Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ tại Việt Nam, vấn đề ô nhiễm môi trường nước do nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao ngày càng trở nên cấp bách. Nước thải từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là tại các nhà máy sản xuất như Acecook Việt Nam, có các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ như COD, BOD, tổng Nitơ, tổng Photpho và dầu mỡ vượt mức quy chuẩn cho phép từ 3 đến 24 lần. Cụ thể, BOD vượt từ 10 đến 24 lần, tổng Nitơ vượt 5-11 lần, tổng Photpho vượt 3-7 lần và dầu mỡ vượt 11-19 lần so với tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT. Nếu không được xử lý triệt để, nước thải này sẽ gây ra hiện tượng suy giảm oxy hòa tan, phát sinh khí độc như CO₂, CH₄, H₂S, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất công nghệ xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao phù hợp với điều kiện thực tế tại Nhà máy Acecook Việt Nam – Chi nhánh Hưng Yên, đồng thời xác định quy mô, công suất và thiết kế hệ thống xử lý nước thải hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nước thải sản xuất của nhà máy tại Hưng Yên trong giai đoạn hiện tại, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, giảm thiểu tác động môi trường và đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải hiện hành.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, thúc đẩy phát triển bền vững ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam, đồng thời góp phần giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất cho doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải phổ biến, tập trung vào:

  • Lý thuyết xử lý sinh học hiếu khí và yếm khí: Quá trình oxy hóa sinh học các chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí (aerobic) và yếm khí (anaerobic), bao gồm các giai đoạn thủy phân, lên men axit và tạo khí metan. Các chỉ tiêu quan trọng như BOD, COD, tổng Nitơ và Photpho được xem xét trong quá trình chuyển hóa sinh học.

  • Mô hình công nghệ bùn hoạt tính hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR): Đây là công nghệ xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo, kết hợp các giai đoạn sục khí, lắng bùn và xả nước thải theo chu kỳ, giúp xử lý hiệu quả các chất hữu cơ và dinh dưỡng.

  • Mô hình công nghệ AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic): Công nghệ kết hợp ba pha yếm khí, thiếu khí và hiếu khí để xử lý đồng thời các chất hữu cơ, Nitơ và Photpho trong nước thải, phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

Các khái niệm chính bao gồm: BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), COD (Nhu cầu oxy hóa học), SS (Chất rắn lơ lửng), tổng Nitơ (T-N), tổng Photpho (T-P), bùn hoạt tính, quá trình nitrat hóa và khử nitrat, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý như pH, nhiệt độ, nồng độ oxy hòa tan và chất dinh dưỡng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kế thừa có chọn lọc, tổng hợp và phân tích số liệu thực tế thu thập từ Nhà máy Acecook Việt Nam – Chi nhánh Hưng Yên, kết hợp với các tài liệu nghiên cứu trong nước và quốc tế về xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra, thành phần nước thải, lưu lượng nước thải, các chỉ tiêu ô nhiễm được lấy từ hệ thống quan trắc của nhà máy và các báo cáo kỹ thuật liên quan.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích thành phần nước thải, đánh giá hiệu quả các công nghệ xử lý hiện có, mô phỏng và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải phù hợp dựa trên các mô hình sinh học SBR và AAO.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích, thiết kế hệ thống và đề xuất giải pháp công nghệ.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ nước thải sản xuất tại nhà máy Hưng Yên với lưu lượng khoảng X m³/ngày, được chọn do tính đại diện và mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải ngành chế biến thực phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước thải đầu vào vượt quy chuẩn nghiêm trọng: Nồng độ BOD dao động từ 300 đến 730 mg/l, COD từ 500 đến 950 mg/l, tổng Nitơ từ 25 đến 55 mg/l, tổng Photpho từ 12 đến 28 mg/l và dầu mỡ từ 55 đến 95 mg/l, đều vượt tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT từ 3 đến 24 lần. Điều này cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, đòi hỏi công nghệ xử lý hiệu quả và ổn định.

  2. Hiệu quả xử lý công nghệ hiện tại chưa đáp ứng yêu cầu: Một số trạm xử lý nước thải tại các nhà máy Acecook sử dụng công nghệ cũ, hoạt động quá tải, hiệu quả xử lý BOD chỉ đạt khoảng 60-70%, không đáp ứng được nhu cầu phát triển sản xuất và bảo vệ môi trường.

  3. Công nghệ SBR và AAO phù hợp với đặc điểm nước thải: Qua phân tích, công nghệ bùn hoạt tính gián đoạn theo mẻ (SBR) có khả năng xử lý BOD đạt trên 90%, đồng thời khử Nitơ và Photpho hiệu quả. Công nghệ AAO kết hợp các pha yếm khí, thiếu khí và hiếu khí giúp xử lý đồng thời các chất hữu cơ và dinh dưỡng, phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và biến động tải trọng.

  4. Thiết kế hệ thống xử lý cho nhà máy Hưng Yên: Dựa trên lưu lượng nước thải khoảng X m³/ngày và các chỉ tiêu ô nhiễm, hệ thống xử lý được thiết kế gồm các công đoạn: xử lý sơ bộ (lọc rác, tách dầu mỡ), bể điều hòa, bể SBR hoặc AAO, bể lắng, khử trùng và xử lý bùn. Dự kiến hiệu quả xử lý BOD đạt trên 90%, COD giảm tương ứng, tổng Nitơ và Photpho được khử trên 80%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nước thải cao là do đặc thù ngành chế biến thực phẩm sử dụng nhiều nguyên liệu hữu cơ, quy trình sản xuất tạo ra lượng lớn chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phân tích chất lượng nước thải của Acecook tương đồng với các nhà máy chế biến thực phẩm khác, cho thấy tính đại diện và tính cấp thiết của nghiên cứu.

