Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Swim-bed trong xử lý nước thải thủy sản với giá thể làm từ sợi len

Do đó dé tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ swim —bed trong xử lý nước thải chế biến thủy sản với giá thé làm từ sợi len” được thựchiện nhăm tìm ra giải pháp hữu hiệu cho các yêu câu tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỎ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYÊN THỊ HỎNG THÚY

NGHIÊN CỨU UNG DUNG CÔNG NGHE

SWIM-BED TRONG XU LÝ NƯỚC THAI THUY

SAN VOI GIA THE LAM TU SOI LENChuyén nganh: CONG NGHE MOI TRUONG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠIVIEN NGHIÊN CUU VÀ NUÔI TRÔNG THUY SAN IICán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐẶNG VIẾT HÙNG

Cán bộ cham nhận xét 1:Cán bộ cham nhận xét 2 :Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, hoc hàm, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYÊN THỊ HỎNG THÚY MSHV: 10250538

Ngày, tháng, năm sinh: 22-06-1987 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: công nghệ môi trường Mã số : 608506I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CỨU UNG DUNG CÔNG NGHỆ SWIM-BED TRONG

XỬ LÝ NƯỚC THAI THUY SAN VỚI GIÁ THE LAM TỪ SOI LENIl NHIEM VU VA NOI DUNG:

> Ché tạo mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thi nghiệm

> Vận hành ở các tải trọng từ 0,5 kgCOD/m*/ngay dén 3 kgCOD/m’*/ngay

> Đánh giá hiệu quả xử ly chất hữu co và chất dinh dưỡng> Đánh giá sinh khối tạo thành trên giá thé

II NGÀY GIAO NHIỆM VU : 04/07/2011IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 30/06/2012V CAN BO HƯỚNG DAN : TS DANG VIET HÙNG

Đề cương Luận văn cao học đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vu này vào trang đâu tiên của tập thuyết minh LV

Tôi xin bày to lòng cam ơn dén Vien Àgùiên cựu và Ä nôi mông Tằa san IL, Trung tâm

Quoc gia quan trac cảnh báo môi trường và phòng ngừa dich bệnh thuy sản khu vực Nam Bộ

cùng các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm đã hô trợ tạo mọi diéu kiện thuận lợi cho tôitrién khai thi nghiệm, công tác phán tích mau.

Tôi xin bày to lòng biét on đên gia đình, là nguôn động lực to lớn đê tôi cô gangphán dau trong học tập cũng như trong cudc song

Cuôi cùng, tôi xin cam ơn tát ca các ban bè và đồng nghiệp đã động viên và chiasẽ khó khăn với tôi trong thời gian qua.

Tp HCMI, tháng 7 năm 2012

Nguyễn Thị Hông Thúy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Ngoài trừ những nội dung đã

được trích dẫn, các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là hoàn toànchính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu

nào khác trước đây.

Nguyễn Thị Hồng Thúy

TÓM TẮT

Công nghệ swim-bed ra đời cùng với giá thể bio-fringe đã cho những kết quả khaquan trong xử lý nước thải Với mục đích ứng dụng công nghệ swim-bed và giá thểđược nội địa hóa, dé tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ swim-bed trong xử lý nướcthải thủy sản với giá thé làm từ sợi len đã được tiến hành Mô hình được làm băngmica với thé tích làm việc là 11,4 lit Mô hình được vận hành ở 7 tải trọng từ 0,3

kgCOD/mỶ/ngày đến 3 keCOD/mỶ/ngày các kết qua thu được cho thay: ở tải trongtừ IksCOD/m/ngày đến 2,5 keCOD/m/ngày hiệu qua xử lý COD đạt trên 90%,

TN đạt 62+8% ở tải trọng 2,5kgCOD/mỶ/ngày Ở tải trọng 3kgCOD/m/ngày hiệu

quả xử lý COD bat đầu giảm xuống còn 89+43%, tuy nhiên hiệu quả xử lý TN vẫn

tăng đạt giá trị 6648% ở thời gian lưu nước 6h.

Giá thể làm từ sợi len cho phép dính bám một lượng lớn sinh khối, sau 130 ngàyvận hành trung bình có 0,57g/nhanh Nông độ trung bình của bùn trong bể Swim-bed là 5,37g/1 Day là những nông độ cao so với hệ thống xử lý lơ lửng

ASTRACT

Swim-bed technology, along with bio-fringe carrier, produce satisfactory results inwastewater treatment In order to apply swim-bed technology and carrier which waslocalized, the research of application of swim-bed technology in fisherieswastewater treatment with carrier made from wool fiber has been conducted.Model, which was made of mica, has the operating volume of 11.4 liters In the lab,

model was operated at 7 loading capacity from 0.3 kgCOD/m*/day to 3.0

kgCOD/m*/day The results showed that in the loading from 1.0 kgCOD/m*/day to

2.5 kgCOD/m’/day, removal performance of COD achieved over 90%, and that was62 + 8% in terms of TN removal in the loading of 2.5 kgCOD/m/day Although

removal performance of COD reduced to 89 + 3% in the loading of

3kgCOD/m/day, effective treatment of TN still increased and reached 66 + 8% in

retention time of 6h.Carrier, which wad made from wool fiber, allowed the adherence of large biomassafter 130 days of operation with the mean of 0.57 g/branch The averageconcentration of sludge in swim-bed tank was 5.37 g/l These values were higherthan suspended handling system.

MUC LUC

TOM TAT oo ccccecssesseesseessessseessecssecssessseessessessseessecssecsssessessseesssssessteessesssecssssessiteesesssessneeen i

S020 =ẰằĂĂằăằ lìMỤC LỤC 2G 2200112201 1112211111 111111111111 11111111111 KH KT KH KH vn il

DANH MỤC CÁC TU VIET TẮTT 22-52222223 2212212221231273127112212271 2212 cree VDANH MỤC BẢNG 52- 25222 2212221221121127121122112112111211211121121121121111 2 ca viDANH MỤC HINH0.0 ccsscessssssesssesssesseessecssceesecsssessecsseesseesessnesssessieessecsisesesssessesssensses viiCHƯƠNG MO DAU ooececceccccscessessesssesssessecsseessesssesecsvscunssnsesecsnsssessuessessussiesssecsnssnseseties |1.Tính cấp thiết của dé tài c1 t TT 1 11111118111111101111111101 111tr |2 Mục tiêu của để tài 2c 22c 2122211211121 2

3 Nội dung nghiÊn CỨU . - c2 11222222211 111112211 1111558111111 1201 111kg khen 24.Phương pháp nghiên cỨu - - E1 2222211111122 1111125811111 1 11158 111111 1k re 2

5 Đối tượng và phạm vi nghiên CỨU ¿+ s- + SEESE2E*EEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEExE1EEErrke 35.1 Đối tượng nghiên cứu -© +:st2E12511251221121127112711 2 22 tre 3

5.2 Phạm vi nghiÊn CỨU 2 2: 2: 22122111121 121 1111111111181 1511511111 2112812111 81H he 3

6 Ý nghĩa khoa hoc và tính mới của dé tài + s2 SEE+E£EEEEEEEEEEEEEEErkrrerxek 36.1 Ý nghĩa khoa học 2s 221 2E512211211211 E12 2 Hye 36.2 Ý nghĩa thực tiễn -2s 211 221122512211 211 210g y1 re ra 36.3 Tính mới của để tài -222222222222221111222221111222212111112221011122022011 2 n6 3CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYÊTT 22-552 2222223222122212221122123127112211271.22 2 re 51.1 Thành phan và tính chất nước thải chế biến thủy sản 2-2 +cvzszzzzs 51.1.1 Hiện trạng ngành chế biến thủy samo eee ccccccccccscesssesssessessesssessvesetessesseeeee 51.1.2 Quy trình công nghệ chế biến thủy sản -. 22s E1 2212211211211 xe 51.1.3 Thành phân tinh chất nước thải chế biến thủy sản 225cc x2EE+2EEzE% 71.2 Các nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản 8

1.2.1 Nghiên cứu trong nước - + 2211211111 1211211211211 111 1181181111211 HH àu 81.2.2 Nghiên cứu ngoài NUOC 0 ccc 2212211111 1211211511511111 1118128111111 1 xu 9

1.3 Xử ly nước thải bang phương pháp sinh học 0 c.ceeeeeeesccsesesesessesesesesseseeeseeeeeeees 11

1.3.1.Qua trình sinh trưởng lơ Tg cc 21221 22122112551121 1211815511181 1 xe I11.3.2 Quá trình sinh trưởng dính bam trong xử lý nước thải - :- 5: 11

