Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng mô hình Stick-Bed và Swim-Bed

Thu nhập, tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiện về xử lý loại bỏ nitơ, phospho trong nước thải cũng như các công trình đã áp dụng trên toàn thế giới để có cơ sở và phương hướng nghiê

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG MÔ HÌNH

STICK – BED VÀ SWIM – BED

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM

1 GS.TS LÂM MINH TRIẾT (CT) 2 TS NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG (TK) 3 TS ĐẶNG VIẾT HÙNG (PB1)

4 TS NGUYỄN THẾ VINH (PB2) 5 PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG (UV) Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Khoá : 2011

1- TÊN ĐỀ TÀI: nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng mô hình Stick – bed và Swim – bed

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Phospho, SS có trong nước thải chế biến thuỷ sản của mô hình theo từng tải trọng khác nhau

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/07/2012 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/12/2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PSG.TS Nguyễn Tấn Phong,

TS Đặng Vũ Bích Hạnh

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

  

 

PGS TS Nguyễn Tấn Phong TS Đặng Vũ Bích Hạnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

 

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Độc Lập ‐ Tự Do ‐ Hạnh Phúc 

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, tôi chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Tấn Phong đã tận tình hướng dẫn, tài trợ kinh phí thực hiện từ khi đề tài được giao cho đến khi hoàn thành

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, các Cô tại Khoa Môi Trường, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh; những kiến thức quý báu mà các Thầy, các Cô đã truyền đạt là nền tảng vững chắc cho tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin cảm ơn các Anh, các Chị tại phòng Thí nghiệm Khoa Môi Trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài khi mô hình thí nghiệm được hoạt động tại đây

Bên cạnh đó, chân thành cám ơn bạn Duy, Hiền đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình vận hành và phân tích kết quả của mô hình thí nghiệm

Cuối cùng, xin cảm ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình của tôi, những người đã luôn ở bên tôi, hỗ trợ và động viên để tôi có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập

Chân thành cảm ơn!

TP.HCM, Ngày 02 tháng 1 năm 2013

Mai Thành Luân

TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thuỷ sản bằng mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed Mô hình được thiết kế bao gồm 4 bể: bể kỵ khí, bể thiếu khí và bể hiếu khí, mỗi bể có thể tích 10 lít sau cùng là bể lắng với thể tích 2,5 lít Bể kỵ khí và bể thiếu khí sử dụng công nghệ Stick – bed với BioFix làm giá thể, còn bể hiếu khí sử dụng công nghệ Swim – bed dùng giá thể BioFringe Nước thải nghiên cứu được lấy từ chợ cá Tân Chánh Hiệp, Quận 12, thành phố Hồ Chí Minh Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2012 tại phòng thí nghiệm Công nghệ môi trường, khoa môi trường, Đại học Bách Khoa tp.Hồ Chí Minh

Mô hình được vận hành chạy thích nghi trong thời gian 30 ngày với tải trọng COD từ 1,5 – 2 kgCOD/m3.ngày Sau đó tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với chất hữu cơ, ammonia, quá trình nitrate hoá, khử nitrate và quá trình loại bỏ phospho trong nước thải theo các tải trọng COD từ 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 kgCOD/m3.ngày

Kết quả quá trình thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý COD là trên 95%, SS trên 93% Hiệu suất xử lý phospho của hệ thống chưa cao chỉ hơn 43%, với nồng độ đầu ra thấp nhất là 7,5 mg/l Khả năng xử lý TKN trên 79% và ammonia trên 65%, tuy nhiên nồng độ ammonia đầu ra còn khá cao khoảng 37,3 mg/l nên chưa đạt tiêu chuẩn để xả thải

ABSTRACT

The thesis is about the research on the capability of aquatic wastewater treatment by combined model between “Swim – bed” and “Stick – bed” The pilot – scale is designed with 4 tanks: anaerobic tank, anoxic tank and aerobic tank which has 10 litres volume each and the last is the settling tank with 2,5 litres volume Anaerobic tank and anoxic tank use Stick – bed technology with Biofix material as biomass carrier, whilst aerobic tank uses Swim – bed technology using BioFringe material as biomass carrier wastewater was taken from the Tan Chanh Hiep fish market, Dist 12, HCMC The research was conducted from the July to December of 2012 at The Environmental Techonology laboratory, Environment Faculty, HCMC University of Techonology

The pilot – scale was run to adapt in 30 days with loading capacity COD from 1,5 -2 kg COD/m3.day Then it was taken to evaluate the efficiency of the model to removal organic, ammonia, nitrification, denitrification and phosphorus in the wastewater with different loading capacity COD: 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 kgCOD/m3.day

The result of the experimentation shows that the removal effectivity of COD is more than 95%, SS more than 93% The removal effectivity of processing phosphor of the system is not high, just more than 43%, with the lowest output concentration is 7,5 mg/l The capability of removal TKN is more than 79% and ammonia more than 65%, but the output ammonia concentration is quite high, approximately 37,3 mg/l so it is not qualified enough to dismiss to environment.

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 6 

1.4 Nội dung nghiên cứu 6 

1.5 Phương pháp nghiên cứu 6 

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu hồi cứu 6 

1.5.2 Phương pháp phân tích 6 

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình 7 

1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu và nhận xét 7 

1.6 Tính mới của đề tài 7 

1.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 7 

2.1.2 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản 10 

2.2 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải thuỷ sản 11 

2.2.1 Phương pháp cơ học 11 

2.2.2 Phương pháp hoá lý 12 

2.2.3 Các phương pháp sinh học 13 

2.2.4 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải 16 

2.2.5 Một số quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng 25 

2.2.6 Một số nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản 27 

2.3 Tổng quan về Swim – bed BioFringe và Stick – bed BioFix 28 

2.3.1 Tổng quan về Swim – bed BioFringe 28 

2.3.2        Tổng quan về Stick bed – BioFix 31 

2.3.3 Các quá trình xử lý trong mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed 32 

2.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình Swim – bed và Stick – bed trong và

