Khảo sát biến đổi nước thải chế biến cá tra phi lê - ĐH Cần Thơ

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của sự biến đổi thành phần nước thải trong quy trình chế biến cá tra phi lê đến môi trường. Phân tích chi tiết các yếu tố tác

• Tác giả: Nguyễn Văn Sĩ
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thanh Quế
• Trường học: Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Khảo sát sự biến đổi thành phần nước thải ở một số công đoạn chế biến cá tra phi lê cấp đông
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến đổi thành phần nước thải chế biến cá tra phi lê

Nước thải chế biến thủy sản là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng do chứa hàm lượng chất hữu cơ, protein, lipid cao. Cá tra phi lê là sản phẩm xuất khẩu chủ lực Việt Nam, nhưng quá trình chế biến sinh ra lượng lớn nước thải chứa máu, dịch tiết, vảy và xương. Thành phần nước thải biến đổi theo từng công đoạn như sơ chế, phi lê, rửa, cấp đông. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính gồm BOD, COD, TSS, pH, dầu mỡ. Nước thải ban đầu có pH dao động 6-8, giàu dinh dưỡng nhưng dễ phân hủy sinh học. Nếu không xử lý, chúng gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước, suy giảm oxy hòa tan trong nguồn tiếp nhận.

1.1. Nguồn gốc phát sinh nước thải trong chế biến cá tra

Nước thải phát sinh từ bốn công đoạn chính: (1) Cắt tiết: chứa máu, dịch cơ thể, pH 7-8; (2) Phi lê: chứa protein, lipid từ thịt cá; (3) Rửa nguyên liệu: chứa vảy, xương, dịch nhầy; (4) Cấp đông: chứa chất bảo quản, dung dịch chống đông. Mỗi giai đoạn có đặc trưng riêng về hàm lượng chất ô nhiễm. Ví dụ, công đoạn phi lê thải ra lượng BOD cao nhất do protein hòa tan. Nước thải tổng hợp từ tất cả công đoạn có nồng độ ô nhiễm gấp 2-3 lần so với từng giai đoạn riêng lẻ.

1.2. Đặc điểm sinh hóa của nước thải cá tra

Nước thải cá tra giàu protein (50-70% thành phần hữu cơ) dễ phân hủy sinh học. Chỉ tiêu BOD5 thường 1500-3000 mg/L, COD 3000-6000 mg/L do chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan. pH giảm nhanh từ 8 xuống 4-5 trong 24 giờ do quá trình phân hủy protein tạo acid hữu cơ. Hàm lượng dầu mỡ 200-500 mg/L gây nổi váng trên bề mặt. Nước thải có mùi hôi đặc trưng do sự hình thành H2S, NH3 từ phân hủy sinh học.

II. Vấn đề ô nhiễm từ sự biến đổi thành phần nước thải

Nước thải chế biến cá tra biến đổi nhanh theo thời gian lưu, gây khó khăn trong xử lý. Ban đầu, nước thải chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan, sau 6-12 giờ chuyển sang trạng thái lên men acid (pH 4-5), sinh ra khí H2S độc hại. Sau 24 giờ, quá trình lên men kiềm xảy ra (pH 7-8) tạo CO2, CH4. Sự biến đổi này làm tăng COD, BOD nhưng giảm hiệu quả xử lý sinh học. Đặc biệt, sự có mặt của lipid gây tắc nghẽn màng lọc, giảm hiệu suất hệ thống xử lý. Các chỉ tiêu vượt ngưỡng cho phép như BOD5 > 500 mg/L, TSS > 400 mg/L gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu xả thải trực tiếp.

2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu nước thải

Thời gian lưu càng dài, mức độ phân hủy sinh học càng cao nhưng nguy cơ ô nhiễm tăng. Sau 12 giờ, BOD5 tăng 30-50% do vi sinh vật phân hủy protein. Sau 24 giờ, pH giảm mạnh do tích tụ acid hữu cơ. Sau 48 giờ, quá trình phân hủy kỵ khí bắt đầu, sinh ra khí độc H2S. Sự biến đổi nhanh chóng này đòi hỏi hệ thống xử lý phải hoạt động liên tục, không thể ngắt quãng. Việc lưu trữ nước thải quá lâu làm tăng chi phí xử lý do cần điều chỉnh pH, bổ sung hóa chất.

