Nghiên cứu hiện trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải KS: Trịnh Ngọc Tuấn

Trung tâm nghiên cứu, quan trắc, cảnh báo môi trường phòng ngừa dịch bệnh thuỷ sản khu vực miền bắc Nghiên cứu trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải KS: Trịnh Ngọc Tuấn Bắc Ninh, 2005 Viện nghiên cứu NTTS DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy hóa sinh học COD Nhu cầu oxy hóa hóa học CPSH Chế phẩm sinh học DO Hàm lượng oxy hòa tan FAO Tổ chức lương thực nông nghiệp Liên hiệp quốc F/M Tỷ số khối lượng chất khối lượng bùn hoạt tính NTTS Ni trồng thủy sản RBC Đĩa quay sinh học SS Chất rắn lơ lửng TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Nitơ tổng TP Phốtpho tổng TS Tổng số chất rắn Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải I Viện nghiên cứu NTTS MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT I MỤC LỤC II TÓM TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG IV DANH MỤC CÁC HÌNH IV LỜI NÓI ĐẦU 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH KHAI THÁC, NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN Ở VIỆT NAM 1.1 Hiện trạng khai thác, nuôi trồng thủy sản nước ta 1.1.1 Tình hình khai thác thủy sản 1.1.2 Tình hình ni trồng thủy sản 1.2 Tác động ngành thủy sản đến môi trường 1.2.1 Tác động khai thác thủy sản 1.2.2 Tác động nuôi trồng thủy sản 1.3 Các giải pháp bảo vệ môi trường (BVMT) ngành thuỷ sản 1.3.1 Những giải pháp BVMT thời gian qua 1.3.2 Những giải pháp đề xuất BVMT CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NGÀNH THUỶ SẢN 11 2.1 Ơ nhiễm mơi trường nuôi trồng thuỷ sản 11 2.2 Các phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường 12 2.2.1 Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật 13 2.2.2 Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ chất ô nhiễm 13 2.3 Các hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường phương pháp sinh học 14 2.3.1 Hệ thống xử lý phương pháp hiếu khí (Aerobic methods) 14 2.3.2 Hệ thống xử lý phương pháp kỵ khí (Anaerobic methods) 16 2.3.3 Các hệ thống làm nước thải điều kiện tự nhiên [12] 16 PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC 21 3.1 Khái niệm chung 21 3.2 Phân loại lọc sinh học 22 3.2.1 Lọc sinh học có lớp vật liệu khơng ngập nước (Lọc nhỏ giọt) 24 3.2.2 Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactors) 31 3.3 Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng tới q trình xử lý[13] 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải II Viện nghiên cứu NTTS TĨM TẮT Nghiên cứu trình bày trạng khai thác, nuôi trồng thủy sản Việt Nam, nêu lên thành tựu Ngành Thủy sản đạt vài năm trở lại Hàng thủy sản xuất đóng vai trị quan trọng việc tăng thu nhập ngoại tệ mạnh cho đất nước Trong năm tới, nhu cầu mặt hàng thủy sản giới tăng cao, thị trường mở rộng Ngành khai thác, ni trồng thủy sản Việt Nam có tiềm phát triển Bên cạnh đó, vấn đề bảo vệ môi trường NTTS đáng quan tâm giải Nghiên cứu trình bày biện pháp, đề xuất giải pháp hạn chế tác động Ngành khai thác, nuôi trồng thủy sản đến mơi trường ngược lại, phân tích phương án xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản Trong phương pháp xử lý sinh học phương pháp lọc sinh học đáp ứng hầu hết yêu cầu làm nước thải nuôi trồng thủy sản (nước sau xử lý tuần hồn lại để ni trồng thủy sản) Việc sử dụng phương pháp lọc sinh học hiếu khí có nhiều ưu xét phương diện kinh tế lẫn mơi trường, quy mơ đầm ao NTTS không lớn, lọc sinh học không cần nhiều diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải hồ sinh học hệ thống đất ngập nước, chất thải có nồng độ nhiễm không cao, nên việc sử dụng bể aeroten bể mêtan giai đoạn tốn không hợp lý Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải III Viện nghiên cứu NTTS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội chủ yếu ngành thủy sản đến năm 2010 Bảng Chỉ tiêu kế hoạch chủ yếu năm 2005 ngành thuỷ sản [10] Bảng Chỉ tiêu kế hoạch thời kỳ 2006 – 2010 ngành thuỷ sản [10] Bảng Tính chất vật lý số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt 27 Bảng Phân biệt tải trọng bể lọc sinh học nhỏ giọt (các tiêu thiêt kế) 29 Bảng Sự phụ thuộc công suất oxy hóa vào nhiệt độ khơng khí 30 Bảng Sự phụ thuộc qo vào BOD 31 Bảng Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết 35 Bảng Nồng độ giới hạn cho phép số chất nước thải vào cơng trình làm sinh học Ccp (g/m3) 36 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Sản lượng cá nuôi khai thác Việt Nam 10 năm qua Hình Hệ thống xử lý phương pháp hiếu khí 15 Hình Các bước xảy suốt trình xử lý sinh học yếm khí 16 Hình Hồ sinh học hiếu khí (trên) hiếu khí - kị khí (dưới) 18 Hình Sơ đồ lọc sinh học hệ thống xử lý nước thải 21 Hình Thành phần theo chiều ngang màng sinh học sinh trưởng dính bám 22 Hình Sơ đồ xử lý nước thải bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter) 25 Hình Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt 25 Hình Vật liệu dẻo dời xếp đặn 27 Hình 10 Vật liệu lọc vòng kim loại 27 Hình 11 Vật liệu dẻo xếp cho bể lọc nhỏ giọt 27 Hình 12 Đĩa quay sinh học RBC 32 Hình 13 Sơ đồ làm việc vài tổ hợp RBC hệ thống xử lý nước thải 34 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải IV Viện nghiên cứu NTTS LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam quốc gia có diện tích đất ngập nước lớn Theo thống kê Bộ Thuỷ sản (số liệu Ban đạo chương trình Ni trồng thuỷ sản (NTTS), Bộ Thuỷ sản 2001): tổng diện tích mặt nước sử dụng cho NTTS đến năm 2001 nước 751.900 (tăng năm 2000 192.501 ha) Trong vài năm gần đây, nhận thấy tầm quan trọng nghề NTTS, Chính phủ Bộ Thuỷ sản dành ủng hộ mạnh mẽ cho phát triển bền vững NTTS Một số hỗ trợ tăng cường nguồn kinh phí cho nghiên cứu, phát triển nâng cấp sở hạ tầng toàn ngành ni trồng Chính ngành khai thác ni trồng thủy sản nước ta có bước tiến vượt bậc Ngành thủy sản với ngành dệt may, dầu khí có tốc độ tăng trưởng cao có đóng góp quan trọng vào tổng kim ngạch xuất nước ta, góp phần giải công việc làm cho hàng triệu lao động Bên cạnh đó, việc khai thác mức nguồn lợi thủy sản, tăng diện tích ni trồng thủy sản, thiếu quy hoạch, sử dụng bừa bãi thuốc, hóa chất, chế phẩm sinh học làm cho Môi trường ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc đổ nước chất thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt chưa qua xử lý sơng, hồ, biển góp phần khơng nhỏ vào việc làm biến đổi môi trường theo chiều hướng xấu Như vậy, việc tìm giải pháp xử lý nhiễm môi trường, xử lý nước thải Ngành Thủy sản vấn đề mang tính thời sự, cấp bách Có nhiều phương pháp xử lý nước thải NTTS, phương pháp có ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng khác Trong nghiên cứu sử dụng phương pháp xử lý lọc sinh học, phương pháp có ưu điểm khơng có hại đến động vật thủy sinh, hiệu xử lý cao, giá thành rẻ phù hợp xử lý nước thải Ngành NTTS Nội dung bao gồm: - Tổng quan Ngành khai thác, nuôi trồng thủy sản Việt Nam - Đề xuất biện pháp bảo vệ Môi trường khai thác, nuôi trồng thủy sản - Giới thiệu phương pháp xử lý ô nhiễm Ngành Thủy sản - Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải Ngành NTTS Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải Viện nghiên cứu NTTS 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH KHAI THÁC, NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN Ở VIỆT NAM 1.1 Hiện trạng khai thác, nuôi trồng thủy sản nước ta 1.1.1 Tình hình khai thác thủy sản Tổng sản lượng khai thác thủy sản 10 năm gần tăng liên tục với tốc độ bình quân khoảng 9%/năm Riêng giai đoạn 1996 – 2001 tăng bình quân 10%/năm Năm 2001 sản lượng khai thác đạt 1.395.783 tấn, đến năm 2002 tổng sản lượng khai thác đạt 1.434.800 tấn, tăng 2,8% so với năm 2001.