Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp moving bed biofilm reactor (mbbr)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ COD đến hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR kỵ khí.. - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian l

HỒ THANH NHUNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MOVING BED

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2011

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS LÂM MINH TRIẾT

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS ĐẶNG VIẾT HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS LÂM VĂN GIANG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 25 tháng 01 năm 2011

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 GS.TS Lâm Minh Triết

2 TS Nguyễn Quốc Bình

3 TS Đặng Viết Hùng

4 TS Lâm Văn Giang

5 TS Ngô Thanh Phong

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HỒ THANH NHUNG Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 24/12/1983 Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh

Chuyên ngành : Công nghệ môi trường MSHV: 02508612

Khoá (Năm trúng tuyển): 2008

1- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp

Moving bed biofilm reactor (MBBR ) 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu quá trình tạo màng sinh học trên giá thể động trong hai bể MBBR kỵ khí

và MBBR hiếu khí

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến hiệu quả

xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR kỵ khí

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến quá trình

xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):

GS.TS LÂM MINH TRIẾT

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy GS.TS Lâm Minh Triết đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Hoàng Nghiêm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời thời gian thực hiện thí nghiệm tại trường đại học Bách Khoa Tp.HCM Xin chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ của Khoa Môi trường, đại học Bách Khoa Tp.HCM đã hổ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi triển khai thí nghiệm

Xim cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến quý lãnh đạo cơ quan, nơi tôi công tác đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn thạc sĩ này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2010

Hồ Thanh Nhung

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Công nghệ MBBR vẫn còn khá mới và đang được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học ở Việt Nam, với nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính hiếu khí như khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ và Nitơ, tải trọng xử lý cao, tương đối dễ vận hành Nước thải thủy sản có nồng độ chất hữu cơ rất cao, có giá trị COD dao động trong khoảng 500 – 3000 mg/l (trung bình 2000 mg/l), TKN là 100-200 mg/L (trung bình 100 mg/l) và Photpho tổng là 10 – 100 mg/l (trung bình 30 mg/l) Do đó, nghiên cứu được thực hiện qua hai giai đoạn: nghiên cứu khả năng xử lý chất dinh dưỡng ở mô hình MBBR kỵ khí và ở mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

Nội dung nghiên cứu tập trung vào các vấn đề: tạo màng sinh học trên giá thể động loại K3, nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR

kỵ khí và nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR

kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

- Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian hình thành màng sinh học trên giá thể động của mô hình MBBR kỵ khí là 65 ngày và mô hình MBBR hiếu khí là 45 ngày Mật độ vi sinh vật dính bám trên lớp màng sinh học của mô hình MBBR kỵ khí là

1200 mgTS/l và mô hình MBBR hiếu khí là 3200 mgTS/l, tỷ lệ VS/TS của màng sinh học ở cả hai hai mô hình khá cao đạt giá trị 0,8

- Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí ở bốn tải trọng hữu cơ OLR = 2,7 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 3 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 4 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 6 kgCOD/m3.ngđ khá cao, đều đạt hiệu suất trên 80% Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành amonia xảy ra gần như hoàn toàn ở ba tải trọng đầu và đạt giá trị trung bình khoảng 78% đối với tải trọng cuối Hiệu quả xử lý Photpho ở mô hình MBBR kỵ khí rất thấp, chỉ đạt giá trị trong khoảng 16% - 20%

- Hiệu quả xử lý chất hữu cơ qua hai bậc xử lý rất cao, đều đạt hiệu suất trên 95% đối với bốn tải trọng 0,84 kgCOD/m3.ngđ, 1 kgCOD/m3.ngđ, 1,4 kgCOD/m3.ngđ và 2,1 kgCOD/m3.ngđ Hiệu quả xử lý Nitơ tổng ở ba tải trọng đầu khá cao trên 70% nhưng ở tải trọng cuối hiệu quả xử lý Nitơ khá thấp chỉ đạt khoảng 57,3% So với QCVN 11:2008/BTNMT, ở hai tải trọng 1 kgCOD/m3.ngđ

và 1,4 kgCOD/m3.ngđ, nồng độ COD, N-NH3, tổng Nitơ của nước thải đầu ra sau hai bậc xử lý đều đạt ngưỡng giới hạn cho phép xả thải Hiệu quả xử lý photpho qua hai bậc xử lý rất thấp, chỉ đạt giá trị cao nhất khoảng 33%

Từ kết quả thí nghiệm cho thấy rằng công nghệ MBBR có thể được sử dụng như là một sự lựa chọn lý tưởng và hiệu quả cho quá trình xử lý chất dinh dưỡng trong nước thải chế biến thủy sản

Researching contents included making biofilm in K3 carrier element, studing removal capability of anaerobic MBBR in aquaculture wastewater and studing removal capability of anaerobic MBBR and aerobic MBBR in aquaculture wastewater

Time of biofilm formation was 65 days in anearobic MBBR and 45 days in earobic MBBR The average biomass concentration was 1200 mgTS/l in anaerobic MBBR and was 3200 mgTS/l aerobic MBBR, ratio VS/TS was 0,8

In anaerobic MBBR, COD removal efficiency was high in volumetric organic loadings of 2,7 kgCOD/m3.day, 3 kgCOD/m3.d, 4 kgCOD/m3.d, 6 kgCOD/m3.d and was above 80% The conversion of soluble organic nitrogen in amonia occured well

in first volumetric organic loadings of 2,7 kgCOD/m3.day, 3 kgCOD/m3.day, 4 kgCOD/m3.day and was 70% in other loading Phosphorus removal efficiency was low and had average value about 16% - 20%

Organic matter removal efficiency in anaerobic MBBR contiguousing to aerobic MBBR is high in volumetric organic loadings of 0,84 kgCOD/m3.day, 1 kgCOD/m3.day, 1,4 kgCOD/m3.day, 2,1 kgCOD/m3.day and above 95% Total nitrogen removal efficiency was high and was above 70% in first volumetric

organic loadings and was 57,3% in other loading COD concentration, amonia-N concentration, Total Nitrigen concentration in influent wastewater reached QCVN 11:2008/BTNMT in volumetric organic loadings of 1 kgCOD/m3.day, 1,4 kgCOD/m3.day Phosphorus removal efficiency was low and had highest value about 33%

According to the results, we suggest that the moving bed biofilm reactor can be used as ideal and efficient option for the nutrient removal from aquaculture wastewater

2.1.1 Thành phần và tính chất nước thải chế biến thủy sản 6

2.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong và ngoài nước 9 2.2.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong nước 9

