Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

Nước ta đang trong quá trình đổi mới, công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang được đẩy mạnh. Bên cạnh những thành tựu kinh tế xã hội mang lại do sự phát triển công nghiệp thì vấn đề môi trường cũng là một vấn đề hết sức cấp bách. Nếu không được giải quết thỏa đáng và kịp thời sẽ đe dọa đến việc duy trì bền vững nhịp độ tăng trưởng kinh tế, thậm chí còn làm chậm lại tốc đô tăng trưởng và làm nảy sinh các vấn đề xã hội.Với đường bờ biển dài, Việt Nam là nước có tài nguyên biển đa dạng và phong phú. Hàng năm ngành đánh bắt, nuôi trồng và chế biến thủy hải sản (CBTS) chiếm tỷ trọng khá lớn trong kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam. Với quy mô đánh bắt mở rộng và nhu cầu nuôi trồng thủy sản không ngừng gia tăng, các cơ sở sản xuất CBTS được xây dựng ngày càng nhiều. Ngành công nghiệp chế biến thủy sản đã và đang đem lại những lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam nói chung và nhũng người nuôi trồng thủy sản nói riêng. Những sản phẩm thủy sản chế biến không những phục vụ nhu cầu tiêu thụ nội địa mà còn được xuất khẩu, đem về ngoại tệ cho đất nước. Những bước thăng trầm của ngành này luôn gắn liền với nhịp sống chung của nền kinh tế đất nước, nhất là công cuộc đổi mới toàn diện đất nước. Nhưng bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại thì nó cũng để lại những hậu quả khó lường đối với môi trường sống của chúng ta. Hậu quả là các con sông, kênh rạch nước bị đen bẩn và bốc mùi hôi thối một phần là do sản xuất và chế biến thủy hải sản thải ra một lượng lớn nước thải vào môi trường mà không qua bất kì giai đoạn xử lý nào. Chính điều này đã gây ảnh hưởng lớn đối với con người và hệ sinh thái ở các khu vực có lượng nước thải này thải ra.Để đảm bảo phát triển bền vững, đi đôi với các biện pháp quản lý môi trường như tiết kiệm nguyên liệu, cải tiến công nghệ thiết bị, áp dụng công nghệ hiện đại, thân thiện với môi trường...thì việc xử lý nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất chế biến thủy sản là rất cần thiết. Việc tìm được biện pháp xử lý cuối đường ống thích hợp đang là mối quan tâm lớn cho các cơ sở sản xuất.

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM

REACTOR)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

1.1 Nước thải chế biến thủy sản

1.1.1 Quy trình chế biến thủy sản

Hình 1 1 Qui trình công nghệ chế biến thủy sản và chất thải phát sinh

(Nguồn: Phan Thị Thanh Quế, 2005)

Chất thải rắn

Nước thải, chất thải

rắn Nước thải

Tiếp nhận nguyên liệu

 Thuyết minh quy trình công nghệ chế biến thủy sản

1/ Tiếp nhận nguyên liệu

Nguyên liệu trước khi thu mua đã được bộ phận thu mua kiểm soát các chỉ tiêu kháng sinh, dư lượng các chất độc hại, giấy cam kết về việc kiểm soát chất lượng thủy sản trong quá trình nuôi không sử dụng kháng sinh cấm Sau đó được tiến hành kiểm tra cảm quan trước khi nguyên liệu được tiếp nhận đưa vào sản xuất tại nhà máy

2/ Sơ chế

Thủy sản sau khi được tiếp nhận, chuyển đến công đoạn sơ chế để loại bỏ các bộ phận không sử dụng được như: vỏ tôm, mang, đầu cá, máu cá, nang mực, vỏ sò, … làm cho thủy sản sạch sẽ có giá trị cảm quan cao

3/ Rửa

Sau khi sơ chế, thủy sản được chuyển sang công đoạn rửa để rửa sạch máu, nhớt và các tạp chất bám trên bề mặt Thủy sản được rửa bằng máy rửa tự động Thời gian ngâm rửa từ 7 - 10 phút

