các phương pháp xử lý nước thải trong ngành chế biến thủy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGOẠI THƯƠNGBỘ MÔN HỢP TÁC ĐẦU TƯ QUỐC TẾ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN Ngày 24 tháng 02 năm 2008... Để góp phần tìm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGOẠI THƯƠNG

BỘ MÔN HỢP TÁC ĐẦU TƯ QUỐC TẾ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Ngày 24 tháng 02 năm 2008

Giảng viên hướng dẫn: Đinh Hoàng Minh Nhóm sinh viên thực hiện:

Nhóm: Chicken Run

Lớp: Anh3_CĐK2

Thành viên nhóm:

1 Nguyễn Thái Bình

2 Đặng Thị Dơn

3 Nhữ Hương Giang

4 Phạm Thị Thu Hà

5 Nguyễn Thu Hằng (1987)

6 Lê Thu Hiền

7 Lê Thị Hồng Hoa

8 Lê Phương Thảo

Sbd 04 Sbd 11 Sbd 14 Sbd 15 Sbd 16 Sbd 21 Sbd 20 Sbd 29

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

DOB: Biochemical Oxygen Demand- Nhu cầu ôxy hoá

COD: Chemical Oxygen Demand- Nhu cầu ôxy hoá học

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket- Hệ thống đệm bùn kị khí dòng lên

Mở đầu

Chế biến thuỷ sản là ngành kinh tế quan trọng và có tốc độ tăng trởng nhanh ở nớc ta.Theo số liệu của cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh (1998), sản lợng thuỷ hải sản năm 1998 là 1676000 tấn, trong đó có 540000 tấn do nuôi trồng thuỷ sản Khoảng 24,3% số lợng này (400000 tấn) đợc chế biến để xuất khẩu và phần còn lại đợc tiêu thụ ở thị truờng nội địa dới dạng

t-ơi sống hoặc qua chế biến Gía trị xuất khẩu thuỷ sản của cả nớc gia tăng từ

109 triệu USD năm 1986 lên 205 triệu năm 1990 và đạt khoảng 670 triệu USD năm 1996 Từ năm 1996, hàng chục nhà máy chế biến mới đợc xây dựng , chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, giải quyết công ăn việc làm cho ngời lao động, nâng cao giá trị xuất khẩu của sản phẩm Bên cạnh những lợi ích do ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản đem lại thì đây cũng là ngành sản xuất gây ô nhiễm nặng nề cho môi truờng, đặc biệt là môi trờng

n-ớc Mặt khác các cơ sở chế biến lại tập trung chủ yếu ở ven biển.Trong một

số công đoạn của dây chuyền sản xuất, do không đủ nớc ngọt nên phải dùng nớc mặn, vì vậy nớc thải của các cơ sở này ít nhiều bị nhiễm mặn Do đó xử

lý nớc thải chế biến thuỷ sản là vấn đề mang tính cấp thiết cần đợc đầu t nghiên cứu và đa vào ứng dụng

Để góp phần tìm hiểu khả năng xử lý nớc thải chế biến thuỷ sản bằng phơng pháp sinh học trong điều kiện của Việt Nam, chúng tôi xin giới thiệu

đề tài:”Các phơng pháp xử lý nớc thải trong ngành chế biến thuỷ sản” với các nội dung sau:

hữu cơ nói riêng

4.1.Phơng pháp cơ học 4.2 Phơng pháp hoá lý 4.3 Phơng pháp hoá học 4.4 Phơng pháp sinh học

5 Điểm mạnh điểm yếu của cụng nghệ lựa chọn

6 Giải phỏp phỏt triển cụng nghệ trong khu vực

1 Đối t ợng và lý do chọn đề tài

Đối tợng nghiên cứu là nớc thải chế biến thuỷ sản bị nhiễm mặn, chúng tôi chọn đề tài này vì những lý do sau:

+ Thứ nhất, Việt Nam là nớc có ngành Thuỷ sản ngày càng phát triển cho nên nhu cầu xử lý nớc thải ngành này đặt ra là rất cấp thiết

+ Thứ hai, nớc thải loại này có hàm lợng COD, N, P cao đòi hỏi phải qua xử lý truớc khi tiến hành xử lý hiếu khí

+ Thứ ba nhiều nhà máy chế biến thuỷ hải sản ven biển do thiếu nớc ngọt nên đã sử dụng một phần nớc mặn cho quá trình chế biến

