Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chế biến thực phẩm tại Việt Nam giữ vai trò thiết yếu trong việc đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa và xuất khẩu. Trong đó, sản xuất nước mắm truyền thống là ngành nghề đặc trưng của các địa phương ven biển, tiêu thụ từ 40% đến 60% tổng sản lượng cá đánh bắt được trên cả nước. Tuy nhiên, quy trình chế biến nước mắm phát sinh một lượng lớn nước thải từ các công đoạn phân loại, rửa nguyên liệu cá, vệ sinh dụng cụ khuấy chượp, thau rửa ang, chum, bể ủ, hệ thống lọc và súc rửa chai bao bì. Nước thải sản xuất nước mắm chứa nồng độ rất cao các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng, nitơ, phốt pho, cùng hàm lượng muối hòa tan lớn xuất phát từ nguyên liệu muối trộn ủ cá.

Việc xả thải trực tiếp nguồn nước có độ mặn cao và nồng độ ô nhiễm hữu cơ lớn ra môi trường nước mặt làm suy thoái hệ sinh thái thủy vực, ức chế nghiêm trọng sự phát triển của vi sinh vật và thủy sinh vật bản địa. Trong thực tiễn kỹ thuật, việc áp dụng các thiết bị xử lý cơ giới hóa hoặc các công nghệ hóa lý phức tạp đối với nước thải nước mắm gặp nhiều trở ngại do muối ăn mòn kim loại, chi phí đầu tư hóa chất và năng lượng vận hành rất lớn. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp xử lý sinh thái tự nhiên, thân thiện với môi trường, vận hành đơn giản và chi phí thấp như hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây (constructed wetland) là hướng nghiên cứu cấp thiết đối với các cơ sở sản xuất nước mắm quy mô vừa và nhỏ.

Khóa luận thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Đánh giá chất lượng nước thải sản xuất nước mắm sau công đoạn xử lý sơ bộ tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải thuộc Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải.
  2. Khảo sát hiệu quả xử lý ba chỉ tiêu ô nhiễm gồm nhu cầu oxy hóa học (COD), amoni ($NH_4^+$) và độ mặn (%) của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sậy dòng chảy đứng ở tốc độ dòng $4\text{ m}^3/\text{ngày}$.
  3. Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của các mức tốc độ dòng chảy khác nhau ($3\text{ m}^3/\text{ngày}$, $4\text{ m}^3/\text{ngày}$, $6\text{ m}^3/\text{ngày}$ và $9\text{ m}^3/\text{ngày}$) đến hiệu suất làm sạch COD, amoni và độ mặn của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sậy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sản xuất nước mắm lấy tại bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải thuộc Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải (thị trấn Cát Hải, huyện Cát Hải, thành phố Hải Phòng).
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sậy dòng chảy đứng có công suất thiết kế $3\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ đặt tại khuôn viên cơ sở và các phân tích hóa nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
  • Phạm vi thời gian: Khóa luận được thực hiện và hoàn thành trong năm 2017.
  • Phạm vi thông số kỹ thuật: Tập trung khảo sát sự biến thiên của ba thông số cốt lõi phản ánh đặc trưng của nước thải nước mắm gồm COD, amoni và độ mặn theo các dải nồng độ nạp và tốc độ dòng thủy lực khác nhau.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu dựa trên nguyên lý xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên thông qua bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng (Vertical Subsurface Flow Wetland). Cấu tạo hệ thống gồm các lớp vật liệu lọc (cát và sỏi phân tầng từ đáy lên mặt) và thảm thực vật ngập nước. Nước thải được phân phối đều trên bề mặt bãi lọc thông qua hệ thống đường ống đục lỗ, thấm theo chiều thẳng đứng qua các tầng vật liệu lọc và hệ thống rễ cây, sau đó được thu gom qua ống thoát đáy dẫn về hố ga.

Cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng bao gồm:

  • Cơ chế cơ học (vật lý): Lắng trọng lực và lọc giữ các hạt cặn lơ lửng (TSS) trên bề mặt cát, sỏi và mạng lưới rễ cây.
  • Cơ chế sinh học: Các chất hữu cơ hòa tan được màng vi sinh vật (biofilm) bám trên bề mặt hạt vật liệu lọc và vùng rễ phân hủy hiếu khí hoặc kỵ khí. Quá trình nitrat hóa (chuyển hóa $NH_4^+$ thành $NO_2^-$ và $NO_3^-$) diễn ra mạnh mẽ nhờ lượng oxy khuếch tán từ không khí qua các ống thông khí và oxy rò rỉ từ rễ cây; đồng thời thực vật hấp thụ trực tiếp một phần chất dinh dưỡng (nitơ, phốt pho) cho quá trình sinh trưởng.
  • Cơ chế hóa học: Các phản ứng oxy hóa khử tự nhiên, kết tủa hoặc hấp phụ hóa học xảy ra trong môi trường nền lọc.

Đối tượng thực vật được lựa chọn là cây sậy (Phragmites australis), loài thực vật ngập nước phổ biến tại huyện Cát Hải. Cây sậy có khả năng thích nghi cao với môi trường nước lợ và nước mặn, chịu được biên độ dao động pH rộng và môi trường ô nhiễm hữu cơ cao. Cây sậy sở hữu cấu trúc thân xốp dẫn oxy từ khí quyển xuống tận đầu rễ để thải ra vùng quyển rễ (rhizosphere), hình thành các vi vùng hiếu khí xen lẫn kỵ khí trong lòng đất lọc. Rễ sậy phát triển dày đặc giúp hạn chế hiện tượng nén chặt, tắc nghẽn vật liệu lọc và cung cấp diện tích bề mặt lớn cho vi sinh vật bám dính, với mật độ vi khuẩn vùng rễ đạt từ $10^7$ đến $10^8$ tế bào/g đất.

