Tìm hiểu công nghệ xử lý nước thải trong ngành chế biến thuỷ sản và giải pháp phát triển công nghệ trong khu vực

Chế biến thuỷ sản là ngành kinh tế quan trọng và có tốc độ tăng trưởng nhanh ở nước ta.Theo số liệu của cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh (1998), sản lượng thuỷ hải sản năm 1998 là 1676000 tấn, trong đó có 540000 tấn do nuôi trồng thuỷ sản. Khoảng 24,3% số lượng này (400000 tấn) được chế biến để xuất khẩu và phần còn lại được tiêu thụ ở thị truờng nội địa dưới dạng tươi sống hoặc qua chế biến. Gía trị xuất khẩu thuỷ sản của cả nước gia tăng từ 109 triệu USD năm 1986 lên 205 triệu năm 1990 và đạt khoảng 670 triệu USD năm 1996. Từ năm 1996, hàng chục nhà máy chế biến mới được xây dựng , chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, giải quyết công ăn việc làm cho người lao động, nâng cao giá trị xuất khẩu của sản phẩm. Bên cạnh những lợi ích do ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản đem lại thì đây cũng là ngành sản xuất gây ô nhiễm nặng nề cho môi truờng, đặc biệt là môi trường nước. Mặt khác các cơ sở chế biến lại tập trung chủ yếu ở ven biển.Trong một số công đoạn của dây chuyền sản xuất, do không đủ nước ngọt nên phải dùng nước mặn, vì vậy nước thải của các cơ sở này ít nhiều bị nhiễm mặn. Do đó xử lý nước thải chế biến thuỷ sản là vấn đề mang tính cấp thiết cần được đầu tư nghiên cứu và đưa vào ứng dụng.

Mở đầu

Chế biến thuỷ sản là ngành kinh tế quan trọng và có tốc độ tăng trởngnhanh ở nớc ta.Theo số liệu của cục Thống kê thành phố Hồ Chí Minh (1998), sảnlợng thuỷ hải sản năm 1998 là 1676000 tấn, trong đó có 540000 tấn do nuôi trồngthuỷ sản Khoảng 24,3% số lợng này (400000 tấn) đợc chế biến để xuất khẩu vàphần còn lại đợc tiêu thụ ở thị truờng nội địa dới dạng tơi sống hoặc qua chế biến.Gía trị xuất khẩu thuỷ sản của cả nớc gia tăng từ 109 triệu USD năm 1986 lên 205triệu năm 1990 và đạt khoảng 670 triệu USD năm 1996 Từ năm 1996, hàng chụcnhà máy chế biến mới đợc xây dựng , chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, giảiquyết công ăn việc làm cho ngời lao động, nâng cao giá trị xuất khẩu của sảnphẩm Bên cạnh những lợi ích do ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản đem lại thì

đây cũng là ngành sản xuất gây ô nhiễm nặng nề cho môi truờng, đặc biệt là môi ờng nớc Mặt khác các cơ sở chế biến lại tập trung chủ yếu ở ven biển.Trong một sốcông đoạn của dây chuyền sản xuất, do không đủ nớc ngọt nên phải dùng nớc mặn,vì vậy nớc thải của các cơ sở này ít nhiều bị nhiễm mặn Do đó xử lý nớc thải chếbiến thuỷ sản là vấn đề mang tính cấp thiết cần đợc đầu t nghiên cứu và đa vào ứngdụng

tr-Để góp phần tìm hiểu khả năng xử lý nớc thải chế biến thuỷ sản bằng phơng

pháp sinh học trong điều kiện của Việt Nam, chúng tôi xin giới thiệu đề tài:” Tỡm

hiểu cụng nghệ xử lý nước thải trong ngành chế biến thuỷ sản và giải phỏp phỏt triển cụng nghệ trong khu vực” với các nội dung sau:

1 §èi tîng vµ lý do nghiªn cøu

nãi riªng

4.1.Ph¬ng ph¸p c¬ häc4.2 Ph¬ng ph¸p ho¸ lý4.3 Ph¬ng ph¸p ho¸ häc 4.4 Ph¬ng ph¸p sinh häc

