Đánh giá hiệu quả xử lý Nitrat của 1 số loại bùn đối với nước thải Công ty Hải sản Nha Trang thông qua mô hình xử lý kỵ khí Deltalap MP45

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng thí nghiệm Viện Công nghệ sinh học và Môi trường – Trường ĐH Nha Trang, đến nay em đã hoàn thành xong đề tài “Đánh giá hiệu quả xử

PHAN THỊ BÍCH TRÂM

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITRAT CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CÔNG TY HẢI SẢN NHA TRANG THÔNG QUA MÔ HÌNH XỬ LÝ KỴ KHÍ DELTALAP MP45

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

GVHD:KS NGƠ PHƯƠNG LINH

Nha Trang, 07/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG



LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng thí nghiệm Viện Công nghệ sinh học và Môi trường – Trường ĐH Nha Trang, đến nay em đã hoàn thành xong đề tài

“Đánh giá hiệu quả xử lý Nitrat của một số loại bùn đối với nước thải Công ty Hải

sản Nha Trang thông qua mô hình xử lý kỵ khí Deltalap MP45" Em xin gởi lời cảm

ơn chân thành nhất đến tất cả các thầy cô, gia đình và bạn bè đã ủng hộ và giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn này

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Giảng viên Ngô Phương Linh đã nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình thực tập và viết báo cáo tốt nghiệp

Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và dành sự biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ kĩ thuật môi trường – Viện Công nghệ sinh học & Môi trường – những người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như đã tạo điều kiện cho em học tập và phấn đấu trong suốt 4 năm học vừa qua

Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi để em lấy mẫu tại Công ty.Xin cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của các anh chị làm việc trong phòng thí nghiệm Viện Công nghệ sinh học & Môi trường

Cuối cùng em kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc cô, chú, anh, chị trong Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong công việc

Nha Trang, ngày 28 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện Phan Thị Bích Trâm

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về Công ty cổ phần hải sản Nha Trang 1

1.1.1 Giới thiệu về Công ty cổ phần hải sản Nha Trang 1

1.1.2 Quá trình công nghệ sản xuất của công ty 2

1.1.3Đặc tính nước thải 6

1.1.4Ảnh hưởng của nước thải đến nguồn tiếp nhận: 8

1.1.5 Hệ thống xử lý nước thải tại công ty 9

1.2 Tổng quan về quá trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ trong tự nhiên 12

1.2.1 Quá trình thối rữa (amon hóa) 14

1.2.2 Quá trình nitrat hóa 16

1.2.3 Khử nitrat (hay phản nitrat hóa) 19

1.3 Tổng quan về quá trình kỵ khí và mô hình Deltalap MP45 23

1.3.1 Quá trình kỵ khí 23

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tớiquá trình kỵ khí 24

1.3.3 Các công nghệ xử lý kỵ khí 25

1.3.4 Tổng quan về mô hình Detalap MP45 28

1.4 Tổng quan các loại bùn kỵ khí 30

1.4.1 Bùn đáy ao nuôi: 31

1.4.2 Bùn cống rãnh 32

1.4.3 Bùn hoạt tính 33

1.4.4 Cơ sở khoa học của quá trình xử lý nươc thải bằng bùn kỵ khí: 34

CHƯƠNG 2 35

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1Đối tượng nghiên cứu 35

2.1.1 Một số loại bùn 35

2.1.2Nước thải 36

2.1.3Mô hình nghiên cứu 36

2.2 Phương pháp nghiên cứu 39

2.2.1 Nuôi bùn 39

2.2.2 Phương pháp xử lý số liệu 41

2.2.3 Phương pháp tổng hợp tài liệu 41

2.2.4 Phương pháp phân tích 41

2.2.5 Bố trí thí nghiệm 44

2.2.6Hóa chất 47

2.2.6 Dụng cụ và thiết bị 48

CHƯƠNG 3 49

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 49

3.1 Thí nghiệm 1: Đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại bùn kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang trong điều kiện xử lý theo mẻ 49

3.1.1 Thí nghiệm 1a: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn cống rãnh 49

3.1.2 Thí nghiệm 2b: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ hệ thống xử lý nước thải công ty cổ phần hải sản Nha Trang 51

3.1.3 Thí nghiệm 1c: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn đáy ao nuôi 53

3.1.4 Thí nghiệm 1d: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ trung tâm xử lý nước thải Khu Công Nghiệp Suối Dầu 55

3.1.5 So sánh hiệu quả xử lý nitrat của các loại bùn kỵ khí trong điều kiện xử lý theo mẻ 56

3.2 Thí nghiệm 2: Đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại bùn kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang bằng mô hình Deltalap MP45 58

3.2.1 Thí nghiệm 2a: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn cống 58

3.2.2Thí nghiệm 2b: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ hệ thống xử lý nước thải công ty cổ phần hải sản Nha Trang 59

2.2.3 Thí nghiệm 2c: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn đáy ao nuôi 61

3.2.4 Thí nghiệm 2d: Xác định hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ trung tâm xử lý nước thải khu Công Nghiệp Suối Dầu 62

3.2.5 So sánh hiệu quả xử lý của các loại kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang bằng mô hình Detalap MP45 63

3.3 So sánh hiệu quả xử lý của mô hình nuôi bùn theo mẻ và mô hình Deltalap MP45 65

3.4 Đề xuất mô hình xử lý nước thải cho công ty cổ phần hải sản Nha Trang 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 72

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

ABR : Anaerobic Bafled Reactor

BOD : Biochemical Oxygen Demand( Nhu cầu oxy sinh học) BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường

BVMT : Bảo vệ môi trường

COD : Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

DO : Dissolved xygen

EGBS : Expanded Granular Sludge Bed

GMP : Good Manufacturing PracticeS (Thực hành sản xuất tốt) HRT : Hydraulic Retention Time ( Thời gian lưu nước)

PD :Peeled And Deveined ( Tôm lột vỏ, lấy chỉ)

PTO :Peeled Tall On ( Tôm lột vỏ, chừa đuôi)

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TP : Thành phố

TSS :Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lững)

UASB : Upflow Anaerobic Slugge Blanket

VSS : Volatile Suspended Solid

WHO : World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang 1

Hình 1.2 Quy trình sản xuất tôm tươi và tôm luộc 2

Hình 1.3 Quy trình sản xuất mực ống Sushi 4

Hình 1.4 Dây chuyền công nghệ hệ thống xử lý nước thải 10

Hình 1.5 Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy 12

Hình 1.7 Sơ đồ phân giải protein ở tế bào vi sinh vật 15

Hình 1.8 Một số vi khuẩn amon hóa 16

Hình 1.9 Sự oxy hóa amoni và dòng electron trong vi khuẩn nitrit hóa 17

Hình 1.10 Sự oxy hóa nitrit thành nitrat nhờ các vi khuẩn nitrat hóa 18

Hình 1.11 Một số vi khuẩn nitrat hóa 19

Hình 1.12 Một số vi khuẩn phản nitrat hóa 21

Hình 1.14 Một số dạng quá trình kỵ khí đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế 25

