TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC NGUYỄN THẾ ĐỒNG, TRỊNH VĂN TUYÊN, TRẦN VĂN HÒA, MAI TRỌNG CHÍNH, TÔ THỊ HẢI YẾN, NGUYỄN THANH MINH Viện Công nghệ môi trường - Trung tâm KHTN&CN Quốc gia 1. Mở đầu Nước thải nhà máy chế biến thủy sản được đặc trưng bởi hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ và nitơ cao. Nồng độ BOD ≥ 1000mg/l và tổng nitơ ≥ 150mg/l. Tỉ lệ COD/BOD 5 nằm trong khoảng 1,1 - 1,3, cho phép xử lý nước thải theo phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao. Trong quá trình tính toán hệ thống xử lý cần phải tính đến tính không ổn định của lưu lượng và thành phần dòng thải theo thời gian. Số liệu khảo sát tại một số nhà máy chế biến thủy sản tại Việt Nam về thành phần các chất ô nhiễm thể hiện ở bảng 1. Bảng 1: Thành phần các chất trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản Thành phần Đơn vị đo Hàm lượng Chất rắn lơ lửng mg/l 800 - 2000 COD mg/l 700 - 1500 BOD mg/l 600 - 1300 Tổng nitơ mg/l 100 - 350 Phốt pho mg/l 30 - 70 2. Phương án công nghệ Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm, sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp bùn hoạt tính được biểu diễn qua hình 1. Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp vi sinh 1 - Sàng chắn rác, 2 - Bể điều hòa, 3- Bơm, 4 - Bể Aerotank, 5 - Thiết bị lắng, 6- Thiết bị tiếp xúc, 7 - Bể xử lý bùn. I - Nước thải, II - Không khí, III - Hóa chất, IV - Bùn hoạt tính tuần hoàn, V - Bùn dư, VI - Nước đã xử lý 3. Trình tự tính toán Trong bài báo này, chúng tôi trình bày phương pháp tính toán các thông số thiết kế hệ thống xử lý bằng phương pháp vi sinh bùn hoạt tính, sử dụng các thông số thực nghiệm. Các thông số thiết kế cơ bản của hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh cần được xác định là: thể tích bể Aerotank, nhu cầu cấp ôxy cho quá trình xử lý, tuổi của bùn, diện tích bề mặt thiết bị lắng, v.v 3.1. Tính bể aerotank: Thể tích của bể được xác định như sau: (1) Trong đó: V- thể tích bể aerotank, m 3 ; Q- lưu lượng nước thải, m 3 /ngày đêm; S 0 - hàm lượng BOD 5 trong nước thải đầu vào, mg/l; S b - hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank, mg/l (kg/m 3 ), trong quá trình hoạt động của bể, chỉ số này cần duy trì ở mức 3-6 kg/m 3 ; F/m- tỉ lệ giữa khối lượng vi sinh và tải lượng bùn trong bể aerotank, kg BOD 5 /kg MLSS/ngày đêm. Tùy theo yêu cầu của nước thải đầu ra mà chọn tỉ lệ F/m. Bảng 2 trình bày mối liên hệ giữa tỉ lệ F/m vào cấp độ sạch yêu cầu của nước thải đầu ra. Bảng 2: Sự phụ thuộc của tỉ lệ F/m và hiệu suất xử lý của hệ thống. Tỉ lệ F/m Kg BOD 5 / kg MLSS/ngàyđêm Hiệu suất xử lý BOD 5 % 0,0 – 0,2 95 – 90 0,2 – 0,4 90 – 85 0,4 – 0,5 85 - 50 3.2. Tính toán nhu cầu cấp ôxy Nhu cầu cấp ôxy trong 1 ngày đêm cho qui trình xử lý vi sinh và khử nitơ như sau: Q o = 1,2*BOD 5 + DO*Q + NOD* N (2) Trong đó: Q o - nhu cầu ôxy cho toàn bộ quá trình xử lý, kg/ngày đêm; BOD 5 - nhu cầu ôxy sinh hóa, kg BOD 5 /ngày đêm, xác định theo cách sau: BOD 5 = Q*(S 0 - S 1 ) (3) Trong đó: S 1 - hàm lượng BOD 5 trong nước thải đã xử lý, mg/l hoặc kg/m 3 DO - hàm lượng ôxy hòa tan trong bể aerotank, mg/l. Trong điều kiện khí hậu Việt Nam, chỉ số này là 2-4 mg/l; NOD - nhu cầu ôxy cho quá trình nitrat hóa và khử nitơ của 1 kg nitơ, kgO 2 /kgN. Trong tính toán, sử dụng giá trị NOD = 4,3 - 4,7 kgO 2 /kgN. N - khối lượng nitơ cần xử lý trong 1 ngàyđêm, kgN/ngày. Giá trị nhu cầu ôxy thực tế xác định theo công thức sau: Q oth =k* Q o =(1,1-1,3) Q o (4) Trong đó k - hệ số hiệu chỉnh, k = 1,1 ÷ 1,3 3.3. Tính độ sinh trưởng của bùn (tuổi của bùn): Độ sinh trưởng