-Sơ đồ cơng nghệ: Thơng số Kết quả Q (m3/ngày.đêm) 500 h TB Q (m3/h) 25 COD (mg/l) 540 BOD5 (mg/l) 324 SS (mg/l) 120
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 71 -
Kết quả phân tích nước thải đầu vào và so sánh với TCVN 5945:2005 cột A (nồng độ đầu ra sau khi qua hệ thống xử lý):
Bảng 4.9. kết quả phân tích mơt số nhà máy chế biến thủy sản
Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 cột A
pH - 5,5 - 9 6 - 9 Chất rắn lơ lửng mg / l 400 - 800 50 COD mgO/l 1.500- 2500 50 BOD mgO/l 700 – 1.200 30 Coliform tổng MPN/100 ml .105 - .106 3.000
Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ mơi trường, 2007
Nước thải Bể gom Bể điều hịa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hịa khí cao áp Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khơ dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 72 -
Như vậy, yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải phải đạt được hiệu suất loại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lủng, 96-97% đối với COD, 99% vi sinh BOD và hơn cĩ hại.
4.4. Xử lý nước thải thủy sản bằng cánh đồng tưới, bãi lọc:
Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các cánh đồng tưới bãi lọc là dựa vào khả năng giử các cặn nước ở trên ở trên mặt đất, nước thấm qua dất như đi qua lọc, nhờ cĩ oxy trong các khe hở của đất, thực chất của quá trình này là xử lý hiếu khí,các vi sinh vật trong đất hoạt động phân hủy các chất hữu cơ.
Càng xâu xuống đất lượng oxy càng giảm, cuối cùng đến độ sâu nhất định nào đĩ thì quá trình thiếu khí xảy ra nên xảy ra quá trình khử nitrat .
Cánh đồng tưới cĩ hai chức năng: Xử lý nước thải tưới bĩn cho cây trồng. Hiệu quả xử lý nước thải của cánh đồng lọc như sau: BOD20 tronh nước cịn 15-20mg/l , NO3 là 25mg/l, vi khuẩn giãm tới 99,9%.
Như vậy đối với cánh đồng tưới bải lọc hiệu qủa xử lý rất cao. Nhưng trong thực tế người ta ít khi ứng dụng vì tốn diện tích lớn, thời gian xử lý dài cĩ thể kéo dài đến vài tháng, đối với những chất hữu cơ khĩ tiêu hoặc mạch vịng , dầu mở cá khơng cĩ khả năng xử lý.
4.5. xử lý nước thải chế biến thủy sản ứng dụng thực vật thủy sinh:
4.5.1.Xử lý nước thải bằng tảo:
Tảo là nhĩm vi sinh vật cĩ khả năng quang hợp, chúng cĩ thể ở dạng đơn bào (vài lồi cĩ kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các lồi rong biển, cĩ chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng.Tảo cĩ tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của mơi trường, cĩ khả năng phát triển trong nước thải, cĩ giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đĩ người ta đ lợi dụng cc đặc điểm này của tảo để:
-Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng: Các hoạt động sinh học
trong các ao nuơi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 73 -
các loại nước thải đơ thị, nơng nghiệp, phân gia súc đều cĩ thể được xử lý bằng hệ
thống ao tảo.
-Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật:
Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột… Do
đĩ việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống.
-Cơ chế của quá trình xử lý nước thải bằng tảo:
Ban đầu các chất hữu cơ ở dạng hợp chất cao phân tử tảo khơng thể hấp thụ được. Đặc biệt là ở tảo quan hợp cĩ một số nhĩm vi sinh cộng sinh ở phần rể của tảo chúng bám trên rể của tảo và tham gia các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ thành các chất hịa tan , và tảo là nhĩm sử dụng chất hịa tan này.
Đặc biệt ở một số lồi tảo chúng khơng cĩ khả năng quan hợp, vì vậy chúng sử dụng trực tiếp các chất hữu cơ cĩ trong nước bằng cách tiết ra các enzyme tương ứng. Đối với nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là protein. Nên tảo cĩ cơ chế tổng hợp enzyme protesea để phân giải các protein thành các axit amin dễ hấp thụ hơn.