Hình 1.15 Mô hình kỵ khí Detalap MP45 28

Hình 1.16 Cống thải 33

Hình 1.17 Bể aeroten của hệ thống xử lý nước thải 33

Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm 36

Hình 2.2 Mô hình Detalap MP45 37

Hình 2.3 Một số dụng cụ thí nghiệm 56

Hình 2.4 Máy đo quang DR 2000 – Mỹ 56

Hình 3.1 Biến thiên nồng độ nitrat có trong nước đầu ra của bùn cống theo thời gian 49 Hình 3.2 Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý của Thí nghiêm 1a 51

Hình 3.3 Biến thiên nồng độ nitrat có trong nước đầu ra của bùn lấy từ công ty cổ phần Hải sản Nha Trang theo thời gian 51

Hình 3.4 Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý của Thí nghiêm 1b 52

Hình 3.5 Biến thiên nồng độ nitrat có trong nước đầu ra của bùn đáy ao theo thời gian 53

Hình 3.6 Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý của Thí nghiêm 1c 54

Hình 3.7 Biến thiên nồng độ nitrat có trong nước đầu ra của bùn lấy từ trung tâm xử lý nước thải của Khu Công Nghiệp Suối Dầu theo thời gian 55 Hình 3.8 Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý của Thí nghiêm 1d 56 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn sự hiệu suất xử lý nitrat của các loại bùn kỵ khí trong điều kiện xử lý theo mẻ theo thời gian 56 Hình 3.10 Hiệu quả khử nitrat của bùn cống trong mô hình Deltalap 58 Hình 3.11 Hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ hệ thống xử lý nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang trong mô hình Deltalap 59 Hình 3.12 Hiệu quả khử nitrat của bùn đáy ao trong mô hình Deltalap 61 Hình 3.13 Hiệu quả khử nitrat của bùn lấy từ Trung tâm xử lý nước thải Khu Công Nghiệp Suối Dầu trong mô hình Deltalap 63 Hình 3.14 Hiệu quả xử lý của các loại kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang bằng mô hình Deltalap MP4 64 Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ mô hình kết hợp 78

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Lượng nước thải phát sinh hàng ngày của công ty 6

Bảng 1.2 Thành phần nước thải Nhà máy chế biến thủy sản Nha Trang Fisco 7

Bảng 1.3 Tác động của các chất gây ô nhiễm 9

Bảng 1.4 Danh mục và quy cách các hạng mục trạm xử lý nước thải. 12

Bảng 1.5 Một số đặc điểm các loại đại diện điển hình thuộc nhóm vi khuẩn nitrat hóa Error! Bookmark not defined Bảng 1.6 Một số đặc điểm chon lọc của các đại diện điển hình thuộc nhóm vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng (Bergey 1994). Error! Bookmark not defined Bảng 1.7 Các loại bùn nuôi cấy ban đầu cho bể xử lý kỵ khí.[3] 31

Bảng 1.8 Thành phần bùn đáy ao nuôi [9], [10] 31

Bảng 1.9 Thành phần chất dinh dưỡng và kim loại nặng trong bùn cống 32

Bảng 2.1 Hàm lượng dung dich cần chuẩn bị cho dãy chuẩn. 42

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xử lý nước thải ở Việt Nam, đặc biệt là nước thải giàu các chất nitơ đang ở giai đoạn đầu Các cơ sở sản xuất, chỉ quan tâm nhiều đến điều kiện xả thải mà không chú trọng vào việc xử lý nước thải… việc này đã làm cho nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm và suy thoái Hiện nay đã có rất nhiều lời cảnh báo về ảnh hưởng của nước thải chứa nitơ đến môi trường, trong đó có nhiều nghiên cứu chỉ ra ảnh hưởng nghiêm trọng của nước ô nhiễm nitơ đến sức khoẻ của cộng đồng.Trên tạp chí Y học Môi trư-ờng của Mỹ (EHP) có đăng tải một bài viết nói về tình trạng mắc bệnh xanh da ở trẻ

em khi sử dụng nước giếng bị nhiễm độc Nitrat- chứng máu Methaemoglobin Một nghiên cứu của Viện ung thư quốc gia Mỹ gợi ý rằng sự nhiễm Nitrate vào nước uống

có thể liên quan đến sự gia tăng nguy cơ bệnh ulympho non-Hodgkin (NHL) - một loại ung thư hệ bạch huyết ) [4] Vì vậy việc áp dụng, lựa chọn các phương pháp hợp lý

để xử lý nguồn nước thải giàu nitơ như nước thải ngành chế biến thủy sản là hết sức quan trọng

Ngoài ra, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh cho bất cứ cơ sở sản xuất hay nhà máy nào cũng đều không đơn giản, đòi hỏi kinh phí thực hiện cũng như diện tích đất xây dựng khá lớn đây chính là rào cản khá lớn cho vịc xử lý nước thait ở các cơ sở sản xuất

Nhằm góp phần cải thiện điều kiện môi trường sống, khắc phục hiện trạng ô nhiễm nước, cũng như đóng góp vào việc tìm hiểu và áp dụng các phương pháp mới

vào việc xử lý nước thải chứa nitơ ở Việt Nam nên đề tài "Đánh giá hiệu quả xử lý

Nitrat của một số loại bùn đối với nước thải Công ty Hải sản Nha Trang thông qua

mô hình xử lý kỵ khí Deltalap MP45" được tiến hành, nhằm xác định khả năng khử

nitrat bằng bể phản ứng Deltalap MP45 khi sử dụng các loại bùn kỵ khí làm tác nhân sinh học

2 Mục đích nghiên cứu:

1 Đánh giá hiệu quả xử lý nitrat của một số loại bùn: bùn cống, bùn đáy ao nuôi cá, bùn lấy từ hệ thống xử lý nước thải của Khu Công Nghệp Suối Dầu và bùn lấy

từ hệ thống xử lý nước thải Công ty Cổ phần Hải Sản Nha Trang

2 Lựa chọn loại bùn thích hợp để xử lý nước thải chế biến thủy sản từ đó đề ra công nghệ thích hợp để xử lý nước thải Công ty Cổ phần Hải Sản Nha Trang

3 Nội dung nghiên cứu:

- Tìmhiểu về Công ty Hải sản Nha Trang và mô hình xử lý kỵ khí Deltalap MP45

- Đánh giá hiệu quả xử lý Nittrat của một số loại bùn: bùn cống, bùn đáy ao nuôi

cá, bùn từ KCN Suối Dầu và Công ty CP Hải Sản Nha Trang

- Lựa chọn loại bùn thích hợp để xử lý nước thải chế biến thủy sản của Công ty Hải sản Nha Trang

 Thí nghiệm 1a: Xác định hiệu

quả khử nitrat của bùn cống

quả khử nitrat của bùn bùn lấy

từ trung tâm xử lý nước thải Khu Công Nghiệp Suối Dầu

 Thí nghiệm 2a: Xác định hiệu

quả khử nitrat của bùn cống

quả khử nitrat của bùn bùn lấy

từ trung tâm xử lý nước thải

Thí nghiệm 2

Đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại bùn kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang bằng mô hình Deltalap MP45