4/ Xử lý phụ gia

Bán thành phẩm sau khi rửa xong, để ráo và cho vào máy quay chuyên dùng để quay phụ gia cho thủy sản bóng đẹp đảm bảo chất lượng của thủy sản trong quá trình cấp đông và bảo quản

Sau khi xếp khuôn hoặc phân loại xong nếu chưa đủ số lượng để cấp đông hoặc thiết

bị cấp đông không cấp đông kịp thì đưa vào công đoạn chờ đông

Bán thành phẩm trong kho/ bồn chờ đông phải được xuất nhập theo nguyên tắc vào trước, ra trước Luôn duy trì nhiệt độ kho chờ đông: -1C  4C, nhiệt độ bán thành phẩm chờ đông ≤ 10C và thời gian chờ đông ≤ 4 giờ

9/ Cấp đông

Sau khi có đủ bán thành phẩm cho công tác cấp đông sẽ tiến hành cấp đông để bảo quản nhằm mục đích làm chậm lại sự ươn hỏng và sản phẩm hầu như không bị thay đổi tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi

11/ Đóng gói/ dò kim loại

Sản phẩm trước khi cung cấp cho khách hàng phải được tiến hành dò kim loại để phát hiện và loại bỏ mảnh kim loại hiện diện trong sản phẩm, đảm bảo kiểm soát được kim loại: Fe (Ф ≥ 1,2mm) và inox (Ф ≥ 2,0 mm) Nếu sản phẩm có kim loại thì tiến hành loại bỏ, sau đó đóng gói theo yêu cầu của khách hàng

12/ Bảo quản

Sản phẩm sau khi bao gói xong được đưa vào kho bảo quản nhiệt độ kho bảo quản ≤

- 20C

Hình 1 2 Qui trình công nghệ chế biến một số sản phẩm thủy sản: a) Cá thu fillet đông lạnh dạng IQF*, b) Mực ống tube** đông lạnh dạng khối, c) Tôm vỏ nguyên con đông

(Nguồn: Lê Thanh Long, 2008)

*IQF: Cấp đông nhanh từng cá thể

**Mực ống tube: là dạng mực ống nguyên con đã được tách bỏ đầu và các bộ phận khác như da, dè và nội tạng

Hầu hết các quy trình chế biến các sản phẩm thủy sản đều giống nhau ở những công đoạn cơ bản như: tiếp nhận nguyên liệu, cân, rửa, chờ đông, cấp đông, đóng gói và bảo quản, tùy vào cấu tạo và tính chất của thủy sản, yêu cầu thành phẩm và nhu cầu của khách hàng mà có thêm những công đoạn chế biến khác nhau như: công đọan tách xương

và fillet đối với cá, tách đầu, lột da, dè đối với mực, Như vậy thành phần và tính chất của nước thải khác nhau tùy vào cấu tạo và tính chất của từng loại thủy sản, ví dụ: nước thải chế biến cá da trơn chứa nhiều chất rắn lơ lửng, dầu mỡ và nitơ, trong khí đó, nước thải chế biến tôm ít dầu mỡ hơn nhưng chứa nhiều phospho,…

Hình 1 3 Cơ sở chế biến cá basa fillet đông lạnh

(Nguồn: sachdientu.edu.vn)

1.1.2 Thành phần và tính chất nước thải chế biến thủy sản

Nước thải trong nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất

Bảng 1 1 Thành phần nước thải chế biến thủy sản

là nitơ và phospho (protein, lipid, phospholipid, nucleic acid) Ngoài ra, trong thành phần cấu tạo của các loài thủy sản còn chứa các hợp chất nitơ phi protein là thành phần hòa tan trong nước, có khối lượng phân tử thấp và chiếm khoảng 9 - 18% tổng hàm lượng protein

ở cá xương, khoảng 33 - 38% ở các loài cá sụn Thành phần chính của hợp chất này bao gồm các chất bay hơi (ammoniac, amine, trimethylamine, dimethylamine), trimethylamine oxid , dimethylamine oxid, creatine, các acid amine tự do, nucleotide, ure