2.2.2 Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản ngoài nước 12 2.3 Tổng quan các phương pháp sinh học xử lý nước thải thủy sản 14

2.5.3 Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp

2.5.5 Các quá trình xử lý bằng màng biofilm trong mô hình MBBR 32

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.3.2 Mô hình và chế độ vận hành mô hình MBBR kỵ khí liên tục 41 3.3.3 Mô hình và chế độ vận hành mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Nghiên cứu quá trình tạo màng trên giá thể động 49

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng COD đến

quá trình xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp

MBBR kỵ khí

54

4.2.1 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ

hữu cơ thành amonia trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải trọng

2,7 kgCOD/m3.ngày

54

4.2.2 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ

hữu cơ thành amonia trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải trọng

3 kgCOD/m3.ngày

57

4.2.3 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ

hữu cơ thành amonia trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải trọng

4 kgCOD/m3.ngày

59

4.2.4 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ

hữu cơ thành amonia trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải trọng

6 kgCOD/m3.ngày

62

4.2.5 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển

hóa Nitơ hữu cơ thành amonia trong mô hình MBBR kỵ khí ở

bốn tải trọng 2,7 kgCOD/m3.ngày, 3 kgCOD/m3.ngày, 4

kgCOD/m3.ngày, 6 kgCOD/m3.ngày

64

4.2.7 Lựa chọn tải trọng hữu cơ ở mô hình MBBR kỵ khí thích hợp

cho quá trình xử lý kỵ khí nối tiếp hiếu khí 71 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng COD đến quá

trình xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR

kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

73

4.3.1 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 0,84

kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 10 giờ 73 4.3.2 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 1

kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 8 giờ 78 4.3.3 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 1,4

kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 6 giờ 83 4.3.4 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 2,1

kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 4 giờ 89 4.3.5 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở bốn tải

trọng hữu cơ ở mô hình MBBR hiếu khí 0,84 kg/m3.ngđ, 1

Phụ lục B: Số liệu thí nghiệm giai đoạn tạo màng

Phụ lục C: Số liệu thí nghiệm sau xử lý ở mô hình MBBR kỵ khí

Phụ lục D: Số liệu thí nghiệm sau xử lý ở mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp

MBBR hiếu khí

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.6 Sự phát triển của lớp màng sinh học ở bên ngoài giá thể ít

Hình 2.7 Mô tả sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng ở màng sinh

Hình 4.1 Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tạo màng kỵ khí cho

Hình 4.4 Quá trình tạo màng sinh học hiếu khí trên giá thể động

Hình 4.5 Nồng độ TS trên giá thể động ở mô hình kỵ khí và hiếu

Hình 4.6 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí theo

thời gian thí nghiệm ở tải trọng 2,7 kg/m3.ngđ 54

Hình 4.7 Sự chuyển hóa Nitơ trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý Photpho trong mô hình MBBR kỵ khí ở

Hình 4.9 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí ở tải

Hình 4.10 Sự chuyển hóa Nitơ trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải

Hình 4.11 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mô hình MBBR kỵ

Hình 4.12 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí theo

thời gian thí nghiệm ở tải trọng 4 kg/m3.ngđ 60

Hình 4.13 Sự chuyển hóa Nitơ trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải

Hình 4.14 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mô hình MBBR kỵ khí

Hình 4.15 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí theo thời

gian thí nghiệm ở tải trọng 6 kg/m3.ngđ 62

Hình 4.16 Sự chuyển hóa Nitơ trong mô hình MBBR kỵ khí ở tải

Hình 4.17 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mô hình MBBR kỵ khí

Hình 4.18 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí

ở bốn tải trọng hữu 2,7 kgCOD/m3

.ngày, 3 kgCOD/m3.ngày, 4 kgCOD/m3.ngày, 6 kgCOD/m3.ngày 66

Hình 4.19 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí ở bốn tải

trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ, 6

Hình 4.20 Biến thiên nồng độ TKN, Nitơ hữu cơ và hiệu quả xử lý ở

bốn tải trọng hữu cơ trong mô hình MBBR kỵ khí 67

Hình 4.21 Hiệu quả xử lý TKN của mô hình MBBR kỵ khí ở bốn tải

trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ, 6

tải trọng hữu cơ 2,7 kg/m ngđ, 3 kg/m ngđ, 4

kg/m3.ngđ, 6 kg/m3.ngđ

Hình 4.23 Sự biến đổi pH theo thời gian ở bốn tải trọng thí nghiệm

2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ và 6 kg/m3.ngđ 69

Hình 4.24 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp

MBBR hiếu khí ở tải trọng 0,84 kg COD /m3.ngđ với

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84

Hình 4.26 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84

Hình 4.27 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84

Hình 4.28 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84

Hình 4.29 Hiệu quả xử lý Photpho tổng ở tải trọng hữu cơ 0,84

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1

Hình 4.31 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1

Hình 4.32 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở bốn tải trọng hữu cơ 1