1.4 Tổng quan về công nghệ swim - bed - + 2 s13 EEEE2E£EEEEEEEEEEEEEEEEkrkekrred 16

1.4.1 Nguyên lý chung - c1: 221201 12112112112111111111812111111 11T 1 H1 HH Hàn nà 16

1.4.2 Tinh chất của giá thé Bio — fringe oo cece cece 222 H2 gu 17

1.4.3 Ưu nhược điểm 52-22 2 1211121122212 E212 HH2 HH2 ườn 191.4.4 Cac nghiên cứu liên quan đến công nghệ swim - bed ssczzsszsce2 19CHUONG 2 NOI DUNG VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU s52 24

2.1 Vật liệu nghiên CUU c1 011111212211 1111 1512 111111188 111111 vn ket 242.1.1 Nước thải -5:- 22s 22212221122 11211221 1n 2e ng 24

2.1.2 Giá thé sinh học -2s- 2s 11211121112 2 2E H212 H2 Hee ườn 242.1.3 BUN cấy - c2 n2 HH HH2 HH H2 Hye erere 28

2.2 Mô hình nghiên cứu + 111122222231 11111355911 1111558 1111111158211 11c ket 28

2.2.1 Thông số kỹ thuật mô hình 2 2 EE12E512511221271122x 211221 1y E.Eerrere 28

2.2.2 Nguyên lý hoạt động - L2 2 1121121111121 121 1511511111121 111181811211 re 302.3 Trình tự thí nghiệm - 2G 21 022010111112222211 111115121111 11 5181111111110 11kg ket 302.3.1 Giai đoạn khởi động và bám bùn - ccc 2115211112151 151 1112112 ee 302.3.2 Giat đoạn thích ngÌ1 - 2 222221121121 153 1511151181151 151 1111211211111 011811811 1x re 312.3.3 Giat đoạn xử lý chính - ccc cece 121181151151 1111 1111111181181 1 the 332.4 Phương pháp phân tích - - - -c 1 12 22222111111322911 1111558211111 1 15881111111 xkg 33

2.5 Xử lý $6 lIỆU - 5 c1 E11111571111111 11 1111110111111 0111111111111 tri 34CHƯƠNG 3 KET QUA VÀ THẢO LUẬN 222212111 11121111111111111111E1E1E E2 37

3.1 Quan sát sự bám bùn 2222220111111 01111 ve 373.2 Đánh giá hiệu quả xử lý COID - 5-5 s2 1EE121811211112111121111 21211 11x pereg 38

3.3 Hiệu quả xử lý các chất đinh đưỡng - ¿+ + EEEE+EEEEEEEE2EEEEEEEEEEEEEEtxek 42

3.3.1 Hiệu quả xử lý NH¿ˆ và quá trình nitrate hóa 52s s21 E21 2Ecxcek 42

3.3.2 Hiệu quả xử lý TÌN Q.0 2.02122212212211 2 1112121111111 1 11 H2 HH Hà Hà này 503.3.3 Hiệu quả xử lý TÌP S1 cece 12112112111111111111 111112011011 81 H1 H1 HH Hà re 54

3.4 Sự thay đổi giá tri pHN - 5c c k1 EEEEE11111E11111111E1111111E11111111E1 11111 Enteg 553.5 Các đặc trưngcủa bùn trong bể Swiim-bed cseeeseesesesesesecsesesetevsveeeeeens 573.5.1 Néng độ sinh khối và khả năng bám dính sinh khối trên giá thể 583.5.2 Sự phát triển của các vi sinh vat trong bể swim-bed - 5s csxczzxszsce2 58CHƯƠNG KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 72c cEEESEEEEEEEEEEEEEEEEErEekererrrei 611.KẾT LUẬN c1 + 1T 1 111111121121 E11111 111 1111 1111 11 111tr ri 612 KIÊN NGHỊ, - St 1 111112121111 Ẹ111111 1110111121111 111 111 tr kg 61TÀI LIEU THAM KHẢO 5 1 1 3E EEE111211711111111ETE1EE1EE 11111 rrrrei 63

000059095 .‹ n ễễễiễi.iiaa 67

TKNTSS

DANH MUC CAC TU VIET TAT

Bio-fringeBiochemical Oxygen Demand

Chế biến thủy sản

Chemical Oxygen Demand

Chat thai ranĐồng băng sông Cửu Long

PhosphateMoving bed biofilm reactorM6 hinh 1

M6 hinh 2Mixed Liquor Volatile Suspended SolidsMixed Liquor Suspended Solids

NitriteNitrateStandard deviationTotal NitrogenTotal Kjeldahl Nitrogen

Total Suspended Solids

DANH MỤC BANG

Bang 1.1 Thành phan nước thải từ các phân xưởng chế biến thuỷ sản -: 8Bang 2.1 Đặc điểm của nước thải chế biến thủy SảH - SE Ea 24Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật của bio-fFÏH86 TT ru 25Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật cho giá thể làm từ sợi Ïe1 -cccccstcrerereei 27Bảng 2.4 Bảng so sánh gid thé sợi len và gid thé bio-ƒf'ÏH8e - co 27Bang 2.5 Các thông số hoạt động của quá trình khảo sát 5c ccrsrstcrererxei 32

Bang 2.6 Các phương pháp phâh KÍCỈH c0 3611112291881 1118 111111115581 111111 ra 33

DANH MUC HINHHình 1.1 Quy trình chế biến cá/ mực đông lạnh 5 c1 TT ng rêu 6Hình 1.2 Quy trình chế biến cá khô 5s c2 t1 HH HH re 7Hình 1.3 Mang sinh học phát triển trên bê mặt của giá thể 2 s1 1 121 tra 12

Hình 1.4 Chu trình hình thành và bong tróc của màng sinh hỌC cà c cette àc 12

Hình 1.5 Cau tạo giá thé Bio — ƒ†FÌfBe Sàn SE TT T1 1H HH HH gu 18Hình 1.6 Gia thể bio-ƒf'ÌfBe - 5 SE x21 11111111 21x TH HH HH HH HH tu 18Hình 2.1 Giá thé biO-ƒf'ÏHB€ - TcnnTnnHEn HH HH HH HH tua 25Hình 2.3 Giá thé được gia công từ sợi ÏeH ST HH HH ga 26Hình 2 4 Giá thé soi acrylic (trai) và giá thể doi len (phải) khi xoắn ca 28

Hình 2.5 Mô hình nghién CỨIH - c2 121v E 121 1111111111811 1111k kệt 29

Hình 3.1 Tổng lượng bùn bám trên giá thé sợi len và sợi arylic theo thời gian 37Hình 3.2 Nông độ COD và hiệu suất xử lý theo thời giqM - SE x1 E151 tt ren 39

Hình 3.3 Hiệu qua xứ lý COD theo tải FFỌHG À nS cece cece cece TH kện 4]

Hình 3.5 Nông độ và hiệu suất xử lý TKN theo thời gi4M - 5 Ea 44

Hình 3.6 Hiệu qua xứ lý TKN theo thỜi g14H 1n cece 1T v SE vện 45

Hình 3.8 Sự biến thiên nông độ NO; theo tai trọng HH CƠ Tnhh ki 46Hình 3.9 Sự biến thiên nông độ NO3- theo tải trọng hữPH CƠ TT nh kề 47Hình 3.10 Hiệu suất quá trình nitrat hóa theo thời gi4H - s5 c1 Ea 48Hình 3.12 Sự thay đối nông độ TN và hiệu quả xử lý TN theo thời gian ccscccsrcce2 51

Hình 3.13 Hiệu qua xu ly TN theo tdi trong COÌ ccc 2 11111211111 1111k kh set 53

Hình 3.14 Nông độ và hiệu quả xử lý TP theo thời giaH S5 HE ra 54Hình 3.15 Sự bién thiên giá trị pH theo tải trọng Hữu €Ơ ác ch Hee 56

Hình 3.17 Vi sinh vật trong quá trình nghiÊH CỨH cac ST v cece TH TH key 59

CHUONG MO DAU

1 Tính cấp thiết của đề tai.Với đường bờ biến dai hơn 3.200 km, Việt Nam có vùng đặc quyên kinh tế trênbiên rộng hon | triệu km” Việt Nam cũng có vùng mặt nước nội địa lớn rộng hơn1,4 triệu ha nhờ hệ thống sông ngòi, đầm phá dày đặc Vị trí địa lý và điều kiện tựnhiên thuận lợi giúp Việt Nam có nhiều thế mạnh nỗi trội dé phát triển ngành côngnghiệp thủy sản Từ lâu Việt Nam đã trở thành quốc gia sản xuất và xuất khâu thủysản hang đầu khu vực, cùng với Indonesia và Thái Lan Xuất khâu thủy sản trởthành một trong những lĩnh vực quan trọng của nên kinh tế Việt Nam

Cùng với sự phát triển theo từng năm thì ngành chế biến thủy hải sản cũng đưa vàomôi trường một lượng nước thải khá lớn, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguôồn nước.Nước thải ngành này chứa phan lớn các chat thải hữu cơ có nguén goc từ động vậtvà có thành phan chủ yếu là protein và các chất béo khi xả vào nguén nước sẽlàm suy giảm nông độ oxy hòa tan trong nước, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa gây ảnh hưởng tới sự phát triển sinh vật, làm suy thoái tài nguyên thủy sản và làmgiảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp chosinh hoạt và công nghiệp.

