Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản

Đồ án tốt nghiệp mẫu thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy thủy sản. Tài liệu tham khảo đầy đủ các chương, tính toán thiết kế và chi phí.

• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Đồ án xử lý nước thải nhà máy thủy sản
• Loại tài liệu: Đồ án

Tóm tắt

I. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến thủy sản Việt Nam

Việt Nam sở hữu hơn 3000km bờ biển với thềm lục địa kéo dài và nguồn lợi thủy hải sản phong phú. Ngành chế biến thủy sản (CBTS) đã trải qua hai giai đoạn phát triển chính. Từ năm 1976-1989, ngành hoạt động với công nghệ lạc hậu, chủ yếu sản xuất nước mắm và sản phẩm khô thủ công. Từ năm 1990 đến nay, ngành CBTS đã bước vào giai đoạn hiện đại hóa với tốc độ tăng trưởng 5-8% về sản lượng và 10-25% về giá trị xuất khẩu. Đến năm 2005, tổng sản lượng khai thác đạt 2,95 triệu tấn, trong đó sản lượng nuôi trồng là 1,19 triệu tấn. Ngành CBTS đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, tạo ra giá trị xuất khẩu cao và đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước.

1.1. Tiềm năng và lợi thế của ngành thủy sản Việt Nam

Biển Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới dầu phú với hàng ngàn đảo lớn nhỏ. Các đầm phá, rừng ngập mặn ven biển có diện tích gần một triệu hecta, cung cấp gần 3.000 tấn tôm nuôi và 40.000 tấn thủy sản có giá trị thương mại mỗi năm. Hai dòng hải lưu nóng ấm cùng phù sa từ các sông lớn tạo nên điều kiện sinh thái lý tưởng cho phát triển thủy sản. Sản lượng đánh bắt mỗi năm có thể lên đến hàng triệu tấn, tạo nền tảng vững chắc cho ngành chế biến.

1.2. Sự phát triển công nghệ chế biến thủy sản đông lạnh

Từ năm 1991, công nghệ CBTS đông lạnh được ứng dụng rộng rãi trên toàn nước. Cơ cấu sản phẩm đã biến động mạnh mẽ, với sản phẩm nguyên con (IQF) chất lượng cao tăng từ 20% lên trên 50%, trong khi sản phẩm dạng khối giảm từ 80% xuống dưới 50%. Đồng thời, ngành phát triển các công nghệ giá trị gia tăng cao như chế biến đồ hộp, sản phẩm thủy sản ăn liền và công nghệ sản xuất Agar quy mô công nghiệp.

II. Đặc trưng môi trường và vấn đề ô nhiễm nước thải ngành CBTS

Nước thải từ ngành chế biến thủy sản chứa lượng chất hữu cơ lớn và các thành phần sinh mùi, gây ô nhiễm nặng cho các nguồn tiếp nhận nước. Ngành CBTS phát sinh nước thải với lượng lớn, đặc biệt từ các quy trình rửa, làm sạch và xử lý nguyên liệu. Nếu không có biện pháp xử lý kịp thời, nước thải này sẽ dẫn đến suy giảm chất lượng cuộc sống và gây tổn thất cho nhiều ngành kinh tế. Bên cạnh khí thải và chất thải rắn, nước thải CBTS là yếu tố môi trường cần được ưu tiên giải quyết do những hậu quả xấu nhất. Việc tìm được biện pháp xử lý cuối đường ống thích hợp là mối quan tâm lớn của các cơ sở sản xuất hiện nay.

2.1. Thành phần chính của nước thải chế biến thủy sản

Nước thải CBTS là hỗn hợp phức tạp bao gồm chất hữu cơ dễ phân hủy, axit béo, protein, lipid và các chất khác. Hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ và nitơ-phốt pho rất cao, tạo nên tính chất ô nhiễm mạnh. Ngoài ra, nước thải còn chứa các vi sinh vật bệnh sinh và các thành phần sinh mùi, làm tăng độ khó của quá trình xử lý.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước thải đến môi trường

Nước thải CBTS không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước ngọt và biển. Lượng chất hữu cơ lớn làm tăng nhu cầu oxy, gây thiếu oxy trong nước và dẫn đến chết cá. Sự ô nhiễm này còn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, thủy sản và sức khỏe cộng đồng địa phương, làm chậm tốc độ phát triển kinh tế bền vững.

III. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp hiện đại

Để đảm bảo phát triển bền vững, việc xử lý nước thải CBTS đòi hỏi áp dụng công nghệ hiện đại và thân thiện với môi trường. Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp gồm ba nhóm chính: xử lý vật lý (lắng, lọc, niên hóa), xử lý hóa học (đốc tụa, trung hòa), và xử lý sinh học (vi sinh vật, enzyme). Đối với nước thải CBTS, phương pháp xử lý kết hợp giữa tiền xử lý, sinh học và hậu xử lý là hiệu quả nhất. Các biện pháp quản lý môi trường như tiết kiệm nguyên liệu, cải tiến công nghệ-thiết bị phải được thực hiện song song với xử lý nước thải cuối đường ống để giảm thiểu ô nhiễm tối đa.

3.1. Xử lý vật lý và hóa học nước thải CBTS

Tiền xử lý vật lý bao gồm lắng tự nhiên, lọc lưới để loại bỏ chất rắn lớn và giảm lượng chất rắn lơ lửng. Xử lý hóa học sử dụng các tác nhân đốc tụa và trung hòa để chuẩn bị nước cho quá trình sinh học. Các phương pháp này giảm từ 40-60% tải ô nhiễm ban đầu và giúp nước đạt điều kiện thích hợp cho xử lý sinh học.

3.2. Xử lý sinh học phương pháp xử lý hiệu quả

Xử lý sinh học là phương pháp chủ yếu để loại bỏ chất hữu cơ từ nước thải CBTS. Quá trình hiếu khí sử dụng vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành CO₂ và H₂O, loại bỏ 70-90% chất hữu cơ. Hệ thống quỳ khí được sử dụng để loại bỏ nitơ-phốt pho. Hậu xử lý bao gồm lắng lọc cuối để loại bỏ bùn và khử mùi trước khi xả nước vào môi trường.

IV. Quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải CBTS

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản phải dựa trên phân tích tính chất nước thải, lượng nước thải phát sinh, tiêu chuẩn xả nước và điều kiện địa phương. Đồ án này phối hợp tính toán chi tiết từ các công thức kỹ thuật, kinh nghiệm quốc tế và điều kiện Việt Nam để thiết kế hệ thống hiệu quả. Quy trình bao gồm năm bước chính: khảo sát nước thải, lựa chọn công nghệ, tính toán thiết kế, đánh giá kinh tế và xây dựng kế hoạch vận hành. Mục tiêu cuối cùng là đảm bảo nước thải xả ra đạt tiêu chuẩn môi trường QCVN, giảm thiểu tác động đến sinh thái và cộng đồng.

4.1. Khảo sát và đánh giá tính chất nước thải

Bước đầu tiên là khảo sát chi tiết lượng nước thải, hàm lượng chất ô nhiễm (BOD, COD, TSS, N, P), độ pH và các chỉ tiêu khác. Dữ liệu này được so sánh với tiêu chuẩn QCVN để xác định mức độ xử lý cần thiết. Tính toán lưu lượng tối đa dựa trên quy mô sản xuất và thời gian hoạt động nhà máy để định dung tích các bể xử lý.

4.2. Tính toán chi phí và hiệu quả kinh tế

Chi phí xây dựng hệ thống bao gồm chi phí nguyên vật liệu, nhân công, máy móc thiết bị. Chi phí vận hành hằng năm bao gồm năng lượng, hóa chất, nhân công. Đánh giá hiệu quả kinh tế qua chỉ số chi phí xử lý một mét khối nước thải và thời gian hoàn vốn. Lựa chọn phương án tối ưu giữa hiệu quả môi trường và khả năng tài chính của nhà máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN VIỆT NAM VÀ ĐẶC TRƯNG MÔI TRƯỜNG TRONG NGÀNH CBTS 1. QUÁ TRÌNH, XU THẾ PHÁT TRIỂN NGÀNH CBTS VÀ VỊ THẾ CỦA NGÀNH CBTS ĐỐI VỚI NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN: Việt Nam có hơn 3000km bờ biển, thềm lục địa kéo dài cùng với hàng ngàn đảo lớn nhỏ. Biển Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới có nhiều sông lớn cùng nhiều con sông nhỏ đổ ra biển Đông dồi dào phù sa kết hợp hai dòng hải lưu nóng ấm hình thành biển Việt Nam dồi dào phong phú nguồn lợi thuỷ hải sản, sản lượng đánh bắt mỗi năm có thể lên tới hàng triệu tấn thuỷ hải sản. Bên cạnh đó các đầm phá, rừng ngập mặn ven biển có diện tích gần một triệu hecta, mỗi năm có thể cung cấp gần 3.000 tấn tôm nuôi và 40.000 tấn thuỷ sản có giá trị thương mại.