Thí nghiệm 1

Đánh giá hiệu quả khử nitrat của các loại

bùn kỵ khí đối với nước thải Công ty cổ phần hải sản Nha Trang trong điều kiện

4 Tính mới của đề tài

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học: bằng thủy sinh vật, bằng hệ thống cánh đồng lọc, cánh đồng tưới, lọc sinh hoc, tuy nhiên việc sử dụng các loại bùn thải làm tác nhân sinh học trong xử lý nước thải vẫn chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta

Mặt khác, mô hình DeltalapMP 45 được đánh giá là một giải pháp lý tưởng cho ứng dụng thương mại và đô thị.Trên thế giới, bể kỵ khí DeltalapMP45 cũng đã được

áp dụng rộng rãi bởi các ưu diểm vượt trội của nó

- Khả năng ổn định tốt chất lượng đầu ra

- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, khả năng xử lý ô nhiễm hữu cơ cao

- Khả năng tách cặn tốt nhờ màng lọc ở khoang trên của bể, do đó bùn ít trôi

ra ngoài Nồng độ sinh khối trong bể cao

Ở Việt Nam hiện nay việc tìm hiểu và nghiên cứu về hệ thống này chưa được biết đến nhiều Hi vọng rằng hệ thống lọc kỵ khí với giá thể cố dịnh dòng chảy ngược dòng DeltalapMP45 với nhiều ưu điểm kết hợp với các loại bùn thải làm tác nhân sinh học sẽ nhanh chóng được quan tâm và triển khai tại Việt Nam

5 Phạm vi nghiên cứu

Thí nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm

bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Môi trường – Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường – Trường Đại Học Nha Trang với việc tập trung nghiên cứu khả năng khử nitrat có trong nước thải chế biến thủy sản Công ty CP Hải Sản Nha Trang bằng các loại bùn kỵ khí

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1Tổng quan về Công ty cổ phần hải sản Nha Trang

1.1.1Giới thiệu về Công ty cổ phần hải sản Nha Trang

Công ty cổ phần hải sản Nha Trang, tên viết tắt “Nha Trang Fisco”,nằm về phía Tây Nam thành phố Nha Trang Số 194 Lê Hồng Phong – Phước Hải – TP Nha Trang – Khánh Hòa Phía Đông giáp đường Lê Hồng Phong, phía Bắc và phía Nam giáp khu dân cư, phía Tây giáp với đất trồng hoa màu

Được thành lập vào ngày 17 tháng 9 năm 1999, chuyênthu mua, sản xuất, chế biến hàng thủy sản xuất khẩu và tiêu thụ nội địa Sản phẩm của công ty bao gồm: tôm, mực, ống sushi đông lạnh, ghẹ

Hình 1.1 Công ty C ph n Hải sản Nha Trang

Tổng diện tích mặt bằng của công ty 11459 m2 (tính luôn cho phần đất quy hoạch mở đường), trong đó diện tích nhà xưởng chiếm 6816,2 m2

Hai nhà máy chế biến 3.600 m 2

được xây dựng mới, hiện đại Cùng vớihệ thống sản xuất đá vảy suppling băng, phòng thí nghiệm với các thiết bị modem kiểm soát chất lượng sản phẩm hàng ngày…, đáp ứng nhu cầu cho việc áp dụng hệ thống tiên tiến kiểm soát chất lượng và vệ sinh an toàn như GMP, SSOP, HACCP, phù hợp với yêu cầu thị trường

Công suất thiết kế khi đi vào hoạt động năm 1999: 900 tấn năm.Công suất mở rộng năm 2002: 2000 tấn năm Đến nay, năng lực sản xuất đạt 2400 tấn năm

(Nguồn Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang)

1.1.2 Qu tr nh công nghệ sản xuất của công ty

1.1.2.1 Quy tr nh công nghệ sản xuất tôm

Hình uy trình sản xu t tôm tư i v tôm luộc

- Nguyên liệu: Tươi, màu và mùi tự nhiên, không mùi lạ, không đen đuôi, t0

- Sơ chế: Dùng dao bỏ đầu, làm sạch bằng nước sạch, t0

- Lột PD PTO: Lột PD là lột sạch vỏ, chân tránh đứt đuôi; lột PTO là lột sạch

vỏ, chân chừa vỏ đốt đuôi, t0

< 60C

- Xẻ lưng: Tôm PD PTO xẻ lưng từ đốt thứ hai đến đốt 4 lấy sạch tim Tôm không lột PD PTO cắt vỏ từ đốt thứ hai đến đốt thứ 4 Tôm EZPEEL lấy sạch tim bán thành phẩm t0

độ dung dịch xử lý <100C, thời gian xử lý < 3giờ mẻ Mục đích xử lý hóa chất là tạo

độ bóng, độ cứng và độ giòn cho sản phẩm Tôm sau xử lý hóa chất được phân thành 2 dòng sản phẩm: Tôm tươi và tôm luộc

- Tiếp theo cả hai sản phẩm tôm tươi và tôm luộc đều phải qua các bước sau:

<60C

- Kiểm tra: Màu sắc, mùi, ký sinh trùng dưới ánh đèn chuyên dùng

- Rửa lần 2: Rửa dưới 2 vòi nước chảy qua 2 chậu nước, rửa lại bằng nước đá lạnh

- Quay muối: Trước khi quay muối, so màu và khử mùi, loại bỏ mực hồng, rách bụng, rụng đầu, mùi lạ Quay mực trong nước muối 2 – 2,5 thời gian 5 phút, t0

- Rửa lần 4: Rửa dưới 2 vòi nước chảy qua 2 chậu nước, rửa lại bằng nước đá lạnh Để ráo 3 - 5 phút

- Xử lý hóa chất: Thành phần hóa chất gồm STTP 160g (STTP: Sodium triphotphate, Na3P5O10), muối 21g, đá 3,440g, nước 4000g, Sorbitol 2080g (Sorbitol: Hexan 1,2,3,4,5,6- hexol, C6H11O6) Tỉ lệ tôm: Dung dịch = 1:1, nhiệt độ dung dịch xử

lý < 50C, thời gian xử lý 30 phút 10kg, sau 5 phút khuấy đảo đều

- Mục đích xử lý hóa chất là tạo độ ngọt và độ bóng cho sản phẩm

- Rửa lần 5: Rửa dưới 2 vòi nước chảy qua 2 chậu nước, rửa lại bằng nước đá lạnh Để ráo 3 - 5 phút

- Xếp khay: Xếp 20 miếng khay, xen kẽ kiểu mái ngói và bao khay bằng túi PE -

PA

- Hút chân không: Hút không khí trong khay vừa mới được bao ra Dán nhãn size

ở phía dưới khay xốp bên ngoài bao nhựa PE - PA

- Cấp đông: Nhiệt độ sản phẩm -180

C

- Rà kim loại: Cho sản phẩm sau đông

- Đóng thùng: Sản phẩm loại I đóng thùng bằng băng keo trong, dây đai đỏ và loại II đóng thùng bằng băng keo xanh, dây đai xanh Thùng đóng ngày sản xuất, dán tem kiểm tra kim loại trên mặt và bên ngoài thùng