ngoài nước 36 

2.4.3 Nghiên cứu trong nước 36 

2.4.4 Nghiên cứu ngoài nước 38 

CHƯƠNG 3 42

NỘI DUNG VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 42

3.1. Đối tượng nghiên cứu 42 

3.2. Mô hình nghiên cứu 42 

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống 42 

3.2.2 Thuyết minh hoạt động của mô hình 44 

3.2.3 Cấu tạo mô hình chi tiết 46 

3.2.4 Chi tiết các giá thể Biofix và BioFringe trong mô hình 47 

3.3 Phương pháp lấy mẫu, phân tích và xử lý số liệu 48 

3.3.1 Phương pháp lấy mẫu 48 

3.3.2 Phương pháp phân tích 48 

3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 49 

3.4 Nội dung thí nghiệm 52

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 54

4.1 Giai đoạn thích nghi của mô hình 54 

4.2 Giai đoạn khảo sát chính 59 

4.2.1 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý COD 59 

4.2.2 Khả năng xử lý Nitơ 63 

4.2.3 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý TKN 66 

4.2.4 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý phospho 68 

4.2.5 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý SS 70 

4.2.6 Hiệu quả duy trì MLSS trong quá trình nghiên cứu 71 

4.2.7 So sánh hiệu suất qua các tải trọng khác nhau của mô hình 72 

CHƯƠNG 5 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

5.1 Kết luận 73 

5.2 Kiến nghị 74 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU 77

PHỤ LỤC 78 

 

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóaCOD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn

hoạt tính MLVSS Mixed Liquor VolatileSuspended Solids Cặn bay hơi của hỗn hợp bùn

hoạt tính

SS Suspended Solids Chất rắn lơ lửng SVI Sludge Volumn Index Chỉ số thể tích bùn lắng TKN Total Kjendahl Nitrogen Tổng nitơ Kjendahl

TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn HRT Hydraulic Retention Time Thời gian lưu nước SRT Sludge Retention Time Thời gian lưu bùn PAOs Phosphate Accumulation Organisms Vi sinh vật tích luỹ phospho VFAs Volatile Fatty Acids Acid béo dễ bay hơi

DANH MỤC BẢNG

 

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích 47 Bảng 4.1 kết quả phân tích trung bình các chỉ số giai đoạn thích nghi

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm trung bình của giai đoạn thích nghi

Bảng 4.3 Chỉ số SVI của bùn trong giai đoạn thích nghi 55 Bảng 4.4 tải trọng COD trung bình đưa vào mô hình và hiệu suất xử lý

Bảng 4.5 hiệu quả xử lý ammonia trung bình trong các tải trọng khác nhau 62 Bảng 4.6 Hiệu quả xử lý TKN trung bình theo từng tải trọng 66 Bảng 4.7 Hiệu quả xử lý phospho trung bình của mô hình qua từng tải trọng 67 Bảng 4.8 Hiệu quả xử lý SS trung bình của mô hình qua từng tải trọng 69 Bảng 4.9 Nồng độ MLSS trong các bể phản ứng theo từng tải trọng 70 Bảng 4.10 Chỉ số SVI trung bình trong các trường hợp nghiên cứu 70

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.3 sơ đồ công nghệ của phương pháp kênh ôxy hoá tuần hoàn 25

Hình 2.5 Hình vật liệu bám dính BioFringe trước và sau khi bám bùn 28

Hình 2.7 Sơ đồ diễn tả 4 giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí 32 Hình 2.8 Quá trình chuyển hoá nitơ trong nước bởi vi sinh vật 34 Hình 2.9 Mô hình thí nghiệm của Joseph D Rouse 38 Hình 3.1 sơ đồ nguyên lý của hệ thống mô hình thực nghiệm 41

Hình 4.1 Chỉ số SVI của bể hiếu khí trong giai đoạn thích nghi 55 Hình 4.2 Khả năng xử lý COD của mô hình trong giai đoạn thích nghi 56 Hình 4.3 Hiệu suất của mô hình và của bể kỵ khí 56

Hình 4.5 Nồng độ đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý của bể hiếu khí 60 Hình 4.6 Các thông số xử lý COD của toàn bộ hệ thống 61 Hình 4.7 Hiệu suất xử lý COD của mô hình qua từng giai đoạn 61 Hình 4.8 Hiệu suất xử lý ammonia và các thông số đầu vào đầu ra của hệ thống 63 Hình 4.9 Hiệu quả xử lý nitrate và các chỉ số đầu vào đầu ra của hệ thống 65 Hình 4.10 Hiệu quả xử lý TKN của hệ thống và các thông số đầu vào, đầu ra 66 Hình 4.11 Hiệu quả xử lý phospho của mô hình 68

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của các chỉ tiêu khác nhau trong từng tải

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu

Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp phát triển khá mạnh ở khu vực phía Nam Nó mang lại những lợi ích to lớn về kinh tế, xã hội Đây là ngành quan trọng trong xuất khẩu của Việt Nam, ước tính năm 2010 kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản lên tới 5 tỷ USD Do đặc trưng của ngành phải sử dụng lượng nước lớn trong quá trình chế biến nên nước thải với lưu lượng lớn, nồng độ chất ô nhiễm cao Nếu nước thải này không được xử lý và thải trực tiếp ra môi trường sẽ tác động xấu đến sức khoẻ cộng đồng, chất lượng môi trường và có thể gây mất cân bằng sinh thái

Thông thường để kiểm soát tải trọng hữu cơ thường sử dụng công nghệ xử lý truyền thống như các quá trình bùn hoạt tính hoặc những cải tiến đòi hỏi nhu cầu về năng lượng, chi phí và kỹ thuật vận hành cao Trong khi đó đa số các nước đang phát triển lại thiếu thốn về nguồn năng lượng và kỹ thuật Bể phản ứng kỵ khí luôn được ưu tiên chọn lựa vì nó là một công nghệ sinh học tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành thấp và không cần kỹ thuật vận hành cao và có khả năng xử lý được những nguồn nước có tải trọng hữu cơ cao

Từ những tình hình thiết thực đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp dành cho xử lý nước thải chế biến thủy sản nhằm giải quyết cả hai vấn đề là bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền

vững là rất cần thiết Đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản

bằng mô hình Stick – bed và Swim – bed” được thực hiện nhằm tìm ra một phương

pháp có tính ứng dụng thực tiễn được áp dụng cho ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu: Nước thải có thành phần chất hữu cơ cao và giàu chất dinh dưỡng

- Đối tượng nghiên cứu cụ thể: nước thải thuỷ sản được thu thập từ chợ Tân Chánh Hiệp, quận 12, TP.HCM

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Xác định khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Phospho và SS trên mô hình - Chọn thông số tối ưu cho việc vận hành mô hình