2.2. Hậu quả môi trường khi xả thải không xử lý

Nước thải chưa xử lý xả thải vào nguồn nước gây ô nhiễm nghiêm trọng. Nguồn nước tiếp nhận có nguy cơ thiếu oxy do vi sinh vật tiêu thụ hết oxy hòa tan. Cá và sinh vật thủy sinh chết hàng loạt do ngộ độc H2S, NH3. Nước nhiễm bẩn gây hại cho sức khỏe cộng đồng do chứa mầm bệnh từ cá tra. Ngoài ra, sự tích tụ chất dinh dưỡng (N, P) gây hiện tượng phú dưỡng, bùng phát tảo độc. Chi phí xử lý ô nhiễm sau này gấp 10 lần chi phí xử lý ngay từ đầu.

III. Phương pháp khảo sát và xử lý nước thải chế biến cá tra

Phương pháp khảo sát bao gồm lấy mẫu theo thời gian (0, 6, 12, 24 giờ) tại các công đoạn chính. Các chỉ tiêu phân tích gồm BOD5, COD, TSS, pH, dầu mỡ, N, P. Mẫu được bảo quản lạnh 4°C để tránh biến đổi sinh học. Xử lý nước thải kết hợp phương pháp cơ học (lắng, lọc) và sinh học (bùn hoạt tính, hồ sinh học). Bùn thải được xử lý bằng phương pháp nhiệt (sấy 500-800°C) hoặc ổn định hiếu khí. Hiệu quả xử lý đạt 85-95% đối với BOD, COD. Chi phí vận hành thấp nhờ tận dụng vi sinh vật bản địa.

3.1. Quy trình lấy mẫu và phân tích thành phần

Mẫu nước thải được lấy tại bốn vị trí: sau cắt tiết, sau phi lê, sau rửa, bể thu gom. Mỗi mẫu chia làm ba phần: phân tích ngay, bảo quản lạnh, bảo quản có hóa chất. Các chỉ tiêu BOD5 đo bằng phương pháp đo áp suất trong chai BOD sau 5 ngày. pH đo bằng điện cực thủy tinh. COD xác định bằng phương pháp đo quang sau phản ứng oxy hóa. TSS đo bằng phương pháp lọc trọng lực. Dầu mỡ chiết bằng dung môi hữu cơ sau đó đo khối lượng.

3.2. Giải pháp xử lý nước thải hiệu quả

Hệ thống xử lý gồm ba giai đoạn: tiền xử lý (lắng, lọc), xử lý sinh học (bể aeroten), xử lý bùn (bể nén, sấy). Nước thải sau xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT. Bùn thải được sấy khô 500°C để giảm khối lượng, tiện vận chuyển. Chi phí đầu tư ban đầu khoảng 2 tỷ đồng, nhưng tiết kiệm chi phí xử lý ô nhiễm sau này. Hiệu quả xử lý đạt 90% BOD, 85% COD, 95% TSS.

IV. Kết luận và khuyến nghị cải thiện hệ thống xử lý

Nghiên cứu xác định sự biến đổi nhanh chóng của thành phần nước thải theo thời gian lưu và công đoạn sản xuất. Nước thải ban đầu giàu chất hữu cơ, sau 24 giờ chuyển sang trạng thái lên men acid gây ô nhiễm nặng. Giải pháp xử lý kết hợp cơ học và sinh học đạt hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, cần đầu tư hệ thống xử lý ngay từ đầu để tránh ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Khuyến nghị áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến như màng lọc sinh học (MBR) để nâng cao hiệu quả.