Quy chuẩn kỹ thuật sử dụng làm căn cứ so sánh chất lượng nước xả thải là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp chế biến thủy sản QCVN 11:2015/BTNMT, Cột B (giá trị tối đa cho phép khi xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt), quy định: COD $\le 150\text{ mg/l}$; $BOD_5 \le 50\text{ mg/l}$; Amoni ($NH_4^+$ tính theo N) $\le 20\text{ mg/l}$; TSS $\le 50\text{ mg/l}$; Coliform $\le 5000\text{ MPN/100 ml}$; pH từ 5,5 đến 9; Dầu mỡ $\le 20\text{ mg/l}$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát và lấy mẫu hiện trường: Mẫu nước thải được lấy tại bể điều hòa của Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải vào các thời điểm sản xuất khác nhau bằng can/chai nhựa thể tích 0,5 lít, loại bỏ bọt khí, đậy kín nút và bảo quản bằng dung dịch axit sunfuric đậm đặc ($H_2SO_4\text{ đ}$) theo đúng quy trình phân tích môi trường.
  • Phương pháp xác định hàm lượng Amoni: Phân tích đo quang sử dụng thuốc thử Nessler ($K_2HgI_4$) trong môi trường kiềm. Phản ứng tạo phức chất màu vàng đến nâu đỏ $NH_2Hg_2I_3$ theo phương trình: $2K_2HgI_4 + NH_3 + KOH \rightarrow NH_2Hg_2I_3 + 5KI + H_2O$. Các ion kim loại gây can nhiễu ($Fe^{3+}, Cr^{3+}, Ni^{2+}, Ca^{2+}, Mg^{2+}, Co^{2+}$) được che chắn bằng dung dịch muối Seignette (Xecnhet) hoặc Complexon III; xử lý độ đục bằng dung dịch $ZnSO_4\text{ 5%}$; clo dư được khử bằng dung dịch $Na_2SO_3\text{ 5%}$. Mật độ quang (ABS) được đo bằng máy trắc quang ở bước sóng $425\text{ nm}$. Đường chuẩn được lập trên 5 bình định mức $100\text{ ml}$ với các lượng $NH_4^+$ chuẩn: $0\text{ mg}$ (ABS = 0); $0{,}01\text{ mg}$ (ABS = 0,147); $0{,}03\text{ mg}$ (ABS = 0,398); $0{,}04\text{ mg}$ (ABS = 0,579); $0{,}05\text{ mg}$ (ABS = 0,674). Nồng độ amoni tính theo công thức: $[NH_4^+] = \frac{a \times 1000}{V}\text{ (mg/l)}$.
  • Phương pháp xác định độ mặn: Chuẩn độ thể tích theo phương pháp Mohr, sử dụng dung dịch bạc nitrat ($AgNO_3$) chuẩn để kết tủa ion $Cl^-$ trong môi trường trung tính hoặc bazơ yếu với chất chỉ thị kali cromat ($K_2CrO_4$). Điểm kết thúc chuẩn độ nhận biết khi xuất hiện kết tủa màu đỏ gạch của $Ag_2CrO_4$. Hàm lượng muối được quy đổi từ nồng độ ion clorua theo công thức: $a = C_N \times Đ \times V\text{ (g/l)}$ hoặc biểu thị theo tỷ lệ phần trăm (%).
  • Phương pháp xác định COD: Phương pháp đo quang sau khi oxy hóa kín bằng kali dicromat ($K_2Cr_2O_7$) trong môi trường axit mạnh ($H_2SO_4\text{ đ}$) có mặt chất xúc tác bạc sunfat ($Ag_2SO_4$) và chất che chắn ion clorua là thủy ngân sunfat ($HgSO_4$). Hỗn hợp phản ứng được phá mẫu trong lò ủ COD ở nhiệt độ $150^\circ\text{C}$ trong 120 phút. Sau khi để nguội về nhiệt độ phòng, đo mật độ quang trên máy trắc quang tại bước sóng $600\text{ nm}$. Đường chuẩn COD được lập bằng dung dịch chuẩn KHP (potassium hydrogen phthalate) với 6 điểm nồng độ: $0\text{ mg/l}$ (ABS = 0); $40\text{ mg/l}$ (ABS = 0,062); $93{,}33\text{ mg/l}$ (ABS = 0,161); $120\text{ mg/l}$ (ABS = 0,201); $160\text{ mg/l}$ (ABS = 0,256); $200\text{ mg/l}$ (ABS = 0,323).
  • Bố trí thí nghiệm vận hành: Nước thải sau bể điều hòa được đưa vào bãi lọc ngầm dòng chảy đứng trồng cây sậy. Tiến hành khảo sát ở hai giai đoạn: (1) Khảo sát hiệu suất xử lý cố định tại tốc độ dòng $4\text{ m}^3/\text{ngày}$; (2) Khảo sát động học ảnh hưởng của tải trọng thủy lực bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng ở 4 mức: $3\text{ m}^3/\text{ngày}$, $4\text{ m}^3/\text{ngày}$, $6\text{ m}^3/\text{ngày}$ và $9\text{ m}^3/\text{ngày}$ trên các nền nồng độ COD, Amoni và độ mặn đầu vào khác nhau.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương I trình bày tổng quan ngành sản xuất nước mắm, dây chuyền công nghệ thực tế tại Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải, các nguồn thải, thành phần nước thải và các giải pháp kỹ thuật xử lý nước thải công nghiệp chế biến thủy sản.

Quy trình sản xuất nước mắm tại Cát Hải gồm các công đoạn: Tiếp nhận nguyên liệu cá (cá cơm, cá nhâm, cá lục...) $\rightarrow$ Phân loại, rửa sạch $\rightarrow$ Trộn muối theo tỷ lệ 3:1 hoặc 2:1 nhằm ức chế vi sinh vật gây thối và chuẩn bị cho quá trình thủy phân $\rightarrow$ Ủ chượp từ 6 đến 9 tháng kết hợp phương pháp đánh khuấy cổ truyền $\rightarrow$ Chiết rút nước mắm qua lớp vật liệu lọc là các tấm cói xếp hình xương cá $\rightarrow$ Nấu, cô bã chượp $\rightarrow$ Pha đấu các loại nước mắm để chuẩn hóa độ đạm $\rightarrow$ Đóng chai sau khi khử trùng vỏ chai bằng Cloramin B.

