Ứng dụng công nghệ sinh học nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản

Trong đó nước thải cầnđược quan tâm giải quyết do nước thải chế biến thủy sản CBTS phát sinh vớilượng lớn, có hàm lượng chất hữu cơ cao và chứa các thành phần sinh mùi… Việctìm được một

CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

1 2 Cơ sở hình thành khóa luận

1 3 Mục tiêu của khóa luận

1 4 Nội dung thực hiện

1 5 Phương pháp thực hiện

1 6 Phạm vi khóa luận1.7 Ý nghĩa khoa học và kinh tế xã hội

1.1.Đặt vấn đề:

Nước ta đang trong quá trình đổi mới, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đạihóa đất nước đang được đẩy mạnh Bên cạnh những thành tựu kinh tế xã hội manglại do sự phát triển công nghiệp thì vấn đề môi trường cũng được đặt ra hết sức cấpbách Nếu không được giải quyết thỏa đáng và kịp thời thì sẽ ảnh hưởng đến việcduy trì bền vững nhịp độ tăng trưởng kinh tế, thậm chí còn làm chậm lại tốc độ tăngtrưởng kinh tế và làm nảy sinh các vấn đề xã hội

Để đảm bảo phát triển bền vững, đi đôi với các biện pháp quản lý môi trườngnhư tiết kiệm nguyên liệu, cải tiến công nghệ - thiết bị, áp dụng công nghệ hiện đại,công nghệ thân thiện với môi trường… thì việc xử lý nước thải sinh ra trong quátrình sản xuất rất cần thiết Nếu không giải quyết tốt việc thoát nước và xử lý nướcthải của nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sẽ gây ô nhiễm đối với các nguồn nướcdẫn tới hậu quả xấu, gây tổn thất cho mọi ngành kinh tế Trong đó các xí nghiệp chếbiến thực phẩm, nước thải có chứa một lượng chất hữu cơ lớn, gây ô nhiễm nặngcho các nguồn tiếp nhận Chế biến thủy sản là một ngành như vậy Bên cạnh nhữngmặt tích cực của ngành tồn tại những mặt trái, đó là vấn đề ô nhiễm môi trường:khí thải, chất thải rắn, nước thải Nếu không có biện pháp xử lý kịp thời thì chínhchúng là nguyên nhân làm suy giảm chất lượng môi trường Trong đó nước thải cầnđược quan tâm giải quyết do nước thải chế biến thủy sản (CBTS) phát sinh vớilượng lớn, có hàm lượng chất hữu cơ cao và chứa các thành phần sinh mùi… Việctìm được một biện pháp xử lý cuối đường ống thích hợp cho ngành CBTS đang làmối quan tâm lớn của các cơ sở sản xuất

1 2 Cơ sở hình thành khóa luận:

Trong công nghiệp chế biến thủy sản lượng nước dùng cho sản xuất rất nhiều

do đó lượng nước thải ra vô cùng lớn, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì vậybài khóa luận này sẽ tìm hiểu và ứng dụng công nghệ sinh học nhằm mục đích năngcao hiệu quả xử lý nước thải thủy sản hiện nay

1 3 Mục tiêu của khóa luận:

Mục tiêu chính của khóa luận là xác định khả năng xử lý nước thải chế biếnthủy sản bằng biện pháp sinh học.

1.4 Nội dung thực hiện:

Để đạt được các mục tiêu đề ra thì nội dung của khóa luận sẽ lần lượt đi tìmhiểu các vấn đề sau:

-Tổng quan về chế biến thủy sản, và nước thải thủy sản

-Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải thủy sản

-Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học trong xử lý nước thải thủy sản

-Xử lý nitơ trong nước thải thủy sản

-Sự cố công trình xử lý nước thải chế biến thủy sản và cách khắc phục sự cố.-Kết luận và kiến nghị

1.5 Phương pháp thực hiện:

-Phương pháp luận :

Tìm hiểu qua sách, báo, tham quan thực tế một số trạm xử lý nước thải( trạm

xử lý nước thải khu công nghiệp Bình Chiểu), tham khảo tài liệu về các đặc điểm lý,hóa , sinh của loại nước chế biến thủy sản

Tham khảo thêm tài liệu về các phương pháp nghiên cứu nước thải chế biếnthủy sản

1.6 Phạm vi khóa luận:

Một số nhà máy chế biến và một số trạm xử lý nước thải tập trung trên địabàng Thành Phố Hồ Chí Minh và các tỉnh tây Nam bộ.(nhà máy xử lý nước thải tậptrung khu cong nghiệp Bình chiểu, công ty seapimex, công ty TNHH thủy sảnANGST-TRƯỜNG VINH, công ty Hùng Vương Sa Đéc)

1.7 Ý nghĩa về khoa học – kinh tế:

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN

2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản

2 2.Vấn đề về môi trường do ngành chế biến thủy sản gây ra

2.3 Tính chất và thành phần nước thải của ngành chế biến thủy sản

2 4 Nhận xét chung về nước thải ngành chế biến thủy

sản

2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản:

Theo thống kê của bộ thủy sản năm 2010 thì hiện nước ta đã có khoảng1.4000.000 ha mặt nước nuôi trồng thủy sản Ngoài ra còn có khoảng 544.500.000

ha ruộng trũng, 56.200.000 ha ao hồ chuyên nuôi trồng thủy sản

Đứng đầu trong các tỉnh tây nam bộ là: Đồng Tháp, Ang Giang, Bến Tre,…với vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu ôn hòa, nguồn nước ít ô nhiễm do nằm đầu nguồn

hệ thống sông Tiền và sông Hậu cho nên các tỉnh này rất phát triển về ngành nuôitrồng và đánh bắt thủy hải sản Hầu như là hơn 45% dân số ở các tỉnh này sống vềnghành nuôi trồng và đánh bắt thủy sản Do đó việc thành lập các nhà máy chế biếnthủy sản là một trong những vấn đề được các tỉnh này quan tâm nhiều nhất

Bảng 2.1: Hiện trạng ngành chế biến thuỷ sản ở một số tỉnh miền Nam

Tỉnh Cơ sở chế biến thuỷ hải

sản

Các sản phẩm chính

Một số kết quả sản xuất đạt được.

Cà

Mau

Có 10 cơ sở chế biến thuỷ

hải sản đông lạnh với quy

mô lớn và nhiều cơ sở chế

biến thuỷ sản khô, hải sản,

thực phẩm đông lạnh xuất

khẩu

Thuỷ sản đônglạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, nướcmắm

Năm 2003, giá trị sảnxuất thuỷ sản của tỉnhđạt 4.480,5 tỷ đồng, sảnlượng 131.013 tấn (*)

Kiên

Giang

Có 15 cơ sở chế biến thuỷ

hải sản đông lạnh với quy

mô lớn và nhiều cơ sở chế

biến thuỷ sản khô, hải sản,

thực phẩm đông lạnh xuất

khẩu

Thuỷ sản đônglạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, nướcmắm

Năm 2003, giá trị sảnxuất thuỷ sản của tỉnhđạt 3.091 tỷ đồng, sảnlượng 286.000 tấn (*)

Trà

Vinh

Có 10 cơ sở chếbiến thuỷ hải sản đông lạnh

với quy mô lớn và nhiều cơ

sở chế biến thuỷ sản khác

Thuỷ sảnđông lạnh, các mặthàng thuỷ sản khô,nước mắm

Năm 2003, giátrị sản xuất thuỷ sảncủa tỉnh đạt 1.388,5 tỷđồng, sản lượng 63.896tấn (*)

Đồng Hiện nay, có 4 cơ sở chế Thuỷ sản đông Năm 2003, giá trị sản

biến thuỷ hải sản đông

lạnh, thuỷ sản khô xuất

khẩu với quy mô trên 2000

tấn sản phẩm/năm

lạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, nướcmắm

xuất thuỷ sản của tỉnhđạt 522,1 tỷ đồng, sảnlượng 21.901 tấn (*)

