Mô tả

Việt Nam là một quốc gia ven biển với diện tích vùng biển rộng gấp ba diện tích đất liền, chứa đựng nhiều tài nguyên và nguồn lợi phong phú. Việt Nam dựa vào tiềm năng như vậy để phát triển kinh tế biển; kéo theo đó là sự phát triển của ngành chế biến thủy sản. Do đặc điểm công nghệ của ngành, ngành chế biến thuỷ sản đã thải ra môi trường một lượng lớn nước thải cùng với các chất thải rắn và khí thải, gây ô nhiễm đến các nguồn nước và gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng xung quanh. Vì vậy, vấn đề ô nhiễm của các công ty chế thủy sản đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý môi trường.Việc nghiên cứu xử lý nước thải cho ngành chế biến thuỷ sản, cũng như các ngành công nghiệp khác đang là một yêu cầu cấp thiết đặt ra không chỉ đối với những nhà làm công tác bảo vệ môi trường mà còn cho tất cả mọi người chúng ta. Để khắc phục vấn đề ô nhiễm của nước thải ngành chế biến thủy sản, bài viết này sẽ trình bày phương pháp xử lý phù hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép.

Tình hình sản xuất và phát triển của ngành chế biến thủy sản trong những năm gần đây.

Việt Nam là một quốc gia ven biển Đông Nam Á, có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, có rất nhiều lợi thế để phát triển các hoạt động của ngành thủy sản. Là một quốc gia ven biển với diện tích vùng biển rộng gấp ba lần diện tích đất liền.

Theo thống kê của Bộ thuỷ sản thì hiện nay chúng ta có hơn 1.470.000 ha mặt nước sông ngòi có thể dùng cho nuôi trồng thuỷ sản.Ngoài ra còn có khoảng 544.500.000 ha ruộng trũng và khoảng 56.200.000 ha hồ có thể dùng để nuôi cá. Tính đến nay cả nước xây dựng được 650 hồ, đập vừa và lớn, 5.300 hồ và đập nhỏ với dung tích xấp xỉ 12 tỉ m³, đặc biệt chúng ta có nhiều hồ thiên nhiên và nhân tạo rất lớn như hồ Tây ( 10 – 14 triệu m³), hồ Thác Bà (3000 triệu m³), hồ Cấm Sơn (250 triệu m³).

Vị trí, địa lý và khí hậu đặc biệt đã tạo cho vùng biển Đông sự đa dạng sinh học cao so với các nước trên thế giới, cả về cấu trúc thành phần loài, hệ sinh thái và nguồn gen. Cho đến nay, trong vùng biển này đã phát hiện được khoảng 11.000 loài sinh vật cư trú trong hơn 20 kiểu hệ sinh thái điển hình. Trong đó có khoảng 6.000 loài động vật đáy, 2.038 loài cá, trên 100 loài cá kinh tế, hơn 300 loài san hô cứng, 653 loài rong biển, 657 loài động vật phù du, 537 loài thực vật phù du, 94 loài thực vật ngập mặn, 225 loài tôm biển, 14 loài cỏ biển, 15 loài rắn biển, 12 loài thú biển và 5 loài rùa biển… Đây là tiềm năng to lớn để phát triển toàn diện kinh tế.

Ngành thủy sản Việt Nam có một vai trò rất to lớn trong nề kinh tế quốc dân, đóng góp cho GDP cả nước khoảng 4%. Trong cơ cấu nông – lâm – ngư nghiệp, thủy sản chiếm khoảng 20 – 22% tỷ trọng. Việt Nam đã đứng vào Top 10 nước xuất khẩu thủy sản lớn nhất thế giới. Năm 2012 đã đạt giá trị kinh ng ạch xuất khẩu 6,1 tỷ USD. Để đạt được kết quả trên, ngoài việc phát triển nuôi trồng và khai thác tự nhiên thủy sản, trong lĩnh vực chế biến cũng phát triển cả về số lượng và quy mô sản xuất. Tính đến năm 2012, trên toàn quốc đã có 570 cơ sở chế biến thủy sản với quy mô công nghiệp và hàng nghìn cơ sở chế biến gia công nhỏ lẻ, thủ công hộ gia đình với công suất chế biến khoảng 2,5 triệu tấn sản phẩm/ năm.

Sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và quy mô sản xuất đã ảnh hưởng,  tác động xấu đến môi trường và đời sống người dân xung quanh các cơ sở chế biến thủy sản. Sản xuất càng phát triển tự phát, thiếu chiều sâu thì áp lực về vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng cao, đòi hỏi trách nhiệm đối với vấn đề bảo vệ môi trường của nhà sản xuất, nhà quản lý ngày càng lớn.