Nước thải phát sinh từ ba nguồn chính: nước tráng rửa chai mới chứa hóa chất khử trùng Cloramin B; nước thải sinh hoạt của cán bộ công nhân viên chứa chất hữu cơ, vi khuẩn; nước thải sản xuất từ công đoạn thau rửa ang, chum, dụng cụ khuấy đảo, bể ủ chượp và vệ sinh nhà xưởng mang theo cặn bã hữu cơ, dầu mỡ, cặn than và hàm lượng muối rất cao. Đặc tính nước thải sản xuất nước mắm nói chung rất đậm đặc với pH 6 - 8; $BOD_5 = 1200\text{ mg/l}$; $\text{COD} = 1460\text{ mg/l}$; dầu mỡ $= 235\text{ mg/l}$; $\text{Coliform} = 8500\text{ MPN/100 ml}$; $\text{TSS} = 110\text{ mg/l}$. Tỷ lệ $BOD_5/\text{COD} \approx 0{,}8$ chứng minh nguồn thải có khả năng phân hủy sinh học thuận lợi.

Tác giả phân tích ưu nhược điểm của các nhóm công nghệ: phương pháp cơ học (song chắn rác, lưới lọc tinh $0{,}5 - 1\text{ mm}$, bể lắng cát, bể điều hòa); phương pháp hóa học (trung hòa, oxy hóa bằng gốc tự do $OH^*$, khử); phương pháp hóa lý (keo tụ tạo bông bằng phèn nhôm $Al_2(SO_4)_3$, phèn sắt $FeCl_3$, trợ keo tụ polymer A101, C101); phương pháp sinh học (bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank, xử lý kỵ khí, hồ sinh học, bãi lọc ngầm trồng cây). Trong đó, bãi lọc ngầm dòng chảy đứng trồng cây sậy được đánh giá có khả năng cung cấp oxy dồi dào nhờ hệ rễ dẫn khí, diện tích chiếm đất nhỏ hơn bãi lọc dòng chảy ngang, hiệu quả xử lý amoni và chất hữu cơ cao, nhưng nhược điểm là đòi hỏi thi công vật liệu lọc đồng đều nhằm tránh dòng chảy tắt và khó điều tiết tốc độ thấm thẳng đứng.

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương II mô tả đối tượng mẫu nước thải, mục tiêu nghiên cứu và toàn bộ quy trình phân tích kiểm nghiệm các chỉ tiêu ô nhiễm.

Nước thải được lấy trực tiếp tại bể điều hòa của trạm xử lý nước thải Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải (nước thải tại đây đã qua xử lý sơ bộ cơ học và tuyển nổi/lắng một phần). Tác giả chi tiết hóa các thiết bị thực nghiệm: máy trắc quang đo ABS, cân phân tích, lò phá mẫu COD ở nhiệt độ cao $150^\circ\text{C}$, buret, pipet chuẩn độ. Trình bày chi tiết cách pha chế các hóa chất chuyên dụng: dung dịch $Ag_2SO_4$ trong $H_2SO_4\text{ đ}$ (hòa tan 5,5 g muối trong 1 kg axit trong 1 - 2 ngày), dung dịch $K_2Cr_2O_7$ chuẩn hòa tan cùng $HgSO_4$ (10,216 g $K_2Cr_2O_7$ và 33,3 g $HgSO_4$ trong 167 ml $H_2SO_4\text{ đ}$ rồi định mức thành 1000 ml), dung dịch KHP chuẩn 1000 ppm.

Chương này cũng xác lập quy trình dựng các đường chuẩn đo quang cho Amoni ở bước sóng $425\text{ nm}$ và COD ở bước sóng $600\text{ nm}$, phương pháp chuẩn độ độ mặn bằng dung dịch $AgNO_3$ với chỉ thị $K_2CrO_4$, đồng thời thiết kế ma trận thí nghiệm khảo sát hai nội dung: xác định hiệu suất xử lý cố định tại lưu lượng $4\text{ m}^3/\text{ngày}$ và đánh giá biến động hiệu suất khi thay đổi lưu lượng vận hành qua các mức 3, 4, 6, $9\text{ m}^3/\text{ngày}$.