2 Tình hình ô nhiễm n ớc nói chung và ô nhiễm chất hữu cơ nói riêng ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển kinh tế nói chung và công nghiệp nói riêng ở nớc ta đang gia tăng đáng kể, các vấn đề về ô nhiễm môi trờng cũng vì thế mà gia tăng, đặc biệt là ô nhiễm môi trờng nớc Các tác nhân gây ô nhiễm quan trọng là các chất hữu cơ (dễ phân huỷ và khó phân huỷ), kim loại nặng và các hoá chất độc hại nh chì, thuỷ ngân, asen, clo, phenol,…, d lợng thuốc bảo vệ thực vật, vi khuẩn gây, d bệnh và các chất vô cơ nh H2S, NH4+, SO2-…, d

Mức độ ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng đối với các thành phố lớn, nơi tập trung dân c đông đúc, có nhiều nhà máy, xí nghiệp Theo số liệu thống kê, tại Hà Nội các sông, hồ, kênh, rạch với diện tích 723 ha hàng ngày phải tiếp nhận 300-400 nghìn m3 nớc thải sinh hoạt, nớc thải công nghiệp và nớc thải

từ các bệnh viện không qua xử lý, trong đó lợng nớc thải công nghiệp từ

85-90 nghìn m3 Kết quả đo đạc xác định tại 40 cơ sở ở Hà Nội cho thấy lợng

n-ớc thải trong một ngày đêm là 21.982 m3 và không qua xử lý trớc khi đi vào

hệ thống dẫn nớc của thành phố do đó gây ô nhiễm nặng các sông bao quanh

Hà Nội nh: Kim Ngu, Tô Lịch…, d, làm ảnh hởng xấu đến sức khoẻ nhân dân trong thành phố và các vùng xung quanh Hà Nội

Ô nhiễm chất thải hữu cơ là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nớc Các chất hữu cơ chủ yến đợc bắt nguồn từ công nghiệp chế biến thực phẩm nh: các nhà máy chế biến nông, lâm, thuỷ sản…, dTuy nhiên thành phần nớc thải ở mỗi nhà máy là khác nhau và phụ thuộc vào chủng loại sản phẩm, công nghệ sử dụng và qui mô sản xuất

3 Ô nhiễm môi tr ờng do ngành chế biến thuỷ sản

Theo báo cáo của Bộ Thuỷ sản (1998), lợng nớc thải trung bình từ một tấn sản phẩm là 15m3, trong khi sản lợng thuỷ sản năm 1998

là 1676000 tấn Nguồn nớc thải này có nhu cầu oxy sinh hoá BOD5 trung bình 1250-1800 mg/l, COD khoảng 1600-2300 mg/l và giàu các chất dinh dỡng với hàm lợng nitơ tổng cộng từ 70-120 mg/l Nguồn nớc thải bắt nguồn từ các công đoạn sản xuất nh:

+ Sơ chế nguyên liệu bao gồm rửa mổ, rã đông

+ Qúa trình hấp luộc

+ Qúa trình ngâm thuỷ sản

+ Công đoạn rửa thiết bị

Lợng ô nhiễm gây ra do ngành chế biến thuỷ sản và các ngành khác đợc trình bày trong bảng 1

+ Quỏ trỡnh ngõm thuỷ sản

+ Cụng đoạn rửa thiết bị

Lượng ụ nhiễm gõy ra do ngành chế biến thuỷ sản và cỏc ngành khỏc được trỡnh bày trong bảng 1

Bảng 1 Thành phần và nồng độ cỏc chất ụ nhiễm từ cụng nghệ thực phẩm

m3/ngày SS BOD TKN

Số liệu bảng 1 cho thấy ngành chế biến hải sản là một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm nhiều nhất cho môi trường đặc biệt là môi trường nước Nước thải chế biến thuỷ sản chứa chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (N,P) cao, tạo điều kiện cho các vi sinh vật gây bệnh phát triển như:

vi khuản thương hàn, tả, lỵ, siêu vi trùng gan… và một số loài nấm gây bệnh cho da, đồng thời làm tăng lượng tảo trong nước (hiện tượng phú dưỡng-eutrophy) Loại nước thải này có nguy cơ gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường xung quanh nếu không được xử lí đúng mức Ngoài ra nước thải chế biến thuỷ sản còn chứa dầu mỡ sinh ra từ quá trình chế biến cá có nhiều dầu Một đặc điểm quan trọng khác là hầu hết các nhà máy chế biến thuỷ sản đề nằm ở ven biển, ngoại trừ thành phố Hồ Chí Minh, nên đều thiếu nước ngọt

để chế biến Vì vậy một số nhà máy dùng trực tiếp nước biển cho một số công đoạn trong quá trình chế biến như xả đá, mổ xẻ và rửa nguyên liêu Do

đó lượng nước thải này ít nhiều có độ mặn Dưới đây là thành phần nước thải của nhà máy chế biến cá khô muối