Hình 4.33 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1

Hình 4.34 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1

Hình 4.35 Hiệu quả xử lý COD trong mô hình MBBR kỵ khí và

hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4 kgCOD/m3.ngđ 83

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4

Hình 4.37 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4

Hình 4.38 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4

Hình 4.39 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4

Hình 4.40 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mô hình

MBBR hiếu khí và kỵ khí ở tải trọng hữu cơ 1,4

Hình 4.41 Hiệu quả xử lý COD trong mô hình MBBR kỵ khí và

hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1 kgCOD/m3.ngđ 89

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1

Hình 4.43 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mô hình

MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1

Hình 4.44 Kết quả chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mô

hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1

Hình 4.45 Kết quả chuyển hóa tổng Nitơ trong nước thải của mô

hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1 91

kgCOD/m ngđ

Hình 4.46 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mô

hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1

Hình 4.47 Hiệu quả xử lý COD của mô hình MBBR kỵ khí và hiếu

khí ở bốn tải trọng hữu cơ 0,84 kg/m3.ngđ; 1,0

kg/m3.ngđ; 1,4 kg/m3.ngđ, 2,1 kg/m3.ngđ 94

Hình 4.48 Nồng độ COD sau xử lý qua hai bậc MBBR kỵ khí nối

tiếp hiếu khí theo thời gian thí nghiệm ở bốn tải trọng

hữu cơ là 0,84 kg/m3.ngđ; 1,0 kg/m3.ngđ; 1,4 kg/m3.ngđ,

Hình 4.49 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải

sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ 95

Hình 4.50 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải

sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 1 kgCOD/m3.ngđ 95

Hình 4.51 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải

sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 1,4 kgCOD/m3.ngđ 95

Hình 4.52 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải

sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 2,1 kgCOD/m3.ngđ 96

Hình 4.53 Sự biến thiên nồng độ tổng Nitơ trong nước thải sau xử

lý ở bốn tải trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1

kgCOD/m3.ngđ; 1,4 kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ 96

Hình 4.54 Nồng độ tổng Nitơ trong nước thải sau xử lý ở bốn tải

trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4

Hình 4.55 Nồng độ tổng amonia trong nước thải sau xử lý ở bốn tải

trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4

Hình 4.56 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải ở ở bốn tải

trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4

Hình 4.57 Sự biến đổi pH theo thời gian ở bốn tải trọng thí nghiệm

0,84 kg/m3.ngđ, 1 kg/m3.ngđ, 1,4 kg/m3.ngđ và 2,1 101

kg/m ngđ

Hình 4.58 Nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng và

nhóm vi khuẩn gram dương Clostridium được phát hiện

Hình 4.59 Nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng và hai

nhóm vi khuẩn gram âm và gram dương Bacill và

Clostridium được phát hiện trong màng sinh học 105

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 2.1 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thực phẩm 7

Bảng 2.2 So sánh sự khác nhau về các chất ô nhiễm giữa các nhà máy có

Bảng 2.3 Điều kiện thích hợp cho quá trình Nitrat hoá 17

Bảng 2.5 Các giá trị thiết kế điển hình của bể MBBR 31

Bảng 3.1 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản của cơ sở chế biến

Bảng 3.2 Các thông số vận hành thí nghiệm của mô hình MBBR kỵ khí 43

Bảng 3.3 Các thông số vận hành thí nghiệm của mô hình MBBR hiếu khí 47

Bảng 4.1 So sánh hiệu quả xử lý COD và sự chuyển hóa Nitơ giữa 4 tải

Bảng 4.2 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng qua hai bậc

Bảng 4.3 Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng của vi sinh vật ở mô hình MBBR

Bảng 4.4 Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng của vi sinh vật ở mô hình MBBR

BOD : Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu sinh học

F/M : Food/Microorganism ratio Tỷ lệ thức ăn/vi sinh

MLSS Mixed Liquor Suspended Soilds Hàm lượng chất rắn lơ lửng MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Soilds Hàm lượng chất rắn bay hơi

N-NO2

MBBR Moving bed biofilm reactor Bể sinh học với giá thể động

VSS Volatile Suspended Soilds Hàm lượng chất rắn lơ lửng

bay hơi

Ngành thủy sản là một trong những ngành công nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế cao, đóng góp không nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nhưng lại là ngành thải ra lượng nước thải có chứa nồng độ chất hữu cơ và Nitơ khá cao Ngành thủy sản thế giới và nước ta đang có những bước phát triển nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật nuôi trồng thủy sản, kỹ thuật khai thác thủy sản, quản lý môi trường - nguồn lợi thủy sản, quản lý dịch bệnh thủy sản, công nghệ sinh học ứng dụng trong thủy sản và chế biến thủy sản Ngành thủy sản đã và đang trở thành ngành kinh tế mũi nhọn của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam Ngành chế biến thủy sản là một phần cơ bản của ngành thủy sản, ngành có hệ thống cơ sở vật chất tương đối lớn, bước đầu tiếp cận với trình độ khu vực, có đội ngũ quản lý có kinh nghiệm, công nhân kỹ thuật có tay nghề giỏi Hiện nay nước ta có hơn 400 cơ sở chế biến thuỷ sản, và khoảng 220 nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm đông lạnh phục vụ xuất khẩu có tổng công suất 200 tấn/ngày Theo kết quả báo cáo của Bộ Thủy Sản (2005), hàng thủy sản Việt Nam đã có mặt trên 140 nước và vùng lãnh thổ trên thế giới, có chỗ đứng vững chắc ở các thị trường lớn như Nhật Bản, EU và Bắc Mỹ Về

giá trị kim ngạch xuất khẩu, thủy sản Việt Nam hiện đã vươn lên đứng hàng thứ 7 trên thế giới. Tốc độ tăng trưởng tổng sản lượng của ngành thuỷ sản bình quân đặt 8,97%/năm (2001 – 2005) và giá trị kim ngạch xuất khẩu tăng bình quân 10,5%/năm Kế hoạch của ngành thủy sản năm 2006 sẽ đạt tổng sản lượng 3.440.000 tấn và tổng giá trị xuất khẩu là 2,8 tỉ USD Ngành thủy sản sẽ tiếp tục tăng thêm trong những năm sau và đời sống của cộng đồng ngư dân được cải thiện Thiết bị và công nghệ tuy được đánh giá là có mức đổi mới nhanh so với các ngành công nghiệp khác nhưng so với thế giới ngành công nghiệp chế biến thủy sản vẫn còn khá chậm Đó là một trong những nguyên nhân tạo ra những tác động xấu cho môi trường, đặc biệt là lượng nước thải sinh ra trong chế biến thuỷ sản rất lớn khoảng 50.000 m3/ngày với nồng độ chất ô nhiễm khá cao: COD dao động trong khoảng 700 – 3000 mg/l, BOD khoảng 600 – 2500 mg/l, tổng Nitơ 100 – 350 mg/l (Viện Công nghệ môi trường - Trung tâm KHTN&CN Quốc gia) Phân bố các công

ty chế biến thủy sản ở Việt Nam không đồng đều, số công ty ở miền Nam chiến khoảng 60%, nhưng tập trung chủ yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh, còn lại miền trung 34%, và miền Bắc chỉ chiếm 6,5% Chính vì các nhà máy chế biến thủy sản chủ yếu tập trung ở thành phố Hồ Chí Minh nên hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản đòi hỏi phải nhỏ gọn, dễ vận hành và hiệu quả xử lý cao Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR đáp ứng các yêu cầu trên và là công nghệ mới dựa trên quá trình xử lý nước thải bằng sinh khối dính bám trên lớp màng biofilm của giá thể động lơ lửng Đề tài nghiên cứu thành công sẽ mở ra một hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản ở Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về MBBR rất hạn chế, chủ yếu thực hiện tại các phòng thí nghiệm thương mại theo đơn đặt hàng của các chủ đầu tư Đặc biệt, nghiên cứu áp dụng MBBR để xử lý nước thải thủy sản hầu như chưa được nghiên cứu Do đó, nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR là bước đầu cần thiết và thực tiễn

