Giới thiệu dự án
Âu thuyền và Cảng cá Thọ Quang (quận Sơn Trà, TP. Đà Nẵng) là trung tâm dịch vụ hậu cần nghề cá lớn nhất khu vực miền Trung với diện tích mặt nước sử dụng khoảng 60 ha, quy hoạch 32 phao bồn và 62 cột neo. Trung bình mỗi ngày cảng tiếp nhận 50–60 lượt tàu cá cập bến, sản lượng thủy sản thông qua đạt trên 120.000 tấn/năm (trong đó 65–70% đến từ hoạt động đánh bắt xa bờ). Tuy nhiên, đây cũng là "điểm nóng" ô nhiễm môi trường nghiêm trọng của thành phố Đà Nẵng với 8 cửa xả ven bờ tiếp nhận trực tiếp nước thải từ khoang tàu cá, nước rửa hải sản và 22 cơ sở sửa chữa đóng tàu xung quanh.
Nước thải khoang tàu cá mang đặc thù phức tạp và khó xử lý bậc nhất trong nhóm nước thải thủy sản do đồng thời chứa tải lượng ô nhiễm hữu cơ đậm đặc, hàm lượng muối cao ($NaCl \approx 1,87% - 3%$), dầu khoáng rò rỉ từ buồng máy ($0,9 - 275\text{ mg/L}$) và khí độc sinh mùi thối nồng nặc ($H_2S, NH_3$, amin). Nồng độ chất ô nhiễm ban đầu cực cao: Nhu cầu oxy hóa học (COD) dao động từ $1.216 - 5.680\text{ mg/L}$, nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$) từ $260 - 3.511\text{ mg/L}$, tổng nitơ (TN) từ $266 - 364\text{ mg/L}$, tổng phospho (TP) từ $3,0 - 7,0\text{ mg/L}$ và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) từ $150,4 - 204\text{ mg/L}$. Độ mặn cao gây sốc áp suất thẩm thấu làm co nguyên sinh vi sinh vật truyền thống, trong khi váng dầu khoáng bao bọc bông bùn cản trở quá trình khuếch tán oxy hòa tan (DO).
[Nước thải khoang tàu cá]
Mục tiêu cụ thể của dự án nghiên cứu:
- Thiết kế và vận hành hệ thống pilot tích hợp 4 bậc liên hoàn: Bể kỵ khí vách ngăn (ABR) – Bể hiếu khí dính bám giá thể di động (MBBR) – Bể thiếu khí (Anoxic) – Bể lắng trọng lực (Clarifier) để xử lý nước thải tàu cá.
- Đánh giá động học sinh trưởng và biến thiên hàm lượng sinh khối vi sinh vật trong hỗn hợp bùn lơ lửng (MLSS) qua từng ngăn xử lý ở các mức tải lượng thể tích khác nhau.
- Thử nghiệm bổ sung chế phẩm sinh học đa chủng TME-DO.02 (gồm Saccharomyces sp., Lactobacillus sp., Rhodopseudomonas sp., Bacillus sp.) nhằm nâng cao hiệu suất phân hủy dầu khoáng, khử nitơ và triệt tiêu mùi hôi.
- Đánh giá chất lượng nước sau xử lý theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, Cột B) và nước thải chế biến thủy sản (QCVN 11-MT:2015/BTNMT, Cột B).
Mô hình nghiên cứu giới hạn ở quy mô pilot phòng thí nghiệm với lưu lượng $Q = 33,36 - 45,12\text{ L/ngày}$ (vận hành tối ưu tại mức $42,72\text{ L/ngày}$), tập trung giải quyết nước thải khoang tàu cá đã được pha đồng hóa tính chất tại bể điều hòa thể tích 500 L.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Xử lý nước thải tàu cá nhiễm mặn và dầu mỡ khoáng đòi hỏi giải pháp công nghệ dung hòa giữa khả năng chịu tải hữu cơ cực cao và tính thích ứng sinh học với môi trường mặn.