Bến

Tre

Có 10 cơ sở chế biến thuỷ

hải sản đông lạnh với quy

mô lớn và nhiều cơ sở chế

biến thuỷ sản khô, hải sản,

thực phẩm đông lạnh xuất

khẩu

Thuỷ sản đônglạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, nướcmắm

Năm 2003, giá trị sảnxuất thuỷ sản của tỉnhđạt 1247,7 tỷ đồng, sảnlượng 62.950 tấn (*)

Sóc

Trăng

Hiện nay, có 7 cơ sở chế

biến thuỷ hải sản đông

lạnh, thuỷ sản khô xuất

khẩu với quy mô 2000 –

20000 tấn sản phẩm/năm

Thuỷ sản đônglạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, đồhộp

Năm 2003, giá trị sảnxuất thuỷ sản của tỉnhđạt 1.362,6 tỷ đồng, sảnlượng 32.570 tấn (*)

An

Giang

Hiện nay, có 9 cơ sở chế

biến thuỷ hải sản đông

lạnh, thuỷ sản khô xuất

khẩu, với quy mô 50 – 300

tấn sản phẩm/ngày

Thuỷ sản đônglạnh, các mặt hàngthuỷ sản khô, đồhộp

Năm 2003, giá trị sảnxuất thuỷ sản của tỉnhđạt 1.535,5 tỷ đồng, sảnlượng 67,473 tấn (*)

Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thuỷ sản Việt Nam (VASEP), 2004

(*): Niên giám Thống kê Việt Nam năm 2004.

2.2 Vấn đề về môi trường do nghành chế biến thủy sản gây ra:

2.2.1.Nguồn gốc phát sinh các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy hải sản.

Tùy thuộc vào các loại nguyên liệu như tôm, cá, sò, mực, cua… mà công nghệ sẽ có nhiều điểm riêng biệt tuy nhiên quy trình sản xuất có các dạng sau:

-Quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm khô của công ty seapimex:

-Nước thải

Nguyên liệu thô

Sơ chế (chải sạch cát, chặt đầu, lặt

Ntc = 17 - 31 mg/L

Phân cỡ, loại

Đóng gói

Bảo quản lạnh

(-180C)

(Quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm khô của công ty Seapimex)

-Quy trình chế biến thủy sản công ty Hùng Vương Sa Đéc:

-Xếp khuôngCấp đông Rửa hai

Nước thải

Phân loại cỡ

Thủy sản (nguyên liệu)Bảo quản đến nhà máyRửa lần một

Nước thải

+Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Ban đầu cá đánh bắt đem về sau đó bảo quản đến nhà máy, chất bảo quản ởđây tùy từng tập quán của địa phương mà có cách bảo quản khác nhau thông thườngbằng nước đá, ngày xưa người ta dùng formon để bảo quản thế nhưng chất này gâyđộc cho người tiêu dùng nên không dùng nữa.

Khi đem đến nhà máy tiến hành rửa nguyên liệu lúc này lượng nước rửasinh ra tương đối nhiều khoảng 40m3 cho 100 tấn cá Sau khi rửa xong người ta tiếnhành sơ chế lúc này cũng rửa nhưng lượng nước chỉ bằng 1/3 lượng nước rửa một

Phân loại cỡ ở giai đoạn này hầu như là không sinh nước thải

Sau khi phân loại cỡ tiến hành rửa lần hai lúc này lượng nước sinh ra là rấtlớn vì lúc này chuẩn bị đưa vào công đoạn chế biến chính Lượng nước sinh ratrong giai đoạn này 58 - 60 m3 cho 100 tấn cá

Xếp khuông dây là công đoạn chế biến chính hầu như giai đoạn này khôngsinh ra nước thải

Đông lạnh giai đoạn này có sinh ra nước thải nhưng tương đối ít bởi vì giaiđoạn này chủ yếu là nước rửa khô

Bảo quản ở giai đoạn này không sinh nước thải

-Quy trình chế biến thủy sản công ty Vĩnh Hoàn:

-Cấp đông

liiiiiiiliii

Nước thảiNước thảiNước thải

Nước thảiChất thảiNước thải

Ngâm

liiiiiiiliii liệu

Rửa bốn

liiiiiiiliii liệu

Vô khay

liiiiiiiliii liệu

Tiếp nhận nguyên liệu

liiiiiiiliii liệu

Rửa một

liiiiiiiliii liệu

Cân phân cỡ

liiiiiiiliii liệu

Đánh vẫy, bỏ nội tạng

liiiiiiiliii liệu

Rửa hai

liiiiiiiliii liệu

Cân phân cỡ

liiiiiiiliii liệu

Rửa ba

liiiiiiiliii liệu

Khóa luận tốt nghiệp

+Thuyết minh sơ đồ:

Cấp đông

liiiiiiiliii liệu

liiiiiiiliii liệu

Rửa bốn

liiiiiiiliii liệu

Vô khay

liiiiiiiliii liệu

Cá sau khi khai thác xong vận chuyển đến nhà máy chế biến, sau đó quacông đoạn rửa một, thời điểm này hầu như nước thải trong giai đoạn này nước thảisinh ra không nhiều.

Cân phân loại:công đoạn này hầu như không sinh nuớc thải

Đánh vẩy bỏ nội tạng giai đoạn này là sinh nước chất thải, thông thường cácchất cặn lơ lững và các chất khó xử lý trong nước sinh ra vào thời điểm này

Rửa hai đây là công đoạn sinh nhiều nước thải nhất và chất thải trong nước:nhất là các chất cặn lơ lững và các chất hữu cơ trong nước Vả lại nước trong giaiđoạn này thường mang các vi khuẩn nhất vì vậy chúng ta cần chú ý những vi khuẩngây bệnh có trong cá

Rửa ba giai đoạn này là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình chế biếnthủy sản bởi vì giai đoạn này đưa vào giai đoạn chế biến nên cần rửa kỹ lưỡng

Ngâm giai đoạn này hầu như ít nước thải nhất vì lượng nước sử dụng khôngnhiều, nhưng nó sinh ra tải lượng ô nhiễm lớn

Rửa bốn giai đoạn này ít nước thải hơn các giai đoạn rửa trên vì giai đoạnnày là kềt thúc quá trình chế biến, nên nước thải hầu như không nhiều lắm, tảilượng ô nhiễm của công đoạn này là không cao

Vô khay và cấp đông giai đoạn này hầu như không sinh nước thải

Tóm lại với các công đoạn trên thì qua nhiều lần rửa như vậy tải lượng ônhiễm là rất lớn Thông thường COD dao động trong khoảng 1600 – 2300 mg/l hàmlượng BOD trong khoảng 1200 – 1800 mg/l

Hàm lượng nitơ tổng cũng rất cao nằm vào khoảng 5- 120 mg/l

Hàm lượng chất rắn lơ lững của công ty này là 200 – 1000 mg/l

-Quy trình chế biến thủy sản công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH:

+Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Cá nguyên liệu sau khi đánh bắt người ta tiến hành vận chuyển tới nhà máysau đó qua quá trình rửa, ở giai đoạn đầu này rửa chủ yếu là các chất bám lên da cá

và phân loại chất thải cũng như là kiểm soát để tiện lợi cho việc xử lý

Rửa hai đây là công đoạn sinh nhiều chất thải cũng như là nước thải nhất Vìlúc này nước chủ yếu dùng để rửa thịt cá cho nên các chất hữu cơ sinh ra nhiều và

Cấp đông Đóng gói

Phân cỡ fille cá

Vô khuônRửa hai

Rửa một Lóc lấy thịt

Cá nguyên liệu

Nước thảiChất thải, chất lơ lững

Nước thải

Protein, lipid, các hydrocacbon, các vi sinh ký sinh có trong thịt cá và nội tạng của

cá được phát thải vào nguồn nước

Các giai đoạn sau đó hầu như là không sinh nước thải

Công nhân làm việc trong môi trường có các khí độc và các mùi hôi tanh làm

cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc, ảnh hưởng đến sức khoẻ hiện tại và có táchại lâu dài

-Khí CFCs: Được dung trong các thiết bị làm lạnh, là tác nhân làm thủngtầng ozon và được khuyến cáo không nên dùng nữa

-Mi hơi: Mi hơi của nguyên liệu là do sự phân hủy các chất hữu cơ có trongchất thải rắn và nước thải Theo thời gian, các chất hữu cơ đặc biệt là chất thải rắn

sẽ phân giải các axit amin thành các chất đơn giản hơn như trimetyamin,dimetyamin… là những chất có mùi tanh, hơi thối Công nhân làm việc trong điềukiện mùi hôi tanh làm cho cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc, giảm hiệu quảsản xuất.

