Đặc tính của nước thải sản xuất surimi cũng tương tự đặc tính của nước thải CBTS. Tuy nhiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất surimi cao hơn nhiều đặc biệt là hàm lượng BOD, PTS, NTS (bảng 3.11). Một sự khác biệt với nước thải CBTS là trong nước thải sản xuất surimi hàm lượng hợp protein ở trạng thái lơ lửng và hoà tan chiếm tỷ lệ cao (0.5 – 2.3%) (Morrissey and ctv, 2000), đây là thành phần dễ bị phân huỷ sinh học. Sự mất mát protein do chúng hoà tan vào nước phụ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế biến, nếu sản xuất trên quy mô lớn thì lượng mất mát này đáng kể. Do vậy, về phương diện kinh tế việc thu hồi protein có ý nghĩa rất quan trọng. Để xử lý nước thải surimi nên kết hợp thu hồi protein và xử lý sinh học.
3.4.1. Cơ sở của biện pháp 3.4.1.1. Cơ sở lý thuyết
a. Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học
Cơ sở của phương pháp này là sử dụng khả năng sống và hoạt động của VSV để phân hủy các chất bẩn hữu cơ và vô cơ có trong nước thải . Các VSV sử dụng một số các chất hữu cơ và vô cơ, khoáng chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng. Các VSV thường sử dụng trong xử lý nước thải là các vi khuẩn, nấm, tảo, và thực vật, nhờ hoạt động của những loại VSV này mà các chất hữu cơ trong nước thải được phân giải tạo thành các thành phần đơn giản như NH3, CO2, H2S, N2, H2O, sinh khối vi sinh vật, …nhờ đó làm cho lượng hợp chất hữu cơ trong nước thải giảm
Sơ đồ cân bằng vật chất xảy ra trong điều kiện yếm khí:
Ngoài ra còn có các khí khác nh ư H2S, NH3, CO2 .. Quá trình chuyển hóa carbon, nitơ, lưu huỳnh như sau:
Axit hữu cơ trung gian Axit propyonic Axit axetic CH4 Chất thải hỗn hợp 100 % BOD
Hiện nay, để xử lý nước thải CBTS nói chung cũng nh ư nước thải sản xuất surimi nên phối hợp với nhiều phương pháp khác như: xử lý cơ học, hóa học, hóa lý, sinh học…để tăng hiệu quả xử lý.
b. Cơ sở của phương pháp thu hồi protein [4]:
Giống như các axit amin, protein c ũng có tính chất điện li lưỡng tính do phân trong phân tử của chúng tồn tại đồng thời có chứa các nhóm axit v à bazơ (- COOH và –NH2).
Trong môi trường axít sự phân ly của các nhóm axit bị k ìm hãm, protein có tác dụng như một bazơ tích điện dương. Trong môi trường kiềm sự phân ly của các nhóm bazơ bị kìm hãm, protein có tác dụng như một axit tích điện âm.
Giá trị ph mà tại đó phân tử protein trung hoà điện gọi là điểm đẳng điện của protein. Điểm đẳng điện của đa số protein thường nằm trong miền axit hoặc kiềm
Sinh khối CO2 NO3 NO2 SO42- S NH3 H2S
Vi khuẩn lưu huỳnh
Throbacillus Nitrobacter Nitrosomonas thực vật Vi sinh vật Desulfovibrio Cố định N Thực vật và vi sinh vật Quá trình phân hủy,
yếu do hằng số phân li của nhóm –COOH lớn hơn hằng số phân li của các nhóm – NH2 và các phân tử protein thường chứa các nhóm axít và bazơ với lượng khác nhau. Trường hợp phân tử protein có chứa nhiều axit amin monoamin dicacbo xilic thì protein có tính axit và pi của nó nằm trong miền axit mạnh và ngược lại.
ở điểm đẳng điện, tổng điện tích của phân tử protein bằng không v à dung dịch protein kém bền vững nhất.
Nếu dung dịch protein có pH = pI đ ược axit hoá bằng axit mạnh (HCl) thì sự phân ly của các nhóm cacboxyl bị k ìm hãm muối Cloruaprotein.
Clorua protein là muối của một axit mạnh và một bazơ yếu nên phân li đến cùng,vì vậy trong môi trường axit đối với điểm đẳng điện muối của protein tích điện dương. Nếu kiềm hoá dung dịch protein bằng một bazơ mạnh (NaOH) thì NaOH sẽ kìm hãm phân li nhóm –NH2, protein giảm khả năng tích điện dương, mặt khác naoh tác dụng với protein tạo th ành muối proteinat natri.
