ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những thập niên vừa qua, lĩnh vực nuôi trồng thủy sản của Việt Nam đã có sự phát triển nhanh chóng, góp phần tích cực vào việc cung cấp nguồn thực phẩm, tăng cƣờng sản lƣợng nuôi trồng, đóng góp vào tổng kim nghạch xuất khẩu thủy sản là rất lớn. Tuy nhiên, sự phát triển ồ ạt, thiếu qui hoạch của ngành thủy sản trong những năm gần đây đặc biệt là trong nuôi cá dẫn đến môi trƣờng ao bị ô nhiễm một cách nghiêm trọng. Ô nhiễm môi trƣờng, bệnh và dịch bệnh đang là mối quan tâm hàng đầu của ngƣời nuôi cá và ngƣời quản lý trong nghề nuôi trồng thủy sản nói chung. Các nhà nghiên cứu và nhận định rằng nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc của các vùng nuôi thủy sản chính là các loại thức ăn.
Để tăng cƣờng sản lƣợng thu hoạch và mang lại nhiều lợi nhuận thì ngƣời nuôi cá sẵn sàng nuôi với mật độ cao và sử dụng một lƣợng thức ăn rất lớn và đa dạng, cùng với lƣợng hóa chất, các chất kháng sinh đã gây ra tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng đáng báo động. Từ đó đƣa ra biện pháp xử lý vừa phù hợp với điều kiện kinh tế vùng, lại vừa đạt hiệu quả xử lý cao, chú trọng đến biện pháp sinh thái gắn liền với tự nhiên đồng thời hƣớng đến phát triển bền vững để bảo đảm sản lƣợng và chất lƣợng sản phẩm tạo ra ổn định, ngày càng phát triển một cách tốt hơn. Có nhiều công nghệ xử lý nƣớc thải thủy sản đã và đang đƣợc áp dụng trên thế giới, chủ yếu là ứng dụng giải pháp sinh học để xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy trong thành phần nƣớc thải. Hiện nay có 4 nhóm công nghệ đang đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản: - Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính.
- Hệ thống xử lý kỵ khí. - Hệ thống xử lý kỵ khí kết hợp hiếu khí. - Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính kết hợp với thực vật thủy sinh. 2 Phƣơng pháp thiếu khí ít đƣợc quan tâm do thời gian xử lý kéo dài, thích hợp cho những nơi có diện tích rộng lớn.
Phƣơng pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí đƣợc áp dụng nhiều hơn, chủ yếu là hiếu khí tăng cƣờng (Aerotank) và kỵ khí cải tiến UASB có ƣu điểm là hiệu suất cao, thời gian xử lý ngắn. Nhƣng cả hai phƣơng pháp này cũng có nhƣợc điểm là: kinh phí vận hành cao do sử dụng điện cho các thiết bị nhƣ bơm và máy thổi khí, không có khả năng xử lý nƣớc thải bị ô nhiễm cao, tạo ra lƣợng bùn thải lớn và tính ổn định của hệ thống thƣờng không cao. Kết hợp với nhu cầu thực tế và khắc phục yếu điểm của các phƣơng pháp trƣớc đây, luận văn này tiến hành “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá bằng công nghệ MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor”. So với quá trình bùn hoạt tính thì quá trình diễn ra trong bể MBBR có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn do chuỗi thức ăn dài trong lớp màng hình thành trên giá thể lơ lửng trong bể có số lƣợng nhiều và phong phú các loài nhƣ: protozoa, metozoa, vi khuẩn và nấm.
Khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích bể cao hơn quá trình bùn hoạt tính thông thƣờng do số lƣợng sinh khối trên mỗi đơn vị thể tích của màng vi sinh cao hơn. Nhờ quá trình tạo màng liên tục và loại bỏ phần vi sinh già chết ở phía ngoài, điều này làm cho trẻ hóa năng lƣợng, vi sinh mới nhanh chóng phát triển. Lƣợng bùn dƣ sinh ra ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Bên cạnh đó, công nghệ này có khả năng chịu sự biến đổi về thủy lực và tải trọng cao hữu cơ cao.
Do đó việc đề xuất sử dụng bể MBBR có thể ứng dụng trong điều kiện diện tích xử lý hạn hẹp với chi phí xử lý ít tốn,là nghiên cứu bƣớc đầu phù hợp với hƣớng đi trên.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu hiệu quả xử lý nƣớc thải ao nuôi cá bằng công nghệ MBBR.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu đƣợc thực hiện trong phòng thí nghiệm trên mô hình gồm 1 bể MBBR và 1 bể lắng. Nƣớc thải đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này đƣợc lấy từ xã Tân Nhựt, Huyện Bình Chánh, TP. Hồ Chí Minh.1 Đối tƣợng nghiên cứu : Xử lý nƣớc thải ao cá bằng công nghệ MBBR đạt tiêu chuẩn xả thải .2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu hiệu quả xử lý mô hình trên nƣớc thải ao nuôi cá với quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu hiệu quả giảm COD, NO2- , NO3- , NH3+ , TP .4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Thiết kế, lắp rắp mô hình MBBR và đánh giá hiệu suất xử lý của mô hình MBBR.
Thiết kế lắp rắp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng Chạy thích nghi. Vận hành mô hình với các tải trọng COD đầu vào khác nhau lần lƣợt là: 0,6 kgCOD/m3, 0,9 kgCOD/m3, 1,2 kgCOD/m3. Nghiên cứu khả năng xử lý COD trong nƣớc thải. Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Nitơ trong nƣớc thải.