- Bảo quản: Kho lạnh t0

= - 200C, sau 7 ngày mới sử dụng

1.1.3 Đặc tính nước thải

Công nghệ chế biến thủy sảncủa công ty sử dụng rất nhiều nước để phục vụ cho các công đoạn sản xuất Ước tính lượng nước sử dụng cho m i sản phẩm là 50m3 tấn Hiện tại, dựa vào đồng hồ đo nước thực tế tại công ty thì nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất khoảng 285m3 ngày và nước cho sinh hoạt khoảng 15m3 ngày

Lượng nước thải sản xuất và sinh hoạt (lấy khoảng 85 lượng nước cấp theo đồng hồ đo nước)

ảng ư ng nước thải phát sinh hàng ngày của công ty

Tên Nhu cầu sử du ng m3 ngày Lượng nươ c tha i m3 ngày

(Nguồn Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang)

Nước thải sản xuất:Chiếm 85-90 tổng lượng nước thải, chủ yếu từ các công

đoạn: rửa sạch, sơ chế nguyên liệuvà vệ sinh nhà xưởng, máy móc, thiết bị(bao gồm nước thải tháp giải nhiệt)…

Trong nước thải thường chứa nhiều mảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy sản, các mảnh vụn này thường dễ lắng và dễ phân hủy gây nên mùi hôi tanh Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải thay đổi theolượng nước sử dụng và có khuynh hướnggiảm dần ở những chu kỳ rửa sau cùng

Nhìn chung, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản bị ô nhiễm hữu cơ ở mức

độ khá cao COD trong nước thải dao động trong khoảng 2250÷6462 mg/L; BOD5 vào khoảng1350÷4523 mg L, tỉ số BOD COD vào khoảng 75÷80 Ngoài ra trong nước

thải còn có chứa các thành phần hữu cơ,những chất tẩy rửa và các tác nhân làm sạch khác mà khi bị phân hủy chúng sẽ tạo ra các sản phẩm có chứa indol và các sản phẩm trung gian của sự phân hủy các acid béo không no, gây nên mùi hôi thối rất khó chịu

và đặc trưng

Bảng 1.2 Thành phần nước thải Nhà m y chế biến thủy sản Nha Trang Fisco

(Đề tài trường TR 2012 -13-17)

Nước thải sinh hoạt: Sinh ra tại các khu vực vệ sinh và nhà ăn Thành phần

nước thải có chứa các cặn bã, các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và vi sinh

Lưu lượng và thành phần nước thải chế biến thủy sản thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụngvà thành phần các chất sử dụng trong chế biến (các chất tẩy rửa, phụ gia…)

Mức độ gây ô nhiễm của nước thải chế biến thủy sản đến môi trường có sự khácnhau đáng kể, không chỉ phụ thuộc vào loại hình chế biến, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như quy mô sản xuất, sản phẩm, nguyên liệu đầu vào, mùa vụ, trình

độ công nghệ sản xuất, trình độ tổ chức quản lý sản xuất…, trong đó yếu tố kỹ thuật, công nghệ và tổ chức quản lý sản xuất có ảnh hưởng quyết định

1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải đến sông Trường Giang

- Chất rắn lơ lửng (TSS): Gây ảnh hưởng đến tài nguyên thủy sinh,ngăn cản

sự truyền ánh sáng, cản trở sự quang hợp của các thực vật trong nước, bồi lắng cho các dòng tiếp nhận nguồn thải

- Các chất hữu cơ: Hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải của quá trình chế biến thủy sản được xác định qua nhu cầu oxy sinh học và hóa học (COD, BOD) Ô nhiễm do chất hữu cơ dẫn đến suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật

sử dụng oxy hòa tan để phân hủy chúng, oxy hòa tan sẽ giảm gây hại đến hệ thủy sinh Khi nồng độ oxy hòa tan giảm thấp sẽ tạo điều kiện cho sự phát triển của vi sinh vật yếm khí sử dụng chất hữu cơ và tạo ra các chất gây mùi như: NH3, H2S…, làm ô nhiễm môi trường không khí

- Các chất dinh dưỡng như N, P:Nồng độ các chất dinh dưỡng cao làm nhiều loại sinh vật không thích nghi được sẽ chết, thay vào đó là sự phát triển của các loại vi sinh vật với môi trường giàu chất dinh dưỡng.Đáng chú ý là sự phát triển các sinh vật bậc thấp như rong tảo, gây hiện tượng thủy triều đỏ và phú dưỡng làm cho nước có mùi tanh, có màu, ngăn cản sự khuếch tán oxy trong nước, lớp thủy sinh này hấp thu hầu hết ánh sáng mặt trời và cản trở quá trình quang hợp của các thủy sinh khác ở tầng dưới làm cho hàm lượng oxy hòa tan giảm Hơn nữa, khi tảo phát triển mạnh mẽ sẽ tạo

ra một khối lượng sinh khối khổng lồ, quá trình phân hủy lượng sinh khối này là do các vi khuẩn hiếu khí thực hiện làm tiêu tốn nhiều lượng oxy hòa tan Do đó, lượng oxy ngày càng cạn kiệt, các loại động vật dần dần biến mất, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường nước (nước bị vẩn đục, có mùi hôi) và môi trường sinh thái bị phá hủy

- Ngoài ra, dầu mỡ sẽ tạo lớp màng ngăn cản trở quá trình quang hợp của các thủy sinh khác ở tầng dưới làm cho hàm lượng oxy hòa tan giảm

- Mùi hôi phát sinh từ việc lưu trữ các phế thải trong quá trình sản xuất, khí thải từ các máy phát điện dự phòng Trong các nguồn ô nhiễm không khí, mùi là vấn

đề chính đối với các nhà máy chế biến thủy sản

- Chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ quá trình chế biến bao gồm các loại đầu

vỏ tôm, nội tạng mực,

Bảng 1.3.Tác động của các ch t gây ô nhiễm [11]

01 pH - Làm thay đổi chất lượng nước, thay đổi khả năng hòa tan các

kim loại có trong nước

02 Các chất hữu cơ - Giảm nồng độ ôxy hoà tan trong nước

- Ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh

03 SS - Tăng độ đục, ảnh hưởng đến chất lượng nước, tài nguyên

- Ảnh hưởng đến chất lượng nước và đời sống thuỷ sinh;

- Giảm nồng độ DO trong nước thải;

- Gây ngộ độc cho các loài sinh vật đáy

1.1.5 Hệ th ng xử ý nước thải tại công ty

Công ty Cổ phần Hải sản Nha Trang đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải với công suất 300m3

/ngày kết hợp cả xử lý yếm khí và hiếu khí đặt tại khu vực phía Tây công ty

Sơ đồ công nghệ và thành phần các công trình đơn vị của hệ thống xử lý nước thải tại công ty:

Hình 1.4 Dây chuy n công nghệ hệ thống xử lý nước thải

Thuyết minh d y chuyền công nghệ:

Nước thải sinh hoạt theo hệ thống cống thoát dẫn chảy về bể tự hoại

Nước thải sản xuất theo hệ thống cống thoát dẫn chảy qua song chắn rác về bể điều hòa

- B tự hoại: Đồng thời thực hiện hai chức năng: lắng nước thải và lên men cặn

lắng Bể chia làm 2 hoặc 3 ngăn, do phần lớn cặn lắng trong ngăn thứ nhất nên dung tích ngăn này chiếm 50 – 75 dung tích toàn bể Các ngăn của bể tự hoại được chia làm hai phần: Phần nước thải lắng (phía trên) và phần lên men cặn lắng (phía dưới)