Các công nghệ xử lý nước thải thủy sản hiện nay bao gồm nhiều công đoạn: xử lýcơ học, xử lý hóa lý, xử lý sinh học như bể aerotank, bể UASB, bé sinh học nhỏgiot gây tốn kém diện tích va chi phí dau tư Với tinh trạng môi trường ở nước tahiện nay, việc xử lý một lượng lớn nước thải từ ngành công nghiệp thủy sản đạt quychuẩn xả thải là điều rất cần thiết và đang được quan tâm Do đó với tình trạng dânsố ngày một gia tăng, đất đai ngày càng tăng giá thì việc tìm ra một công nghệ mớivới chi phi đầu tư thấp giảm diện tích công trình mà hiệu quả xử lý cao đạt quychuẩn xả thai là điều rất cần thiết

Công nghệ swim — bed là sự kết hợp những ưu điểm của quá trình sinh trưởng dính

1/7 sry TÁC Á 3° T 1S “sự 1T ,UÀC CC CA*P mMÁAC 1A SỐ 111g 7 1 *°A z

hẹn cho xử lý nước thải Do đó dé tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ swim —bed trong xử lý nước thải chế biến thủy sản với giá thé làm từ sợi len” được thựchiện nhăm tìm ra giải pháp hữu hiệu cho các yêu câu trên.

2 Mục tiêu của đề tài.Đánh giá hiệu quả xử lý các chất thải hữu cơ, chất dinh dưỡng trong nước thảichế biến thủy sản băng công nghệ swim — bed sử dụng giá thé bio — fringe từ sợi lenvới các tải trọng hữu cơ khác nhau, từ đó làm cơ sở nội địa hóa giá thể bio-fringe vàcông nghệ swim-bed

3 Nội dung nghiên cứu.e_ Chế tạo mô hình nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệme Vận hành mô hình ở các tải trọng từ 0,5 keCOD/m/ngày đến 3

kgCOD/m/ngàye Khảo sát và đánh giá kha năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải thủy

sản khi sử dụng công nghệ swim — bed với giá thể làm từ sợi len qua các chỉtiêu, pH, DO, TN, TP, N-NH3, COD, PO,*, N-NO.,.N-NO;, TSS, MLSSe Đánh giá hiệu quả xử ly của mô hình khi sử dung giá thé lam từ soi lene Đánh giá sinh khối tạo thành

4.Phương pháp nghiên cứu.e Phuong pháp thu thập tài liệue Phuong pháp thực nghiệm mô hìnhe Phương pháp lay mẫu và phân tíche Phương pháp thống kê xử lý số liệu

5.1 Đối tượng nghiên cứuNước thải sử dụng trong nghiên cứu nay được chế biến từ các phế phẩm của cá laytừ chợ Tân Định, quận 1, thành phố Hồ Chí Minh.

Dé tai sử dụng công nghệ swim — bed với giá thé làm từ sợi len và soi acrylic đểnghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý các chat 6 nhiễm trong nước thải thủy san.5.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Viện Nghiên cứu và Nuôitrồng thủy sản 2

Mô hình nghiên cứu được chế tạo theo công nghệ swim-bed có sử dụng giá thébiofringe

6 Y nghĩa khoa học và tính mới của dé tài.6.1 Y nghĩa khoa học

Với việc thực hiện các khảo sát va các kết quả thu được cho phép đi sâu vào tìmhiểu các nguyên lý và các quá trình sinh học diễn ra trong bể swim-bed

Nghiên cứu này giúp cho việc đánh giá ban đầu về khả năng xử lý nước thải thủysản bang công nghệ swim-bed với hai loại gia thể là sợi aclyric được du nhập từNhật và giá thé được nội địa hóa là sợi len

6.2 Y nghĩa thực tiễn.Công nghệ swim bed có nhiều ưu điểm hơn các công nghệ truyền thống khác, vìđây là sự kết hợp giữa quá trình sinh trưởng lơ lững và quá trình sinh trưởng dínhbám do đó làm gia tăng hiệu quả xử lý các chat ô nhiễm, giảm được chi phí côngtrình, tiết kiệm diện tích đất xây dựng

6.3 Tính mới của đề tàiCông nghệ swim bed đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công ở nhiều nước

tuy nhiên cái mới của nghiên cứu này là dé tài sử dụng mô hình nghiên cứu với 2loại vật liệu mới là giá thê được làm từ sợi len và giá thê làm từ sợi acrylic đê đánhgiá hiệu qua xử ly chat ô nhiêm trong nước thải thủy sản Nhăm tìm ra một loại vatliệu được nội địa hóa, được tạo ra từ một loại vật liệu đơn giản, rẻ tiên.

1.1 Thành phan va tính chất nước thải chế biến thủy san1.1.1 Hiện trạng ngành chế biến thủy san

Với lợi thế về vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên đã giúp cho Việt Nam cónhiều thé mạnh nỗi trội dé phát triển ngành nuôi trồng thủy sản Từ đó tạo bướcngoặc cho ngành chế biến thủy san phát triển mạnh mẽ

Theo ước tính của tô chức lương thực thé giới ( FAO) nhu cau thủy hải santrên thế giới ở mức cao Đối với các nước công nghiệp phát triển là thị trường xuấtkhẩu chính của Việt Nam; mức tiêu thụ thủy sản là trên 30kg/nguoi/nam Khi đờisống người dân ngày càng được nâng cao thì nhu cầu tiêu thụ nội dia cũng đượctăng và theo ước tính hiện nay là 20 kg/nguoi/nam.

Theo thống kê, diện tích nuôi trồng dat 1.093 ha, tong sản lượng thủy sản đạt5.200 nghìn tan, kim ngạch xuất khâu (XK) thủy sản dat mức 6,1 tỷ USD

Năm 2008 cả nước có khoảng 168 nhà máy, cơ sở chế biến đông lạnh vớicông suất tổng cộng khoảng 100.000 tan sản phẩm/năm Các sản phẩm mat hàngthủy sản Việt Nam ngày càng đa dạng và phong phú đã tạo được chỗ đứng trên thịtrường các nước và chiếm tỷ trọng lớn nhất trong kim ngạch xuất khẩu thủy sản,trong đó đứng đầu là tôm chiếm 38,4%

1.1.2 Quy trình công nghệ chế biến thủy sảnCông nghệ chế biến thủy sản phụ thuộc nhiều vào nhu cau thị trường xuấtkhẩu thời vụ thu hoạch, nguồn nguyên liệu, tình trạng nguyên liệu đầu vào Do đó,các nha máy được thiết kế để chế bién được nhiều loại nguyên liệu khác nhau làmtăng tính đa dạng hoá sản phẩm: cá đông lạnh, mực ống, tôm đông lạnh, tôm đónghộp Các nhà đầu tư dây chuyển công nghệ theo dạng dan trải, không đồng bộ,lạc hậu làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, và làm tăng lượng nước thải rangoài môi trường.

công nhân phục vụ cho các công đoạn rửa, phân cỡ, bóc vỏ, lạng da, tách xương, Vì vậy, dẫn đến tiêu hao nhiều nước và gia tăng lượng chất ô nhiễm ra ngoài môitrường.

Đối với các mặt hàng đông lạnh xuất khẩu qua các thị trường EU, Nhật, Mỹđược một số nhà máy đầu tư các dây chuyên công nghệ tiên tiến, đạt trình độ côngnghệ tiên tiễn trong khu vực và bước đầu tiếp cận trình độ công nghệ của thế giới,nên giảm được hao phí năng lượng và lượng nước sử dụng Tuy nhiên, số lượng nàyrất ít Trình độ công nghệ ở các nhà máy không đồng đều, có sự chênh lệch ở cácvùng miễn trong cả nước

Cá nước =|? Tiếnnhân >| Nước thải.