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu hồi cứu

Tham khảo, tổng hợp số liệu về thành phần tính chất nước thải công nghiệp theo các tài liệu trong và ngoài nước Tìm hiểu nghiên cứu các công nghệ xử lý nước thải, những nghiên cứu đã được thực hiện trong và ngoài nước

Thu nhập, tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiện về xử lý loại bỏ nitơ, phospho trong nước thải cũng như các công trình đã áp dụng trên toàn thế giới để có cơ sở và phương hướng nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam

1.5.2 Phương pháp phân tích

Các chỉ tiêu lý hoá được phân tích trong suốt quá trình nghiên cứu Các chỉ tiêu nghiên cứu cụ thể như: pH, COD, NO2-, NO3-, TKN, TP, MLSS, NH4+ được xác định trong nghiên cứu

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình

Mô hình nghiên cứu được xây dựng bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều kiện sinh trưởng cũng như hoạt động của vi sinh trong nghiên cứu Nước thải thực cung cấp chạy cho mô hình nghiên cứu Các mẫu phân tích được lấy từ mô hình, phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu

1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu và nhận xét

Từ số liệu thô tính toán hiệu suất xử lý, hiệu suất chuyển hoá của các quá trình, vẽ đồ thị, đưa ra những phân tích, nhận xét đánh giá và kết luận

1.6 Tính mới của đề tài

Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp trong đó có ngành chế biến thuỷ sản Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed với 2 loại vật liệu mang là BioFringe (mô hình Swim – bed) và BioFix (mô hình Stick – bed) là hoàn toàn mới

1.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

1.7.1 Tính khoa học

Toàn bộ kết quả của đề tài được rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học rõ ràng, xứ lý số liệu thông qua quy hoạch thực nghiệm và các phương pháp thống kê toán học nên đảm bảo tính khoa học của đề tài

1.7.2 Tính thực tiễn

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cơ sở lựa chọn công nghệ cho xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THUỶ SẢN VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED 2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

Nguyên liệu thôRã đông

Sản phẩm tươi

Phân cỡ, loại Làm sạch và

kiểm tra

Đóng gói, hộpSơ chế

Rửa

Bảo quản

Nước thảiThành phẩm

2.1.2 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản

Thành phần, tính chất của nước thải thủy sản phụ thuộc vào quy trình, công nghệ chế biến thủy sản và loại động vật thủy sản Những vấn đề môi trường chính có liên kết với quá trình chế biến thủy sản là việc sử dụng nhiều nước, tiêu thụ năng lượng, và việc sinh ra nước thải có nồng độ hữu cơ cao do sự tồn tại của dầu, protein và SS Nước thải cũng có thể chứa phospho, nitrate và clo cao Nước thải có mức độ ô nhiễm cao do trong thời gian chất thải ở dạng rắn tiếp xúc với nước chứa máu và chất béo, nước được sử dụng để rửa và bôi trơn máy

Việc lọc bỏ da những loại cá nhiều mỡ thải ra khối lượng dầu lớn vào trong nước thải Quy trình lọc bỏ da đóng góp khoảng 1/3 tổng số lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải của quá trình róc xương cá Tỷ lệ và đặc điểm của quy trình gây ra nước thải phụ thuộc nhiều vào quá trình sản xuất

Dựa vào quy trình sản xuất, nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt Cả ba loại nước thải trên đều có tính chất gần tương tự nhau Trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả Nước thải của phân xưởng chế biến thuỷ sản có hàm lượng COD dao động trong khoảng từ 300- 3000 (mg/L), giá trị điển hình là 1500 (mg/L), hàm lượng BOD5 dao động từ 300-2000 (mg/L), giá trị điển hình là 1000 (mg/L) Trong nước thường có các vụn thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200-1000 (mg/L), giá trị thường gặp là 500 (mg/L) Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ 50-200 (mg/L), giá trị điển hình là 30 (mg/L)

Ngoài ra, trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các acid béo không bảo hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân làm việc Đối với các công ty

thủy sản có sản xuất thêm các sản phẩm khô, sản phẩm đóng hộp thì trong dây chuyền sản xuất sẽ có thêm các công đoạn nướng, luộc, chiên thì trong thành phần nước thải sẽ có chất béo, dầu

Nước thải từ những nhà máy chế biến thủy sản có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều so với những tiêu chuẩn của nước thải công nghiệp B đối với ngành nuôi trồng thủy sản (QCVN 11 : 2008/BTNMT), ví dụ BOD5 cao hơn từ 10 – 20 lần so với tỉ lệ cho phép, và COD cao hơn từ 9 – 15 lần Tổng lượng Ni-tơ gần như ngang bằng với tỷ lệ tiêu chuẩn hoặc hơn khoảng 7 lần, chỉ số P cao hơn khoảng 5 – 7 lần, dầu: cao hơn 10 – 150 lần so với tỉ lệ cho phép Tuy nhiên, đáng chú ý là mức độ cao nhất trong các công đoạn chế biến thủy sản bằng với tỷ lệ ô nhiễm trung bình của nước thải trong những ngành công nghiệp khác, ví dụ như ngành dệt và may mặc, ngành thuộc da, và giày dép, v.v

Dựa trên nghiên cứu và những số liệu về tỷ lệ ô nhiễm của nước thải của ngành chế biến thủy sản, phân lượng vi sinh vật như Coliform cao hơn 100 – 200 lần so với tỷ lệ cho phép, vì nước thải từ việc chế biến thủy sản có phân lượng protein, lipid cao, và là môi trường ưa thích cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt trong khí hậu nóng ẩm của Việt Nam Trong những công ty chế biến thủy sản đông lạnh, có 1 lượng nhỏ Clo được sử dụng để rửa nhà xưởng Tuy nhiên, thành phần nước thải chế biến thủy sản chênh lệch lớn giữa các quy trình chế biến và nguồn nguyên liệu chế biến

2.2 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải thuỷ sản

Nước thải chế biến thuỷ sản nhìn chung có nhiều dầu mỡ, cặn lơ lửng, chất dinh dưỡng và nồng độ chất hữu cơ cao Công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản thường phải kết hợp nhiều quá trình để xử lý đạt yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra: phương pháp cơ học, hoá lý và sinh học

2.2.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học sử dụng trong xử lý nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là các hệ thống lọc, tách rác thô, dầu mỡ