Quá trình phát triển và xây dựng tiềm lực CBTS có thể khái quát qua hai thời kỳ sau: * Từ năm 1976 đến năm 1989: Thời kỳ hoạt động sản xuất của ngành CBTS ở trong tình trạng sa sút kéo dài. Dạng công nghệ CBTS chủ yếu là sản xuất nước mắm và sản phẩm khô với trình độ công nghệ lạc hậu, thủ công. * Từ năm 1990 đến nay: công nghiệp CBTS không chỉ phát triển về số lượng mà còn nâng cao về chất lượng với việc tăng cường đổi mới thiết bị công nghệ, áp dụng các chương trình quản lý sản xuất nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm, đa dạng hoá sản phẩm. Từ đó làm cơ sở cho mở rộng thị trường xuất khẩu và nâng cấp giá trị sản phẩm thuỷ sản.

Qua các giai đoạn, ngành thuỷ sản liên tục hoàn thành vượt mức toàn diện các chỉ tiêu kế hoạch Nhà nước giao với tốc độ tăng trưởng trung bình năm từ 5-8% về sản lượng khai thác và từ 10-25% về giá trị kim ngạch xuất khẩu. Đến năm 2005 tổng sản lượng khai thác đã đạt đến 2,95 triệu tấn, trong đó sản lượng khai thác tự nhiên là 1,76 triệu tấn và từ nuôi trồng thuỷ sản là 1,19 triệu tấn [13,14]. Từ năm 1991, điểm nổi bật trong hoạt động CBTS là việc ứng dụng rộng rãi, toàn diện công nghệ CBTS đông lạnh cả về số lượng và chất lượng trên phạm vi cả nước với tốc độ tăng trưởng mạnh. Cơ cấu sản phẩm sẽ biến động theo chiều hướng phát triển dạng sản phẩm nguyên con (IQF) có chất lượng cao từ 20% lên trên 50% và đồng thời sản phẩm dạng khối (Block) từ 80% sẽ giảm xuống dưới 50%.

Đồng thời phát triển các dạng công nghệ có giá trị gia tăng lớn như: chế biến đồ hộp, sản phẩm thuỷ sản ăn liền. Bên cạnh đó công nghệ sản xuất Agar quy mô công nghiệp cũng đã thành công nên dạng công nghệ này có đầy đủ điều kiện để phát triển. Với các dạng công nghệ CBTS truyền thống: nước mắm, sản phẩm khô, bột cá, nhìn 2 chung sản lượng sẽ tăng không đáng kể, duy trì ở mức ổn định và đảm bảo nhu cầu tiêu thụ nội địa [13,14]. Như vậy ngành CBTS nói chung và CBTS đông lạnh nói riêng là lĩnh vực mang lại giá trị xuất khẩu cao và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.

Nó không những đem lại nguồn lợi nhuận cao, đóng góp ngân sách cho nhà nước mà còn giải quyết công ăn việc làm cho hàng nghìn người lao động, đặc biệt là lao động nữ. Tuy ra đời muộn hơn so với các ngành công nghiệp khác, nhưng công nghiệp CBTS đã có đóng góp to lớn cho nền kinh tế của Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực xuất khẩu, đã thúc đẩy nền kinh tế thuỷ sản phát triển. GIỚI THIỆU MỘT SỐ DẠNG CÔNG NGHỆ CBTS ĐIỂN HÌNH: Dựa vào tính chất đặc thù của sản phẩm, quá trình chế biến và công nghệ sử dụng có thể chia công nghệ chế biến thuỷ sản thành một số công nghệ chế biến điển hình như sau: - Chế biến thủy sản đông lạnh - Chế biến sản phẩm đóng hộp - Chế biến thuỷ sản khô và chế biến bột cá - Chế biến agar 1. Công nghệ chế biến thủy sản đông lạnh: Theo quy trình công nghệ sản xuất, sản phẩm từ CBTSĐL được phân thành 2 nhóm: đông lạnh dạng tươi và đông lạnh dạng chín.