Ỷ

Nướcchứa |} Ritalint FO Nước thai

| Phân laai | Phế phẩm

ỶMuối đá Rảaanän FO} Nước thai

nước Sachế |» Nước thải.Nước phụ rửa noAm = Nước thải

Ỷ

Tao hình/ | Nước thai

Chat phu gia.Nước clorine Riva lần 2 | > Nước thai

Nước chứa clorine | Rửa lần 1 > Nước thải

Ỷ

gasMui, khi thaiNhãn, thùng, dây >] Cân, đóng gói, CTR

‡

Điện, tác nhân lạnh E>| Bảo quản lạnh Nhiệt, CTR

Hình 1.2 Quy trình chế biến cá khô1.1.3 Thành phân tính chất nước thải chế biến thủy sản

Ngành chế biến thuỷ sản ( CBTS) là ngành tiêu thụ nhiều nước nhất trongcông nghiệp dao động từ 40 — 114 m°*/tan thành phẩm, lượng nước thải trung bình là70 — 120 mỶ nước thai/tan sản phẩm (Doste TP HCM va CEFINEA, 1998) và gây

nhu cau nước được tiêu thu trong công đoạn chế biến và vệ sinh thiết bi, nhà xưởng.Nước thải sinh ra trong quá trình CBTS chứa khối lượng lớn các chất hữu cơ, chấtdinh dưỡng, chất ran lo lung, day mỡ, Lưu lượng nước thai phụ thuộc vào cáccông đoạn chế biến, quy mô sản xuất.

Nước thải CBTS đặc trưng bởi các thông số ô nhiễm như: mùi, SS, BODs,COD, pH, tong N, tong P, coliform Trong đó, NH,-N là thành phần chủ yếu chiếm78 — 99% Theo Sở Khoa học Công nghệ Môi trường (1998) nước thải ngành chếbiến thuỷ sản có BOD; trung bình trong khoảng 1200 — 1800 mg/1, COD là 500 —3000 mg/l, SS là 150 — 200 mg/l, tong Nitơ từ 70 — 110 mg/l, tổng P là 10 — 100mg/l.

Thanh phan nước thải CBTS chênh lệch rất lớn giữa các quy trình chế biến vànguồn nguyên liệu chế biến (Bảng 1.1)

Bang 1.1 Thành phan nước thải từ các phân xưởng chế bién thuỷ sảnST Quy trinh ché bién

Chi tiéu

T Sò Cá Cá philê Mực Ghẹ

1 | Ph 6.35—6,41 | 601-638 | 6,32-6,5 6,43-6,5 6,89-7,022 | SS (mg/L) 700-850 138-640 543-620 208-300 | 2.218-2.8003 |COD(mg/L) | 4.500-5.096 | 895-1.020 | 2.162-2.305 | 1.687-1.760 | 3.850-4.2004 | BOD; (mg/L) | 3.760-4.200 | 688-830 | 1.757-1.850 | 1.333-1.450 | 3.675-3.860

5 | PO,” (mg/L) 28-35 29-42 16-25 39-45 14-186 | Cl (mg/L) 500-700 40-85 20-35 60-125 | 1.400-2.6507 |Nténg (mg/L) | 80-150 35-75 60-75 24-36 120-165

Nguồn: Nguyễn Trọng Lực, 20081.2 Các nghiên cứu về công nghệ xứ lý nước thai chế biến thủy sản

1.2.1 Nghiên cứu trong nướcNghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc sinh học vật liệu nỗi xử lý nước thải

phương pháp xử lý vi sinh dính bám trên giá thể là các hạt mốp Kết quả nghiên cứutrên mô hình qua 10 tải trọng hữu cơ từ 0,45 đến 6,44 kgCOD/m/ngày cho thấy khivận hành ở tải trọng cao hiệu suất xử lý COD có thé đạt được 86,7% ở tải trọng4,52 kgCOD/m /ngày và 77,3% ở tải trọng 6,44 kgCOD/m/ngày các chất hữu cơkhó phân hủy sinh học dưới dạng chất rắn sẽ được giữ lại trong lớp vật liệu để phânhủy từ từ Hiệu qua xu lý nito cao nhất là 83,86% ở tải trọng hữu co 1,44kgCOD/m/ngày và thấp nhất là 14,78% ở tải trọng hữu cơ 6,44 kgCOD/m’/ngay.hiệu qua xử lý phốt pho cao nhất là 48,94% ở tải trọng hữu cơ 1,15 kgCOD/m’*/ngayvà thấp nhất 12,21% ở tải trong 6,44 kgCOD/m/ngày

Nghiên cứu ứng dụng bể phan ứng ky khí dòng chảy ngược với chất manghạt PVA gel xử lý nước thải thủy sản ( Lê Thị Cam Chi, 2010)

Bề FBBR với chất mang là hat PVA có lỗ rỗng thích hợp cho vi sinh sốngbám dính va khả năng thích nghi nhanh khi đã hình thành được lớp màng vi sinh.Bê FBBR được khởi động ở tải trọng hữu cơ 1 kgCOD/m/ngày ứng với thời gianlưu nước 12,9 giờ; rồi tăng lên 3; 5; 7 kgCOD/m/ngày ứng với thời gian lưu nướclà 10,2 giờ; 12 kgCOD/m/ngày thời gian lưu nước là 6,1 giờ; 15; 20keCOD/m/ngày thời gian lưu nước là 4,9 giờ đạt hiệu suất loại bỏ COD của 10ngày cuối của mỗi tải trọng là 88-91% Hơn 129 ngày vận hành, ở tải trọng hữu cơ20 kgCOD/m/ngày hiệu suất loại bỏ COD đạt 91,8 + 2,1 % Ở tải trọng 20kgCOD/m”.ngày hàm lượng sinh khối dính bám trên hạt là 1,57 mgVS/hạt PVA gel,

1,79 mg TS/hat PVA gel và tỉ lệ MLVSS/MLSS là 0,87.1.2.2 Nghiên cứu ngoài nước

Xứ lý nước thải thủy san bằng hệ đất ngập nước (Prapa Sohsalam va cộngsự, 2008).

Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản bang hệ thống đất ngập nước ởvùng nhiệt đới của nhằm đánh giá tính khả thi của việc sử dụng đất ngập nước dé

Lạ ~ Lá Lá

littoralis., Typha augustifolia va Thalia deabata J Fraser dé trồng ở đất ngập nướcchảy trên bề mặt Ching sử dung nước thai thủy sản đã được pha loãng 50% vớinước thải chế biến thủy sản đã được xử lý từ hồ hiếu khí Macrophytes đã được tìmthấy để đáp ứng hiệu quả xử lý, đáp ứng tiêu chuẩn nước xả thải tại thời gian lưunước 5 ngày Trong khi C involucratus, Deabata T và T augustifolia đạt hiệu quaxử lý với thời gian lưu nước 3 ngày Tỷ lệ hấp thu dinh dưỡng của các loài này đãđược quan sát thay trong khoảng 1.43 — 2.30 gN/m.ngay va 0.17 — 0.29 gP/m.ngay,tương ứng tại thời gian lưu nước 3 ngày Hiệu quả xử lý cao nhất được tìm thấy tạithời gian lưu nước 5 ngày Trung bình hiệu quả loại bỏ được 91 — 99% cho BODs,52 — 90% cho SS, 72 — 92% cho TN và 72 — 77% TP Các loài thực vật cho hiệuquả xử lý Nitơ cao nhất là C involucratus, deabata T' và T Augustifolia Thời gianlưu nước ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ chất gây ô nhiễm cho tất cả các loài C.involucratus, deabata T và T augustifolia có thê loại bỏ tat cả các chất gây 6 nhiễmmột cách hiệu quả, ngay cả tại thời gian lưu nước thấp nhất (1 ngày).

Nghiên cứu quá trình thủy phân axit kết hợp với be SBR trong quá trìnhxử lý nước thải chế biến thủy sản (Ye Shengquan, 2008)

Một phương pháp mới của quá trình thủy phân axit kết hợp với bé SBR trongxử lý nước thải thủy sản đã được đưa ra Trong giai đoạn tiền xử lý, công nghệ thủyphân axit được chấp nhận, nó thì đạt hiệu quả để cải tiến khả năng phân hủy sinhcủa nước thải Phương pháp SBR được sử dụng trong giai đoạn của quá trình xử lýsinh hóa.