4.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nước thải chế biến cá tra có thành phần biến đổi mạnh theo thời gian. Ban đầu chứa 50-70% protein, sau 24 giờ pH giảm xuống 4-5, BOD tăng 30-50%. Công đoạn phi lê thải ra lượng BOD cao nhất (1500-3000 mg/L). Giải pháp xử lý kết hợp lắng, aeroten, sấy bùn đạt hiệu quả 85-95%. Chi phí đầu tư ban đầu 2 tỷ đồng, nhưng tiết kiệm chi phí xử lý ô nhiễm sau này.

4.2. Giải pháp tối ưu hóa hệ thống xử lý

Để tối ưu hóa, cần lắp đặt hệ thống xử lý ngay từ đầu. Áp dụng công nghệ MBR để nâng cao hiệu quả xử lý BOD, COD. Thường xuyên bảo trì hệ thống để tránh tắc nghẽn. Đào tạo nhân viên vận hành hệ thống xử lý. Áp dụng mô hình quản lý chất thải tổng hợp (3R: giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế) để giảm lượng nước thải phát sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nguồn gốc mọi sự biến đổi về môi trường sống đang diễn ra hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta là các hoạt động kinh tế, phát triển của xã hội loài người. Các hoạt động này một mặt làm cải thiện chất lượng cuộc sống của con người. Mặt khác, đang tạo ra hàng loạt khan hiếm, cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái môi trường khắp mọi nơi trên thế giới. Vì vậy, bảo vệ môi trường trở thành vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các nước trên thế giới.

Việt nam đang trong giai đoạn thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nền kinh tế thị trường là động lực thức đẩy sự phát triển của mọi ngành kinh tế, trong đó có ngành chế biến lương thực, thực phẩm tạo ra các sản phẩm có giá trị phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như xuất khẩu. Tuy nhiên, ngành này cũng tạo ra một lượng lớn chất thải rắn, khí, lỏng…là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường chung của đất nước. Cùng với ngành chế biến lương thực, thực phẩm thì ngành chế biến thủy sản cũng trong tình trạng đó.

Do đặc điểm công nghệ của ngành, ngành chế biến thủy sản đã sử dụng một lượng nước khá lớn trong quá trình chế biến. Vì vậy, ngành đã thải ra môi trường một lượng nước khá lớn cùng với chất thải rắn và khí thải. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước do ngành chế biến thủy sản thải trực tiếp ra môi trường đang là mối quan tâm của các nhà quản lí môi trường. Nước bị nhiễm bẩn đã làm nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng, nguồn nước bị ô nhiễm gây dịch bệnh cho người và phá hủy môi trường sinh thái, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Do đó việc xử lý nước thải từ ngành chế biến thủy sản cũng như các ngành khác có ý nghĩa rất quan trọng, đặc biệt trong sự nghiệp bảo vệ môi trường và làm giảm chất độc hại đối với môi trường sống chúng ta.2 Mục tiêu nghiên cứu Trong đề tài này sẽ khảo sát ảnh hưởng của thời điểm lấy nước thải và thời gian lưu lại nước thải ở một số công đoạn chế biến cá tra phi lê cấp đông đến thành phần, chất lượng nước thải, thông qua đó chúng ta có thể có những biện pháp hạn chế sự nhiễm bẩn cũng như lựa chọn các phương pháp xử lý sao cho vừa tiết kiệm được chi phí vừa an toàn với con người và môi trường sống. Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 1 Luận văn Tốt nghiệp khóa 32 - 2010 Trường Đại học Cần Thơ CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về ngành thủy sản Việt Nam Nước ta có bờ biển dài và hệ thống sông ngòi chằn chịt, tạo điều kiện thuận lợi để phát triển ngành nuôi trồng, đánh bắt và chế biến động vật thủy sản. Theo thống kê của Bộ thủy sản thì hiện nay sản lượng thuỷ sản nuôi trồng năm 2009 ước tính đạt 2569.9 nghìn tấn, tăng 4,2% so với năm trước. Trong năm 2009, xuất khẩu thủy sản tiếp tục đạt được những bước tiến đáng ghi nhận.