R R CH NH CO CH
Cl- [+H3N CO CH NH COOH] R
tạo muối kìm hãm phân ly HCl R R CH NH CO CH [H2N CO CH NH COO-] Na+ R NaOH
Proteinatnatri là muối của bazơ mạnh và axit yếu nên phân li đến cùng, vì vậy trong môi trường kiềm đối với điểm đẳng điện th ì protein tích điện âm.
Sự có mặt của các điện tích âm c ùng dấu là yếu tố làm cho dung dịch protein trở lên bền vững, hạn chế sự va chạm v à kết tụ của protein, vì vậy trong dung dịch protein được axit hoá hoặc kiềm hoá so với điểm đẳng điện sẽ không bị kết tủa khi đun nóng. Để kết tủa protein cần phá vỡ 2 yếu tố l àm cho dung dịch protein bền vững là vỏ hydrat hoá và vỏ điện tích, có thể đạt được mục đích đó bằng cách đun nóng dung dịch protein ở điểm đẳng điện.
Ngoài nhiệt độ, axit, bazơ, các muối kim loại nặng cũng gây biến tính v à kết tủa bất thuận nghịch protein. B ên cạnh đó cũng có thể thực hiện kết tủa thuận nghịch không kèm theo biến tính bằng cách thêm vào dung dịch protein một lượng muối trung tính (Na2SO4, (NH4)2SO4) vì các muối đó là các chất điện ly mạnh nên khi thêm vào dung dịch protein một lượng muối lớn, nồng độ iôn trong dung dịch tăng lên vỏ điện tích của các phân tử protein, vỏ n ước hydrat hoá của phân tử protein bị phá vỡ, các phân tử protein dễ dàng tiếp cận kết tụ tạo thành các tập hợp lớn do đó bị kết tủa.
Phần lớn protein hoà tan trong nước khi pH >=10, ở pH lớn như vậy chỉ có protein sẫm màu là bị kết tủa, còn khi pH =5 thì đa số protein kết tủa nhẹ.
3.4.1.2. Cơ sở thực tế a. Nguồn nước thải
Trong nhà máy chế biến thủy sản nói chung và nhà máy chế biến surimi nói riêng, nguồn nước thải của công ty bao gồm:
Nước thải sản xuất được sinh ra trong quá trình chế biến thuỷ hải sản ở các phân xưởng sản xuất như: phân xưởng sản xuất surimi, phân xưởng đông lạnh, phân xưởng chế biến các mặt hàng khác…
Nước thải vệ sinh công nghiệp được sinh ra do quá trình rửa dụng cụ, rửa sàn nhà, bàn chế biến, thiết bị máy móc…
Nước thải sinh hoạt được sinh ra do quá trình vệ sinh công nhân, vệ sinh cán bộ công nhân viên công ty, nhà ăn…và m ột lượng nước ngầm thấm qua hệ thống dẫn trong mạng lưới cấp thoát nước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Đặc điểm của nước thải tại công ty
Nước thải sản xuất surimi cũng như nước thải CBTS được đặc trưng bởi:
- Nồng độ các hợp chất hữu cơ rất cao (BOD, COD, SS, …), tuỳ theo nguyên liệu sản xuất trong ngày.
- Hàm lượng chất rắn lơ lửng và ở dạng hòa tan lớn, các chất này dễ bị phân huỷ thành các chất trung gian như axít béo không no thải ra mùi đặc trưng và rất khó chịu.
- Chứa một lượng hóa chất khá lớn do quá trình bảo quản nguyên liệu, vệ sinh nhà xưởng dụng cụ, thiết bị máy móc v à hàm lượng dầu mỡ khoáng.
- Ngoài ra, do quá trình phân huỷ kỵ khí, các chất ô nhiễm trong các mương, rờ ga đã tạo ra các khí như H2S, CH4, hợp chất mecaptan góp phần vào sự ô nhiễm chung ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ công nhân l àm việc và gây ô nhiễm về mặt cảm quan cho toàn bộ công ty.