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương III trình bày số liệu thực nghiệm thu thập từ mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sậy dòng chảy đứng và phân tích các quy luật xử lý chất ô nhiễm.

Chất lượng nước thải tại bể điều hòa qua 5 đợt lấy mẫu phân tích cho thấy mức độ ô nhiễm đã giảm đáng kể so với nước thải thô nhưng vẫn vượt quy chuẩn môi trường: Amoni dao động từ $15{,}7$ đến $38{,}2\text{ mg/l}$ (trung bình đạt $26{,}04\text{ mg/l}$, vượt QCVN 11:2015/BTNMT Cột B gần 1,3 lần); COD dao động từ $141{,}2$ đến $391{,}4\text{ mg/l}$ (trung bình $250{,}614\text{ mg/l}$, vượt quy chuẩn gần 1,67 lần); độ mặn dao động từ $0{,}724%$ đến $1{,}302%$ (trung bình $1{,}0432%$).

Khi vận hành ở tốc độ dòng ổn định $4\text{ m}^3/\text{ngày}$:

  • Hiệu quả xử lý COD: Nồng độ COD đầu vào từ $141{,}2$ đến $391{,}46\text{ mg/l}$ được làm sạch xuống còn $24{,}26$ đến $62{,}24\text{ mg/l}$, hiệu suất xử lý dao động từ $82{,}49%$ đến $85{,}62%$ (đạt cao nhất $85{,}62%$ tại nồng độ vào $240{,}57\text{ mg/l}$). Toàn bộ các mẫu đầu ra đều đạt QCVN 11:2015/BTNMT Cột B ($< 150\text{ mg/l}$).
  • Hiệu quả xử lý Amoni: Nồng độ đầu vào từ $15{,}7$ đến $38{,}2\text{ mg/l}$ sau khi qua bãi lọc giảm xuống còn $3{,}5$ đến $8{,}4\text{ mg/l}$, hiệu suất xử lý duy trì ổn định từ $76{,}94%$ đến $80{,}90%$ (đạt cao nhất $80{,}90%$ tại nồng độ vào $30{,}4\text{ mg/l}$). 100% mẫu phân tích đầu ra đều đạt quy chuẩn Cột B ($< 20\text{ mg/l}$).
  • Hiệu quả xử lý độ mặn: Nồng độ muối giảm từ $0{,}724% - 1{,}302%$ xuống còn $0{,}48% - 0{,}84%$, hiệu suất giảm mặn đạt từ $28{,}50%$ đến $40{,}42%$.

Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy ($3\text{ m}^3/\text{ngày}$, $4\text{ m}^3/\text{ngày}$, $6\text{ m}^3/\text{ngày}$ và $9\text{ m}^3/\text{ngày}$): Kết quả chỉ ra quy luật nhất quán là tốc độ dòng chảy tỷ lệ nghịch với hiệu suất xử lý của bãi lọc đối với cả ba chỉ tiêu COD, Amoni và độ mặn. Tốc độ dòng càng lớn làm giảm thời gian lưu nước (HRT) trong tầng lọc, khiến vi sinh vật và rễ cây không đủ thời gian tiếp xúc để chuyển hóa chất ô nhiễm. Đáng chú ý, tại tốc độ dòng cực đại $9\text{ m}^3/\text{ngày}$, khi nồng độ COD đầu vào ở mức cao $391{,}4\text{ mg/l}$, nồng độ COD đầu ra đạt $155{,}78\text{ mg/l}$ (hiệu suất chỉ đạt $60{,}19%$), vượt ngưỡng cho phép của QCVN 11:2015/BTNMT Cột B.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thu thập và lượng hóa đầy đủ mối quan hệ giữa tải trọng thủy lực (tốc độ dòng) và hiệu suất xử lý chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất nước mắm bằng hệ thống bãi lọc ngầm trồng cây sậy dòng chảy đứng.