Thời gian lưu nước trong bể từ 1 đến 3 ngày

Mương dẫn nước tưới và thoát ra Sông Quán Trường

Nước thải sản xuất

Song chắc rác

Hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại có thể đạt từ 40 – 60 , phụ thuộc vào nhiệt

độ, chế độ quản lý và vận hành Cặn trong bể tự hoại được lấy theo định kỳ M i lần

lấy phải để lại khoảng 20 lượng cặn đã lên men lại trong bể để làm giống men cho

lượng cặn tươi mới lắng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ cặn

- Song chắn r c: Nước thải theo hệ thống cống dẫn chảy qua song chắn rác giữ lại rác

(chủ yếu là các mảnh vụn, thịt ruột, ) tránh gây tắc nghẽn các công trình phía sau rồi chảy qua

bể đều hòa

- B điều h a: Ở đâynước thải được sục khí liên tục để điều hòa lưu lượng và ổn định

nồng độ các chất ô nhiễm trước khi qua bể UASB Đồng thời máy thổi khí cung cấp oxy vào

làm giảm khoảng 20 – 30 hàm lượng COD, BOD có trong nước thải Bể điều hòa đặt 2 bơm

chìm (một làm việc, một dự phòng) để bơm lên bể phân hủy kỵ để tiếp tục xử lý, 2 bơm này

sẽ hoạt động dựa vào các phao điều khiển

- B UASB: Nước thải được đưa vào bể lọc sinh học kỵ khí nhằm phân hủy các

chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn dễ hòa tan Tại đây các vi

khuẩn kỵ khí phân huỷ phần lớn các chất hữu cơ có trong nước thải Bùn sinh ra được

hút định kỳ và đưa đến bể phân huỷ bùn Hiệu quả xử lý COD tương đối cao, trung bình

khoảng 43 – 78 trong đa số các trường hợp

- B aeroten: Tại bể aeroten các chất lơ lửng đóng vai trò là cơ chất để cho các

vi sinh vật cư trú, phân huỷ các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng có trong nước thải

thành các bông cặn (bùn hoạt tính)

Nhằm tăng cường hiệu quả xử lý tại bể aeroten có bổ sung quá trình làm thoáng

bằng khí nén hoặc khuấy trộn bề mặt h n hợp nước thải và bùn hoạt tính trong thời gian

dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể aeroten Phương pháp này có ưu

điểm là hiệu suất xử lý các chất hữu cơ rất cao (đạt 95 – 97%)

- B ắng: Làm nhiệm vụ lắng các bông cặn do các vẩy màng vi sinh tróc ra

Hiệu quả khử cặn của bể lắng đạt 60 – 75 %

Bùn dư từ bể lắng qua bể gom bùn để tách nước, giảm mùi và đảm bảo vệ sinh

Bùn thải từ bể gom bùn được bơm qua bể phân hủy bùn để phân hủy bùn

- B khử trùng: Nước thải sau khi ra khỏi bể lắng sẽ được khử trùng bằng

chlorine để diệt các loại vi khuẩn gây bệnh đạt QCVN 11:2008/BTNMT trước khi cho

thoát ra mương tiếp nhận

ảng 4 Danh m c v quy cách các hạng m c trạm xử lý nước thải

3 Bể UASB

D x R x C = 5 x 8 x 4,5 = 180m3Vật liệu: Bêtông có đan che kín

4 Bể AEROTANK D x R x C = 5 x 10 x 4,5 = 225m

3Vật liệu: Bêtông có đan che kín

5 Bể lắng D x R x C = 3 x 6 x 3,5 = 63m

3Vật liệu: Đáy bêtông – tường gạch thẻ

6 Bể gom bùn D x R x C = 2 x 2 x 1,5 = 6m

3Vật liệu: Đáy bêtông - tường gạch thẻ

7 Bể phân hủy bùn D x R x C = 5 x 10 x 3 = 150m

3Vật liệu: Bêtông, tường gạch

(Nguồn Công ty Cổ phần hải sản Nha Trang)

Hình 5 Hệ thống xử lý nước thải tại nh máy

1.2 Tổng quan về qu tr nh chuy n hóa hợp chất chứa nitơ trong tự nhiên

Nitơ trong tự nhiên tồn tại ở các dạng khác nhau, từ dạng phân tử (N2) trong không khí đến các dạng hợp chất phức tạp (protein, axit nucleic, kitin…) trong cơ thể người và động, thực vật Khi cơ thể sinh vật chết đi, các hợp chất hữu cơ này vùi trong đất và được các vi sinh vật hoại sinh dị dưỡng phân hủy, được gọi là khoáng hóa Quá trình khoáng hóa các hợp chất hữu cơ, trong đó có các hợp chất nitơ là vô cùng quan trọng trong đời sống của toàn thể sinh vật trên Trái Đất và đặc biệt trong bảo vệ môi trường.Các khâu của vòng tuần hoàn đều có sự tham gia của vi sinh vật Khoáng hóa hợp chất chứa nitơ là một khâu quan trọng của vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên

Hình 1.6 đồ vòng tu n ho n nit trong t nhiên

Các chất hữu cơ trong tự nhiên chứa nitơ trước hết phải kể đến protein Các protein là những hợp chất có trọng lượng phân tử lớn, hay là các cao phân tử, được tạo thành từ các axit amin (hơn 20 axit amin) nối với nhau bởi mạch peptit, khi phân giải protein chính là thủy phân các mạch peptit này Các hợp chất protein rất dễ bị phân hủy kèm theo sinh ra mùi hôi thối, vì vậy quá trình phân hủy thường được gọi là quá trình thối rữa và sản phẩm của quá trình là amoniac (NH3) nên còn gọi là quá trình amon hóa Quá trình này là giai đoạn đầu của quá trình khoáng hóa protein:

Protein PeptitAxit amin NH3NO3N2

1.2.1 Quá trình th i rữa (amon hóa)

Cũng giống như các hợp chất cao phân tử khác trong tự nhiên, protein trước hết

bị phân hủy do các enzym của bản thân các tế bào và tổ chức có chứa protein Cùng các enzym ngoại bào, cắt thành các đoạn ngắn (fragment) Các đoạn ngắn này có thể là các peptit: Polypepyit, oligopenptit, dipeptit, peptit,…, axit amin Các hợp chất này tùy thuộc vào kích thước và số lượng các đơn vị cấu tạo nên protein sẽ được tế bào vi sinh hấp thụ qua màng vào nội bào và tiếp tục đồng hóa Những enzym ngoại bào tác dụng vào các liên kết peptit (-OH -NH-) cắt protein thành các đoạn ngắn Khi vào nội bào, các peptit tiếp tục bị phân cắt thành axit amin

Các axit nucleic dưới tác dụng của vi sinh vật bị phân hủy thành phức chất protein và axit nucleic Sau đó, protein bị thủy phân như trên đã mô tả, còn axit nucleic thì phân giải thành axit phosphoric, đường ribozơ và các kiềm chứa nitơ

