ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỶ SẢN CỦA BỂ BÙN HOẠT TÍNH CÓ BỔ SUNG GIÁ THỂ VẬT LIỆU LỌC NỔI

Mục tiêu đề tài: - Mục tiêu chung: Ứng dụng bể bùn hoạt tính kết hợp với vật liệu lọc nổi để nâng cấp hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thuỷ sản.. Trong bể bùn hoạt tính sẽ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỶ SẢN CỦA BỂ BÙN HOẠT TÍNH CÓ BỔ SUNG

GIÁ THỂ VẬT LIỆU LỌC NỔI

TSV2016-36

Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi Trường

Cần Thơ, 12/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Sinh viên thực hiện: Dương Thị Cẩm Thu Nữ

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: Lớp MT1357A1, khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên

Năm thứ: 4/4

Ngành học: Kỹ thuật Môi trường

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài: Dương Thị Cẩm Thu

Người hướng dẫn: ThS Huỳnh Long Toản

Cần Thơ, 12/2016

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1 Dương Thị Cẩm Thu

2 Nguyễn Thu Đông

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 6

2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI THỦY SẢN 6

3 TỔNG QUAN VỀ BỂ BÙN HOẠT TÍNH TRUYỀN THỐNG VÀ QUI TRÌNH TÍCH HỢP TĂNG TRƯỞNG BÁM DÍNH VÀ BÙN HOẠT TÍNH (IFAS) 8

2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 19

3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 20

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

4.1 Phương tiện và thiết bị thí nghiệm 20

4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 25

4.3 Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu 28

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 30

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

1.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN CÔNG TY TNHH HẢI SẢN VIỆT HẢI 32

Chương 2 XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU THÍCH HỢP CỦA BỂ IFAS 43

Chương 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

3.1 KẾT LUẬN 52

3.2 KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC A KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU THÍ NGHIỆM SO SÁNH KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA BỂ BÙN HOẠT TÍNH TRUYỀN THỐNG VÀ BỂ IFAS 57

PHỤ LỤC B KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LƯU CỦA BỂ IFAS 58

PHỤ LỤC C CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH TRONG 2 THÍ NGHIỆM 59

PHỤ LỤC D KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ANOVA 60

PHỤ LỤC E HÌNH ẢNH 66

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản 8

Bảng 2 Thông số kỹ thuật của giá thể nhựa S20-4 23

Bảng 3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 28

Bảng 4 Thành phần, tính chất nước thải Công ty TNHH Hải sản Việt Hải 32

Bảng 5 Các thông số vận hành trong thí nghiệm với thời gian lưu 7 giờ 34

Bảng 6 Nồng độ của nước thải trước và sau khi xử lý bằng mô hình bể IFAS và bể bùn hoạt tính truyền thống 35

Bảng 7 Các điều kiện vận hành của bể bùn hoạt tính truyền thống và bể IFAS 36

Bảng 8 Các điều kiện vận hành của bể lắng của bể bùn hoạt tính và của bể IFAS 37

Bảng 9 Hiệu suất xử lý của bể IFAS và bể bùn hoạt tính truyền thống 39

Bảng 10 Các thông số vận hành trong thí nghiệm với thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 43

Bảng 11 Nồng độ của nước thải trước và sau khi xử lý bằng mô hình bể IFAS với thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 44

Bảng 12 Các điều kiện vận hành của bể IFAS ở thời gian lưu nước 6 giờ và 7 giờ 45

Bảng 13 Các điều kiện vận hành của bể lắng của bể IFAS ở thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 46

Bảng 14 Hiệu suất xử lý nước thải thủy sản giữa bể IFAS với thời gian lưu nước 6 giờ và 7 giờ 47

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra 2

Hình 2 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty Chế biến cá tra và cá basa 3

Hình 3 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty Chế biến thủy sản 03 5

Hình 4 Mặt bằng bể bùn hoạt tính và bể lắng 22

Hình 5 Mặt cắt đứng bể bùn hoạt tính và bể lắng 22

Hình 6 Mô hình thí nghiệm 23

Hình 7 Giá thể nhựa S20-4 24

Hình 8 Thí nghiệm so sánh khả năng xử lý của bể bùn hoạt tính truyền thống và bể IFAS 26

Hình 9 Xác định thời gian tồn lưu ngắn nhất của bể IFAS 27

Hình 10 Vị trí lấy nước thải 30

Hình 11 Mô hình bể bùn hoạt tính và bể IFAS 38

Hình 12 Nồng độ SS, BOD5 và COD trước và sau xử lý bằng mô hình bể IFAS và bể bùn hoạt tính truyền thống 39

Hình 13 Nồng độ TKN, Ni-trát, Tổng ni-tơ và Tổng phốt-pho trước và sau xử lý bằng mô hình bể IFAS và bể bùn hoạt tính truyền thống 41

Hình 14 Nước thải thủy sản trước và sau khi xử lý bằng mô hình bể IFAS và bể BHT ở thời gian lưu 7 giờ 42

Hình 15 Mô hình bể IFAS 47

Hình 16 Nồng độ SS, BOD và COD trước và sau khi được xử lý bằng mô hình bể IFAS với thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 48

Hình 17 Nồng độ TKN, Ni-trát, Tổng ni-tơ và Tổng phốt-pho trước và sau khi được xử lý bằng mô hình IFAS với thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 49

Hình 18 Nước thải thủy sản trước và sau khi xử lý bằng mô hình bể IFAS ở thời gian lưu 6 giờ và 7 giờ 50

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ô-xysinh hóa

trường

EPA Environmental Protection Agency Cục Môi trường Mỹ

IFAS Intergrated fixed film activated sludge Tích hợp qui trình tăng

trưởng bám dính và bùn hoạt tính

MLSS Mixed liquor suspended solids Hỗn dịch chất rắn lơ lửngMLVSS Mixed liquor volatile suspended solids Hỗn dịch chất rắn lơ lửng

hoá hơi (ám chỉ lượng vi sinh vật)

UASB Upflow anearobic sludge blanket Bể sinh học kỵ khí

VASEP Vietnam Association of Seafood

Exporters and Producers

Hiệp hội chế biến và xuấtkhẩu thủy sản Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Đánh giá khả năng xử lý nước thải thuỷ sản của bể bùn hoạt tính có bổ sung giá

thể vật liệu lọc nổi

- Sinh viên thực hiện: Dương Thị Cẩm Thu

Nguyễn Thu Đông

- Lớp: MT1357A1 Khoa: Môi trường & TNTN Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: ThS Huỳnh Long Toản

2 Mục tiêu đề tài:

- Mục tiêu chung: Ứng dụng bể bùn hoạt tính kết hợp với vật liệu lọc nổi để nâng cấp hệ

thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thuỷ sản

4 Kết quả nghiên cứu: Bài báo cáo tổng kết

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Về xã hội - kinh tế: góp phần bảo vệ môi trường, chất lượng nước thải thủy sản sau xử lý đạtQCVN 11-MT:2015/BTNMT (cột A)

Giáo dục – đào tạo: làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu khoa học sau

Về giáo dục - đào tạo: nâng cao kiến thức cho sinh viên ngành Kỹ Thuật Môi Trường