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá có cơ sở khoa học và thực tế về khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR (moving bed biofilm reactor) với giá thể polyehtylence loại K3 ở mô hình MBBR kỵ khí và MBBR kỵ khí nối tiếpMBBR hiếu khí

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước chế biến thủy sản được lấy từ cơ sở chế biến thủy sản tự phát tại chợ Nhật

Tảo, quận 10, Tp.HCM với nguyên liệu sản xuất là cá, ghẹ, mực và nồng độ COD dao động từ 2000 mg/l - 4000 mg/l, NH3 dao động từ 40 mg/l - 70 mg/l, TKN dao

động từ 100 mg/l – 150 mg/l, Photpho trung bình là 45 mg/l

Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng giá thể động loại K3 được làm từ polyethylence với đường kính 25 mm, chiều dài 10 mm tổng diện tích bề mặt là 800

m2/m3, trong đó diện tích bề mặt tạo màng là 500 m2

/m3 và khối lượng riêng là 0,97 kg/m3

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với mô hình MBBR dạng mẻ và liên tục theo các tải trọng COD và thời gian lưu nước thải thủy sản khác nhau

1.4 Nội dung nghiên cứu

1.4.1 Nghiên cứu quá trình tạo màng sinh hịc trên giá thể động trong hai mô hình MBBR hiếu khí và kỵ khí:

Khảo sát quá trình tạo màng, mật độ vi sinh dính bám trên giá thể động và hiệu quả

xử lý COD của màng sinh học trong suốt giai đoạn tạo màng trong mô hình MBBR

kỵ khí và hiếu khí dạng mẻ

1.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR kỵ khí:

Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành amonia trong nước thải của mô hình MBBR kỵ khí ở các thời gian lưu nước khác nhau ứng với các tải trọng COD khác nhau 2,7 kgCOD/m3.ngđ, 3 kgCOD/m3.ngđ, 4 kgCOD/m3.ngđ, 6 kgCOD/m3.ngđ

1.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến quá trình xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí:

Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ trong nước thải của mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí ở các thời gian lưu nước khác nhau ứng với các tải trọng COD khác nhau trong mô hình MBBR hiếu khí 0,84 kgCOD/m3.ngđ, 1 kgCOD/m3.ngđ, 1,4 kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ

1.5 Ý nghĩa đề tài

1.5.1 Tính mới

Chưa có nghiên cứu nào trước đây về công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (Moving bed biofilm reactor - MBBR) để xử ý nước thải thủy sản ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và ở Việt Nam nói chung

1.5.2 Ý nghĩa khoa học

Hiện nay, công nghệ xử lý bằng MBBR rất triển vọng trong tương lai với ưu điểm diện tích mặt bằng nhỏ, thời gian xử lý nhanh, hiệu quả xử lý cao hơn so với công nghệ bùn hoạt tính thì việc áp dụng kỹ thuật này nhằm giúp giảm phần nào chi phí

xử lý nước thải và giảm nồng độ chất ô nhiễm ra môi trường Kết quả nghiên cứu là

cơ sở khoa học và tiền đề để nghiên cứu áp dụng các công nghệ MBBR vào thực tế với nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao

1.5.3 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài mang tính thực tiễn cao, kết quả nghiên cứu là tiền đề cho hướng nghiên cứu mới, sâu hơn về công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR trên địa bàn

thành phố Hồ Chí Minh và là cơ sở khoa học cho việc áp dụng các công trình ngoài thực tế

Thông qua kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp cơ sở khoa học để có thể bước đầu ứng dụng công nghệ MBBR thay thế cho công nghệ UASB và arotank hiện nay đang ứng dụng nhằm khắc phục những hạn chế của hai công nghệ này

CHƯƠNG 2

PHẦN TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản

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

Ngành chế biến thủy sản là ngành tiêu thụ nhiều nước nhất trong ngành công nghiệp, dao động 40 – 114 m3/tấn thành phẩm, trung bình một tấn thành phẩm thải

ra 70-120 m3 nước thải/tấn sản phẩm (Doste Tp.HCM và CEFINEA, 1998) và gây

ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Quá trình tiêu thụ nước chủ yếu ở công đoạn sản xuất như rửa nguyên liệu, rửa thiết bị, sản làm việc Hơn 80% tổng như cầu nước được tiêu thụ trong công đoạn chế biến và vệ sinh thiết bị, nhà xưởng Nước thải sinh ra trong quá trình chế biến thủy sản chứa khối lượng lớn các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng, dầu mở,

Lưu lượng nước thải phụ thuộc vào các công đoạn chế biến, quy mô sản xuất Trong chế biến và đóng hộp cá ngừ, cá surmi, lượng nước dao động trong khoảng 5 – 45

m3/tấn thành phẩm, trong khi chế biến thực phẩm đông lạnh (tôm, mực ) lượng nước dao động rất lớn trong khoảng 70 – 120 m3/tấn thành phẩm, tương đương 32 –

60 m3/tấn nguyên liệu thô (SKHCNMT TpHCM và CEFINEA, 1998)

Nước thải chế biến thủy sản đặc trưng bởi các thông số ô nhiễm như: mùi, SS, BOD5, COD, pH, Clo, tổng Nitơ, tổng Photpho, coliform Trong đó, NH4-N là thành phần chủ yếu chiếm 78% – 99% Theo Sở KHCNMT (1998), nước thải ngành chế biến thủy sản có BOD5 trung bình khoảng 1200 – 1800 mg/l, COD 500 – 3000 mg/l, SS la 150 – 200 mg/l, tổng Nitơ 70 -110 mg/l, tổng Photpho 10 – 100 mg/l Thành phần nước thải chế biến thủy sản chênh lệch rất lớn giữa các quy trình chế biến và nguồn nguyên liệu chế biến Nước thải từ chế biến surimi có BOD5 lên đến

3120 mg/l, COD tới 4890 mg/l, trong khi đó chế biến các nguyên con có COD 895 – 1020 mg/l, BOD5 688 – 860 mg/l

Bảng 2.1 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thực phẩm

Quy trình chế biến Chỉ tiêu

pH 6,35 - 6,41 6,01 - 6,5 6,32 - 6,5 6,43 - 6,5 6,89 - 7,02

SS (mg/l) 700 - 850 138 - 640 543 - 620 208 - 300 2.218 – 2.800 COD (mg/l) 4.500 - 5.096 985 - 1.020 2.162 - 2.305 1.687 - 1.760 3.850 – 4.200 BOD5 (mg/l) 3.760 - 4.200 688 - 830 1.757 - 1.850 1.333 - 1.450 3.675 – 3.860