(có nhiều trong cá sụn) vì vậy nước thải chứa hàm lượng nitơ cao (Phan Thị Thanh Quế, 2005) Nước thải có khả năng phân hủy sinh học cao thể hiện qua tỉ lệ BOD/COD,

tỷ lệ này thường dao động từ 0,6 đến 0,9 Đặc biệt đối với nước thải phát sinh từ chế biến

cá da trơn có nồng độ dầu và mỡ rất cao từ 250 đến 830 mg/L Nồng độ phospho trong

nước thải chế biến tôm rất cao có thể lên đến trên 120 mg/L (Tổng cục môi trường, 2009) Bênh cạnh đó, nước thải chế biến thủy sản còn phát sinh mùi hôi do quá trình

phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ và lưu huỳnh

1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chế biến thủy sản tới môi trường

Nếu dòng ra mô tả ở trên được thải không qua xử lý vào nguồn nước có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng và thiếu oxy Ngoài ra, ngành công nghiệp chế biến thủy sản đã được biết là gây ô nhiễm bãi biển và bờ gần đó thông qua việc xả thải nước thải có chứa dầu

 Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phân hủy Trong nước thải chứa các chất như carbonhydrate, protein, chất béo… khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do VSV sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

 Chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè…

Ammonium rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ Nồng độ làm chết tôm, cá, từ 1,2 - 3 mg/L Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ ammonium không vượt quá 1 mg/L

 Vi sinh vật

Các VSV đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến thủy sản

1.2.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản

 Trên thế giới

Lượng nước tiêu thụ trong ngành công nghiệp chế biến thủy sản và lượng nước thải

từ có nồng độ ô nhiễm cao từ ngành công nghiệp này là mối quan tâm lớn trên toàn thế giới Quy định đối với nước thải đang trở nên nghiêm ngặt hơn từng ngày Năm 2009, P

Chowdhury, T Viraraghavan và A Srinivasan thực hiện đề tài “Quá trình xử lý sinh học đối với nước thải chế biến thủy sản” Kết quả cho thấy, xử lý sinh học là lựa chọn tốt nhất

đối với nước thải chế biến thủy sản Quá trình yếm khí như Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), bộ lọc kỵ khí ( Anaerobic Fillter - AF) và lò phản ứng kỵ khí tầng sôi (Anaerobic Fluidized Bed - AFB) có thể đạt được hiệu quả loải bỏ các chất hữu cơ cao (80 - 90%) và sản xuất khí biogas Quá trình hiếu khí như bùn hoạt tính, thiết bị lọc tiếp xúc quay (RBC), lọc sinh học nhỏ giọt cũng thích hợp cho việc loại bỏ các chất hữu cơ Phân hủy yếm khí tiếp theo sau là một quá trình hiếu khí là một lựa chọn tối ưu cho xử lý nước thải chế biến thủy sản

Đề tài “Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ UASB” của G Zeeman

năm 2002 được tiến hành với nước thải từ nhà máy sản xuất cá mòi và cá ngừ dạng đồ hộp Tải trọng hữu cơ (OLR) và thời gian lưu nước (HRT) tương ứng là là 5 - 8 gCOD/L.ngày và 11 - 12h Đối với nước thải có chứa 3 - 4 g/L lipid tương ứng với 5 – 9% tổng lượng COD, hiệu suất loại bỏ COD và chuyển hóa khí methane là 78% và 61% Đối với nước thải có hàm lượng lipid cao hơn (khoảng 47% tổng lượng COD), hiệu suất loại bỏ COD và chuyển hóa khí methane là 92% và 47% Một phần đáng kể trong tổng

số COD đã được loại bỏ thông qua sự hấp phụ trên bề mặt bể phản ứng và các hạt bùn

Sự bám dính của chất béo trên các hạt bùn gây ảnh hưởng đến sự ổn định hoạt động của

bể UASB Do đó, hiệu suất của một lò phản ứng UASB trong việc loại bỏ chất rắn lơ lửng (SS) từ nước thải có hàm lượng lipid cao cũng đã được xác định trong nghiên cứu