Nước sạch Nguyên liệu Hoá chất khử trùng (Tôm, cá, mực…) (Clorin, Javen) Sản xuất nước đá Tiếp nhận nguyên liệu (kiểm tra chất lượng, rửa sơ bộ, bảo quản nguyên liệu) Nước thải Bảo quản nguyên liệu (to= 05oC) Xử lý, rửa sạch nguyên liệu Nước (chặt, cắt, mổ, bóc, tách, đánh vẩy…) Nước thải Phân loại, rửa sạch Nước (phân hạng, phân cỡ, cân đo) Nước thải Xếp khuôn, cấp đông Nước đá (Dạng Block, IQF) Nước ngưng Tách khuôn, bao gói (Vào túi PE, đóng hộp cacton) Bảo quản sản phẩm ( to -20oC, Block, IQF) Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ CBTSĐL dạng tươi 3 Đối với công nghệ CBTSĐL, nhu cầu sử dụng nguyên liệu thường dao động từ 1,4-3 tấn/ tấn sản phẩm đối với các loại: cá, tôm, mực, bạch tuộc. Lượng nước tiêu thụ thường 30-80m3/tấn sản phẩm với chế độ dùng nước gần như liên tục trong suốt quá trình chế biến sản phẩm [15]. Nguyên liệu Hoá chất khử trùng Nước sạch (Tôm, cá, mực…) (Clorin, Javen) Sản xuất nước đá Tiếp nhận nguyên liệu (kiểm tra chất lượng, loại tạp chất, rửa sơ bộ) Nước thải Bảo quản nguyên liệu (to= 05oC) Xử lý, rửa sạch nguyên liệu Nước (chặt, cắt, mổ, bóc, tách, đánh vẩy…) Nước thải Phân loại, rửa sạch Nước (phân hạng, phân cỡ, cân đo) Nước thải Hơi nước Luộc hoặc nhúng theo mẻ Nước thải Làm mát (to 5oC) Xử lý: bóc vỏ tôm, cắt khoanh mực,… Xếp khuôn, cấp đông Nước đá (dạng Block, IQF) Nước ngưng Tách khuôn, bao gói (Vào túi PE, đóng hộp cacton) Bảo quản sản phẩm ( to -20oC, Block, IQF) Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ CBTSĐL dạng chín 1. Công nghệ chế biến đồ hộp: Đặc điểm của công nghệ sản xuất đồ hộp thuỷ sản là yêu cầu rất khắt khe về nguyên liệu: phải đảm bảo độ nguyên vẹn, thuộc loại “rất tươi”, kích thước tương đối đồng đều, không được gầy và nhỏ.

4 Nguyên liệu dạng Nguyên liệu dạng bán Nguyên liệu phối chế và tươi sống sản phẩm đông lạnh phụ gia (agar, nước dùng, dầu mỡ, cà chua, gia vị…) Phân loại – Rã đông, Rửa - Xử lý Nước nguyên liệu (chặt, cắt, mổ…) Nước thải Nước, Hơi nước Hấp chín, làm nguội Nước thải Nước Tách da, xương, philê, làm sạch Nước thải Cắt khúc, xếp hộp Rót dầu gia vị Nước Ghép nắp, rửa sạch Nước thải Thanh trùng Nước Làm nguội, rửa sạch, lau khô Nước thải Dán nhãn, bảo quản Hình 1.3 Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến đồ hộp cá 1. Công nghệ chế biến thủy sản khô và bột cá: Nguyên liệu là các loại cá, tôm, ruốc, mực… không được chứa nhiều mỡ và không đòi hỏi quá cao về độ tươi. Quá trình phơi khô được thực hiện ngoài trời và trong trường hợp có mưa hoặc không có nắng thì có thể dùng quạt gió, bếp than, lò sấy để làm khô sản phẩm. Nguyên liệu (cá, mực tôm…) Nước Xử lý nguyên liệu, rửa, loại tạp chất Nước thải Nước Luộc nguyên liệu, làm nguội Nước thải Ngâm, tẩm các loại gia vị Phơi khô hoặc sấy khô Phân hạng, bao gói, bảo quản Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ chế biến thủy sản khô 5 Nguyên liệu: cá và phế liệu Nước Rửa nguyên liệu, loại bỏ tạp chất Nước thải Nước Cắt nhỏ, hấp chín, ép nước Nước thải Ngô, đỗ các loại Hơi nước Sấy khô Sấy - nghiền Nước thải Nghiền bột Phối trộn Bao gói, bảo quản Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ chế biến bột cá theo phương pháp công nghiệp 1.