Cặn rác có trong nước thải giết mổ phần lớn là do vẩy cá, vây cá, thịt vụn, phân cá… Nếu không loại bỏ các thành phần này sẽ gây ảnh hưởng lớn đến hệ thống xử lý như bơm, đường ống Thiết bị tách cặn, rác thường dùng là các song chắn rác thủ công hay máy tách rác

Ngoài ra, trong nước thải còn có các thành phần dầu mỡ không tan trong nước, lâu ngày sẽ phân huỷ tạo mùi hôi thối, đóng váng trong đường ống, gây tắc nghẽn ống hoặc chiếm diện tích mặt thoáng của các bể xử lý làm ảnh hưởng đến các quy trình xử lý sinh học phí sau

2.2.2 Phương pháp hoá lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải Các quá trình thường được áp dụng trong xử lý nước thải chế biến thuỷ sản là: keo tụ, tạo bông, tuyển nổi…

Keo tụ tạo bông

Phương pháp sử dụng một số hoá chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn, dễ lắng hơn, qua đó loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải

Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nước thải cũng như tính chất của chất cần loại bỏ Trong một số trường hợp các chất phụ trợ có tác dụng điều chỉnh pH của nước thải tới mức pH tối ưu cho quá trình keo tụ và tạo bông

Ở một vài trường hợp phương pháp này cho phép loại bớt màu của nước thải nếu có kết hợp với vài chất phụ trợ khác

Tuyển nổi

Đây là phương pháp được áp dụng khá rộng rãi nhằm loại các chất rắn lơ lửng mịn, dầu mỡ ra khỏi nước thải Phương pháp tuyển nổi thường được áp dụng trong xử lý nước thải có chứa nhiều dầu mỡ

Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và được áp dụng trong quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện Các chất lơ lửng, dầu, mỡ sẽ được đưa lên bề mặt nước qua lực nâng của các bọt khí

Một số phương pháp tuyển nổi thông thường là: - Tuyển nổi chân không

- Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hoà tan) - Tuyển nổi cơ giới

- Tuyển nổi với cung cấp không khí qua các vật liệu xốp - Tuyển nổi điện

- Tuyển nổi sinh học - Tuyễn nổi hoá học - Trong đó phương pháp tuyển nổi bằng khí tan thường được áp dụng nhiều hơn

2.2.3 Các phương pháp sinh học

Bản chất của quá trình xừ lý chất ô nhiễm trong nước thải bằng phương pháp sinh học là tận dụng khả năng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Có thể chia vi sinh vật thành 3 nhóm và tương ứng thành 3 phương pháp xử lý sinh học như sau:

- Phương pháp hiếu khí (aerobic) - Phương pháp kỵ khí (anaerobic) - Phương pháp thiếu khí (anoxic)

Các phương pháp hiếu khí (aerobic)

Nguyên tắc của phương pháp xử lý hiếu khí là vi sinh vật sống trong điều kiện bắt buộc phải có oxi hoà tan đồng thời phân huỷ, sử dụng các chất hữu cơ làm chất dinh dưỡng cho cơ thể, qua đó làm giảm đi nồng độ chất hữu cơ trong nước thải Điều này được thể hiện khái quát qua công thức sau:

Chất hữu cơ + vi sinh vật + O2 Æ H2O + CO2 + sinh khối + chất vô cơ ổn định

Các phương pháp xử lý hiếu khi thường được sử dụng: - Phương pháp bùn hoạt tính (activated sludge)

- Phương pháp phân huỷ sinh học đệm cố định (fixed bed bioreactor) - Phương pháp phân huỷ sinh học đệm lơ lửng (moving bed bioreactor) - Phương pháp lọc sinh học (trickling filter)

Các phương pháp kỵ khí (anaerobic)

Thường được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ các chất hữu cơ đậm đặc (BOD từ 10.000 - 20.000 mg/l) hoặc loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí thường xảy ra theo 2 quá trình chính:

Quá trình lên men acid:

Thuỷ phân và chuyển hoá các sản phẩm thuỷ phân (như acid béo, đường…) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí carbonic (CO2)

Quá trình lên men methan :

Phân huỷ các chất hữu cơ thành khí methan (CH4) và cacbonic (CO2)

Chất hữu cơ + Vi sinh vật Æ CH4 + H2O + CO2 + Sinh khối (trong quá trình phân huỷ kỵ khí thường kéo theo các sản phẩm như: N2, H2,H2S,NH3, indol, mecaptan)

Các phương pháp kỵ khí thường hay sử dụng : - Kỵ khí kiểu tiếp xúc (Anaerobic Contact) - Bể phản ứng kỵ khí có đệm dãn (Fluidized Bed) - Kỵ khí kiểu đểm bùn dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Các quá trình thiếu khí (anoxic)

Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh dưỡng như Nitơ và Phospho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trong nước bề mặt, ra khỏi nước thải

Nguyên tắc là trong điều kiện thiếu oxy hoà tan (hàm lượng ô xy hoà tan trong hệ thống xử lý được giữ ở mức xấp xỉ 1 mg/L), việc khử nitrate hoá sẽ xảy ra :

NO3- Æ NO2NO2- + chất hữu cơ ÆN2 + CO2 + H2O

-Trong thực tế, tuỳ thuộc vào đặc trưng nước thải, điều kiện mặt bằng, kinh phí, tiêu chuẩn thải,… có thể chọn một hoặc nhiều phương pháp kết hợp để xây dựng một công trình xử lý nước thải thích hợp và có hiệu quả cao

2.2.4 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải

Xử lý chất dinh dưỡng là một chủ đề mà nó minh chứng cho tầm quan trọng trong thiết kế của hệ thống bùn hoạt tính.Chất dinh dưỡng được nói đến ở đây là nitơ và phospho trong nước thải Ở nhiều vùng, xử lý chất dinh dưỡng được chú ý đến giải pháp xử lý trong những dự án mới và những hệ thống xử lý cũ thì được cải tạo nhằm để xử lý chất dinh dưỡng

Thông thường thì việc xử lý nitơ và phospho tuỳ thuộc vào khoảng rộng của mục đích xử lý, đầu ra sau cùng và chất lượng nước của nguồn tiếp nhận Ở một số nơi nhạy cảm như hồ tự nhiên, hồ nhân tạo và cửa sông đến vấn đề phù dưỡng hoá thì việc

loại bỏ chất dinh dưỡng thì hết sức cần thiết quan tâm (Marcos von Sperling, 2005)