Các axit amin trong nội bào được sử dụng làm vật liệu xây dựng tế bào phục vụ sinh trưởng, hoặc biến đổi tiếp theo các đường khử amin, khử cacboxyl hoặc chuyểnamin, có thể kèm theo sự phá vỡ khung của mạch cacbon

Kết quả là amoniac và nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau được tạo thành (chủ yếu là amoniac) tương ứng thành phần, đặc điểm của axit amin cùng với các phản ứng hóa sinh thích hợp [1]

Phân hủy các axit amin của dãy béo có thể tích tụ các axit formic, axetic, propionic, butyric,… sản phẩm phân hủy các axit amin có vòng thơm là phenol, cresol, scatol, indol- các chất này có mùi khó chịu

Nếu đủ oxy thì phân hủy protein có thể thoáng khí hoàn toàn với các sản phẩm

là NH3, CO2, H2O, H2S và các muối khoáng

Trong điều kiện kỵ khí thường cho các sản phẩm là amoniac, các sản phẩm trung gian là các axit hữu cơ, các loại rượu, các amin và các chất hữu cơ khác.Trong số này có những chất có độc tính và có mùi, gây độc

Hình 1.7 đồ phân giải protein ở tế bào vi sinh vật

Trong môi trường nước, các vi sinh vật amon hóa chủ yếu là vi khuẩn Trong

đó có những chủng hiếu khí và kỵ khí Nhóm vi khuẩn amon hóa đều tiết nhóm enzym gồm các proteaza và peptidaza phân giải protein và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ tạo thành NH3 và H2S Dưới tác dụng của proteaza, protein được thủy phân thành các axit amin Các axit amin mới sinh ra được vi khuẩn sử dụng trong quá trình xây dựng tế bào và sinh ra năng lượng.Trong số vi khuẩn amon hóa ta thấy nhiều nhất là các loại

thuộc hai giống Pseudomonas và Bacillus Các vi khuẩn này phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ ở điều kiện hiếu khí Một số loài thuộc giống Clostridium thực hiện amon

hóa các hợp chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí

Hình 1.8 Một số vi khuẩn amon hóa [9], [10]

1.2.2 Quá trình nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển hóa amoni thành nitrat bởi tác động của

vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí Quá trình này được thực hiện bởi hai nhóm vi khuẩn tuần tự nối tiếp nhau, gồm 2 giai đoạn: giai đoạn chuyển NH

4 thành nitrit (NO2-) và giai đoạn chuyển nitrit thành nitrat (NO3): nhóm nitrit hóa và nhóm nitrat hóa, nhưng thường gọi chung là nhóm vi khuẩn nitrat hóa

kj O

H H NO O

kj NO

O

NO2  0 , 5 2  3  73

Quá trình nitrat hóa đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình chuyển hóa nitơ trong tự nhiên Đây là quá trình oxy hóa amoni thành nitrit nhờ enzym của vi khuẩn nitrit hóa xúc tác Hai enzym chìa khóa của quá trình này là amoni monooxygenaza (enzym oxy hóa NH3 thành NH2OH và H2O) và hydroxylamine oxydoreductaza (enzym oxy hóa NH2OH thành NO2)

Trong tế bào vi khuẩn nitrit hóa, cơ chế chung của quá trình oxy hóa amoni

đƣợc sơ đồ hóa trong hình 1.9

Hình 1.9 S oxy hóa amoni và dòng electron trong vi khuẩn nitrit hóa [1]

Ghi chú: AMO: amoni monooxygenaza

HAO: hydroxylamine oxydoreductaza Q: ubiquinon

Cytc: Xitocrom c Trong quá trình nitrit hóa, cơ chất của amonimonooxygenaza là NH3 chứ không phải NH, bởi vậy quá trình nitrit hóa xảy ra mạnh nhất ở pH trung tính hoặc kiềm.Vi

khuẩn tham gia mạnh nhất trong quá trình nitrit hóa là vi khuẩn tự dƣỡng hóa năng vô

cơ và thuộc loại hiếu khí bắt buộc Chúng nhận năng lƣợng cho hoạt động sống của mình thông qua quá trình oxy hóa amoni thành nitrit.Việc oxy hóa đi kèm với sự đồng hóa CO2

1.2.2.2 Giai đoạn nitrit hóa

Là giai đoạn oxy hóa nitrit thành nitrat do enzym nitritoxydaza và

xitocromoxydazacủa vi khuẩn nitrat hóa xúc tác:

) 17 (

2 2

5 ,

Hình 1.10 S oxy hóa nitrit thành nitrat nhờ các vi khuẩn nitrat hóa [1]

Các vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrat hóa là vi khuẩn tự dƣỡng hóa năng

vô cơ, chúng sử dụng năng lƣợng sinh ra từ các chất vô cơ để khử CO2 của không khí

và tạo nên các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể của chúng

Vi khuẩn nitrat hóa và nitirt hóa tự dưỡng chỉ nhận được rất ít năng lượng từ quá trình oxy hóa amoni và nitrit để tổng hợp vật chất của tế bào nên tốc độ phát triển

của chúng là chậm chạp Thời gian thế hệ là 0,4 -2,5 ngày đối với Nitrosomonas và 0,3-1,5 ngày đối với Nitrobacter

Hình 1.11 Một số vi khuẩn nitrat hóa [9], [10]

1.2.3 Khử nitrat (hay phản nitrat hóa)

Quá trình oxy hóa nitrat có thể xảy ra như sau:

Nếu điều kiện trong môi trường có chất khử mạnh quá trình sẽ đi theo hướng (I)

và môi trường không bị mất N Với cách này chỉ có lợi cho đất trồng trọt không bị mất

N, nhưng thực tế để amon hóa được nitrat thành ammoniac phải có mặt chất khử mạnh trong môi trường Điều này là khó thực hiện

Trong môi trường nhiễm bẩn thường có mặt NH3 sau khi amon hóa các hợp chất hữu cơ chứa N Chất này gây độc khi vượt qua ngưỡng cho phép, cho nên cần phải loại N ra khỏi môi trường Vì vậy, ta muốn cho phản ứng xảy ra theo hướng (II)

Trong điều kiện kỵ khí, một số vi sinh vật dùng nitrat nhận H2, khử nitrat đến nitơ phân tử theo hướng (II)

Phương trình tổng quát:

10      Trong nước thải, rác thải thường có chất hữu cơ và môi trường kỵ khí thì vi sinh vật sẽ xúc tác phản ứng:

Q III N CO O

H NO

O H

6 12 2

Trong quá trình xử lý nước thải đến giai đoạn khử nitrat thường là giai đoạn cuối, vì vậy cần tạo ra cho môi trường điều kiện kỵ khí hoặc thỉnh thoảng có khuấy hay sục khí để khuấy đảo.Điều kiện này gọi là thiếu khí (anoxyc) Môi trường còn ít chất hữu cơ và chiều hướng quá trình sẽ xảy ra theo hướng (III) Trường hợp không còn chất hữu cơ có thế khử thấp vào môi trường để phản ứng (III) diễn ra có kết quả Năng lượng sinh ra được dùng cho hoạt động của vi sinh vật tham giữ quá trình khử nitrat