5 Điểm mạnh điểm yếu của công nghệ lựa chọn

6 Giải pháp phát triển công nghệ trong khu vực

+ Thứ hai, nớc thải loại này có hàm lợng COD, N, P cao đòi hỏi phải qua

xử lý truớc khi tiến hành xử lý hiếu khí

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

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

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

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

m3 nớc thải sinh hoạt, nớc thải công nghiệp và nớc thải từ các bệnh viện không qua

xử lý, trong đó lợng nớc thải công nghiệp từ 85-90 nghìn m3 Kết quả đo đạc xác

định tại 40 cơ sở ở Hà Nội cho thấy lợng nớc thải trong một ngày đêm là 21.982 m3

và không qua xử lý trớc khi đi vào hệ thống dẫn nớc của thành phố do đó gây ô

xấu đến sức khoẻ nhân dân trong thành phố và các vùng xung quanh Hà Nội

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

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

Theo báo cáo của Bộ Thuỷ sản (1998), lợng nớc thải trung bình từmột tấn sản phẩm là 15m3, trong khi sản lợng thuỷ sản năm 1998 là 1676000

mg/l, COD khoảng 1600-2300 mg/l và giàu các chất dinh dỡng với hàm lợngnitơ tổng cộng từ 70-120 mg/l Nguồn nớc thải bắt nguồn từ các công đoạn sảnxuất nh:

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

+ Qúa trình hấp luộc

+ Qúa trình ngâm thuỷ sản.

+ Công đoạn rửa thiết bị

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

+ Quỏ trỡnh ngõm thuỷ sản

+ Cụng đoạn rửa thiết bị

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

Số liệu bảng 1 cho thấy ngành chế biến hải sản là một trong những ngànhcông nghiệp gây ô nhiễm nhiều nhất cho môi trường đặc biệt là môi trường nước.Nước thải chế biến thuỷ sản chứa chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (N,P) cao, tạođiều kiện cho các vi sinh vật gây bệnh phát triển như: vi khuản thương hàn, tả, lỵ,siêu vi trùng gan… và một số loài nấm gây bệnh cho da, đồng thời làm tăng lượngtảo trong nước (hiện tượng phú dưỡng-eutrophy) Loại nước thải này có nguy cơgây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường xung quanh nếu không được xử lí đúngmức Ngoài ra nước thải chế biến thuỷ sản còn chứa dầu mỡ sinh ra từ quá trình chếbiến cá có nhiều dầu Một đặc điểm quan trọng khác là hầu hết các nhà máy chếbiến thuỷ sản đề nằm ở ven biển, ngoại trừ thành phố Hồ Chí Minh, nên đều thiếunước ngọt để chế biến Vì vậy một số nhà máy dùng trực tiếp nước biển cho một sốcông đoạn trong quá trình chế biến như xả đá, mổ xẻ và rửa nguyên liêu Do đólượng nước thải này ít nhiều có độ mặn Dưới đây là thành phần nước thải của nhàmáy chế biến cá khô muối.

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

lý nước thải bị ức chế, bị mất nước, do áp lực thẩm thấu dẫn đến hiệu suất xử lýgiảm Vì vậy ngoài vấn đề ô nhiễm chất hữu cơ, một vấn đề đặc biệt khác cần phảiquan tâm trước khi thiết lập một hệ thống kiểm soát ô nhiễm là việc nước thải của

là việc nước thải của quá trình chế biến hải sản chứa hàm lượng muối (Na+, Cl-,

SO42-) rất cao, khiến cho việc xử lý trửo nên khó khăn

Rõ ràng ô nhiễm môi trường nước nói chung và ô nhiễm chất hữu cơ do cácngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhất là công nghiệp chế biến thuỷ sảntrong điều kiện nhiễm mặn đã đạt đến mức đặc biệt nghiêm trọng, đòi hỏi phải cónghiên cứu xử lý nhằm đảm bảo môi trường

4 Các phương pháp xử lý nước thải

4.1 Phương pháp cơ học

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

+ Lọc qua song chắn hoặc lưới chắn: Đây là bước xử lý sơ bộ nhằm khử tất

cả các tạp chất có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nướcthải như làm tắc bơm, đường ống hay kênh dẫn