Nhìn chung, từ đầu năm đến hết tháng 6/2009 xuất khẩu thủy sản gặp nhiều khó khăn, đến tháng 7, các chủ trương kích cầu của Chính phủ bắt đầu phát huy tác dụng, ngành nông lâm thủy sản thông qua nhiều hướng đi mới để khắc phục, tình hình có chuyển biến tích cực, góp phần đưa giá trị kim ngạch xuất khẩu cả năm ước đạt 4,3 tỷ USD. Năm 2010, xuất khẩu thủy sản dự kiến tăng trưởng 10%, để tiếp tục tạo đà cho thủy sản Việt Nam phát triển mạnh trong năm 2010, đặc biệt là đối với lĩnh vực xuất khẩu, ngành thủy sản cần tiếp tục đầu tư cho sản xuất nguyên liệu, ưu tiên đầu tư các sản phẩm chủ lực như: tôm, cá tra, cá ngừ, nhuyễn thể…Cùng với đó, ngành thủy sản cần có giải pháp hỗ trợ về kỹ thuật, tổ chức sản xuất và tín dụng, tăng cường kiểm tra giám sát chất lượng và an toàn thực phẩm ở tất cả các khâu cung cấp giống và thức ăn nuôi thuỷ sản, thu hoạch, xử lý, chế biến và phân phối sản phẩm. Ngoài ra, tiếp tục đẩy mạnh thực hiện các chương trình xúc tiến thương mại, tổ chức các hoạt động quảng bá sản phẩm thủy sản tại nước ngoài với nội dung và hình thức đổi mới. Tăng cường hoạt động xúc tiến thương mại, dự báo thị trường, mối liên kết trong nuôi trồng thủy sản, quan tâm công tác quản lý Nhà nước về kiểm soát dịch bệnh và thú y thủy sản, an toàn vệ sinh thực phẩm góp phần năng cao chất lượng của ngành thủy sản.

Nguồn: Tình hình xuất khẩu thủy sản Việt Nam năm 2009 – 2010, Báo điện tử Công thương.2 Khái quát về nước thải 2.1 Nước thải là gì? Nước thải là nước được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của nó. Phan Thị Thanh Quế, 2008) 2.2 Phân loại nước thải Có thể phân loại nước thải một cách chung nhất là: Nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước mưa và nước thâm nhập vào hệ thống cống. Trịnh Xuân Lai, 2000) - Nước thải sinh hoạt: là nước từ các khu vực nhà ở thoát ra. - Nước thải công nghiệp: là nước thoát ra từ các xí nghiệp, nhà máy sản xuất.

Lượng nước thải công nghiệp dao động phụ thuộc vào quy mô, tính chất sản phẩm, quy trình công nghệ của từng nhà máy. - Nước ngầm thâm nhập vào mạng lưới cống dẫn: ở những nơi mạng lưới ống thoát nước đặt thấp hơn mực nước ngầm mạch nông, luôn luôn có một lượng nước ngầm thâm nhập vào hệ thống cống qua các hố gas, qua chỗ nối ống qua thành ống có chất lượng xấu và qua các chỗ gãy vỡ chưa kịp sửa chữa. Ở những Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 2 Luận văn Tốt nghiệp khóa 32 - 2010 Trường Đại học Cần Thơ nối mạng ống thoát nước đặt cao hơn mực nước ngầm, lượng nước thâm nhập vào cống chỉ xảy ra trong lúc mưa và một thời gian ngắn sau cơn mưa, Vì khi nước mưa thấm xuống đất chưa kịp tiêu thoát hết, mực nước ngầm tạm thời dâng cao. - Nước mưa: Nước mưa thâm nhập vào nước thải thông qua các hệ thống dẫn nước thải, làm cho lưu lượng nước thải tăng lên và thay đổi tính chất của nước thải.3 Các vấn đề gây ô nhiễm môi trường của ngành chế biến thủy sản 2.1 Chất thải rắn Chất thải rắn sinh ra trong quá trình chế biến tồn tại dưới dạng vụn thừa: tạp chất, đầu, đuôi, xương, vẩy… 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 rắn trôi theo dòng nước thải do quá trình làm vệ sinh nhà xưởng không kỹ, lượng chất thải này có thể làm nguồn gây ô nhiễm không khí bổ sung do mùi từ chúng bốc lên, gây khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân trong công ty và cư dân ở khu vực lân cận.2 Khí thải Khí thải sinh ra từ các máy phát điện có chứa các chất gây ô nhiễm như: NO2, SO2, bụi với mức độ dao động theo thời gian và mức độ vận hành. Trong ngành chế biến thủy sản, các chất gây ô nhiễm không khí khá đặc trưng đó là H2S sinh ra chủ yếu từ quá trình phân hủy các chất thải rắn.3 Nước thải Cùng với sự phát triển theo từng năm thì ngành chế biến thủy sản đưa vào môi trường một lượng nước thải khá lớn, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước. Nước thải ngành này chứa phần lớn các chất hữu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và chất béo. Trong đó chất béo là thành phần khó phân hủy bởi vi sinh vật.4 Các thành phần cơ bản và tính chất của nước thải thủy sản 2.1 Tổng hàm lượng cặn Là tổng số của tất cả các loại cặn có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ có trong nước thải ở trạng thái lơ lửng và hòa tan 2.2 Cặn hữu cơ Gồm các hợp chất chứa C và N như: protein, cacbonhydrat, chất béo.