ở tải trọng hữu cơ cao và những biến đổi đặc trưng của nước thải chế biến thủy sản Kết quả tổng thể cho thấy tầm quan trọng của thành phần VSV trong từng giai đoạn phát triển của bể MBR, điều này khác với bùn hoạt tính truyền thống Bùn MBR có thể chịu đựng

được các ảnh hưởng như độ mặn và sự thay đổi nồng độ COD và SS đầu vào trong một phạm vi rộng, có hiệu quả cao về loại bỏ BOD và COD Ở giai đoạn đầu, khi bông bùn

đã hình thành, sau 700 giờ hoạt động, đặc điểm bùn cho thấy bùn kết thành từng cụm khỏe mạnh và lắng tốt, đồng thời, khẳng định trạng thái ổn định của hệ thống với điều kiện vi khuẩn dạng sợi không phát triển quá mức Trong việc đánh giá khả năng tắc nghẽn màng, người ta thấy rằng các chất hòa tan, các sản phẩm vi khuẩn và chất hữu cơ hòa tan còn lại đóng một vai trò quan trọng trong gây tắc nghẽn màng

để lắng 30 phút, cấp vào mô hình với tỉ lệ 20% và 30%

Kết quả nghiên cứu: Đối với bể UASB Nồng độ COD đầu vào 1800 – 4000 mg/L, phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu cá sản xuất surimi, nồng độ COD đầu ra tương đối

ổn định dao động 500 – 1000 mg/L, hiệu suất xử lý đạt 55 – 86%, tải trọng xử lý 0,4 – 0,9 kg/m3.ngày Thành phần khí CH4 (58 – 69,4%), O2 (0,3 - 1%), CO2 (19,6 - 28%), khí khác (2,9 – 18,3%) Đối với bể SBR, để đầu ra COD < 50 mg/L thì mô hình bùn 20% cần thời gian lưu là 8 - 9h và mô hình bùn 30% cần thời gian lưu là 5 - 6h Hiệu suất sử lý

85 - 95%, bùn hoạt tính lắng tốt, chất lượng nước đầu ra trong đạt tiêu chuẩn môi trường Đối với nước thải Surimi của nghành chế biến thủy sản cần phải có mô hình kỵ khí UASB trong xử lý, chất lượng nước qua mô hình kỵ khí,hiếu khí ổn định, lượng khí sinh

ra trong UASB tốt có thể thu hồi sử dụng

Xử lý nước thải là mối quan tâm nhất của nhiều nhà máy thủy sản trong công nghiệp chế biến sản phẩm VSV được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải Chúng ta biết rằng VSV là một trong những phương pháp hữu ích nhất để loại bỏ các chất ô nhiễm trong

nước thải đặc biệt là chất hữu cơ Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản bằng vi sinh vật” của Võ Văn Nhân và Trương Quang Bình năm 2011 được thực

hiện nhằm kiểm tra ảnh hưởng của một số tổ hợp của VSV trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí Nước thải được lấy từ công ty Cổ phần kinh doanh thủy hải sản Sài Gòn (APT) Lô 4-6-8, Đường 1A, Khu công nghiệp Tân Tạo, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Kết quả đã cho thấy điều

kiện sục khí làm tăng tốc độ xử lý nước thải bằng VSV Sự kết hợp của vi khuẩn Bacillus subtilis, Nitrosomonas sp (10 11 cfu/l), Nitrobacter sp (10 11 cfu/l), Saccharomyces (10 12

cfu/l), vi khuẩn hòa tan kali (10 12 cfu/l) (KSB) với nồng độ VSV là 1 L/m3 đã cho thấy tốc độ nhanh nhất của xử lý nước thải Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cột B theo TCVN 5945:2005

1.2.2 Một số phương pháp xử lý nước thải chế biển thủy sản

Với đặc tính nước thải có nồng độ COD, BOD5, chất rắn lơ lửng cao, nước thải dễ phân hủy sinh học,… nên nước thải chế biến thủy sản phù hợp với hầu hết các công nghệ

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nhưng bên cạnh đó hàm lượng phospho và nitơ có trong nước thải cao nên các quá trình bùn hoạt tính thông thường (Aerotank, SBR,… ) không thể nào loại bỏ triệt để được lượng phospho và nitơ này Một số phương pháp có thể áp dụng để xử lý nước thải chế biến thủy sản sẽ được trình bày sau đây