Chỉ tiêu khảo sát Nồng độ nạp đầu vào Tốc độ dòng ($3\text{ m}^3/\text{ngày}$) Tốc độ dòng ($4\text{ m}^3/\text{ngày}$) Tốc độ dòng ($6\text{ m}^3/\text{ngày}$) Tốc độ dòng ($9\text{ m}^3/\text{ngày}$) Quy chuẩn QCVN 11:2015/BTNMT (Cột B)
COD (mg/l) $240{,}57\text{ mg/l}$ $20{,}35\text{ mg/l}$ ($91{,}54%$) $34{,}58\text{ mg/l}$ ($85{,}62%$) $79{,}18\text{ mg/l}$ ($67{,}09%$) $86{,}10\text{ mg/l}$ ($64{,}21%$) Đạt mọi dải lưu lượng ($\le 150\text{ mg/l}$)
COD (mg/l) $391{,}40\text{ mg/l}$ $53{,}35\text{ mg/l}$ ($86{,}37%$) $62{,}24\text{ mg/l}$ ($84{,}09%$) $149{,}15\text{ mg/l}$ ($61{,}89%$) $155{,}78\text{ mg/l}$ ($60{,}19%$) Không đạt ở $9\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($> 150\text{ mg/l}$)
Amoni (mg/l) $21{,}40\text{ mg/l}$ $4{,}30\text{ mg/l}$ ($79{,}90%$) $4{,}60\text{ mg/l}$ ($78{,}50%$) $8{,}10\text{ mg/l}$ ($62{,}15%$) $10{,}80\text{ mg/l}$ ($49{,}50%$) Đạt mọi dải lưu lượng ($\le 20\text{ mg/l}$)
Amoni (mg/l) $38{,}20\text{ mg/l}$ $6{,}70\text{ mg/l}$ ($82{,}46%$) $8{,}40\text{ mg/l}$ ($78{,}01%$) $14{,}80\text{ mg/l}$ ($61{,}27%$) $16{,}60\text{ mg/l}$ ($56{,}55%$) Đạt mọi dải lưu lượng ($\le 20\text{ mg/l}$)
Độ mặn (%) $0{,}724%$ $0{,}41%$ ($43{,}37%$) $0{,}48%$ ($33{,}70%$) $0{,}54%$ ($25{,}41%$) $0{,}58%$ ($19{,}89%$) Quy chuẩn không quy định ngưỡng mặn
Độ mặn (%) $1{,}302%$ $0{,}79%$ ($39{,}32%$) $0{,}84%$ ($35{,}48%$) $0{,}94%$ ($27{,}80%$) $1{,}03%$ ($20{,}89%$) Quy chuẩn không quy định ngưỡng mặn

Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Khống chế nghiêm ngặt nồng độ COD đầu vào bãi lọc phải thấp hơn $391{,}4\text{ mg/l}$ trong trường hợp bắt buộc phải vận hành ở tốc độ dòng cao $9\text{ m}^3/\text{ngày}$, nhằm đảm bảo COD đầu ra không bị vượt quy chuẩn Cột B.
  • Lựa chọn chế độ vận hành tối ưu ở tốc độ dòng từ $3\text{ m}^3/\text{ngày}$ đến $4\text{ m}^3/\text{ngày}$ (tương đương công suất thiết kế ban đầu $3\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$) để hệ thống đạt hiệu suất xử lý COD trên $84%$, Amoni trên $78%$ và giảm độ mặn trên $33%$.
  • Nhân rộng việc sử dụng cây sậy địa phương trong các hệ thống xử lý sinh thái nước thải chế biến thủy sản tại Hải Phòng và các tỉnh duyên hải do cây sậy dễ kiếm, sinh trưởng mạnh và có khả năng chống chịu độ mặn cao.