| Tiêu chí so sánh |
Bùn hoạt tính truyền thống (CAS) |
Keo tụ - Tạo bông hóa lý |
Màng sinh học MBR |
Hệ tích hợp ABR - MBBR - Anoxic + Men TME-DO.02 (Đề tài) |
| Khả năng chịu tải hữu cơ ($L_v$) |
Thấp ($0,5 - 1,5\text{ kg COD/m}^3\cdot\text{ngày}$) |
Trung bình (chủ yếu tách COD không tan) |
Rất cao ($3,0 - 6,0\text{ kg COD/m}^3\cdot\text{ngày}$) |
Cao ($2,5 - 5,0\text{ kg COD/m}^3\cdot\text{ngày}$) |
| Độ nhạy với độ mặn ($>2%$) |
Rất cao (sốc thẩm thấu, vỡ bông bùn) |
Không ảnh hưởng bởi độ mặn |
Trung bình (nguy cơ nghẹt màng do muối) |
Thấp (chủng vi sinh chịu mặn thích nghi tốt) |
| Xử lý dầu khoáng ($>50\text{ mg/L}$) |
Kém (ức chế vi sinh, nổi bùn) |
Tách được váng nổi nhưng tốn hóa chất |
Tắc màng màng sợi rỗng nghiêm trọng |
Tốt (vi khuẩn quang dưỡng và Bacillus phân giải) |
| Chi phí đầu tư & Vận hành |
Trung bình |
Rất cao (bùn hóa lý độc hại, hóa chất) |
Cực cao (thay màng định kỳ, rửa hóa chất) |
Thấp - Trung bình (vận hành trọng lực, bùn sinh học) |
| Hiệu quả khử Nitơ & Mùi |
Kém nếu không có chu trình hồi lưu |
Không khử được $NH_4^+$, $NO_3^-$ hòa tan |
Tốt nhưng yêu cầu kiểm soát DO nghiêm ngặt |
Rất tốt ($Rhodopseudomonas$ khử $H_2S$, tuần hoàn Anoxic) |
Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:
- Must have (Bắt buộc): Chịu được độ mặn $\ge 2%$; giảm COD từ $>5.000\text{ mg/L}$ xuống dưới $400\text{ mg/L}$ (hiệu suất $>90%$); phân giải triệt để dầu khoáng để tránh hiện tượng ngộ độc bùn; kiểm soát nồng độ MLSS trong bể ABR $>5.000\text{ mg/L}$.
- Should have (Nên có): Chu trình hồi lưu nitrat từ bể hiếu khí MBBR về bể thiếu khí Anoxic để tăng cường quá trình khử nitrat thành khí nitơ ($N_2$), loại bỏ hiện tượng bùn nổi tại bể lắng.
- Could have (Có thể có): Cơ chế tự động hóa định lượng rỉ đường bổ sung làm nguồn carbon ngoài khi tỷ lệ $\text{BOD}_5/\text{TN} < 3,5$.
- Won't have (Chưa áp dụng): Khâu khử trùng bằng Ozone/Tia UV đắt tiền trong giai đoạn thử nghiệm pilot.
Thiết kế hệ thống
Hệ thống pilot được thiết kế bằng vật liệu nhựa acrylic trong suốt, bao gồm 5 đơn vị công nghệ đấu nối liên hoàn theo thứ tự trọng lực và bơm định lượng:
[Nước thải khoang tàu + Phụ gia đồng hóa]
[Bể Điều Hòa (500L)]
(Ø = 760 mm, H = 1140 mm)
(800 mm x 300 mm x 500 mm)
(700 mm x 200 mm x 500 mm)
(300 mm x 300 mm x 500 mm)
(300 mm x 300 mm x 500 mm)
[Nước Thải Sau Xử Lý]
Thông số kỹ thuật chi tiết của các công trình đơn vị:
- Bể điều hòa: Dạng hình trụ tròn đứng, đường kính trong $\varnothing = 760\text{ mm}$, chiều cao $H = 1.140\text{ mm}$, thể tích hữu dụng $500\text{ L}$. Trang bị hệ thống sục khí chống lắng cặn cục bộ.
- Bể kỵ khí vách ngăn (ABR): Kích thước $L \times W \times H = 800 \times 300 \times 500\text{ mm}$ (thể tích làm việc $120\text{ L}$). Gồm 4 ngăn nối tiếp nhau bằng vách hướng dòng so le tạo dòng chảy dâng đứng qua lớp bùn kỵ khí dày, thời gian lưu nước $\text{HRT} = 60\text{ giờ}$.
- Bể hiếu khí dính bám (MBBR): Kích thước $700 \times 200 \times 500\text{ mm}$ (thể tích $70\text{ L}$, $\text{HRT} = 35\text{ giờ}$). Bố trí đĩa phân phối khí mịn ở đáy duy trì $\text{DO} \ge 3,5\text{ mg/L}$, sử dụng giá thể vi sinh di động với độ đầy $50%$, diện tích tiếp xúc bề mặt riêng lớn.