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu

có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề

tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Xác nhận của Trường Đại học Cần Thơ

(ký tên và đóng dấu)

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Dương Thị Cẩm Thu

Sinh ngày: 21 tháng 6 năm 1995

Nơi sinh: An Giang

Lớp: MT1357A1 Khóa: 39

Khoa: Môi trường & TNTN

Địa chỉ liên hệ: Ấp Hòa Bình 3, xã Hòa Lạc, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang

Điện thoại: 01627629592 Email: thuB1306320@student.ctu.edu.vn

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang

học):

* Năm thứ 1:

Ngành học: Kỹ thuật Môi trường Khoa: Môi trường & TNTN

Kết quả xếp loại học tập: Trung bình

Ngành học: Kỹ thuật Môi trường Khoa: Môi trường & TNTN

Kết quả xếp loại học tập : Giỏi

Ảnh 4x6

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nhiều năm gần đây, người ta đã nghiên cứu để tăng mật độ vi sinh vật trong bểbùn hoạt tính để tăng hiệu quả xử lý của chúng Tuy nhiên việc tăng mật độ bùn sẽ bịgiới hạn bởi khả năng lắng bùn của bể lắng thứ cấp Để khắc phục nhược điểm nàyngười ta đã cho vào bể bùn hoạt tính các giá thể, một phần vi khuẩn sẽ bám vào giáthể, do đó không theo nước thải qua bể lắng thứ cấp làm giảm được tải nạp bùn cho bểlắng thứ cấp Các hệ thống như thế này được gọi là hệ thống lai (hybrid) vì nó kết hợpgiữa quá trình tăng trưởng lơ lửng và quá trình tăng trưởng dính bám vào trong cùngmột bể (IFAS – Intergrated Fixed Film Activated Sludge) (Lê Hoàng Việt & Nguyễn

Võ Châu Ngân, 2014)

Trong bể bùn hoạt tính sẽ diễn ra các quá trình sinh trưởng lơ lửng, đây là những quátrình xử lý sinh học hiếu khí mà trong đó những vi sinh vật chịu trách nhiệm chuyểnhóa chất hữu cơ hoặc các thành phần khác trong nước thải thành khí và tế bào chất.Những vi sinh vật này luôn được giữ ở trạng thái lơ lửng và xáo trộn cùng với thểlỏng Với điều kiện như vậy, hiệu suất phân hủy (ô-xy hóa) các hợp chất hữu cơ là khácao (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 1999)

Một số công nghệ xử lý nước thải thủy sản đang áp dụng tại Việt Nam

a Hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra

Quy trình xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra, với sản phẩm là cá tra fillet

đông lạnh, quy trình được mô tả theo Hình A.1 (Nguyễn Thế Đồng et al., 2011).

1

Hoàn lưu bùn

Hình 1 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra

(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)

- Ưu điểm của hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra:

+ Xử lý các hợp chất hữu cơ, ni-tơ và phốt-pho với hiệu quả cao

+ Quản lý vận hành không phức tạp

+ Giảm chi phí xử lý bùn

+ Quá trình tuyển nổi siêu nông kết hợp keo tụ được áp dụng tại nhà máy đạt hiệu quảcao hơn 90% đối với việc tách triệt để dầu và mỡ, SS, làm giảm đáng kể sự cố đối vớicông trình sinh học và giảm một phần tải lượng chất hữu cơ đối với công trình xử lýsinh học

- Nhược điểm của hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra:

+ Thời gian lưu nước tại mương ô-xy hóa

+ Diện tích xây dựng lớn

+ Chi phí đầu tư cao

+ Chi phí vận hành cao (Nguyễn Thế Đồng et al., 2011).

b Hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra và cá basa

2

Mương ô-xyhóa

Bể lắng

Bể tiếp xúc

Bể chứa bùnNguồn tiếp nhận

Theo Nguyễn Thế Đồng et al., (2011) quy trình xử lý nước thải của Công ty chế biến

cá tra và cá basa, quy trình được mô tả theo Hình A.2:

Hoàn lưu bùn

Hình 2 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty Chế biến cá tra và cá basa

(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)

Theo Nguyễn Thế Đồng et al., (2011) hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến

cá tra và cá basa có những ưu điểm:

Đặc điểm của nước thải chế biến thủy sản với nồng độ SS, COD, BOD5 và dầu mỡcao, do đó phương pháp xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra và cá basa kếthợp các quá trình xử lý cơ học, hóa lý và sinh học là hoàn toàn hợp lý Trong đó, côngtrình chính là cụm bể thiếu khí - bể bùn hoạt tính hiếu khí – dính bám Trong hệ thống

xử lý nước thải, công đoạn tách dầu mỡ đóng vai trò hết sức quan trọng Cụm táchdầu mỡ của hệ thống bao gồm mương tách dầu mỡ và bể tuyển nổi siêu nông với áplực khí hòa tan kết hợp keo tụ Bể tuyển nổi siêu nông là điểm mới của hệ thống xử lývới chiều cao mực nước của bể tuyển nổi chỉ 1,1 m Hiệu suất của bể tuyển nổi siêunông cao hơn bể tuyển nổi khí hòa tan thông thường Với công nghệ này, hệ thống

xử lý nước thải của Công ty chế biến cá tra và cá basa có những ưu điểm nổi bật sauđây:

+ Công nghệ được thiết kế đảm bảo đạt quy chuẩn/tiêu chuẩn xả thải nguồn loại A.Nước sau xử lý được sử dụng để tưới cây

Bểkeo tụ

Bể tuyển nổisiêu nông

Bể sinh họchiếu khí

Bể chứabùnNguồn tiếp nhận

Bể thu gom

nước thải

Songchắn rácthô

Bể táchdầu mỡ

Bể điềuhòa

Songchắn rácmịn

Bể lắng

Bể tiếp

xúc

+ Hiệu quả xử lý cao đối với các chỉ tiêu quan trọng của nước thải thủy sản, trong đóhiệu quả xử lý SS > 98%, BOD5 từ 96 - 98%, hiệu quả xử lý dầu mỡ gần như100%, ni-tơ từ 47 - 70% và phốt-pho từ 76 - 94%

+ Chi phí vận hành thấp hơn so với các công nghệ xửlý nước thải tương đương (vềhiệu quả và quy định xả thải)

+ Chi phí đầu tư xây dựng và lắp đặt thiết bị vừa phải

+ Diện tích đất xây dựng khá thấp

Bên cạnh những ưu điểm về hiệu quả xử lý, chi phí đầu tư xây dựng - lắp đặt thiết bị,chi phí vận hành và mức độ sử dụng đất, hệ thống xử lý nước thải của Công ty chếbiến cá tra và cá basa vẫn có một số nhược điểm sau:

+ Bể thiếu khí được đặt trước bể bùn hoạt tính hiếu khí lơ lửng nhưng không

có dòng tuần hoàn nước từ bể hiếu khí về bể thiếu khí nên hiệu quả xử lý ni-tơ của

bể thiếu khí rất thấp

+ Do nước thành phần nước thải dao động rất lớn nên bể điều hòa có thời gian lưunước 6 giờ là khá thấp, do đó làm giảm khả năng điều hòa nồng độ nước thải Đồngthời trong trường hợp các công trình xử lý gặp sự cố cần phải dừng hoạt động thì vớithời gian lưu nước, bể điều hòa khó có thể đáp ứng được nhu cầu lưu nước thải củanhà máy trong một ngày hoạt động bình thường