 Thiết bị chắn rác

Đối với nước thải chế biến thủy sản có chứa nhiều cặn lơ lửng thô như vây, vảy, da

cá, những mảnh thủy sản vụn và một số chất thải rắn trong quá trình chế biến,… trước khi tiến hành xử lý cần phải qua hệ thống song và lưới chắn rác nhằm đảm bảo cho máy

bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ

Với đặc tính dòng thải chứa nhiều dầu mỡ, đặc biệt nước thải từ chế biến cá da trơn, hàm lượng dầu mỡ này trở thành chất độc đối với sự sinh trưởng và phát triển của VSV nên trước khi đưa vào bể hiếu khí, nước thải chế biến thủy sản cần phải qua giai đoạn vớt dầu mỡ bằng bể tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt

 Công nghệ màng sinh học hiếu khí dính bám

Nước thải chế biến thủy sản có nồng độ COD, BOD cao, dễ phân hủy sinh học đồng thời chứa nhiều nitơ và phospho nên công nghệ màng sinh học hiếu khí dính bám thích hợp để xử lý nước thải chế biến thủy sản Một số công trình ứng dụng công nghệ màng sinh học hiếu khí dính bám như: Bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải, bể lọc sinh học với lớp vật liệu ngập nước

Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý nước thải triệt để,

thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật Đặc điểm riêng của bể là kích thước hạt vật liệu lọc nhỏ hơn 25 - 30 mm, tải trọng thủy lực 0,5 - 1 m3/m3 vật liệu lọc.ngày Hiệu suất xử

lý rất cao, có thể lên đến 90% (theo BOD)

Bể lọc sinh học cao tải: Đối với các cơ sở chế biến thủy sản có lưu lượng nước thải

lớn có thể áp dụng bể lọc sinh học cao tải để xử lý Bể lọc sinh học cao tải có chiều cao

công tác và tải trọng thủy lực cao hơn so với bể lọc sinh học nhỏ giọt, có thể lên đến 10 -

30 m3/m3 vật liệu lọc.ngày Bể này có tốc độ lọc và sự trao đổi không khí lớn nên quá trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra rất nhanh

Bể lọc sinh học với lớp vật liệu lọc ngập trong nước: Nước sau khi qua bể lắng 1

được bơm lên máng phân phối, theo ống dẫn phân bố đều trên diện tích đáy bể Nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua dàn phân phối Hỗn hợp khí – nước thải đi cùng chiều từ dưới lên, qua lớp vật liệu lọc Tại đây xảy ra quá trình khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3- Lớp vật liệu lọc cũng có khả năng khử cặn lơ lửng trong nước thải

 Hồ sinh học, cánh đồng tưới và bãi lọc

Đối với một số công nghệ xử lý nước thải không có khả năng loại bỏ phospho và nitơ thì hồ sinh học, cánh đồng tưới và bãi lọc có thể được áp dụng để cải thiện chất lượng nước thải trước khi xả thải ra môi trường

Hồ sinh học: là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy

hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác VSV sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, phosphate và ammonium nitrate sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi VSV…

Cánh đồng tưới và bãi lọc: Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc

dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ

có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình

khử nitrate (Lâm Vĩnh Sơn, 2012)

1.2.3 Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản hiện nay

Trên thế giới hiện nay, với trình độ khoa học tiên tiến và chi phí đầu tư cao cho việc

xử lý nước thải, nhiều công nghệ mới ra đời và được áp dụng rộng rãi nhằm giải giải quyết các vấn đề còn hạn chế còn tồn tại đối với các công nghệ xử lý truyền thống Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản tiêu biểu như sau:

Hình 1 4 Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản tiêu biểu (Nguồn: Visvanathan, C., 2006 Seafood processing ED78.20 Industrial Waste

Abatement and Management)

Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản trên áp dụng công nghệ xử lý sinh học AAO, AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí) Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải Công nghệ AAO gồm 3 quá trình: hiếu khí, thiếu khí và hiếu khí

