt tại các cơ sở CBTS thường chiếm từ 10 – 15% tổng lượng
nước thải, được phát sinh ra từ quá trình phục vụ cho nhu cầu ăn, uống, tắm, rửa, vệ
sinh… của người lao động.
1.3.3.2 Thành phần ô nhiễm của nước thải CBTS:
Nước thải CBTS thường chứa nhiều các thành phần hữu cơ tồn tại chủ yếu ở
dạng keo, phân tán mịn, tạp chất lơ lửng tạo nên độ màu, độ đục cho dòng thải. Nước
thải thường có mùi khó chịu, độc hại do quá trình phân hủy sinh học. Thành phần
không tan và dễ lắng chủ yếu là các mảnh vụn xương thịt, vây, vẩy… và còn có các tạp
chất vô cơ như cát, sạn… Ngoài ra đối với phần lớn các nhóm sản phẩm thủy sản,
trong nước thải thường chứa các loại hóa chất khử trùng, chất tẩy rửa từ vệ sinh nhà
xưởng, thiết bị.
9
Bảng 1.1 Nồng độ ô nhiễm trung bình trong nước thải một số loại hình CBTS
[13,14]
Loại hình chế biến
Chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm
pH SS BOD COD N
TS
P
TS
Đông lạnh 7,3 350 800 1100 90 20
Enzim: ở động vật thủy sản có hoạt tính sinh học mạnh kết hợp với cơ thịt mềm,
lỏng lẻo, chứa nhiều nước do đó làm tăng khả năng phân giải gây ra dễ hư hỏng, ươn
thối sản phẩm và phát sinh các mùi độc hại.
Chất khoáng: khá phong phú, trong đó chiếm một lượng tương đối lớn là các
chất: Ca, P, Fe, Na, K, I, Cl. Vitamin chủ yếu là các loại A, D, B trong đó hàm lượng
vitamin A, D lớn hơn nhiều so với động vật trên cạn.
Nitơ: là một thành phần có trong chất chiết trong tổ chức cơ thịt các loại thủy
sản, khi bị phân hủy sẽ tạo ra các sản phẩm có mùi tanh, hôi thối như: Trimetylamin,
Amoniac, Ure, Sunfuahydro…
2.1.2 Sơ đồ dòng nước thải trong chế biến thủy sản đông lạnh:
Từ sơ đồ dòng thải mô tả trên hình 2.1, nhận thấy tất cả các quy trình CBTS đều sử
dụng nhiều nước. Lượng nước thải trong CBTS thường dao động mạnh, tùy thuộc vào
từng loại công nghệ sản xuất, chủng loại nguyên liệu chế biến, yêu cầu kỹ thuật đối với
mỗi nhóm, loại sản phẩm. Nhu cầu sử dụng nước trung bình chung từ 30 – 80m
3
/tấn
SP.
11
Hình 2.1 Sơ đồ mô tả các dòng thải nước trong quy trình CBTSĐL
Theo [16], tỷ lệ % lượng nước thải theo từng công đoạn chế biến như sau:
- Nước thải trong quá trình tiếp nhận nguyên liệu không ổn định, có tính gián đoạn
và tập trung ở thời gian bắt đầu mỗi ca sản xuất, thường chiếm khoảng 10 – 15%
- Nước thải trong công đoạn xử lý nguyên liệu tương đối ổn định, liên tục, thường
chiếm khoảng 40 – 50%
- Nước thải trong công đoạn xếp khuôn, cấp đông thường không ổn định, thường
chiếm 15 – 20%
- Nước thải từ vệ sinh thiết bị, nhà xưởng được định kỳ xả thải theo nhiều đợt trong
suốt thời gian làm việc, thường chiếm 20 – 25%
- Nước kỹ thuật, làm mát thiết bị được xả vào cuối ca sản xuất, thường chiếm 1 –
5%.
+Nước cấp đông và vệ sinh
công nghiệp
+Clorin khử trùng
+Nước làm mát thiết bị
+Nước tách khuôn và vệ
sinh công nghiệp
+Nước cho giải nhiệt các
thiết bị hệ thống lạnh
+Nước thải lẫn cát sạn,
muối, nước đá, clorine
+Nước thải lẫn máu, nhớt,
dịch nội tạng, clorine và
lượng nhỏ CTR: da,
xương, vụn thịt…
+Nước thải lẫn máu, dịch,
clorine và vụn nhỏ: da,
xương, vụn thịt…
+Nước thải lẫn các chất
hữu cơ hòa tan ngấm ra từ
nguyên liệu, phụ gia.
Nước ngưng, nước làm
mát
+Nước thải từ tách khuôn
và vệ sinh công nghiệp
+Nước ngưng, nước làm
mát thiết bị thất thoát
Bảng Tải lượng ô nhiễm nước thải của một số nhà máy CBTS [13,14]
TT Tên cơ sở công nghiệp
Công suất
(TSP/ngày)
ts
đến 1,8
lần, P
ts
đến 4,2 lần và hàm lượng dầu mỡ động vật đến 2,6 lần. Với tỷ lệ BOD
5
/COD từ
0,6 – 0,7, cho thấy nước thải sản xuất tương đối thích hợp cho sự phát triển của vi sinh
vật phân hủy các hợp chất hữu cơ.
2.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NƯỚC VÀ GIẢM THIỂU Ô NHIỄM NƯỚC
THẢI TRONG CBTS:
2.2.1 Quản lý nội vi:
Thay thế phương thức vận chuyển nguyên liệu, phế liệu theo các máng thủy lực
bằng các phương tiện vận chuyển như xe đẩy, thùng chứa, băng tải…
Đá bảo quản khi chuyển đến các bộ phận sản xuất cần sớm đưa vào sử dụng để
giảm mất mát, hao hụt.
13
Thay thế phương thức rửa nguyên liệu dưới vòi nước chảy liên tục trong quá
trình xử lý chế biến bằng rửa trong các thùng, chậu, định kỳ thay nước rửa.
Khóa chặt các van, tránh rò rỉ trong nhà xưởng
Thu gom chất thải rắn hoặc phụ phẩm trước khi vệ sinh bằng nước.
Vệ sinh nhà xưởng thiết bị bằng vòi phun áp lực cao.
Huấn luyện kỹ thuật chế biến cho công nhân
Giáo dục nâng cao nhận thức của công nhân về vấn đề tiết kiệm nước.
2.2.2 Kiểm soát quá trình:
Kiểm tra chất lượng nguyên liệu trước khi chế biến
Đảm bảo dây chuyền hợp lý, không phải chờ đông hoặc bảo quản đá
Bảo ôn các đường ống dẫn tác nhân lạnh, dẫn dầu, cách nhiệt đúng cách các
phòng lạnh.
Sử dụng hợp lý lượng clorine để tẩy trùng
- Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
- Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý
- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
3.1.1 Phương pháp xử lý cơ học:
Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng để tách các chất không hoà tan và một
phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm:
• Song chắn rác, lưới lọc: dùng để chắn giữ tất cả các tạp chất có thể gây ra các sự cố
trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm đường ống hay
kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi
cho cả hệ thống.
• Bể tách dầu mỡ: thường áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ. Dầu mỡ
trong nước thải thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước. Nước thải sau khi
xử lý không được lẫn dầu mỡ mới được thải ra sông. Hơn nữa nước thải có lẫn dầu
mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít lỗ rỗng của vật liệu lọc và còn làm hỏng cấu
trúc của bùn hoạt tính trong bể aerotank …
• Bể điều hoà: được dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắc phục
những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu
suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý.
• Quá trình lắng: trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp
chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Sự
lắng của các hạt được xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Trong công nghệ xử lý
nước thải, theo chức năng bể lắng được phân thành: bể lắng cát, bể lắng cấp I, bể
lắng cấp II. Bể lắng cát được đặt sau song chắn rác và trước bể điều hoà có nhiệm
vụ tách ra khỏi nước các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn như xỉ than, cát.
Bể lắng cấp I có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ và các chất rắn khác, còn bể
lắng cấp II có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.
16
• Tuyển nổi: là phương pháp dùng để loại bỏ tạp chất ra khỏi nước bằng cách tạo cho
chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước khi bám vào các bọt khí. Phương pháp này
được sử dụng rộng rãi trong luyện kim thu hồi khoáng sản quý và cũng được sử
lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông
keo có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước bằng các biện
pháp lắng lọc hay tuyển nổi.
17
• Hấp phụ: dùng để tách các chất hữu cơ và khí hoà tan ra khỏi nước bằng cách tập
trung những chất đó trên bề mặt chất rắn, phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi
để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học
cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có nồng độ các chất đó rất nhỏ, những
chất này không thể phân hủy bằng phương pháp sinh học và thường có độc tính
cao. Chất hấp phụ thường sử dụng là than hoạt tính.
• Phương pháp trao đổi ion: là quá trình trong đó các ion trên bề mặt chất rắn trao đổi
với các ion cùng điện tích trong nước thải khi tiếp xúc với nhau. Phương pháp này
được ứng dụng để làm sạch nước thải khỏi các kim loại cũng như các hợp chất của
Asen, Photpho, Xyanua và các chất phóng xạ.
3.1.3 Phương pháp sinh học:
Thực chất của phương pháp này là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi
sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các
hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất khác làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng.
Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận được một số chất làm vật liệu để xây dựng tế
bào cũng như sinh trưởng và sinh sản và do vậy sinh khối được tăng lên và hệ quả là
nước thải được làm sạch.
Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác
nhau, có thể chia thành hai loại chính sau:
1 Phương pháp hiếu khí: là quá trình xử lý sinh học xảy ra trong sự hiện diện oxy,
sử dụng các vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung
cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20-40
o
C. Quá trình hoạt động và
phát triển của vi sinh vật được gọi chung là hoạt động sống gồm hai quá trình:
dinh dưỡng sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn Nitơ, Photpho cùng những kim
Những công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm:
19
Công nghệ xử lý SH yếm khí
Sinh trưởng
dính bám
Sinh trưởng
lơ lửng
Xáo trộn
hoàn toàn
Tiếp xúc
kỵ khí
UASB
Lọc
kỵ khí
Tầng giá
thể lơ lửng
Vách
ngăn
Công nghệ xử lý SH hiếu khí
Hồ sinh học hiếu
khí
Sinh trưởng
dính bám
Sinh trưởng
lơ lửng
Aerotank
Hiếu khí
tiếp xúc
Xử lý sinh học
từng mẻ SBR
Xử lý sinh học bằng phương pháp yếm khí là sử dụng các chủng vi khuẩn kỵ
khí để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy. Tùy
thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trình này thành: lên men
rượu, lên men axit lactic, lên men metan… Những sản phẩm cuối của quá trình lên
men là cồn, các axit, axeton, khí CO
2
, H
2
, CH
4
.
Đặc điểm của hệ thống:
- Tiêu tốn năng lượng nhỏ
- Tốc độ phân hủy các chất hữu cơ nhỏ, do đó thời gian lưu nước thải lớn
- Có hiệu suất xử lý cao
3.2.1.2 Cơ chế của quá trình xử lý bằng phương pháp yếm khí:
Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải gồm ba giai đoạn
20
- Giai đoạn 1: Thủy phân
Một nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ
phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như
monosaccarit, aminoaxit, để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt
động.
- Giai đoạn 2: Lên men axit
Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit
hữu cơ phân tử lượng nhỏ hơn: CH
3
-(CH
2
)
→
7CH
4
+ 5CO
2
CH
3
-CO-CH
3
→
2CH
4
+ CO
2
- Do khử CO
2
:
4H
2
+ CO
2
→
CH
4
+ H
2
O
2CH
3.2.2.2Cơ chế của quá trình xử lý bằng phương pháp hiếu khí:
Gồm ba giai đoạn
(a) Oxy hóa các chất hữu cơ:
(b) Tổng hợp để xây dựng tế bào:
C
5
H
7
NO
2
là công thức hóa học của tế bào vi sinh vật ở thời điểm có hô hấp nội
bào
(c) Hô hấp nội bào:
Nếu quá trình oxy hóa diễn ra đủ dài thì sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ sẵn
có trong nước thải sẽ bắt đầu diễn ra quá trình chuyển hóa các chất ở tế bào bằng việc
oxy hóa các chất liệu của tế bào.