Trong quá trình sản xuất, hàng năm, chế biến thủy sản sử dụng khoảng 4 triệu tấn nguyên liệu, hàng chục triệu m³ nước và hàng nghìn tấn hóa chất tẩy rửa, khử trùng, môi chất lạnh,… tạo ra khối lượng chất thải rất lớn, đặc biệt là nước thải hữu cơ.

Quy trình công nghệ chế biến thủy sản ở nước ta hiện nay chủ yếu  tạo ra các sản phẩm như đông lạnh, đồ hộp, sấy khô, nước mắm..

Đặc trưng chất thải

Ngành chế biến thủy sản tác động đến môi trường với các đặc trưng chất thải cơ bản như nước thải, chất thải rắn, khí thải, và phát sinh mùi…

Nước thải

Nguồn phát sinh nước thải của ngành gồm nước thải sản xuất, nước thải sinh hoạt.

– Nước thải sản xuất: sinh ra trong quá trình chế biến và nước vệ sinh nhà xưởng, máy móc, thiết bị,…Các khâu chế biến tạo ra nhiều nước thải là nhập nguyên liệu, sơ chế nguyên liệu, khâu rửa và chế biến.

Thành phần nước thải có chứa các chất hữu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và các chất béo, các chất rắn lơ lửng, các chất cặn bã, vi sinh vật và dầu mỡ. Lưu lượng và thành phần nước thải chế biến thủy sản rất khác nhau giữa các nhà máy tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng, và thành phần các chất sử dụng trong chế biến (các chất tẩy rửa, phụ gia…).

–  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, dầu mỡ, các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt , các chất dinh dưỡng và vi sinh vật.

Chất thải rắn

Trong ngành chế biến thủy sản, nguồn phát sinh chất thải rắn bao gồm từ quá trình sản xuất và hoạt động sinh hoạt của cán bộ công nhân viên.

– Hoạt động sinh hoạt: Bao gồm túi nilon, bao vỏ đựng thức ăn, chai lọ, thức ăn thừa….Rác được thu gom và đưa đi xử lý định kỳ.

– Trong hoạt động sản xuất: Chất thải rắn được phát sinh từ các khâu như  khâu sơ chế nguyên liệu, khâu chế biến, đóng gói, … tồn tại dưới dạng vụn thừa: tạp chất, đầu, đuôi, xương vẩy, nội tạng của tôm, cá…. Phần lớn các chất này được tận dụng lại để chế biến thành các loại thức ăn gia súc. Tuy nhiên, vẫn còn xót lại một lượng chất thải rắn trôi theo dòng nước thải do quá trình làm vệ sinh nhà xưởng không kỹ, lượng chất thải này có thể là nguôn gây ô nhiễm không khí bổ sung do mùi từ chúng bốc lên, gây khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe của công nhân trong công ty và cư dân ở khu vực lân cận

Tỷ lệ phế liệu và chất thải rắn phụ thuộc vào mùa vụ khai thác hải sản, mặt hàng sản xuất và vào loài cũng như chất lượng nguyên liệu …(lúc mùa cá rộ thì sản xuất nhiều nên phế thải nhiều nhưng hết vụ cá chế biến ít dẫn đến chất thải ít, nguyên liệu it thì càng ít phế thải)… điều  này đã gây hiện tượng lúc quá nhiều chất thải, lúc lại rất ít và đó cũng là khó khăn cho các nhà quản lý xí nghiệp khi muốn xây dựng cho riêng mình một hệ thống xử lý chất thải có công xuất phù hợp.

Khí thải, bụi, mùi

Khí thải sinh ra từ các lò đốt (lò đốt dầu của lò hơi), máy phát điện có chứa các chất gây ô nhiễm như: NO₂, SO₂, bụi với mức độ ô nhiễm dao động theo thời gian và mức độ vận hành theo lò hơi.

Trong ngành chế biến thủy hải sản, các chất gây ô nhiễm không khí khá đặc trưng đó là H₂S với nồng độ có khả năng đạt từ 0,2 – 0,4 mg/m³, sinh ra chủ yếu từ sự phân huỷ các chất thải rắn (đầu, ruột, vẩy,xương tôm, cá…) và NH₃ sinh ra từ mùi nguyên liệu thủy sản hoặc do sự thất thoát từ các máy nén khí của các thiết bị đông lạnh, khí Cl₂ từ quá trình khử trùng.