-Khí thải từ các lò nấu, chế biến: Khói thải từ các lò nấu thủ công, nhiên liệuđốt là than đá hay dầu FO, thành phần chủ yếu là CO2, CO, SOx, NO2, bụi than vàmột số chất hữu cơ dễ bay hơi

+Khói thải phát tán ra môi trường xung quanh, gây trực tiếp các bệnh về hôhấp, phổi, Nguyên nhân của các cơn mưa axit ảnh hưởng đến môi trường sinhthái, ăn mòn các công trình

+Ngoài ra khí CO2 thải ra từ các khu công nghiệp còn là nguyên nhân chínhgây hiệu ứng nhà kính

2.2.5.Nước thải:

Nước thải là một trong những vấn đề môi trường lớn nhất của ngành chế biếnthuỷ hải sản, nước thải chế biến thuỷ hải sản đặc trưng bởi các thông số ô nhiễmnhư: màu, mùi, chất rắn không hoà tan, chất rắn lơ lửng, các vi khuẩn, chỉ số BOD,COD, PH, …

-Các đặc tính chung của nước thải thuỷ sản:

PH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷ đạm vàthải ammoniac

Có hàm lượng các chất hữu cơ dạng dễ phân huỷ sinh học cao Giá trị BOD5thường lớn, dao động trong khoảng 300 – 2000 mg/l, giá trị COD nằm trong khoảng

500 – 3000 mg/l

Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 200 – 1000 mg/l

Hàm lượng lớn các protein và chất dinh dưỡng thể hiện ở hai thông số tổngNitơ (50 – 200 mg/l) và tổng Photpho (10 – 100 mg/l) Để xử lý được chất ô nhiễmnày triệt để cần có hệ thống xử lý bậc 3 (xử lý chất dinh dưỡng) Điều này làm diệntích công trình và chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý rất lớn Thường có mùihôi do có sự phân huỷ các axit amin

Với tải lượng chất ô nhiễm của ngành chế biến thủy sản thì hưởng rất lớn đếnsức khỏe con người.

Làm tăng độ độc của nước, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của hệ thủysinh, làm giảm khả năng tạo oxy hòa tan trong nước

Hàm lượng chất hữu cơ cao tạo điều kiện thiếu oxy, trong nước xảy ra quátrình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm độc hại như H2S… gây mùi thối chonước và làm nước chuyển màu đen

Là nguồn gốc gây bệnh dịch trong nước, ô nhiễm nguồn nước ngầm

2.2.6.Chất thải rắn:

Chất thải rắn chủ yếu là các thành phần hữu cơ, dễ lên men, gây thối rửa vàtạo mùi khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí, đó cũng lànguồn lây lan các dịch bệnh

-Chất thải rắn được phát sinh từ 3 nguồn:

Từ quá trình chế biến: Bao gồm các loại vỏ, đầu, nội tạng… Nếu chất thảinày không được thu gom sẽ phân hủy gây ra mùi khó chịu

Từ khu vực phụ trợ: bao gồm chất thải rắn phát sinh từ căntin, bao bì hưhỏng… Chúng có thành phần giống rác đô thị

Các loại cặn bã dư do quá trình xử lý nước thải và quá trình phân hủy sinhhọc

2.2.7.Nhiệt thải và tiếng ồn:

Nhiệt thải từ lò nấu, từ hệ thống làm lạnh và tiếng ồn từ các thiết bị sản xuấtảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân và người dân xung quanh

Tiếng ồn và độ rung thường gây ảnh hưởng trực tiếp đến thính giác, làmgiảm thính lực của người lao động, giảm hiệu suất làm việc, và phát sinh nhiềuchứng bệnh khác Tác động của tiếng ồn có biểu hiện qua phản xạ của hệ thần kinhhoặc gây trở ngại đến hoạt động của hệ thần kinh thực vật, khả năng định hướng,giữ thăng bằng qua đó ảnh hưởng đến năng suất lao động Tiếng ồn quá lớn có thểgây thương tích

Tiêu chuẩn quy định cho mức tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất là 75dB

2.2.8.Tác nhân hóa học:

Các hóa chất khử trùng và tẩy trùng như: Clorine, xà phòng, các chất phụgia, bảo quản thực phẩm gây hại cho môi trường

2.2.9.Tác nhân sinh học:

Các loại chất như: nước thải, chất thải rắn đều có chứa tác nhân sinh học đó

là các loại vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật Nếu không phát hiện và xử

lý kịp thời thì rất dễ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát tán vào môi trườnglàm ảnh hưởng đến sức khỏe cho cộng đồng xung quanh

2.2.10.Tác nhân khác:

Hầu như các cơ sở chế biến thủy sản ở Việt Nam đều có bảo hộ lao động(ủng, găng tay, khẩu trang, nón) cho công nhân trong quá trình làm việc Môitrường làm việc của các công nhân trong các nhà xưởng thường bị ô nhiễm do có độ

ẩm cao và mùi hôi Do đó, tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp như thất khớp, viêm họng…thường có tỷ lệ cao Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm còn bị hạn chế bởi các phòngchế biến, sàn nhà xưởng, đường thoát nước thải chưa được thiết kế hợp lý Ánhsáng trong xưởng chế biến vẫn chưa đủ độ sáng Trần nhà, tường ngăn không đượcsạch, hệ thống vòi nước, khay đựng bằng kim loại dễ bị rỉ sét và không hợp vệ sinh

2.3 Tính chất và thành phần nước thải của nghành chế biến thủy sản:

Ngành chế biến thuỷ sản là một ngành công nghiệp phát triển mạnh Bêncạnh những đóng góp to lớn, ngành công nghiệp này cũng nảy sinh ra nhiều vấn đề

về môi trường, đặc biệc là nước thải sản xuất, ngành đã tạo ra một lượng nước thảilớn có nguy cơ làm ô nhiễm môi trường cao Với các chủng loại nguyên liệi tươngđối phong phú, đối với diều kiện nước ta nên các thành phần nước thải thuỷ sảncũng khá phức tạp và đa dạng bao gồm 3 loại nước thải: Nước thải sản xuất, nướcthải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt trong đó nước thải sản xuất có mức

độ ô nhiễm cao hơn cả tuỳ theo đặc tính của nguyên liệu sử dụng mà nước thải cótính chất khác nhau Nước thải sản xuất chế biến thuỷ sản chức chủ yếu là chất thảihửu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và chất béo,trong hai thành phần này chất béo khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật.Nước thải của xí

nghiệp chế biến thuỷ sàn có hàm lượng COD dao động từ 1600 – 2300 mg/l, hàmlượng BOD5 cũng khá lớn từ 1200-1800mg/l trong nước thường chức các vụ thủysản và các vụn này rất dể lắng Hàm lượng Nitơ thường rất cao chứng tỏ mức độ ônhiễm chất dinh dưỡng rất cao (50 – 120mg/l) Ngoài ra trong nước thải thuỷ hảisản có chứa các thành phần chất hữu cơ khi phân huỷ tạo ra các sản phẩm trunggian của sự phân huỷ các axid béo không bảo hoà tạo mùi rất khó chụi và đặc trưnglàm ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng sức kho công nhân trực tiếp làm việc.