2.1.2 Hiện trạng công nghệ chế biến thủy sản

Đánh giá hiện trạng công nghệ chế biến

Công nghệ chế biến thủy sản phụ thuộc nhiều vào nhu cầu thị trường xuất khẩu, thời vụ thu hoạch, nguồn nguyên liệu, tình trạng nguyên liệu đầu vào Nên các nhà máy được thiết kế để chế biến được nhiều loại nguyên liệu khác nhau, làm tăng tính

đa dạng hóa sản phẩm: cá đông lạnh, mực ống, tôm đông lạnh, tôm đóng hộp, Các nhà đầu tư dây chuyền công nghệ theo dạng dàn trãi, không đồng đều, lạc hậu làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và làm gia tăng lượng nước thải ra ngoài môi trường

- Công nghệ chế biến còn mang tính thủ công hoặc bán thủ công, đòi hỏi nhiều công nhân phục vụ cho các công đoạn rửa, phân cỡ, bóc vỏ, lạng da, tách xương, Vì vậy dẫn đến tiêu hao nhiều nước va gia tăng lượng chất ô nhiễm ra ngoài môi trường

- Đối với mặt hàng đông lạnh xuất khẩu qua các thị trường EU, Nhật, Mỹ được một số nhà máy đầu tư các dây chuyền công nghệ tiên tiến, đạt trình độ công nghệ tiên tiến trong khu vực và bước đầu tiếp cận với công nghệ của thế giới, nên giảm được hao phí năng lượng và lượng nước sử dụng Tuy nhiên, số lượng này rất ít

- Trình độ công nghệ nhà máy lại không đồng đều, có sự chênh lệch ở các vùng miền trong cả nước

Theo kết quả điều tra 73 nhà máy chế biến thủy sản của Trung tâm công nghệ môi trường ENTEC (2005) cho thấy trình độ công nghệ chế biến có sự chênh lệch rất lớn Qua kết quả phân tích các chất ô nhiễm sau dây chuyền chế biến (trước hệ thống xử lý) của các nhà máy có đầu tư dây chuyền công nghệ chế biến xuất xứ từ các nước phát triền (Châu Âu, Mỹ, Nhật) thì tải lượng nô nhiễm sẽ thấp hơn so với các nhà máy có dây chuyển sản xuất thủ công Nguyên nhân la do các dây chuyền công nghệ hiện đại trong dây chuyền chế biến có thiết bị thu hồi cặn Số liệu cụ thể được trình bày ở bảng 2.2 phân tích nước thải tại 5 nhà máy có công nghệ hiện đại

và 5 nhà máy có công nghệ thủ công

Bảng 2.2 So sánh sự khác nhau về các chất ô nhiễm giữa các nhà máy có công nghệ

Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản

Theo kết quả điều tra của Trung tâm công nghệ môi trường ENTEC, 2005, lấy mẫu

và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản toàn quốc cho thấy:

- Hầu hết các công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản là công nghệ

xử lý sinh học hiếu khí

- Chỉ có 25/50 cớ sở xử lý nước thải đạt một số chỉ tiêu như BOD5, COD đạt TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P chưa đạt tiêu chuẩn Chỉ tiêu N-amonia nằm trong khoảng 15 – 18,2 mg/l (cao hơn so với TCVN 5945-2005)

Như vậy, công nghệ xử lý nước thải thủy sản hiện nay ở Thành phố Hồ Chí Minh vẫn chưa xử lý triệt để lượng Nitơ va Photpho trong nước thải Do đó, cần phải có công nghệ thích hợp để xử lý triệt để Nitơ (cụ thể amonia) trong nước thải chế biến thủy sản nhằm giảm thiếu ô nhiễm môi trường

2.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong và ngoài nước

2.2.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong nước

Hiên nay, ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải thủy sản được thực hiện khá thành công với các công nghệ xử lý khác nhau và số lượng các

đề tài nghiên cứu tương đối lớn Tuy nhiên, công nghệ MBBR vẫn còn khá mới và đang được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học ở Việt Nam, đặc biệt vẫn chưa có đề tài nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ MBBR Dưới đây trình bày một số đề tài nghiên cứu về khả năng xử ký nước thải thủy sản với các công nghệ khác nhau:

Lê Thị Thúy Ái, (2005) – Trường Đại học Tự Nhiên nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng chế phẩm vi khuẩn quang hợp Nhóm nghiên cứu đã phân lập được 31 chủng vi khuẩn quang hợp thuộc 10 thủy vực ở nước ta Sau đó, chọn 5 chủng vi khuẩn quang hợp có khả năng chuyển hóa mùi và thủy phân protein trong nước thải để sản xuất chế phẩm Chế phẩm vi khuẩn quang hợp có khả năng xử lý

mùi và giảm lượng hữu cơ trong nước thải chế biến thủy sản Nước thải sau 5 ngày

xử lý bằng chế phẩm vi khuẩn quang hợp có các chỉ tiêu ô nhiễm như: nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD), nhu cầu ô-xy hóa học (COD) đạt xấp xỉ tiêu chuẩn nước thải vào môi trường tự nhiên

Đề tài KC.07.07: “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và thiết bị để xử lý chất thải trong các vùng làng nghề chế biến nông, thuỷ sản” thuộc Chương trình khoa học và công nghệ (KH&CN) cấp nhà nước KC.07: “KH&CN phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn” đã được phê duyệt Đề tài đã sử dụng một

số phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau:

- Thu thập, phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có về các vấn đề có liên quan tới nội dung nghiên cứu của đề tài

- Điều tra khảo sát thực địa theo phương pháp đánh giá nhanh nông thôn (Rapid rural appraisal - RRA)

- Các công nghệ, thiết bị xử lý chất thải đều được thực hiện theo 2 bước: nghiên cứu, thí nghiệm trong phòng, và áp dụng thử nghiệm trên mô hình trình diễn Nước thải chế biến trước hết được xử lý qua bể ABR, sau đó được xử lý tiếp bằng rãnh lọc kỵ khí, trong đó có chứa các đoạn vật liệu lọc có cấp phối khác nhau Chế phẩm vi sinh dùng để xử lý nước thải được sử dụng bổ sung vào bể ABR và rãnh lọc kỵ khí Nước thải sau khi xử lý qua rãnh lọc được xả ra biển Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Môi trường – Trung tâm KHTN&CN Quốc gia đã đề xuất công nghệ và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp sinh học Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp bùn hoạt tính được biểu diễn sau đây: Sàng chắn rác → Bể điều hòa → Bơm → Bể Aerotank → Thiết bị lắng → Thiết bị tiếp xúc