[1] Trong giai đoạn 1991 – 2001 số lượng tàu thuyền máy tăng nhanh, ngược lại tàu thủ công giảm dần Năm 2001, tồn Ngành có 78.978 tàu thuyền với tổng cơng suất 3.722.577 CV, số tàu khai thác hải sản xa bờ 6.005 với tổng công suất 1.000.000 CV, bình quân 166,5 CV/tàu, tăng 109 so với năm 2000 Đến năm 2002, tồn Ngành có 81.000 tàu thuyền máy với tổng cơng suất 4.038.365 CV, bình qn 49 CV/tàu, có 6.075 tàu có cơng suất 90 CV trở lên, tăng 75 tàu so với năm 2001 Điều cho thấy hiệu lực quản lý nhà nước hạn chế đóng loại tàu thuyền nhỏ phát huy tác dụng Sự chuyển đổi cấu từ khai thác gần bờ sang khai thác xa bờ diễn mạnh mẽ Tuy nhiên việc đầu tư cho khai thác thủy sản xa bờ chưa đồng bộ, trọng đến khâu đóng tàu, cịn khâu khác như: dự báo nguồn lợi, hậu cần dịch vụ, tiêu thụ, chế biến, đào tạo nhân lực, tránh trú bão gió chưa ý mức Nhiều địa phương có tập quán khai thác gần bờ với loại nghề truyền thống, ngư dân chưa có kinh nghiệm kỹ thuật khai thác xa bờ Tình trạng thiếu thuyền trưởng thủy thủ khai thác nhiều nơi diễn trầm trọng, tỉnh Bắc Bộ Nam Bộ 1.1.2 Tình hình ni trồng thủy sản Ở Việt Nam thập niêm 90 ba năm kỷ 21, sản lượng thủy sản ni trồng có tốc độ tăng trưởng cao, vượt xa tốc độ tăng trưởng khai thác (Hình 1) [4] Trong thập niên cuối kỷ trước, Việt Nam trở thành Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải Viện nghiên cứu NTTS 10 nước có sản lượng cá nuôi lớn giới, sau Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia, Nhật Bản, Thái Lan, Banglađesh SL(TẤN) SẢN LƯỢNG THỦY SẢN 3000 2500 2000 1500 1000 500 Khai thác Nuôi tr?ng T?ng 1991 1993 1995 1997 1999 2001 NĂM Hình Sản lượng cá ni khai thác Việt Nam 10 năm qua Hoạt động nuôi trồng thủy sản nước ta thực khởi sắc từ năm 1990 đến năm 2000 – 2002 bùng phát diện tích lẫn đối tượng ni.[1] Việc mở rộng diện tích ni trồng thủy sản tiến hành chủ yếu vùng đất ngập nước ven biển, thủy vực nước mặn ven bờ, vùng cát trũng thấp ven biển miền Trung phần diện tích từ canh tác nơng nghiệp hiệu chuyển sang nuôi trồng thủy sản Diện tích ni trồng thủy sản năm 2001 993.264 diện tích ni nước 408.700 ha, diện tích ni mặn, lợ 584.500 ha; Năm 2002 955.000 diện tích ni nước 425.000 ha, diện tích ni măn, lợ 530.000 Do thay đổi cấu đối tượng nuôi trồng thủy sản dẫn đến tăng nhanh sản lượng ni trồng thủy sản đóng góp phần đáng kể cho ngành chế biến hải sản xuất Sản lượng thủy sản năm 2001 đạt 891.695 tấn, năm 2002 đạt 976.100 tấn, tăng 9,47% so với năm 2001 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải Viện nghiên cứu NTTS Bảng Các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội chủ yếu ngành thủy sản đến năm 2010 Mục tiêu Tổng sản lượng thủy sản Đơn vị Năm 2001 2005 2010 1.000 2.257 2.245 3.400 1.000 1.367 1.300 1.400 879 1.150 2.000 1,76 3,0 4,5 Bao gồm: - Nghề cá biển - nghề nuôi trồng thủy sản 1.000 Giá trị xuất tỷ USD Xu hướng nuôi chuyển từ phương thức nuôi quảng canh sang nuôi bán thâm canh Nhiều vùng nuôi tập trung theo kiểu thâm canh cơng nghiệp sản xuất hàng hóa lớn hình thành Hình thức đối tượng ni phong phú, vùng nước lợ chủ yếu tơm số lồi nhuyễn thể có giá trị xuất Sản phẩm nuôi mặn, lợ mang lại giá trị xuất cao cho kinh tế quốc dân thu nhập đáng kể cho người lao động Hình thức ni lồng bè biển hướng mở cho ngành Thủy sản, với lồi tơm hùm, cá giị, cá mú, cá tráp, trai ngọc… Đối với nuôi thủy sản nước ngọt, hình thức ni lồng bè kết hợp với khai thác cá sơng ngày phổ biến Hình thức tận dụng diện tích mặt nước, tạo việc làm tăng thu nhập Ở tỉnh phía Bắc miền Trung đối tượng ni lồng chủ yếu trắm cỏ với quy mô lồng nuôi khoảng 12 – 24 m3, suất 450 – 600 kg/lồng Ở tỉnh phía Nam đối tượng ni chủ yếu cá basa, cá lóc, cá bống tượng cá he Ni đối