+ Bể lọc áp lực được thiết kế dự phòng trong trường hợp bể lắng làm việc khônghiệu quả Tuy nhiên rất khó nhận biết khi nào bể lắng làm việc không hiệu quả

c Hệ thống xử lý nước thải của Công ty chế biến thủy sản

4

Theo Nguyễn Thế Đồng et al., (2011) Công ty Chế biến thủy sản, đã ứng dụng mô

hình xử lý nước thải theo Hình A.3:

Hoàn lưu bùn

Hình 3 Công nghệ xử lý nước thải của Công ty Chế biến thủy sản 03

(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)

Ưu điểm của hệ thống xử lý nước thải của Công ty CBTS:

+ Hiệu quả xử lý khá cao đối với các chỉ tiêu chính của nước thải thủy sản

+ Chi phí đầu tư xây dựng và lắp đặt thiết bị vừa phải

- Nhược điểm của hệ thống xử lý nước thải của Công ty CBTS:

+ Nước thải chế biến thủy sản thường có nồng độ ni-tơ cao, nhưng hệ thống

chỉ có công trình xử lý hiếu khí và thiếu công trình xử lý thiếu khí để khử

ni-tơ Do đó nồng độ tổng ni-tơ đầu ra khó có thể đạt được quy chuẩn xả

thải (Nguyễn Thế Đồng et al., 2011).

Nhận xét chung: hầu hết các nhà máy xử lý nước thải có nhiều công đoạn xử lý sơ cấp

để loại bỏ các chất gây trở ngại cho quá trình xử lý như rác, cát, các chất rắn lơ lửng,

… sau đó đưa vào bể xử lý sinh học

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

- Đối với nước thải chế biến thủy sản

Bể keo tụ - tạobông

Bể điềuhòa

Bể trunggian

Bể táchdầu mỡ

Song chắnrác mịn

Bể lắng

Bể tiếp xúc và

nguồn tiếp nhận

Pavithra et al., (2015) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của khả năng loại bỏ thành phần

hữu cơ trong nước thải chế biến thủy sản giữa bể IFAS và bể bùn hoạt tính truyềnthống Theo đó khả năng loại bỏ chất hữu cơ của bể IFAS cao hơn bể bùn hoạt tínhtruyền thống 50% ở điều kiện pH nước thải đầu vào trong khoảng từ 6,5-7,2, TDStrong khoảng từ 1.980 – 2.410 mg/L, TSS trong khoảng từ 120 - 150 mg/L, CODtrong khoảng từ 1.265 – 1.475 mg/L và BOD trong khoảng từ 628 - 750 mg/L Thờigian lưu nước trong bể IFAS là 2,875 ngày với lưu lượng nước thải là 1.000 L/ngày,thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính là 3,375 ngày với lưu lượng nước thải là1.000 L/ngày Giá thể chiếm thể tích là 14,8%

- Đối với nước thải bệnh viện

Farrokhi et al., (2014) đã nghiên cứu ứng dụng bể IFAS với giá thể là trấu để xử lý

nước thải bệnh viện Resalat, Iran Theo đó thời gian lưu nước trong bể là 9 giờ, hiệusuất loại bỏ BOD là 92.31%, hiệu suất loại bỏ COD là 91.36% cao hơn so với xử lýbằng bể bùn hoạt tính thông thường khi ở cùng thời gian lưu cụ thể đối với bể bùn hoạttính thì hiệu suất loại bỏ BOD là 75.91%, hiệu suất loại bỏ COD là 74.25% Mô hình

sử dụng 3,125 kg giá thể với thể tích bể là 0,32 m3, với nồng độ BOD đầu vào là 320mg/L, COD đầu vào là 790 mg/L ở pH trong khoảng từ 6,4 - 8

2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI THỦY SẢN

Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp phát triển khámạnh ở khu vực phía Nam Bên cạnh những lợi ích đạt được to lớn về kinh tế - xã hội,ngành công nghiệp này cũng phát sinh nhiều vấn đề môi trường cần phải giải quyết,trong đó ô nhiễm do nước thải và xử lý nước thải là một trong những mối quan tâm

hàng đầu (Lâm Minh Triết et al., 2008) Theo Nguyễn Thế Đồng et al., (2011) mức độ

ô nhiễm của nước thải từ các quá trình chế biến thủy sản thay đổi tùy vào nguyên liệuthô, sản phẩm, thậm chí trong ngày làm việc theo đó nước thải của ngành chế biếnthủy sản bao gồm nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất và sinh hoạt

Trong quy trình công nghệ chế biến các loại thủy sản, nước thải chủ yếu sinh ra từcông đoạn rửa sạch và sơ chế nguyên liệu, đây là nguồn nước thải chứa nhiều mảnhvụn thịt, vảy cá và ruột của các loại thủy sản, các chất rắn lơ lửng, các chất bả, vi sinhvật, các mảnh vụn này thường dễ lắng và dễ phân hủy gây nên các mùi hôi tanh (Lâm

6

Minh Triết et al., 2008) bên cạnh đó với nồng độ ni-tơ, phốt-pho cũng như COD, BOD

cao khi thải ra môi trường sẽ làm cạn kiệt ô-xy của nguồn nước nơi tiếp nhận (LêMinh & Lê Văn Cát, 2002) Ngoài ra trong nước thải chế biến thủy sản hàm lượng dầu

và mỡ rất cao, đặc biệt là các doanh nghiệp chế biến cá da trơn và đây cũng là mộttrong những nguyên nhân gây ra sự không hiệu quả của các công trình xử lý sinh học

(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011).

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ khâu chuẩn bị, chế biến thức ăn tại nhà ăn của các xínghiệp, nước sinh hoạt của công nhân trong giờ làm việc và nước thải tắm của côngnhân sau ca làm việc (Hoàng Văn Huệ & Trần Đức Hạ, 2002) Trong nước thải sinhhoạt có các chất rắn lơ lửng như phân người, các mãnh vụn thức ăn, dầu, mỡ và cácphế thải khác sau khi phục vụ cho ăn uống và sinh hoạt (Trịnh Xuân Lai, 2009) Đặctrưng của nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinhvật trong nước thải gồm các loài như vi-rút và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thươnghàn, (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002)

Do sự phong phú và đa dạng về loại nguyên vật liệu và sản phẩm nên thành phần vàtính chất nước thải công nghiệp chế biến thủy sản cũng hết sức đa dạng và phức tạp

(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011) Theo Lâm Minh Triết et al., (2008), thành phần và

tính chất của nước thải thủy sản được thể hiện theo Bảng A.1:

Bảng 1 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản

N-Kjeldahl mg/L 40

(Lâm Minh Triết et al., 2008)

Nhìn chung, nước thải ngành công nghiệp chế biến thủy sản có các thành phần ônhiễm vượt quá tiêu chuẩn thải cho phép nhiều lần Ngoài ra các chất hữu cơ có trongnước thải khi bị phân hủy sẽ tạo ra các sản phẩm có mùi hôi thối rất khó chịu và đặctrưng do các sản phẩm có chứa indol và các sản phẩm trung gian của sự phân hủy do

đó nước thải công nghiệp chế biến thủy sản cần phải có các biện pháp xử lý thích hợpnhằm kiểm soát ô nhiễm do nước thải cũng như đạt được tiêu chuẩn xả thải theo quy

định (Lâm Minh Triết et al., 2008).