của bùn là một thông số rất quan trọng trong bài toán thiết kế, được xác định theo công thức sau: (5) Trong đó: (SA) - độ sinh trưởng của bùn, ngàyđêm; MLSS - tải lượng bùn hoạt tính, kg/ngàyđêm y - hằng số định mức, phụ thuộc vào tỉ lệ F/m. Giá trị hằng số này chọn theo bảng 3. Trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì có thể nhận giá trị (SA)>10 ngày. Bảng 3: Sự phụ thuộc hằng số y của bùn hoạt tính vào tỉ lệ F/m Tỉ lệ F/m kg BOD 5 /kg MLSS/ngàyđêm y kgMLSS/kg BOD 5ngày 0,0 – 0,2 0,5 – 0,8 0,2 – 0,4 0,8 – 1,0 0,4 – 0,5 1,0 – 1,3 3.4. Tính thiết bị lắng: Thông số cơ bản của thiết bị lắng là diện tích lắng của bể. Diện tích lắng được xác định theo công thức sau: (6) Trong đó: S lang - diện tích lắng, m 2 ; Q max.b.h - lưu lượng bùn cực đại trong thiết bị lắng, kg/h, tính theo công thức sau: v- vận tốc lắng của bùn hay tải lượng lắng bề mặt, m 3 /m 2 /giờ Q max.b.h = Q max .S b .SVI (7) Q max. - lưu lượng nước thải cực đại, m 3 /h; S b - nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank, kg/m 3 ; SVI - chỉ số thể tích của bùn hoạt tính, ml/g hoặc m 3 /kg. Trong khi tính toán hệ thống xử lý thường nhận giá trị SVI=80-100ml/g, với giá trị lớn hơn (SVI>150 ml/g), bùn rất khó lắng. Áp dụng nguyên lý xử lý nêu trên, chúng tôi tiến hành thí nghiệm xử lý nước tải của nhà máy chế biến thủy sản ở qui mô pilot. Kết quả thử nghiệm trình bày trong bảng 4. Bảng 4: Kết quả thử nghiệm của quá trình xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Thành phần nước thảI Đơn vị Nồng độ các chất Nước đã xử lý Tiêu chuẩn TCVN 5945-1995, loại B SS mg/l 75,5 100 COD mg/l 68 100 BOD 5 mg/l 32 50 Σ N mg/l 25 60 P mg/l 1,8 6 4. Kết luận: - Nước thải các cơ sở chế biến thủy sản chứa các thành phần chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng với hàm lượng cao, nếu thải ra môi trường sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển mạnh, gây ô nhiễm môi trường nặng nề. - Việc áp dụng phương pháp xử lý vi sinh - bùn hoạt tính tuần hoàn đem lại hiệu suất xử lý cao. - Khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên là một trong những khu vực phát triển mạnh về nuôi trồng và chế biến thủy sản, việc áp dụng công nghệ xử lý nước đạt hiệu quả cao sẽ góp phần ổn định môi trường, tạo đà phát triển kinh tế và phát triển bền vững trong khu vực. bbbbbbbbbbbbbbbbbXỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN 1. ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa phần lớn các chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và các chất béo. Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu Các chất dinh dưỡng (N,P) với nồng độ cao gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước, rong tảo phát triển làm suy giảm chất lượng nguồn nước. Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính… Nồng độ ô nhiễm của nước thải tinh thủy sản thể hiện cụ thể ở bảng sau. Bảng kết quả phân tích chất lượng nước thải chế biến thủy sản 2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Nước thải từ các phân xưởng sản xuất theo mạng lưới thoát nước riêng dẫn đến bể lắng cát được đặt âm sâu dưới đất, ở đây sẽ giữ lại cát và các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn để đảm bảo sự hoạt động ổn định của các công trình xử lý tiếp theo. Trước khi vào bể lắng cát, nước thải được dẫn qua thiết bị lọc rác thô nhằm loại bỏ các chất rắn có kích thước lớn như: giấy, gỗ, nilông, lá cây … ra khỏi nước thải. Nước thải ra khỏi bể lắng cát sẽ đến hầm tiếp nhận rồi bơm qua máy sàng rác để loại bỏ các chất rắn có kích thước lớn hơn 1mm. Sau đó nước tự chảy xuống bể điều