tượng lồi đặc sản có giá trị kinh tế cao như: ba ba, tôm xanh, cá sấu, lươn, ếch…đang mở rộng làm tăng giá trị kinh tế mơ hình ni nước Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải Viện nghiên cứu NTTS Bảng Chỉ tiêu kế hoạch chủ yếu năm 2005 ngành thuỷ sản [10] Chỉ tiêu % so với ước thực Đơn vị tính KH 2005 1.000 3.300 107,4 Thuỷ sản khai thác - 1.940 100,9 + Khai thác biển - 1.750 101,5 +Khai thác nội địa - 190 95,3 - 1.360 118,3 1.000.000 USD 2.600 108,5 A Tổng sản lượng Thuỷ sản nuôi trồng B Giá trị kim ngạch XK Bảng Chỉ tiêu kế hoạch thời kỳ 2006 – 2010 ngành thuỷ sản [10] Tốc độ tăng Chỉ tiêu Đơn vị tính KH 2005 %2010/2005 bình qn năm (%) A Tổng sản lượng 1.000 4.000 121,2 4,24 Thuỷ sản khai thác - 2.000 103,1 0,62 + Khai thác biển - 1.800 102,9 0,57 +Khai thác nội địa - 200 105,3 1,05 - 2.000 147,1 9,41 1.000.000 USD 3.500 134,6 6,92 Thuỷ sản nuôi trồng B Giá trị kim ngạch XK 1.2 Tác động ngành thủy sản đến môi trường 1.2.1 Tác động khai thác thủy sản Một số vấn đề môi trường nảy sinh hoạt động khai thác thủy sản nước ta: [1] - Số lượng tàu thuyền tăng lượng chất thải đổ vùng biển nhiều (nước thải sinh hoạt, dầu mỡ hết khả sử dụng, dầu bị rị rỉ q trình vận hành…) Ước tính ngư dân ngày xả biển 0,5 kg chất thải rắn tàu đánh cá thường có khoảng – người, lượng tàu neo đậu cảng cá 400 – 600 chiếc/ngày nên lượng xả biển khoảng chừng 200 – 300 kg chất thải/ngày - Tổng sản lượng khai thác hải sản chung nước không ngừng tăng, hiệu suất khai thác giảm (từ 0,92 xuống 0,48 tấn/CV/năm) Nhiều đối tượng cá nhỏ Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải Viện nghiên cứu NTTS Hình Sơ đồ xử lý nước thải bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter) [23] Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt: Hình Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt [22] - Vật liệu lọc Vật liệu lọc phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo uốn lượn Các loại đá nên chọn cục có kích thước trung bình 60 – 100 mm Chiều cao lớp đá chọn khoảng 0,4 – 2,5 – m, trung Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 25 Viện nghiên cứu NTTS bình 1,8 – 2,5 m Nếu kích thước hạt, cục vật liệu nhỏ làm độ hở cục vật liệu gây tắc nghẽn cục bộ, kích thước q lớn diện tích tiếp xúc bị giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu xuất xử lý Bể với vật liệu đá giăm thường có dạng hình trịn Nước thải phân phối bề mặt lớp vật liệu lọc nhờ hệ thống giàn quay phun nước thành tia nhỏ giọt Các gỗ, đặc biệt gỗ đỏ Mĩ, chất dẻo (plastic) lượn sóng gấp nếp gấp thành khối bó chặt gọi mô đun vật liệu Các mô đun xếp giá đỡ, khối lượng toàn vật liệu giảm nhiều làm cho chiều cao lọc có tăng đáng kể (tới – 16 m) Những thập niên gần đây, kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinylclorit), PP (polypropilen) làm thành lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn có đặc điểm nhẹ Phần lớn vật liệu lọc có thị trường đáp ứng yêu cầu: - Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3 - Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thường cao 90%) - Nhẹ, sử dụng độ cao lớn (từ – 10 m cao hơn) - Có độ bền học đủ lớn Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m3 Để tính tốn, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn 500 kg/m3 - Quán tính sinh học cao - Ổn định hố học Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 26 Viện nghiên cứu NTTS Hình Vật liệu dẻo dời xếp đặn Hình 10 Vật liệu lọc vịng kim loại Hình 11 Vật liệu dẻo xếp cho bể lọc nhỏ giọt [22] Bảng Tính chất vật lý số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt Vật liệu Kích thước Khối lượng/đơn vị Diện tích bề Độ thơng (inch) thể tích (Ib/ft3) mặt, (ft2/ft3) thống (%) Đá cuội: - Nhỏ – 2,5 78 – 90 17 – 21 40 – 50 - Lớn 4–5 50 – 62 12 – 50 50 – 60 Xỉ lò cao: - nhỏ 