Đặc điểm của ngành chế biến thuỷ hải sản là có lượng chất thải lớn Các chấtthải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát theo đường thâm nhập vào dòng nướcthải

Đối với các khâu chế biến cơ bản, nguồn thải chính là khâu xử lý và bảoquản nguyên liệu trước khi chế biến, khâu rả đông, làm vệ sinh thiết bị nhà xưởng.Đối với hoạt động đóng hộp, ngoài các nguồn ô nhiễm ở các khâu như trên còn cókhâu rót nước sốt, nước muối, dầu Các nguồn thải chính từ sản xuất bột cá và dầu

cá là nước máu từ khâu bốc dỡ và bảo quản cá và thời điểm dòng thải đậm đặc nhất

là khâu ly tâm nước ngưng tụ các thiết bị cô đặc

Nước trong chế biến thuỷ hải sản có hàm lượng chất hữu cơ cao vì trong đó

có dầu, protein, chất rắn lơ lửng và chứa lượng phốtphát và nitrat Dòng thải từ chếbiến thuỷ sản còn chứa những mẫu vụn thịt xương nguyên liệu chế biến, máu chấtbéo, các chất hoà tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa và các tác nhân làmsạch khác Trong đó có nhiều hợp chất khó phân huỷ Qua phân tích 70 mẫu nướcthuỷ tại các cơ sở chế biến hải sản có quy mô công nghiệp tại địa bàn tỉnh Vũng Tàunhận thấy hàm lượng COD của các cơ sở dao động từ 283 mg/l – 21.026 mg/l; trongkhi tiêu chuẩn Việt Nam đối với nước thải được phép thải vào nguồn nước biểnquanh bờ sử dụng cho mục đích bảo vệ thuỷ sinh có lưu lượng thải từ 50 m3 – 500

m3 / ngày là < 100 mg/l Nước thải của phân xưởng chế biến thủy hải sản có hàmlượng COD dao động từ 500 – 3000 mg/l, giá trị điển hình là 1500 mg/l; hàm lượngBOD5 dao động trong khoảng từ 300 – 2000 mg/l, giá trị điển hình là 1000 mg/l.Trong nước thường có các mảnh vụn thuỷ sản và các mảnh vụn này dễ lắng, hàm

lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200 – 1000 mg/l, giá trị thường gặp là 500mg/l.Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ

50 – 200 mg/l, giá trị thường gặp là 100mg/l; hàm lượng photpho dao động từ 10 –

100 mg/l, giá trị điển hình là 30 mg/l Ngoài ra trong nước thải của ngành chế biếnthuỷ hải sản còn chứa thành phần hữu cơ khi bị phân huỷ sẽ tạo các sản phẩm trunggian là các acid béo không bão hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm

về mặt cảnh quan và ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc

Bảng 2.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng đối với nước thải chế biến thuỷ sản của một số nhà máy chế biến đông lạnh:

Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007

Bả ng 2.3 bảng thống kê về ô nhiểm của các nhà máy chế biến thủy sản

TT Tên cơ sở côngnghiệp (TSP/ngày)Công suất Tải lượng ô nhiễm

Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007

2 4 Nhận xét chung về nước thải nghành chế biến thủy sản:

Từ tải lượng ô nhiễm của một số nhà máy nêu trên, nhận thấy nồng độ cácchất ô nhiễm trong nước thải thường không ổn định, phụ thuộc nhiều vào chủng loạinguyên liêu, đặc tính sản phẩm, trình độ công nghệ và thiết bị, kỹ thuật chế biến,nhu cầu sử dụng nước cũng như những đặc điểm riêng của từng cơ sở sản xuất.Mức độ nhiễm bẩn theo các chỉ tiêu ô nhiễm dao động rất lớn So sánh kết quả củacác thông số đánh giá ô nhiễm với TCVN 5945 – 2005 về giới hạn thông số và nồng

độ chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp áp dụng đối với nguồn loại B, chothấy phần lớn vượt giới hạn cho phép nhiều lần: SS từ 1 – 5 lần, BOD5 3 – 18 lần,COD 2 – 14 lần, Nts đến 1,8 lần, Pts đến 4,2 lần và hàm lượng dầu mỡ động vật đến2,6 lần Với tỷ lệ BOD5/COD từ 0,6 – 0,7, cho thấy nước thải sản xuất tương đốithích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ

CHƯƠNG3: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC

THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

3.1.Phương pháp cơ học:

3.1 Phương pháp cơ học3.2 Phương pháp hóa lý3.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp này thường là các giai đoạn xử lý sơ bộ, bao gồm các quá trình

mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hoá học và sinhhọc của nó Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lýtiếp theo

Do nước thải thủy sản thường có hàm lượng hữu cơ cao và chứa nhiều cácmảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy hải sản nên sau khi xử lý bằng phương pháp

cơ học thì một số tạp chất có trong nước thải sẽ được loại ra, tránh gây tắc nghẽnđường ống, làm hư máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của các công đoạn sau

Những công trình xử lý cơ học bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, bể vớtdầu…

3.1.1.Song chắn rác:

Song chắn rác được dùng để giữ rác và các tạp chất rắn có kích thước lớntrong nước thải nói chung và nước thải thủy sản nói riêng Phần rác này sẽ được vậnchuyển đến máy nghiền rác để nghiền nhỏ, sau đó được vận chuyển tới bể phân huỷcặn (bể Metan) Đối với các tạp chất <5mm thường dùng lưới chắn rác

Cấu tạo của song chắn rác gồm có các thanh kim loại tiết diện hình chữ nhật,hình tròn hoặc hình bầu dục, song chắn rác được chia thành 2 loại di động và cốđịnh và được đặt nghiêng một gốc 60 – 90o theo hướng dòng chảy Tuỳ theo lượngrác được giữ lại trên song chắn rác mà ta có thể thu gom bằng phương pháp thủcông hay cơ khí

Song chắn rác nhằm giữ lại các vật thô như rác, giẻ, giấy, vỏ hộp, mẫu đất

đá, các nguyên liệu sản xuất rơi vãi…ở trước các công trình sử lý Song chắn rácđược làm bằng sắt tròn hoặc vuông… đan sắp xếp với nhau, song chắn rác theo khe

hở được phân biệt thành 2 loại: thanh chắn rác thô nằm trong khoảng (30 – 200mm)

và loại trung bình là ( 5 –25mm) Theo đặc điểm cấu tạo chia song chắn rác thành 2loại: loại cố định và loại di động Theo phương pháp lấy rác chia làm hai loại là:loại thủ công và loại cơ giới Song chắn rác thường đặt nằm nghiêng so với mặtnằm ngang một góc 450– 900 để lợi khi cọ rửa, nhưng cũng có thể đặt vuông góc vớihướng nước chảy Thanh đan song chắn rác có thể dùng loại tiết diện tròn d = 8 ÷10

mm, loại hình chữ nhật có: S x b = 10 40 và 8 60 mm, hay là hình bầu dục…,trong thực tế song chắn rác thường được dùng là song chắn rác hình chữ nhật, tuynhiên loại này có tổn thất thuỷ lực lớn.

3.1.2.Lưới lọc:

Nước thải qua song chắn rác để có thể loại bỏ được những chất rắn có kíchthước lớn còn qua lưới lọc để loại bỏ những tạp chất có kích thức nhỏ hơn và mịnhơn Các vật thải được giữ lại trên bề mặt lọc, phải cào lấy ra để tránh tình trạngchắn làm tắc dòng chảy

Người ta có thể thiết kế lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngoài vàohoặc từ trong ra

3.1.3.Bể lắng cát:

Bể lắng cát dùng để tách cát và các chất vô cơ không tan khác ra khỏi nướcthải Việc tách cát và các tạp chất là cần thiết để cho các quá trình ổn định bùn cặnphía sau (bể mêtan, bể lắng 2 vỏ,…) diễn ra bình thường

Theo nguyên tắc hoạt động của nước trong bể, thường chia ra bể lắng cátngang, bể lắng cát ngang chuyển động vòng với dòng chảy theo phương ngang, bểlắng cát đứng với dòng chảy từ dưới lên trên, bể lắng cát với dòng chảy theophương tiếp tuyến…Trong đó bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rải nhất

Cát từ bể lắng được đưa tới sân phơi cát và sẽ được làm khô sơ bộ trước khivận chuyển ra ngoài trạm xử lý Nước từ sân phơi cát sẽ được dẫn về phía trước của

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, có thể chia ra các loại bể lắng như: bể lắnghoạt động gián đoạn hoặc bể lắng hoạt động liên tục.