- Bể thiếu khí (Anoxic): Kích thước $300 \times 300 \times 500\text{ mm}$ (thể tích $45\text{ L}$, $\text{HRT} = 23\text{ giờ}$). Trang bị máy khuấy chìm tốc độ chậm ở đáy ngăn tích tụ bùn và duy trì $\text{DO} < 0,5\text{ mg/L}$.
- Bể lắng sinh học (Clarifier): Kích thước $300 \times 300 \times 500\text{ mm}$ (thể tích $45\text{ L}$, $\text{HRT} = 23\text{ giờ}$), đáy vát chóp nghiêng $45^\circ$ thu gom bùn về hố trung tâm để xả cặn hoặc hồi lưu.
- Hệ thống vi sinh TME-DO.02: Đạt chuẩn TCVN 7304-2:2003 (Vietcert) và TCCS 06:2019/TME. Thành phần chủng gồm:
- Saccharomyces sp. ($> 10^8\text{ CFU/mL}$): Thủy phân nhanh chuỗi polysaccharides, protein và lipid phức tạp thành carbohydrate đơn giản.
- Lactobacillus sp. ($> 10^8\text{ CFU/mL}$): Lên men sinh acid lactic, ổn định pH hệ thống ở mức $6,8 - 7,5$, ức chế vi khuẩn thối rữa sinh độc tố.
- Rhodopseudomonas sp.: Vi khuẩn quang dưỡng dị dưỡng, oxy hóa sulfur hydro ($H_2S \rightarrow SO_4^{2-}$), đồng hóa amoniac giải phóng khí không mùi.
- Bacillus sp. ($> 10^7\text{ CFU/mL}$): Tiết các enzyme protease, cellulase, lipase ngoại bào phân hủy nhanh váng dầu nhớt và protein mô cá.
Methodology
Mô hình thực nghiệm được vận hành theo quy trình kiểm soát nghiêm ngặt:
- Chuẩn bị nguồn nước thải thí nghiệm: Lấy trực tiếp từ khoang chứa tàu cá tại Cảng cá Thọ Quang định kỳ vào thứ Hai hàng tuần (khung giờ 11h00 – 13h00). Để đảm bảo tính đồng nhất giữa các mẻ thử nghiệm, nước thải được phối trộn theo công thức cố định: $20\text{ kg}$ nước thải khoang tàu + $10\text{ kg}$ muối ăn tinh khiết ($NaCl$) để đưa độ mặn về $3%$ ($30\text{‰}$) + $1,6\text{ g}$ mật rỉ đường + $120\text{ g}$ phân NPK + $100\text{ mL}$ chế phẩm TME-DO.02, châm nước sạch vừa đủ dung tích $500\text{ L}$ bể điều hòa.
- Giai đoạn nuôi cấy thích nghi (2 tuần đầu): Châm $100\text{ mL}$ vi sinh TME-DO.02 vào bể kỵ khí ABR và MBBR, chạy hồi lưu nội bộ không xả thải với nồng độ cơ chất tăng dần từ $20%$ đến $100%$ tải lượng để hình thành màng biofilm bám dính trên giá thể và thích nghi nồng độ mặn.
- Giai đoạn vận hành liên tục (6 tuần tiếp theo): Khảo sát 3 mức tải lượng bơm định lượng:
- Mức 6 (tải $30%$): $Q = 1,39\text{ L/h} \Leftrightarrow 33,36\text{ L/ngày}$
- Mức 7 (tải $35%$ - tối ưu): $Q = 1,78\text{ L/h} \Leftrightarrow 42,72\text{ L/ngày}$ ($\text{HRT}_{\text{tổng}} = 141\text{ giờ}$)
- Mức 8 (tải $40%$): $Q = 1,88\text{ L/h} \Leftrightarrow 45,12\text{ L/ngày}$
- Phương pháp đo đạc và phân tích chuẩn hóa:
- pH, Nhiệt độ, TDS, EC, Độ mặn: Đo tức thời hàng ngày lúc 09h00 bằng máy đo đa chỉ tiêu bán dẫn EZ-9909SP (Độ phân giải pH: 0,01; Độ mặn: 0,01%; TDS: 1 ppm).
- Nhu cầu oxy hóa học (COD): Chuẩn độ oxy hóa khử bằng phương pháp Pemanganat ($KMnO_4$ $0,01\text{N}$) đun sôi cách thủy theo TCVN 6491:1999.
- Nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$): Phương pháp cấy đo oxy hòa tan sau 5 ngày ủ bóng tối ở $20^\circ\text{C} \pm 1^\circ\text{C}$ (Winkler titration) theo TCVN 6001-1:2008.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh sấy khô ở $105^\circ\text{C}$ theo TCVN 6625:2000.
- Tổng Nitơ (TN): Phương pháp Kjeldahl vô cơ hóa mẫu theo TCVN 6638:2000.
- Tổng Phospho (TP): Đo quang phổ hấp thụ phân tử phức Amoni Molipdat ở bước sóng $\lambda = 620\text{ nm}$ theo TCVN 6202:2008.
- Dầu khoáng (Mineral Oil - MO): Phương pháp chiết dung môi và cân khối lượng/hồng ngoại theo SMEWW 5520 B&F (2017).
- Cảm quan mùi hôi: Thang điểm 6 cấp độ ($0 - 5$) ở nhiệt độ phòng thí nghiệm $20^\circ\text{C}$ theo quy chuẩn cảm quan.
Implementation và kết quả
Development process
Quá trình triển khai thực nghiệm được tiến hành qua các pha vận hành đối chứng nghiêm ngặt. Công thức tính toán các chỉ số vận hành được chuẩn hóa:
# Thuật toán tính toán nồng độ sinh khối bùn hoạt tính (MLSS) và Hiệu suất xử lý (E)
def calculate_mlss(weight_with_sludge_g, tare_paper_g, sample_volume_ml):
"""
Theo TCVN 6625:2000 và phương pháp phân tích khối lượng:
b: Khối lượng giấy lọc có sinh khối sấy ở 105°C (gam)
a: Khối lượng giấy lọc ban đầu (gam)
c: Thể tích mẫu bùn lấy phân tích (mL)
"""
b = weight_with_sludge_g
a = tare_paper_g
c = sample_volume_ml
mlss_mg_l = ((b - a) / c) * 1e6
return mlss_mg_l
def calculate_removal_efficiency(c_in, c_out):
"""Tính hiệu suất khử chất ô nhiễm E (%)"""
return ((c_in - c_out) / c_in) * 100.0
Các phương trình sinh hóa cốt lõi diễn ra trong hệ thống:
- Quá trình lên men acid và sinh khí methane (Bể ABR):
$$\text{Hợp chất hữu cơ} \xrightarrow{\text{Vi khuẩn acid hóa}} CH_3COOH + CO_2 + H_2$$
$$CH_3COOH \xrightarrow{\text{Methanosarcina}} CH_4 + CO_2$$
- Quá trình Nitrat hóa hiếu khí (Bể MBBR):
$$2NH_4^+ + 3O_2 \xrightarrow{Nitrosomonas} 2NO_2^- + 4H^+ + 2H_2O$$
$$2NO_2^- + O_2 \xrightarrow{Nitrobacter} 2NO_3^-$$
- Quá trình Khử Nitrat thiếu khí (Bể Anoxic hồi lưu):
$$2NO_3^- + 10e^- + 12H^+ \xrightarrow{\text{Vi sinh khử nitrat}} N_2 \uparrow + 6H_2O$$
- Quá trình khử độc Sulfur của Rhodopseudomonas sp.:
$$H_2S + 2CO_2 + 2H_2O \xrightarrow{\text{Ánh sáng/Quang dưỡng}} H_2SO_4 + 2(CH_2O)_{\text{sinh khối}}$$
Testing và validation
Hiệu quả xử lý của hệ thống được kiểm chứng qua hai chế độ: Không bổ sung vi sinh (vận hành tự nhiên chỉ với hệ vi sinh bản địa) và Có bổ sung định kỳ vi sinh TME-DO.02 ở các mức tải lượng khác nhau.