2–3 55 – 75 17 – 21 40 – 50 - Lớn 3–5 50 – 62 14 – 18 50 – 60 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 27 Viện nghiên cứu NTTS Chất dẻo (tấm): - thông thường 24 x 24 x 48 -6 24 – 30 94 – 97 bề mặt riêng cao 24 x 24 x 48 2–6 30 – 60 94 – 97 Gỗ đỏ 48 x 48 x 20 – 11 12 – 15 70 – 80 Quả cầu chất dẻo – 3,5 3–6 38 – 85 90 - 95 - - Thơng khí bể lọc sinh học Bể lọc sinh họclàm việc điều kiện thống khí Ngồi việc cấp oxy cho vi sinh vật màng sinh học hoạt động, thoáng khí cịn có tác dụng loại khỏi lọc khí tạo thành q trình phân huỷ chất hữu có nước, CO2 có CH4, H2S Thơng khí cách tự nhiên hay nhân tạo Thơng khí thự nhiên chênh lệch nhiệt độ bể lọc Nếu nhiệt độ nước thải lớn nhiệt độ khơng khí khơng khí từ cửa thơng khí thành phía gần đáy bể, qua lớp vật liệu lọc lên Ngược lại, nhiệt độ nước thải thấp nhiệt độ khơng khí khơng khí xâm nhập qua lớp vật liệu lọc theo nước thải xuống đáy bể Trường hợp nhiệt độ nước thải khơng khí bể lọc khơng thơng khí Trường hợp khắc phục thơng khí nhân tạo Trong thơng khí nhân tạo, người ta dùng quạt gió thổi vào khoảng trống đáy bể khơng khí từ lên qua khe hở lớp vật liệu Lượng khơng khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo cơng thức: ¦W= BOD 20 ( g / m day ) 21 Wkk: lượng khơng khí cần thiết (m3/m3 nước thải day (ngày)) 21 : tỉ lệ % oxy khơng khí Qua thực tế xác định lượng oxy sử dụng lọc sinh học cơng trình sinh học thường khơng q – 8% lượng oxy cung cấp Khi nhiệt độ 60C, q trình oxy hố chất hữu nước thải không xảy - Phân loại lọc phun Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 28 Viện nghiên cứu NTTS Lọc phun phân loại theo tải trọng thuỷ lực tải trọng chất hữu Do vậy, có lọc tải trọng thấp lọc tải trọng cao (cao tải) Các loại lọc giới thiệu Bảng Bảng Phân biệt tải trọng bể lọc sinh học nhỏ giọt (các tiêu thiêt kế) Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao Chiều cao lớp vật liệu (m) 1–3 0,9 – 2,4 (đá) Đá cục, than cục, đá Loại vật liệu Tải trọng theo chất hữu theo thể tích vật liệu lọc Tải trọng thuỷ lực theo diện tích bề mặt Hệ số tuần hồn ong, cuội lớn Kg BOD5/m3 vật Đá cục, than cục, sỏi lớn, nhựa đúc, cầu nhựa 0,08 – 0,4 0,4 – 1,6 m3/m2.ngày – 4,1 4,1 – 40,7 R = QT/Q tuỳ chọn – 0,5 – m3/m2.ngày 25 16 % 80 – 90 65 - 85 liệu.ngày Tải trọng thuỷ lực bề mặt bể lắng đợt Hiệu khử BOD sau bể lọc bể lắng - Ghi chú: Tải trọng thuỷ lực nêu bảng tỉ số lưu lượng nước xử lý Q (m3/ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn QT (m3/ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề mặt bể lọc S (m2) Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lý đơn giản, hiệu xử lý ổn định nước nguồn có chất lượng dao động lớn, hiệu xử lý bể lọc phụ thuộc chế độ tưới nước tức phụ thuộc vào vòng quay thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo tích nước lấy xi phông Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ phút - Ưu, nhược điểm bể lọc nhỏ giọt: - Ưu điểm: + Giảm việc trông coi Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 29 Viện nghiên cứu NTTS + Tiết kiệm lượng, không khí cấp hầu hết thời gian lọc làm việc cách lưu thơng tự nhiện từ thơng gió vào qua lớp vật liệu lọc - Nhược điểm: + Hiệu suất làm nhỏ với tải trọng khối + Dễ bị tắc nghẽn + Rất nhạy cảm với nhiệt độ + Không khống chế q trình thơng khí, dễ bốc mùi + Chiều cao hạn chế + Bùn dư khơng ổn định + Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên giá thành xây dựng cao Với vật liệu chất dẻo khắc phục số nhược điểm trên, giảm tượng tắc nghẽn, chiều cao lớn hơn, thơng khí tốt cho phép lọc làm việc với tải trọng thể tích cao - Tính tốn bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin)[5] Tính tốn bể Biophin nhỏ giọt thường dựa vào cơng suất oxy hóa, tức lượng oxy, biểu thị gram BOD, nhận ngày đêm tính m3 vật liệu lọc Cơng suất oxy hóa bể Biophin phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải khơng khí, vào mức độ nhiễm bẩn, vật liệu lọc, phương pháp làm thoáng Khi tính tốn vào nhiệt độ trung bình năm khơng khí mà lấy cơng suất oxy hóa sau: Bảng Sự phụ thuộc cơng suất oxy hóa vào nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ trung bình năm khơng khí < tkk < 100C tkk ≥ 100C tkk ≠ 100C (t1) Cơng suất oxy hóa (CO) (gr/m3.ngày đêm) CO = 250 CO = 300 CO = 300 x t1 100 C Thể tích vật liệu lọc, tính cho m3 nước thải ngày đêm, xác định theo công thức: Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 30 Viện nghiên cứu NTTS W1 = La − Lt CO Trong đó: La : hàm lượng BOD lúc ban đầu cảu nước thải, mg/l Lt : hàm lượng BOD nước thải sau xử lý sinh học, mg/l CO: cơng suất oxy hóa, gr/m3 ngày đêm Tải trọng cho phép - lượng nước thải xử lý ngày đêm tính m3 vật liệu lọc: q= CO La − Lt Tải trọng cho phép qo lấy phụ thuộc vào hàm lượng BOD, tham khảo Bảng Bảng Sự phụ thuộc qo vào BOD Nhiệt độ trung bình năm khơng khí 0 Cơng suất oxy hóa CO (g/m3) qo, m3/m3.ngày đêm Khi BOD20 = 200 Khi BOD20 = 300 (mg/l) (mg/l) – 10 C 250 1,25 0,83 ≥ 100C 300 1,5 1,0 Thể tích yêu cầu lớp vật liệu lọc: W = W1.Q = Q qo Q: lưu lượng nước thải, m3/ngày đêm Diện tích bề mặt bể Biophin: F= W H H: chiều cao làm việc bể, lấy đến m Số lượng bể Biophin nhỏ giọt lấy khoảng – 3.2.2 Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactors) Đĩa quay sinh học RBC trình sinh trưởng dính bám Trong vi sinh vật dính bám vào bề mặt đĩa (đường kính lên tới 3,5 m) [17] Đĩa sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng làm PVC (polyvinylclorit) PS Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 31 Viện nghiên cứu NTTS (polystiren), lắp trục Các đĩa đặt ngập vào nước phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính có ngập tới 70 – 90%) quay chậm làm việc Hình 12 Đĩa quay sinh học RBC Đĩa quay sinh học áp dụng CHLB Đức năm 1960 sau Mĩ Ở Mĩ Canada, 70% hệ thống RBC sử dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại bỏ BOD Nitrat, 5% để loại bỏ Nitrat Hệ đĩa quay gồm đĩa trịn PS PVC đặt gần sát nhúng chìm khoảng 40 – 90% nước thải quay với tốc độ chậm Tương tự bể lọc sinh học, lớp màng sinh học hình thành bám vào vật liệu đĩa quay [7] Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu nước thải sau tiếp xúc với oxy khỏi nước thải Đĩa quay nhờ môtơ sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với khơng khí vừa tiếp xúc với chất hữu nước thải, vậy, chất hữu phân hủy nhanh - Sơ đồ xử lý nước thải dùng hệ thống RBC Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 32 Viện nghiên cứu NTTS Nước thải Bể lắng sơ cấp RBC Bể lắng thứ cấp Nước Nước tuần hoàn Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến RBC lớp màng sinh học Khi bắt đầu vận hành vi sinh vật nước bám vào vật liệu phát triển tất vật liệu bao bọc lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm Sinh khối bám vào RBC tương tự màng lọc sinh học Vi sinh vật màng bám dính đĩa quay gồm vi khuẩn kỵ khí tùy tiện Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, vi sinh vật hiếu khí Baccillus thường lớp màng Khi khí yếm khí tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng gồm chủng vi sinh vật yếm khí Desulfovibrio số vi khuẩn sulfua Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu Nấm vi sinh vật hiếu khí phát triển lớp màng trên, tham gia vào trình phân hủy hợp chất hữu Tảo mọc bề mặt lớp màng vi sinh vật làm tăng cường sức chịu đựng CO2 lớp màng sinh học Nói chung, pH tối ưu cho q trình từ 6,5 – 7,8, để oxy hóa chất hidratcacbon pH tối ưu từ 8,2 – 8,6 Để Nitrat hóa, pH tối ưu khoảng 7,2 – 7,8 Q trình Nitrat hóa làm kiềm hóa mơi trường nên thêm vôi vào hệ thống xử lý Việc lựa chọn xếp vật liệu có ý nghĩa lớn đến hiệu suất RBC Vật liệu thường gặp dạng đĩa có diện tích bề mặt từ – 7,62 m2/m3, dạng lưới (lattice structure) có diện tích bề mặt từ 9,1 – 10,6 m2/m3 Dạng đĩa chế tạo từ nhựa cứng PS có dạng lưới làm từ polyetylen (PE) Mật độ trung bình 9300 m2/trục dài m, mật độ cao từ 11.000 – 16.700 m2/trục m, thể tích thích hợp l/m2 Như sử dụng vật liệu lọc có bề mặt lớn có hiệu cao Vật liệu dạng lưới nói chung tốt dạng đĩa, bề mặt dạng lưới lớn Vận tốc quay đĩa khoảng 0,3 m/s Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 33 Viện nghiên cứu NTTS Về phương diện thiết kế RBC thực tế thấy rằng, đĩa sinh học lượng sinh khối M lớn tỷ số F/M nhỏ Vì RBC có tải trọng thủy lực cao tải trọng chất hữu cao, dẫn đến xử lý nước thải có hiệu Hình 10 cho thấy sơ đồ làm việc vài tổ hợp RBC hệ thống xử lý nước thải Trục quay Môtơ RBC Vách ngăn RBC Vào lắng Nước vào từ lắng Nước vào từ lắng Vách ngăn a) Vào lắng c) RBC RBC Nước vào từ lắng Vào lắng lắng Nước vào Nước bùn b) bậc bậc bậc bậc d) Hình 13 Sơ đồ làm việc vài tổ hợp RBC hệ thống xử lý nước thải a) b) c) d) 3.3 Hai tổ hợp RBC trục dọc làm việc song song Các RBC trục ngang làm việc nối tiếp Các RBC trục ngang làm việc đồng thời nối tiếp Tổ hợp RBC làm việc theo bậc Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới trình xử lý[13] Khi nước thải chứa chất bẩn hữu dễ bị oxy hoá sinh hoá điều kiện mơi trường thích hợp (sự cung cấp oxy, pH, nhiệt độ nước thải, nồng độ chất độc hại khơng vượt q giới hạn cho phép) dùng phương pháp sinh hố để xử lý Tất nhiên phải đảm bảo đủ lượng nguyên tố dinh dưỡng (N, P, K, Fe, ) nước thải Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 34 Viện nghiên cứu NTTS a) Điều kiện phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy cách liên tục cho lượng oxy hoà tan nước khỏi bể lắng đợt không nhỏ mg/l b) Nồng độ cho phép chất bẩn hữu cơ: có nhiều chất bẩn nước thải sản xuất mức độ định phá huỷ chế độ hoạt động - sống bình thường vi sinh vật Các chất độc hại thường có tác dụng làm huỷ hoại thành phần cấu tạo tế bào c) Lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để q trình sinh hố diễn bình thường khơng thấp giá trị nêu bảng Bảng Nồng độ chất dinh dưỡng cần thiết Nồng độ Nitơ muối Nồng độ photpho theo amon, mg/l P2O5, mg/l < 500 15 500 – 1000 25 BOD toàn phần Ngoài nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu cần có K, Mg, Ca, S, Fe , nguyên tố thường có đủ nước thải nên khơng phải cho thêm Khi nguyên tố dạng hợp chất giống hợp chất tế bào dễ hấp thụ vào vi sinh vật Ví dụ, Nitơ chất tế bào dạng khử (NH +4 ); photpho trạng thái oxy hoá (H3PO4), chất chất dinh dưỡng tốt với vi sinh vật Thiếu nguyên tố dinh dưỡng kìm hãm ngăn cản q trình oxy hố sinh hố Thiếu Nitơ lâu dài, ngồi việc cản trở q trình sinh hố, cịn tạo bùn hoạt tính khó lắng trôi theo nước khỏi bể lắng đợt Nếu thiếu photpho nước thải tạo vi sinh vật dạng sợi làm cho trình lắng diễn chậm giảm hiệu suất oxy hoá chất hữu Yêu cầu lượng nguyên tố dinh dưỡng không cố định, phát triển vi sinh vật oxy hoá chất khác không Để xác định sơ nguyên tố dinh dưỡng cần thiết nhiều loại nước thải cơng nghiệp chọn tỉ lệ: Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 35 Viện nghiên cứu NTTS BODtp : N : P = 100 : : d) Nồng độ cho phép chất độc Trong nước thải, hàm lượng muối kim loại nặng chất độc không vượt nồng độ giới hạn cho phép Nồng độ cho phép số chất xử lý phương pháp sinh hoá Bảng Bảng Nồng độ giới hạn cho phép số chất nước thải vào cơng trình làm sinh học Ccp (g/m3) Tên chất Ccp Tên chất Ccp Axit acrylic 100 Keroxin (dầu lửa) 500 Rượu amilic Crezol 100 Anilin 100 Lactonitryl 160 Axetatandehit 750 Mỡ bôi trơn 100 Axit benzoic 150 Axit butyric 500 Benzen 100 Đồng (ion) 0,4 Vanadi (ion) Metacrylamit 300 Vinyl axetat 250 Rượu metylic 200 Vinilinden clorua 