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

4.2 Phương pháp hóa lý

+ Đông tụ và keo tụ: Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyềnphù hợp nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan

vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách

có hiệu quả bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác độngtương hỗ của các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm tăng tốc độ lắngcủa chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cầntrung hòa điện tích của chúng, sau đó liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòađiện tích được gọi là quá trình đông tụ, khác với quá trình keo tụ là quá trình tạothành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ Các chất keo tụ thường dùng là Al2(SO4 )

3, FeCl3,…

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

4.3 Phương pháp hoá học

Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa,ôxy hóa khử Phương pháp này dùng để khử các chất hòa tan trong hệ thống cấp

nước khép kín Đôi khi ,chúng còn dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh họchay sau công đoạn này, như một phương pháp xử lý nước thải lần cuối trước khithải vào môi trường.

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

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

của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Đầutiên các vi sinh vật có khả năng phân huỷ sẽ bẻ gãy các đại phân tử hữu cơ nhưprotêin, xenluloza, tinh bột, chất béo, tạo thành các chất đơn giản hơn Các chất nàytiếp tục được các vi sinh vật khác phân giải tạo thành các hợp chất vô cơ tan trongnước.Sau đó nhóm vi sinh vật chuyên hoá đặc trưng sẽ loại bỏ các hợp chất như lưuhuỳnh,nitơ vô cơ liên kết Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựatrên các cơ sở khác nhau Song nhìn chung có thể chia chúng thành 2 loại chínhsau: Phương pháp xử lý hiếu khí và kị khí.

4.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điềukiện tự nhiên hoặc nhân tạo.Trong điều kiện tự nhiên,quá trình diễn ra với hiệu suấtthấp và chậm hơn so với quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo

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

phương pháp hiếu khí trong điều kiện nhân tạo bao gồm: bể thông khí sinh học (bểaeroten), lọc sinh học hoặc đĩa sinh học

+ Xử lý trong các aeroten: ở đây nứơc thải được cho chảy vào bể chứabùn hoạt tính, bể này luôn được sục khí để đảm bảo luôn bão hoà oxy và duy trì

bùn ở trạng thái lơ lửng Không khí được cấp vào nước thải bằng cách nén khí qua

bộ phận khuyếch tán ngập nước hay bằng sục khí, hoạc dùng khuấy cơ học thổikhông khí vào chất lỏng

+Xử lý trong các bể sinh học: đây là thiết bị phản ứng sinh học trong

đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên một lớp màng bám trên vật liệu lọc.Nước thải được phun từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc Ở bề mặt màng lọc, vi sinhvật hấp thụ chất hữu cơ và chúng sử dụng oxy hoà tan trong nước thải để oxy hoácác chất hữu cơ của nước thải

4.4.2 Phương pháp kị khí:

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

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

sinh axít) Sau đó các axít này được vi khuẩn sinh axetat biến đổi thành axetat,

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

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

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

1: Vi khuẩn lên men

3: Các vi khuẩn axetic sinh hidro

R: Gốc cacbuahidro

2: Vi khuẩn sinh mêtan2a: Vi khuẩn dinh dưỡng hidro2b: Vi khuẩn dinh dưỡng nitratQuá trình sinh mêtan nhìn chung chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhiệt

độ, pH, hàm lượng bùn, mức độ khuấy trộn, điều kiện yếm khí và các nguyên tố vilượng Nhìn chung nhiệt độ tối ưu cho quá trình là 35oC, pH thích hợp là pH trungtính Hàm lượng bùn và mức độ khuấy trộn cũng là yếu tố rất quan trọng quyếtđịnh hiệu quả xử lý Thông thường hàm lượng bùn từ 7-9% là tối ưu Đồng thờiquá trình xử lý này đòi hỏi điều kiện kị khí do vậy sự mêtan hóa sinh học phải đượctiến hành trong bể kín Ngoài ra phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời

2

gian lưu đủ đảm bảo hiệu suất khử của chất gây ô nhiễm và điều kiện không chứahóa chất độc