Đóng góp của khóa luận: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến quá trình chuyển hóa amoni và phân hủy chất hữu cơ của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy đứng trong điều kiện nước thải nhiễm mặn thực tế tại Hải Phòng, bổ sung cơ sở dữ liệu thực tiễn cho lĩnh vực kỹ thuật xử lý nước thải sinh thái tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật và định hướng nghiên cứu mở rộng:

  • Hạn chế về biến động nguồn thải: Các mẫu phân tích mới chỉ được lấy và đánh giá trong một khoảng thời gian nhất định, chưa phản ánh được sự biến động nồng độ ô nhiễm theo chu kỳ cả năm hoặc theo từng mùa vụ chế biến cá của nhà máy.
  • Hạn chế về kết cấu dòng chảy: Quá trình thi công các lớp vật liệu lọc có thể xuất hiện độ đầm nén không đồng đều, dẫn đến hiện tượng nước rò rỉ nhanh xuống đáy làm rút ngắn thời gian tiếp xúc của nước thải với bề mặt vật liệu và màng vi sinh quyển rễ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Tiếp tục quan trắc, thu thập số liệu nồng độ đầu vào trung bình của COD, Amoni và độ mặn theo các mùa khác nhau trong năm tương ứng với biến động hoạt động sản xuất tại nhà máy.
    • Nghiên cứu xác lập mối tương quan chi tiết giữa các dải nồng độ ô nhiễm đầu vào khác nhau với tốc độ dòng chảy tối ưu nhằm thiết lập quy trình kiểm soát tự động và nâng cao độ ổn định của hệ thống lọc ngầm.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Sinh học môi trường khi thực hiện đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản hoặc các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp tự nhiên.
  • Các kỹ sư môi trường và nhà quản lý kỹ thuật tại các cơ sở chế biến nước mắm, chế biến thủy hải sản đang tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải chi phí thấp, ít tốn hóa chất, có khả năng khử mặn và chịu tải hữu cơ tốt.
  • Phần có giá trị tham khảo nổi bật: Quy trình phân tích hóa nghiệm chi tiết các chỉ tiêu trong mẫu nước thải có độ mặn cao (đặc biệt là việc che chắn ion $Cl^-$ trong phép xác định COD và loại bỏ can nhiễu ion kim loại trong phép đo Amoni bằng thuốc thử Nessler) tại Chương II cùng chuỗi số liệu thực nghiệm đo đạc ở các mức tốc độ dòng khác nhau tại Chương III.

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải sản xuất nước mắm tại bể điều hòa của Công ty Cát Hải có mức độ ô nhiễm vượt quy chuẩn xả thải như thế nào?
Nước thải tại bể điều hòa đã qua xử lý sơ bộ một phần nhưng nồng độ ô nhiễm vẫn vượt ngưỡng QCVN 11:2015/BTNMT Cột B. Cụ thể, giá trị trung bình của chỉ số COD đạt $250{,}614\text{ mg/l}$ (vượt quy chuẩn cho phép gần 1,67 lần, ngưỡng quy chuẩn là $150\text{ mg/l}$) và chỉ số Amoni trung bình đạt $26{,}04\text{ mg/l}$ (vượt quy chuẩn gần 1,3 lần, ngưỡng quy chuẩn là $20\text{ mg/l}$). Độ mặn trung bình của nước thải đạt $1{,}0432%$.

2. Ở tốc độ dòng thiết kế $4\text{ m}^3/\text{ngày}$, bãi lọc ngầm trồng cây sậy đạt hiệu suất xử lý COD, Amoni và độ mặn cao nhất là bao nhiêu?
Theo kết quả thực nghiệm tại Chương III, ở tốc độ dòng $4\text{ m}^3/\text{ngày}$, bãi lọc ngầm trồng cây sậy đạt hiệu suất xử lý COD cao nhất là $85{,}62%$ (khi nồng độ đầu vào là $240{,}57\text{ mg/l}$), hiệu suất xử lý Amoni cao nhất đạt $80{,}90%$ (khi nồng độ đầu vào là $30{,}4\text{ mg/l}$) và hiệu suất giảm độ mặn cao nhất đạt $40{,}42%$ (khi độ mặn đầu vào là $0{,}856%$). Toàn bộ các mẫu nước đầu ra ở tốc độ này đều đạt tiêu chuẩn xả thải Cột B của QCVN 11:2015/BTNMT.