2.2.4.1 Quá trình nitrate hoá

Vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng chịu trách nhiệm nitrate hoá trong bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học Nitrate hoá là quá trình 2 bậc gồm có 2 nhóm vi khuẩn.Trong bậc thứ nhất, ammonia sẽ oxy hoá thành nitrite bời một nhóm vi khuẩn tự dưỡng Trong bậc thứ hai, nitrite sẽ oxy hoá thành nitrate bởi nhóm vi sinh vật tự dưỡng Hai nhóm vi khuẩn thường quan tâm đối với vi khuẩn nitrate hoá trong nước thải là vi

khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter, 2 nhám vi khuẩn này oxy hoá ammonia

thành nitrite và sau đó thành nitrate tương ứng

Đẳng lượng của nitrate hoá sinh học

Quá trình oxy hoá ammonia thành nitrite xảy ra theo hai bậc như sau :

Vi khuẩn Nitrosomonas

2NH4+ + 3O2 Æ 2NO2- + 4H+ + 2H2O (1)

Vi khuẩn Nitrobacter

2NO2- + O2 Æ 2NO3- (2)

Tổng phản ứng oxy hoá

NH4+ + 2O2 Æ NO3- + 2H+ + 2H2O Phương trình (1) và (2) tạo ra năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào vi sinh vật

Dựa trên tổng phản ứng oxy hoá ở trên, nhu cầu oxy cần cho oxy hoá hoàn toàn ammonia là 4.57 gO2/g N oxy hoá, với 3.43gO2/g được sử dụng cho tạo nitrite và 1.14gO2/g NO2 bị oxy hoá Khi sự tổng hợp được xem xét, thì lượng oxy yêu cầu thấp hơn 4.57 gO2/g N do oxy thu nhập được từ sự cố định CO2 và nitơ vào trong tế bào sinh khối

Bỏ qua màng tế bào, lượng kiềm cần để thực hiện phản ứng có thể được ước lượng như sau:

NH4+ + 2HCO3- + 2O2 ÆNO3- + 2CO2 + 3H2O Trong phương trình trên mỗi gam nitơ ammonia dược chuyển hoá thì cần 7.14g kiềm (CaCO3)[2x (50g CaCO3/eq)/14]

Cùng với năng lượng thu được, một phần ion amoni dược đồng hoá vào trong màng tế bào Phản ứng tổng hợp sinh khối có thể trình bày như sau:

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O Æ C5H7O2N + 5O2 Công thức hoá học C5H7O2N được sử dụng để mô tả sự tổng hợp tế bào vi khuẩn

NH4+ +1.863O2 + 0.098CO2 Æ0.0196 C5H7O2N + 0.98NO3- + 0.0941H2O + 1.98H+

Từ phương trình nên thấy rằng đối với mỗi gam nitơ ammonia dược chuyển hoá thì sử dụng 4.52 g O2, 0.16 g tế bào mới được hình thành, 7.07 g kiềm CaCO3 bị loại bỏ và 0.08g carbon vô cơ được sử dụng trong quá trính hình thành tế bào mới

Quá trình oxy hoá carbon và nitrate hoá có thể xảy ra trong cùng một công trình đơn vị hay trong hai công trình riêng biệt Điều này còn phụ thuộc vào tỷ số BOD5/TKN Theo U.S.EPA: khi chỉ số BOD5/TKN 5 thì quá trình oxy hoá carbon và nitrate ở dạng kết hợp, khi chỉ số BOD5/TKN 3 thì hai quá trình oxy hoá này được tách riêng

Kdn: Hệ số phân huỷ nội bào cho vi khuẩn nitrate hoá, gVSS/gVSS Khoảng dao động của tốc độ tăng trưởng riêng tối đa cũng như nhiệt độ hoạt động, nhiệt độ 200C,μnm khác nhau từ 0.25 đến 0.77 gVSS/gVSS (Randall el al, 1992)

Khoảng dao động của tốc độ tăng trưởng nitrate hoá có thể do sự hiện diện cơ chất gây

ức chế trong nước thải Trong tất cả mọi trường hợp, giá trị μnm đối với vi khuẩn nitrate hoá nhiều hơn so với giá trị cuả những vi khuẩn dị dưỡng Giá trị SRT đặc trưng có thể từ 10 đến 20 ngày ở 100C, 4 đến 7 ngày ở 200C Ở nhiệt độ lớn hơn 280C sẽ xem xét cả động học oxy hoá ammonia và nitrite Ở nhiệt độ cao, tuỳ theo sự thay đổi động học oxy hoá N-NH4+ và N-NO2- sẽ tích luỹ ở giá trị SRT lâu

Đối với hệ thống nitrate hoá bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn được thích nghi hoàn toàn, ở 250C với dự hiện diện đủ DO, nồng độ N – NO2- có thể thấp hơn 0.1mg/l so với nồng độ N – NH4+ trong khoảng 0.5 – 1 mg/l Tuy nhiên trong thời gian đầu của quá trình nitrate hoá, nồng độ N – NO2- sẽ lớn hơn nồng độ N – NH4+ , do sự phát triển của vi khuẩn oxi hoá ammonia thành nitrite

Nồng độ DO ảnh hưởng đến tốc độ nitrate hoá trong hệ thống bùn hoạt tính Trái ngược với những vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng phân huỷ hợp chất hữu cơ, tốc độ nitrate hoá làm tăng nồng độ DO lên khoảng 3 – 4 mg/l Để giải thích ảnh hưởng của DO đến quá trình chuyển hoá, biểu thức tốc độ tăng trưởng có thể được thể hiện như sau:

Trong đó:

DO: Nồng độ oxy hoà tan K0: Hệ số bán bão hoà đối với DO, mg/l Quá trình khử nitrate

Khử nitrate, là bước thứ 2 theo sau quá trình nitrate hoá, là quá trình khử nitrate – nitrogen thành khí nitơ trong môi trường thiếu khí và đòi hỏi một chất cho electron hữu cơ hoặc vô cơ

Khử nitrate xảy ra trong quá trình sinh học theo 2 cách là quá trình đồng hoá và dị hoá Qúa trình đồng hoá bao gồm sự khử nitrate thành ammonia sử dụng cho tổng hợp tế bào Chúng xảy ra khi N-NH4+ không có sẵn và không phụ thuộc vào nồng độ DO Dị hoá khử nitrate hoặc khử nitrate sinh học kết hợp là một chuỗi chuyển hoá điện tử và nitrate hoặc nitrite được sử dụng như là chất nhận điện tử cho việc oxy hoá hợp chất hữu cơ khác hoặc chất cho điện tử vô cơ