Nồng độ COD Đầu Vào vs Đầu Ra qua các mức bơm (mg/L)
Kết quả quan trắc chi tiết tại chế độ vận hành tối ưu (Mức bơm 7, $Q = 1,78\text{ L/h} = 42,72\text{ L/ngày}$) được tổng hợp trong bảng đối chứng dưới đây:
| Thông số ô nhiễm |
Đầu vào trung bình |
Đầu ra (Không Men) |
Đầu ra (Có Men TME-DO.02) |
Hiệu suất (Không Men) |
Hiệu suất (Có Men) |
QCVN 11-MT:2015 Cột B |
QCVN 40:2011 Cột B |
| COD (mg/L) |
$5.680$ |
$758$ (Mẫu 2) |
$\mathbf{360}$ |
$64,83%$ |
$\mathbf{93,66%}$ |
$150$ |
$150$ |
| $\text{BOD}_5$ (mg/L) |
$1.851$ |
$948$ |
$\mathbf{133}$ |
$48,78%$ |
$\mathbf{92,81%}$ |
$50$ |
$50$ |
| TSS (mg/L) |
$204$ |
$125,5$ |
$\mathbf{84,0}$ |
$38,46%$ |
$\mathbf{58,82%}$ |
$100$ |
$100$ |
| TN (mg/L) |
$308$ |
$118,2$ |
$\mathbf{105,0}$ |
$61,62%$ |
$\mathbf{65,91%}$ |
$40$ |
$40$ |
| TP (mg/L) |
$5,20$ |
$2,87$ |
$\mathbf{5,12}$ |
$44,81%$ |
$\mathbf{1,44%} - 57,1%$ |
$6$ |
$6$ |
| Dầu khoáng (mg/L) |
$0,93 - 275$ |
$4,14$ |
$\mathbf{0,70} - 4,14$ |
$20,0%$ |
$\mathbf{22,2%} - \mathbf{98,49%}$ |
$5$ |
$5$ |
| TDS (mg/L) |
$22,3$ |
$21,9$ |
$\mathbf{17,8}$ |
$1,8%$ |
$\mathbf{20,18%}$ |
-- |
-- |
| Độ mặn (%) |
$1,93%$ |
$1,90%$ |
$\mathbf{1,17%}$ |
$1,5%$ |
$\mathbf{39,38%}$ |
-- |
-- |
| Mức độ mùi (Cấp) |
Cấp 5 (Rất hôi) |
Cấp 4 (Hôi rõ) |
$\mathbf{Cấp\ 2\ (Mùi\ nhẹ)}$ |
-- |
Giảm 60% |
Không khó chịu |
Không khó chịu |
Kết quả đạt được
- Hiệu quả phân hủy chất hữu cơ: Bổ sung vi sinh TME-DO.02 tạo bước nhảy vọt về hiệu suất khử COD (từ $64,83%$ lên $\mathbf{93,66%}$) và $\text{BOD}_5$ (từ $48,78%$ lên $\mathbf{92,81%}$). Nồng độ COD giảm từ $5.680\text{ mg/L}$ xuống còn $360\text{ mg/L}$, $\text{BOD}_5$ giảm từ $1.851\text{ mg/L}$ xuống $133\text{ mg/L}$.
- Phân giải tải lượng dầu khoáng cực đoan: Tại mẫu thí nghiệm có hàm lượng dầu khoáng đầu vào đột biến lên tới $275\text{ mg/L}$ do sự cố tràn dầu đáy khoang tàu, hệ vi sinh đa chủng TME-DO.02 đã xử lý xuất sắc, kéo giảm nồng độ dầu khoáng sau bể lắng xuống chỉ còn $\mathbf{4,14\text{ mg/L}}$ (đạt hiệu suất xử lý kỷ lục $\mathbf{98,49%}$), đạt ngưỡng an toàn xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT ($< 5\text{ mg/L}$).
- Động thái sinh khối bùn hoạt tính (MLSS):
- Tại ngăn kỵ khí ABR: Nồng độ MLSS khi bổ sung TME-DO.02 tăng mạnh lên mức $\mathbf{5.992 - 7.384\text{ mg/L}}$ (so với $3.509 - 4.773\text{ mg/L}$ ở mô hình đối chứng không men), chứng minh vi sinh vật thích ứng và phát triển mật độ cao trong điều kiện độ mặn $3%$.
- Tại đầu ra bể lắng (Mức 7): Hàm lượng MLSS được giữ lại hiệu quả, giảm mạnh từ $7.000\text{ mg/L}$ (tại ABR) và $1.170\text{ mg/L}$ (tại Anoxic) xuống chỉ còn $\mathbf{128\text{ mg/L}}$ ở dòng thoát nước (hiệu suất lắng giữ bùn đạt $\mathbf{98,1%}$). Không xuất hiện hiện tượng trào bùn nhờ lưu lượng ổn định và chu trình hồi lưu nitrat cân bằng.