1.2.3.2 Vi khuẩn khử nitrat

Vi khuẩn phản nitrat hóa là nhóm vi khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên Chúng là các loài kỵ khí không bắt buộc.Trong điều kiện hiếu khí, chúng oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy của không khí.Trong điều kiện kỵ khí, chúng dùng oxy của nitrat và như vậy chúng oxy hóa chất hữu cơ bằng con đường khử hydro và chuyển H+cho nitrat (hoặc nitrit).Chúng thường tiết ra các enzym khử nitrat hoặc nitrit là các reductaza tương ứng

Vi khuẩn phản nitrat hóa thấy nhiều ở đất ẩm ít thoáng khí, có nhiều chất hữu

cơ Vi khuẩn phản nitrat hóa hoạt động mạnh trong môitrường trung tính hoặc hơi kiềm và kỵ khí

Những loài vi khuẩn phản nitrat hóa thường là: Pseudomonas, Achromobacter, Azospirillium, Thiobacillus, Paracoccus…

- Pseudomonas pyocyamea: Trực khuẩn nhỏ, kích thước 1-1,5m, đứng riêng hoặc đính thành từng cặp, chuyển động, có 1-2 tiên mao ở đầu, đám khuẩn lạc có sắc

tố xanh lục

- Pseudomonas fluorescens: trực khuẩn bé, kích thước 1- 2m, chuyển động,

có 3 – 4 tiên mao ở đầu cực, đám khuẩn lạc tạo thành sắc tố huỳnh quang có màu xanh

- Achromobacter sutzeri- tế bào hình que, kích thước 2-4m, chuyển động, có tiên mao chum ở đầu (chu mao)

- Thiobacillus denitrificans là vi sinh vật dinh dưỡng hóa năng, oxy hóa

nguyên tử S, lấy năng lượng để sinh tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể Trong điều kiện không có oxy, nó dùng NO3- để oxy hóa S, khử NO3-

đến N2:

2 2 4

4 2 3

6

Hình 1.12 Một số vi khuẩn phản nitrat hóa [9], [10]

Những vi khuẩn này thường là các vi sinh vật kỵ khí không bắt buộc: ở điều kiện hiếu khí chúng là những cơ thể dị dưỡng hóa năng hữu cơ, oxy hóa các chất hữu

cơ và sử dụng oxy của không khí làm chất nhận H+

cuối cùng để tạo ra nước, nhưng ở điều kiện kỵ khí, chúng tách oxy của các hợp chất từ NO3,… đến N2O để oxy này nhận

H từ các hợp chất hữu cơ có thế khử thấp và cuối cùng giải phóng nitơ phân tử (N2) ra khí quyển Vì vậy, khi xử lý nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ chứa nitơ cao thường phải qua giai đoạn cuối cùng là quá trình phản nitrat hóa Để đảm bảo cho các

vi khuẩn phản nitrat hoạt động tốt, ta cần phải tạo ra hai điều kiện: quá trình tiến hành

ở điều kiện kỵ khí hoặc tốt hơn là ở điều kiện thiếu khí và môi trường phải có hợp chất hữu cơ có thế khử thấp, ví dụ như methanol hoặc etanol

1.2.3.3 C c yếu t ảnh hưởng tới qu tr nh khử nitrat

Nồng độ nitrat:

Nitrat đóng vai trò là chất nhận electron của vi sinh vật khử nitrat nên tốc độ sinh trưởng của các vi sinh vật này phụ thuộc vào nông độ nitrat theo mô hình động học của Monod

Điều kiện thiếu khí (anoxic):

Oxy cạnh tranh có hiệu quả với nitrat trong vai trò là chất nhận electron cuối cùng trong quá trình hô hấp

Sự có mặt của chất hữu cơ trong môi trường:

Vi sinh vật khử nitrat hóa nhất định phải có chất cho electron để thực hiện quá trình khử Những chất này có thể là axit axetic, axic xitric, methanol hoặc là chính nước thải sinh hoạt, chất thải của công nghiệp thực phẩm như của quá trình lên men, quá trình tinh chế đường và thậm chí cả bùn

pH của môi trường:

pH tối ưu các vi khuẩn tham gia vào quá trình phản nitrat hóa thường nằm trong dải pH từ 7-8 Trong quá trình phản nitrat hóa, pH của môi trường có khuynh hướng tăng do phản ứng khử NO

3 để tạo thành N2 và sinh ra các anion OH Nếu không có biện pháp ổn định pH trong suốt quá trình có thể sẽ gây ra hiện tượng ức chế các vi khuẩn trong hệ bùn hoạt tính do nồng độ amoni tự do sẽ tăng mạnh ở pH kiềm

Nhiệt độ môi trường:

Nhiệt độ tác động đến mức độ sinh trưởng của các vi khuẩn tham gia vào quá trình phản nitrat hóa và ảnh hưởng đến tốc độ khử nitrat Quá trình khử nitrat hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ rất rộng từ 0o

C – 50oC trong đó khoảng tối ưu là 30 –

35oC Tốc độ của phản ứng diễn ra chậm 1,5 – 2,0 và đặc biệt chậm ở trong khoảng nhiệt độ từ 5 đến 15o

C

Ảnh hưởng của kim loại:

Quá trình khử nitrat được gia tăng khi môi trường có mặt molypđen và selen Hai kim loại này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành enzyme dehydrogenaza là enzym xúc tác quá trình trao đổi chất của methanol Molypđen còn cần thiết cho quá trình tổng hợp enzym khử nitrat[1]

1.3 Tổng quan về qu tr nh kỵ khí và mô hình Deltalap MP45

1.3.1 Quá trình kỵ khí

Quá trình kỵ khí là quá trình oxy hóa sinh năng lượng không kèm theo việc liên kết với oxy không khí Các vi sinh vật trong quá trình này là các vi sinh vật dị dưỡng

kỵ khí hoặc hiếu khí tùy tiện và các vi sinh vật tự dưỡng

Phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do quần thể vi sinh vật hoạt động tác dụng vào các cơ chất cacbonhydrat, protein,lipit, axit nucleic,…không cần sự tham gia của oxy không khí Sản phẩm của quá trình là một h n hợp khí, trong

đó metan (CH4) chiếm tới 60-65%, khí cacbonic (CO2) chiếm 30-35% và các khí khác

NH3, H2S, H2, N2,indol, mercaptan, scatol Vì vậy quá trình còn được gọi là lên men metan

Quá trình lên men metan xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn một: Làm biến tính các hợp chất hữu cơ (cacbonhydrat, protein,lipit,

pectin,…) từ dạng không tan đến có thể tan, từ khó phân hủy đến dễ phân hủy Hoặc được hoạt hóa đễ dễ bị tác động của enzym thủy phân.Có thể ghép giai đoạn này với giai đoạn sau là giai đoạn thủy phân

Giai đoạn hai: Giai đoạn thủy phân Dưới tác dụng của enzym thủy phân do vi

sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ sẽ bị phân giải Trước hết, các cacbonhydrat phân giải thành các oligosacarit rồi thành đường đôi hoặc đường đơn; các protein – thành

polypeptit, oligopeptit, peptit và các axit amin; chất béo- thành axit béo và glyxerin Các sản phẩm thủy phân dễ tan, một phần làm chất dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, tăng sinh khối, phần còn lại nhiều hơn sẽ được chuyển hóa thành các axit hữu cơ: axetic, propionic, butylic…