Việc áp dụng công nghệ SBR và AAO đã được nhiều nghiên cứu chứng minh hiệu quả trong xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, đặc biệt trong việc khử Nitơ và Photpho, giảm thiểu hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. Các biểu đồ so sánh hiệu quả xử lý BOD, COD, Nitơ và Photpho trước và sau xử lý cho thấy mức giảm từ 80-95%, minh chứng cho tính khả thi của công nghệ đề xuất.

Tuy nhiên, việc vận hành công nghệ SBR đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các thông số như thời gian chu kỳ, nồng độ oxy hòa tan và nồng độ bùn hoạt tính, trong khi công nghệ AAO cần bổ sung nguồn cacbon hữu cơ trong pha thiếu khí để đảm bảo hiệu quả khử Nitơ. Do đó, đào tạo nhân sự vận hành và đầu tư hệ thống giám sát tự động là cần thiết để duy trì hiệu quả xử lý ổn định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai công nghệ xử lý sinh học SBR hoặc AAO: Áp dụng công nghệ bùn hoạt tính gián đoạn theo mẻ (SBR) hoặc công nghệ AAO cho hệ thống xử lý nước thải tại Nhà máy Acecook Hưng Yên nhằm đạt hiệu quả xử lý BOD trên 90%, khử Nitơ và Photpho trên 80%. Thời gian hoàn thành dự kiến trong vòng 12-18 tháng.

  2. Xây dựng hệ thống xử lý sơ bộ hiệu quả: Lắp đặt các thiết bị tách rác, tách dầu mỡ và bể điều hòa để ổn định lưu lượng và chất lượng nước thải đầu vào, giảm tải cho hệ thống xử lý chính, đảm bảo vận hành ổn định.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho đội ngũ vận hành về kiểm soát quy trình, giám sát thông số kỹ thuật và xử lý sự cố nhằm duy trì hiệu quả xử lý liên tục và ổn định.

  4. Đầu tư hệ thống giám sát tự động: Lắp đặt thiết bị đo đạc và điều khiển tự động các thông số như pH, DO, nồng độ bùn hoạt tính, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý và giảm thiểu rủi ro vận hành.

  5. Tăng cường quản lý và giám sát môi trường: Thiết lập quy trình kiểm tra định kỳ chất lượng nước thải đầu ra, đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn môi trường hiện hành, đồng thời xây dựng kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng hệ thống xử lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường tại doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Giúp hiểu rõ đặc điểm nước thải và lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp, từ đó giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường.

  2. Chuyên gia kỹ thuật và kỹ sư môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết kế, vận hành và tối ưu hệ thống xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Hỗ trợ xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và giám sát việc thực hiện xử lý nước thải trong ngành công nghiệp thực phẩm.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Là tài liệu tham khảo quý giá về công nghệ xử lý nước thải, phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nước thải ngành chế biến thực phẩm có hàm lượng chất hữu cơ cao?
    Do đặc thù nguyên liệu và quy trình sản xuất chứa nhiều protein, lipid, carbohydrate và các hợp chất hữu cơ khác, dẫn đến nồng độ BOD và COD cao trong nước thải.

  2. Công nghệ SBR có ưu điểm gì trong xử lý nước thải hữu cơ cao?
    SBR hoạt động theo chu kỳ gián đoạn, kết hợp các giai đoạn sục khí, lắng bùn và xả nước, giúp xử lý hiệu quả BOD, COD, Nitơ và Photpho với thiết kế linh hoạt, diện tích xây dựng nhỏ.

  3. Công nghệ AAO khác gì so với SBR?
    AAO là công nghệ xử lý liên tục kết hợp ba pha yếm khí, thiếu khí và hiếu khí, tối ưu hóa quá trình khử Nitơ và Photpho, phù hợp với nước thải có biến động tải trọng và hàm lượng chất hữu cơ cao.

  4. Yếu tố nào ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý sinh học?
    Các yếu tố như pH, nhiệt độ, nồng độ oxy hòa tan, tỷ lệ chất dinh dưỡng (COD:N:P), nồng độ bùn hoạt tính và thời gian lưu nước đều ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động vi sinh vật và hiệu quả xử lý.

  5. Làm thế nào để giảm chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải?
    Áp dụng công nghệ phù hợp, tối ưu hóa quy trình vận hành, đào tạo nhân sự, sử dụng hệ thống giám sát tự động và bảo trì định kỳ giúp giảm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý.

Kết luận

  • Nước thải ngành chế biến thực phẩm tại Nhà máy Acecook Việt Nam có hàm lượng chất hữu cơ cao, vượt tiêu chuẩn môi trường từ 3 đến 24 lần, gây nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng.
  • Công nghệ xử lý sinh học SBR và AAO được đề xuất là giải pháp hiệu quả, phù hợp với đặc điểm nước thải và điều kiện vận hành tại nhà máy.
  • Thiết kế hệ thống xử lý bao gồm các công đoạn sơ bộ, xử lý sinh học, lắng và khử trùng, đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả thải hiện hành.
  • Việc đào tạo nhân sự và đầu tư hệ thống giám sát tự động là cần thiết để duy trì hiệu quả và ổn định của hệ thống xử lý.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải trong ngành công nghiệp thực phẩm, thúc đẩy phát triển bền vững và bảo vệ môi trường tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Triển khai thiết kế chi tiết và xây dựng hệ thống xử lý nước thải theo đề xuất, đồng thời tổ chức đào tạo vận hành và giám sát hiệu quả liên tục. Các doanh nghiệp và cơ quan quản lý môi trường nên phối hợp để nhân rộng mô hình xử lý hiệu quả này.