- Cải thiện chất lượng cảm quan môi trường: Mức độ mùi hôi ban đầu được đánh giá ở Cấp 5 (mùi thối hắc cực kỳ nồng nặc của cá ươn, $H_2S$, mercaptan lan xa $2 - 3\text{ m}$ trong phòng thí nghiệm) đã giảm xuống Cấp 2 (mùi nhẹ, chỉ nhận thấy khi tập trung khứu giác ở cự ly gần).
Đổi mới và đóng góp
- Ứng dụng công nghệ Bioaugmentation chịu mặn: Khác với các công trình xử lý nước thải thông thường bị tê liệt sinh học khi nồng độ muối vượt quá $1%$, đề tài đã tích hợp thành công chế phẩm sinh học đa chủng TME-DO.02 với nồng độ nấm men Saccharomyces sp. $>10^8\text{ CFU/mL}$ và vi khuẩn Lactobacillus sp. $>10^8\text{ CFU/mL}$, tạo khả năng thẩm thấu cân bằng nội bào chống sốc mặn ở nồng độ $NaCl \approx 3%$.
- Tích hợp vi khuẩn quang dưỡng khử mùi: Ứng dụng chủng Rhodopseudomonas sp. giúp chuyển hóa trực tiếp các khí độc hòa tan $H_2S$ và $NH_3$ thành dạng sunfat và sinh khối không độc hại, giải quyết tận gốc nguyên nhân phát sinh mùi hôi tại Cảng cá Thọ Quang mà không cần dùng tháp hấp phụ hóa chất đắt tiền.
- Tối ưu hóa chu trình tuần hoàn MBBR – Anoxic: Thiết kế đường ống tuần hoàn dòng nước giàu nitrat từ cuối bể hiếu khí MBBR về đầu bể thiếu khí Anoxic giúp giảm nồng độ $NO_3^-$ đưa vào bể lắng. Cải tiến này triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng khử nitrat tạo bọt khí $N_2$ đẩy bùn nổi lên mặt nước (hiện tượng Sludge Bulking), giữ hàm lượng MLSS thất thoát ở bể lắng mức 7 ở mức thấp nhất ($128\text{ mg/L}$).
- Gia tăng mật độ sinh khối làm việc: Hàm lượng MLSS trong bể ABR được duy trì ổn định ở mức $7.000\text{ mg/L}$, cao hơn $54,8%$ so với hệ vi sinh tự nhiên ($4.520\text{ mg/L}$), cho phép tăng tải trọng thể tích hữu cơ lên tới $2,5\text{ kg COD/m}^3\cdot\text{ngày}$.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản ứng dụng thực tế
Mô hình có thể được mở rộng triển khai trực tiếp tại 2 quy mô:
- Trạm xử lý nước thải tập trung tại bến cập tàu: Thiết kế hệ module ABR-MBBR công suất $50 - 100\text{ m}^3\text{/ngày-đêm}$ đặt ngầm dọc cầu cảng Thọ Quang. Tàu cá khi cập bến sẽ được cắm ống hút nước đáy khoang trực tiếp vào hệ thống thu gom kín, xử lý triệt để trước khi xả vào âu thuyền.
- Module xử lý thu nhỏ tích hợp trên tàu cá xa bờ: Ứng dụng thiết kế bể composite thể tích $1 - 2\text{ m}^3$ đặt tại khoang máy tàu cá vỏ thép, sử dụng năng lượng máy phát của tàu để sục khí MBBR và cấp chế phẩm TME-DO.02 dạng bột khô định kỳ.
[Kế hoạch triển khai trạm xử lý tại Âu thuyền Thọ Quang]
Giai đoạn 1: Khảo sát & Thiết kế trạm pilot 10 m3/ngày (Tháng 1 - Tháng 3)
Giai đoạn 2: Lắp đặt module ABR - MBBR composite tại Cầu cảng số 1 (Tháng 4 - Tháng 6)
Giai đoạn 3: Thử nghiệm Bioaugmentation & Bơm hút tự động khoang tàu (Tháng 7 - Tháng 9)
Giai đoạn 4: Nghiệm thu, đánh giá QCVN và chuyển giao nhân rộng (Tháng 10 - Tháng 12)
Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit Analysis)
- Chi phí hóa chất & Chế phẩm: Chế phẩm TME-DO.02 bổ sung định kỳ $100\text{ mL}$ cho mỗi mẻ $500\text{ L}$ nước thải, chi phí sinh phẩm ước tính khoảng $3.500 - 5.000\text{ VNĐ/m}^3$ nước thải.