Lê Văn Cát (2007) – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam nghiên cứu xử lý nước thải giàu Nitơ và Photpho, trong đó có nước thải chế biến thủy sản Trong nghiên

cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản, tác giả đề xuất công nghệ xử lý sau: tách loại chất thải rắn, xử lý yếm khí, hiếu khí và xử lý bằng thủy thực vật

- Đối với kỹ thuật tách chất thải rắn tác giả tập trung vào thiết bị lọc dang tang trống quay Kỹ thuật này đáp ứng các tiêu chí: không gây tắt dòng, loại bỏ nhanh chất rắn ra khỏi dòng thải, kích thướt của các phân tử rắn có thể vớt được chỉ phụ thuộc vào kích thước mắt lưới lọc, dễ cơ khí hóa nhằm giảm thểu lao động nặng nhọc

- Đối với quá trình xử lý yếm khí, tác giả thực hiện nghiên cứu theo kỹ thuật chảy ngược qua lớp bùn yếm khí (UASB) nhằm mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ vi sinh, thời gian lưu nước đến hiệu quả xử lý thông qua các thông số: COD, amoni, nitơ Kjeldahl, tổng Photpho, axit béo dễ bay hơi, độ kiềm và pH với hai phương thức vận hành Hiệu quả xử lý của bệ UASB đối với COD la 70 - 80% ứng với thời gian lưu nước khoảng 8 giờ

- Đối với quá trình xử lý hiếu khí, tác giả nghiên cứu diễn biến phân hủy COD và hợp chất Nitơ theo phương thức một và hai giai đoạn Bể hiếu khí một giai đoạn gồm có ngăn sục khí và ngăn lắng Bể hiếu khí hai giai đoạn gồm bốn ngăn nối tiếp nhau như: sục khí-lắng-sục khí-lắng Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý là 90% với thời gian lưu nước khoảng 8 giờ trong khoảng nhiệt độ rộng và với mật độ vi sinh là 8 g/l Hiệu quả xử lý COD trong phương thức một hoặc nối tiếp hai giai đoạn khác nhau không đáng kể

- Đối với quá trình xử lý bằng thủy thực vật, nước thải chế biến thủy sản được sử dụng trong quá trình nghiên cứu này được lấy sau bể xử lý yếm khí có nồng độ NH4+ dưới 100 mg/l Các loại thực vật nước được sử dụng là: bèo tấm, rau muống Kết quả cho thấy bèo tắm và rau muống đều có tác dụng xử lý COD, amoni, khả năng xử lý phốt pho không cao

Đề tài “Nghiên cứu diễn biến thành phần hoá học của nước thải trong môi trường thuỷ canh trồng bèo tai tượng và bèo tai chuột” của nhóm cán bộ của Bộ môn Môi

trường – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ sau hơn 5 tháng nghiên cứu đã đưa ra kết luận sau:

- Việc dùng thuỷ sinh thực vật, đặc biệt là bèo tai tượng và bèo tai chuột để

hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước thải ô nhiễm hữu cơ là một biện pháp hữu hiệu

- Bèo lấy đi các dưỡng chất như đạm và lân để sinh trưởng và phát triển

- Hiệu suất xử lý BOD trên 75% đối với bèo tai chuột và trên 78% đối với bèo

tai tượng

- Hiệu suất xử lý COD trên 44%

- Ngoài ra, bèo còn có tác dụng cung cấp oxy cho nước làm cải thiện oxy hoà

tan trong môi trường nước, góp phần làm trong sạch nguồn nước

2.2.2 Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản ngoài nước

Hiện nay, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng công nghệ MBBR vẫn còn hạn chế, đa số tập trung vào các nghiên cứu sau:

Ali Nora’aini và cs (2000) nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng màng lọc ultra Polyethersulfone (PES) với áp suất thấp Màng Polyethersulfone (PES) được chuẩn bị bằng cách sử dụng kỹ thuật lọc ngược khô/ướt và sau đó sẽ được kiểm tra để xác định khả năng xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản Việc sử dụng nước thải thu được tại một nguồn thải sau khi qua xử lý bằng phương pháp lọc cát Mục đích nghiên cứu là xem xét khả năng loại bỏ amoni và phốtpho tổng, màng PES được cho rằng là có khả năng loại bỏ các hợp chất này vào khoảng 85,70% và 96,49%, tương ứng tại áp dụng nhiều áp lực 4-8 bar Những phát hiện này cho thấy công nghệ màng có một tiềm năng lớn để được sử dụng cho ứng dụng cụ thể Điều này sẽ làm tăng kỹ thuật xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản và đồng thời giúp cải thiện môi trường văn hóa

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến cá bằng hai chủng lại nấm men proteolytic, rugopelliculosa Candida của Joontaek Lim và cs (2003) là kỹ thuật mới

để xử lý nước thải Tốc độ tăng trưởng tối đa của C rugopelliculosa khi nước triều dâng và nhu cầu ôxy hóa học hòa tan (SCOD) giảm nồng độ tương ứng (6,09 ± 0,04) × 106 tế bào/ml và 70,0% thời gian lưu nước là 6,3 h (HRT) Phương pháp Rungeth-Kutta được áp dụng thành công để xác định thông số động học của C rugopelliculosa bằng cách sử dụng dữ liệu có sẵn Tốc độ tăng trưởng tối đa của vi khuẩn, µmax, và hệ số, Ks, đã được xác định là 0,82 ± 0,22 h-1 và 690 ± 220 SCOD

mg / L Hệ số sản lượng v i khuẩn, Y và tỷ lệ phân rã hệ số vi khuẩn, kd, đã được xác định là (1,39 ± 0,22) × 104 tế bào / mg SCOD và h 0,06 ± 0,01-1, tương ứng Prapa Sohsalam và cs (2008) nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng hệ thống đất ngập nước ở vùng nhiệt đới của nhằm đánh giá tính khả thi của việc sử dụng đất ngập nước để loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải chế biến thuỷ sản Sáu loài thực vật nổi; Cyperus involucratus, Canna siamensis, Heliconia spp, Hymenocallis littoralis., Typha augustifolia và Thalia deabata J Fraser đã được trồng ở đất ngập nước chảy trên bề mặt Chúng sử dụng nước thải thủy sản đã được 50% pha loãng với nước thải thủy hải sản được đã được xử lý từ một phá nước có ga Macrophytes