Được thải ra từ các công đoạn xử lý nguyên liệu thủy sản. Đây là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn và các vi sinh vật phát triển. Nước thải có chứa chất bẩn hữu cơ là yếu tố quan trọng gây nên ô nhiễm môi trường. Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 3 Luận văn Tốt nghiệp khóa 32 - 2010 Trường Đại học Cần Thơ 2.3 Cặn lơ lửng Là chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng nước thải.

Căn cứ vào chỉ tiêu này để tính toán hệ thống xử lý nước thải. Các chất lơ lửng chia thành 2 loại: các chất lắng được và các chất ở dạng keo không lắng được.4 Cặn vô cơ Cặn vô cơ gồm các chất khoáng, các muối hòa tan trong nước như: NACL, Na2CO3….Các chất này là yếu tố gây bẩn môi trường nhưng không là yếu tố gây ô nhiễm môi trường.5 Cặn hòa tan Cặn hòa tan có kích thước rất nhỏ, nó có thể chui lọt qua giấy lọc tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm. Cặn hòa tan có 40% là cặn hữu cơ và 60% là cặn vô cơ.6 Nhu cầu oxi sinh học (BOD) BOD là lượng oxi cần thiết cung cấp cho các vi sinh vật chuyển hóa sinh học các chất hữu cơ trong một lít nước thải thành CO2 và H2O ở điều kiện 200C trong 5 ngày hoặc 20 ngày. Chỉ số BOD đặc trưng cho mức độ ô nhiễm của nước thải, BOD càng cao nước càng bị ô nhiễm.

Với các nguồn nước khác nhau hay cùng một nguồn nước nhưng ở thời điểm khác nhau chỉ số BOD cho những giá trị khác nhau. Hiện tượng oxi hóa diễn ra không đồng đều theo thời gian. Ở thời gian đầu quá trình xảy ra mạnh, sau đó giảm dần.7 Nhu cầu oxi hóa học (COD) COD là lượng oxy tương đương với lượng Dichromate kali dùng để oxi hóa hết các chất có thể bị oxi hóa trong một lít nước thải. Chỉ số COD tương tự như BOD, biểu hiện sự ô nhiễm của nước nhưng ở mức độ cao hơn BOD vì dùng phương pháp hóa học cưỡng bức để oxi hóa các chất có trong nước thải.8 Các hợp chất của Nitơ và Photpho có trong nước thải Nitơ và Photpho là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh vật có trong nước thải.

Một nhóm các hợp chất chứa nitơ là protein và các sản phẩm phân hủy của nó như aminoacid là nguồn thức ăn hữu cơ của vi sinh vật.