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng chất lượng nước thải của ngành chế biếnthủy sản có thé đạt được cấp độ một theo qui định quốc gia về tiêu chuẩn xả thải(GB 8978-1996) Khi nhiệt độ nước thải là 20°C, thời gian lưu nước hon 6h và nôngđộ COD, BOD, va SS lần lượt là 1100-1650 mg/l, 500-750 mg/l và 250-400 mg/l,thì hiệu quả xử ly lần lượt đạt trên 95%, 96% và 92% Tải trong hữu co cao nhất đạtđược là 4,1 kg COD/m/ngày Tỉ lệ BOD/COD của nước thải ngành chế biến thủy

1.3.1.Quá trình sinh trướng lơ lửng

Quá trình sinh trưởng lơ lửng được phát triển khoảng năm 1913 bởi Clark và Gage

tại phòng thí nghiệm Lawrence tại Massachuselts Vào năm 1914, Ardern và Lockett đã

sử dụng vào công trình xử lý nước thải tại thành phố Mancheseter (Metcalf and Eddy,

2003) Quá trình sinh trưởng lơ lửng có một số điểm bất lợi: lượng bùn sinh ra lớn,nông độ MLSS bị giới hạn, thỉnh thoảng bùn lang kém, bể lắng lớn va chất lượngnước ra không được tốt (có bùn theo ra ngoài) Đặc biệt, lượng bùn dư sinh ra củaquá trình bùn hoạt tính khoảng 15-100 L/kg-BOD khử Việc xử ly và thải bỏ bùn dưtrong hệ thống bùn sinh trưởng lo lửng đòi hỏi chi phí cao, xấp xi một phan hai chiphí hoạt động của nhà máy xử lý nước thải.Quản lý lượng bùn dư một cách thíchhợp là điều cần thiết của quá trình xử lý nước thải.Quá trình thải bỏ bùn dư là mộttrong những chi phi dat nhất của quá trình xử lý.Nó có thé chiếm đến 60% tong chỉphí hoạt động của nha may (Cheng, 2006).

1.3.2 Quá trình sinh trướng dính bám trong xử lý nước thải1.3.2.1 So sánh quá trình sinh trưởng dính bam và quá trình sinh trướng lolửng

Quá trình sinh trưởng dính bám gồm có VSV, hạt vật liệu, các polymer ngoạibào dính bám va bao phủ bề mặt vật liệu đỡ Vật liệu có thé là plastic, đá, hoặc cácloại vật liệu khác Tốc độ phát triển và sử dụng cơ chất được mô tả trong quá trìnhsinh trưởng dính bám có liên hệ với nồng độ chất hòa tan trong nước thải Đối vớiquá trình sinh trưởng dính bám, chất nền được tiêu thụ trong lớp màng sinh học

Nhu vậy màng sinh học là tập hợp các VSV - chủ yếu là vi khuẩn - hiếu khí,ky khí va tùy nghi Các vi khuẩn hiểu khí tập trung ở phan lớp ngoài của mang sinhhọc Ngoài ra quan thé VSV trong màng sinh học còn có mặt động vật nguyên sinhvà một số sinh vật khác ở bậc dinh dưỡng cao hơn Động vật nguyên sinh sử dụngchat hữu cơ và sinh khôi vi khuân làm thức ăn, đóng vai trò là một tác nhân lam

thải từ các hệ lọc sinh học ít hơn nhiều so với hệ thống bùn hoạt tính

we 1 " E3

/ doit sab Mang Sy

ALE 'Yếm khí x" hoc =

\ ie ey) i BI

X ~~ (iưỡng chất — —LG nước thải Dị chuyển ciến mỳ Kết din mà ï p kul ) mà sinh học

Hình 1.3 Màng sinh học phát triển trên bê mặt của giá thểTùy thuộc vào điều kiện phát triển và chế độ thủy lực của hệ thông, bề dày củamang sinh học có thé từ 100um đến 10mm Các vi sinh vật trên màng sinh học sẽphân hủy các chất hữu cơ và tăng trưởng, việc tăng bề dày của mảng sinh học sẽlàm giới hạn việc khuếch tán của oxy hóa tan vào phía trong màng sinh học va taothành những khu vực ki khí bên trong Nếu mang quá day, các vi sinh vật bên trongmảng có thể bị thiếu cơ chất chuyển qua giai đoạn phân hủy nội bào và diễn ra quátrình tróc màng sinh học.

Ré mắt yia bam còn sạch

| CORP a2 ra rS=I

Các polymer bị hap pti

yao giá barn

vào giá bam

NG °

a polymer bị phan hủy

tải Những vật liệu mang có đặc tính hấp phụ hoặc trao đôi ion cho phép làm giảmnông độ của độc chất tác động đến vi sinh vật Hơn nữa, quá trình sinh trưởng dínhbám có thể xử lý nước thải có nồng độ thấp.Đối với hệ thống bùn hoạt tính, nếunông độ BOD có giá trị nhỏ hơn 50-60mg/l, nó sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành vàphát triển của bông bùn.Tuy nhiên, quá trình sinh trưởng dính bám có thể làm giảmnông độ nước thải có BOD; thấp từ 5-10mg/1 đến 20-30mg/I Do đó, quá trình sinhtrưởng dính bám dễ quản lý và có thé cắt giảm chi phi (Cheng, 2006).

Hon thé nữa, trong qua trinh bun hoat tinh, nông độ MLVSS có thể duy trì từ1500-3000 mg/l trong bể aerotank va bùn thì ở trạng thái hoàn toàn lơ lửng Do đó,nếu tăng tải trọng hoặc nồng độ chất hữu cơ cao, nó sẽ mang sinh khối theo ra ngoaihoặc làm khó khăn trong quá trình lang, dẫn đến chất lượng nước ra giảm Ngượclại, quá trình sinh trưởng dính bám có thé lưu giữ nông độ sinh khối cao khi các visinh vật dính bám vào bề mặt của vật liệu đỡ Nông độ MLVSS có thể đạt từ22.000-150.000 mg/l, cao gấp 7-15 lần quá trình bùn hoạt tinh (Cheng, 2006).Trongquá trình sinh trưởng dính bám, sinh khối bám vào bề mặt của vật liệu đỡ nên mậtđộ của chúng cao hơn trong chất lỏng Hơn thế nữa, vật liệu được xếp thành khốilàm nó dễ dàng phân tán chất lỏng Đặc tính này thì có lợi cho việc lưu giữ sinhkhối, đặc biệt nó có thé giữ được nông độ vi sinh vật cao với tỷ lệ sinh trưởng thấp

Trong quá trình bùn hoạt tính, nồng độ vi khuẩn nitrat hóa cần thiết không chỉbị kiểm soát bởi nông độ chất nền mà còn phụ thuộc vào thời gian lưu bùn Trongkhi đó, quá trình sinh trưởng dính bám có thé giữ cố định sinh khối trên bề mặt vậtliệu đỡ, cung cấp đủ thời gian sinh trưởng để vi sinh vật làm giàu Trong quá trìnhsinh trưởng dính bám, sinh khối thường bao quanh vật liệu đỡ Vì vậy khi sinh khốitiếp XÚC VỚI nông độ chất ô nhiễm trong nước thải, sự chịu đựng cao của lớp vật liệuđược xếp thành khối hoặc lớp vật liệu đỡ có thể làm giảm ảnh hưởng của độc chấtđến vi sinh vật, do đó quá trình hoạt động được ôn định đến mức cao nhất (Cheng,2006).

Đối với quá trình sinh trưởng dính bám cô định hiếu khí, giá thé và mang visinh được có định Chat ô nhiễm hoặc amonia được oxy hóa khi nước thải chảy quamảng trên bề mặt của vật liệu.Thông thường, oxy được cung cấp bằng quá trìnhkhuếch tán vao trong vật liệu hoặc hòa tan vào trong nước thai.Loai vật liệu và kíchcỡ của giá thé là nhân tố chính ảnh hưởng tới hiệu quả và đặc tính hoạt động củaquá trình sinh trưởng dính bám giá thé cỗ định.Đối với nghiên cứu nay, bùn dư từsự phát triển sinh khối và chất rắn lơ lửng trong dòng vào được giữ lại trong hệthống và định ky thải bỏ.Bên cạnh đó, nó đòi hỏi có một hệ thống rửa ngược sửdụng nước sau khi lọc dé day cặn tích lũy trong hệ thống ra ngoài.