Dựa vào cấu tạo có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đứng, bể lắngngang…

3.1.5.Bể vớt dầu:

Bể vớt dầu mỡ được sử dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ như nướcthải thủy sản Nếu hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ được thực hiệnngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi

Bể tách dầu mỡ thường dùng cho các loại nước thải của các ngành côngnghiệp, ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu thường có lẫn dầu

mỡ Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên mặt nước Nước thải sau khiđược tách dầu mỡ có thể cho qua các giai đoạn xử lí tiếp theo, nếu đã sạch có thểcho chảy vào các dòng thủy vực Hơn nữa nước thải chứa dầu mỡ khi cho vào xử lísinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở các vật liệu lọc và làm hỏng các cấu trúc bùn hoạttính trong bể Aerotank…

Dầu mỡ được lấy ra khỏi bể bằng nhiều biện pháp khác nhau Biện pháp đơngiản là dùng các tấm sợi quét trên mặt nước hoặc là chế tạo ra các loại máy hút dầu

mỡ đặt trước dây truyền xử lý

3.2.Phương pháp hoá lý:

Là phương pháp dùng các phản ứng hoá học để chuyển các chất ô nhiễmthành các chất ít ô nhiễm hơn, chất ít ô nhiễm thành các chất không ô nhiễm Ví dụnhư dùng các chất ôxy hoá như ozone, H2O2, O2,Cl2…để oxy hoá các chất hữu cơ,

vô cơ có trong nước thải Phương pháp này giá thành xử lý cao nên có hạn chế sửdụng Thường chỉ sử dụng khi trong nước thải tồn tại các chất hữu cơ, vô cơ khóphân huỷ sinh học Thường áp dụng cho các loại nước thải như: nước thải rò rỉ rác,nước thải dệt nhuộm, nước thải giấy

Đôi khi một số nhà máy chế biến thủy sản cũng áp dụng phương pháp hoáhọc để đưa vào quy trình xử lý, vì phương pháp sẽ tăng cường xử lý cơ học hoặcsinh học

Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạochất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại.

3.2.1.Trung hòa:

Nước thải thường có những PH khác nhau Muốn nước thải được xử lý tốtbằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh PH về khoang6.6 ÷7.6

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axít hoặc muối axít, các dung dịchkiềm hoặc oxít kiềm để trung hòa dung dịch nước thải

Một số hóa chất thường dùng để trung hòa là: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO,Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4, NaOH, HCl, H2SO4,

3.2.2.Keo tụ:

Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kíchthước lớn >10 – 20mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được Ta cóthể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kếtvào các tập hợp hạt để có thể lắng được Muốn vậy trước hết cần trung hòa điện tíchcủa chúng, kế tiếp là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích các hạtđược gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏgọi là quá trình keo tụ

Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương Các hạt cónguồn gốc silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, các hạt hiđroxit sắt vàhidroxit nhôm mang điện tích dương Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạtmang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tửhay các ion tự do Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo Có hai loại bông keolà: loại ưa nước và loại kỵ nước Loại ưa nước thường ngậm thêm các vi khuẩn, virút … loại kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước nói chung và

xử lý nước thải nói riêng

Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muốinhôm hoặc hỗn hợp của chúng Các muối nhôm gồm có: AI2(SO4)3.18H2O,NaAlO2, Al(OH)5Cl, Kal(SO4).12H2O, NH4Al(SO)4.12H2O Trong đó phổ biến nhất

là: Al2(SO4).18H2O vì chất này hòa tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụcao ở pH = 5.0 – 7.5.

Trong quá trình tạo thành bông keo của hiđroxit nhôm hoặc sắt người tathường dùng thêm chất trợ đông tụ Các chất trợ đông tụ này là tinh bột, dextrin, cácete, xenlulozơ, hiđroxit silic hoạt tính … với liều lượng từ 1 – 5mg/l Ngoài rangười ta còn dùng các chất trợ đông tụ tổng hợp Chất thường dùng nhất làpholyacrylamit Việc dùng các chất trợ này làm giảm liều lượng các chất đông tụ,giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao được tốc độ lắng của các bông keo

3.2.3.Hấp phụ:

Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước màphương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không thể loại bỏ được vớihàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độ tính cao hoặccác chất có mùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen,keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro,

xỉ mạ sắt… trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ,kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộcvào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước.Phương pháp này có thể hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu

cơ có thể bị hấp phụ được là phenol, alkylbenzen, sunforic axit, thuốc nhuộm và cáchợp chất thơm

3.2.4.Tuyển nổi:

Phương pháp tuyển nổi này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trongnước có khả năng tụ lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lêntrên bề mặt nước Sau đó người ta tách các bọt khí đó ra khỏi nước Thực chất quátrình này là tách bọt hoặc làm đặc bọt Trong một số trường hợp quá trình này cũngđược dùng để tách các hóa chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Quá trìnhnày được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải Các bọtkhí dính các hạt lơ lửng và nổi lên trên mặt nước Khi nổi lên các bọt khí tập hợp

thành một tập hợp thành các lớp bọt chứa nhiều chất bẩn Tuyển nổi có thể đặt ởgiai đoạn xử lý sơ bộ (bậc 1) trước khi sử lý cơ bản (bậc 2) Bể tuyển nổi có thểthay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó có thể đứng trước hoặc sau bể lắng, đồngthời có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung hay triệt để cấp 3 sau xử lý cơ bản.

3.2.5.Trao đổi ion:

Thực chất của trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt chất thảirắn trao đổi ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chấtnày gọi là ionit (chất trao đổi ion) Chúng hoàn toàn không tan trong nước

Phương pháp này được dùng làm sạch nước nói chung trong đó có nước thảiloại ra khỏi nước các ion như kim loại: Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd, Mn, cũng nhưcác hợp chất có chứa asen, phosphor, xianua và cả chất phóng xạ Phương pháp nàyđược dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg3+ ra khỏi nước cứng

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tựnhiên hoặc tổng hợp Các chất thường được sử dụng như: zeolit, đất sét, nhôm silic,silicagen, pecmutit, các chất điện lý cao phân tử, các loại nhựa tổng hợp

3.3 Phương pháp sinh học:

Trong tự nhiên, những chất hữu cơ được phân hủy thành cacbon-dioxit, nước

và một số chất hữu cơ vững chắc Quá trình phân hủy này diễn ra được dưới tácdụng của vi sinh vật có trong nước Các vi sinh vật tồn tại trong nước không ở trạngthái riêng rẽ từng loài mà có nhiều loài cùng sống chung với nhau Tuy nhiên, các visinh vật trộn lẫn với nhau và các dạng thực thể của chúng lại phụ thuộc vào điềukiện tính chất và môi trường sống của từng loài vi sinh vật trong quá trình cạnhtranh để hấp thụ thức ăn Từ đó khả năng hấp thụ thức ăn của vi sinh vật cũng thayđổi, đồng thời quá trình trao đổi chất của chúng với môi trường cũng thay đổi Các

vi sinh vật có khả năng tiêu thụ chất dinh dưỡng rất nhanh và trao đổi chất cao nhấtqua cơ thể, đây là một trong những tiêu chuẩn hàng đầu để xử lý nước thải Những

vi sinh vật này có điều kiện tăng trưởng tối ưu

Việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là làm sạch nước thải bằngviệc sử dụng tối đa khả năng hấp thụ của vi sinh vật để hấp thụ những chất hữu cơ