Các khí thải này phát sinh ra môi trường xung quanh gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của công nhân làm việc,gây các bệnh về hô hấp, phổi,  làm cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc. Ngoài ra khí CO₂ còn là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính.

Nhiệt thải và tiếng ồn

Nhiệt thải phát sinh từ lò nấu, từ hệ thống làm lạnh và tiếng ồn từ các thiết bị sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe công nhân và người dân xung quanh. Tiếng ồn và độ rung thường gây ảnh hưởng trực tiếp đến thính giác, làm giảm thị lực của người lao động, giảm hiệu suất làm việc.

Trong các nguồn chất thải phát sinh gây ô nhiễm thì nước thải là nguồn gây ô nhiếm nghiêm trọng nhất vì đổ vào môi trường lượng nước thải lớn với nồng độ ô nhiễm cao do tiếp nhận nguồn protein và lipit từ mực, tôm, cá…Khi thải vào sông, ngòi, kênh rạch sẽ phá hủy hệ sinh thái, ảnh hưởng đến cộng đồng.

Đặc trưng của nước thải

– Nước thải của ngành chế biến thủy sản có lượng rất lớn. Đây là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nước thải ngành chế biến thủy sản đặc trưng bởi các thông số ô nhiễm như: Độ màu, mùi, chất rắn không hòa tan, chất rắn lơ lửng, các vi trùng gây bệnh (  ecoli, coliform..),  chất hữa cơ hòa tan (  BOD, COD), các chất dinh dưỡng ( nito, phot pho), dầu mỡ.

Nước thải chế biến thủy sản có các chỉ số ô nhiễm cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp chế biến  thủy hải sản ( QCVN 11 – MT:2015/ BTNMT ) ( loại B).

COD dao động trong khoảng từ 500 – 3000 mg/l, hàm lượng BOD dao động từ 300 – 2000 mg/l. hàm lượng Nitơ khá cao từ 50-200 mg/l. Nước thải có hàm lượng chất hữa cơ, chất dinh dưỡng cao vì trong đó có carbonhydrate, protein, lipid là các chất dễ bị vi sinh vật phân hủy,  dầu, photphat, nitrat, mẩu vụn thịt xương nguyên liệu chế biến, máu chất béo, các chất hòa tan từ nội tạng tôm, cá,  cũng như chất tẩy rửa và các tác nhân làm sạc khác dùng trong quá trình chế biến và vệ sinh, khử trùng.

Hàm lượng chất rắn lơ lững ( SS)  dao động từ 200-1000 mg/l.  Do trong nước thường chứa các vụn  thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, ngoài ra còn chứa bùn, cát cuốn theo nước khi rửa, sơ chế nguyên liệu và vệ sinh thiết bị, nhà xưởng nhà xưởng.

Mùi: 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 các mùi hôi tanh.

Mùi hôi còn do các loại khí, sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí không hoàn toàn của các hợp chất protid và axit béo khác trong nước thải sinh ra các hợp chất mecaptanes, H₂S, …và mùi NH₃ sinh ra từ mùi nguyên liệu thủy sản hoặc do sự thất thoát từ các máy nén khí của các thiết bị đông lạnh, mùi khí Cl₂ từ quá trình khử trùng.

Độ màu: Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, máu của động vật thủy sản trong quá trình chế biến, hoặc do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ.

Các vi trùng gây bệnh:  Trong nước thải có chứa nhiều loại vi sinh vật gây bênh như vi khuẩn, virus, giun sán…chúng sống ký sinh trong các vật chủ, được thể hiện theo chỉ số ecoli, coliform.

Nhận xét chung: Nước thải chế biến thủy sản có tải lượng các chất ô nhiễm ( COD, BOD)  lớn, khi thải vào nước sông ngòi kênh rạch sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn tiếp nhận, phá hủy hệ sinh thái, ảnh hưởng đến cộng đồng. Hàm lượng Nito, Photpho trong nước cao gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận làm nước có màu và mùi khó chịu đặc biệt là lượng oxy hoà tan trong nước giảm mạnh gây ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của hệ thủy sinh trong nước.

 

Giới thiệu sơ bộ công nghệ xử lý nước thải thủy sản.

Do đặc thù ngành chế biến thủy sản, nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao vì trong đó có protein, dầu, chất rắn lơ lửng và chứa lượng Phophat và Nitrat. Dòng thải từ chế biến thủy sản còn chứa những mẩu thịt, xương nguyên liệu, máu, chất béo, các chất hòa tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa và các tác nhân làm sạch khác trong đó có nhiều hợp chất khó phân hủy.

Lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố quy chuẩn/tiêu chuẩn đầu ra, thành phần, lưu lượng của nước thải, và giá thành xử lý. Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau:

+ Cơ học như: sàng, lọc, lắng để tách các tạp chất thô như cặn bẩn, xơ sợi, rác…

+ Hóa lý như trung hòa các dòng thải có tính kiềm, axit cao; đông keo tụ để khử màu, các tạp chất lơ lửng và các chất khó phân hủy sinh học; phương pháp oxi hóa, hấp phụ.

+ Sinh học để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học .

Trong các phương pháp trên ta chọn phương pháp sinh học là phương pháp chính, vì thành phần chủ yếu trong nước thải ngành chế biến thủy sản là chất hữu cơ. Công trình xử lý sinh học thường đặt sau công trình xử lý cơ học và hóa lý.

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học.

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các công trình và thiết bị như song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ…Đây là các thiết bị công trình xử lý sơ bộ nhằm loại bỏ các tạp chất phân tán thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thoát nước và các công trình xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định.

 Song chắn rác:

Song chắn rác đặt trước công trình làm sạch nước thải để loại bỏ tạp chất có trong nước thải (thịt vụn, đầu, xương cá ) nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định.

Song chắn rác là các thanh đan xếp kế tiếp nhau với các khe hở từ 16 đến 50mm, các thanh có thể bằng thép, inox, nhựa hoặc gỗ. Tiết diện hình chữ nhật, hình tròn hoặc elip. Các song chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy một góc 50 đến 90⁰ để giữ rác lại. Tùy theo kích thước khe hở, SCR được phân làm loại thô, loại trung bình và loại mịn.

Bể lắng cát.

Để tách các hạt rắn vô cơ không tan có kích thước từ 0,2-2mm ra khỏi nước thải. Đảm bảo cho các thiết bị cơ khí (bơm, cánh quạt, động cơ) không bị cát sỏi bào mòn, tránh tắc các đường ống dẫn.

Bể lắng.

Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc dựa vào sự khác nhau giữa trọng lượng các hạt cặn có trong nước thải. Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 ÷ 95% lượng cặn có trong nước hay sau khi xử lý sinh học.

Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt một trước công trình xứ lý sinh học và bể lắng đợt hai sau công trình xứ lý sinh học.

Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm.

Bể điều hòa.

Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ của dòng thải vào hệ thống xử lý giúp cho các công trình xử lý phía sau hoạt động ổn định.

Bể điều hoà làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu cơ, giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học. Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hoà ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.

Bể điều hòa được phân loại như sau:

+ Bể điều hòa lưu lượng.

+ Bể điều hòa nồng độ.

+ Bể điều hòa cả nồng độ và lưu lượng.

Hiệu quả xử lý của phương pháp cơ học:

Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không tan trong nước thải và giảm BOD đến 30%. Để tăng hiệu suất làm việc của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, hiệu quả xử lý có thể đạt 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50% theo BOD.

Bể vớt dầu mỡ

Nước thải chứa dầu mỡ có khối lượng riêng nhỏ hơn nước. Đó là những chất nổi, chúng sẽ gây ảnh hưởng xấu tới các công trình thoát nước (mạng lưới và các công trình xử lý). Vì vậy, phải thu hồi những chất này trước khi xả  vào hệ thống thoát nước sinh hoạt và sản xuất. Các chất mỡ sẽ bít kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong bể lọc sinh học… và chúng sẽ phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể aeroten, gây khó khăn trong quá trình lên enzim cặn…

Theo tiêu chuẩn dòng thải, không cho phép xả nước thải chứa dầu mỡ vào nguồn tiếp nhận nước vì chúng sẽ tạo thành một lớp váng mỏng phủ lên diện tích mặt nước khá lớn, gây khó khăn cho quá trình hấp thụ oxy của không khí vào nước, làm cho quá trình tự làm sạch của nguồn nước bị cản trở. Mặt khác, dầu mỡ trong nước thải là một nguyên liệu có thể chế biến và dùng lại trong sản xuất và công nghệ.

Vì vậy, nước thải có hàm lượng dầu mỡ cao (như nước thải các nhà ăn, xưởng chế biến thức ăn, xí nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến thủy sản…) trước khi xử lý phải cho qua bể tách dầu mỡ.

Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học, hóa lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp này là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải. Những phương pháp hóa học và hóa lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: phương pháp trung hòa, phương pháp keo tụ tạo bông, phương pháp oxi hóa khử, phương pháp tuyển nổi, phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion.

Phương pháp hóa học.

 Phương pháp trung hòa, điều chỉnh pH.

Trung hòa các dòng nước thải có chứa axit hoặc kiềm. Giá trị pH của nước thải ngành chế biến thủy sản dao động trong khoảng rộng, mặt khác các quá trình xử lý hóa lý và sinh học đều đòi hỏi một giá trị pH nhất định để đạt được hiệu suất xử lý tối ưu. Do đó trước khi đưa sang thiết bị xử lý, dòng thải cần được điều chỉnh pH tới giá trị thích hợp(6,5÷8,5). Trung hòa có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

– Trộn lẫn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm

– Sử dụng các tác nhân hóa học như H₂SO₄, HCl, NaOH, CO₂.

– Lọc nước thải axit bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa

– Trung hòa bằng các khí axit

→ Điều chỉnh pH thường kết hợp thực hiện ở bể điều hòa hay bể chứa nước thải.

Phương pháp Oxy hóa-khử.

Phương pháp này sử dụng các chất oxi hóa như Cl ở dạng khí và dạng hóa lỏng để oxi hóa các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxi hoá chỉ dùng được trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng các phương pháp khác.

Khử trùng

Khử trùng là khâu cuối trong dây chuyền công nghệ để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trước khi xả ra nguồn yêu cầu chất lượng cao hoặc khi cần thiết sử dụng lại nước thải. Các phương pháp thường sử dụng là: chlorine, chlorine dioxide, bromide chlorine, ozone…

Phương pháp hóa lý.

Phương pháp tuyển nổi

Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan, khó lắng. Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt.

Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp dụng trong trường  hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện.Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng của các bọt khí tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu. Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí. Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 – 30.10^-3 mm.

Keo tụ- tạo bông

Đây là phương pháp được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10^-7-10^-8 cm).Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng. Trong phương pháp này người ta dùng các loại phèn nhôm hay phèn sắt cùng với sữa vôi như sunfat sắt, sunfat nhôm hay hỗn hợp của các loại phèn này và hydroxyt canxi Ca(OH)₂ với mục đích khử màu và một phần COD. Về nguyên lý khi dùng phèn nhôm hay phèn sắt sẽ tạo thành các bông hydroxyt nhôm hay hydroxyt sắt III. Các chất màu và các chất khó phân hủy sinh học bị hấp phụ vào các bông cặn này và lắng xuống tạo bùn của quá trình đông keo tụ.

Để tăng tính hiệu quả của quá trình keo tụ, tăng tốc độ sa lắng cũng như tốc độ nén của các hạt keo người ta thường dùng bổ xung các chất trợ keo, còn gọi là polyme kết bông. Bản chất hóa học của polyme này là poliacrylat và copolime của nó. Do không có quá trình thủy phân tạo ra H⁺ nên polyme không làm biến đổi pH của nước. Tính hiệu quả cao của polime trợ keo thể hiện ở chỗ chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ vào trong nước. Khi đó các hạt keo không tan lơ lửng được tách thành khối riêng biệt và nước trở nên trong. Khác với chất keo tụ, quá trình làm trong chỉ xảy ra khi sử dụng liều lượng chất trợ keo thích hợp. Nếu dùng quá dư sẽ xảy ra hiện tượng bền hệ keo, hạt keo lơ lửng khó lắng.

+ Các muối nhôm gồm có: Al₂(SO₄)₃.18H₂O, NH₄Al(SO₄)₂.12H₂O, NaAlO₂… Trong đó sử dụng rộng rãi nhất là  Al₂(SO₄)₃ vì Al₂(SO₄)₃  hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp, hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 5- 7,5.

+ Các muối sắt gồm có: Fe₂(SO₄)₃.2H₂O, Fe₂(SO₄)₃.3H₂O, FeSO₄.7H₂O và FeCl₃.

Phương pháp hấp phụ.

Phương pháp hấp phụ thường được dùng để xử lý các chất không có khả năng phân hủy sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó có khả năng phân hủy sinh học. Các chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, than nâu, bentonit (đất sét biến tính)… Trong đó, than hoạt tính là chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả, nó có bề mặt riêng lớn (400 – 1500m²/g). Tuy nhiên, thời gian và tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất, cấu trúc của chất tan, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, loại chất hấp phụ và chất cần hấp phụ.

Nhược điểm của việc dùng than hoạt tính là giá thành cao và khó lắng nếu là than bột, vì vậy nên dùng kết hợp than với các chất tạo bông và keo tụ. Có thể tái sinh để sử dụng lại than hoạt tính bằng cách nung nóng trong điều kiện yếm khí.

Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp sinh học

Xử lý sinh học là quá trình xử lý nước thải chính. Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản. Phương pháp sinh học có thể xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải.

Quá trình sinh học gồm các bước:

1. Chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các vỏ tế bào vi sinh.
2. Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải.
3. Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng trọng lực.

Các phương pháp xử lý sinh học là: Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và phương pháp xử lý sinh học yếm khí.

Phương pháp xử lý hiếu khí:

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí cáo thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. trong điều kiện tự nhiên, quá trình diễn ra với hiệu suất thấp và chậm hơn so với quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo.

Phương pháp này thường áp dụng với những loại chất thải có hàm lượng COD = 500-2000 mg/l.

Nguyên tắc xử lý: Phương pháp này lợi dụng khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí. Do đó trong điều kiện xử lý nhân tạo, để nâng cao hiệu suất xử lý người ta bổ sung liên tục oxi và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20-40⁰C. Có nhiều phương pháp xử lý hiếu khí như: bể aerotank, lọc sinh học, mương oxy hóa,…

• Các yếu tố ảnh hưởng.
• Ảnh hưởng của độ oxy hòa tan (DO)

Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi phải cấp đủ lượng oxy cho quá trình oxy hóa của vi sinh vật. Lượng DO thích hợp 2-4 mg/l. Nhu cầu oxy cũng phụ thuộc rất lớn vào bản chất của các chất ô nhiễm và được thể hiện qua hệ số oxy hóa (k_oxh) của mỗi đối tượng: k_COD = 0,68; k_BOD = 1,45; k_Nhữucơ = 4,57

– Ảnh hưởng của nhiệt độ: Mỗi vi sinh vật thích hợp với một dải nhiệt độ nhất định. Nước thải có nhiệt độ T = 16⁰ ÷ 37⁰C là phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí. Nhiệt độ tối ưu là T_opt = 20⁰ ÷ 30⁰C.

+ Ảnh hưởng của pH

pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt lực của hệ enzim oxi hóa khử, và do đó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hóa. Nước thải đưa vào xử lý sinh học hiếu khí có pH = 5 ÷ 9 là phù hợp, giá trị tối ưu là pH_opt = 7÷ 8.

+ Ảnh hưởng của dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải như là chất dinh dưỡng cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho quá trình trao đổi chất. Trong xử lý hiếu khí tỷ lệ C : N : P = 100 : 5 : 1 là phù hợp. Nếu C : N < 20 :1 là dư thừa nitơ, vi sinh vật sẽ phát triển quá nhanh, làm bùn có màu trắng, còn nếu C : N > 20 : 1 nghĩa là thiếu nitơ, vi khuẩn sẽ bị chết, cản trở quá trình sinh hóa các chất bẩn hữu cơ, tạo bùn hoạt tính  khó lắng.

+ Ảnh hưởng của tỷ lệ F/M: ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý.Nếu F/M > 1 là dư thừa chất dinh dưỡng, F/M <1 là môi trường nghèo dinh dưỡng.

+ Ảnh hưởng của một số chất ức chế: Chất ức chế làm thay đổi áp suất thẩm thấu và ức chế tế bào vi sinh. Các kim loại nặng như đồng, crom, kẽm, niken, chì, thủy ngân và các ion như xyanua, florua, bicacbonat tồn tại trong quá trình phân hủy sẽ gây phản ứng hoặc giữ nguyên một số enzim hoặc phá hủy bản chất làm biến đổi tính thẩm thấu của tế bào vi sinh, gây rối loạn sự sinh trưởng của vi khuẩn. Khi hàm lượng kim loại vượt quá mức cho phép thì chính bản thân các chất chuyển hóa trở thành chất ức chế hoạt động vi sinh.

Bể aerotank

Cơ chế: trong bể aerotank các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và tạo thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài loài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể làm thức ăn cho bất cứ loài vi sinh vật nào nữa. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể aerotank để duy trì nồng độ đủ vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lý bùn.

• Ưu điểm:

+ Hiệu quả xử lý cao và triệt để.

+ Tiết kiệm diện tích.

• Nhược điểm:

+ Chi phí xây dựng  và chi phí vận hành  lớn.

+ Không có khả năng thu hồi năng lượng.

+ Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ.

+ Tạo lượng bùn dư lớn.

Bể lọc sinh học

Nguyên lý hoạt động: Hệ thống lọc thường làm việc theo nguyên tắc ngược chiều. nước thải được phân bố đều trên bề mặt và thấm qua lớp vật liệu đã cố định màng sinh học, tại đây các chất hữu cơ bị giữu lại và được vi sinh vật hiếu khí phân hủy thành CO₂ và H₂O. Oxy được cung cấp vào đáy thiết bị nhằm giúp quá trình oxi hóa được tốt hơn.

