MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp phát triển khá mạnh ở khu vực phía Nam. Nó mang lại những lợi ích to lớn về kinh tế, xã hội. Đây là ngành quan trọng trong xuất khẩu của Việt Nam, ước tính năm 2010 kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản lên tới 5 tỷ USD. Do đặc trưng của ngành phải sử dụng lượng nước lớn trong quá trình chế biến nên nước thải với lưu lượng lớn, nồng độ chất ô nhiễm cao.
Nếu nước thải này không được xử lý và thải trực tiếp ra môi trường sẽ tác động xấu đến sức khoẻ cộng đồng, chất lượng môi trường và có thể gây mất cân bằng sinh thái. Thông thường để kiểm soát tải trọng hữu cơ thường sử dụng công nghệ xử lý truyền thống như các quá trình bùn hoạt tính hoặc những cải tiến đòi hỏi nhu cầu về năng lượng, chi phí và kỹ thuật vận hành cao. Trong khi đó đa số các nước đang phát triển lại thiếu thốn về nguồn năng lượng và kỹ thuật. Bể phản ứng kỵ khí luôn được ưu tiên chọn lựa vì nó là một công nghệ sinh học tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành thấp và không cần kỹ thuật vận hành cao và có khả năng xử lý được những nguồn nước có tải trọng hữu cơ cao.
Từ những tình hình thiết thực đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp dành cho xử lý nước thải chế biến thủy sản nhằm giải quyết cả hai vấn đề là bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền vững là rất cần thiết. Đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng mô hình Stick – bed và Swim – bed” được thực hiện nhằm tìm ra một phương 5 pháp có tính ứng dụng thực tiễn được áp dụng cho ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam .2 Mục tiêu - Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, phospho và SS của nước thải chế biến thuỷ sản bằng mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed. - So sánh khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm của mô hình ứng với các tải trọng COD tăng dần 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 kgCOD/m3.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: Nước thải có thành phần chất hữu cơ cao và giàu chất dinh dưỡng. - Đối tượng nghiên cứu cụ thể: nước thải thuỷ sản được thu thập từ chợ Tân Chánh Hiệp, quận 12, TP.4 Nội dung nghiên cứu - Xác định khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Phospho và SS trên mô hình.
- Chọn thông số tối ưu cho việc vận hành mô hình.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp nghiên cứu hồi cứu Tham khảo, tổng hợp số liệu về thành phần tính chất nước thải công nghiệp theo các tài liệu trong và ngoài nước. Tìm hiểu nghiên cứu các công nghệ xử lý nước thải, những nghiên cứu đã được thực hiện trong và ngoài nước. Thu nhập, tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiện về xử lý loại bỏ nitơ, phospho trong nước thải cũng như các công trình đã áp dụng trên toàn thế giới để có cơ sở và phương hướng nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam.2 Phương pháp phân tích 6 Các chỉ tiêu lý hoá được phân tích trong suốt quá trình nghiên cứu. Các chỉ tiêu nghiên cứu cụ thể như: pH, COD, NO2-, NO3-, TKN, TP, MLSS, NH4+ được xác định trong nghiên cứu.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình Mô hình nghiên cứu được xây dựng bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều kiện sinh trưởng cũng như hoạt động của vi sinh trong nghiên cứu.
Nước thải thực cung cấp chạy cho mô hình nghiên cứu. Các mẫu phân tích được lấy từ mô hình, phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu.4 Phương pháp xử lý số liệu và nhận xét Từ số liệu thô tính toán hiệu suất xử lý, hiệu suất chuyển hoá của các quá trình, vẽ đồ thị, đưa ra những phân tích, nhận xét đánh giá và kết luận.6 Tính mới của đề tài Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí đã được ứng dụng nhiều trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp trong đó có ngành chế biến thuỷ sản. Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed với 2 loại vật liệu mang là BioFringe (mô hình Swim – bed) và BioFix (mô hình Stick – bed) là hoàn toàn mới.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Tính khoa học Toàn bộ kết quả của đề tài được rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học rõ ràng, xứ lý số liệu thông qua quy hoạch thực nghiệm và các phương pháp thống kê toán học nên đảm bảo tính khoa học của đề tài.2 Tính thực tiễn 7 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cơ sở lựa chọn công nghệ cho xử lý nước thải chế biến thuỷ sản. 8 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THUỶ SẢN VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED 2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản 2.1 Quy trình sản xuất Nguyên liệu thô Rã đông Nước thải Rửa Nước Nước thải, máu, mỡ Sơ chế Xương, vây, vỏ, dầu, mỡ, máu, nguyên liệu không đủ chất lượng, Phân cỡ, loại tạp… Làm sạch và kiểm tra Thành phẩm Nước thải Sản phẩm tươi Đóng gói, hộp Bảo quản Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ chế biến thuỷ sản 9 2.2 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản Thành phần, tính chất của nước thải thủy sản phụ thuộc vào quy trình, công nghệ chế biến thủy sản và loại động vật thủy sản.