Công nghệ sản xuất Agar: Đây là dạng công nghệ có tính đặc thù, khác biệt so với các dạng công nghệ CBTS khác. Quá trình sản xuất sử dụng nhiều loại hoá chất để xử lý nguyên liệu trong điều kiện nhiệt độ cao với mục đích tách agar (sunfat polysacarit) ra khỏi rong câu. Hoá chất các loại Nguyên liệu (rong câu) Nước sạch Nước Rửa nguyên liệu, loại bỏ tạpchất Nước thải Dung dịch kiềm Xử lý kiềm (NaOH), rửa đến trung tính Nước thải Dung dịch NaOCl Tẩy trắng (NaOCl), rửa sạch Nước thải Dung dịch CH3COOH Xử lý axit (CH3COOH), rửa đến trung tính Nước thải Nấu chiết, lọc trong Để nguội đông Cắt sợi, cắt miếng Ép và cấp đông để Rã đông Sấy khô Bao gói tách nước vắt ráo nghiền bột Bảo quản Hình 1.6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Agar 6 1.3 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHIỆP CBTS: Trên cơ sở quá trình công nghệ sản xuất, quy mô và cơ cấu sản phẩm, đặc tính nguyên liệu sử dụng, nhận thấy các nguồn gây ô nhiễm môi trường từ công nghiệp chế biến thủy sản là: nước thải, chất thải rắn và khí thải. Trong đó chủ yếu là nước thải và chất thải rắn do có thải lượng lớn và thành phần ô nhiễm hữu cơ cao, dễ chuyển hóa trong điều kiện tự nhiên tạo nên nhiều yếu tố bất lợi cho môi trường.1 Chất thải rắn: Đặc điểm chung cho hầu hết các dạng công nghệ CBTS là tổn hao nguyên liệu khá lớn do tỷ lệ phần không sử dụng được (đầu, xương, vây, vẩy, nội tạng…) cho chế biến lớn.

Vì vậy đã tạo ra một lượng lớn các phế liệu thủy sản từ quá trình sản xuất. Nguồn phát sinh: Nguồn phát sinh chất thải rắn sản xuất tập trung chủ yếu ở công đoạn xử lý nguyên liệu và chế biến sản phẩm. Tùy thuộc vào chủng loại, giá trị sử dụng nguyên liệu và mục đích chế biến mà các phế liệu thủy sản có thể là các loại: đầu, vỏ, xương, da, nội tạng… Ngoài phế liệu thủy sản, còn có thể có các thành phần chất thải rắn khác như: giấy bao gói, túi PE, vỏ hộp cacton…từ đóng gói sản phẩm, tro xỉ từ lò hơi cấp nhiệt. Đặc điểm chung của chất thải rắn: Phế thải từ các nguyên liệu thủy sản có thành phần chủ yếu là các hợp chất hữu cơ như protein, lipit, hydratcacbon… Ngoài ra còn chứa các thành phần khoáng vô cơ, vi lượng như Ca, K, Na, Mg, P, S, Fe, Zn, Cu… và nước.

Các vụn phế liệu thủy sản dễ bị phân hủy bởi nhiều loại vi sinh vật làm phát sinh các hơi khí có mùi khó chịu, độc hại như Metan, Amoniac, Indol, Scatol, Mecaptan,. gây ô nhiễm môi trường không khí và bất lợi cho sức khỏe con người.