3 TỔNG QUAN VỀ BỂ BÙN HOẠT TÍNH TRUYỀN THỐNG VÀ QUI TRÌNH

TÍCH HỢP TĂNG TRƯỞNG BÁM DÍNH VÀ BÙN HOẠT TÍNH (IFAS) 3.1 Bể bùn hoạt tính truyền thống

a Giới thiệu về bể bùn hoạt tính truyền thống:

Quy trình xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính được thực hiện ở Anh từ năm 1914 và

đã được duy trì và phát triển đến ngày nay với phạm vi áp dụng rộng rãi để xử lý nướcthải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (Trịnh Xuân Lai, 2009) Bùn hoạt tính baogồm các cơ thể sống và chất nền rắn Các cơ thể sống là các vi khuẩn đơn bào và đabào, động vật nguyên sinh, nấm, men và đôi khi là các ấu trùng sâu bọ, cóc, nhái cũngnhư rêu tảo, Bùn hoạt tính là hạt keo vô định hình, khi pH = 4 – 9, nó có điện tích

âm Mặc dù tính chất nước thải rất khác nhau nhưng thành phần nguyên tố hóa học củabùn hoạt tính tương đối ổn định (Nguyễn văn Phước, 2010) Theo Hoàng Huệ (2010)bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng ô-xy hóa và khoáng hóacác chất hữu cơ chứa trong nước thải Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu dễlắng, có kích thước từ 3 đến 5µm, những bông này gồm các vi sinh vật sống và chấtrắn (40%) (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002) Các chất keo dính trong khối nhầycủa bùn họat tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu, mùi,… trong nước

8

thải Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng dần lên (Lương ĐứcPhẩm, 2007).

Trong bể bùn hoạt tính diễn ra các quá trình sinh trưởng lơ lửng, đây là những quátrình xử lý sinh học hiếu khí mà trong đó những vi sinh vật chịu trách nhiệm chuyểnhóa chất hữu cơ hoặc các thành phần khác trong nước thải thành khí và tế bào chấtnhững vi sinh vật này luôn được giữ ở trạng thái lơ lửng và xáo trộn cùng với thể lỏng,với điều kiện như vậy, hiệu suất phân hủy (ô-xy hóa) các hợp chất hữu cơ là khá cao(Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002) Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạobông Theo lý thuyết của Mekhati thì sự tạo bông xảy ra ở giai đoạn trao đổi chất có tỷ

lệ chất dinh dưỡng với sinh khối trở nên thấp dần Tỷ lệ này thấp sẽ đặc trưng chonguồn năng lượng thấp của hệ thống và dẫn tới giảm năng lượng chuyển động Độngnăng tác dụng đối kháng với lực hấp dẫn Nếu động năng nhỏ thì tác động đối khángcũng sẽ nhỏ và các tế bào vi khuẩn hấp dẫn với nhau Diện tích bề mặt tế bào, sự tạothành vỏ nhầy và tiết ra niêm dịch là nguyên nhân keo tụ của các tế bào vi khuẩn(Lương Đức Phẩm, 2007)

Các vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính chiếm khoảng 95% tổng sinh khối của bùn hoạttính Chúng là những vi sinh vật đơn bào phát triển trong nước thải nhờ vào sự tiêu thụcác chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học như carbohydrate, protein, chất béo và nhiều

hợp chất khác Các vi khuẩn này thuộc các loài Flavobacterium, Achromobacter,

Pseudomonas, Zoogloea, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn

ni-trát hóa Nitrosomonas và Nitrobacter Thêm vào đó nhiều loại vi khuẩn hình sợi như Sphaerotilus Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix cũng có thể xuất hiện trong bể (Lê

Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016) Trong bùn hoạt tính ta còn thấy các loàithuộc động vật nguyên sinh Chúng đóng vai trò khá quan trọng trong bùn Chúngcũng tham gia phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổithọ cho quần thể vi sinh vật trong bùn, giữ cho bùn luôn luôn hoạt động ở điều kiện tối

ưu Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vikhuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích visinh vật tiết enzym ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết lắng bùnnhanh (Lương Đức Phẩm, 2007)

b Nguyên lý hoạt động của bể bùn hoạt tính:

Nước thải sau khi ra bể lắng đợt 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng

đi vào bể phản ứng hiếu khí (aerotank) Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò làcác hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặnbùn hoạt tính Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng(N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan vào các tếbào mới (Trịnh Xuân Lai, 2009) Trong bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽchuyển hóa thành chất khí bay ra khỏi bể, phần còn lại sẽ chuyển hóa thành chất hữu

cơ trong tế bào vi khuẩn Sau đó nước thải được đưa qua bể lắng và sinh khối sẽ đượctách ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng, một phần bùn lắng sẽ được hoàn lưu về cho

bể bùn hoạt tính để duy trì mật độ vi khuẩn theo thiết kế, phần dư sẽ được thải bỏ (LêHoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

Theo Nguyễn Văn Phước (2010) quá trình sinh học xảy ra ở bể aerotank thường qua

ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành và phát triển Lúc này, cơ chất và chất dinhdưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít Theo thời gian quá trình thích nghicủa vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng mạnh mẽ theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăngnhanh Vì vậy, lượng ô-xy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao Tốc độtiêu thụ ô-xy vào cuối giai đoạn này có khả năng gấp ba lần ở giai đoạn hai Tốc độphân hủy chất hữu cơ tăng dần

- Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt tối đa và kéo dài tronggiai đoạn tiếp theo Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ phân hủynhiều nhất Tốc độ tiêu thụ gần như không thay đổi trong một thời gian khá dài

- Giai đoạn 3: tốc độ tiêu thụ ô-xy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc

độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần và quá trình ni-trát hóa amoniac xảy ra Sau cùng,nhu cầu tiêu thụ ô-xy lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc

Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) quá trình phân giải các chất hữu

cơ trong nguyên sinh chất của tế bào sống là phản ứng ô-xy hóa khử Quá trình nàydiễn ra như sau:

- Quá trình ô-xy hóa (dị hóa)

CHONS + O2 + VK hiếu khí  CO2 + NH4+ + sản phẩm khác + Q (1.1)

10

- Quá trình tổng hợp (đồng hóa)

CHONS + O2 + VK hiếu khí + Q  C5H7O2N (1.2)

(tế bào vi khuẩn mới)