Vi sinh vật được dùng trong xử lý nước chia làm 2 loài dựa vào khả năngtrao đổi chất:

Vi khuẩn tự dưỡng

Vi khuẩn dị dưỡng

Dựa vào khả năng hô hấp thì chia làm 2 loại sau:

Vi khuẩn quang hợp

Vi khuẩn thực hiện tổng hợp hóa học

Vi khuẩn có khả năng quang hợp chủ yếu là tảo, chúng hấp thụ những chấtsống từ cacbon-dioxit trong nước và thải ra oxi Ngoài ra một số loài tảo còn có khảnăng phân hủy chất hữu cơ ở những chỗ tối nhờ có chất diệp lục như rong tiểu cầu,loài này được sử dụng trong quá trình oxi hóa ở hồ nước để xử lý nước thải

Các loài vi sinh vật tổng hợp dùng trong xử lý sinh học được chia làm 3 loại:

Vi sinh vật ưa khí (1): loài này không thể sống trong môi trường thiếu oxi

Vi sinh vật tùy nghi (2): loài này có thể sống trong môi trường có hay không

có oxi, nhưng tốc độ sinh trưởng của chúng sẽ cao hơn nếu trong điều kiện có oxi

Vi sinh vật kị khí (3): loài này không thể sống trong điều kiện có oxi

Loài (1) & (2) được dùng trong xử lý sinh học bởi quá trình hoạt hóa nướcthải và những quá trình tạo màng sinh học

Loài (3) được sử dụng cho quá trình tiêu hủy

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí dùng cho việc xử lýnước thải ở nồng độ thấp Trong khi đó quá trình xử lý kị khí dùng trong xử lý nướcthải có nồng độ ô nhiễm cao

Vi khuẩn chia làm 2 loại theo phương thức dinh dưỡng: Vi khuẩn tự dưỡng

và vi khuẩn dị dưỡng

-Vi khuẩn dị dưỡng:

Nhóm vi khuẩn này thường sử dụng chất hữu cơ và cacbon làm chất dinhdưỡng cho quá trình phát triển của chúng Có 2 loại vi khuẩn dị dưỡng:

Vi khuẩn hiếu khí: loài này cần oxi để sống

Chất ữu cơ + O taêngsinhkhoáivikhu aånhieáukhí CO + H O năng lượng

Vi khuẩn kị khí: Chúng có thể sống trong điều kiện không có oxi tự do,

chúng sử dụng oxi trong các hợp chất nitrat hay sunfat để oxi hóa chất hữu cơ

Chất hữu cơ + NO2-  CO2 + N2 + năng lượng

Chất hữu cơ + SO42-  CO2 + H2S + năng lượng

Axít hữu cơ + CO2 + H2O + năng lượngChất hữu cơ

CH4 + CO2 + năng lượng -Vi khuẩn tự dưỡng:

Vi khuẩn loại này có khả năng oxy hóa mạnh chất vô cơ để thu năng lượng

và sử dụng CO2 làm nguồn cung cấp cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Trongnhóm này gồm có vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh… các phảnứng diễn ra như sau:

Vi khuẩn Nitromonas

2NH4 + O2  2NO2- + 4H+ + 2H2O + năng lượng

Vi khuẩn Nitrobacter

2NO2- + O2  2NO2- + năng lượng

Các vi khuẩn sắt oxy hóa sắt tan trong nước thành sắt không tan

vai trị quan trọng là tách chất hữu cơ mà cịn khơi phục khả năng hấp thụ bề mặtcủa màng sinh học hay bơng kết tủa.

-Tảo (Algae):

Tảo thuộc nhĩm vi thảo mộc, khơng cĩ rễ, thân, lá Chúng được xếp vào loại

vi tảo là sinh vật hiếu khí tự dưỡng, cần cĩ ánh sáng để quang hợp để phát triển.Đây là loại thực vật phù du cĩ thể trơi nổi trong nước hay bám vào các giá đỡ

Tảo là sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng CO2 hay bicacbonat làm nguồncacbon và sử dụng nguồn nitơ, photpho vơ cơ để cấu tạo tế bào, dưới tác dụng củấnh sáng mặt trời và thải ra oxy cho mơi trường Quá trình quang hợp diễn ra nhưsau:

CO2 + PO4-2 + NH4+ ÁnhSáng Tế bào mới (tăng sinh khối) + O2

Tảo thường đĩng vai trị quan trọng trong việc cung cấp oxy cho nước thảithơng qua quá trình quang hợp, khí oxy giải phĩng được sử dụng để oxy hĩa chất ơnhiễm trong nước thải, quá trình này thường diễn ra trong các hồ sinh học Tuynhiên nếu trong nước thải khơng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì thường khơng cĩtảo

Trong nước giàu nguồn N, P (đặc biệt là P) sẽ tạo điều kiện tốt cho tảo pháttriển Sự phát triển quá mức này thường gây ra hiện tượng phú dưỡng hĩa làm nước

cĩ màu xanh, nâu, đỏ Tảo thường khơng gây độc cho nước nhưng khi phát triểnnhiều thì ảnh hưởng đến quá trình xử lý vì tảo rất nhẹ nên khĩ keo tụ và khĩ lắng

-Ảnh hưởng của tảo đến quá trình xử lý nước:

Thay đổi hàm lượng oxy trong nước thải theo độ sâu và theo thời gian trongngày

Gây ra sự chuyển hĩa mạnh nitrat trong mùa hè, đồng thời làm xuất hiệnnhiều nitrat

Làm biến đổi cân bằng CO2 của nước do tiêu thụ CO2 (quá trình quang hĩa)làm thay đổi pH của nước (6,5-9) trên bề mặt nước

Tạo ra vùng thiếu oxy hay axit hơn ở các lớp nước phía dưới bề mặt lớpnước cĩ tảo

Làm giảm chất lượng cảm quan của nước.

Xuất hiện một số độc tố trong nước

-Nấm và các vi sinh vật khác:

Các nhóm vi sinh vật khác như: nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn thường cótrong nước thải nhưng không nhiều bằng vi khuẩn Chúng là những vi sinh vật hiếukhí và vi sinh vật di dưỡng Một số loài có khả năng phân hủy chất hữu cơ, còn một

số loài khác còn có khả năng phân hủy Xenlulozơ đặc biệt là Lignin

Trong đó nấm men phân hủy chất hữu cơ hạn chế, nhưng chúng có thể lênmen chuyển hóa đường thành alcol, axit hữu cơ, glixerin trong điều kiện kị khí vàphát triển mạnh trong điều kiện hiếu khí

Vai trò của nấm men, nấm mốc cũng như xạ khuẩn thường không quan trọngbằng vi khuẩn, chúng không có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong giai đoạn banđầu Với kích thước lớn hơn vi khuẩn và tỷ trọng nhẹ, nên khi phát triển chúngthường kết thành lưới nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng

Các loài nấm thường gặp trong nước thải: Sarolegia, Leptomus Những loài

này thường gây ảnh hưởng cho quá trình xử lý nước, chúng sống chủ yếu trong các

ao hồ và phát triển mạnh vào mùa đông, chúng phát triển thành các khối nhầy trongvòng 90-120 phút có thể làm bít song chắn rác gây cản trở dòng chảy hay tắc nghẽnmàng lọc sinh học

3.3.1.Sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải:

Sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm sự tăng trưởng kích thước, số lượng tếbào (quá trình sinh sản), phát triển tăng khối lượng của quần thể sinh vật (tăng sinhkhối) Tất cả quá trình biến đổi về hình thái sinh lý diễn ra trong tế bào gọi là quátrình phát triển của tế bào

Trong quá trình xử lý nước thải, sự sinh trưởng của tế bào cũng là quá trìnhtăng số lượng tế bào và sự thay đổi kích thước của tế bào Kích thước tế bào daođộng quanh một giá trị trung bình, việc tính số lượng tế bào phản ánh được sự tăngsinh khối của vi sinh vật Các vi sinh vật trong nước thải chủ yếu là vi sinh vật dịdưỡng, để đảm bảo cho vi sinh vật phát triển thì nguồn nước cần phải đảm bảo

nguồn chất dinh dưỡng như N, P sao cho BOD : N : P = 100 : 5 : 1 Các nguyên tốkhoáng khác như K, Mg, Ca cũng phải cung cấp đủ đảm bảo cho hoạt động của visinh vật Các chất độc trong nước thải phải được khử trước khi xử lý bằng vi sinhvật.