Bảng 2: Thành phần nước thải nhà máy chế biến cá khô muối

Số liệu bảng 2 cho thấy việc chế biến cá khô muối sản sinh ra một lượng nước thải có chứa nồng độ muối rất cao, từ 17 cho đến 46 g/l Nước thải với hàm lượng muối cao như vậy khiến cho các tế bào vi khuẩn tham gia trong quá trình xử lý nước thải bị ức chế, bị mất nước, do áp lực thẩm thấu dẫn đến hiệu suất xử lý giảm Vì vậy ngoài vấn đề ô nhiễm chất hữu cơ, một vấn đề đặc biệt khác cần phải quan tâm trước khi thiết lập một hệ thống kiểm soát ô nhiễm là việc nước thải của là việc nước thải của quá trình chế biến hải sản chứa hàm lượng muối (Na+, Cl-, SO42-) rất cao, khiến cho việc

xử lý trửo nên khó khăn

Rõ ràng ô nhiễm môi trường nước nói chung và ô nhiễm chất hữu cơ

do các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhất là công nghiệp chế biến

thuỷ sản trong điều kiện nhiễm mặn đã đạt đến mức đặc biệt nghiêm trọng, đòi hỏi phải có nghiên cứu xử lý nhằm đảm bảo môi trường

4 Các phương pháp xử lý nước thải

4.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp này được dùng để loại bỏ các vật rắn kích thước lớn bao gồm những chất lơ lửng và các chất lắng đọng có bản chất vô cơ hoặc hữu cơ Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thường người ta sử dụng các quá trình thủy cơ (gián đoạn hay liên tục); lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực ly tâm hay lọc

+ Lọc qua song chắn hoặc lưới chắn: Đây là bước xử lý sơ bộ nhằm khử tất cả các tạp chất có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống

xử lý nước thải như làm tắc bơm, đường ống hay kênh dẫn

+Lắng: Quá trình này được dùng để loại bỏ các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực Để tiến hành quá trình này người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau như: bể lắng cát (cấp I)-có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ và các chất rắn khắc và bể lắng trong (cấp II)- có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải

4.2 Phương pháp hóa lý

+ Đông tụ và keo tụ: Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù hợp nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ của các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm tăng tốc độ lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng

lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, sau đó liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích được gọi là quá trình đông tụ, khác với quá trình keo tụ là quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ Các chất keo tụ thường dùng là Al2 (SO4 )3, FeCl3,…

+Tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi được sử dụng để tách các tạp chất phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp, quá trình này dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Về nguyên tắc, tuyển nổi được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Quá trình tuyển nổi đươc thực hiện bằng cách sục các bọt khí vào pha lỏng Các bọt khí đó dính bán với các hạt và khi lực nổi của tập hợp bóng khí và hạt đủ lớn sẻ kéo hạt nổi lên bề mặt sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao

4.3 Phương pháp hoá học

Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, ôxy hóa khử Phương pháp này dùng để khử các chất hòa tan trong hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi ,chúng còn dùng để xử lý sơ bộ trước khi

xử lý sinh học hay sau công đoạn này, như một phương pháp xử lý nước thải lần cuối trước khi thải vào môi trường

+Phương pháp trung hoà: Nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà để đưa pH về khoảng 6,5-8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc cho công nghệ xử lý tiếp theo Phương pháp trung hoà có thể thực hiện bằng nhiều cách phụ thuộc vào thể tích, nồng độ nước thải, chế độ nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hoá học Trong quá trình trung hoà một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng

độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình

+ Phương pháp ôxy-hoá khử: Phương pháp này sử dụng các chất ôxy hoá như Cl ở dạng khí và dạng hoá lỏng để ôxy hoá các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi môi trường nước Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn tác nhân hoá học nên chỉ dùng trong những trường hợp không thể dùng các phương pháp khác

4.4

Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp xử lý sinh học được sử dụng để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ và một số chất

vô cơ như H2S, các sunfít, amoniac, nitơ Phương pháp này dựa trên cơ sở

sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Đầu tiên các vi sinh vật có khả năng phân huỷ sẽ bẻ gãy các đại phân tử hữu cơ như protêin, xenluloza, tinh bột, chất béo, tạo thành các chất đơn giản hơn Các chất này tiếp tục được các vi sinh vật khác phân giải tạo thành các hợp chất vô cơ tan trong nước.Sau đó nhóm vi sinh vật chuyên hoá đặc trưng sẽ loại bỏ các hợp chất như lưu huỳnh,nitơ vô cơ liên kết Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau Song nhìn chung có thể chia chúng thành 2 loại chính sau: Phương pháp xử lý hiếu khí và kị khí

4.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra

ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo.Trong điều kiện tự nhiên,quá trình diễn ra với hiệu suất thấp và chậm hơn so với quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo

Phương pháp này lợi dụng khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí.Do đó trong điều kiện nhân tạo, để nâng cao hiệu

suất xử lý người ta bổ sung liên tục ôxy và duy trì nhiệt độ trong khoảng

20-40o C.xử lý bằng phương pháp hiếu khí trong điều kiện nhân tạo bao gồm:

bể thông khí sinh học (bể aeroten), lọc sinh học hoặc đĩa sinh học

+ Xử lý trong các aeroten: ở đây nứơc thải được cho chảy vào

bể chứa bùn hoạt tính, bể này luôn được sục khí để đảm bảo luôn bão hoà oxy và duy trì bùn ở trạng thái lơ lửng Không khí được cấp vào nước thải bằng cách nén khí qua bộ phận khuyếch tán ngập nước hay bằng sục khí, hoạc dùng khuấy cơ học thổi không khí vào chất lỏng

+Xử lý trong các bể sinh học: đây là thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên một lớp màng bám trên vật liệu lọc Nước thải được phun từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc Ở bề mặt màng lọc, vi sinh vật hấp thụ chất hữu cơ và chúng sử dụng oxy hoà tan trong nước thải để oxy hoá các chất hữu cơ của nước thải

4.4.2 Phương pháp kị khí:

Phương pháp kị khí được dùng để xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ cao cũng như lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng dể ổn định cặn trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ

Tuỳ vào loại sản phẩm cuối cùng mà người ta phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axít lactic, lên men metan Những sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men là: cồn, axít hữu cơ, axeton, khí (CO2, H2, CH4 ) Sự phân huỷ kị khí các chất ô nhiễm trong nước thải có thể gồm ba pha: pha thuỷ phân (axít hoá), pha sinh axetat và pha sinh metan trước tiên các chất ô nhiễm được thuỷ phân và tạo thành các axít béo hay hơi bởi các vi khuẩn yếm khí tuỳ tiện (vi khuẩn sinh axít) Sau đó các axít này

được vi khuẩn sinh axetat biến đổi thành axetat, CO2, H2 (bởi vi khuẩn sinh axetat) Cuối cùng cả axetat, CO2, H2, được vi khuẩn sinh metan biến đổi thành metan

Phản ứng của sự tạo thành metan xảy ra như sau:

CO2 + H2A → CH4 + 4A + 2H2O (H2A là chất hydro) Hoặc:

CO + 3H2 → CH4 + CO2 ; CO + 2H2O → CH4

Hay có thể được tạo thành do phân giải axít axetic :

CH3COOH → CH4 +CO2 ; CO2 +H2 → CH4 + H2O ; Quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí được minh hoạ trên hình 1

Hình 1 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong lên men mêtan

Chất hữu cơ

1

2

Chất hữu cơ

2

Chất hữu cơ

4+CO2

2a

-2b

1: Vi khuẩn lên men

3: Các vi khuẩn axetic sinh hidro

R: Gốc cacbuahidro

2: Vi khuẩn sinh mêtan 2a: Vi khuẩn dinh dưỡng hidro 2b: Vi khuẩn dinh dưỡng nitrat Quá trình sinh mêtan nhìn chung chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt độ, pH, hàm lượng bùn, mức độ khuấy trộn, điều kiện yếm khí và các nguyên tố vi lượng Nhìn chung nhiệt độ tối ưu cho quá trình là 35oC, pH thích hợp là pH trung tính Hàm lượng bùn và mức độ khuấy trộn cũng là yếu tố rất quan trọng quyết định hiệu quả xử lý Thông thường hàm lượng bùn từ 7-9% là tối ưu Đồng thời quá trình xử lý này đòi hỏi điều kiện kị khí do vậy sự mêtan hóa sinh học phải được tiến hành trong bể kín Ngoài ra phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu đủ đảm bảo hiệu suất khử của chất gây ô nhiễm

và điều kiện không chứa hóa chất độc

Dựa trên nguyên tắc phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí, người

ta đã xây dựng một số hệ thống xử lý nước thải sau đây

+ Hồ yếm khí

+ Hệ thống đệm bùn kị khí dòng lên (UASB)

+ Hệ thống UASB cải tiến

Trong hệ thống UASB, nước thải sau khi được điều chỉnh pH sẽ được bơm từ dưới lên qua lớp đệm bùn (tạo ra từ các bông hoặc các hạt sinh khối hoạt động) bằng bơm định lượng Hỗn hợp bùn yếm khí trong hệ thống sẽ hấp thu các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng Khí sinh ra

đủ để các hạt bùn chuyển động liên tục và các lớp bùn được trộn đều Một số hạt

bị rơi ra khỏi lớp bùn nhưng bị mất “bẫy khí” chúng lắng xuống trở lại lớp bùn