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

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

+ Hồ yếm khí

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

+ Hệ thống UASB cải tiến

Trong hệ thống UASB, nước thải sau khi được điều chỉnh pH sẽ được bơm

từ dưới lên qua lớp đệm bùn (tạo ra từ các bông hoặc các hạt sinh khối hoạt động)bằng bơm định lượng Hỗn hợp bùn yếm khí trong hệ thống sẽ hấp thu các chất hữu

cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng Khí sinh ra đủ để cáchạt bùn chuyển động liên tục và các lớp bùn được trộn đều Một số hạt bị rơi rakhỏi lớp bùn nhưng bị mất “bẫy khí” chúng lắng xuống trở lại lớp bùn

Bùn hoạt tính là sinh khối, đóng vai trò quyết định đối với việc phân hủy vàchuyển hóa chất hữu cơ Trong mô hình này bùn được hình thành hai vùng rõ rệt: ở

¼ bể tính từ đáy lên, lớp bùn được hình thành do các hạt cặn keo tụ nồng độ từ 7%, phía trên lớp này là lớp bùn lơ lửng nồng độ từ 1000 – 3000 mg/lít gồm cácbông cặn chuyển động giữa các bùn đáy và bùn hoạt tính từ ngăn đáy rơi xuống

5-Trên bề mặt tiếp giáp với pha khí, nồng độ bùn trong nước là bé nhất Nồng độ bùnhoạt tính cao cho phép hệ thống làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao Nghiên cứu

sự phân bố bùn và vi sinh vật theo tầng của mô hình UASB thực nghiệm cũng chobức tranh tương tự Ở phần phản ứng của UASB với chiều cao là một mét và chialàm bốn phần (từ dưới lên) thì ở tầng 1 hàm lượng bùn là 25,79 – 27,38 g/l trong đó

+ Khả năng khử COD cao

Trên thế giới, hệ thống UASB được sử dụng để sử lý nước thải từ vài thập

kỉ nay và đã có hàng trăm cơ sở sử dụng phương pháp này để sử lý các loại nướcthải khác nhau

Ở Việt Nam đã có nhiều cơ sở sử dụng mô hình này kết hợp với phươngpháp sử lý hiếu khí: nhà máy bia Việt Nam, nhà máy bia Cần Thơ, nhà máy Vedan

( Đồng Nai), Cty cao su Long Thành( Đồng Nai), song tất cả hệ thống này cònnhiều vấn đề cần giải quyết.

Trong mấy trăm năm gần đây, tại phòng công nghệ Tảo, Viện công nghệsinh học – Trung tâm Khoa Học Tự Nhiên và Công Nghệ Quốc Gia, các nghiêncứu sử lý nước thải công nghiệp đã được tiến hành và thu được một số kết quả khảquan Phòng thí nghiệm đã thực hiện đề tài: “nghiên cứu xử lý nước thải hữu cơgiàu Nito và Phốt pho” thuộc chương trình trọng điểm cấp nhà nước KC-04-02.Nước thải chế biến thủy sản là đối tượng nghiên cứu của đề tài này Đây là vấn đềphức tạp đòi hỏi nhiều nghiên cứu từ cơ sở phòng thí nghiệm đến những ứng dụngthực tiễn, từ sử lý hiếu khí đến kị khí và phối hợp giữa chúng với nhau

Kết luận: Trong nhiều giải pháp xử lý nước thải được đưa ra cho đến nay,

phương pháp công nghệ sinh học được đánh giá cao nhất với chi phí rẻ và hiệu quả.Phân cấp, phân quyền trong quản lý là vấn đề then chốt, song cần có sự phối hợpchặt chẽ hơn nữa giữa Nhà nước, các nhà khoa học và các doanh nghiệp để giảiquyết những tồn tại và định hướng cho tương lai trong công tác quản lý và bảo vệmôi trường sản xuất thuỷ sản, hướng tới sự phát triển bền vững

5 Phân tích điểm mạnh điểm yếu của phương pháp lựa chọn

Kết quả phân hạng cơ sở công nghiệp theo các tiêu chí bảo vệ môi trườngcủa ngành Chế biến thủy sản