Màng sinh học chứa 3,75% chất khô có độ dày 50-700µ (độ dày tối ưu 150µ), lớp màng chia làm 2 vùng:

• Vùng yếm khí
• Vùng hiếu khí

Vùng yếm khí càng nhỏ thì hiệu quả oxy hóa càng cao, thời gian lưu của màng thường 10÷ 14 ngày. Khi các tế bào vùng yếm khí chết đi, màng sẽ tách khỏi vật liệu lọc và cuốn theo nước.

Vật liệu lọc sử dụng trong các bể lọc sinh học yêu cầu phải có diện tích bề mặt/Đơn vị diện tích lớn như: Đá cục, than đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (kích thước 60 – 100mm) hoặc sử dụng vật liệu lọc bằng nhựa PVC đúc sẵn.

Có thể chia bể lọc sinh học thành :

–  Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập trong nước (Lọc phun, lọc nhỏ giọt)

–  Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước

Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hoá, trao đổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. trong đó cần chú ý: BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất hữu cơ, chiều dày màng sinh học, độ thấm ướt của màng, cường độ sục khí, tính chất của nước thải, mức độ phân bố đều nước thải theo diện tích tiết diện.

Mương oxy hóa.

Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương. Hàm lượng bùn trong mương oxy hóa tuần hoàn duy trì từ 4000-6000 mg/l. Hàm lượng oxy hòa tan được cung cấp bởi thiết bị cấp khí bề mặt. Hàm lượng DO trong vùng hiếu khí  trên 2,2 mg/l diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ và nitrat hóa. Trong vùng thiếu khí hàm lượng DO thấp hơn từ 0,5-0,8 mg/l diễn ra quá trình khử nitrat.

Hỗn hợp bùn và nước thải khi đã trải qua thời gian xử lý trong mương oxy hóa được dẫn qua bể lắng nhằm tiến hành tách bùn ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng trọng lực.Bùn được tuần hoàn lại mương oxy hóa nhằm duy trì nồng độ bùn nhất đinh trong bể.

-Ưu điểm:

+ Xử lý hiệu quả BOD, nito và photpho.

+ Quản lý đơn giản.

+ Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng của nước thải.

+ Không cần xử lý ổn định bùn.

-Nhươc điểm:

+ Diện tích xây dựng lớn.

• Hồ hiếu khí

Là loại hồ cạn, độ sâu lớp nước trong hồ 0,4-0,8m để cho ánh sáng mặt trời xâm nhập sâu vào lớp nước. Lượng oxy cho các quá trình sinh hóa chủ yếu là oxy trong không khí xâm nhập qua bề mặt và hoạt động quang hợp của thực vật trong nước.Tải lượng của hồ khoảng 250-300 kgBOD/ha.ngày; thời gian lưu nước khoảng 3-12 ngày. Do độ sâu nhỏ và thời gian lưu nước lớn do đó hồ hiếu khí có thể kết hợp xử lý nước thải và nuôi trồng thủy sản.

Đối với hồ hiếu khí nhân tạo (cung cấp oxy cưỡng bức) thì chiều sâu hồ có thể 2-4,5m; tải lượng 400 kgBOD/ha.ngày; thời gian lưu nước 1-3 ngày.

Phương pháp xử lý yếm khí.

Quá trình xử lý yếm khí là quá trình phân giái yếm khí các hợp chất hữu co, vô cơ có thế chuyển hóa nhờ vi sinh vật hô hấp yếm khí và hô hấp tùy tiện. phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD và cặn lơ lửng cao (BOB >1800 mg/l; SS nằm trong khoảng 300÷400mg/l). Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của quá trình này là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH₄ và CO₂.

Mô tả quá trình chuyển hóa yếm khí.

Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh vật yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

* Giai đoạn 1: Thủy phân.

– Các hợp chất hữu cơ phức tạp: protein, gluxit, lipit… được vi sinh vật thủy phân tạo thành các hợp chất hữu cơ đơn giản: các axit a.min, đường đơn giản,..

– Tác nhân sinh học của quá trình thủy phân: Bacillus, proteus, pseudomonas, microcoscus.

* Giai đoạn 2: lên men các axit hữu cơ.

Các sản phẩm thủy phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa. Trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ: axit propionic, axit butyric, axit lactic, các chất trung gian như rượu, andehit, axeton.

– Tác nhân sinh học: Clotridium, bacteriodes, bacillus.

*Giai đoạn 3: giai đoạn lên men tạo axit axetic.

Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn: axit béo, axit lactic,…sẽ được chuyển hóa thành axit axetic.

Axit lactic                              axit propionic + axit axetic

*Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hóa.

– Nhóm vi khuẩn tạo khí metan chuyển hóa hydro và axit axetic thành khí metan và khí cacbonic.

CH₃COOH  CH₄ + CO₂( tạo 70% CH₄ );

4H₂ + CO₂CH₄  + H₂O.( tạo 30% CH₄ ).

– Tác nhân sinh học: Lên men trong nhiệt độ ấm từ 25-35^oC (Methanocoscus, methanosarcina, methanobacteridium). Lên men trong nhiệt độ nóng từ 37-55^oC               ( Methanobacilus, methanospirillum, methanothix).

Các yếu tố ảnh hưởng.

–Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nếu nhiệt độ lớn quá vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt. Nếu nhiệt độ quá nhỏ sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, vi sinh vật kết bào tử và không tham gia chuyển hóa. Nhiệt độ <10⁰C vi khuẩn metan hầu như không hoạt động.

– Ảnh hưởng của PH: Mỗi một giai đoạn khác nhau thích hợp với một khoảng PH khác nhau, cần phải cân đối sao cho trong khoảng thích hợp của vi sinh vật trong qúa trình chuyển hóa.

+ Vi sinh vật thủy phân thích hợp với PH trong khoảng 4-7 ( tối ưu từ 5-7).

+ Vi khuẩn metan thích hợp với PH trong khoảng 6,8-7,5.Nếu pH giảm thì ngưng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng axit tăng lên dẫn đến làm chết các vi khuẩn tạo khí metan.Nếu PH < 4,2 gây chết vi khuẩn metan. PH trong khoảng 4,2-6,4 sẽ gây ức chế quá trình chuyển hóa metan.

– Thời gian lưu của bùn: Thường từ 10 đến 15 ngày. Nếu thời gian nhỏ hơn 10 ngày vi sinh vật metan sẽ bị cạn kiệt, lúc này vi sinh vật bị loại bỏ lớn hơn vi sinh vật sinh ra.

– Thời gian lưu của nước: Phụ thuộc nhiều vào chất lượng nước đầu vào. Nếu thời gian lưu quá nhỏ, nước thải chưa được tiếp xúc với vi sinh vật để tham gia chuyển hóa dẫn đến hiệu quả thấp. Nếu thời gian lưu quá lớn, nước thải đạt yêu cầu nhưng chi phí lớn do phải xây dựng bể lớn.

– Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng:

Hàm lượng C/N = 30/1. Nếu N quá lớn trong quá trình khử amin sẽ tạo NH₄ là chất gây ức chế vi khuẩn metan. Với nồng độ NH₄ >0.15mg/l vi khuẩn metan ngừng hoạt động.Nếu lương N nhỏ sẽ không thực hiện được quá trình tổng hợp sinh khối.

Hàm lượng N/P là 7/1.

– Ảnh hưởng của các chất độc : Chì, cacdimi, kim loại nặng, dung môi hữu cơ.. làm thay đổi áp suất thẩm thấu của tế bào, gây rối loạn sự sinh trưởng của vi khuẩn.

Lượng muối quá lớn ảnh hưởng tới áp suất thẩm thấu của tế bào.

+ Nếu muối ≤ 600 mg/l : vi sinh vật phát triển bình thường

+ Nếu muối ≥ 1000 mg/l : vi sinh vật chết

+ Trong khoảng 600-1000 mg/l : vi sinh vật phát triển trì trệ

– Quá trình khuấy trộn: Phải đảm bảo để nước thải được tiếp xúc với vi sinh vật nhiều nhất.

Bể biogas

Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá dơn giản, được áp dụng phổ biến ở các trang trại và hộ gia đình. Bể biogascó ưu điểm là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác. Bùn cặn trong bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp. Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ…mà lượng khí sinh ra là khác nhau. Nước thải sau khi qua bể biogas, BOD giảm 79 – 87%, colifom giảm 98-99,7%, trứng giun sán 95,6-97%.

 Bể UASB

Nguyên tắc hoạt động : Nước thải sau khi điều chỉnh PH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đảm bảo phân phối đều nước trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc V=0,6 đến 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy, chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70-80% là metan, 20-30% là cacbonic). Bọt khi sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên trên va phải tấm chắn, hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí đi vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí. Nước trong dâng lên trên được thu vào máng dẫn sang bể làm sạch hiếu khí (làm sạch đợt 2). Khí biogass được dàn ống thu về bình chứa theo ống dẫn khí đốt đi ra ngoài.