Quá trình dị hóa là quá trình thủy phân các vật chất Quá trình này là quá trình giảiphóng năng lượng và vật chất dùng cho quá trình tổng hợp, quá trình dị hóa xảy ratrong và ngoài tế bào Ở trong tế bào vi khuẩn, quá trình thực hiện bởi các enzym nộibào Enzym nội bào ở các vi khuẩn là enzym được tổng hợp trong tế bào vi khuẩn,thực hiện các phản ứng sinh hóa trong tế bào để giải phóng năng lượng và vật chấtdùng cho quá trình tổng hợp của tế bào Quá trình dị hóa ngoài tế bào là quá trình phângiải vật chất ngoài tế bào bởi các enzym ngoại bào Các enzym ngoại bào cũng đượctổng hợp trong tế bào, sau đó thoát ra khỏi tế bào vào môi trường và tham gia các phảnứng ngoài tế bào (Nguyễn Đức Lượng & Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Khi tải lượng nạp chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quátrình hô hấp nội bào hay là tự ô-xy hóa sử dụng nguyên sinh chất của bản thân chúnglàm nguyên liệu

C5H7O2N + 5O2  5CO2 + NH4+ + 2H2O + Q (1.3)

Trong quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính có các vi khuẩn ni-trát hóa, đây là những

vi sinh vật có có tốc độ phát triển chậm hơn các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, do đónếu vận hành ở thời gian lưu nước và thời gian lưu chất rắn thích hợp và cung cấp đầy

đủ ô-xy thì sẽ xảy ra quá trình ni-trát hóa theo các phản ứng sau:

Nitrosomonas

55NH4 + 76O2 + 109HCO3- C5H7O2N + 54NO2 + 57H2O + 104H2CO3 (1.4)

Nitrobacter

400NO2 + NH4+ + 4H2CO3 + 195O2 C5H7O2N + 3H2O + 400NO3- (1.5)

c Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của bể bùn hoạt tính:

Bể bùn hoạt tính bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: cung cấp ô-xy, chế độ nạp nước vàchất hữu cơ, thời gian tồn lưu vi sinh vật trong bể, hàm lượng SS, tỷ lệ thức ăn/vi sinhvật (F/M)

+ Cung cấp ô-xy:

Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho aerotank có khả năng ô-xy hóa các chất bẩn hữu cơvới hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng ô-xy, mà chủ yếu là ô-xy hòa tantrong môi trường lỏng một cách liên tục, đáp ứng đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí cho visinh vật trong bùn hoạt tính (Lương Đức Phẩm, 2007) Quá trình phân hủy chất hữu cơtrong bể bùn hoạt tính chủ yếu là quá trình hiếu khí, tuy nhiên do cấu trúc, kích thướccủa bông cặn và một phần do hiệu quả cũng như cách bố trí các đầu cung cấp khí, cóthể có quá trình thiếu khí, yếm khí xảy ra trong bông cặn cũng như ở một số khu vựccủa bể (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

+ Chế độ nạp nước và chất hữu cơ:

Khác với quá trình xử lý kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơnnên nồng độ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải qua bể aerotank có BOD toànphần phải ≤ 1000 (mg/L) còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nước thải ≤

500 (mg/L) Ngoài ra trong nước thải cũng cần có đủ các nguyên tố vi lượng, nguyên

tố dinh dưỡng, thông thường các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Mo,

Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl, thiếu các nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm sinh trưởng vàngăn cản các quá trình ô-xy hóa – khử trong tế bào vi sinh vật Tùy theo hàm lượng cơchất hữu cơ trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dưỡng cầnthiết là khác nhau (Nguyễn Văn Phước, 2010) Theo Lương Đức Phẩm (2007) cần cânbằng dinh dưỡng cho môi trường lỏng theo tỉ lệ BOD5:N:P (bình thường là 100:5:1).Thiếu ni-tơ lâu dài, ngoài sự cản trở tế bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đổi chấtcòn làm cho bùn khó lắng

+ Thời gian tồn lưu vi sinh vật trong bể:

Thời gian tồn lưu vi sinh vật quá ngắn dẫn đến hiệu quả loại bỏ BOD thấp, thời giantồn lưu vi sinh vật quá lâu dẫn đến có nhiều chất rắn ở nước thải đầu ra Để vi khuẩntạo bông tốt thì thời gian tồn lưu vi sinh vật tối thiểu là 3 ngày Trong thực tế thiết kế ởcác khu vực ấm áp, chọn từ 3 – 5 ngày, ở các khu vực lạnh có thể lên đến 15 ngày (LêHoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

+ Thời gian tồn lưu nước trong bể:

12

Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính truyền thống không quá 12 giờ (thường là 4– 8 giờ) (Hoàng Huệ, 2010).

+ Chất hoạt động bề mặt:

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 02 phần: kỵ nước và ưa nước tạonên sự hòa tan của các chất đó trong dầu và trong nước Sự có mặt của các chất hoạtđộng bề mặt trong nước thải có ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn xử lý Các chất nàylàm cản trở quá trình lắng của các hạt lơ lửng tạo nên hiện tượng sủi bọt trong các

công trình xử lý, kiềm hãm các quá trình xử lý sinh học (Lâm Minh Triết et al., 2008).

+ Hàm lượng SS:

Sau khi xử lý sơ bộ, tùy thuộc nồng độ chất lơ lửng có trong nước thải mà xác địnhcông trình xử lý cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc aerotank (Lương Đức Phẩm,2007) Theo Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân (2016) nước thải đưa vào bểbùn hoạt tính phải có nồng độ SS nhỏ hơn 150 mg/L Do đó nếu nước thải có nồng độ

SS cao hơn mức này thì nên sử dụng bể lắng sơ cấp hay bể tuyển nổi để làm giảm SSxuống

+ Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật (F/M):

Hệ thống đạt được cân bằng khi lượng thức ăn F và lượng vi khuẩn M nằm trongkhoảng thích hợp cho điều kiện hoạt động của hệ thống Tỷ lệ F/M dùng để kiểm soátquá trình ô-xy hóa sinh hóa và sinh khí bằng cách duy trì sự phát triển của hệ sinh vật

ở giai đoạn log hay ở giai đoạn phân hủy nội bào

Tỉ lệ F/M được tính bằng công thức sau:

X

S X V

S Q M

(1.6)Trong đó:

M

F

: tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn, l/ngày

S0: BOD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m3)

=V Q thời gian tồn lưu nước trong bể bùn hoạt tính, ngày

V: thể tích bể bùn hoạt tính, m3

Q: lưu lượng nước thải nạp vào bể, m3/ngày

X: mật độ vi khuẩn trong bể tính bằng hàm lượng vật chất rắn bay hơi (MLVSS) trong

bể, mg/L (g/m3)

Vận hành ở tỷ lệ F/M thấp vi sinh vật sẽ ở trạng thái hô hấp nội bào, bông cặn đượchình thành tốt hơn, hiệu suất loại bỏ BOD cao hơn do vi khuẩn ở tình trạng “đói”, tuynhiên nếu tỷ lệ F/M quá thấp thì cần có bể phản ứng lớn và có thể gặp vấn đề trongvận hành do sự phát triển quá mức của vi sinh vật hình sợi Ở tỉ lệ F/M cao tốc độ phânhủy chất hữu cơ nhanh nhưng ở F/M cao vi sinh vật ở giai đoạn tăng trưởng nên chủyếu chúng sẽ ở dạng rời rạc, ít tạo bông, khả năng lắng kém, nước thải đầu ra có thểchứa nhiều chất hữu cơ do lượng thức ăn thừa, vi khuẩn không sử dụng hết (Lê HoàngViệt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