1000 Axit monocloaxetic 100 Hydroquinon 15 Axen (ion) 0,2 Dimetylfomamit 100 Nekal 100 Sản phẩm dầu 100 Di.2.etylhexin Phenylphotphat 100 Niken (ion) Axit dicloaxetic 100 OP – 7; OP – 10 10 Dicloxiclohexan 12 Piridin 400 Dietylamin 100 Pirocatesin 100 Dietylenglycol 300 Tributylphotphat 100 Caprolactan 100 Trietylamin 85 Rezorxin 100 Trinitrotoluen 12 Amon rodanua 500 Triphenylphotphat 10 Chì (ion) Amon axetat cacbonat 500 Axit stearic 300 Phenol 1000 Sunfanol 10 Formandehit 160 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 36 Viện nghiên cứu NTTS Sunfua (theo H2S) 20 Clobenzen 10 Antimon Sb (ion) 0,2 Toluen 200 Giá trị pH ảnh hưởng lớn đến trình tạo men tế bào trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu 6,5 – 8,5 e) Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn đến chức hoạt động vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải cơng trình xử lý khơng 60C không 370C f) Nồng độ muối vô nước không 10 g/l Lượng chất lơ lửng chảy vào cơng trình khơng q 100 mg/l dùng bể lọc sinh học 150 mg/l dùng bể aeroten Ngoài cấu trúc chất bẩn loại vi sinh vật yếu tố quan trọng định tốc độ trình oxy hố sinh hố Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 37 Viện nghiên cứu NTTS TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Bộ Tài Nguyên Môi trường Hiện trạng Môi trường Việt Nam, 2003 Bộ Thủy Sản Cơ sở khoa học hình thành hệ thống quan trắc Mơi trường để cảnh báo Môi trường dự báo thủy vực nước lợ, miền Bắc Việt Nam Bộ Thủy Sản Tuyển tập báo cáo khoa học hội thảo khoa học tồn quốc ni trồng thủy sản, 1998 Bộ Thủy Sản Tuyển tập báo cáo Khoa học ni trồng thủy sản, 2003 Hồng Huệ Xử lý nước thải NXBXD, 1996 Đặng Xuân Hiển Bài giảng xử lý nước thải Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường Lương Đức Phẩm Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học NXBGD, 2003 Mai Văn Tài ctv Điều tra đánh giá trạng loại thuốc, hoá chất chế phẩm sinh học dùng nuôi trồng thuỷ sản nhằm đề xuất giải pháp quản lý”, 2003 Tạp chí Thủy Sản, số 10/2004 10 Tạp chí Thủy Sản, số 1/2005 11 Thông tin khoa học – kinh tế thủy sản, số 5/2003 12 Thông tin khoa học – kinh tế thủy sản, số 6/2004 13 Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp NXBKHKT, 1999 14 Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, NXBKHKT, 2003 15 Viện Nghiên cứu nuôi trồng thủy sản Báo cáo nghiên cứu khả thi: Dự án xây dựng mạng quan trắc cảnh báo Môi trường dịch bệnh thủy sản khu vực Miền Bắc, 2004 Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 38 Viện nghiên cứu NTTS Tài liệu tiếng Anh 16 Chuntapa, B.; Powtongsook, S and Menasveta, P 2003, Water quality control using Spirulina platensis ins shrimp culture tanks, Aquaculture 220, 355 – 366 17 Fao Fisheries Technical Paper – 355 Food and Agriculture Oranization of the United Nations: Wastewater treatment in the fishery industry 18 Jones, A.B and Preston, N.P 1999 Sydney rock oyster, Saccostrea commercialis (Iredale & Roughley), filtration of shrimp farms effluent: the effects on water quality Aquaculture Research 30, 51-57 19 Gautier, D.; Amador, J and Newmark, F 2001 The use of mangrove wetland as a biofilter to treat shrimp pond effluents: preliminary results of an experiment on the Caribbean coast of Colombia, Aquaculture Research 32, 787-799 20 Metcalf & Eddy Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse Mc Craw – Hill International Edition, 1999 21 Thompson, F.L.; Abreu, P.C and Wasielesky, W 2002 Importance of biofilm for water quality and nourishment in intensive shrimp culture Aquaculture 2003, 263-278 22 www.brentwoodindustries.com/water/trickling filter.html 23 www.sequencertech.com/biotechnology/trickling ranđommedia Nghiên cứu trạng khai thác, NTTS Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải 39