Những vấn đề môi trường chính có liên kết với quá trình chế biến thủy sản là việc sử dụng nhiều nước, tiêu thụ năng lượng, và việc sinh ra nước thải có nồng độ hữu cơ cao do sự tồn tại của dầu, protein và SS. Nước thải cũng có thể chứa phospho, nitrate và clo cao. Nước thải có mức độ ô nhiễm cao do trong thời gian chất thải ở dạng rắn tiếp xúc với nước chứa máu và chất béo, nước được sử dụng để rửa và bôi trơn máy. Việc lọc bỏ da những loại cá nhiều mỡ thải ra khối lượng dầu lớn vào trong nước thải.
Quy trình lọc bỏ da đóng góp khoảng 1/3 tổng số lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải của quá trình róc xương cá. Tỷ lệ và đặc điểm của quy trình gây ra nước thải phụ thuộc nhiều vào quá trình sản xuất. Dựa vào quy trình sản xuất, nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Cả ba loại nước thải trên đều có tính chất gần tương tự nhau.
Trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả. Nước thải của phân xưởng chế biến thuỷ sản có hàm lượng COD dao động trong khoảng từ 300- 3000 (mg/L), giá trị điển hình là 1500 (mg/L), hàm lượng BOD5 dao động từ 300-2000 (mg/L), giá trị điển hình là 1000 (mg/L). Trong nước thường có các vụn thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200-1000 (mg/L), giá trị thường gặp là 500 (mg/L). Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ 50-200 (mg/L), giá trị điển hình là 30 (mg/L).
Ngoài ra, trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các acid béo không bảo hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân làm việc. Đối với các công ty 10 thủy sản có sản xuất thêm các sản phẩm khô, sản phẩm đóng hộp thì trong dây chuyền sản xuất sẽ có thêm các công đoạn nướng, luộc, chiên thì trong thành phần nước thải sẽ có chất béo, dầu. Nước thải từ những nhà máy chế biến thủy sản có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều so với những tiêu chuẩn của nước thải công nghiệp B đối với ngành nuôi trồng thủy sản (QCVN 11 : 2008/BTNMT), ví dụ BOD5 cao hơn từ 10 – 20 lần so với tỉ lệ cho phép, và COD cao hơn từ 9 – 15 lần. Tổng lượng Ni-tơ gần như ngang bằng với tỷ lệ tiêu chuẩn hoặc hơn khoảng 7 lần, chỉ số P cao hơn khoảng 5 – 7 lần, dầu: cao hơn 10 – 150 lần so với tỉ lệ cho phép.
Tuy nhiên, đáng chú ý là mức độ cao nhất trong các công đoạn chế biến thủy sản bằng với tỷ lệ ô nhiễm trung bình của nước thải trong những ngành công nghiệp khác, ví dụ như ngành dệt và may mặc, ngành thuộc da, và giày dép, v. Dựa trên nghiên cứu và những số liệu về tỷ lệ ô nhiễm của nước thải của ngành chế biến thủy sản, phân lượng vi sinh vật như Coliform cao hơn 100 – 200 lần so với tỷ lệ cho phép, vì nước thải từ việc chế biến thủy sản có phân lượng protein, lipid cao, và là môi trường ưa thích cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt trong khí hậu nóng ẩm của Việt Nam. Trong những công ty chế biến thủy sản đông lạnh, có 1 lượng nhỏ Clo được sử dụng để rửa nhà xưởng. Tuy nhiên, thành phần nước thải chế biến thủy sản chênh lệch lớn giữa các quy trình chế biến và nguồn nguyên liệu chế biến.2 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải thuỷ sản Nước thải chế biến thuỷ sản nhìn chung có nhiều dầu mỡ, cặn lơ lửng, chất dinh dưỡng và nồng độ chất hữu cơ cao.
Công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản thường phải kết hợp nhiều quá trình để xử lý đạt yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra: phương pháp cơ học, hoá lý và sinh học.1 Phương pháp cơ học 11 Phương pháp cơ học sử dụng trong xử lý nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là các hệ thống lọc, tách rác thô, dầu mỡ. Cặn rác có trong nước thải giết mổ phần lớn là do vẩy cá, vây cá, thịt vụn, phân cá… Nếu không loại bỏ các thành phần này sẽ gây ảnh hưởng lớn đến hệ thống xử lý như bơm, đường ống. Thiết bị tách cặn, rác thường dùng là các song chắn rác thủ công hay máy tách rác.