+ pH:

pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quátrình tạo bùn và lắng Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước thải ở bể aerotank là 6,5– 8,5 (Lương Đức Phẩm, 2007) tốt nhất là 6,8 đến 7,4 (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

+ Nhiệt độ:

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý sinh học, trong bể aerotank nhiệt độcủa nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật Hầu hết các visinh vật có trong nước thải các thể ưu ấm, chúng có nhiệt độ sinh trưởng trong điềukiện nhiệt độ từ 50C – 400C (Lương Đức Phẩm, 2007) Khi nhiệt độ tăng quá cao cóthể làm chết các vi khuẩn, còn nhiệt độ quá thấp có thể làm bất hoạt quá trình vậnchuyển các chất hòa tan qua màng tế bào chất dẫn đến tốc độ làm sạch nước thải sẽ bịgiảm Vì vậy, nhiệt độ thích hợp để xử lý nước thải là 60C – 370C, tốt nhất là 150C –

350C (Trần Hiếu Nhuệ, 2001)

+ Kim loại nặng:

14

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối kim loại nặng Khi đó, hoạt động sinh hóacủa chúng bị giảm, do sự phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợi làm cho bùn hoạt tính

bị phồng lên Muối của các kim loại này (Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr+3, V, Cd, Zn,Fe) làm giảm tốc độ làm sạch Nồng độ cho phép của các chất độc để quá trình ô-xyhóa có thể xảy ra phụ thuộc vào bản chất của các chất đó (Trần Văn Nhân & Ngô ThịNga, 2002) Hàm lượng các chất khoáng khi cao hơn nồng độ cho phép cực đại cũng

có thể ảnh hưởng xấu tới tốc độ làm sạch nước thải (Trịnh Lê Hùng, 2006)

3.2 Qui trình tích hợp tăng trưởng bám dính và bùn hoạt tính (Intergrated fixed film activated sludge – IFAS)

Từ đây về sau tạm gọi bể IFAS là bể bùn hoạt tính bổ sung giá thể vật liệu lọc nổi.

- Giới thiệu về công nghệ IFAS:

Công nghệ IFAS là công nghệ tích hợp giữa quá trình sinh trưởng bám dính và sinhtrưởng lơ lửng nhằm cung cấp thêm sinh khối trong quá trình xử lý nước thải trên cơ

sở đáp ứng việc tăng tải trọng mà không cần phải mở rộng hoặc nâng sức chứa Hệthống IFAS cho phép các quần thể vi khuẩn khác nhau tồn tại trên một bề mặt cố địnhphối hợp một cách hiệu quả để nâng cao hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ (Brentwood,2009) Mật độ sinh khối cao do các vi sinh vật tăng trưởng dính bám trên các giá thể,

do đó làm tăng thời gian lưu giữ tế bào, giảm lượng chất rắn lơ lửng hỗn dịch (MLSS)

đi vào bể lắng thứ cấp, giảm lượng bùn phát sinh từ đó giảm chi phí phát sinh cho việcthu gom, hút bùn và xử lý bùn thải Điều này làm giảm hoặc giải quyết vấn đề quá tải

ở bể lắng thứ cấp, có lợi cho việc loại bỏ COD, BOD và ni-trát hóa (Sriwiriyarat,2002)

Trong nhiều năm gần đây, người ta đã nghiên cứu để tăng mật độ vi sinh vật trong bểbùn hoạt tính để tăng hiệu quả xử lý của chúng Tuy nhiên việc tăng mật độ bùn sẽ bịgiới hạn bởi khả năng lắng bùn của bể lắng thứ cấp Để khắc phục nhược điểm nàyngười ta đã cho vào bể bùn hoạt tính các giá thể, một phần vi khuẩn sẽ bám vào giáthể, do đó không theo nước thải qua bể lắng thứ cấp làm giảm được tải nạp bùn cho bểlắng thứ cấp Các hệ thống như thế này được gọi là hệ thống lai (hybrid) vì nó kết hợpgiữa quá trình tăng trưởng lơ lửng và quá trình tăng trưởng dính bám vào trong cùngmột bể (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

So với bể bùn hoạt tính truyền thống hệ thống IFAS đòi hỏi ít hoặc không có chi phíhoạt động bổ sung hoặc bổ sung nhân viên vận hành, mặt khác bể IFAS còn giải quyếtđược hạn chế khi tăng mật độ bùn tuy nhiên hệ thống cần nhu cầu năng lượng lớn, chiphí xây dựng và vận hành cũng như đòi hỏi kiến thức chuyên môn cao (Brentwood,2009).

- Ưu điểm của công nghệ IFAS:

+ Tăng công suất xử lý của hệ thống hay cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống

+ Tăng mật độ vi khuẩn trong bể xử lý sinh học nhưng không làm tăng tải nạp chất rắncho bể lắng thứ cấp

+ Cải thiện khả năng lắng của bùn (giảm được chỉ số thể tích bùn – SVI)

+ Giảm lượng bùn sản sinh

+ Tốc độ xử lý nhanh hơn, do đó có thể giảm được diện tích cần thiết cho hệ thống

+ Có thể đồng thời diễn ra cả 2 quá trình ni-trát hóa và khử ni-trát hóa trong bể

- Hạn chế của công nghệ IFAS:

+ Có thể tạo mùi hôi

+ Cần trang bị thêm một số bộ phận

+ Cần phải thay các giá thể

+ Tăng độ giảm áp của bể (tạo ra do các lưới giữ lại giá thể lắp thêm cho bể)

Với các ưu điểm trên, hiện nay người ta xem các loại bể IFAS là một lựa chọn để nângcấp hay cải thiện hiệu quả xử lý các dưỡng chất của các hệ thống hiện hành (WEF,

2011 trích dẫn của Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

c Màng sinh học

16

Màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, màng sinh học phát triển ở bềmặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhày (Trần văn Nhân & Ngô Thị Nga, 2002), có hoạttính ô-xy hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng, màng này dày từ 1– 3 mm và hơn nữa Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màuvàng xám đến màu nâu tối Khác với bùn hoạt tính ở lớp ngoài cùng của màng là lớphiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện,

như Pseudomonas, Alcalignes, Flavobacterium, Micrococcus và Bacillus lớp sâu bên

trong là màng kị khí, thấy có vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh và khử ni-trát

- Các vi sinh vật tiết ra các chất cao phân tử ngoại bào, các chất cao phân tử ngoại bàonày được ví như “ngôi nhà” cho các màng sinh học, nó tạo nên một phức hợp và tươngtác với môi trường để cung cấp thức ăn cho các vi sinh vật, nhóm polyhydroxyl củacác chất cao phân tử ngoại bào sẽ “giữ” lấy các vi khuẩn lúc này chúng không thể tách

ra khỏi màng được nữa Các khuẩn lạc nhỏ sẽ được tạo thành bên trong phức hợp cácchất cao phân tử ngoại bào này và được ngăn cách bởi các lỗ rãnh hay nước nhỏ, cácrãnh này đóng vai trò vận chuyển thức ăn cho các vi sinh vật trong màng sinh học