Phần lớn vi khuẩn khử nitrate là vi khuẩn dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho tổng tổng hợp tế bào từ các chất hữu cơ Có hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:

• Phương trình sinh hoá của quá trình khử nitrate hoá sinh học: tuỳ thuộc vào chất nền chứa carbon và nguồn nitơ sử dụng

- Phương trình năng lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron 6 NO3- + 5 CH3OH Æ 5 CO2 + 3 N2 + 7 H2O + 6 OH-

Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối: NO3- + 1,08 CH3OH + 0,24 H2CO3 Æ 0,056 C5H7O2N + 0,47 N2 + 1,6 H2O + HCO3-

- Phương trình năng lượng sử dụng methanol, ammonia – N làm chất nhận điện tử:

NO3- + 2,5 CH3OH + 0,5 NH4+ + 0,5 H2CO3 Æ 0,5 C5H7O3N + 0,5 N2 + 4,5 H2O + 0,5 HCO3-

Sử dụng methanol làm nguồn carbon chuyển nitrate thành khí nitơ: nhu cầu oxy giảm 2,86g/g nitrate bị khử

Độ kiềm (CaCO3) sinh ra là 3,57g/g nitrate bị khử, nếu nitrate là nguồn nitơ cho tổng hợp tế bào Còn nếu ammonia có sẵn, độ kiềm sinh ra thấp hơn từ 2,9 – 3 g/l CaCO3/g nitrate bị khử

• Nhu cầu chất nền:Quá trình nitrate hoá đòi hỏi cung cấp cả nguồn carbon có thể phân huỷ sinh học và nitrate Điều này có thể thực hiện bằng cách sau:

Sử dụng BOD nước thải chứa carbon làm nguồn carbon có thể phân huỷ thực hiện bằng cách:

- Tuần hoàn lại phần lớn lượng nước sau khi nitrate hoá đến vùng thiếu khí của đầu hệ thống

- Dẫn một phần nước thải thô đầu vào hay đầu ra sau xử lý sơ bộ vào vùng chứa nitrate

- Sử dụng nguồn carbon của tế bào trong quá trình hô hấp nội sinh Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự tiêu thụ chất nền trong quá trình khử nitrate hoá sinh học như sau:

- Nồng độ chất nhận điện tử như nitrate, nitrite, DO và sulfate Sự hiện diện của DO phải loại trừ bớt trước khi tiến hành khử nitrate hoá

- Bản chất tự nhiên của chất cho điện tử: Hợp chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng làm nguồn electron cho trao đổi năng lượng cũng như nguồn carbon cho tổng hợp tế bào

- Phạm vi phản ứng khử nitrate hoá Việc thiếu chất cho electron làm cho quá trình chuyển đổi bị ngưng

- Ảnh hưởng của tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hoá đến nhu cầu chất cho electron

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử Nitrate

- Dạng và nồng độ chất nền chứa carbon: Chất nền chứa carbon hoà tan, phân huỷ sinh học nhanh thúc đẩy tốc độ khử nitrate nhanh nhất

- Nồng độ DO: quá trình khử nitrate diễn ra trên bể thiếu khí nên sự hiện diện DO

ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của quá trình Điển hình là loài Pseudomonas

bị ức chế ở nồng độ DO >0,5 mg/l Khử nitrate bị giảm hiệu suất xuống còn 10% so với nồng độ DO <0,5 mg/l khi nồng độ DO là 2 mg/l

- Độ kiềm và pH: Độ kiềm tạo ra trong phản ứng khử nitrate làm tăng nhẹ pH, thay vì bị giảm trong phản ứng nitrate hoá Trái ngược với vi khuẩn nitrate hoá, người ta ít quan tâm đến ảnh hưởng của độ pH lên tốc độ khử nitrate Vi khuẩn khử nitrate phát triển tốt ở pH từ 6,5 – 8,8

- Thời gian lưu bùn: Lượng nitrate khử được và lượng chất nền chứa carbon phụ thuộc vào thời gian lưu bùn (SRT) SRT lâu hơn, phần electron trong chất nền (chất cho electron) sẽ đi đến chất nhận nhiều hơn đi vào sinh khối dẫn đến lượng nitrate sẽ bị khử nhiều hơn

2.2.4.2 Phương pháp sinh học loại bỏ phospho

Phospho trong nước thải tồn tại ở nhiều dạng như: ortho–phospho, polyphosphate và các hợp chất phospho hữu cơ Các phản ứng liên quan đến quá trình

tích luỹ phospho trong nước (Pattarkine và Randall, 1999):

Sự phân giải phospho của quá trình thiếu khí bởi vi sinh vật tích luỹ phosphate (PAOs – Phosphate Accumulating Organisms):

PAOs + stored polyphosphate + Mg2+ + K+ + glycogen + VFA Æ PAOs + stored biopolymers + Mg2+ + K+ + CO2 + H2O + PO43- (phân giải)

Hấp thụ phospho của quá trình sinh học hiếu khí:

PAOs + stored biopolymers + Mg2+ + K+ + O2 (hoặc NO3-) + PO43- Æ PAOs + polyphosphate + Mg2+ + K+ + glycogen + CO2 + H2O (hấp thụ)

Khi các vi sinh vật tích luỹ phosphate (PAOs) phát triển thì hiệu quả xử lý phospho sẽ gia tăng và PAOs là nhân tố đầu tiên cho quá trình thiếu khí và sau đó là quá trình hiếu khí Trong điều kiện thiếu khí, vi khuẩn sẽ bẻ gãy các liên kết năng lượng của polyphosphate để tạo thành PO43-, đồng thời tiêu thụ chất hữu cơ ở dạng acid béo dễ bay hơi (VFAs) hoặc các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học VFAs bao gồm các hợp chất acid carbocylic mạch ngắn như acetic, propionic, butyric và valeric Khi các vi khuẩn này tiếp tục qua điều kiện hiếu khí, chúng sẽ giữ lại phân tử polyphosphate Quá trình tích luỹ phosphate vào tế bào vi khuẩn sẽ làm giảm nồng độ phosphate trong nước đầu ra Khi hệ vi sinh vật được loại bỏ thì phosphate cũng được loại bỏ theo