3.4.2. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải của một số công ty đang áp dụng
Để đáp ứng yêu cầu về môi trường và để có thể sản xuất ổn định nhiều nh à máy chế biến thuỷ sản nói chung và nhà máy surimi nói riêng đã và đang áp dụng một số mô hình xử lý nước thải như sau:
3.4.2.1.Sơ đồ HTXLNT của công ty cổ phần hải sản Nha Trang (F115): Qmax: 300 m3/ngày đêm
Ưu điểm:
Cấu tạo, vận hành đơn giản
Chính do đặc điểm của nước thải công ty tương đối ổn định nên không cần điều chỉnh pH nên ở bể gom được kết hợp làm bể tiền yếm khí, tạo điều kiện cho vi sinh vật yếm khí phát triển đồng thời hạn chế m ùi hôi từ bể điều hòa
Hệ thống bể lắng có hiệu quả cao trong việc loại bỏ b ùn non, bùn chết, thuận tiện cho việc bơm bùn cũng như hoàn lưu bùn
Bể chứa bùn: Khi bùn chết ở bể lắng được bơm vào bể chứa bùn, sau khi bùn được lắng, nước trong được chảy tràn vào bể kỵ khí. Bể chứa bùn cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu gom v à rút bùn định kỳ đồng thời là nguồn bùn bổ
Bể điều hòa Bể kỵ khí UASB Song chắn Nước thải Xả thải Bể hiếu khí Bể lắng Bể gom bùn Bể phân huỷ bùn H oà n lư u bùn Bùn được hút định kì
xung vào bể gom sau khi hoạt động sản xuất tại công ty hoạt động trở lại sau một thời gian ngừng hoạt động
Nhược điểm:
Hệ thống vẫn gây ra mùi hôi thối ra môi trường xung quanh do ở bể kỵ khí, chưa có hệ thống thu gom khí nên có hiện tượng khí rò rỉ ra môi trường xung quanh gây nên mùi hôi thối
Ở bể hiếu khí có hiện tượng tạo lớp bọt dày trên bề mặt, đồng thời trên bể hiếu khí được đậy kín, điều này làm giảm khả năng hòa tan oxy không khí vào nước, làm giảm khả năng hoạt động cũng như phân giải của vi sinh vật hiếu khí
Có xuất hiện nhiều bùn non lẫn bùn chết ở bể lắng. Lớp bùn này nổi lên do quá trình phân giải hợp chất chứa N tạo khí N2, khí này thoát ra khỏi lớp bùn lắng, do bùn lắng không được hút kịp thời, nên quá trình phân giải diễn ra mạnh mẽ nên làm cho lớp bùn lắng nổi lên
Hệ thống không có bể khử trùng, điều này tạo nguy cơ cho vi sinh vật có hại lan truyền ra môi trường
3.4.2.2. Sơ đồ HTXLNT của Công ty cổ Phần Baseafood
Qmax: 1000 (m3/ngày đêm) Qtb : 400 (m3/ngày đêm)
Ưu điểm
Hệ thống không gây mùi hôi ra môi trường xung quanh do không có hệ thống thu hồi khí ở bể kỵ khí hiệu quả
Bể lắng có khả năng gom bùn tốt, bùn tự động chảy về bể tuần hoàn bùn
Việc bể điều hòa được sục khí không những hạn chế các phân giải kỵ khí xảy ra mà còn đóng vai trò như bể tuyển nổi nên cũng có vai trò loại bỏ mỡ, làm giảm bớt một lượng COD, BOD5 nhất định
Trong bể kỵ khí có hệ thống cánh khuấy có tác dụng đảo trộn bùn trong bể, làm tăng sự tiếp xúc của nước thải với vi sinh vật kỵ khí, l àm tăng hiệu quả xử lý của bể kỵ khí Bể chứa bùn Bể điều hòa Bể hiếu khí Aerotank Bể lắng Bể khử trùng Song chắn Bể UASB Nước thải Bể tuần hoàn bùn Bể phơi bùn Xả thải
Nhược điểm
Hệ thống vận hành phức tạp, cần 3 người vận hành cho một ca (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở bể lắng có hiện tượng bùn sau khi lắng lại nổi lên do quá trình Nitơ hóa tạo ra khí N2 trong bùn, khí N2 sinh ra mạnh nên làm bùn nổi lên, làm giảm hiệu suất quá trình lắng. Hiện tượng này cũng còn do lưu lượng từ bể hiếu khí vào bể lắng lớn nên bùn chưa kịp lắng đã được xả ra ngoài
Chưa có biện pháp xử lý khí gas thu được từ bể kỵ khí, mà khí này được sục trực tiếp vào bể hiếu khí làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật hiếu khí.
Nhận xét chung:
Từ hai sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của hai nhà máy CBTS và nhà máy sản xuất surimi ta thấy: các bước trong qui trình công nghệ là tương tự nhau (từ thu gom nước thải đến xử lý). Nhìn chung, nước thải sau khi qua các công trình xử lý trên hàm lượng COD, BOD đã giải quyết căn bản tiêu chuẩn xả thải. Nhưng đối với nước thải sản xuất surimi do hàm lượng nitơ, phốtpho khá cao tuy nhiên trong quá trình xử lý các tiêu chuẩn này chưa được quan tâm đúng mức. Đây là nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng nổ của tảo ở một số nguồn nước mặt, khi những sinh khối này thối rữa sẽ làm bẩn lại môi trường nước. Chính vì thế, song song với việc khử các hợp chất hữu cơ chứa carbon còn phải khử hàm lượng nitơ và phốt pho đến nồng độ cho phép thải ra môi trường.