Đối với các lồi tảo quan hợp thì chúng tổng hợp năng lượng từ năng lương mặt trời và CO2. Vì vậy trong quá trình tổng hợp năng lượng của tảo khơng quan hợp chúng thải ra CO2 cho tảo quan hợp tổng hợp năng lượng và sử dụng các chất hịa tan trong nước do vi inh vật trong nước phân giải.
Tảo trong quá trình quan hợp chúng thải ra O2 và oxi này được cung cấp cho tảo khơng quan hợp và vi sinh vật bám trên rể của tảo.
Phương trình minh họa:
o Tảo khơngquang hợp:
( Hơp chất hịa tan do visinh vật phân giải) + enzyme→ ATP + sinh khối tảo + CO2 + H2O
o Tảo quan hợp:
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 74 -
Hợp chất hịa tan + enzyme(tảo tổng hợp) → xây dựng tế bào + tăng sinh khối .
Vì vậy trong nước lúc nào củng tồn tại ba nhĩm sinh vật chính là tảo quan hợp, tảo khơng quan hợp, vi sinh bám trên rể của tảo. Do đĩ trong xử lý nước thải chúng ta phải đặt biệt quan tâm đến quá trình cộng sinh này.
-Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu
Bảng 4.10. Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu:
Loại Tên thơng thường Tn khoa học
Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Thuỷ sinh thực vật
sống chìm
Blyxa Blyxa aubertii
Lục bình Eichhornia
Bo tấm Wolfia arrhiga
Bèo tai tượng Pistia stratiotes Thuỷ sinh thực vật sống trơi nổi Salvinia Salvinia spp Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Thuỷ sinh thực vật sống nổi
Sậy Phragmites communis
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 -Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý
Bảng 4.11. Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý
Phần cơ thể Nhiệm vụ
Làm giá bám cho vi khuẩn phát triển
Rễ và thân
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 75 -
Hấp thu ánh mặt trời do đĩ ngăn cản sự phát triển của tảo
làm giảm ảnh hưởng của giĩ lên bề mặt xử lý
Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển
Thân hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước
Chuyển oxy từ lá xuống rể Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Bảng 4.12. Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải
Thơng số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thải sau xử lý
Nước thải thơ
Thời gian lưu
tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L
Lưu lượng nạp
nước thải 200 m3/(ha.ngày) TSS < 30 mg/L Độ sâu tối đa < 1,5 m
Diện tích một
đơn vị ao 0,4 ha
Lưu lượng nạp
chất hữu cơ < 30kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ di : rộng
của ao > 3 : 1
Nước thải qua xử lý cấp I
Thời gian lưu
tồn nước > 6 ngày BOD5 < 10mg/L
Lưu lượng nạp
nước thải 800 m3/(ha.ngày) TSS < 10 mg/L
Độ sâu tối đa 0,91 m TP < 5 mg/L
Diện tích một
đơn vị ao 0,4 ha TN < 5 mg/L
Lưu lượng nạp
chất hữu cơ < 50kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ : rộng
của ao > 3 : 1
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Kết luận:
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 76 -
phương pháp này tuy hiệu quả xử lý cao nhưng cĩ một số nhược điểm như sau:
Thời gian xử lý khá dàỳ, tốn nhiều diện tích, các chất hữu cơ cĩ mạch dài hoặc mạch vịng khĩ xử lý, rất dể mẩn cảm với hàm lượng chất hữu cơ cao
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 77 -
CHƯƠNG5:XỬ LÝ NI TƠ
5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hĩa nitơ
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 78 - 5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hĩa nitơ :
Trong nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là các protein và các axit amin. Qua quá trình xử lý sơ bộ và hĩa lý chúng tồn tại ở dạng amoni hoặc NH3, và sau đĩ được các nhĩm vi sinh vật chuyễn hĩa thành các hợp chất đơn giản hơn và cuối cùng đưa về dạng khí trơ.