Theo WEF và ASCE (1998), khi các hợp chất PAOs được tiếp xúc với môi trường thiếu khí theo sau bởi 1 vùng hiếu khí thì hiệu quả khử phospho cao gấp 2,5 đến 4 lần so với quá trình bùn hoạt tính thông thường

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử phospho

Acid béo dễ bay hơi có sẵn trong nước thải

Yếu tố quan trọng để mang lại hiệu quả cho việc khử phospho đó là sự tương đối của chất hữu cơ mà PAOs sử dụng Nếu tỷ lệ giữa VFAs hoặc COD dễ phân huỷ sinh học và ortho – phosphate không thích hợp thì quá trình khử phospho không hiệu quả Theo McGrath (2005), WEF và ASCE (2006) thì tỷ lệ COD:P tối thiểu là 45 hoặc BOD5:P tối thiểu là 20 thì đạt được giới hạn là 1 mgP/l Còn theo Barnard (2005) thì tỷ lệ thích hợp để loại bỏ phospho bằng phương pháp sinh học là COD:P là 15 Ở vùng thiếu khí COD dễ phân huỷ sinh học sẽ chuyển thành VFAs và PAOs sẽ tiêu thụ chúng Neethling (2005) đã xác định tỷ số thích hợp VFA : P ≥4 để quá trình loại bỏ phospho hiệu quả

Nhiệt độ

Theo Lindeke (2005), quá trình loại bỏ phospho không bị ảnh hưởng một cách rõ ràng bởi nhiệt độ, tuy nhiên quá trình lên men sẽ chậm lại khi nhiệt độ thấp Do đó khi nhiệt độ thấp sự tạo thành VFAs bị hạn chế dẫn tới quá trình khử phospho kém hiệu quả hơn Trong nghiên cứu của Paswad (2003) và Rabinowitz (2004) thì nhiệt độ cao quá 300C sẽ ảnh hưởng tới quá trình tích luỹ phospho và quá trình này bị ức chế hoàn toàn khi nhiệt độ vượt quá 400C

Thời gian lưu bùn

Hiệu quả xử lý phospho tốt nhất với thời gian lưu bùn trong khoảng 12 – 16 ngày ở nhiệt độ 50C – 100C Theo Erdal (2002) thì thay đổi SRT trong khoảng từ 12 – 17 ngày với nhiệt độ khoảng 100C sẽ không ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ phospho bằng quá trình sinh học

DO

Cũng giống như quá trình nitrate, nồng độ DO trong vùng kỵ khí ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả xử lý phospho Nồng độ DO cần giảm tới mức 0 trước khi hoạt động trao đổi chất ở vùng thiếu khí xảy ra cho quá trình loại bỏ phospho Bởi vì PAOs là vi sinh vật hiếu khí, chúng sẽ sử dụng oxy trong vùng thiếu khí để chuyển hoá thành VFAs và làm giảm quá trình phân giải phospho cũng như sự tích luỹ phospho trở lại ở vùng hiếu khí Thêm vào đó, vi sinh vật hiếu khí hiện diện trong vùng thiếu khí sẽ chuyển hoá thành VFAs nên hệ trao đổi chất sẽ giảm Nếu không thể giảm nồng độ DO ở dòng tuần hoàn thì có thể thêm vào VFAs

Nitrate

Quá trình tuần hoàn để khử nitrate sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình loại bỏ phospho sinh học vì quá trình nitrate tiêu thụ VFAs và oxy trước khi phân giải phospho, do đó hiệu quả loại bỏ phospho sẽ bị giảm đáng kể

2.2.5 Một số quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng

2.2.5.1 Quy trình A/O

Là quá trình hoạt động liên tục thiếu khí và hiếu khí Nước thải đầu vào được dẫn qua bể thiếu khí sau đó là vùng hiếu khí Ở quá trình này việc xử lý các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học chủ yếu diễn ra ở bể hiếu khí Quá trình dựa vào quá trình nitrate hoá xảy ra trong vùng hiếu khí, được tuần hoàn qua đường tuần hoàn bùn hoạt tính đến vùng thiếu khí Chỉ có nitrate hoá được dẫn đến vùng thiếu khí, và quá trình khử nitrate tuỳ thuộc vào tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính trên đường tuần hoàn bùn Tuy nhiên gần đây quá trình này được ứng dụng với việc tăng tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính để ngăn cản sự nổi bùn trong bể lắng đợt 2 gây ra bởi quá trình khử nitrate

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ AAO

2.2.5.3 Kênh ôxy hoá tuần hoàn

Hình 2.3 sơ đồ công nghệ của phương pháp kênh ôxy hoá tuần hoàn

Kênh ôxy hoá tuần hoàn hoạt động theo nguyên lý thổi khí bùn hoạt tính kéo dài Quá trình thổi khí đảm bảo cho việc khử BOD và ổn định bùn nhờ hô hấp nội bào Vì vậy bùn hoạt tính dư ít gây hôi thối và khối lượng giảm đáng kể

Các chất hữu cơ trong công trình hầu như được ôxy hoá hoàn toàn, hiệu quả khử BOD đạt 85¸95% Trong vùng hiếu khí diễn ra quá trình ôxy hoá hiếu khí các chất hữu cơ và nitrate hoá Trong vùng thiếu khí (hàm lượng ôxy hoà tan thường dưới 0,5 mg/l)

Để khử N trong nước thải, người ta thường tạo điều kiện cho quá trình khử nitrate diễn ra trong công trình Kênh ôxy hoá tuần hoàn hoạt động theo nguyên tắc của aerotank đẩy và các guồng quay được bố trí theo một chiều dài nhất định nên dễ tạo cho nó được các vùng hiếu khí (aerobic) và thiếu khí (anoxic) luân phiên thay đổi Quá trình nitrate hoá và khử nitrate cũng được tuần tự thực hiện trong các vùng này hiệu quả khử nitơ trong kênh ôxy hoá tuần hoàn có thể đạt từ 40¸80%

2.2.6 Một số nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản

2.2.6.1 Nghiên cứu trong nước Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng chảy ngược với chất mang hạt PVA – gel xử lý nước thải thuỷ sản Lê Thị Cẩm Chi (2010)