hòa. Tại bể điều hòa, máy khuấy trộn chìm sẽ hòa trộn đồng đều nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể sinh ra mùi khó chịu, đồng thời có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải đầu vào. Nước thải được bơm từ bể điều hòa vào bể UASB. Tại bể UASB, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí Biogas (CO 2 , CH 4 , H 2 S, NH 3 …), theo phản ứng sau : Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí -> CO 2 + CH 4 + H 2 S + Sinh khối mới + … Sau bể UASB nước thải được dẫn qua cụm bể anoxic và aerotank. Bể anoxic kết hợp aerotank được lựa chọn để xử lý tổng hợp: khử BOD, nitrat hóa, khử NH 4 + và khử NO 3 - thành N 2 , khử Phospho. Với việc lựa chọn bể bùn hoạt tính xử lý kết hợp đan xen giữa quá trình xử lý thiếu khí, hiếu khí sẽ tận dụng được lượng cacbon khi khử BOD, do đó không phải cấp thêm lượng cacbon từ ngoài vào khi cần khử NO 3 - , tiết kiệm được 50% lượng oxy khi nitrat hóa khử NH 4 + do tận dụng được lượng oxy từ quá trình khử NO 3 - . Nước sau cụm bể anoxic – aerotank tự chảy vào bể lắng. Bùn được giữ lại ở đáy bể lắng. Một phần được tuần hoàn lại bể anoxic, một phần được đưa đến bể chứa bùn. Tiếp theo, nước trong chảy qua bể trung gian được bơm lên bể lọc áp lực gồm các lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan, các nguyên tố dạng vết, những chất khó hoặc không phân giải sinh học. Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ đi qua bể nano dạng khô để loại bỏ lượng SS còn lại, đồng thời khử trùng nước thải. Nước sau khi qua bể nano dạng khô đạt yêu cầu xả thải vào nguồn tiếp nhận theo quy định hiện hành của pháp luật. Bùn ở bể chứa bùn được được bơm qua máy ép bùn băng tải để loại bỏ nước, giảm khối tích bùn. Bùn khô được cơ quan chức năng thu gom và xử lý định kỳ. Tại bể chứa bùn, không khí được cấp vào bể để tránh mùi hôi sinh ra do sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ. 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CÔNG NGHỆ a. Ưu điểm: • Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nước thải; • Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành; • Diện tích đất sử dụng tối thiểu. • Công trình thiết kế dạng modul, dễ mở rộng, nâng công suất xử lý. b. Nhược điểm: • Nhân viên vận hành cần được đào tạo về chuyên môn; • Chất lượng nước thải sau xử lý có thể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn vị trong trạm không được vận hành đúng các yêu cầu kỹ thuật; • Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ. * Công ty TNHH Môi trường Ngọc Lân đã có nhiều kinh nghiệm trong việc cải tiến các quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng việc áp dụng công nghệ hiện đại. Nếu quý công ty có nhu cầu cải tạo hoặc dự định xây dựng một hệ thống xử lý mới, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn, thiết kế miễn phí và giúp quý vị có mức đầu tư thấp nhất cho công trình. Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ: Công ty TNHH Môi trường Ngọc Lân . bày phương pháp tính toán các thông số thiết kế hệ thống xử lý bằng phương pháp vi sinh bùn hoạt tính, sử dụng các thông số thực nghiệm. Các thông số thiết kế cơ bản của hệ thống xử lý nước thải. công nghệ Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm, sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp bùn hoạt tính được biểu diễn qua hình 1. Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý. nằm trong khoảng 1,1 - 1,3, cho phép xử lý nước thải theo phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao. Trong quá trình tính toán hệ thống xử lý cần phải tính đến tính không ổn định của lưu lượng và