Quá trình kỵ khí: là quá trình mà các vật liệu hữu cơ trong một mạch kín bị phá vỡ

bởi các vi sinh vật, trong điều kiện vắng mặt của oxy (J DeBruyn and D Hilborn, 2007)

Quá trình kỵ khí tạo ra khí sinh học (bao gồm chủ yếu của methane và carbon dioxide) Quá trình kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn:

- Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo) Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

- Acid hóa: trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3,

H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0

- Acetic hoá (Acetogenesis): vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới

- Methane hóa (methanogenesis): đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí Acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane Thực hiện quá trình khử nitrate và khử một phần các hợp chất hữu cơ

Quá trình thiếu khí: thường được sử dụng để loại bỏ nitơ khỏi nước thải Quá trình

loại bỏ nitơ sinh học được gọi là quá trình khử nitơ Quá trình khử nitơ đòi hỏi rằng nitơ được chuyển hóa thành nitrate Những vi khuẩn trong hệ thống thiếu khí này sử dụng nitrate như một chất nhận electron và giải phóng nitơ dưới dạng các oxit nitơ hoặc khí nitơ

Quá trình hiếu khí: quá trình này diễn ra trong bể hiếu khí, trong đó nước thải được

hòa trộn với oxy Trong điều kiện thuận lợi, vi sinh vật sẽ phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ tạo ra sinh khối và chất khí Những sinh khối này được loại bỏ bằng một bể lắng thứ cấp Trong quá trình bùn hoạt tính, bể phản ứng phân tán sinh trưởng là một bể sục khí hoặc hồ chứa hỗn hợp lơ lửng của nước thải và vi sinh vật Một phần nước thải sau khi đạt được quá trình nitrate hóa được tuần hoàn trở lại bể thiếu khí để tham gia vào quá trình khử Nitơ nhằm loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải Bùn sau bể lắng thứ cấp được tuần hoàn trở lại bể thiếu khí

Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ AAO có một số ưu điểm và hạn chế như sau:

Ưu điểm:

- Chịu được tải trọng cao do hệ thống sử dụng quá trình kị khí, giúp loại bỏ một phần chất hữu cơ đồng thời phân giải một số hợp chất hữu cơ cao phân tử có trong nước thải trước khi qua các bể xử lý phía sau

- Hệ thống cho hiệu quả xử lý cao đối với các chất dinh dưỡng như Nitơ và phospho

- Tiết kiệm diện tích sử dụng

Hạn chế:

- Vận hành phức tạp, đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

- Hiệu quả cao trong xử lý các chất dinh dưỡng, tuy nhiên, xử lý không triệt để do một phần nước thải qua bể hiếu khi được tuần hoàn lại bể Anoxic

- Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ của bể hiếu khí truyền thống không cao

Hình 1 5 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản công ty Songkla Canning

Public, Thái Lan

Ở Việt Nam, công nghệ xứ lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí UASB và công nghệ bùn hoạt tính truyền thống Aerotank là 2 công nghệ được áp dụng phổ biến hiện nay đối với hầu hết các loại nước thải có khả năng phân hủy sinh học trong đó có nước thải chế biến thủy sản

Hai công nghệ này thường được sử dụng kết hợp trong một quy trình xử lý nước thải, trong đó, bể UASB sử dụng hệ VSV kỵ khí có tác dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ cao phân tử cũng như loại bỏ một phần các chất hữu cơ có trong nước thải đặc biệt là những loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao mà bể Aerotank không xử lý được và

có thể gây chết hệ VSV hiếu khí, tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ qua bể UASB không được xử lý triệt để, vì vậy cần phải kết hợp với một công nghệ xử lý hiếu khí phía sau Tại bể Aerotank, các chất hữu cơ còn lại tiếp tục được các VSV hiếu khí sử dụng để tổng hợp sinh khối, đồng thời giải phóng ra CO2 và nước