3.2.2.3Động học của quá trình xử lý hiếu khí:
• Sự phát triển của vi sinh vật:
Sự tăng trưởng của vi sinh vật theo dạng đường cong ABCDE
Quá trình sinh trưởng chia thành các giai đoạn sau:
(a) Giai đoạn tiềm phát (AB) (giai đoạn sinh trưởng chậm)
Vi sinh vật cần thời gian để thích nghi với môi trường và ở cuối giai đoạn này vi
sinh vật mới bắt đầu phát triển và khi đó các tế bào mới tăng về số lượng nhưng chủ
yếu kích thước tế bào phát triển còn số lượng tăng không đáng kể
22
C
x
H
y
O
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2 5CO
2
+ NH
3
+ 2H
2
O + H
NH
3
+ O
2
NO
2
-
NO
2
-
+ O
2
NO
số lượng tế bào mới sinh ra). Tính chất sinh lý tế bào vi sinh vật thay đổi, cường
độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt.
(d) Giai đoạn suy vong (DE) (giai đoạn tự chết)
Trong giai đoạn này tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần tốc độ chết vượt
xa tốc độ sinh sản.
để đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra có hiệu quả thì ta phải
đảm bảo các điều kiện môi trường như nhiệt độ, pH, các chất dinh dưỡng, trong
môi trường phải không có các chất độc, đảm bảo điều kiện tốt nhất cho hệ vi
sinh.
• Tốc độ tăng trưởng tế bào [2]:
slmgX
dt
dX
r
g
./,
µ
==
µ
: tốc độ tăng trưởng riêng
S
KS
S
+
= .
max
µµ
K
S
: hằng số bán bão hòa
sug
−=−= .
Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (là tỉ số giữa khối lượng tế bào với
khối lượng chất nền được tiêu thụ trong một đơn vị thời gian nhất định ở
pha sinh trưởng logarit)
r
su
: tốc độ sử dụng chất nền (mg/l.s), (mg/l.ngày)
( )
S
max
KS +
−=−=
Y
XS
Y
r
r
g
su
µ
Với
Y
K
max
µ
=
: tốc độ sử dụng chất nền cực đại trên một đơn vị sinh khối
S
su
..
max
,
−
+
=
µ
XKrYr
dsug
..
,
−−=
r
g
’
: tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn
Tốc độ tăng trưởng riêng thực:
d
S
d
K
KS
S
K −
+
=−= .
max0
µµµ
(1/ngày)
Tốc độ tăng sinh khối của bùn hoạt tính:
T
: tốc độ phản ứng ở T
0
C
θ
: hệ số nhiệt (
θ
=1,047)
3.2.2.4 Hệ thống Aeroten:
• Nguyên tắc làm việc:
Trong bể Aeroten, các vi sinh vật hiếu khí thực hiện quá trình oxy hóa các chất
vô cơ, hữu cơ có trong nước thải có khả năng oxy hóa sinh học. Các vi sinh vật
sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải như chất dinh dưỡng để sinh trưởng
và phát triển, nhờ đó mà nước thải được xử lý.
• Sơ đồ hệ thống:
Hệ thống Aeroten gồm 1 bể Aeroten và một bể lắng thứ cấp. Bể Aeroten là nơi
xảy ra các quá trình oxy hóa các chất tạo thành bông bùn và các sản phẩm khác. Bể
lắng có tác dụng tách bùn khỏi nước ra bằng trọng lực. Một phần bùn này sẽ được tuần
hoàn lại bể Aeroten để đảm bảo duy trì nồng độ bùn ở mức thích hợp. Phần còn lại sẽ
được xả đi và đưa đi xử lý tiếp.
25
Bể Aeroten
Bùn tuần hoàn
Nước thải vào Nước thải ra
Xả bùn dư
Copyright: Tài liệu đại học ©