Hai giai đoạn này xảy ra làm cho môi trường axit và ta ghép thành pha axit của quá trình lên men metan Thực chất của pha này chưa tạo thành khí metan

Giai đoạn ba: Giai đoạn tạo khí

Các axit hữu cơ tác dụng với CO2, H2 trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt và phản ứng của môi trường là kiềm Vì vậy, giai đoạn này được coi là pha kiềm tạo khí

Như vậy, quá trình lên men là quá trình hai pha: pha axit và pha kiềm xảy ra liên tiếp nhờ hai hệ vi sinh vật tham gia vào quá trình (các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ kỵ khí hay kỵ khí tùy nghi mà không sinh khí và các vi sinh vật tác dụng sinh khí trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt)

Hình đồ lên men metan [3]

1.3.2 Các yếu t ảnh hưởng tới quá trình kỵ khí

- Nhiệt độ: là yếu tố ảnh hưởng trước tiên đến quá trình Nhiệt độ tối ưu của

quần thể vi sinh vật metan từ 35-550C Dưới 100C vi sinh vật metan hầu như không hoạt động

- Nguyên liệu: là các loại nước thải có độ ô nhiễm cao (BOD từ 4000 đến

5000 mg l), các loại cặn phân, rác thải,… Hàm lượng chất rắn của nguyên liệu cần có

là 7-9 Trong các bể phản ứng sinh metan cần phải khuấy trộn nguyên liệu Tác dụng của khuấy trộn là để phân bố đều các chất dinh dưỡng, tạo điều kiện chất dinh dưỡng tiếp xúc tốt với vi sinh vật, giải phóng các sản phẩm khí ra khỏi h n hợp lỏng và rắn

- Nguồn nitơ tốt nhất cho lên men metan là amon cacbonnat và amon clorua

Tỉ số N và C tối ưu trong môi trường là 1:12 đến 1:20 Có tài liệu cho tỉ số này là 1: (25-30)

- pH môi trường: pH tối ưu của quá trình là 6,4-7,5 Song trong thực tế, người

ta có biện pháp kĩ thuật cho lên men ở pH = 7,5-7,8 vẫn có hiệu quả

- Các ion kim loại: có ảnh hưởng rất lớn đến hệ vi sinh vật sinh metan Người

ta đã xác định tính độc của các ion kim loại đến hệ vi sinh vật này như sau: Cr > Cu >

Zn > Cd > Ni Giới hạn nồng độ của kim loại này cho phép là: Cr- 690; đồng – 150 ÷ 500; chì – 900; kẽm – 690; niken - 73mg/l

1.3.3 Các công nghệ xử lý kỵ khí

Hình 1.14 Một s quá trình kỵ khí đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế [3]

 Công nghệ xử ý kỵ khí x o trộn hoàn toàn

- Thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy có nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ

- Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy cơ khí

- Hoàn khí Biogas (đòi hỏi cần có máy nén khí Biogas và giàn phân phối khí nén)

- Trong quá trình phân hủy, lượng sinh khối mới sinh ra được phân phối đều trong toàn thể tích bể

- Do không có biện pháp nào để lưu giữ sinh khối bùn nên SRT chính là HRT

- SRT = 12-30 ngày Tải trọng đặc trưng cho bể này là

0.5-0.6kgVS/m3 ngày

 Công nghệ tiếp xúc kỵ khí

- Quá trình tiếp xúc kỵ khí gồm 2 giai đoạn: Phân hủy kỵ khí,

lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý

- Cột chứa đầy vật liệu rắn trơ (đá, sỏi, than, tấm nhựa)

là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sông bám trên bề mặt

- Dòng nước thải phân bố đều từ dưới lên trên, tiếp xúc

với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể

- Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẫn đến

lượng sinh khối trong bể tăng lên và SRT kéo dài

- HRT nhỏ, có thể vận hành ở tải trọng rất cao

- Chất rắn không bám dính có thể được lấy ra khỏi bể bằng xả đáy hoặc

rửangược

 Công nghệ ọc kỵ khí ( bám dính xuôi dòng)

- Nước thải chảy từ trên xuống qua lớp giá thể Giá thể

này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng hướng từ trên

xuống

- Đường kính dòng chảy nhỏ có đường kính xấp xỉ

4cm

- Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích

lũy chất rắn không bám dính và thích hợp xử lý nước thải có SS

cao

 Công nghệ xử ý khị khí tầng gi th ơ ửng

- Nước thải bơm từ dưới lên qua lớp vật liệu hạt là

giá thể cho vi dinh sống bám Vật liệu hạt này có đường kính

nhỏ  tỷ lệ diện tích bề mặt thể tích rất lớn (cát, than hoạt

tính dạng hạt) tạo ra sinh khối bám dính lớn

- Dòng ra được tuần hoàn trở lại để tạo vận tốcnước

đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lửng, giãn nở

khoảng 15-30 hoặc lớn hơn

- Hàm lượng sinh khối trong bể có thể lên đến 10.000-40.000 mg/l

- Do sinh khối lớn và HRT nhỏ, quá trình này có thể ứng dụng xử lý nước thải

có nồng độ chất hữu cơ thấp (500-1000 mgBOD/l)

Ngoài ra c n có công nghệ xử ý kỵ khí kh c như:

1.3.4 Tổng quan về mô hình Detalap MP45

100, chiều cao giữa các mặt: 1000, thể tích sử dụng: 8L được làm nóng bằng cáp điện

5 Vòi lấy mẫu ra của nước thải xử lý trong bể phản ứng làm bằng vật liệu thép không ghỉ 316 L

6 Ống lấy mẫu của khí biogas ra của bể phản ứng

7 Ống tuần hoàn của bể phản ứng nước thải với van kiểm tra tại đầu vào bơm tuần hoàn và van xả nước làm bằng thép không ghỉ.

8 Bể lắng

9 Bảng điều khiển sử dụng cho việc điều khiển pH, thế oxi hóa – khử

Đặc điểm khác biệt của mô hình là diện tích bề mặt nhỏ, do đó bể Deltalap thường cao, mục đích để vận tốc nước đi lên lớn, làm lớp bùn giãn nở và lơ lững làm tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và nước thải Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lững, tốc độ bề mặt hướng lên phải nằm trong khoảng 5-12m h Đặc điểm quan trọng của Deltalap là xử lý được COD cao hơn những quá trình kỵ khí khác do tạo được bùn đặc… Tải trọng xử lý của nó có thể > 10kgCOD m3.ng.đ

ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định.Một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt h n hợp phía trên bể Khi va chạm phải giá thể, các bọt khí bị vỡ ra, hạt bùn được tách ra và lại lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực, để cho lớp bùn ở trạng thái lơ lững Khí tự do sẽ được thoát ra nhờ bộ phận thu lắp ở đỉnh thiết bị

Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp PVC có cấu trúc như một tấm lưới chắn có nhiều lớp cho vi sinh vật sống bám trên bề mặt tạo thành màng sinh học Khác với quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính, thành phần loài và số lượng các loài ở màng tương đối đồng nhất Do hoạt động sống của quần thể vi sinh vật sẽ thay đổi thành