Hạt PVA – gel được sử dụng như chất mang trong mô hình phòng thí nghiệm bể phản ứng dòng chảy ngược để xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản nhằm đánh giá hiệu quả loại bỏ COD và sinh khối bám dính trên hạt PVA – gel Hiệu quả xử lý COD trung bình khoảng 86,7% - 91,8% Với thời gian hoạt động là 129 ngày, tải trọng tăng lên đến 20 kgCOD/m3.ngày với COD đầu vào khoảng 4g/l với thời gian lưu nước là 4,9 giờ và hiệu quả khử COD là 91,8% Tỷ lệ MLVSS/MLSS là 0,87 tại tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày Lưu lượng tuần hoàn là 210 – 900 l/h phụ thuộc vào tải trọng

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải chế biến thuỷ sản bằng công nghệ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), Nguyễn Đan Bảo Linh( 2011)

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến thuỷ sản bằng công nghệ MBBR trên hệ thống mô hình thí nghiệm gồm bể MBBR kỵ khí và bể MBBR hiếu khí nối tiếp nhau Đây là công nghệ màng sinh học bám dính trên giá thể mà các giá thể chuyển động lơ lửng trong nước nhờ chế độ khuấy trộn hoặc sục khí Mô hình MBBR

kỵ khí được vận hành với 4 tải trọng lần lượt là 2,7; 3; 4 và 6 kgCOD/m3.ngày, trong đó tải trọng tối ưu cho mô hình kỵ khí là 4 kgCOD/m3.ngày với hiệu suất xử lý COD và TKN tương ứng là 99% và 80% thời gian lưu nước ở bể MBBR hiếu khí là 8 giờ Nồng độ đầu ra của COD và TN đều đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 11: 2008/BTNMT Nghiên cứu mở ra một hướng mới để xử lý các loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao và dễ phân huỷ sinh học

2.2.6.2 Nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu quá trình thuỷ phân acid kết hợp với bể SBR trong quá trình xử lý nước thải chế biến thuỷ sản, Ye Shengquan (2008)

Một phương pháp mới của quá trình thuỷ phân acid kết hợp với bể SBR trong xử lý nước thải đã được đưa ra Trong giai đoạn tiền xử lý, công nghệ thuỷ phân acid được chấp nhận, nó đạt hiệu quả để cải tiến khả năng phân huỷ sinh học của nước thải Phương pháp SBR được sử dụng trong giai đoạn của quá trình xử lý sinh hoá

Khi nhiệt độ nước thải là 200C, thời gian lưu nước hơn 6 giờ và nồng độ COD, BOD, SS lần lượt là 1.100 – 1.650 mg/l, 500 – 750 mg/l và 250 – 400 mg/l, thì hiệu quả xử lý đạt lần lượt là 95%, 96%, 92% Tải trọng hữu cơ cao nhất đạt được là 4,1 kgCOD/m3.ngày Tỷ lệ BOD/COD của nước thải ngành thuỷ sản có thể tăng từ 0,5 – 0,64 bởi quá trình thuỷ phân acid

2.3 Tổng quan về Swim – bed BioFringe và Stick – bed BioFix

2.3.1 Tổng quan về Swim – bed BioFringe

BioFringe là một loại vật liệu tiếp xúc giúp vi sinh vật bám dính hiệu quả, một lượng lớn vi sinh vật sẽ bám lên giá thể nà và khó có thể bung ra được Hơn nữa, vật

liệu này được làm từ một loại sợi đặc biệt và có thể duy trì sự sống của hệ vi sinh, vì vậy sản lượng bùn giảm đi đáng kể

Hình 2.4 Hình vật liệu bám dính BioFringe BioFringe được làm từ các nguyên liệu dệt, các sợi dây treo có nguồn gốc từ polyester, có thể căng mạnh ra và kết nối dễ dàng và không thấm nước Các sợi ngang cấu tạo từ sợi acryl đặc biệt mà tính thấm nước tốt nhất trong các loại sợi nhân tạo để nó có thể giữ một lượng lớn bùn và nhô ra theo nhiều hướng khác nhau

Hình 2.5 Hình vật liệu bám dính BioFringe trước và sau khi bám bùn Các sợi giá thể nằm ngang có thể giữ bùn không chỉ trên bề mặt mà còn bên trong thân của nó trong khi các vật liệu tiếp xúc khác chỉ có thể bám dính bùn trên bề mặt Điều này làm thời gian lưu bùn lâu hơn, hệ vi sinh trong vật liệu lâu hơn và sản lượng

bùn thấp hơn

Ưu điểm của vật liệu tiếp xúc BioFringe:

- Tăng khả năng bám dính 2 – 5 lần, giảm thể tích, không cần tăng thêm thể tích

- Giảm sản lượng bùn từ 1/5 – 1/10 Không cần khử nước cho bùn

- Không cần các quá trình tiền xử lý phía trước như keo tụ, tạo bông vì thời gian lưu bùn dài hơn

- Một hệ thống BioFringe vận hành ở nồng độ MLSS ≥ 20.000mg/l và công suất hệ thống có thể tăng hơn thậm chí khi vật liệu tiếp xúc BioFringe chỉ được lắp đặt một phần Từ đó, kích thước của bùn bóc ra khỏi vật liệu BF lớn hơn so với hệ thống bình thường

- Hệ thống BioFringe có thể vận hành lâu hơn (trên 15 năm) với mức độ bảo dưỡng thấp

- Công suất tăng, thể tích xử lý giảm và chi phí vận hành giảm là có thể đạt

được

2.3.2 Tổng quan về Stick bed – BioFix

BioFix là một giá thể tiếp xúc đặc biệt, được làm từ một loại sợi polyester tổng hợp như một khung và các sợi acrylic thấm nước như một thùng chứa bùn Từ kết quả của sáng kiến đó, BioFix được đưa vào như một ứng dụng mới trong các hệ thống xử lý nước thải

Hình 2.6 Cấu tạo vật liệu bám dính BioFix

Ưu điểm của vật liệu tiếp xúc Stick – Bed BioFix:

- Diện tích bề mặt gấp 6 lần so với BioFringe

- Thể tích bùn lưu giữ lớn nhất, gấp 10 lần so với BioFringe

- Chất lượng nước đầu ra tốt bởi vì sự tiếp xúc có thể cao hơn so với cấu trúc ba chiều của nó

- Dòng nước xung quanh ít xuất hiện hơn vì những kẽ hở rộng và bùn không rơi xuống tất cả một lần

- Bùn giữ chặt và ổn định