3.4.2.3. Một số mô hình xử lý nước thải đang được chào bán trên trang techmark[12]: Mô hình xử lý nước thải cho công nghệ thực phẩm
Mô hình xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản Điều hòa và
tuyển nổi Bể tiếp xúchiếu khí Song chắn
NT
Keo tụ và lắng Bể khử trùng Xả thải
Bể điều hòa Bể kỵ khí Bể hiếu khí
Bể khử trùng Xả thải Bể lắng thứ cấp Bể lắng sơ cấp NT Song chắn
3.4.3. Đề xuất phương án xử lý nước thải sản xuất surimi
Căn cứ vào đặc tính của nước thải sản xuất surimi trong quá trình nghiên cứu tại PTN cũng như ở nhà máy và kết hợp với mô hình công nghệ xử lý nước thải tại một số công ty tôi xin đề xuất phương án xử lý đối với nước thải surimi như sau:
a. Đề xuất quy trình xử lý chung:
NT sau công đoạn R1 và R2
Bể điều hòa (điều chỉnh axít và bổ sung chất trợ lắng) Bể điều hòa có sục khí Bể yếm khí UASB Bể Aerotank Bể lắng đợt 2 Bể khử trùng Song chắn Xả thải Bể lắng đợt 1 Clorin Nước thải Bể chứa bùn Xe hút bùn định kì Ly tâm thu hồi protein
Thuyết minh
Nước thải từ các phân xưởng sản xuất được thu gom vào đường ống chính dẫn vào hệ thống, nước rửa sau thu hồi protein cũng được đưa vào hệ thống bằng đường ống dẫn riêng. Đối với nước mưa, xả trực tiếp ra ngoài không đưa vào hệ thống
- Song chắn rác: nhằm loại bỏ rác, mẩu thịt vụn, vây, vảy trước khi đưa vào hệ thống.
- Bể điều hòa: được sục khí (cứ 3h sục nghỉ 1 giờ) , nhằm xáo trộn, san bằng nồng độ ô nhiễm, giảm bớt một phần nồng độ ô nhiễm trong n ước thải (COD, SS). điều hòa lưu lượng, riêng pH không cần điều chỉnh.
- Bể lắng đợt 1: nhằm loại bỏ cát, các mẩu thị t vụn, các phần tử keo tụ lại với nhau sau quá trình sục khí ở bể điều hòa. Được thiết kế theo hình dạng bể lắng ngang, đáy hình nón, có chia làm nhiều ngăn khác nhau để tăng hiệu quả lắng. Bùn lắng ở bể lắng đợt 1 được gom vào bể chứa bùn
- Bể kỵ khí UASB: nước thải sau khi được lắng, ngay sau đó được bơm lên bể kỵ khí theo hướng từ dưới lên. Nước thải sẽ được phân giải kỵ khí, dưới tác dụng của hệ vi sinh vật yếm khí, các hợp chất hữu c ơ được phân giải tạo thành các khí CO2, CH4, H2S…, các khí này được hệ thống bơm hút khí thu gom rồi đem đi làm chất đốt. Trong bể có hệ thống cánh khuấy tạo điều kiện cho sự tiếp xúc giữa vi sinh vật với các hợp chất hữu cơ
- Bể hiếu khí (erotank): được sục khí 24/24, khí được đưa vào bể thông qua hệ thống đĩa phân phối khí. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải tiếp tục được phân giải tạo thành các hợp chất đơn giản như CO2, và sinh khối vi sinh vật. Cùng với quá trình khử BOD, đồng thời cũng xảy ra quá tr ình khử nitơ, phốtpho. Khử N và P xảy ra khi lắng cặn theo tế bào. Người ta loại tế bào cùng N và P trong đó. Lượng N, P được loại ra khỏi nước thải dựa trên sự đồng hóa của VSV.
- Bể lắng đợt 2: nước thải sau bể hiếu khí được chảy tràn qua bể lắng đợt 2. Bể được thiết kế theo dạng bể lắng đứng, b ùn ở bể lắng đợt 2, một phần được tuần hoàn vào bể hiếu khí, phần còn lại được gom vào bể chứa bùn. Phần nước thải sau