Quá trình chuyển hĩa từ các hợp chất chứa nitơ thành nitơ khơng khí xảy ra hai giai đoạn chính:
-Giai đoạn nitrat hĩa:(giai đoạn hiếu khí)
Khái niệm quá trình nitrit hố:Diễn giải - các điều kiện và diễn biến.Với những điều kiện thích hợp (t oC > 4 oC và sự cĩ mặt của ơxy) dưới tác dụng của những vi sinh vật hiếu khí sẽ diễn ra quá tình ơxy hố nitơ của muốn amơn và tạo ra muối của axit nitơ (HNO2) - nitrit, rồi tiếp tục thành muối của axit nitric (HNO3) - nitrat. Quá trình đĩ gọi là quá trình nitrat hố.
Nĩi cách khác: Quá trình nitrát hố là quá trình ơxy hố sinh hố nitơ của các muối amơn, đầu tiên thành nitrit và sau đĩ thành nitrat dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thích ứng (cĩ ơxy và nhiệt độ trên 40C). Hai nhĩm vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hĩa:
- Vi khuẩn nitrit ơxy hố amơniắc thành nitrít hồn thành giai đoạn thứ nhất; - Vi khuẩn nitrat ơxy hố nitrit thành nitrat, hồn thành giai đoạn thứ 2 Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau
2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3
Hoặc:
(NH4)2CO3 + O2 = 2HNO2 + CO2 + 2 H2O. 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 .
Trong quá trình khử nitrat của nitrit (N2O5) thường phĩng ít O2 hơn vì một phần O2 cần để tạo ra CO2 + H2O. Tức là 2 nguyên tử N giải phĩng 3 nguyên tử ơxy: từ (N2O5) 1 g N giải phĩng được (165)/ (142) = 2,85 g ơxy.
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 79 -
Ý nghĩa của quá trình nitrat hố trong việc làm sạch nước thải: Trước tiên nĩ phản ánh mức độ khống hố các chất hữu cơ nhưng quan trọng hơn là quá trình nitrat hố tích luỹ được một lượng ơxy dự trữ cĩ thể ứng dụng để ơxy hố các chất hữu cơ khơng chứa nitơ khi lượng ơxy tự do (lượng ơxy hồ tan) đã tiêu hao hồn tồn cho quá trình đĩ. Sự cĩ mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khống hố hồn tồn các chất bẩn hữu cơ.
-Quá trình khử nitrat: (thiếu khí)
Quá trình khử nitrát là quá trình tách ơxy khỏi nitrit, nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí (vi khuẩn khử nitrat). Ơxy được tách ra từ nitrit và nitrat được dùng lại để ơxy hố các chất hữu cơ. Quá trình này cĩ kèm theo hiện tượng nitơ tự do được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển.
-Ý nghĩa thứ hai của quá trình nitrat hố :
Quá trình nitrat hố là giai đoạn cuối cùng của quá trình khống hố (ơxy hố) các chất hữu cơ chứa nitơ. Cĩ mặt nitrat trong nước thải đã làm sạch là một trong những chỉ tiêu về mức độ làm sạch. Do đĩ cần phải cĩ những cơng trình tạo những điều kiện thích hợp cho vi sinh vật nitrat.
5.2. Cơng nghệ xử lý nitơ :
5.2.1.Phương pháp sinh học hiếu khí:
-Xử lý hợp chất hữu cơ (theo BOD), Ni-tơ (N) và chất lơ lửng SS:
Quá trình loại bỏ ammonia nitrogen (NH4 +
) hay là quá trình nitrate hố (nitrification) cĩ thể thực hiện theo hai cách: (1) xử lý theo bậc, tức là quá trình xử lý chất hữu cơ BOD và xử lý ammonia nitrogen (NH4+) được thực hiện trong các cơng trình riêng biệt (hình 5.1 và 5.2 ) xử lý đồng thời, tức là loại bỏ chất hữu cơ (theo BOD) và ammonia nitrogen (NH4+) trong cùng một cơng trình (hình 5.2.).
Để thực hiện quá trình xử lý theo bậc, trong thực tế ứng dụng rộng rãi hệ vi sinh bám dính, dưới dạng cơng trình bể lọc sinh học (strickling filter hay biofilter)và các đĩa sinh học. Bể lọc sinh học ứng dụng cho quá trình nitrat hố thơng thường được bố trí sau bể aeroten, hoặc bể lọc sinh học bậc 1 khi nước thải đã bị loại bỏ hầu hết chất hữu cơ (BOD). Thơng dụng nhất là xử lý qua 2 bậc biofilter
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 80 -
với các vật liệu lọc bằng chất tổng hợp cĩ bề mặt bám dính riêng cao. Tải trọng thuỷ lực là thơng số thiết kế quan trọng để tính tốn bể biofilter cho quá trình nitrat hố riêng. Hiệu suất xử lý ammonia nitrogen (NH4+) giảm đi khi tăng tải trọng thuỷ lực và giảm nhiệt độ nước thải. Trên thực tế, với tải trọng thuỷ lực khoảng 20,37 l/m2.phút thì hiệu quả xử lý nitơ amơn (NH4
+
) luơn luơn đạt được cao cho mọi mùa trong năm.
Bảng 5.1.Tải trọng hữu cơ tính tốn cho bể lọc sinh học xử lý
4 NH Bể lọc sinh học (biofilter) Hiệu quả xử lý(%) theo NH N 4
Tải trọng hữu cơ theo BOD5 (kgO2/m3.ngđ) Biofilter với VLL là
sỏi cuội, đá dăm
75 - 85 85 - 95 0,16 - 0,096 0,096 - 0,048 Biofilter dạng tháp, và biofilter với VLL là chất dẻo 75 - 85 0,288 - 0,192 0,192 - 0,096
Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ mơi trường, 2007
Hình 5.1.Sơ đồ cơng nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc sinh học (biofilter) - xử lý BOD,
4 NH và NO3 Xlý BOD L L L Xlý NH Xlý 3 NO Nước Nước sau xử lý Cấp khí Xả bùn L: bể lắng Xlý BOD và 4 NH Nước Biofilter Xlý 3 NO Biofilter L L Nước sau xử lý methanol Xả bùn L: lắng Cấp khí
SVTH: Dương Hồng Thanh Tân - 81 -
Hình 5.2. Sơ đồ cơng nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc sinh học (biofilter)- xử lý BOD và
4
NH cùng trong một bể biofilter,xử lý NO3 riêng
Quá trình xử lý đồng thời chất hữu cơ (BOD) và ammonia nitrogen (NH4+) trong bể sinh học được xác định bởi tải trọng BOD. Tải trọng BOD tính tốn cho bể sinh học được trình bày trong (bảng5.1)
Quá trình khử ammonia nitrogen (NH4+) trong bể sinh học (strickling filter) với vật liệu lọc là sỏi cuội được biểu diễn bằng cơng thức tốn học.
amm.Nout = 134.amm.Nin0,86.SS in0,15
Với: - amm.Nout : nồng độ ammonia nitrogen (NH4+) sau khi xử lý (mg/l) - amm.Nin, SSin, BODin: tải trọng nitơ amơn (g/m2.ngđ), tải trọng chất lơ lửng (g/m2.ngđ) và tải trọng hữu cơ (kg/m2/ngđ).
IV: tải trọng thuỷ lực (m3/ m2ngđ).
Để xử lý tiếp tục Nitrogen (N), quá trình khử nitrat (definication: NO3
=>NO2.=>N2) thường được thực hiện trong khối cơng trình riêng biệt với nguồn carbon ngồi (thơng dụng là methanol CH3OH). Lượng methanol được tình theo cơng thức:
Cm = 2,47N0 + 1,53N1 + 0,87D0
Trong đĩ: Cm - nồng độ methanol cần thiết để cung cấp mg/l
N0 , N1 , D0 - nồng độ nitrat (mg/l), nồng độ nitrite (mg/l) và nồng độ o-xy ban đầu, mg/l.
Phát hiện cơng nghệ sinh học và hố sinh trong những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 quá trình anamox - quá trình oxy hố ammonia nitrogen (NH4+) với điều kiện yếm khí NH4+ + NO2 => 2H2O + N2 cho phép áp dụng chúng trong thực tế để loại bỏ Nitrogen (N) khỏi nước thải. Quá trình anamox hay nĩi một cách khác là ơxy hố NH4+ thơng qua nitrite NO2 (hình5.2.).
Trên (hình 5.2), rõ ràng rằng việc áp dụng anamox để loại bỏ hợp chất N ra khỏi nước thải cĩ ưu thế lớn so với cơng nghệ truyền thống là tiết kiệm được năng