Tổng quan nghiên cứu

Ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế với tổng sản lượng đạt trên 5,2 triệu tấn năm 2011 và kim ngạch xuất khẩu đạt hơn 6,11 tỷ USD, đứng trong top 10 nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, quá trình chế biến thủy sản tạo ra lượng lớn nước thải có tải trọng hữu cơ cao cùng các chất dinh dưỡng như nito và photpho, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận nếu không được xử lý hiệu quả.

Nghiên cứu tập trung đánh giá ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến khả năng loại bỏ đồng thời nito và photpho trong nước thải chế biến thủy sản bằng mô hình kết hợp AAO-BAF (Anaerobic/Anoxic/Aerobic - Biological Aerated Filter). Mô hình được vận hành với tải trọng hữu cơ từ 0,50 đến 1,25 kg COD/m³.ngày, tương ứng với thời gian lưu nước giảm từ 21,6 xuống 9,82 giờ. Mục tiêu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý COD, nito và photpho, đáp ứng tiêu chuẩn QCVN II-MT: 2015/BTNMT, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

  • Quá trình nitrat hóa và khử nitrat sinh học: Nitrat hóa gồm hai giai đoạn oxy hóa ammonia thành nitrit và nitrit thành nitrat bởi vi sinh vật tự dưỡng. Khử nitrat là quá trình chuyển nitrat thành khí nitơ trong điều kiện thiếu khí, sử dụng các hợp chất hữu cơ làm chất nhận điện tử.
  • Xử lý photpho sinh học: Vi sinh vật tích lũy photpho (PAOs) hấp thu photpho dưới dạng polyphosphat trong tế bào, giải phóng photpho trong điều kiện kỵ khí và hấp thu lại trong điều kiện hiếu khí, giúp loại bỏ photpho hiệu quả.
  • Mô hình AAO-BAF: Kết hợp quá trình AAO (kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí) với bể lọc sinh học BAF nhằm giải quyết vấn đề thời gian lưu bùn đối nghịch giữa vi sinh vật nitrat hóa và PAOs, tăng hiệu quả xử lý đồng thời COD, nito và photpho.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nước thải giả lập từ phế phẩm thủy sản đã xử lý sơ bộ, mô hình AAO-BAF quy mô phòng thí nghiệm với thể tích 54L (AAO 36L, BAF 18L).
  • Phương pháp phân tích: Lấy mẫu đầu vào và đầu ra từng bể, phân tích các chỉ tiêu COD, SS, NH4+-N, NO3--N, NO2--N, TKN, TP, MLSS theo tiêu chuẩn QCVN và Standard Methods.
  • Timeline nghiên cứu: Thí nghiệm vận hành từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2017, với giai đoạn thích nghi tải trọng hữu cơ từ 0,22 đến 0,50 kg COD/m³.ngày, sau đó tăng dần đến 1,25 kg COD/m³.ngày, thời gian lưu nước giảm từ 21,6 xuống 9,82 giờ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  • Hiệu suất xử lý COD: Duy trì ổn định trên 80% trong suốt quá trình thí nghiệm, không bị ảnh hưởng đáng kể bởi tải trọng hữu cơ thay đổi.
  • Hiệu quả loại bỏ nito và photpho: Tại tải trọng 0,75 kg COD/m³.ngày, hiệu suất loại bỏ tổng nito (TN), NH4+-N và photpho tổng (TP) đạt lần lượt 90%, 99% và 85%, nồng độ đầu ra đạt tiêu chuẩn cột A QCVN II-MT: 2015/BTNMT.
  • Giảm hiệu suất ở tải trọng cao: Khi tải trọng tăng lên 1,25 kg COD/m³.ngày, hiệu suất loại bỏ TN, NH4+-N và TP giảm mạnh còn 62%, 67% và 48% tương ứng.
  • Ảnh hưởng thời gian lưu nước: Thời gian lưu nước giảm từ 21,6 giờ xuống 9,82 giờ tương ứng với tăng tải trọng hữu cơ, ảnh hưởng đến khả năng xử lý sinh học.