Ưu điểm chính của quá trình nay là yêu cầu không gian nhỏ, có khả năng xử lýhiệu quả nước thải pha loãng, không cần hệ thống lăng bùn và có tính thâm mỹ.Nhược điểm của quá trình này là hệ thống phức tạp (trang bị máy móc và thiết bịđiều khiển), giới hạn về mặt kinh tế khi xây dựng ở quy mô lớn, và chi phí cao hơnquá trình bùn hoạt tính (Metcafl and Eddy, 2003)

Đối với xử lý ky khí, quá trình nay cũng một đóng vai trò quan trọng Nóichung, việc đặt khói vật liệu có thé ở sâu hon, hoặc thiết kế hỗn hợp, cao khoảng 50đến 70% Giá thể được sử dụng pho biến nhất là tam nhựa lượn sóng hoặc kiểu hìnhống, tương tự như quá trình sinh trưởng dính bám hiếu khí Diện tích bề mặt riêngcủa giá thé trung bình 100 m7/m’, đồng thời theo kết quả nghiên cứu, hiệu suấtkhông cải thiện khi tăng mật độ giá thể Giá thể có dòng chảy chéo có hiệu cao xửly cao hơn giá thé có dòng chảy thông thường Vận tốc đi lên của dòng nước thấp làdé tránh sinh khối trôi ra ngoài.Sau một thời gian, cặn và sinh khối sẽ tích lũy tronggiá thể gây ra hiện tượng tắt nghẽn và ngắn dòng (Metcalf and Eddy, 2003).Tại thờiđiểm đó, bùn dư phải được loại bỏ bởi quá trình rửa ngược

Ưu điểm của quá trình này là chịu được tải trọng cao (1.0-6.0 kgCOD/mỶ/ngày) thé tích bé phản ứng nhỏ, hoạt động đơn giản.Tuy nhiên, giá thànhcua vật liệu làm gia thê va một sô vân dé trong quá trình hoạt động là giới hạn chính

nhất khi nước thải có nồng độ chất ran lo lửng thấp (Metcalf and Eddy, 2003).1.3.3.3 Quá trình sinh trướng dính bám với giá thé tầng sôi (Fluidized-bedprocess)

Quá trình nay là một công nghệ mới trong xử lý nước thải va được phát triểnnăm 1970 Vật liệu làm giá thể thường là cát hoặc than hoạt tính Khi màng sinh họctăng kích thước, giá thé nhẹ hơn và có thé tạo tầng sôi trong bé phan ứng Giá thé lànhững hạt nhỏ có diện tích bề mặt lớn (2.000-3.000 m’/m*) Do đó, hệ thống nay cónông độ sinh khối cao (10-14g/L) Hơn thế nữa, giá thé ở tình trạng sôi có thé cungcấp nhiều thời gian tiếp xúc với chất ô nhiễm khi dòng nước thải đi từ dưới lên trênhoặc từ trái sang phải Sự hoạt động cao của màng sinh học có thể đạt được bởi sựma sát và sự va chạm các giá thé Nó lam tăng hiệu qua di chuyển của sinh khối.Khi giá thể tạo tầng sôi liên tục sẽ ngăn ngừa sự đóng cặn trong hệ thống Theonguồn năng lượng khác nhau, quá trình sinh trưởng dính bám giá thé tầng sôi có théchia làm hai pha ứng với năng lượng là dòng nước, ba pha ứng với năng lượng làdòng khí và cơ chế tạo tầng sôi Quá trình sinh trưởng dính bám giá thể tầng sôi cóthé chia làm hai loại: quá trình sinh trưởng dính bám giá thé tầng sôi có cấp khí vakhông cấp khí (Cheng, 2006)

Đối với xử lý nước thải đô thị, quá trình sinh trưởng dính bám tầng sôi đượcứng dụng sau quá trình khử nitrat.Quá trình hiếu khí thường được ứng dụng để xửlý nước ngầm bi chat ô nhiễm chất nguy hại.Ứng dụng than hoạt tinh làm giá thé décung cấp đặc tính hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ băng sinh học.Những ưu điểmchính của quá trình nay: (1) nó cung cấp thời gian lưu bùn đủ lớn cho vi sinh vậtcần để phân hủy các chất ô nhiễm và các thành phần độc hại; (2) sự sốc tải hoặc cácthành phan độc hại khó phân hủy sinh học có thé hấp phụ vào than hoạt tính; (3)chất lượng nước đầu ra có nông độ TSS và COD thấp: (4) phương pháp oxy hóangăn cản sự phân tách và phát thải của các thành phần hữu cơ độc hại vào khôngkhí (5) hê thống hoat đônø đơn øiản và đáng tin cây (Metcalf & Eddv 2003)

vận tốc dòng từ dưới lên cao khoảng 20 m/h dé đảm bảo sự xáo trộn 100%.Nướcđầu ra được tuần hoàn lại nhằm đảm bảo vận tốc như trên (Metcalf & Eddy, 2003).Bên cạnh cát, một số giá thé khác cũng được sử dụng vào quá trình sinh trưởng dính

bám ky khí tầng sôi bao gồm: diatomit, nhựa trao đôi anion va cation, than hoạt

tính Trong điều kiện ky khí, than hoạt tính được sử dụng rộng rãi cho xử lý nướcthải công nghiệp và các dòng thải có tính nguy hại.Đường kính trung bình của thanhoạt tinh là 0.6-0.8 mm và vận tốc dòng di lên là 20 -24 m/h đã được áp dụng Ưuđiểm của quá trình này có thể cung cấp nồng độ sinh khối cao; tải trọng chất hữu cơcao; sinh khối di chuyển cao; và có khả năng chịu được sốc tải bởi vì nó đượckhuấy trộn và pha loãng với dòng tuần hoàn; thiết bị chiếm diện tích nhỏ Tuynhiên, cần thận trọng trong việc thiết kế dòng vào và dòng ra để đảm bảo răng sựphân phối là tốt nhất.Hơn nữa, nó đòi hỏi năng lượng lớn để giá thể tạo được tầngsôi; giá thành của giá thé trong bể phản ứng cao; cần kiểm soát mức giá thé và thờigian khởi động kéo dài (Metcafl & Eddy, 2003).

1.4 Tổng quan về công nghệ swim - bed1.4.1 Nguyên lý chung

Quá trình xử lý nước thải hiếu khí, quá trình sinh trưởng dính bám cố định (mảng sinh học) lợi thế hơn quá trình sinh trưởng lơ lững như giảm được sự tác độngcủa độc học, việc tồn tại đồng thời của vùng hiếu khí và vùng thiếu khí trong quátrình trao đối chất và tao sinh khối Một sự phát triển về quá trình sinh trưởng dínhbám giá thé tầng sôi( giá thé chuyển động) đã chứng tỏ khả năng loại bỏ tốn thất áplực với việc giảm khả năng đóng cặn và tạo kênh, cải tiễn sinh khối di chuyển vàtiềm năng cho việc cải tiễn các van dé còn tôn tại ở các nhà máy xử lý ngoại trừ cáccông trình mới Thêm vào đó, Lzorova va Manem giới thiệu bể phản ứng vật liệunoi liêu thông bằng việc sử dụng công nghệ khí nâng, công nghệ này chứng Minhsự kết hợp giữa đặc tính thủy động và tính toán hiệu quả xử lý sinh học đã phủ nhận

khối — hay còn gọi là sợi sinh học —BF” đã làm tăng hiệu quả xử lý các chất hữu cotrong nước thai BF cho phép bám dính một lượng lớn sinh khối vào một sợi linhđộng trên một vi trí cố định Bằng cách tiếp cận này, sự linh động của sợi được gâyra bởi dòng nước thải tạo ra một sự chuyển động “ Swimming” để làm tăng sự vậnchuyền chất dinh dưỡng đến sinh vật dính bám ( màng sinh học) Do đó, lợi ích tiềmnăng của phản ứng giá thể tầng sôi được trình bảy ở trên được giữ lại mà không phụthuộc vào điều kiện thủy lực dé tránh đóng cặn hoặc nôi lên của giá thé trung gianvà không yêu cầu mang che hoặc vách ngăn dé ngăn ngừa sự ra ngoài của giá thể.Giả thuyết của chúng tôi là sử dụng phương pháp này, hiệu quả xử lý cao với thiếtkế và vận hành đơn giản.

Mục đích của nghiên cứu nảy là để đánh giá khả năng xử lý của quá trình BFcơ bản với sự chú ý đến việc loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải Mục đích nàyđược thỏa mãn bởi việc điều chỉnh tải lượng nghiên cứ tại các tỉ lệ khác nhau vềnông độ chất hữu cơ và lưu lượng nước thải ở dòng vào Them nữa, sự ảnh hưởngcủa vận tốc nước thải đến sự lưu giữ sinh khối trên vật liệu được khảo sát và thànhphan của vi sinh vật ngoại bao ở trong bùn cũng được xác định.

1.4.2 Tính chất của giá thé Bio — fringeBio — fringe bao gém những sợi tua (chiều dài khoảng 10 em) được gan lên sợitrục Thanh phan chính của những sợi tua này là hợp chất acrylic háo nước Vật liệunày được làm gần như là chất liệu vải bằng cách kết hợp 3 sợi với những khả năngchịu nhiệt khác nhau theo phương trình hình sin dùng quá trình nóng chảy từngphan (NET Co., Lmt., Hyogo, Nhật Bản) Những sợi tua được gắn đối xứng, kéo daimỗi bên bằng nhau so với sợi trụ và được xoắn để phân phối theo 3 chiều

Diện tích bé mặt của Bio-fringe khoảng 0.054 m và giúp vi khuân nitrate hóabám dính chặt lên vật liệu khi dòng nước di chuyền

Sinh khói li , —dính i = <4

Soi tua được làm từ những sợi acrylic được xử lý đặc biệt, có đường kính3mm và chiều dài khoảng 100mm Mật độ sợi: khoảng 18 pcs/10cm

Công nghệ Swim-bed là sự kết hợp giữa quá trình sinh trưởng dính bám giáthé cô định và quá trình sinh trưởng dính bám tang sôi Do đó, hiệu quả xử lý chat 6nhiễm của công nghệ hiệu quả hơn nhiều Hiệu quả xử lý chất hữu cơ đạt trên 80%với thoi gia lưu nước khoảng 3 gio.

Mặt khác, nồng độ sinh khối trong hệ thống có thé đạt 13,3 g/1, hệ thống có théchống chịu được độc chất, chịu được sự sốc tải trong quá trình xử lý

Tuy nhiên, quá trình nay cần phải được kiểm soát kiểm soát tốc độ thôi khí 51/phut (vận tốc nước từ 5-10 cm/s) để tránh hiện tượng đóng cặn đáy Thêm nữa,hiện tượng bám dính của vi sinh vật vào đá bọt phân phối khí dẫn đến lưu lượng khíthôi bị giảm xuông.

1-1.4.4 Các nghiên cứu liên quan đến công nghệ swim - bed1.4.4.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Công nghệ swim-bed là một sự cải tiến của quá trình sinh học bám dínhđể tăng hiệu quả xử lý nước thải: Năm 2004, Joseph D.Rouse nghiên cứu côngnghệ swim — bed có sử dụng biofringe làm giá thé bám dính, đã chứng minh hiệuquả cao trong xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu co, ở tải trọng 12 kg/m*/ngay vàthời gian lưu nước laa 3h khả năng loại bỏ COD đạt 80% Các tua sinh học chophép dính bám một số lượng lớn sinh khối và các sợi tủa chuyển động với dòngnước thải, do đó tăng khả năng tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và sinh khối được lại trênsợi BF Có 133 g sinh khối trên một mét vật liệu được giữ lại, tương đương 13.3 g/Lsinh khối được giữ lại trên sợi vật liệu hoặc vùng phan ứng Giới hạn rõ rang chonitrat hóa xảy ra tại tải lượng COD thấp (nhỏ hơn 1.6 kg-COD/m/ngày) Thêm vào

đó, vi khuẩn dạng sợi phát triển rất nhanh ở tải trọng thấp, nhưng có thê tránh được

tại tải lượng COD là 8.0 kg/m/ngày hoặc lớn hơn O mức độ của polyme ngoại baotrong màng vi sinh rất cao được so sánh dé báo cáo cho bông bùn va bùn hạt Trongnghiên cứu này chỉ tập trung vào khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải công

đã được thảo luận Hiệu suất của quá trình swim-bed với sự tuần hoàn bùn để xử lý nướcthai có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao: Hệ thống xử lý Swim-bed kết hợp giữa bểphản ứng sử dụng vật liệu mới và một bể lang đã được nghiên cứu và cho thay hiéuquả của phương pháp trong xử ly nước thải có nồng độ 6 nhiễm hữu co cao Các kếtquả thu được trong thí nghiệm này:

Hiệu quả loại bỏ COD chiếm 97% và tong nitơ chiếm 59% tại tải trong COD6,0 kgCOD/m/ngày

Nông độ MLSS cao và khả năng lắng của bùn rất tốt.Mức độ MLSS cao hơn20 g/l và chỉ số SVI thấp hon 30 ml/g Do chuỗi thức ăn dai trong bể phản ứng, sựsản sinh bùn thấp và lượng bùn sinh ra chỉ 0.002 gMLSS/gCODIoai bỏ

Trong bể phản ứng có các bông bùn ở dạng hạt.Mật độ cao của các polymengoại bào trong bùn lơ lửng có liên quan đến khả năng lắng của bùn và cải tiến hiệuquả loại bỏ Nitơ.Sinh khối bám trên Im sợi BF là 27.2 g (Cheng, 2006)

Hiệu quả xử ly của công nghệ swim-bed đối với nước thai có nông độ 6nhiễm thấp: Khi nước thải sinh hoạt thải ra nguồn tiếp nhận mà không qua xử lýhoặc khử trùng, làm ô nhiễm môi trường nước với nồng độ vi khuẩn, vi rút và kísinh trùng sẽ làm tăng các van dé sức khỏe Nước thải sinh hoạt chưa xử lý chứa cácvi sinh vật gây bệnh có nguồn gốc từ con người, bao gồm động vật nguyên sinh, vikhuẩn và vi rút Nước thải có nồng độ thấp (COD< 1000 mg/l), như nước thải sinhhoạt, thường được xử lý bang công nghệ hiếu khí, nhưng giá thành xử lý cao Thànhphan nước thải đầu vào có nồng độ COD từ 208-369 mg/l, nồng độ BOD từ 150-

200 mg/I Điều kiện hoạt động của hệ thống: tốc độ dong khí 10 (L/phut), tải trọng

BOD từ 0.5-3.0 kgBOD/m/ngày, nhiệt độ 25°C, dòng tuần hoàn 100% Hiệu quaxử lý BOD đạt 92-97%, COD đạt 82-95%, nồng độ MLSS có thé đạt từ 3226-12000mg/l (Cheng, 2006).

Khả năng xử ly của công nghệ swim-bed đối với nước thải sinh hoạt: So sánh

thời gian 1.2 giờ với tải trọng 3.0 kg BOD/ mỶ/ngày.Nông độ SS đầu ra của quátrình CAS cao hon quá trình BE.Hiệu quả nitrat hóa bi ảnh hưởng bởi tải trọng vanông độ SS trong bể phan ứng.

Lượng bùn sinh ra trong quá trình BF giảm đáng ké so với quá trình CAS.Quátrình CAS thì được bắt đầu lại bởi các hạt bùn mới, lượng bùn dư trong quá trìnhBF giảm 37%.Mật độ bùn là nguyên nhân gây hỏng chất lượng nước đầu ra, điềunày rất khó tránh đối với các chất dé phân hủy có nồng độ chất hữu cơ thap.Hoatđộng của bể BF không tuần hoàn được đề xuất để xử lý loại nước thải nay (Cheng,2006).

Nghiên cứu việc giảm lượng bùn dư và đặc tính của bùn băng cách sửdụng công nghệ swim-bed xử lý nước thải có nồng độ cao ( Yingjun cheng,2006): Công nghệ xử lý bùn hoạt tính đã phát triển khoảng một trăm năm nhưng nóvan còn tôn tại nhiều van đẻ, đặc biệt là van dé bùn thải Giá thành xử lý bùn thảichiếm khoảng 50-60% tổng giá thành của hệ thống xử lý nước thải.Hiệu quả xử lýtốt đã được thé hiện khi sử dụng công nghệ Swim-bed.Hiệu quả loại COD dat hơn80% ở tải trọng trên 7.0 kg COD/m/ngày

Vật liệu sợi sinh học (BF) cho phép dính bám một lượng lớn sinh khối.Sinhkhối dính bám từ 42.0 g MLVSS/m-BF đến 251 g MLVSS/m-BF Một số lượng lớnvi sinh vật dính bám phát triển đã kéo dài thời gian lưu bùn từ 11 đến 49 ngày và đãđóng góp vào sự phong phú của động vật đa bào và động vật nguyên sinh, thời gianlưu bùn lâu đã đóng góp quan trọng vào việc giảm thiểu bùn Sản lượng bùn sinh ratừ 0.13 kg MLSS/kgCOD được khử đến 0.29 kg MLSS/kgCOD được khử va sảnlượng bun thải từ 0.06 kg MLSS/kgCOD được khử đến 0.21 kg MLSS/kgCODđược khử.

Tỉ lệ cao giữa polymer ngoại bào và sinh khối đã được quan sát, điều này cóthể làm tăng khả năng dính bám của sinh khối vào sợi sinh bio-fringe (BF) Kết quảnày thé hiện rang tỉ lệ polymer ngoại bảo và sinh khối ảnh hưởng đến tải trọng xử lý

Năm 2005, Doan Thu Ha nghiên cứu công nghệ swim — bed dé nitrat hóaamonia có trong nước ngầm tại hà nội: nghiên cứu được thực hiện với hai bểphản ứng có sử dụng sợi biofringe khác nhau, kết quả cho hiệu quả loại bỏammonia đạt 95 — 100% ở tải lượng thể tích tăng dần: 0.24 — 0.48 kg-N/mỶ/ngàyvới thời gian lưu nước 15 giờ khi sử dụng sợi đơn và 3 giờ khi sử dụng sợi đôi.

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Swim — bed để xứ lý COD và Nitơ trongnước thải cao su của Nguyễn Lễ (Học viên Cao học) thực hiện: Nước thải dòngvào được lay từ nha máy cao su có hàm lượng COD 2000 — 3500mg/1, N-ammonia150 — 300mg/l va TKN 250 — 500mg/l Hiệu quả khử COD ở tải trọng 1kgCOD/m’.ngay là 90%, Tại tải trong 2 kgCOD/m”.ngày (0.24 kgN/m? ngay), hiệuqua khử COD van trên 90% Ở tai trọng 3 kgCOD/m ngày hiệu quả khử COD là86% Nông độ sinh khối tăng khi tải trọng thể tích tăng Tổng sinh khối ở tải trọng 2kgCOD/mÏ.ngày và 3 kgCOD/m’ ngay lần lượt là 6800mg/1 và 7900mg/I

Đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ swim-bed với giá thể làm từ sợi lentrong xứ lý nước thải khu công nghiệp của Ngô Thị Phương Nam (2012): Kếtquả nghiên cứu được khảo sát qua các tải trọng 1, 2, 3 và 3,5 kgCOD/m ngày ở tảitrọng 1 và 2 kgCOD/mỶ.ngày, hiệu suất xử lý COD trung bình khá cao 90%, TNđạt trên 50% Ở tai trọng tối ưu là 3 kgCOD/m ngày với hiệu suất xử lý COD 83,3+-1,3%, hiệu quả loại bỏ Tn rat cao 62,9+-2,6% với thời gian lưu nước là 3,3 giờ.Sau 3 tháng vận hành sinh khối bám dính trên một nhánh là 0,44g/nhánh Nong độbùn trung bình trong bể swim-bed ở giai đoạn kết thúc thí nghiệm là 6,62g/1

Đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ swim-bed với giá thé bio-fringetrong xử lý nước thải khu công nghiệp của Lê Thị Minh Tâm (2011): mô hìnhnghiên cứu được vận hành ở các tải trọng hữu co 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5keCOD/m ngày kết quả cho thấy hiệu quả xử ly COD ở tải trọng 3kgCOD/m”.ngày đạt giá trị cao nhất là 91,81%, hiệu quả xử lý nito tong là 72,3% vàhiệu quả cua quá trình nitrate hóa đạt trên 80%

trong xử lý nước thải chế biến thủy sản của Nguyễn Lâm Phương (2012): côngnghệ swim-bed với việc sử dụng giá thé bio-fringe như một hệ dính bám cho vi sinhvật phát triển được đánh giá cao trong việc xử lý nước thải thủy sản Hiệu quả xử lýCOD đạt trên 90% ở tải trọng 1,5 kgCOD/m/ngày, ở tải trọng 3 kgCOD/m/ngàyhiệu quả xử lý COD trung bình là 88% Hiệu suất quá trình nitrate hóa đạt trên 74%ở tải trọng nhỏ hơn hoặc bằng 1 kgCOD/m/ngày, hiệu quả loại bỏ TN trên 40% ởtải trọng 2- 3 kgCOD/m /ngày Sinh khối bám trên sợi bio-fringe khỏang 93g sinhkhối trên Im sợi BE.

2.1 Vật liệu nghiên cứu2.1.1 Nước thải

Nước thải sử dụng trong nghiên cứu nảy là nước thải thủy sản Các phế phẩmcủa cá sau khi được lấy từ một người bán cá ở chợ Tân Định, được nghiền nhỏ bằngmáy nghiền sau đó cho vào thùng 120 lít ngâm trong nước khoảng thời gian nữatháng dé quá trình phân hủy xảy ra Sau đó, nước thải trong bể được đem lọc qua

vải lọc để loại bỏ mỡ, vụn cá, vay, ruột ca nước thai thu được có nông độ COD

dao động từ 1200 — 5000 mg/l Dựa trên nông độ COD, nước thai sau khi u đượcpha loãng với nước thủy cục sau cho tải trọng COD tương ứng với từng giai đoạnvận hành của mồ hình.

Bang 2.1 Thành phan nước thải sử dung trong nghiên cứuSTT Thông số Đơn vị Giá trị

1 pH - 6,5-7,02 COD mø/l 1.500-3.5003 BOD mø/l 1.200-3.000

4 TN mg/l 150-6005 TP mg/l 15-50

6 N-NH, mg/l 80-1507 Alkanility mgCaCO,/1 200-400

2.1.2 Giá thé sinh học2.1.2.1 Giá thể sinh học là sợi acrylic

Giá thé bio-fringe bao gém các sợi ngang là sợi acrylic ưa âm, có bề mặt nhámvà xốp chính điều nảy làm cho một lượng bùn lớn được bám trên giá thể và dễ tạothành lớp màng sinh học, giúp cho quá trình loại bỏ các chất ô nhiễm trog nước diễnra tốt Các sợi ngang được gan kết với một trục chính, mỗi sợi cách đều nhau mộtkhoảng cô định và đôi xứng với nhau qua trục chính

Bang 2.2 Bang thông số kỹ thuật của bio-fringeSTT Tên thông số Thông số

| Vật liệu chế tạo

Trục dọc PolyesterTruc ngang Soi acrylic2 Kích thước soi nhánh 3mmøx1I00mm3 Số vòng xoắn 14 vòng/10cm4 Mat độ của sợi 18 PCS/10cm5 Độ bên kéo sợi dọc 200kg/PCS6 Độ bên ché môi nỗi 70 Kg/PCS7 Tuổi thọ BE 15 năm

( Nguồn: NET Co.Ltd)2.1.2.2 Giá thể sinh học là sợi len

Giá thể sử dụng trong nghiên cứu này được làm từ sợi len, được gia công nhưgiá thé bio-fringe Chiều dài soi len được sử dụng 520 mm chứa khoảng 85Sợi ngang, môi sợi ngang có chiêu dài 100 mm.

100mm các sợi nay nằm đối xứng với nhau, được xoắn lại tạo thành phan phối 3chiều như hình 2.3 nguyên liệu là sợi len và được kết nối bằng soi polyeste

Soi len hinh tru 26 ghé không theo một quy luật nào, một mặt cắt của sợi lencho ta thấy có ba lớp chính: lớp biểu bì, lớp ruột và lớp vỏ Lớp ngoài gồm các vẫymỏng xếp từ 1000 đến 4000 cái/inch, những vay này tạo độ bám dính của sợi Lớpthứ hai là lớp thân chính của sợi, nó tạo nên độ chắc và đàn hồi của sợi, bao gồmnhững tế bao trung gian chứa sắc tố Trong cùng là lớp ruột bao gồm những tế baorỗng hình xoắn lớn, lớp ruột nay chỉ thấy được đối với loại len vừa và thô dưới kínhhiển vi có độ phóng đại lớn

Cơ sở chọn giá thê là sợi len:

> Len là loại sợi nhẹ, có kha năng hút âm cao

> Tà loai vất liêu rẻ và dé chê tao

thành lớp màng sinh họcBảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật cho giá thể làm từ sợi lenSTT Thông số Đặc tính

| Vật liệu chế tạo

Trục dọc PolyesterTrục ngang Soi len2 Kích thước sợi ngang Đường kính 3mm x 100mm3 Mat do soi 16 soi/ 10cm

4 Độ bên chỗ mỗi nỗi Chưa xác định5 Tuôi thọ sợi len Chưa xác định2.1.2.3 So sánh gía thể làm từ sợi len với giá thể bio-fringe

Giá thé bio —fringe cầu tạo gồm: Soi trục được lam bằng những sợi nhỏ

polyester có độ bên cao, Sợi tua được làm từ những sợi acrylic được xử lý đặc biệt,có đường kính 3mm và chiều dài khoảng 100mm giá thé sợi len được gia công nhưgiá thê bio-fringe, cả hai đêu có bê mặt thô nhám có độ xôp giúp cho bùn bám vàogiá thể

Bảng 2.4 Bang so sánh giá thể sợi len và giá thể bio-fringeSTT | Thông số Soi acrylic Soi len1 Hinh anh

2 Truc dac Poalvecter Poalvecter