đã được tìm thấy để đáp ứng hiệu quả xử lý, đáp ứng (tiêu chuẩn nước thải xả) tại thời gian lưu nước 5 ngày (HRT) Trong khi C involucratus, deabata T và T augustifolia đạt hiệu quả xử lý được chấp nhận ở 3 ngày HRT Tỷ lệ hấp thu dinh dưỡng của các loài này đã được quan sát thấy trong khoảng 1,43 - 2,30 g Nitrogen/m2 ngày và 0,17-0,29 g Phosphorus/m2.ngày, tương ứng tại 3 ngày HRT Hiệu quả xử lý cao nhất được tìm thấy tại 5 ngày HRT Trung bình hiệu quả loại bỏ được 91 - 99% cho BOD5, 52 - 90% cho SS, 72-92% cho TN và 72-77% TP Các loài thực vật cho hiệu quả xử lý Nitơ cao nhất là C involucratus, deabata T và augustifolia T HRTs ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ chất gây ô nhiễm cho tất cả các loài C involucratus, deabata T và T augustifolia có thể loại bỏ tất cả các chất gây ô nhiễm một cách hiệu quả, ngay cả tại thời duy trì thấp nhất thủy lực (1 ngày)

Đề tài Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến hải sản bằng màng sinh học ngập nước của Porntip Choksuchart Sridang và cs (2008) nhằm mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả hoạt động và cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật của một màng

sinh học (MBR) để xử lý nước thải chế biến hải sản và tái sử dụng Hệ thống này được vận hành liên tục trong điều kiện thuận lợi cho quá trình phát triển của vi sinh vật MBR có hiệu quả xử lý tốt nước thải chế biến thuỷ sản có nồng độ hữu cơ cao MBR có thể chịu được áp lực cao như độ mặn và các biến thể của COD, SS trong một phạm vi rộng Sau 700 giờ hoạt động, bùn hình thành trong bể tốt, dạng hạt và

có vi khuẩn hình sợi phát triển vượt mức Các giá trị αW của phần hòa tan được ba lần cao hơn so với các hạt bùn của vi khuẩn

Andreas Graber và Ranka Junge (2009) nghiên cứu khả năng sử dụng chất dinh dưỡng của thực vật đối với nước thải thủy sản bằng hệ thống hồ tuần hoàn (RAS) ở Waedenswil, Zurich để sản xuất ra sinh khối của thực vật Một bể lọc nhỏ giọt được

sử dụng để khử Nitơ trong nước thải thủy sản được thiết kế như sau: một lớp đất sét

có khả năng trương nở nhẹ (LECA) có chiều dày 30 cm được đắp đầy vào những các bể có lớp phủ thực vật nhằm mục đích tạo ra lớp màng phát triển của vi sinh vật (bioflim) và diện tích trồng thực vật có khả năng thu hoạch trên bề mặt của lớp đất

Cà tím, cà chua và cây dưa chuột được trồng trên bể lọc LECA và tốc độ khử chất dinh dưỡng trong khoảng thời gian từ 42 – 105 ngày Cây cà chua có tốc độ khử các chất dinh dưỡng cao nhất với thời gian hơn 3 tháng, tốc độ khử Nito, Photpho and Kali của các loại cây trồng trong nước lần lượt là 0,52; 0,11 và 0,8 g/m2.ngày và của động vật, thực vật sống cộng sinh trong môi trường nước tuần hoàn là 0,52; 0,11 và 0,8 g/m2.ngày Trong môi trường sống cộng sinh giữa thực vật, động vật có dòng tuần hoàn nước thì 69% Nitơ của toàn bộ hệ thống sẽ được chuyển hóa vào trong trái cây của thực vật nhưng không gây độc khi ăn vào Nghiên cứu này cho thấy chất dinh dưỡng trong nước thải có thể được xử lý bằng cách chuyển hóa thành sinh khối của thực vật, đem lại giá trị thương mại cao, tuy nhiên phương pháp này không thể áp dụng cho việc xử lý nước thải ở đô thị nơi mà diện tích đất giới hạn

2.3 Tổng quan các phương pháp sinh học xử lý nước thải thủy sản

Có một số loài vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng và nhờ vậy sinh khối

của chúng tăng lên Các vi sinh vật này được sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có trong chất thải từ nước thải thủy sản Quá trình phân hủy này được gọi là quá trình phân hủy ôxy hóa sinh hóa Có thể phân phương pháp này thành hai loại là :

2.3.1 Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu

khí Ðể đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chúng và duy trì ở nhiệt độ khoảng 20 - 40oC sự chuyển hóa chất thải bởi vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí bao gồm các quá trình sau:

· Khi nước thải đi vào hệ thống xử lý sinh học, chất hữu cơ hòa tan sẽ được hấp phụ và vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn, sau đó sẽ được phân hủy nội bào

· Trong điều kiện hiếu khí, xảy ra ba quá trình chuyển hóa nội bào được biểu diễn bằng các phương trình phản ứng sau:

Quá trình oxy hóa (dị hóa):

(C, H, O, N) + O2 CO2 + H2O + NH3 + … + năng lượng

Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa):

(C, H, O, N) + O2 C7H5NO2

Quá trình hô hấp nội bào:

(C, H, O, N) + O2 5CO2 + H2O + 2H2O + năng lượng

v Quá trình Nitrat hóa: Nitrat hóa (nitrification) là quá trình chuyển hóa Amon

thành Nitrit sau đó chuyển hoá thành Nitrat Quá trình Nitrat hóa có thể xảy ra nếu ngay từ đầu nitơ tồn tại ở dạng Amon Theo Hoàng Văn Huệ (2004), quá trình Nitrat hóa gồm 2 bước sau:

phản ứng sau:

NH+4 + 0.5O2 NO-2 + 2H+ + H2O

Vi khuẩn Nitrit hoá

Bước 2: Oxy hóa Nitrit thành Nitrat do tác động của vi khuẩn Nitrat hóa theo

O

NH4+ + 2 2 ® 3- + 2 + + 2

Vi khuẩn thực hiện quá trình Nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter Nitrosomonas oxy hóa Amon thành Nitrit Nitrit chuyển thành Nitrat nhờ vi khuẩn Nitrobacter

v Nhân tố kiểm soát quá trình Nitrat hóa

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình Nitrat hoá như: tỉ lệ nồng độ Amon/Nitrat, nồng độ oxy hòa tan, pH, nhiệt độ, tỉ lệ BOD5/TKN và hóa chất độc hại (trích lại từ Metcalf & Eddy, 1991)