Thảo luận kết quả

Sự ổn định trong xử lý COD cho thấy mô hình AAO-BAF có khả năng xử lý hiệu quả chất hữu cơ trong nước thải chế biến thủy sản. Hiệu suất loại bỏ nito và photpho đạt cao ở mức tải trọng vừa phải nhờ sự phối hợp giữa quá trình AAO và bể BAF, giải quyết được vấn đề thời gian lưu bùn đối nghịch giữa vi sinh vật nitrat hóa và PAOs.

Giảm hiệu suất ở tải trọng cao có thể do sự cạnh tranh nguồn carbon và thời gian lưu nước ngắn không đủ cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat hoàn chỉnh. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả xử lý dinh dưỡng trong nước thải. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất xử lý theo từng tải trọng để minh họa rõ ràng xu hướng này.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Tối ưu tải trọng hữu cơ vận hành: Duy trì tải trọng hữu cơ khoảng 0,75 kg COD/m³.ngày để đạt hiệu suất xử lý nito và photpho cao nhất, giảm thiểu ô nhiễm đầu ra.
  • Kiểm soát thời gian lưu nước: Đảm bảo thời gian lưu nước không dưới 10 giờ để vi sinh vật có đủ thời gian xử lý các chất dinh dưỡng hiệu quả.
  • Bổ sung nguồn carbon thích hợp: Ứng dụng nguồn carbon nội sinh hoặc ngoại sinh để hỗ trợ quá trình khử nitrat, đặc biệt khi tải trọng hữu cơ cao.
  • Giám sát và điều chỉnh DO, pH: Duy trì nồng độ oxy hòa tan trong bể BAF từ 3-4 mg/L và pH trong khoảng 7,0-7,4 để tối ưu quá trình nitrat hóa và khử nitrat.
  • Chủ thể thực hiện: Các nhà máy chế biến thủy sản, đơn vị quản lý môi trường và các nhà nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Các nhà quản lý môi trường: Hỗ trợ xây dựng chính sách và quy chuẩn xử lý nước thải ngành thủy sản.
  • Kỹ sư và chuyên gia xử lý nước thải: Áp dụng mô hình AAO-BAF để thiết kế và vận hành hệ thống xử lý hiệu quả.
  • Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu sâu về công nghệ xử lý đồng thời nito và photpho.
  • Doanh nghiệp chế biến thủy sản: Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường, giảm chi phí vận hành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình AAO-BAF là gì?
    Là hệ thống kết hợp quá trình kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí (AAO) với bể lọc sinh học (BAF) nhằm xử lý đồng thời COD, nito và photpho trong nước thải.

  2. Tại sao tải trọng hữu cơ ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý?
    Tải trọng hữu cơ cao làm giảm thời gian lưu nước và gây cạnh tranh nguồn carbon, ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật nitrat hóa và khử nitrat.

  3. Hiệu suất xử lý COD trong nghiên cứu đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất xử lý COD luôn duy trì trên 80% trong suốt quá trình thí nghiệm.

  4. Tiêu chuẩn nước thải sau xử lý đạt được là gì?
    Nồng độ TN, NH4+-N và TP đầu ra đạt cột A theo QCVN II-MT: 2015/BTNMT ở tải trọng hữu cơ 0,75 kg COD/m³.ngày.

  5. Lợi ích của việc áp dụng mô hình AAO-BAF?
    Giải quyết được vấn đề thời gian lưu bùn đối nghịch, nâng cao hiệu quả xử lý đồng thời nito và photpho, giảm chi phí vận hành và lượng bùn thải.

Kết luận

  • Mô hình AAO-BAF có khả năng xử lý đồng thời COD, nito và photpho trong nước thải chế biến thủy sản hiệu quả.
  • Tải trọng hữu cơ tối ưu khoảng 0,75 kg COD/m³.ngày cho hiệu suất xử lý cao nhất.
  • Thời gian lưu nước và điều kiện vận hành như DO, pH ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý.
  • Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ xử lý nước thải ngành thủy sản, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường hiện hành.
  • Khuyến nghị áp dụng mô hình trong thực tế và tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô, tối ưu hóa vận hành.

Hãy bắt đầu áp dụng mô hình AAO-BAF để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và bảo vệ môi trường ngành chế biến thủy sản ngay hôm nay!