3. Điều kiện vận hành nào dẫn đến việc nước thải sau xử lý không đạt quy chuẩn xả thải QCVN 11:2015/BTNMT Cột B?
Nước thải đầu ra không đạt quy chuẩn khi hệ thống vận hành ở tốc độ dòng cực đại $9\text{ m}^3/\text{ngày}$ kết hợp với nồng độ COD nạp đầu vào ở mức cao $391{,}4\text{ mg/l}$. Tại điều kiện này, nồng độ COD sau xử lý còn lại là $155{,}78\text{ mg/l}$ (hiệu suất xử lý giảm xuống $60{,}19%$), vượt quá giới hạn tối đa cho phép của QCVN 11:2015/BTNMT Cột B ($150\text{ mg/l}$). Tác giả khuyến cáo phải khống chế COD nạp vào dưới $391{,}4\text{ mg/l}$ nếu vận hành ở lưu lượng $9\text{ m}^3/\text{ngày}$.

4. Tốc độ dòng chảy ảnh hưởng như thế nào đến khả năng xử lý Amoni của bãi lọc khi nồng độ đầu vào ở mức $38{,}2\text{ mg/l}$?
Khi tốc độ dòng tăng từ $3\text{ m}^3/\text{ngày}$ lên $6\text{ m}^3/\text{ngày}$, hiệu suất xử lý Amoni giảm từ $82{,}46%$ xuống còn $61{,}27%$ (tương đương mức sụt giảm $21{,}19%$). Khi tiếp tục nâng tốc độ dòng lên $9\text{ m}^3/\text{ngày}$, hiệu suất khử Amoni giảm sâu xuống mức $56{,}55%$. Tuy nhiên, do nồng độ đầu ra tại $9\text{ m}^3/\text{ngày}$ đạt $16{,}6\text{ mg/l}$ nên chỉ tiêu Amoni vẫn nằm trong ngưỡng giới hạn của Cột B QCVN 11:2015/BTNMT ($< 20\text{ mg/l}$).

5. Khóa luận sử dụng các phản ứng và hóa chất nào để phân tích chỉ tiêu Amoni và COD trong phòng thí nghiệm?
Để phân tích Amoni, tác giả sử dụng phản ứng giữa ion amoni với thuốc thử Nessler ($K_2HgI_4$) trong môi trường kiềm tạo phức màu vàng nâu $NH_2Hg_2I_3$, sử dụng muối Seignette để che chắn ion kim loại cản trở, dung dịch $ZnSO_4\text{ 5%}$ khử đục, dung dịch $Na_2SO_3\text{ 5%}$ loại clo dư và đo quang ở bước sóng $425\text{ nm}$. Đối với COD, tác giả oxy hóa mẫu bằng $K_2Cr_2O_7$ dư trong axit $H_2SO_4\text{ đ}$, dùng $Ag_2SO_4$ làm xúc tác, che chắn ion clorua bằng $HgSO_4$, đun phá mẫu ở $150^\circ\text{C}$ trong 120 phút và đo mật độ quang ở bước sóng $600\text{ nm}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Tuấn Anh đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của mô hình bãi lọc ngầm trồng cây sậy dòng chảy đứng công suất $3\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ trong việc xử lý nước thải sản xuất nước mắm tại Công ty Cổ phần Chế biến - Dịch vụ Thủy sản Cát Hải. Kết quả thực nghiệm khẳng định hệ thống có khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ (COD đạt hiệu suất tới $91{,}54%$), amoni (đạt hiệu suất tới $82{,}46%$) và làm giảm từ $19{,}89%$ đến $43{,}37%$ độ mặn trong nước thải. Nghiên cứu đã làm rõ quy luật suy giảm hiệu suất xử lý khi gia tăng tốc độ dòng chảy thủy lực, từ đó cung cấp căn cứ kỹ thuật quan trọng để kiểm soát tải trọng nạp COD dưới $391{,}4\text{ mg/l}$ nhằm bảo đảm chất lượng nước đầu ra luôn đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 11:2015/BTNMT Cột B.