Nghiên cứu khả năng xử lý hợp chất hữu cơ Photpho trong nƣớc thải. So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau khi xử lý với quy chuẩn xả thải.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Phƣơng pháp tổng hợp thông tin Thu thập các tài liệu liên quan ( thành phần tính chất nƣớc thải ao nuôi cá,…) đƣợc tham khảo từ một số các luận văn khác, các tài liệu hội thảo chuyên ngành có liên quan, tài liệu tìm hiểu trên mạng, từ đó tổng hợp nên số liệu đáng tin cậy.2 Phƣơng pháp thực nghiệm trên mô hình Tiến hành thiết kế, lắp đặt mô hình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trƣờng – Trƣờng ĐH Bách khoa, Tp.Hồ Chí Minh. Thiết kế, lắp ráp mô hình gồm: 01 bể MBBR, 01 bể lắng. 4 Mô hình hệ thống xử lý nƣớc ao và bùn thải với qui mô phòng thí nghiệm đƣợc xây dựng để đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR.
Từ đó xác định công nghệ xử lý khả thi và hiệu quả của mô hình.3 Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm Dùng các phƣơng pháp phân tích theo tiêu chuẩn nƣớc ngoài (Standards Methods for wastewater), các tiêu chuẩn Việt Nam quy định cùng với các tiêu chuẩn hiện hành để phân tích các thông số ô nhiễm trong nƣớc ô nhiễm.4 Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu: Phƣơng pháp tính toán: Xác định tải trọng COD đầu vào và đầu ra theo công thức: QC kg L , 3 V m .ngày Trong đó: L : Tải trọng COD, kgCOD/m3. Q: Lƣu lƣợng đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l C : Nồng độ COD đầu vào (hoặc đầu ra), mg/l. V : Thể tích nƣớc thải, m3. Xử lý số liệu: Kết quả phân tích đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê toán học.Sử dụng phần mềm Microsoft office Excel để thống kê số liệu và xây dựng biểu đồ thể hiện: đầu vào, đầu ra, hiệu suất xử lý, đƣờng quy chuẩn xả thải cho từng chỉ tiêu môi trƣờng.6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ MBBR hiện nay chƣa đƣợc áp dụng nhiều và vẫn còn là công nghệ khá mới ở Việt Nam.
Công nghệ MBBR có nhiều ƣu điểm hơn so với công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính, đặc biệt là tải trọng hữu cơ và hiệu quả xử lý cao, thời gian lƣu nƣớc ngắn, do đó sẽ làm giảm diện tích mặt bằng xây dựng bể. Đề tài mở ra một hƣớng đi cụ thể cho việc xử lý nƣớc thải ao nuôi thủy sản dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận hành phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Kết quả của đề tài nghiên cứu có thể triển khai áp dụng rộng rãi đối với nƣớc thải ao nuôi thủy sản và tạo điều kiện thuận lợi cho những đề tài nghiên cứu xử lý các loại nƣớc thải khác bằng công nghệ MBBR. 6 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Tổng quan về ngành nuôi trồng thủy sản: Thủy sản là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Đối với nƣớc ta, thủy sản hiện đang cung cấp một nguồn thực phẩm quan trọng cho tiêu dùng trong nƣớc và góp phần không nhỏ trong tổng kim ngạch xuất khẩu của nƣớc nhà.Với tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ƣớt cũng nhƣ chịu sự chi phối của các yếu tố nhƣ gió, mƣa, địa hình, thổ nhƣỡng, thảm thực vật nên tạo điều kiện hình thành dòng chảy với hệ thống sông ngòi dày đặc, là môi trƣờng sinh sống của các loại thủy hải sản. Trong những năm qua, NTTS đã trở thành thế mạnh kinh tế rất quan trọng ở ĐBSCL và trong cả nƣớc. các mô hình NTTS ở ĐBSCL tập trung ở một số tỉnh Cà Mau,Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre và Tiền Giang v.v…với các mô hình nuôi trồng khác nhau nhƣ: nuôi tôm sinh thái, tự nhiên, quảng canh, thâm canh,bán thâm canh v.v…trong khi đó, các mô hình nuôi trồng thủy sản nƣớc ngọt tập trung ở một số tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, Cần Thơ, Sóc Trăng …với các loại cá đồng truyền thống nhƣ cá lóc, cá rô, cá sặc v.nuôi thâm canh cá tra, cá da trơn bằng bè trên sông và các ao nuôi ven sông rạch, bãi bồi, nuôi lƣơn mùa lũ…đặc biệt, các mô hình nuôi cá VAC ( vƣờn – ao - chuồng ) trong các hộ gia đình, các trang trại sản xuất ở nông thôn với các loại cá đồng và các loại ao hồ v.rất phát triển ở ĐBSCL.Tuy nhiên, việc tiếp cận các phƣơng thức nuôi trồng với mật độ cao, năng suất lớn đã làm gia tăng nhanh chóng việc sử dụng nhiều năng lƣợng, vật tƣ, chế phẩm hóa học, sinh học và chí phí,…cho NTTS và đặc biệt là gây nên những tiêu cực đến môi trƣờng và tạo ra sự mất cân bàn của hệ thống sinh thái tự nhiên, gây tổn thất sinh thái ảnh hƣởng không những đến môi trƣờng mà còn đến cán cân giữa nuôi trồng, chế biến và thị trƣờng tiêu dùng, xuất khẩu các ngành thủy sản.
Thành phần tích chất nƣớc ao nuôi cá: Chất lƣợng nƣớc ao nuôi thủy sản và tác động của chúng đến môi trƣờng sản xuất nông nghiệp và sự bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản đƣợc nghiên cứu tại các tỉnh An Giang, Cần Thơ, Đồng Tháp và Trà Vinh năm 2009. Kết quả cho 7 thấy nƣớc thải chứa hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng cao (NH 4-N, P) và có khả năng gây phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc ở các vùng lân cận.