Ưu điểm lớn nhất của 2 công nghệ này là quy trình xử lý đơn giản, dễ vận hành vì vậy nó không yêu cầu nhân viên vận hành có trình độ cao và chi phí đầu tư thấp, chính vì vậy nó được ưu tiên lựa chọn tại các nhà máy Tuy nhiên, 2 công nghệ này có những hạn chế rất lớn trong đó phải kể đến là hiệu quả xử lý không cao đối với các chất dinh dưỡng Nitơ và phospho Đối với bể Aerotank, thời gian lưu bùn kéo dài sẽ làm tăng hàm lượng phospho có trong nước thải Để đảm bảo nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn đối với các chất dinh dưỡng, cần phải có thêm các công trình xử lý phía sau như hồ sinh học, bãi lọc, … điều này dẫn đến làm tăng chi phí đầu tư, tăng diện tích đất sử dụng Diện tích xây dựng lớn cũng là một trong những hạn chế của 2 công nghệ này, vì vậy nó không phù hợp với những nhà máy chế biến thủy sản có quy mô nhỏ

Hiện nay, một số phương pháp mới trong xử lý nước thải thủy sản cũng được một số

cơ sở đưa vào áp dụng, tuy nhiên vẫn còn khá hạn chế do trình độ kỹ thuật của nhân viên còn thấp và chi phí đầu tư cao

Hình 1 6 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản

(Nguồn: Tổng cục môi trường, 2009)

Đối với quy trình công nghệ theo Tổng cục môi trường năm 2009, quy trình công nghệ trên áp dụng quá trình xử lý hóa lý (kep tụ - tuyển nổi) kết hợp với quá trình xử lý sinh học hiếu khí (bể lọc sinh học) - thiếu khí (bể Anoxic) và lọc áp lực Bể cho hiệu quả

xử lý rất cao đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng Tuy nhiên, việc áp dụng quá nhiều công nghệ như vậy sẽ tốn kém rất nhiều chi phí đầu tư và gây lãng phí

Nếu áp dụng quá trình keo tụ - tuyển nổi phải kiểm soát được hàm lượng hóa chất trước khi qua các bể xử lý sinh học phía sau để tránh làm chết hệ VSV Quá trình keo tụ - tuyển nổi nên được áp dụng đối với nước thải có chứa nhiều chất rắn lơ lửng khó lắng Việc sử dụng bể lọc sinh học cũng đòi hỏi trình độ chuyên môn cao và trong quá trình vận hành sẽ xảy ra một số vấn đề như sau (EPA, 2000):

- Mùi khó chịu từ bể lọc: tải trọng hữu cơ quá nhiều là nguyên nhân gây thiếu oxy cho

vi khuẩn phát triển hoặc không đủ thông gió

- Lắng đọng trên các lớp vật liệu lọc: tăng trưởng sinh học quá nhiều

- Sự bong tróc: Không đủ độ ẩm trên lớp vật liệu lọc, bảo dưỡng kém

- Sự đóng băng: nhiệt độ nước thải thấp

- Bộ phân phối xoay chậm lại hoặc dừng: Không đủ lưu lượng nước thải để quay bộ phân phối, bị tắc cánh tay quay hoặc các lỗ; bị tắc các lỗ thông trên ống của bộ phân phối; cánh tay đòn của bộ phân phối không đủ mức độ quay, tay đòn của hệ thống phân phối và vào lớp vật liệu

- Quá trình vận hành và bảo dưỡng phức tạp

Việc đặt bể Anoxic phía sau bể lọc sinh học cũng gặp phải một số vấn đề liên quan đến việc duy trì hàm lượng thức ăn cung cấp cho hệ VSV thiếu khí tại bể Anoxic vì bể lọc sinh học có hiệu quả rất cao trong việc xử lý các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng có trong nước thải vì vậy nước thải sau bể lọc sinh học không đủ cung cấp nguồn thức ăn cho các VSV tại bể Anoxic Bên cạnh đó, ưu điểm của bể lọc sinh học là lượng sinh khối tạo thành ít hơn nên lượng bùn trong bể Anoxic phía sau phải được kiểm soát chặt chẽ Nước thải sau bể lắng thứ cấp có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp, nếu kiểm soát tốt quá trình lắng thì không cần thiết phải sử dụng thêm bể lọc áp lực phía sau để tránh lãng phí