- Năng lượng tiêu thụ: Hệ thống chủ yếu vận hành theo dòng chảy tự tràn, năng lượng chỉ tiêu tốn cho 01 máy thổi khí MBBR công suất nhỏ ($0,37\text{ kW}$) và 01 bơm định lượng ($0,18\text{ kW}$), tiêu hao khoảng $0,65\text{ kWh/m}^3$.
- Giá trị môi trường - xã hội: Giảm thiểu triệt để nguy cơ đóng cửa cảng cá do vi phạm môi trường, loại bỏ mùi hôi thối ảnh hưởng đến ngành du lịch bán đảo Sơn Trà, bảo vệ hệ sinh thái rạn san hô vịnh Đà Nẵng khỏi ô nhiễm dầu khoáng và phú dưỡng hóa.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Hiệu quả khử Tổng Nitơ (TN) và Phospho (TP) chưa đạt chuẩn Cột A: Mặc dù hiệu suất xử lý TN đạt $65,91%$ nhưng nồng độ đầu ra vẫn dao động ở mức $98 - 105\text{ mg/L}$ (vượt ngưỡng $40\text{ mg/L}$ của QCVN 40 Cột B) do thiếu nguồn carbon hữu cơ dễ phân hủy cho vi khuẩn khử nitrat ở giai đoạn cuối. Tương tự, TP chỉ giảm nhẹ do quá trình tích lũy sinh học của bùn chưa đủ thời gian lưu bùn kỵ khí sâu.
- COD đầu ra còn vượt ngưỡng quy chuẩn chế biến thủy sản: Nồng độ COD sau xử lý đạt $360\text{ mg/L}$, tuy đã giảm $93,66%$ từ mức ban đầu $5.680\text{ mg/L}$ nhưng vẫn chưa đạt mức $<150\text{ mg/L}$ theo QCVN 11-MT:2015/BTNMT.
- Độ nhạy của lưu lượng bơm: Khi vận hành ở Mức 6 ($Q = 1,39\text{ L/h}$) hoặc Mức 8 ($Q = 1,88\text{ L/h}$), hệ thống xuất hiện hiện tượng rửa trôi sinh khối MLSS ra bể lắng (MLSS đầu ra lên tới $1.090 - 1.300\text{ mg/L}$), chứng tỏ dải lưu lượng vận hành tối ưu rất hẹp (quanh mức $1,78\text{ L/h}$).
Hướng phát triển tiếp theo
- Tích hợp thêm module lọc màng sinh học hiếu khí (MBR) hoặc module keo tụ điện hóa (Electrocoagulation) bằng cực nhôm/sắt sau bể lắng để khử triệt để lượng Phospho hòa tan và hạ COD xuống dưới $75\text{ mg/L}$.
- Tự động hóa quá trình châm mật rỉ đường vào bể Anoxic theo cảm biến ORP (Oxidation-Reduction Potential) nhằm cung cấp đủ chất cho phản ứng khử nitrat đạt hiệu suất $>90%$.
- Giải trình tự gen metagenomics để đánh giá sự biến đổi cấu trúc quần thể vi sinh vật trên giá thể MBBR dưới tác động lâu dài của dầu khoáng.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên & Học viên ngành Môi trường: Tài liệu tham khảo thực nghiệm chuẩn xác về phương pháp bố trí mô hình pilot liên hoàn ABR - MBBR, quy trình đo đạc hóa ướt (Wet chemistry) chuẩn TCVN cho nước thải độ mặn cao.
- Kỹ sư vận hành & Doanh nghiệp môi trường: Cung cấp thông số thiết kế thực tế về thời gian lưu nước ($\text{HRT}{\text{ABR}} = 60\text{h}$, $\text{HRT}{\text{MBBR}} = 35\text{h}$, $\text{HRT}_{\text{Anoxic}} = 23\text{h}$) và định mức sử dụng men vi sinh xử lý dầu mỡ khoáng trong môi trường biển.
- Ban Quản lý Cảng cá & Ngư dân: Giải pháp công nghệ khả thi, kinh phí thấp để thu gom và xử lý tại chỗ nước thải khoang tàu, giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm mùi hôi và tránh các khoản phạt hành chính về môi trường.
- Các nhà nghiên cứu khoa học: Cung cấp số liệu động học thực nghiệm về tương tác sinh khối MLSS và hiệu quả xử lý cơ chất của vi sinh vật quang dưỡng Rhodopseudomonas sp. trong nước thải giàu hydrocarbon.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai hệ thống xử lý nước thải tàu cá ngoài thực tế là gì?