- Màng sinh học tiếp tục phát triển kích thước bằng cách giữ các hạt chất rắn trongnước thải và các vi khuẩn trôi nổi trong nước thải

- Khi màng phát triển đến một mức thích hợp nào đó sẽ tạo thành các tín hiệu, lúc nàymột số vi khuẩn nhất là các vi khuẩn mới sẽ tách ra khỏi màng và phát tán vào môitrường xung quanh

Dọc theo chiều dày của màng sinh học xảy ra quá trình khuếch tán và đường khuếchtán kết thúc tại điểm tiếp giáp với chất mang Nồng độ chất khuếch tán giảm từ phíangoài vào trong do khuếch tán và do bị tiêu thụ bởi các phản ứng hóa học xảy ra trongmàng Trong màng xảy ra hai quá trình: cung cấp nguyên liệu cho phản ứng hóa học

do quá trình khuếch tán, tiêu thụ nguyên liệu do phản ứng Khi nguyên liệu cho phảnứng dồi dào, thõa mãn cho phản ứng thì phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ không kém hơn

so với nó trong trường hợp phản ứng trong thể tích nước Khi nguồn nguyên liệukhông đáp ứng đầy đủ do khuếch tán chậm thì tốc độ phản ứng sẽ chậm theo phù hợpvới lượng nguyên liệu được cung cấp Trong trường hợp này quá trình phản ứng (xửlý) bị khống chế bởi quá trình khuếch tán (Lê Văn Cát, 2007)

Cũng theo Hazen & Sawyer (2011) nồng độ DO trong nước thải phải được duy trì ởmức 3 - 4 mg/L để duy trì lớp màng sinh học trên giá thể

d Giá thể

Theo Lương Đức Phẩm (2007), khi chọn giá thể cần quan tâm đến những yếu tố sau:

- Diện tích bề mặt riêng lớn (thay đổi từ 80 – 220 m2/m3)

- Có độ bền cơ học lớn

- Ổn định hóa học

Theo Nguyễn Văn Phước et al., (2010) trong những năm gần đây do kỹ thuật chất dẻo

có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinyl chloride), PP (polypropylene), được làm thànhtấm nhựa lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa, dạng vách ngăn có đặcđiểm là rất nhẹ và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như diện tích bề mặt riêng lớn (từ 80 –

220 m2/m3) tạo điều kiện cho các quá trình hấp phụ và phát triển của vi sinh vật, lựccản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lượng cần sử dụng cho máy bơm)

Vật liệu lọc nên có khả năng chống hao mòn, có độ bền cơ học cao, có khối lượngriêng thích hợp, diện tích bề mặt riêng cao, và có khả năng ổn định hóa học, dễ cài đặt

và không bị tắc nghẽn Trên thực tế, diện tích bề mặt riêng của vật liệu lọc là quantrọng để thúc đẩy quá trình tăng trưởng sinh học, cho phép vận chuyển ô-xy tối đa cho

vi khuẩn (Pramanik, 2012)

2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngành chế biến thủy sản ở Việt Nam đang ngày càng phát triển và trở thành một trongnhững ngành kinh tế mũi nhọn, ngành sản xuất hàng hóa lớn, đi đầu trong hội nhậpkinh tế quốc tế (VASEP, 2015) Năm 2015 giá trị sản xuất thủy sản đạt hơn 34 nghìn tỉđồng, tăng 3,6% so với cùng kỳ năm 2014 (Tổng cục Thủy sản, 2015) Trong giai đoạn

18

từ năm 2001 đến năm 2015 số nhà máy và công suất cấp đông của các cơ sở chế biếntăng rất nhanh điển hình là sự ra đời của một số công ty quy mô lớn ở Đồng bằng sôngCửu Long như Tập đoàn Thủy sản Minh Phú, Công ty cổ phần Vĩnh Hoàn, Các sảnphẩm chế biến thủy sản có nhiều chủng loại và chất lượng ngày càng được nâng cao(VASEP, 2015) Bên cạnh các lợi ích kinh tế mà ngành chế biến thủy sản mang lại thì

nó cũng là một nỗi lo lớn đối với môi trường bởi lượng nước thải mà nó sinh ra Trongnước thải chế biến thủy sản nồng độ COD dao động từ 1.000 – 1.200 mg/L, BOD vàokhoảng 600 – 950 mg/L, tỉ số BOD/COD vào khoảng 0,75 – 0,8 thuận lợi cho quátrình xử lý bằng các phương pháp sinh học, hàm lượng ni-tơ hữu cơ trong nước thảidao động từ 70 – 110 mg/L, rất dễ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận

nước thải nếu không được xử lý thỏa đáng (Lâm Minh Triết et al., 2008) Ở nước ta

ước tính chỉ có khoảng 40% số khu công nghiệp và nhiều cụm công nghiệp, nhà máy

có hệ thống xử lý nước thải số còn lại chưa có trạm xử lý hoặc đã xây dựng nhưngkhông đi vào hoạt động (Trần Hiếu Nhuệ, 2001) Hầu hết các hệ thống xử lý nước thảichế biến thủy sản sử dụng bể bùn hoạt tính hay bể UASB kết hợp bể bùn hoạt tính để

xử lý nước thải (Nguyễn Thế Đồng et al., 2011), tuy nhiên bể bùn hoạt tính lại có một

số nhược điểm như: bùn ở bể lắng có thể tích lớn, nhiều nước, khó làm khô, ít ổn định

và chi phí vận hành cao (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

Hiện nay có nhiều biện pháp sinh học có thể áp dụng để xử lý nước thải thủy sản nhưquá trình tăng trưởng lơ lửng và quá trình tăng trưởng bám dính (Nguyễn Văn Phước

& Nguyễn Thị Thanh Phượng, 2006), trong đó bể IFAS (Intergrated Fixed FilmActivated Sludge) là mô hình tích hợp giữa quá trình tăng trưởng bám dính và bùnhoạt tính So với bể bùn hoạt tính truyền thống thì bể IFAS có thể làm giảm được tảinạp bùn cho bể lắng thứ cấp khi tăng mật độ vi sinh vật trong bể (Lê Hoàng Việt &

Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016) Do đó đề tài: “Đánh giá khả năng xử lý nước thải

thuỷ sản của bể bùn hoạt tính có bổ sung giá thể vật liệu lọc nổi” được tiến hành với

mục tiêu tìm ra giải pháp xử lý nước thải thủy sản đạt hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh

tế, nước thải thủy sản sau xử lý đạt loại A QCVN 11-MT:2015/BTNMT Kết quả của

đề tài có thể sử dụng để thiết kế mới bể IFAS hay để nâng cấp các hệ thống bùn hoạttính xử lý nước thải chế biến tôm hiện hành

+So sánh hiệu quả xử lý với bể bùn hoạt tính truyền thống nhằm đánh giá khả năng xử

lý nước thải của bể bùn hoạt tính có kết hợp vật liệu lọc nổi

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Phương tiện và thiết bị thí nghiệm

Đề tài được thực hiện trên 2 mô hình có kích thước và cấu tạo hoàn toàn giống nhaugồm: mô hình bể bùn hoạt tính truyền thống và mô hình bể IFAS ở quy mô phòng thínghiệm Hai mô hình này có các đặc điểm và cấu tạo như sau:

- Mỗi mô hình gồm 02 bể hợp khối với nhau: bể bùn hoạt tính và bể lắng thứ cấp Bểbùn hoạt tính có dạng hình chữ nhật và chia thành 3 kênh nhỏ Việc chia kênh nhằmmục đích kéo dài đường đi của nước thải, tăng vận tốc dòng chảy trong kênh để xáotrộn bùn và nước thải để tăng khả năng tiếp xúc giữa vi khuẩn với các chất hữu cơ.Nước thải sau quá trình lắng – lọc và bùn hoàn lưu được bơm vào một đầu của bể vàđược khuấy trộn bằng thiết bị sục khí Dòng chảy trong ngăn được thiết kế gần giốngnhư kiểu plug – flow (quasi – plug – flow) và nồng độ của các chất ô nhiễm sẽ giảmdần từ đầu bể đến cuối bể (Lê Hoàng Việt & Nguyễn Võ Châu Ngân, 2016)

- Thể tích hữu dụng của bể bùn hoạt tính là 42 L với các kích thước là (dài x rộng xcao): 0,5 x 0,23 x 0,5 (m) Vật liệu được sử dụng để chế tạo bể là kính có chiều dày 5mm

- Bể lắng thứ cấp có kích thước (dài x rộng x cao): 0,2 x 0,23 x 0,5 (m) Bể lắng thứcấp có thể tích hữu dụng là 16 L, hoạt động theo cơ chế lắng dòng ngược

20

0,0 7m

0,0 7m

ngược

c: máng thu nước và nơi đặt van thu nướcđầu ra

Bể bùn hoạt tính

Nhuận, Thành phố Hồ Chí Minh) Giá bán trên thị trường là 130.000 đồng/kg Giá thể

có các thông số kỹ thuật theo Bảng 1.2:

Bảng 2 Thông số kỹ thuật của giá thể nhựa S20-4

kính (mm)

Diện tích bề mặt(m2/m3)

Khối lượng đónggói (kg/m3)

Số lượng đónggói (giá thể/m3)

Khi cho giá thể vào bể với thể tích 12,6 L tương ứng với 1.260 giá thể

Các thông số từ Bảng 1.2 số lượng đóng gói của giá thể là 100.000 (giá thể/m3) Ứng

với 1.260 giá thể ta có thể tích là: V =

000.100

260.1

3

3 2





m

m m

(m2)

Ngoài ra mô hình thí nghiệm còn bao gồm các thiết bị phụ trợ khác như:

-Thiết bị sục khí gồm 1 máy thổi khí Resun Air-pump, công suất 120W, lưu lượng 110L/phút phân phối cho cả hai bể với hệ thống 6 ống phân phối khí dạng xương cá.

- Hai bình ma-ri-ốt để cung cấp nước thải ở lưu lượng ổn định

- Các ống dẫn nước thải đầu vào, đầu ra và ống phân phối nước

4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Tìm hiểu thành phần và tính chất của nước thải, tiến hành lấy mẫu trong 3

ngày liên tiếp, phân tích các chỉ tiêu pH, DO, SS, BOD5, COD, TKN, TP, N-NO3-,MLVSS để biết thành phần và tính chất của nước thải, dựa trên kết quả phân tích đểxác định xem nước thải có phù hợp với xử lý sinh học hay không từ đó có thể điềuchỉnh kịp thời các thông số vận hành trước khi tiến hành thí nghiệm

Bước 2: Tạo sinh khối bùn hoạt tính dùng trong thí nghiệm và màng sinh học.

Bước 3: Tiến hành các thí nghiệm.

Thí nghiệm 1: So sánh khả năng xử lý nước thải thuỷ sản của bể bùn hoạt tính và

bể IFAS

Mục đích của thí nghiệm là tìm ra mô hình xử lý nước thải có hiệu quả xử lý cao hơn.Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình bể bùn hoạt tính truyền thống và bể IFAS ởcùng thời gian lưu nước và cùng điều kiện thí nghiệm Tuỳ theo thành phần và tínhchất nước thải ban đầu mà lựa chọn các thông số vận hành một cách phù hợp

Tiến hành lấy mẫu nước thải trong 3 ngày và phân tích chỉ tiêu SS, BOD5, COD, TKN,

TP, N-NO3-, MLVSS Cuối cùng so sánh hiệu quả xử lý nước thải của 2 bể để chọn môhình có hiệu quả xử lý cao hơn để tiến hành thí nghiệm tiếp theo

Thí nghiệm 2: Xác định thời gian lưu thích hợp của bể IFAS

Mục đích thí nghiệm: dựa trên kết quả phân tích nước thải sau quá trình xử lý của bểIFAS ở thí nghiệm 1 để lựa chọn mốc thời gian lưu nước và tiến hành thí nghiệm.Các bước thực hiện:

24

- Tiến hành thí nghiệm với mốc thời gian lưu đã chọn ở thí nghiệm 1, dựa vào kết quả

ở thí nghiệm 1 mà tăng hoặc giảm thời gian lưu nước

- Lấy mẫu đầu ra phân tích liên tiếp trong 3 ngày để đánh giá hiệu quả xử lý ở mốcthời gian lưu nước này Phân tích nước thải sau xử lý với các chỉ tiêu như SS, BOD5,COD, TKN, TP, N-NO3-, MLVSS

Dựa trên kết quả phân tích, so sánh với QCVN 11-MT:2015/BTNMT (loại A) từ đólựa chọn thời gian lưu nước thích hợp của bể IFAS về mặt kỹ thuật và kinh tế

a So sánh khả năng xử lý nước thải thuỷ sản của bể bùn hoạt tính và bể IFAS

BỂ BÙN HOẠT TÍNH BỂ IFAS

Hình 8 Thí nghiệm so sánh khả năng xử lý của bể bùn hoạt tính truyền thống và bể

IFAS

Vận hành bể bùn hoạt

tính với cùng thời gian

lưu nước 7 giờ

Phân tích các chỉ tiêu pH,

DO, SS, BOD5, COD,TKN, TP, N-NO3-

Vận hành bể IFAS vớicùng thời gian lưu nước

7 giờ

Nước thải chế biến thủysản sau quá trình sơ lắng

Phân tích các chỉ tiêu đầu vào

Đánh giá hiệu quả xử lý, so sánh để lựa chọn mô hình có hiệu quả xử lý

cao hơn

So với QCVN 11-MT:2015/BTNMT (cột A)

b Xác định thời gian lưu nước ngắn nhất của bể IFAS để nước thải sau xử lý đạt QCVN 11-MT:2015/BTNMT

Phân tích các chỉ tiêu đầu vào

Phân tích các chỉ tiêu pH, DO, SS,

BOD5, COD, TKN, TP, N-NO3

thí nghiệm 1

Vận hành với thời gian

lưu nước ở thí nghiệm 1

Nước thải chế biến thủysản sau quá trình sơ lắng

Lựa chọn thời gian tồn lưu nước thấp nhất nhưng vẫn đạt cột A,

QCVN 11-MT:2015/BTNMT

So với QCVN11MT:2015/BTNMT