· Nồng độ Amon/Nitrat: phụ thuộc vào động học quá trình phát triển của vi khuẩn Nitrat

· Nồng độ oxy hòa tan: nồng độ oxy tốt nhất cho quá trình là >2 mg/L, thấp nhất là 1.3 mg/L (Metcalf & Eddy, 1991)

· Nhiệt độ: sự phát triển của vi khuẩn Nitrat chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp là 8¸300C, tốt nhất khoảng 300C (trích lại từ Grabriel Bitton, 1999)

· pH: pH tối ưu khoảng 7.5¸8.5 (trích lại từ Gabriel Bitton, 1999) Quá trình Nitrat sẽ ngừng khi pH < 6.0 (trích lại từ Gabriel Bitton, 1999) Quá trình này cũng

sử dụng độ kiềm trong nước thải, cứ 1 mg NH+4-N được oxy hóa cần 7.14 mg CaCO3, do đó làm giảm độ kiềm trong nước thải (trích lại từ Gabriel Bitton, 1999)

Vi khuẩn Nitrat hóa

· BOD5/TKN: tỉ lệ vi khuẩn Nitrat giảm khi BOD5/TKN tăng Kết hợp quá trình khử BOD và Nitrat hóa cần tỷ lệ BOD5/TKN >5, trong khi đó chỉ có quá trình khử Nitrat thì tỉ lệ BOD5/TKN < 3 (Metcalf & Eddy, 1991)

· Ảnh hưởng của hóa chất độc hại: các hóa chất độc hại trong nước thải ảnh

hưởng đến vi khuẩn Nitrosomonas nhiều hơn so với vi khuẩn Nitrobacter Chất hữu

cơ không ảnh hưởng trực tiếp mà là ảnh hưởng gián tiếp đến quá trình Nitrat hoá, trong điều kiện thiếu oxy các chất hữu cơ sẽ hình thành các hợp chất độc (trích lại

từ Gabriel Bitton, 1999) Các hợp chất ảnh hưởng đến quá trình Nitrat hóa như: cyanua, thiourea, phenol và kim loại nặng (Ag, Ni, Cr, Cu, Zn) Ảnh hưởng của Cu

đến Nitrosomonas Europea tăng khi nồng độ NH+

4 tăng từ 3 đến 23 mg/L (trích lại

từ Gabriel Bitton, 1999)

Bảng 2.3 Điều kiện thích hợp cho quá trình Nitrat hoá

Nguồn: Grabriel Bitton, 1999

v Quá trình tích lũy Photphat trùng ngưng trong cơ thể vi sinh bio –P

(Phosphorus accumulating organisms, PAOs)

Dưới điều kiện hiếu khí vi sinh bio – P tích lũy Photphat trùng ngưng trong cơ thể chúng từ Photphat đơng tồn tại trong nước thải

C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 1,2 O2 + 0,2 PO43- ® 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 1,44 H2O + 0,44 OH- + 0,2 (HPO3)

Công thức trên được thành lập trên cơ sở chất hữu cơ là axit axetic (C2H4O2) với tỷ

lệ tính theo mol của PO43-/C2H4O2 = 0,2 và với hiệu suất sinh khối hữu hiệu là 0,3 g/g C2H4O2.HPO3 là photphat ở dạng trùng ngưng tồn tại trong cơ thể vi sinh vật

2.3.2 Phương pháp thiếu khí:

Trong hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật bùn hoạt tính, sự khử Nitrat xảy

ra khi không tiếp tục cung cấp không khí Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ Nitrat sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải

v Quá trình khử Nitrat

Quá trình khử Nitrat là quá trình tách oxy khỏi Nitrit, Nitrat nhờ hoạt động của các vi khuẩn trong điều kiện không có oxy (anoxic) Oxy được tách ra từ Nitrit

và Nitrat được dùng lại để oxy hóa các chất hữu cơ Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001),

một số loài vi khuẩn dị dưỡng như Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Spirillum có khả năng khác nhau trong việc khử Nitrat theo 2 giai

đoạn sau:

1) Chuyển hóa Nitrat thành Nitrit

2) Tạo ra nitơ oxyt, dinitơ oxyt, khí nitơ

Các phản ứng khử Nitrat diễn ra như sau:

NO3- ®NO2- ®NO®N2O®N2

Ba hợp chất sau là các sản phẩm dạng khí và có thể bay vào khí quyển

v Trích lại từ Gabriel Bitton, 1999, quá trình khử Nitrat chịu ảnh hưởng bởi:

· Nồng độ NO

-3

· Cần có nguồn cacbon hữu cơ

· pH: giá trị pH thích hợp là 7.0¸8.5, tốt nhất là gần 7.0 (trích lại từ Metcalf & Eddy, 1991) Kết quả nghiên cứu cho thấy độ kiềm và pH tăng trong quá trình khử Nitrat do 1 mg NO-3 chuyển sang N2 làm tăng 3.6 mg CaCO3 (trích lại từ Grabriel Bitton, 1999 )

· Ảnh hưởng của nhiệt độ: quá trình khử Nitrat có thể xảy ra ở nhiệt độ

35¸500C, cũng có thể ở 5¸100C nhưng không hiệu quả bằng (Grabriel Bitton, 1999)

· Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng

· Hợp chất độc: quá trình này ít bị ảnh hưởng bởi chất độc so với quá trình Nitrat hóa (Grabriel Bitton, 1999)

v Quá trình tích lũy Photphat trùng ngưng trong cơ thể vi sinh bio –P

(Phosphorus accumulating organisms, PAOs)

Dưới điều kiện thiếu khí (không có mặt oxy, chỉ có mặt Nitrat), quá trình tích lũy photpho xảy ra:

C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 0,2 O2 + 0,96 NO3- ® 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,96 H2O + 0,14 OH- + 0,2 (HPO3) + 0,48 N2

2.3.3 Phương pháp yếm khí: là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí

Trong xử lý nước thải công nghiệp, phương pháp xử lý yếm khí được sử dụng rộng rãi Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh vật yếm khí xảy

ra theo ba bước:

Bước 1: Một nhóm vi sinh vật tự nhiên trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu

cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosacarit, amino axit để tạo nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động Bước 2: Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thành các nhóm axit hữu cơ thường là axit acetic

Bước 3: Nhóm vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hydro và axit axetic thành khí metan

và cacbonic Nhóm vi khuẩn này được gọi là metan focmo có vai trò tiêu thụ hydro

và axit axetic

v Quá trình phân hủy Photphat trùng ngưng trong tế bào