Cần xây dựng bể điều hòa có hệ thống lắng cát và tách váng dầu cơ học sơ bộ trước khi đưa vào cụm sinh học. Hệ thống cấp khí cho MBBR phải đảm bảo nồng độ oxy hòa tan $\text{DO} \ge 3,5\text{ mg/L}$, đồng thời phải duy trì máy khuấy chìm trong bể Anoxic ở tốc độ vừa phải ($< 100\text{ rpm}$) để không làm xáo trộn nồng độ DO gây ức chế vi khuẩn khử nitrat.
2. Giới hạn độ mặn tối đa mà hệ vi sinh TME-DO.02 có thể chịu đựng được là bao nhiêu?
Hệ vi sinh trong chế phẩm TME-DO.02 thích nghi ổn định ở độ mặn từ $1,5%$ đến $3,5%$ ($15 - 35\text{‰}$). Nếu độ mặn vượt quá $4,0%$, tốc độ phân hủy hữu cơ của Saccharomyces sp. và Bacillus sp. sẽ suy giảm từ $20 - 30%$, cần bổ sung thêm nước ngọt pha loãng hoặc kéo dài thời gian lưu bùn (SRT).
3. Tại sao ở Mức bơm 6 và Mức bơm 8, nồng độ MLSS tại đầu ra bể lắng lại tăng cao?
Ở Mức 6 ($33,36\text{ L/ngày}$), thời gian lưu nước quá dài dẫn đến hiện tượng thiếu cơ chất dinh dưỡng (quá trình hô hấp nội bào), bùn bị tự phân hủy và khó lắng. Ở Mức 8 ($45,12\text{ L/ngày}$), vận tốc dòng chảy dâng trong bể lắng vượt quá vận tốc lắng tĩnh của bông bùn ($v_{\text{dâng}} > v_{\text{lắng}}$), cuốn trôi sinh khối ra ngoài nguồn tiếp nhận. Mức 7 ($42,72\text{ L/ngày}$) là điểm cân bằng thủy lực lý tưởng.
4. Hệ thống có khả năng tự phục hồi sau khi bị sốc tải dầu khoáng đột biến không?
Nhờ vào khả năng tiết enzyme lipase ngoại bào của Bacillus sp. và cơ chế dị dưỡng carbon của Rhodopseudomonas sp. trong chế phẩm TME-DO.02, hệ thống có khả năng tự phục hồi hoàn toàn sau $48 - 72\text{ giờ}$ khi bị sốc tải dầu khoáng lên tới $275\text{ mg/L}$ mà không bị hiện tượng chết bùn hàng loạt.
5. Chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn (ROI) cho một trạm xử lý tại cảng cá ước tính như thế nào?
Chi phí đầu tư ban đầu cho trạm module composite $50\text{ m}^3\text{/ngày}$ khoảng $450 - 600\text{ triệu VNĐ}$. Với chi phí vận hành khoảng $6.000\text{ VNĐ/m}^3$ và nguồn thu từ phí dịch vụ vệ sinh tàu cá cập bến ($50.000 - 100.000\text{ VNĐ/lượt tàu}$), thời gian hoàn vốn đầu tư ước tính từ $2,5 - 3,5\text{ năm}$.
Kết luận
Nghiên cứu "Ứng dụng sinh khối vi sinh vật hiếu khí và thiếu khí để xử lý nước thải tàu cá" đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả vượt trội của việc kết hợp chuỗi công nghệ ABR – MBBR – Anoxic – Lắng với giải pháp tăng cường sinh học (Bioaugmentation) bằng chế phẩm vi sinh TME-DO.02. Hệ thống xử lý xuất sắc các thông số ô nhiễm phức tạp nhất trong nước thải tàu cá tại Âu thuyền Thọ Quang: Hiệu suất khử COD đạt $\mathbf{93,66%}$, $\text{BOD}_5$ đạt $\mathbf{92,81%}$, dầu khoáng ở tải lượng cao được khử tới $\mathbf{98,49%}$ và giảm thiểu $60%$ mức độ ô nhiễm mùi hôi.
Kết quả đề tài đặt nền tảng khoa học và thực tiễn vững chắc cho việc thiết kế, chế tạo các trạm xử lý nước thải module hợp khối tại các âu thuyền, cảng cá ven biển Việt Nam, góp phần hiện thực hóa mục tiêu phát triển kinh tế biển xanh và bền vững.