Vi sinh vật chủ yếu sinh sản bằng phương pháp nhân đôi tế bào, thời gianphân chia này gọi là thời gian sinh sản, quá trình sinh sản thường kéo dài trong 20phút hay vài ngày Tuy nhiên quá trình này kết thúc trong vài ngày vì chúng tùythuộc vào môi trường Khi chất dinh dưỡng, pH và nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trịtối ưu thì quá trình sinh trưởng dừng lại

-Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật tuân theo quy luật sau:

Hình 3.1: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật

Quá trình sinh trưởng chia làm 5 giai đoạn:

o Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn làm quen hay pha tiềm phát

o Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh sản theo cách nhân đôi tế bào (theo cấp sốnhân) hay còn gọi là pha phát triển theo logarit (pha số mũ)

o Giai đoạn 3: Giai đoạn chậm dần (pha ổn định)

o Giai đoạn 5: Giai đoạn suy giảm (pha suy vong hay pha nội sinh) hay còngọi là pha hô hấp nội bào.

3.3.2.Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải:

Trong nước thải hầu như có rất ít vi sinh vật, đặc biệt là nước thải côngnghiệp khi qua công đoạn xử lý nhiệt Nước thải trong hệ thống thoát nước qua mộtthời gian dù rất ngắn thì cũng có vi sinh vật phát triển, trừ nước thải có hàm lượngcác chất độc hay chất ức chế diệt vi sinh như: nước thải có hàm lượng kim loại caohay hàm lượng chất vô cơ độc hại Sau một thời gian phát triển chúng tạo thànhquần thể sinh vật đồng thời kéo theo sự phát triển của các sinh vật thủy sinh

Quần thể sinh vật trong nước thải không giống nhau, mỗi loại nước thải có

hệ sinh vật khác nhau Các loài này không thể tổng hợp chất hữu cơ làm vật liệu xâydựng tế bào mới cho chúng, mà trong nước cần phải có chất hữu cơ để chúng phânhủy chuyển hóa thành những chất dinh dưỡng làm vật liệu xây dựng tế bào Sảnphẩm cuối cùng của quá trình phân hủy này là CO2, H2O và một số khí khác như:

CH4, H2S, Indol, Mecaptan, N2…

Trong nước thải, chất bẩn chủ yếu là chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn cóchất tồn tại dưới dạng keo hay dạng lơ lửng Các chất hữu cơ này tiếp xúc với bềmặt tế bào vi khuẩn bằng cách hấp thụ hay keo tụ sinh học, sau đó diễn ra quá trìnhđồng hóa và dị hóa Quá trình dị hóa là quá trình phân hủy các chất hữu cơ có khốilượng phân tử lớn, mạch dài thành những chất có khối lượng nhỏ mạch ngắn có cấutạo đơn giản hơn có thể thẩm thấu qua màng tế bào vào trong tế bào để chuyển sangquá trình phân hủy nội bào hay chuyển sang quá trình đồng hóa

3.3.3.Quá trình làm sạch nước thải diễn ra theo 2 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc bề mặt tế bào vi sinh vật

Giai đoạn 2: Khuếch tán và hấp thụ chất ô nhiễm qua màng bán thấm vàotrong tế bào vi sinh vật

Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất này vào trong nội bào để sinh năng lượng

và tổng hợp vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật

Các giai đoạn này liên quan chặc chẽ với nhau, kết quả là nồng độ chất ônhiễm giảm dần, điều này thể hiện ở những vùng có vi sinh vật phát triển nhiều thìnồng độ chất ô nhiễm thấp hơn những vùng khác.

-Quá trình phân hủy chất trong tế bào vi sinh vật diễn ra như sau:

Các hợp chất bị oxy hóa đầu tiên là hydracacbon (tinh bột) và một số hợpchất hữu cơ khác Nếu là tinh bột thì sẽ được hấp thụ qua bề mặt tế bào vi sinh vậttheo cơ chế cảm ứng, lúc này vi sinh vật sẽ tiết ra enzim tương ứng để thủy phâncác hợp chất hữu cơ cao phân tử thành các đường đơn giản Đối với protein dưới tácdụng của men proteinaza xúc tác quá trình phân hủy thành polypeptic, pepton, axitamin và cuối cùng là NH4 , đối với chất béo thì sẽ phân hủy chúng thành glyxerin

và axit béo Các enzim này sẽ tách H+ ra khỏi phân tử enzim kết hợp với oxy tạothành nước

Đường, rượu và các sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ khác sẽđược phân hủy tạo thành CO2 và H2O Trung tâm của quá trình oxi hóa khử là quátrình hô hấp nội bào Quá trình phân hủy hay quá trình oxi hóa khử không phải tất

cả đều tạo ra CO2 và H2O, các sản phẩm phụ được tạo ra tham gia vào quá trìnhđồng hóa hay quá trình sinh tổng hợp vật chất tổng hợp tế bào để hình thành tế bàomới phục vụ cho quá trình sinh trưởng Song song với quá trình đồng hóa trong tếbào luôn xảy ra quá trình dị hóa tạo ra năng luợng phục vụ cho quá trình đồng hóa

Các phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ là phản ứng phân hủy hay phản ứngoxi hóa khử trong quá trình hô hấp của vi sinh vật Có 2 loại phản ứng phân hủy:phân hủy hiếu khí và phân hủy kị khí Cơ chất của phản ứng oxi hóa ở đây là cáchợp chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, được thể hiện bằng BOD Do hoạt độngsống của vi sinh vật, các chất bẩn có trong nước thải sẽ được làm sạch và đồng thờisản phẩm phân hủy sẽ phục vụ cho vi sinh vật sinh trưởng và tăng sinh khối

3.3.4.Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong nước thải

-Quá trình phân hủy hiếu khí:

Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí

Vi sinhvật sau khi tiếp xúc với nước thải có chứa các chất hữu cơ thì chúng

sẽ dần dần phát triển Vận tốc phát triển của chúng tỷ lệ nghịch với nồng độ oxy hòatan trong nước Nếu chất hữu cơ quá nhiều, nguồn oxy không đủ sẽ tạo ra môitrường kị khí Như vậy trong quá trình phân hủy hiếu khí thì vận tốc trao đổi của visinh vật phải luôn thấp hơn vận tốc hòa tan của oxy trong nước khi nồng độ chấtdinh dưỡng trở thành yếu tố giới hạn Thực vật phù du cùng với các sinh vật tựdưỡng khác sử dụng CO2 và khoáng chất để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinhkhối và làm giàu oxy trong nước thải Oxy cần có trong quá trình phân hủy chất hữu

cơ của vi sinh vật, vì vậy mà chất hữu cơ trong nước giảm dần

Quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra mạnh mẽ nếu dùng các biện pháp tácđộng vào như: sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùnhoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnhhưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật Hầu hết các vi sinh vật làm sạchnước thải đều là vi sinh vật hoại sinh, hiếu khí ưa ấm Vì vậy mà nhiệt độ nước thảiảnh hưởng rất lớn đến đời sống của vi sinh vật, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử

lý là 20 - 400C, tối ưu là 25 - 300C

Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

+Động học của quá trình xử lý hiếu khí:

 Sự phát triển của vi sinh vật:

Sự tăng trưởng của vi sinh vật theo dạng đường cong ABCDE

Hình 3.2 (Sự phát triển của vi sinh vật)

Quá trình sinh trưởng chia thành các giai đoạn sau:

(a) Giai đoạn tiềm phát (AB) (giai đoạn sinh trưởng chậm)

Vi sinh vật cần thời gian để thích nghi với môi trường và ở cuối giai đoạnnày vi sinh vật mới bắt đầu phát triển và khi đó các tế bào mới tăng về số lượngnhưng chủ yếu kích thước tế bào phát triển còn số lượng tăng không đáng kể

(c) Giai đoạn phát triển ổn đinh (CD) (giai đoạn cân bằng)

Số lượng tế bào VSV được giữ ở mức không đổi (số lượng tế bào mất đibằng số lượng tế bào mới sinh ra) Tính chất sinh lý tế bào vi sinh vật thay đổi,cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt

(d) Giai đoạn suy vong (DE) (giai đoạn tự chết)

Trong giai đoạn này tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần tốc độ chếtvượt xa tốc độ sinh sản

để đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra có hiệu quả thì taphải đảm bảo các điều kiện môi trường như nhiệt độ, pH, các chất dinh dưỡng,trong môi trường phải không có các chất độc, đảm bảo điều kiện tốt nhất cho hệ visinh

 Tốc độ tăng trưởng tế bào

[2]:

-Tốc độ tăng trưởng riêng

max



2max



s l mg X dt

dX

r g    , /

 : tốc độ tăng trưởng riêng

S K S

X: nồng độ sinh khối vi sinh vật (mg/l)

 Sự tăng trưởng của tế bào và việc sử dụng chất nền [2]:

Trong cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ và liên tục, một phần cơ chất đượcchuyển thành các tế bào mới, một phần được oxy hóa thành các chất vô cơ Do các

tế bào mới phải tiếp tục sử dụng các chất nền có trong nước thải và sinh sản tiếp nên

có thể thiết lập được quan hệ giữa sự tăng trưởng của tế bào và viếc sử dụng chấtnền

dt

dS Y r

Y

r g   su  

Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (là tỉ số giữa khối lượng tế bàovới khối lượng chất nền được tiêu thụ trong một đơn vị thời gian nhất định ở phasinh trưởng logarit)

K S

KXS r

Trong các công trình xử lý nước thải, không phải tất cả các tế bào vi sinh vậtđều có tuổi như nhau và đều ở trong giai đoạn sinh trưởng logarit mà có những tếbào già, chết và sinh trưởng chậm Khi tính toán tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật

ta phải xét đến tổ hợp các hiện tượng này và ta giả thiết sự giảm khối lượng của tếbào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với nồng độ vi sinh vật có trong nước thải Tagọi sự giảm khối lượng này là hô hấp nội bào

Tốc độ hô hấp nội bào [2]:

X K

K S

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng sinh hóa của quá trình xử lýsinh học Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình truyền tải oxy vào trong nước, quá trìnhtrao đổi chất và quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lýnước thải được biểu diễn theo công thức [2]:

 20 



K T

K20: tốc độ phản ứng ở 200C

KT: tốc độ phản ứng ở T0C

 : hệ số nhiệt ( =1,047)-Các quá trình sinh học hiếu khí chủ yếu dùng trong xử lý nước thải:

+Sinh trưởng lơ lửng – bùn hoạt tính:

Vi sinh vật sau khi tiếp xúc với nước thải sẽ bắt đầu sinh trưởng và pháttriển Trong nước thải bao giờ cũng có những hạt chất rắn lơ lững khó lắng, các chấtnày sẽ là nơi dính bám của vi khuẩn và phát triển thành những bông cặn có hoạt tínhphân hủy chất hữu cơ trong nước Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảothì chúng sẽ lơ lững trong nước và lớn lên dần do quá trình hấp thụ nhiều chất lơlững nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật, chất độc có trong nước Khingừng thổi khí hay nguồn chất dinh dưỡng trong nước cạn kiệt thì những bông cặnnày sẽ lắng xuống đáy tạo thành bùn, bùn này được gọi là bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn kếtlại tạo thành bông với nhân trung tâm là chất lơ lững có trong nước Bông này cómàu nâu kích thước từ 2 -150m Bông này gồm có vi sinh vật sống và cặn (chiếmkhoảng 20 - 40% thành phần cấu tạo bông, nếu trong môi trường hiếu khí và khuấytrộn đều thì hàm lượng cặn chỉ còn 20%) Vi sinh vật ở đây chủ yếu là vi khuẩn,ngoài ra còn nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh…

Các chất keo trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp thụ các chất có trongnước, vi khuẩn, chất màu, mùi trong nước thải làm cho hạt bùn lớn dần và đồng thời

lượng bùn cũng tăng dần rồi từ từ lắng xuống đáy (bùn hoạt tính khi lắngxuống tạo thành bùn già và hoạt tính trở nên giảm, tuy nhiên nếu được hoạt hóatrong môi trường thích hợp thì chúng có thể khôi phục trở lại) Kết quả nước sángmàu, giảm lượng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn, nước thảiđược làm sạch

Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông của bùn Bông tạo ra ởgiai đoạn trao đổi chất có tỷ lệ chất dinh dưỡng và sinh khối của vi sinh vật thấpdần Tỷ lệ này thấp sẽ đặc trưng cho nguồn năng lượng thấp của hệ thống và dẫn

đến giảm dần năng lượng chuyển động Động năng tác dụng đối kháng với lực hấpdẫn, nếu động năng nhỏ thì tác động đối kháng cũng nhỏ và các tế bào vi khuẩn hấpdẫn lẫn nhau Diện tích bề mặt tế bào, sự tạo thành vỏ nhầy và tiết ra dịch là nguyênnhân kết dính tế bào vi khuẩn với nhau.

Trong bùn hoạt tính ta còn thấy xuất hiện động vật nguyên sinh, chúng thamgia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ, điều chỉnh loài và quần thể vi sinh vật trongbùn, giữ cho bùn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Động vật nguyên sinh ăn các vikhuẩn già và đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màngnhầy nhưng lại làm bùn xốp, kích thích vi sinh vật tiết enzim ngoại bào để phân hủychất hữu cơ và làm kết lắng bùn nhanh

Để phát huy vai trò của bùn hoạt tính, ta phải chú ý đến hàm lượng oxy hòatan trong nươc, nồng độ và tuổi bùn, chất độc trong nước, nhiệt độ nước thải và pH,chất dinh dưỡng trong nước Khi cân bằng dinh dưỡng ta có thể sử dụng Urê,

NH4OH, muối amon làm nguồn cung cấp N, muối phothat, supephotphat làm nguồncung cấp P Trong trường hợp BOD trong nước nhỏ hơn 500mg/l thì chọn nồng độ

N trong muối amôn là 15mg/l và P (theo P2O5) là 2mg/l Nếu 500 < BOD <1000mg/l thì chọn thông số tương ứng là 25 và 8mg/l

Các nguyên tố dinh dưỡng ở dạng hợp chất rất thích hợp cho tế bào vi sinhvật hấp thụ và đồng hóa Nguồn N (dạng NH4+) và P (dạng photphat) là những chấtdinh dưỡng tốt nhất cho vi sinh vật Ngoài ra, nếu thiếu các nguyên tố dinh dưỡngnhư nguyên tố K, Mg, S, Fe, Zn, Ca… sẽ kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật Nếuthiếu N sẽ kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật và ngăn cản quá trình oxy hóa –khử trong tế bào vi sinh vật, nếu lâu dài làm cho vi sinh vật không sinh sản, khôngtăng sinh khối, gây cản trở cho quá trình sinh hóa làm bùn khó lắng Thiếu P làmxuất hiện vi khuẩn dạng sợi giảm hiệu quả lắng, quá trình oxy hóa chất hữu cơ củabùn hoạt tính giảm

Các vi sinh vật trong bùn chủ yếu là 4 lớp protozoa: Sacrodina,

Mastgophora, Ciliata, Suctoria hay gặp nhất là giống Amoeba thuộc lớp Sacrodina.

-Sinh trưởng bám dính – màng sinh học: