Khóa luận Xác định khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng biện pháp sinh học

CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề 1. 2. Cơ sở hình thành khóa luận 1. 3. Mục tiêu của khóa luận 1. 4. Nội dung thực hiện 1. 5. Phương pháp thực hiện 1. 6. Phạm vi khóa luận 1.7. Ý nghĩa khoa học và kinh tế xã hội 1.1.Đặt vấn đề: Nước ta đang trong quá trình đổi mới, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang được đẩy mạnh. Bên cạnh những thành tựu kinh tế xã hội mang lại do sự phát triển công nghiệp thì vấn đề môi trường cũng được đặt ra hết sức cấp bách. Nếu không được giải quyết thỏa đáng và kịp thời thì sẽ ảnh hưởng đến việc duy trì bền vững nhịp độ tăng trưởng kinh tế, thậm chí còn làm chậm lại tốc độ tăng trưởng kinh tế và làm nảy sinh các vấn đề xã hội. Để đảm bảo phát triển bền vững, đi đôi với các biện pháp quản lý môi trường như tiết kiệm nguyên liệu, cải tiến công nghệ - thiết bị, áp dụng công nghệ hiện đại, công nghệ thân thiện với môi trường… thì việc xử lý nước thải sinh ra trong quá trình sản xuất rất cần thiết. Nếu không giải quyết tốt việc thoát nước và xử lý nước thải của nhà máy, xí nghiệp công nghiệp sẽ gây ô nhiễm đối với các nguồn nước dẫn tới hậu quả xấu, gây tổn thất cho mọi ngành kinh tế. Trong đó các xí nghiệp chế biến thực phẩm, nước thải có chứa một lượng chất hữu cơ lớn, gây ô nhiễm nặng cho các nguồn tiếp nhận. Chế biến thủy sản là một ngành như vậy. Bên cạnh những mặt tích cực của ngành tồn tại những mặt trái, đó là vấn đề ô nhiễm môi trường :khí thải, chất thải rắn, nước thải. Nếu không có biện pháp xử lý kịp thời thì chính chúng là nguyên nhân làm suy giảm chất lượng môi trường. Trong đó nước thải cần được quan tâm giải quyết do nước thải chế biến thủy sản (CBTS) phát sinh với lượng lớn, có hàm lượng chất hữu cơ cao và chứa các thành phần sinh mùi… Việc tìm được một biện pháp xử lý cuối đường ống thích hợp cho ngành CBTS đang là mối quan tâm lớn của các cơ sở sản xuất. 1. 2. Cơ sở hình thành khóa luận: Trong công nghiệp chế biến thủy sản lượng nước dùng cho sản xuất rất nhiều do đó lượng nước thải ra vô cùng lớn, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng .vì vậy bài khóa luận này sẽ tìm hiểu và ứng dụng công nghệ sinh học nhằm mục đích năng cao hiệu quả xử lý nước thải thủy sản hiện nay. 1. 3. Mục tiêu của khóa luận: Mục tiêu chính của khóa luận là xác định khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng biện pháp sinh học. 1.4. Nội dung thực hiện: Để đạt được các mục tiêu đề ra thì nội dung của khóa luận sẽ lần lượt đi tìm hiểu các vấn đề sau: -Tổng quan về chế biến thủy sản, và nước thải thủy sản. -Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải thủy sản. -Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học trong xử lý nước thải thủy sản. -Xử lý nitơ trong nước thải thủy sản -Sự cố công trình xử lý nước thải chế biến thủy sản và cách khắc phục sự cố. -Kết luận và kiến nghị. 1.5. Phương pháp thực hiện: -Phương pháp luận : Tìm hiểu qua sách, báo, tham quan thực tế một số trạm xử lý nước thải( trạm xử lý nước thải khu công nghiệp Bình Chiểu), tham khảo tài liệu về các đặc điểm lý, hóa , sinh của loại nước chế biến thủy sản. Tham khảo thêm tài liệu về các phương pháp nghiên cứu nước thải chế biến thủy sản. 1.6. Phạm vi khóa luận: Một số nhà máy chế biến và một số trạm xử lý nước thải tập trung trên địa bàng Thành Phố Hồ Chí Minh và các tỉnh tây Nam bộ.(nhà máy xử lý nước thải tập trung khu cong nghiệp Bình chiểu, công ty seapimex, công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH, công ty Hùng Vương Sa Đéc) 1.7. Ý nghĩa về khoa học – kinh tế: -Ý nghĩa về khoa học: Ứng dụng các kiến thức công nghệ sinh học tiên tiến hiện nay, nhằm lựa chọn các giải pháp tối ưu trong xử lý nước thải chế biến thủy sản. -Ý nghĩa về kinh tế: Tiết kiệm chi phí trong xử lý nước thải thủy sản. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN 2.1. Tổng quan về ngành chế biến thủy sản. 2. 2.Vấn đề về môi trường do ngành chế biến thủy sản gây ra. 2.3. Tính chất và thành phần nước thải của ngành chế biến thủy sản. 2. 4. Nhận xét chung về nước thải ngành chế biến thủy sản. 2.1 .Tổng quan về ngành chế biến thủy sản: Theo thống kê của bộ thủy sản năm 2010 thì hiện nước ta đã có khoảng 1.4000.000 ha mặt nước nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra còn có khoảng 544.500.000 ha ruộng trũng, 56.200.000 ha ao hồ chuyên nuôi trồng thủy sản. Đứng đầu trong các tỉnh tây nam bộ là: Đồng Tháp, Ang Giang, Bến Tre,… với vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu ôn hòa, nguồn nước ít ô nhiễm do nằm đầu nguồn hệ thống sông Tiền và sông Hậu cho nên các tỉnh này rất phát triển về ngành nuôi trồng và đánh bắt thủy hải sản. Hầu như là hơn 45% dân số ở các tỉnh này sống về nghành nuôi trồng và đánh bắt thủy sản. Do đó việc thành lập các nhà máy chế biến thủy sản là một trong những vấn đề được các tỉnh này quan tâm nhiều nhất. Bảng 2.1: Hiện trạng ngành chế biến thuỷ sản ở một số tỉnh miền Nam Tỉnh Cơ sở chế biến thuỷ hải sản Các sản phẩm chính Một số kết quả sản xuất đạt được. Cà Mau Có 10 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh với quy mô lớn và nhiều cơ sở chế biến thuỷ sản khô, hải sản, thực phẩm đông lạnh xuất khẩu. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, nước mắm. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 4.480,5 tỷ đồng, sản lượng 131.013 tấn (*) Kiên Giang Có 15 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh với quy mô lớn và nhiều cơ sở chế biến thuỷ sản khô, hải sản, thực phẩm đông lạnh xuất khẩu. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, nước mắm. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 3.091 tỷ đồng, sản lượng 286.000 tấn (*) Trà Vinh Có 10 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh với quy mô lớn và nhiều cơ sở chế biến thuỷ sản khác Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, nước mắm. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 1.388,5 tỷ đồng, sản lượng 63.896 tấn (*) Đồng Tháp Hiện nay, có 4 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh, thuỷ sản khô xuất khẩu với quy mô trên 2000 tấn sản phẩm/năm. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, nước mắm. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 522,1 tỷ đồng, sản lượng 21.901 tấn (*) Bến Tre Có 10 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh với quy mô lớn và nhiều cơ sở chế biến thuỷ sản khô, hải sản, thực phẩm đông lạnh xuất khẩu. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, nước mắm. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 1247,7 tỷ đồng, sản lượng 62.950 tấn (*) Sóc Trăng Hiện nay, có 7 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh, thuỷ sản khô xuất khẩu với quy mô 2000 – 20000 tấn sản phẩm/năm. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, đồ hộp. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 1.362,6 tỷ đồng, sản lượng 32.570 tấn (*) An Giang Hiện nay, có 9 cơ sở chế biến thuỷ hải sản đông lạnh, thuỷ sản khô xuất khẩu, với quy mô 50 – 300 tấn sản phẩm/ngày. Thuỷ sản đông lạnh, các mặt hàng thuỷ sản khô, đồ hộp. Năm 2003, giá trị sản xuất thuỷ sản của tỉnh đạt 1.535,5 tỷ đồng, sản lượng 67,473 tấn (*) Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thuỷ sản Việt Nam (VASEP), 2004 (*): Niên giám Thống kê Việt Nam năm 2004. 2.2. Vấn đề về môi trường do nghành chế biến thủy sản gây ra: 2.2.1.Nguồn gốc phát sinh các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy hải sản. Tùy thuộc vào các loại nguyên liệu như tôm, cá, sò, mực, cua… mà công nghệ sẽ có nhiều điểm riêng biệt. tuy nhiên quy trình sản xuất có các dạng sau: -Quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm khô của công ty seapimex: Nước thải Nguyên liệu thô Sơ chế (chải sạch cát, chặt đầu, lặt dè, bỏ sống…) Nướng Đóng gói Bảo quản lạnh (-180C) Cán, xé mỏng COD = 100 – 800 mg/L SS = 30 – 100 mg/L Ntc = 17 - 31 mg/L Phân cỡ, loại Đóng gói Bảo quản lạnh (-180C) (Quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm khô của công ty Seapimex) -Quy trình chế biến thủy sản công ty Hùng Vương Sa Đéc: Xếp khuông Cấp đông Bảo quản Rửa hai Nước thải Phân loại cỡ Thủy sản (nguyên liệu) Bảo quản đến nhà máy Rửa lần một Sơ chế Nước thải Nước thải +Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Ban đầu cá đánh bắt đem về sau đó bảo quản đến nhà máy, chất bảo quản ở đây tùy từng tập quán của địa phương mà có cách bảo quản khác nhau thông thường bằng nước đá, ngày xưa người ta dùng formon để bảo quản thế nhưng chất này gây độc cho người tiêu dùng nên không dùng nữa. Khi đem đến nhà máy tiến hành rửa nguyên liệu lúc này lượng nước rửa sinh ra tương đối nhiều khoảng 40m3 cho 100 tấn cá. Sau khi rửa xong người ta tiến hành sơ chế lúc này cũng rửa nhưng lượng nước chỉ bằng 1/3 lượng nước rửa một. Phân loại cỡ ở giai đoạn này hầu như là không sinh nước thải. Sau khi phân loại cỡ tiến hành rửa lần hai lúc này lượng nước sinh ra là rất lớn vì lúc này chuẩn bị đưa vào công đoạn chế biến chính. Lượng nước sinh ra trong giai đoạn này 58 - 60 m3 cho 100 tấn cá. Xếp khuông dây là công đoạn chế biến chính hầu như giai đoạn này không sinh ra nước thải. Đông lạnh giai đoạn này có sinh ra nước thải nhưng tương đối ít bởi vì giai đoạn này chủ yếu là nước rửa khô. Bảo quản ở giai đoạn này không sinh nước thải. -Quy trình chế biến thủy sản công ty Vĩnh Hoàn: Cấp đông liiiiiii liii liệu Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Chất thải Nước thải Ngâm liiiiiii liii liệu Rửa bốn liiiiiii liii liệu Vô khay liiiiiii liii liệu Tiếp nhận nguyên liệu liiiiiii liii liệu Rửa một liiiiiii liii liệu Cân phân cỡ liiiiiii liii liệu Đánh vẫy, bỏ nội tạng liiiiiii liii liệu Rửa hai liiiiiii liii liệu Cân phân cỡ liiiiiii liii liệu Rửa ba liiiiiii liii liệu +Thuyết minh sơ đồ: Cá sau khi khai thác xong vận chuyển đến nhà máy chế biến, sau đó qua công đoạn rửa một, thời điểm này hầu như nước thải trong giai đoạn này nước thải sinh ra không nhiều. Cân phân loại: công đoạn này hầu như không sinh nuớc thải. Đánh vẩy bỏ nội tạng giai đoạn này là sinh nước chất thải, thông thường các chất cặn lơ lững và các chất khó xử lý trong nước sinh ra vào thời điểm này. Rửa hai đây là công đoạn sinh nhiều nước thải nhất và chất thải trong nước: nhất là các chất cặn lơ lững và các chất hữu cơ trong nước. Vả lại nước trong giai đoạn này thường mang các vi khuẩn nhất vì vậy chúng ta cần chú ý những vi khuẩn gây bệnh có trong cá. Rửa ba giai đoạn này là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình chế biến thủy sản bởi vì giai đoạn này đưa vào giai đoạn chế biến nên cần rửa kỹ lưỡng. Ngâm giai đoạn này hầu như ít nước thải nhất vì lượng nước sử dụng không nhiều, nhưng nó sinh ra tải lượng ô nhiễm lớn. Rửa bốn giai đoạn này ít nước thải hơn các giai đoạn rửa trên vì giai đoạn này là kềt thúc quá trình chế biến, nên nước thải hầu như không nhiều lắm, tải lượng ô nhiễm của công đoạn này là không cao. Vô khay và cấp đông giai đoạn này hầu như không sinh nước thải . Tóm lại với các công đoạn trên thì qua nhiều lần rửa như vậy tải lượng ô nhiễm là rất lớn. Thông thường COD dao động trong khoảng 1600 – 2300 mg/l hàm lượng BOD trong khoảng 1200 – 1800 mg/l. Hàm lượng nitơ tổng cũng rất cao nằm vào khoảng 5- 120 mg/l. Hàm lượng chất rắn lơ lững của công ty này là 200 – 1000 mg/l. -Quy trình chế biến thủy sản công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH: Cấp đông Đóng gói Phân cỡ fille cá Vô khuôn Rửa hai Rửa một Lóc lấy thịt Cá nguyên liệu Nước thải Chất thải, chất lơ lững Nước thải +Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Cá nguyên liệu sau khi đánh bắt người ta tiến hành vận chuyển tới nhà máy sau đó qua quá trình rửa, ở giai đoạn đầu này rửa chủ yếu là các chất bám lên da cá là chính. Giai đoạn này nước thải tương đối nhiều vì đối với công đoạn làm phi lê thì cần rửa sạch. Lóc thịt đây là giai đoạn ít sinh nước thải nhưng sinh nhiều chất hữu cơ và các chất khó phân hũy nhất: máu cá, da cá, vẫy cá, ruột cá, xương cá,… các chất này có chất dễ phân hũy, có chất khó phân hũy.Giai đoạn này là giai đoạn khó xử lý và phân loại chất thải cũng như là kiểm soát để tiện lợi cho việc xử lý. Rửa hai đây là công đoạn sinh nhiều chất thải cũng như là nước thải nhất. Vì lúc này nước chủ yếu dùng để rửa thịt cá cho nên các chất hữu cơ sinh ra nhiều và máu cá cũng như là các cặn lơ lững. Các chất hữu cơ trong công đoạn này là: Protein, lipid, các hydrocacbon, các vi sinh ký sinh có trong thịt cá và nội tạng của cá được phát thải vào nguồn nước. Các giai đoạn sau đó hầu như là không sinh nước thải 2.2.2. Khí thải: Phần lớn các xí nghiệp chế biến thủy sản sinh ra khí độc ở mức tương đối thấp. Khí thải phát sinh chủ yếu do các hoạt động của lò hơi, các máy phát điện dự phòng, lượng khí gas hay than củi để sấy thuỷ hải sản (hàng khô),... Mùi (Cl2, NH3, H2S) phát sinh chủ yếu từ quá trình khử trùng, từ hệ thống làm lạnh và từ sự phân huỷ các phế phẩm thuỷ hải sản. 2.2.3.Hơi chlorine: Dung dịch chlorine được dung để khử trùng dụng cụ, thiết bị sản xuất, rửa tay, rửa nguyên liệu với hàm lượng 20-200 ppm, Hơi Clo khuếch tán vào trong không khí ngay tại khu vực sản xuất với nồng độ cao, ảnh hưởng đến người lao động. Công nhân làm việc trong môi trường có các khí độc và các mùi hôi tanh làm cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc, ảnh hưởng đến sức khoẻ hiện tại và có tác hại lâu dài. 2.2.4.Tác nhân lạnh: Hơi dung môi chất lạnh bị rịn rỉ bao gồm các loại khí như R12, R22, NH3… các khí này có thể ảnh hưởng đến tầng ozon. -Khí NH3: Hơi này có trong không khí khu vực phân xưởng sản xuất trong trường hợp bị rỉ đường ống của hệ thống lạnh. Khí có mùi khai đặc trưng, dễ bị tan trong nước, có phản ứng kiềm mạnh.Vì thế khí này ảnh hưởng đến mắt, mũi, họng… Tiêu chuẩn cho phép xả thải là 0.02 mg/l. -Khí CFCs: Được dung trong các thiết bị làm lạnh, là tác nhân làm thủng tầng ozon và được khuyến cáo không nên dùng nữa. -Mi hơi: Mi hơi của nguyên liệu là do sự phân hủy các chất hữu cơ có trong chất thải rắn và nước thải. Theo thời gian, các chất hữu cơ đặc biệt là chất thải rắn sẽ phân giải các axit amin thành các chất đơn giản hơn như trimetyamin, dimetyamin… là những chất có mùi tanh, hơi thối. Công nhân làm việc trong điều kiện mùi hôi tanh làm cho cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc, giảm hiệu quả sản xuất. -Khí thải từ các lò nấu, chế biến: Khói thải từ các lò nấu thủ công, nhiên liệu đốt là than đá hay dầu FO, thành phần chủ yếu là CO2, CO, SOx, NO2, bụi than và một số chất hữu cơ dễ bay hơi. +Khói thải phát tán ra môi trường xung quanh, gây trực tiếp các bệnh về hô hấp, phổi,... Nguyên nhân của các cơn mưa axit ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, ăn mòn các công trình. +Ngoài ra khí CO2 thải ra từ các khu công nghiệp còn là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính. 2.2.5.Nước thải: Nước thải là một trong những vấn đề môi trường lớn nhất của ngành chế biến thuỷ hải sản, nước thải chế biến thuỷ hải sản đặc trưng bởi các thông số ô nhiễm như: màu, mùi, chất rắn không hoà tan, chất rắn lơ lửng, các vi khuẩn, chỉ số BOD, COD, PH, … -Các đặc tính chung của nước thải thuỷ sản: PH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷ đạm và thải ammoniac. Có hàm lượng các chất hữu cơ dạng dễ phân huỷ sinh học cao. Giá trị BOD5 thường lớn, dao động trong khoảng 300 – 2000 mg/l, giá trị COD nằm trong khoảng 500 – 3000 mg/l. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 200 – 1000 mg/l. Hàm lượng lớn các protein và chất dinh dưỡng thể hiện ở hai thông số tổng Nitơ (50 – 200 mg/l) và tổng Photpho (10 – 100 mg/l). Để xử lý được chất ô nhiễm này triệt để cần có hệ thống xử lý bậc 3 (xử lý chất dinh dưỡng). Điều này làm diện tích công trình và chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý rất lớn. Thường có mùi hôi do có sự phân huỷ các axit amin... Với tải lượng chất ô nhiễm của ngành chế biến thủy sản thì hưởng rất lớn đến sức khỏe con người. Làm tăng độ độc của nước, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của hệ thủy sinh, làm giảm khả năng tạo oxy hòa tan trong nước. Hàm lượng chất hữu cơ cao tạo điều kiện thiếu oxy, trong nước xảy ra quá trình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm độc hại như H2S… gây mùi thối cho nước và làm nước chuyển màu đen. Là nguồn gốc gây bệnh dịch trong nước, ô nhiễm nguồn nước ngầm. 2.2.6.Chất thải rắn: Chất thải rắn chủ yếu là các thành phần hữu cơ, dễ lên men, gây thối rửa và tạo mùi khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí, đó cũng là nguồn lây lan các dịch bệnh. -Chất thải rắn được phát sinh từ 3 nguồn: Từ quá trình chế biến: Bao gồm các loại vỏ, đầu, nội tạng… Nếu chất thải này không được thu gom sẽ phân hủy gây ra mùi khó chịu. Từ khu vực phụ trợ: bao gồm chất thải rắn phát sinh từ căntin, bao bì hư hỏng… Chúng có thành phần giống rác đô thị. Các loại cặn bã dư do quá trình xử lý nước thải và quá trình phân hủy sinh học. 2.2.7.Nhiệt thải và tiếng ồn: Nhiệt thải từ lò nấu, từ hệ thống làm lạnh và tiếng ồn từ các thiết bị sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân và người dân xung quanh. Tiếng ồn và độ rung thường gây ảnh hưởng trực tiếp đến thính giác, làm giảm thính lực của người lao động, giảm hiệu suất làm việc, và phát sinh nhiều chứng bệnh khác. Tác động của tiếng ồn có biểu hiện qua phản xạ của hệ thần kinh hoặc gây trở ngại đến hoạt động của hệ thần kinh thực vật, khả năng định hướng, giữ thăng bằng qua đó ảnh hưởng đến năng suất lao động. Tiếng ồn quá lớn có thể gây thương tích. Tiêu chuẩn quy định cho mức tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất là 75dB. 2.2.8.Tác nhân hóa học: Các hóa chất khử trùng và tẩy trùng như: Clorine, xà phòng, các chất phụ gia, bảo quản thực phẩm gây hại cho môi trường. 2.2.9.Tác nhân sinh học: Các loại chất như: nước thải, chất thải rắn đều có chứa tác nhân sinh học đó là các loại vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật. Nếu không phát hiện và xử lý kịp thời thì rất dễ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát tán vào môi trường làm ảnh hưởng đến sức khỏe cho cộng đồng xung quanh. 2.2.10.Tác nhân khác: Hầu như các cơ sở chế biến thủy sản ở Việt Nam đều có bảo hộ lao động (ủng, găng tay, khẩu trang, nón) cho công nhân trong quá trình làm việc. Môi trường làm việc của các công nhân trong các nhà xưởng thường bị ô nhiễm do có độ ẩm cao và mùi hôi. Do đó, tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp như thất khớp, viêm họng… thường có tỷ lệ cao. Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm còn bị hạn chế bởi các phòng chế biến, sàn nhà xưởng, đường thoát nước thải chưa được thiết kế hợp lý. Ánh sáng trong xưởng chế biến vẫn chưa đủ độ sáng. Trần nhà, tường ngăn không được sạch, hệ thống vòi nước, khay đựng bằng kim loại dễ bị rỉ sét và không hợp vệ sinh. 2.3. Tính chất và thành phần nước thải của nghành chế biến thủy sản: Ngành chế biến thuỷ sản là một ngành công nghiệp phát triển mạnh. Bên cạnh những đóng góp to lớn, ngành công nghiệp này cũng nảy sinh ra nhiều vấn đề về môi trường, đặc biệc là nước thải sản xuất, ngành đã tạo ra một lượng nước thải lớn có nguy cơ làm ô nhiễm môi trường cao. Với các chủng loại nguyên liệi tương đối phong phú, đối với diều kiện nước ta nên các thành phần nước thải thuỷ sản cũng khá phức tạp và đa dạng bao gồm 3 loại nước thải: Nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả tuỳ theo đặc tính của nguyên liệu sử dụng mà nước thải có tính chất khác nhau. Nước thải sản xuất chế biến thuỷ sản chức chủ yếu là chất thải hửu cơ có nguồn gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và chất béo, trong hai thành phần này chất béo khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật.Nước thải của xí nghiệp chế biến thuỷ sàn có hàm lượng COD dao động từ 1600 – 2300 mg/l, hàm lượng BOD5 cũng khá lớn từ 1200-1800mg/l trong nước thường chức các vụ thủy sản và các vụn này rất dể lắng. Hàm lượng Nitơ thường rất cao chứng tỏ mức độ ô nhiễm chất dinh dưỡng rất cao (50 – 120mg/l). Ngoài ra trong nước thải thuỷ hải sản có chứa các thành phần chất hữu cơ khi phân huỷ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các axid béo không bảo hoà tạo mùi rất khó chụi và đặc trưng làm ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng sức kho công nhân trực tiếp làm việc. Đặc điểm của ngành chế biến thuỷ hải sản là có lượng chất thải lớn. Các chất thải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát theo đường thâm nhập vào dòng nước thải. Đối với các khâu chế biến cơ bản, nguồn thải chính là khâu xử lý và bảo quản nguyên liệu trước khi chế biến, khâu rả đông, làm vệ sinh thiết bị nhà xưởng. Đối với hoạt động đóng hộp, ngoài các nguồn ô nhiễm ở các khâu như trên còn có khâu rót nước sốt, nước muối, dầu. Các nguồn thải chính từ sản xuất bột cá và dầu cá là nước máu từ khâu bốc dỡ và bảo quản cá và thời điểm dòng thải đậm đặc nhất là khâu ly tâm nước ngưng tụ các thiết bị cô đặc. Nước trong chế biến thuỷ hải sản có hàm lượng chất hữu cơ cao vì trong đó có dầu, protein, chất rắn lơ lửng và chứa lượng phốtphát và nitrat. Dòng thải từ chế biến thuỷ sản còn chứa những mẫu vụn thịt xương nguyên liệu chế biến, máu chất béo, các chất hoà tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa và các tác nhân làm sạch khác. Trong đó có nhiều hợp chất khó phân huỷ. Qua phân tích 70 mẫu nước thuỷ tại các cơ sở chế biến hải sản có quy mô công nghiệp tại địa bàn tỉnh Vũng Tàu nhận thấy hàm lượng COD của các cơ sở dao động từ 283 mg/l – 21.026 mg/l; trong khi tiêu chuẩn Việt Nam đối với nước thải được phép thải vào nguồn nước biển quanh bờ sử dụng cho mục đích bảo vệ thuỷ sinh có lưu lượng thải từ 50 m3 – 500 m3 / ngày là < 100 mg/l. Nước thải của phân xưởng chế biến thủy hải sản có hàm lượng COD dao động từ 500 – 3000 mg/l, giá trị điển hình là 1500 mg/l; hàm lượng BOD5 dao động trong khoảng từ 300 – 2000 mg/l, giá trị điển hình là 1000 mg/l. Trong nước thường có các mảnh vụn thuỷ sản và các mảnh vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200 – 1000 mg/l, giá trị thường gặp là 500mg/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 thường gặp là 100mg/l; hàm lượng photpho dao động từ 10 – 100 mg/l, giá trị điển hình là 30 mg/l. Ngoài ra trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản còn chứa thành phần hữu cơ khi bị phân huỷ sẽ tạo các sản phẩm trung gian là các acid béo không bão hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảnh quan và ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc. Bảng 2.2: Các thông số ô nhiễm đặc trưng đối với nước thải chế biến thuỷ sản của một số nhà máy chế biến đông lạnh: Các thông số Kết quả Đơn vị pH 6.2 - 7,5 - COD 2.000 mg/l BOD5 1.200 mg/l Dầu mỡ 80 - 250 mg/l SS 1200 mg/l S N 100 mg/l S P 30 mg/l Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 Bả ng 2.3. bảng thống kê về ô nhiểm của các nhà máy chế biến thủy sản TT Tên cơ sở công nghiệp Công suất (TSP/ngày) Tải lượng ô nhiễm SS BOD5 COD N P 1 Công ty XNK thủy sản Việt Nam (SEAPRODEX) 12 – 15 484 3300 3960 198 21 2 Công ty chế biến hàng xuất khẩu Q3 (EPCO) 25 – 30 396 2700 3240 162 19 3 XNXK thủy hải sản Seaspimex 6 – 9 380 1100 1425 110 23 4 XN đông lạnh Nhà Bè 3,5 – 5 53 360 423 22 5 5 XN CBTSXK Cần Thơ 3 – 6 200 682 900 30 8 6 Công ty XNKTS An Giang 8 – 12 1028 900 - 40 10 7 Cty CBTSXK Nha Trang 4 – 6 420 533 810 54 17 8 Cty Animex Đà Nẵng 1 – 2 351 460 630 - 9 Xí nghiệp đông lạnh Huế 2 – 3 - 428 717 - - 10 Cty XNK TS Quảng Ninh 4 - 6 - - 1347 189 47 Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 2. 4. Nhận xét chung về nước thải nghành chế biến thủy sản: Từ tải lượng ô nhiễm của một số nhà máy nêu trên, nhận thấy nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải thường không ổn định, phụ thuộc nhiều vào chủng loại nguyên liêu, đặc tính sản phẩm, trình độ công nghệ và thiết bị, kỹ thuật chế biến, nhu cầu sử dụng nước cũng như những đặc điểm riêng của từng cơ sở sản xuất. Mức độ nhiễm bẩn theo các chỉ tiêu ô nhiễm dao động rất lớn. So sánh kết quả của các thông số đánh giá ô nhiễm với TCVN 5945 – 2005 về giới hạn thông số và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp áp dụng đối với nguồn loại B, cho thấy phần lớn vượt giới hạn cho phép nhiều lần: SS từ 1 – 5 lần, BOD5 3 – 18 lần, COD 2 – 14 lần, Nts đến 1,8 lần, Pts đến 4,2 lần và hàm lượng dầu mỡ động vật đến 2,6 lần. Với tỷ lệ BOD5/COD từ 0,6 – 0,7, cho thấy nước thải sản xuất tương đối thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ. CHƯƠNG3: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN 3.1. Phương pháp cơ học 3.2. Phương pháp hóa lý 3.3. Phương pháp sinh học 3.1.Phương pháp cơ học: Phương pháp này thường là các giai đoạn xử lý sơ bộ, bao gồm các quá trình mà khi nước thải đi qua quá trình đó sẽ không thay đổi tính chất hoá học và sinh học của nó. Xử lý cơ học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. Do nước thải thủy sản thường có hàm lượng hữu cơ cao và chứa nhiều các mảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy hải sản nên sau khi xử lý bằng phương pháp cơ học thì một số tạp chất có trong nước thải sẽ được loại ra, tránh gây tắc nghẽn đường ống, làm hư máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý của các công đoạn sau. Những công trình xử lý cơ học bao gồm: song chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu… 3.1.1.Song chắn rác: Song chắn rác được dùng để giữ rác và các tạp chất rắn có kích thước lớn trong nước thải nói chung và nước thải thủy sản nói riêng. Phần rác này sẽ được vận chuyển đến máy nghiền rác để nghiền nhỏ, sau đó được vận chuyển tới bể phân huỷ cặn (bể Metan). Đối với các tạp chất <5mm thường dùng lưới chắn rác. Cấu tạo của song chắn rác gồm có các thanh kim loại tiết diện hình chữ nhật, hình tròn hoặc hình bầu dục, song chắn rác được chia thành 2 loại di động và cố định và được đặt nghiêng một gốc 60 – 90o theo hướng dòng chảy. Tuỳ theo lượng rác được giữ lại trên song chắn rác mà ta có thể thu gom bằng phương pháp thủ công hay cơ khí. Song chắn rác nhằm giữ lại các vật thô như rác, giẻ, giấy, vỏ hộp, mẫu đất đá, các nguyên liệu sản xuất rơi vãi…ở trước các công trình sử lý. Song chắn rác được làm bằng sắt tròn hoặc vuông… đan sắp xếp với nhau, song chắn rác theo khe hở được phân biệt thành 2 loại: thanh chắn rác thô nằm trong khoảng (30 – 200mm) và loại trung bình là ( 5 –25mm). Theo đặc điểm cấu tạo chia song chắn rác thành 2 loại: loại cố định và loại di động. Theo phương pháp lấy rác chia làm hai loại là: loại thủ công và loại cơ giới. Song chắn rác thường đặt nằm nghiêng so với mặt nằm ngang một góc 450 – 900 để lợi khi cọ rửa, nhưng cũng có thể đặt vuông góc với hướng nước chảy. Thanh đan song chắn rác có thể dùng loại tiết diện tròn d = 8 ÷10 mm, loại hình chữ nhật có: S x b = 10 . 40 và 8 . 60 mm, hay là hình bầu dục…, trong thực tế song chắn rác thường được dùng là song chắn rác hình chữ nhật, tuy nhiên loại này có tổn thất thuỷ lực lớn. 3.1.2.Lưới lọc: Nước thải qua song chắn rác để có thể loại bỏ được những chất rắn có kích thước lớn còn qua lưới lọc để loại bỏ những tạp chất có kích thức nhỏ hơn và mịn hơn. Các vật thải được giữ lại trên bề mặt lọc, phải cào lấy ra để tránh tình trạng chắn làm tắc dòng chảy. Người ta có thể thiết kế lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngoài vào hoặc từ trong ra. 3.1.3.Bể lắng cát: Bể lắng cát dùng để tách cát và các chất vô cơ không tan khác ra khỏi nước thải. Việc tách cát và các tạp chất là cần thiết để cho các quá trình ổn định bùn cặn phía sau (bể mêtan, bể lắng 2 vỏ,…) diễn ra bình thường. Theo nguyên tắc hoạt động của nước trong bể, thường chia ra bể lắng cát ngang, bể lắng cát ngang chuyển động vòng với dòng chảy theo phương ngang, bể lắng cát đứng với dòng chảy từ dưới lên trên, bể lắng cát với dòng chảy theo phương tiếp tuyến…Trong đó bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rải nhất. Cát từ bể lắng được đưa tới sân phơi cát và sẽ được làm khô sơ bộ trước khi vận chuyển ra ngoài trạm xử lý. Nước từ sân phơi cát sẽ được dẫn về phía trước của bể lắng. 3.1.4.Bể lắng đứng: Bể lắng dứng để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Các chất lơ lửng nặng hơn sẽ từ từ lắng xuống đái, các chất lơ lửng nhẹ hơn sẽ tiếp tục theo dòng nước đến các công trình xử lý tiếp theo. Có thể dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất lắng và nổi tới công trình xử lý cặn. Dựa vào chức năng, vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt 1 đặt trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình xử lý sinh học. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, có thể chia ra các loại bể lắng như: bể lắng hoạt động gián đoạn hoặc bể lắng hoạt động liên tục. Dựa vào cấu tạo có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đứng, bể lắng ngang… 3.1.5.Bể vớt dầu: Bể vớt dầu mỡ được sử dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ như nước thải thủy sản. Nếu hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ được thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi. Bể tách dầu mỡ thường dùng cho các loại nước thải của các ngành công nghiệp, ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu thường có lẫn dầu mỡ. Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên mặt nước. Nước thải sau khi được tách dầu mỡ có thể cho qua các giai đoạn xử lí tiếp theo, nếu đã sạch có thể cho chảy vào các dòng thủy vực. Hơn nữa nước thải chứa dầu mỡ khi cho vào xử lí sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở các vật liệu lọc và làm hỏng các cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank… Dầu mỡ được lấy ra khỏi bể bằng nhiều biện pháp khác nhau. Biện pháp đơn giản là dùng các tấm sợi quét trên mặt nước hoặc là chế tạo ra các loại máy hút dầu mỡ đặt trước dây truyền xử lý. 3.2.Phương pháp hoá lý: Là phương pháp dùng các phản ứng hoá học để chuyển các chất ô nhiễm thành các chất ít ô nhiễm hơn, chất ít ô nhiễm thành các chất không ô nhiễm. Ví dụ như dùng các chất ôxy hoá như ozone, H2O2, O2,Cl2…để oxy hoá các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải. Phương pháp này giá thành xử lý cao nên có hạn chế sử dụng. Thường chỉ sử dụng khi trong nước thải tồn tại các chất hữu cơ, vô cơ khó phân huỷ sinh học. Thường áp dụng cho các loại nước thải như: nước thải rò rỉ rác, nước thải dệt nhuộm, nước thải giấy. Đôi khi một số nhà máy chế biến thủy sản cũng áp dụng phương pháp hoá học để đưa vào quy trình xử lý, vì phương pháp sẽ tăng cường xử lý cơ học hoặc sinh học. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. 3.2.1.Trung hòa: Nước thải thường có những PH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh PH về khoang 6.6 ÷7.6. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axít hoặc muối axít, các dung dịch kiềm hoặc oxít kiềm để trung hòa dung dịch nước thải. Một số hóa chất thường dùng để trung hòa là: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4, NaOH, HCl, H2SO4, . . . 3.2.2.Keo tụ: Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn >10 – 20mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. Ta có thể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, kế tiếp là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích các hạt được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt có nguồn gốc silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, các hạt hiđroxit sắt và hidroxit nhôm mang điện tích dương. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tử hay các ion tự do. Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo. Có hai loại bông keo là: loại ưa nước và loại kỵ nước. Loại ưa nước thường ngậm thêm các vi khuẩn, vi rút … loại kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng. Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muối nhôm hoặc hỗn hợp của chúng. Các muối nhôm gồm có: AI2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl, Kal(SO4).12H2O, NH4Al(SO)4.12H2O. Trong đó phổ biến nhất là: Al2(SO4).18H2O vì chất này hòa tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụ cao ở pH = 5.0 – 7.5. Trong quá trình tạo thành bông keo của hiđroxit nhôm hoặc sắt người ta thường dùng thêm chất trợ đông tụ. Các chất trợ đông tụ này là tinh bột, dextrin, các ete, xenlulozơ, hiđroxit silic hoạt tính … với liều lượng từ 1 – 5mg/l. Ngoài ra người ta còn dùng các chất trợ đông tụ tổng hợp. Chất thường dùng nhất là pholyacrylamit. Việc dùng các chất trợ này làm giảm liều lượng các chất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao được tốc độ lắng của các bông keo. 3.2.3.Hấp phụ: Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độ tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu. Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạ sắt… trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương pháp này có thể hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu. Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được là phenol, alkylbenzen, sunforic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm. 3.2.4.Tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tụ lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đó người ta tách các bọt khí đó ra khỏi nước. Thực chất quá trình này là tách bọt hoặc làm đặc bọt. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các hóa chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng và nổi lên trên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành một tập hợp thành các lớp bọt chứa nhiều chất bẩn. Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ (bậc 1) trước khi sử lý cơ bản (bậc 2). Bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó có thể đứng trước hoặc sau bể lắng, đồng thời có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung hay triệt để cấp 3 sau xử lý cơ bản. 3.2.5.Trao đổi ion: Thực chất của trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt chất thải rắn trao đổi ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion). Chúng hoàn toàn không tan trong nước. Phương pháp này được dùng làm sạch nước nói chung trong đó có nước thải loại ra khỏi nước các ion như kim loại: Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd, Mn, cũng như các hợp chất có chứa asen, phosphor, xianua và cả chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg3+ ra khỏi nước cứng. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Các chất thường được sử dụng như: zeolit, đất sét, nhôm silic, silicagen, pecmutit, các chất điện lý cao phân tử, các loại nhựa tổng hợp. 3.3. Phương pháp sinh học: Trong tự nhiên, những chất hữu cơ được phân hủy thành cacbon-dioxit, nước và một số chất hữu cơ vững chắc. Quá trình phân hủy này diễn ra được dưới tác dụng của vi sinh vật có trong nước. Các vi sinh vật tồn tại trong nước không ở trạng thái riêng rẽ từng loài mà có nhiều loài cùng sống chung với nhau. Tuy nhiên, các vi sinh vật trộn lẫn với nhau và các dạng thực thể của chúng lại phụ thuộc vào điều kiện tính chất và môi trường sống của từng loài vi sinh vật trong quá trình cạnh tranh để hấp thụ thức ăn. Từ đó khả năng hấp thụ thức ăn của vi sinh vật cũng thay đổi, đồng thời quá trình trao đổi chất của chúng với môi trường cũng thay đổi. Các vi sinh vật có khả năng tiêu thụ chất dinh dưỡng rất nhanh và trao đổi chất cao nhất qua cơ thể, đây là một trong những tiêu chuẩn hàng đầu để xử lý nước thải. Những vi sinh vật này có điều kiện tăng trưởng tối ưu. Việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là làm sạch nước thải bằng việc sử dụng tối đa khả năng hấp thụ của vi sinh vật để hấp thụ những chất hữu cơ. Vi sinh vật được dùng trong xử lý nước chia làm 2 loài dựa vào khả năng trao đổi chất: Vi khuẩn tự dưỡng. Vi khuẩn dị dưỡng. Dựa vào khả năng hô hấp thì chia làm 2 loại sau: Vi khuẩn quang hợp. Vi khuẩn thực hiện tổng hợp hóa học. Vi khuẩn có khả năng quang hợp chủ yếu là tảo, chúng hấp thụ những chất sống từ cacbon-dioxit trong nước và thải ra oxi. Ngoài ra một số loài tảo còn có khả năng phân hủy chất hữu cơ ở những chỗ tối nhờ có chất diệp lục như rong tiểu cầu, loài này được sử dụng trong quá trình oxi hóa ở hồ nước để xử lý nước thải. Các loài vi sinh vật tổng hợp dùng trong xử lý sinh học được chia làm 3 loại: Vi sinh vật ưa khí (1): loài này không thể sống trong môi trường thiếu oxi. Vi sinh vật tùy nghi (2): loài này có thể sống trong môi trường có hay không có oxi, nhưng tốc độ sinh trưởng của chúng sẽ cao hơn nếu trong điều kiện có oxi. Vi sinh vật kị khí (3): loài này không thể sống trong điều kiện có oxi. Loài (1) & (2) được dùng trong xử lý sinh học bởi quá trình hoạt hóa nước thải và những quá trình tạo màng sinh học. Loài (3) được sử dụng cho quá trình tiêu hủy. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí dùng cho việc xử lý nước thải ở nồng độ thấp. Trong khi đó quá trình xử lý kị khí dùng trong xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao. Vi khuẩn chia làm 2 loại theo phương thức dinh dưỡng: Vi khuẩn tự dưỡng và vi khuẩn dị dưỡng. -Vi khuẩn dị dưỡng: Nhóm vi khuẩn này thường sử dụng chất hữu cơ và cacbon làm chất dinh dưỡng cho quá trình phát triển của chúng. Có 2 loại vi khuẩn dị dưỡng: Vi khuẩn hiếu khí: loài này cần oxi để sống Chất ữu cơ + O2 CO2 + H2O năng lượng Vi khuẩn kị khí: Chúng có thể sống trong điều kiện không có oxi tự do, chúng sử dụng oxi trong các hợp chất nitrat hay sunfat để oxi hóa chất hữu cơ. Chất hữu cơ + NO2- à CO2 + N2 + năng lượng Chất hữu cơ + SO42- à CO2 + H2S + năng lượng Axít hữu cơ + CO2 + H2O + năng lượng Chất hữu cơ CH4 + CO2 + năng lượng -Vi khuẩn tự dưỡng: Vi khuẩn loại này có khả năng oxy hóa mạnh chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cung cấp cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này gồm có vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh… các phản ứng diễn ra như sau: Vi khuẩn Nitromonas 2NH4+ + O2 à 2NO2- + 4H+ + 2H2O + năng lượng Vi khuẩn Nitrobacter 2NO2- + O2 à 2NO2- + năng lượng Các vi khuẩn sắt oxy hóa sắt tan trong nước thành sắt không tan Fe2+ + O2 à Fe3+ + năng lượng Các vi khuẩn khử lưu huỳnh: có khả năng chịu được pH thấp, oxy hóa H2S thành H2SO4 gây ăn mòn đường ống và các công trình ngập nước. Ngoài các vi khuẩn kể trên thì trong nước thải còn có vi khuẩn hoại sinh, chúng thuộc nhóm vi khuẩn di dưỡng hoại sinh. Các loài thường gặp chủ yếu là: Enterobacterium, Streptococus, Micrococcus, Pseudomonas, Spirochatea, Baccilus, Lactobacillus… Vi khuẩn hoại sinh dùng chất hữu cơ làm thức ăn, chúng phân hủy chất hữu cơ làm chất dinh dưỡng, thải ra môi trường chất hữu cơ có cấu tạo đơn giản hơn. Vì vậy mà chúng có khả năng phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải. -Protoazoa: Đây là loại vi khuẩn không chỉ tiêu thụ chất hữu cơ có trong nước thải mà chúng còn có khả năng ăn các vi khuẩn khác. Như vậy loài này không những đóng vai trò quan trọng là tách chất hữu cơ mà còn khôi phục khả năng hấp thụ bề mặt của màng sinh học hay bông kết tủa. -Tảo (Algae): Tảo thuộc nhóm vi thảo mộc, không có rễ, thân, lá. Chúng được xếp vào loại vi tảo là sinh vật hiếu khí tự dưỡng, cần có ánh sáng để quang hợp để phát triển. Đây là loại thực vật phù du có thể trôi nổi trong nước hay bám vào các giá đỡ. Tảo là sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng CO2 hay bicacbonat làm nguồn cacbon và sử dụng nguồn nitơ, photpho vô cơ để cấu tạo tế bào, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và thải ra oxy cho môi trường. Quá trình quang hợp diễn ra như sau: CO2 + PO4-2 + NH4+ Tế bào mới (tăng sinh khối) + O2 Tảo thường đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxy cho nước thải thông qua quá trình quang hợp, khí oxy giải phóng được sử dụng để oxy hóa chất ô nhiễm trong nước thải, quá trình này thường diễn ra trong các hồ sinh học. Tuy nhiên nếu trong nước thải không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì thường không có tảo. Trong nước giàu nguồn N, P (đặc biệt là P) sẽ tạo điều kiện tốt cho tảo phát triển. Sự phát triển quá mức này thường gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa làm nước có màu xanh, nâu, đỏ. Tảo thường không gây độc cho nước nhưng khi phát triển nhiều thì ảnh hưởng đến quá trình xử lý vì tảo rất nhẹ nên khó keo tụ và khó lắng. -Ảnh hưởng của tảo đến quá trình xử lý nước: Thay đổi hàm lượng oxy trong nước thải theo độ sâu và theo thời gian trong ngày. Gây ra sự chuyển hóa mạnh nitrat trong mùa hè, đồng thời làm xuất hiện nhiều nitrat. Làm biến đổi cân bằng CO2 của nước do tiêu thụ CO2 (quá trình quang hóa) làm thay đổi pH của nước (6,5-9) trên bề mặt nước. Tạo ra vùng thiếu oxy hay axit hơn ở các lớp nước phía dưới bề mặt lớp nước có tảo. Làm giảm chất lượng cảm quan của nước. Xuất hiện một số độc tố trong nước. -Nấm và các vi sinh vật khác: Các nhóm vi sinh vật khác như: nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn thường có trong nước thải nhưng không nhiều bằng vi khuẩn. Chúng là những vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật di dưỡng. Một số loài có khả năng phân hủy chất hữu cơ, còn một số loài khác còn có khả năng phân hủy Xenlulozơ đặc biệt là Lignin. Trong đó nấm men phân hủy chất hữu cơ hạn chế, nhưng chúng có thể lên men chuyển hóa đường thành alcol, axit hữu cơ, glixerin trong điều kiện kị khí và phát triển mạnh trong điều kiện hiếu khí. Vai trò của nấm men, nấm mốc cũng như xạ khuẩn thường không quan trọng bằng vi khuẩn, chúng không có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong giai đoạn ban đầu. Với kích thước lớn hơn vi khuẩn và tỷ trọng nhẹ, nên khi phát triển chúng thường kết thành lưới nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng. Các loài nấm thường gặp trong nước thải: Sarolegia, Leptomus. Những loài này thường gây ảnh hưởng cho quá trình xử lý nước, chúng sống chủ yếu trong các ao hồ và phát triển mạnh vào mùa đông, chúng phát triển thành các khối nhầy trong vòng 90-120 phút có thể làm bít song chắn rác gây cản trở dòng chảy hay tắc nghẽn màng lọc sinh học. 3.3.1.Sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải: Sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm sự tăng trưởng kích thước, số lượng tế bào (quá trình sinh sản), phát triển tăng khối lượng của quần thể sinh vật (tăng sinh khối). Tất cả quá trình biến đổi về hình thái sinh lý diễn ra trong tế bào gọi là quá trình phát triển của tế bào. Trong quá trình xử lý nước thải, sự sinh trưởng của tế bào cũng là quá trình tăng số lượng tế bào và sự thay đổi kích thước của tế bào. Kích thước tế bào dao động quanh một giá trị trung bình, việc tính số lượng tế bào phản ánh được sự tăng sinh khối của vi sinh vật. Các vi sinh vật trong nước thải chủ yếu là vi sinh vật dị dưỡng, để đảm bảo cho vi sinh vật phát triển thì nguồn nước cần phải đảm bảo nguồn chất dinh dưỡng như N, P sao cho BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Các nguyên tố khoáng khác như K, Mg, Ca cũng phải cung cấp đủ đảm bảo cho hoạt động của vi sinh vật. Các chất độc trong nước thải phải được khử trước khi xử lý bằng vi sinh vật. Vi sinh vật chủ yếu sinh sản bằng phương pháp nhân đôi tế bào, thời gian phân chia này gọi là thời gian sinh sản, quá trình sinh sản thường kéo dài trong 20 phút hay vài ngày. Tuy nhiên quá trình này kết thúc trong vài ngày vì chúng tùy thuộc vào môi trường. Khi chất dinh dưỡng, pH và nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trị tối ưu thì quá trình sinh trưởng dừng lại. -Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật tuân theo quy luật sau: Mật độ tế bào Thời gian Xf X2 X1 X0 1 2 3 4 5 Hình 3.1: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật Quá trình sinh trưởng chia làm 5 giai đoạn: Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn làm quen hay pha tiềm phát. Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh sản theo cách nhân đôi tế bào (theo cấp số nhân) hay còn gọi là pha phát triển theo logarit (pha số mũ). Giai đoạn 3: Giai đoạn chậm dần (pha ổn định). Giai đoạn 4: Giai đoạn ổn định (pha ổn định). Giai đoạn 5: Giai đoạn suy giảm (pha suy vong hay pha nội sinh) hay còn gọi là pha hô hấp nội bào. 3.3.2.Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải: Trong nước thải hầu như có rất ít vi sinh vật, đặc biệt là nước thải công nghiệp khi qua công đoạn xử lý nhiệt. Nước thải trong hệ thống thoát nước qua một thời gian dù rất ngắn thì cũng có vi sinh vật phát triển, trừ nước thải có hàm lượng các chất độc hay chất ức chế diệt vi sinh như: nước thải có hàm lượng kim loại cao hay hàm lượng chất vô cơ độc hại. Sau một thời gian phát triển chúng tạo thành quần thể sinh vật đồng thời kéo theo sự phát triển của các sinh vật thủy sinh. Quần thể sinh vật trong nước thải không giống nhau, mỗi loại nước thải có hệ sinh vật khác nhau. Các loài này không thể tổng hợp chất hữu cơ làm vật liệu xây dựng tế bào mới cho chúng, mà trong nước cần phải có chất hữu cơ để chúng phân hủy chuyển hóa thành những chất dinh dưỡng làm vật liệu xây dựng tế bào. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy này là CO2, H2O và một số khí khác như: CH4, H2S, Indol, Mecaptan, N2… Trong nước thải, chất bẩn chủ yếu là chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn có chất tồn tại dưới dạng keo hay dạng lơ lửng. Các chất hữu cơ này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi khuẩn bằng cách hấp thụ hay keo tụ sinh học, sau đó diễn ra quá trình đồng hóa và dị hóa. Quá trình dị hóa là quá trình phân hủy các chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn, mạch dài thành những chất có khối lượng nhỏ mạch ngắn có cấu tạo đơn giản hơn có thể thẩm thấu qua màng tế bào vào trong tế bào để chuyển sang quá trình phân hủy nội bào hay chuyển sang quá trình đồng hóa. 3.3.3.Quá trình làm sạch nước thải diễn ra theo 2 giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc bề mặt tế bào vi sinh vật. Giai đoạn 2: Khuếch tán và hấp thụ chất ô nhiễm qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật. Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất này vào trong nội bào để sinh năng lượng và tổng hợp vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật. Các giai đoạn này liên quan chặc chẽ với nhau, kết quả là nồng độ chất ô nhiễm giảm dần, điều này thể hiện ở những vùng có vi sinh vật phát triển nhiều thì nồng độ chất ô nhiễm thấp hơn những vùng khác. -Quá trình phân hủy chất trong tế bào vi sinh vật diễn ra như sau: Các hợp chất bị oxy hóa đầu tiên là hydracacbon (tinh bột) và một số hợp chất hữu cơ khác. Nếu là tinh bột thì sẽ được hấp thụ qua bề mặt tế bào vi sinh vật theo cơ chế cảm ứng, lúc này vi sinh vật sẽ tiết ra enzim tương ứng để thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử thành các đường đơn giản. Đối với protein dưới tác dụng của men proteinaza xúc tác quá trình phân hủy thành polypeptic, pepton, axit amin và cuối cùng là NH4+, đối với chất béo thì sẽ phân hủy chúng thành glyxerin và axit béo. Các enzim này sẽ tách H+ ra khỏi phân tử enzim kết hợp với oxy tạo thành nước. Đường, rượu và các sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ khác sẽ được phân hủy tạo thành CO2 và H2O. Trung tâm của quá trình oxi hóa khử là quá trình hô hấp nội bào. Quá trình phân hủy hay quá trình oxi hóa khử không phải tất cả đều tạo ra CO2 và H2O, các sản phẩm phụ được tạo ra tham gia vào quá trình đồng hóa hay quá trình sinh tổng hợp vật chất tổng hợp tế bào để hình thành tế bào mới phục vụ cho quá trình sinh trưởng. Song song với quá trình đồng hóa trong tế bào luôn xảy ra quá trình dị hóa tạo ra năng luợng phục vụ cho quá trình đồng hóa. Các phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ là phản ứng phân hủy hay phản ứng oxi hóa khử trong quá trình hô hấp của vi sinh vật. Có 2 loại phản ứng phân hủy: phân hủy hiếu khí và phân hủy kị khí. Cơ chất của phản ứng oxi hóa ở đây là các hợp chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, được thể hiện bằng BOD. Do hoạt động sống của vi sinh vật, các chất bẩn có trong nước thải sẽ được làm sạch và đồng thời sản phẩm phân hủy sẽ phục vụ cho vi sinh vật sinh trưởng và tăng sinh khối. 3.3.4.Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong nước thải -Quá trình phân hủy hiếu khí: Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí. Vi sinhvật sau khi tiếp xúc với nước thải có chứa các chất hữu cơ thì chúng sẽ dần dần phát triển. Vận tốc phát triển của chúng tỷ lệ nghịch với nồng độ oxy hòa tan trong nước. Nếu chất hữu cơ quá nhiều, nguồn oxy không đủ sẽ tạo ra môi trường kị khí. Như vậy trong quá trình phân hủy hiếu khí thì vận tốc trao đổi của vi sinh vật phải luôn thấp hơn vận tốc hòa tan của oxy trong nước khi nồng độ chất dinh dưỡng trở thành yếu tố giới hạn. Thực vật phù du cùng với các sinh vật tự dưỡng khác sử dụng CO2 và khoáng chất để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối và làm giàu oxy trong nước thải. Oxy cần có trong quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vì vậy mà chất hữu cơ trong nước giảm dần. Quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra mạnh mẽ nếu dùng các biện pháp tác động vào như: sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật làm sạch nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh, hiếu khí ưa ấm. Vì vậy mà nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của vi sinh vật, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý là 20 - 400C, tối ưu là 25 - 300C. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Oxy hóa chất hữu cơ CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ∆H Giai đoạn 2: Tổng hợp xây dựng tế bào CxHyOz + O2 tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H Giai đoạn 3: Oxy hóa chất liệu tế bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH2 ± ∆H +Động học của quá trình xử lý hiếu khí: Sự phát triển của vi sinh vật: Sự tăng trưởng của vi sinh vật theo dạng đường cong ABCDE A B C D E Thời gian Mật độ TB . . . . . Hình 3.2. (Sự phát triển của vi sinh vật) Quá trình sinh trưởng chia thành các giai đoạn sau: (a) Giai đoạn tiềm phát (AB) (giai đoạn sinh trưởng chậm) Vi sinh vật cần thời gian để thích nghi với môi trường và ở cuối giai đoạn này vi sinh vật mới bắt đầu phát triển và khi đó các tế bào mới tăng về số lượng nhưng chủ yếu kích thước tế bào phát triển còn số lượng tăng không đáng kể X = X0, (X: sinh khối vi sinh vật, mg/l) (b) Giai đoạn lũy tiến (BC) (giai đoạn tăng trưởng logarit) Vi sinh vật phát triển theo hàm logarit và tốc độ tăng trưởng riêng đạt giá trị cực đại. Trong suốt thời kỳ này các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản, khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn. (c) Giai đoạn phát triển ổn đinh (CD) (giai đoạn cân bằng) Số lượng tế bào VSV được giữ ở mức không đổi (số lượng tế bào mất đi bằng số lượng tế bào mới sinh ra). Tính chất sinh lý tế bào vi sinh vật thay đổi, cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt. (d) Giai đoạn suy vong (DE) (giai đoạn tự chết) Trong giai đoạn này tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần tốc độ chết vượt xa tốc độ sinh sản. Tốc độ tăng trưởng riêng Nồng độ cơ chất để đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra có hiệu quả thì ta phải đảm bảo các điều kiện môi trường như nhiệt độ, pH, các chất dinh dưỡng, trong môi trường phải không có các chất độc, đảm bảo điều kiện tốt nhất cho hệ vi sinh. Tốc độ tăng trưởng tế bào [2]: : tốc độ tăng trưởng riêng KS: hằng số bán bão hòa = f (T, pH, các chất độc…) max : tốc độ sinh trưởng riêng cực đại (s-1, ngày-1) S: nồng độ cơ chất (mg/l) X: nồng độ sinh khối vi sinh vật (mg/l) Sự tăng trưởng của tế bào và việc sử dụng chất nền [2]: Trong cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ và liên tục, một phần cơ chất được chuyển thành các tế bào mới, một phần được oxy hóa thành các chất vô cơ. Do các tế bào mới phải tiếp tục sử dụng các chất nền có trong nước thải và sinh sản tiếp nên có thể thiết lập được quan hệ giữa sự tăng trưởng của tế bào và viếc sử dụng chất nền. Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (là tỉ số giữa khối lượng tế bào với khối lượng chất nền được tiêu thụ trong một đơn vị thời gian nhất định ở pha sinh trưởng logarit) rsu: tốc độ sử dụng chất nền (mg/l.s), (mg/l.ngày) Với : tốc độ sử dụng chất nền cực đại trên một đơn vị sinh khối Ảnh hưởng của hô hấp nội bào: Trong các công trình xử lý nước thải, không phải tất cả các tế bào vi sinh vật đều có tuổi như nhau và đều ở trong giai đoạn sinh trưởng logarit mà có những tế bào già, chết và sinh trưởng chậm. Khi tính toán tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật ta phải xét đến tổ hợp các hiện tượng này và ta giả thiết sự giảm khối lượng của tế bào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với nồng độ vi sinh vật có trong nước thải. Ta gọi sự giảm khối lượng này là hô hấp nội bào. Tốc độ hô hấp nội bào [2]: Kd: hệ số phân hủy nội bào (1/ngày) X: nồng độ sinh khối (mg/l, g/m3…) Kết hợp với quá trình phân hủy nội bào, tốc độ tăng trưởng thực của tế bào: rg’: tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn Tốc độ tăng trưởng riêng thực: (1/ngày) Tốc độ tăng sinh khối của bùn hoạt tính: Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng sinh hóa của quá trình xử lý sinh học. Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình truyền tải oxy vào trong nước, quá trình trao đổi chất và quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải được biểu diễn theo công thức [2]: K20: tốc độ phản ứng ở 200C KT: tốc độ phản ứng ở T0C : hệ số nhiệt (=1,047) -Các quá trình sinh học hiếu khí chủ yếu dùng trong xử lý nước thải: +Sinh trưởng lơ lửng – bùn hoạt tính: Vi sinh vật sau khi tiếp xúc với nước thải sẽ bắt đầu sinh trưởng và phát triển. Trong nước thải bao giờ cũng có những hạt chất rắn lơ lững khó lắng, các chất này sẽ là nơi dính bám của vi khuẩn và phát triển thành những bông cặn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ trong nước. Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo thì chúng sẽ lơ lững trong nước và lớn lên dần do quá trình hấp thụ nhiều chất lơ lững nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật, chất độc có trong nước. Khi ngừng thổi khí hay nguồn chất dinh dưỡng trong nước cạn kiệt thì những bông cặn này sẽ lắng xuống đáy tạo thành bùn, bùn này được gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn kết lại tạo thành bông với nhân trung tâm là chất lơ lững có trong nước. Bông này có màu nâu kích thước từ 2 -150mm. Bông này gồm có vi sinh vật sống và cặn (chiếm khoảng 20 - 40% thành phần cấu tạo bông, nếu trong môi trường hiếu khí và khuấy trộn đều thì hàm lượng cặn chỉ còn 20%). Vi sinh vật ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh… Các chất keo trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp thụ các chất có trong nước, vi khuẩn, chất màu, mùi trong nước thải làm cho hạt bùn lớn dần và đồng thời lượng bùn cũng tăng dần rồi từ từ lắng xuống đáy (bùn hoạt tính khi lắng xuống tạo thành bùn già và hoạt tính trở nên giảm, tuy nhiên nếu được hoạt hóa trong môi trường thích hợp thì chúng có thể khôi phục trở lại). Kết quả nước sáng màu, giảm lượng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn, nước thải được làm sạch. Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông của bùn. Bông tạo ra ở giai đoạn trao đổi chất có tỷ lệ chất dinh dưỡng và sinh khối của vi sinh vật thấp dần. Tỷ lệ này thấp sẽ đặc trưng cho nguồn năng lượng thấp của hệ thống và dẫn đến giảm dần năng lượng chuyển động. Động năng tác dụng đối kháng với lực hấp dẫn, nếu động năng nhỏ thì tác động đối kháng cũng nhỏ và các tế bào vi khuẩn hấp dẫn lẫn nhau. Diện tích bề mặt tế bào, sự tạo thành vỏ nhầy và tiết ra dịch là nguyên nhân kết dính tế bào vi khuẩn với nhau. Trong bùn hoạt tính ta còn thấy xuất hiện động vật nguyên sinh, chúng tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ, điều chỉnh loài và quần thể vi sinh vật trong bùn, giữ cho bùn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già và đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm bùn xốp, kích thích vi sinh vật tiết enzim ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ và làm kết lắng bùn nhanh. Để phát huy vai trò của bùn hoạt tính, ta phải chú ý đến hàm lượng oxy hòa tan trong nươc, nồng độ và tuổi bùn, chất độc trong nước, nhiệt độ nước thải và pH, chất dinh dưỡng trong nước. Khi cân bằng dinh dưỡng ta có thể sử dụng Urê, NH4OH, muối amon làm nguồn cung cấp N, muối phothat, supephotphat làm nguồn cung cấp P. Trong trường hợp BOD trong nước nhỏ hơn 500mg/l thì chọn nồng độ N trong muối amôn là 15mg/l và P (theo P2O5) là 2mg/l. Nếu 500 < BOD <1000 mg/l thì chọn thông số tương ứng là 25 và 8mg/l. Các nguyên tố dinh dưỡng ở dạng hợp chất rất thích hợp cho tế bào vi sinh vật hấp thụ và đồng hóa. Nguồn N (dạng NH4+) và P (dạng photphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất cho vi sinh vật. Ngoài ra, nếu thiếu các nguyên tố dinh dưỡng như nguyên tố K, Mg, S, Fe, Zn, Ca… sẽ kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Nếu thiếu N sẽ kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật và ngăn cản quá trình oxy hóa – khử trong tế bào vi sinh vật, nếu lâu dài làm cho vi sinh vật không sinh sản, không tăng sinh khối, gây cản trở cho quá trình sinh hóa làm bùn khó lắng. Thiếu P làm xuất hiện vi khuẩn dạng sợi giảm hiệu quả lắng, quá trình oxy hóa chất hữu cơ của bùn hoạt tính giảm. Các vi sinh vật trong bùn chủ yếu là 4 lớp protozoa: Sacrodina, Mastgophora, Ciliata, Suctoria hay gặp nhất là giống Amoeba thuộc lớp Sacrodina. -Sinh trưởng bám dính – màng sinh học: Trong bể sinh học thường sử dụng những vật rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ dính bám trên bề mặt giá đỡ. Trong số các vi sinh vật, có một số sinh vật có khả năng tạo ra polysacrit, chất này có tính dẻo hay còn gọi là polyme sinh học, chất này tạo thành màng sinh học. Màng này ngày càng dày thêm, thực chất đây là sinh khối của vi sinh vật dính bám trên các giá đỡ. Màng này có khả năng oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải khi cho nước thải chảy qua hay tiếp xúc với màng, ngoài ra màng còn có tác dụng hấp thụ các chất bẩn và trứng giun sán… Màng sinh học là tập hợp những vi sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxy hóa chất hữu cơ trong nước khi chúng tiếp xúc với màng. Màng này thường dày từ 1 – 2mm và có thể dày hơn nữa. Màu của màng có thể thay đổi, tùy theo thành phần của nước thải mà màu biến đổi từ màu vàng xám đến màu nâu tối. Trong qui trình xử lý, nước thải chảy qua phin lọc sinh học và cuốn theo các mảnh vỡ của màng với kích thước từ 15 – 20 mm có màu vàng xám hay màu nâu. Các phin lọc dùng trong xử lý nước thải thường sử dụng bằng vật liệu cát hay sỏi, được sắp xếp như sau: ở dưới cùng là lớp sỏi cuội có kích thước nhỏ dần theo chiều cao của lớp lọc, ở lớp trên là cát hạt to rồi đến hạt nhỏ. Chiều dày của lớp cát thường từ 7 – 10cm, trên bề mặt những hạt cát, sỏi, đá, than, gỗ … giữa chúng sẽ tạo thành một màng nhầy, lớp màng này lớn dần lên và chúng được gọi là màng sinh học. Màng này được tạo ra từ hàng triệu tế bào vi khuẩn và cả động vật nguyên sinh. Khác với quần thể sinh vật trong bùn hoạt tính, vi sinh vật trong màng lọc sinh học tương đối đồng nhất về thành phần loài và số lượng sinh vật. Khi nước thải chảy qua màng lọc sinh học, do hoạt động sống của vi sinh vật sẽ làm thay đổi thành phần nhiễm bẩn các chất hữu cơ có trong nước, các chất hữu cơ dễ phân giải sẽ được vi sinh vật phân giải trước với tốc độ nhanh, đồng thời số lượng quần thể vi sinh vật cũng phát triển nhanh. Chất hữu cơ khó phân hủy sẽ được phân giải sau với tốc độ chậm hơn. Màng lọc sinh học thực chất là một hệ nhiều loài vi sinh vật, ngoài vi sinh vật hiếu khí còn có vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kị khí. Ở lớp ngoài cùng màng là lớp hiếu khí, lớp này chủ yếu là trực khuẩn Bacillus sống. Lớp trung gian là lớp vi khuẩn tùy nghi như: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus, Microccus. Lớp sâu bên trong là vi sinh vật kị khí như vi khuẩn khử lưu huỳnh và khử nitrat. Phần dưới cùng của màng là quần thể vi sinh vật với sự có mặt của nguyên sinh động vật và một số vi sinh vật khác. Các loài này ăn vi sinh vật và sử dụng một phần màng vi sinh để làm thức ăn dẫn đến việc tạo ra những lỗ nhỏ trên bề mặt vật liệu làm chất màng. Quần thể vi sinh vật của màng có tác dụng như bùn hoạt tính. Phần phía trên của màng lọc sinh học là nơi dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới cùng là ít nhất. Các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận lượng oxy nên chuyển sang phân hủy kị khí. Sản phẩm của quá trình biến đổi kị khí là alcol, axit hữu cơ…. Các chất này chưa kịp khuếch tán đã bị vi sinh vật khác hấp thụ vì vậy mà không ảnh hưởng lớn đến màng lọc. Với đặc điểm như vậy mà màng lọc có thể oxy hóa chất hữu cơ, màng này dày lên làm bịt kín các khe hở, nước qua màng lọc chậm dần từ đó phin lọc làm việc có hiệu quả hơn. Nếu lớp màng quá dày thì ta có thể dùng nước rửa để loại bỏ màng và phin chảy nhanh hơn, tuy nhiên hiệu quả lọc giảm dần nhưng chúng sẽ khôi phục trở lại. Nước đưa vào xử lý cần phải lọc sơ bộ để loại bỏ các tạp chất lớn. Hiệu quả của phin lọc có thể giữ đuợc 99% vi khuẩn -Quá trình phân hủy kị khí: Quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra trong điều kiện không có oxy nhờ sự hoạt động của hệ vi sinh vật sống thích nghi ở điều kiện kị khí. Các sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí là axit hữu cơ, các ancol cuối cùng là NH3, H2S và chủ yếu là CH4, vì vậy mà quá trình này còn gọi là quá trình lên men kị khí sinh mêtan hay lên men mêtan. -Quá trình phân hủy kị khí gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn thủy phân: Dưới tác dụng của enzim thủy phân do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân thành đường đơn giản, protein bị thủy phân thành albomoz, pepton, peptic, axit amin, chất béo thủy phân thành glyxerin và axit béo. Giai đoạn tạo khí: Sản phẩm thủy phân này tiếp tục phân hủy tạo thành khí CO2, CH4 ngoài ra còn có một số khí khác như: H2, N2, H2S và một ít muối khoáng. Các hydratcacbon bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất, hầu hết chuyển thành CO2, CH4. Các hợp chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy gần như hoàn toàn (axit béo tự do hầu như phân hủy gần 80-90%, axit béo loại este phân hủy gần 65-68%). Riêng hợp chất chứa lignin là chất khó phân hủy nhất, chúng là nguồn tạo ra mùn. Trong quá trình phân hủy chất hữu cơ ở điều kiện kị khí, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là CH4 chiếm 60 -75%. Quá trình lên men mêtan gồm 2 pha điển hình: pha axit và pha kiềm. Ở pha axit, hydratcacbon (xenlulozơ, tinh bột, các loại đường…) dễ bị phân hủy tạo thành axit hữu cơ có phân tử lượng thấp (axit propionic, butyric, axetic…). Một phần chất béo cũng chuyển thành axit hữu cơ. Đặc trưng của pha này là tạo thành axit, pH của môi trường có thể thấp hơn 5 và xuất hiện mùi hôi. Cuối pha, axit hữu cơ và các chất tan có chứa nitơ tiếp tục phân hủy thành những hợp chất amôn, amin, muối của axit cacbonic và tạo thành một số khí như CO2, N2, CH4, H2, H2S, indol, mecaptan gây mùi khó chịu, lúc này pH của môi trường bắt đầu tăng chuyển sang trung tính và sang kiềm. Ở pha kiềm, đây là pha tạo thành khí CH4. Các sản phẩm thủy phân của pha axit làm cơ chất cho quá trình lên men mêtan và tạo thành CH4, CO2. pH của pha này chuyển hoàn toàn sang môi trường kiềm. Quá trình thủy phân các chất hữu cơ trong môi trường kị khí là quá trình phức tạp với sự tham gia của nhiều vi sinh vật kị khí. Nhiệt độ phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí là 10 -150C, 20 - 400C và trên 400C. thời gian lên men kéo dài trong khoảng 10 -15 ngày, nếu ở nhiệt độ thấp thì quá trình lên men kéo dài hàng tháng. 3.3.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến đời sống của vi sinh vật trong nước thải: Một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến vi sinh vật trong nước thải đó là chất độc, đặc biệt là kim loại nặng. Các kim loại được xếp theo mức độ ảnh hưởng như sau: Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Zn, Fe. Các kim loại này có nồng độ từ vài phần triệu ppm đến vài phần nghìn ppm thì tác dụng đến sinh trưởng của vi sinh vật. Các kim loại này khi xâm nhập vào tế bào của vi khuẩn, chúng có thể bị giữ lại trong tế bào và phá hủy hệ thống ezim trong tế bào vi sinh vật từ đó làm ảnh hưởng đến tính thẩm thấm của tế bào. Các anion như: xianua, florua, asenat, cromat, bicacbonat đều có các ảnh hưởng tương tự. Các halogen và một số hợp chất hữu cơ khác cũng tham gia vào quá trình phân hủy protein hay thủy phân các thành phần khác của tế bào. Nồng độ muối vô cơ ảnh hưởng đến khả năng hình thành bùn, khi nồng độ muối clorit tăng lên 20g/l sẽ làm giảm chất luợng làm sạch nước thải. Bảng: 3.1. Các nguyên tố đa và vi lượng cần cho hoạt động sống của vi sinh vật: tên nguyên tố Nồng độ mg/mgBOD Mg 10-4 Cu 16,4.10-5 Zn 16.10-5 Mb 42.10-5 Ca 620.10-5 Na 5.10-5 K 450.10-5 Fe 1200.10-5 Nguyên tố đa lượng cung cấp đầy đủ sao cho: BOD : N : P = 100 : 5 : 1 COD : N : P = 150 : 5 : 1 pH cao quá hay thấp quá sẽ ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật, nếu pH 9 sẽ phá hủy trạng thái cân bằng của nguyên sinh chất, dẫn đến sự diệt vong của tế bào vi sinh vật. Do đó pH tối ưu là 6,5– 8,5. 4.1. Phương pháp hiếu khí 4.2. Phương pháp kị khí 4.3. Phương pháp dùng thực vật thủy sinh CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1. Phương pháp hiếu khí: Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Phương pháp này được sử dụng để xử lý hồn tồn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải được xử lý sơ bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý.Các phương pháp sinh học có thể được phân chia dựa trên các cơ sở khác nhau, song nhìn chung có thể chia thành hai loại chính như sau: -Hiếu khí sinh trưởng lơ lửng. -Hiếu khí sinh trưởng dính bám. 4.1.1. Hiếu khí sinh trưởng lơ lửng: Nguyên lý của phương pháp này là dựa trên quá trình sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải, chúng sống và hoạt động lơ lửng trong nước thải, khi có các hợp chất hữu cơ thì chúng bám vào các chất hữu cơ và làm nguồn thức ăn và nơi cư trú, sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ chúng tiến hành quá trình tự lắng. Sau đây là giới thiệu một số công trình hiếu khí lơ lửng: 4.1.1.1. Bể SBR: Loại bể này sử dụng khá phổ biến trong công trình xử lý nước thải chế biến thủy sản. SBR ( sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ l dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính , nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu. Hệ thống SBR là hệ thống dùng đểxử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải – phản ứng – lắng – hút nước thải ra; trong đó quá trình phản ứng hay tạo cặn gọi chung là quá trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào. -Các quá trình xãy ra trong bể SBR: Qu trình phn hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa. Qu trình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, khi điều kiện cấp khí và chất nền được đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau: • Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O • Tổng hợp sinh khối tế bào n(CxHyOz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5)O2→(C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2 H2O • Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phn hủy nội bào) (C5H7NO2)n + 5NO2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3 • Quá trình nitrit hóa 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas) ( 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O) 2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter) Tổng phản ứng oxy hóa amoni: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O -Thành phần vi sinh vật trong bể SBR: Bảng 4.1. Thành phần vi sinh vật trong bể SBR: STT Vi khuẩn Chức năng 1 Pseudomonas Phân huỷ hydratcacbon, protein, các chất hữu cơ….và khử nitrat 2 Arthrobacter Phân huỷ hydratcacbon 3 Bacillus Phân huỷ hydratcacbon, protein…. 4 Cytophaga Phân huỷ polimer 5 Zoogloea Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ 6 Acinetobacter Tích luỹ poliphosphat, khử nitrat 7 Nitrosomonas Nitrit hoá 8 Nitrobacter Nitrat hoá 9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ các chất hữu cơ 10 Alkaligenes Phân huỷ protein, khử nitrat 11 Flavobacterium Phân huỷ protein 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat (khử nitrat thành N2) 13 Thiobaccillus denitrificans 14 Acinetobacter 15 Hyphomicrobium 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat Nguồn:công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học của PGSTS. LƯƠNG ĐỨC PHẨM Hệ vi sinh vật trong bễ SBR bao gồm tất cả các loại vi khuẩn và các Eukaryote cực nhỏ, có thể phân chia thành 5 nhóm chính: các vi sinh vật dạng bọt khí, thực vật hoại sinh, các vi khuẩn nitrat hoá, động vật ăn thịt và các sinh vật gây hại. Các vi sinh vật tạo bọt khí: có vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bởi vì nếu không có chúng thì sinh khối không thể được phân chia từ quá trình xử lý nước thải hay các chất ô nhiễm hữu cơ dạng keo không thể bị đào thải. Các vi sinh vật tạo bọt khí thường là động vật nguyên sinh và nấm, chúng làm cho vi khuẩn kết bông lại. Tuy nhiên chiếm ưu thế hơn hẳn vẫn là các vi khuẩn trong đó Zooglea ramigera đóng vai trò khá quan trọng Vi sinh vật hoại sinh: là các vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Đây là các vi khuẩn dị dưỡng đầu tiên và hầu hết chúng ở dạng kết chùm. Các vi sinh vật hoại sinh cũng được chia làm 2 loại: phân huỷ sơ cấp và thứ cấp.Loài Saprophytes chủ yếu là các gram âm, ngoài ra còn có Achorombacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus và Pseudomonas. Các vi khuẩn nitrat hoá: thực hiện quá trình chuyển hoá N-NH3 thành N-NO3 , và có thể được thực hiện bởi cả hệ vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng. Quá trình nitrat hoá trong hệ thống xử lý nước thải thường được xem là do các vi khuẩn tự dưỡng, đầu tiên có thể kể đến là loài Nitrosomonas và Nitrobacter. Nitrosomonas oxy hoá N-NH3 thành N=NO3 nhưng có kèm theo sản phẩm trung gian, trong khi đó Nitrobacter oxy hoá N=NH3 trực tiếp sang dạng N-NO3. Loài động vật ăn thịt: chính trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng là các động nguyên sinh (protozoa), thức ăn chính của chúng là các vi khuẩn.Có khoảng 230 loài đã được xác định là có tham gia vào quá trình xãy ra trong bùn hoạt tính và chúng có thể tạo ra khoảng 5% sinh khối trong hệ thống.Những loài có roi thường là các động vật nguyên sinh chiếm ưu thế, cả về số lượng lẫn khối lượng sinh khối.Trong một số trường hợp, cả amip và loài có roi có thể hiện diện với số lượng rất nhỏ, nhưng chúng vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng cho quá trình lắng đọng và ổn định hệ thống. Các sinh vật gây hại: trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, vấn đề phát sinh nhiều nhất là việc loại bỏ sinh khối từ nước thải đã qua xử lý, nguyên nhân chính là do các vi khuẩn dạng sợi và các loại nấm. Các vi khuẩn dạng sợi tồn tại với số lượng nhỏ là điều rất tốt, giúp ổn định các phân tử bọt nhưng nếu số lượng quá lớn thì lại là điều không tốt. Loài vi khuẩn tiêu biểu là Sphaerotilus natans. Một tác nhân gây hại nữa trong sinh trưởng lơ lửng là việc thừa bọt trong hệ thống.Điều này gây ra trước hết là do vi khuẩn Nocardia và các loài Microthrix pavicella.Vì Nocardia và Microthrix pavicella là các tế bào không ưa nước trên bề mặt, chúng tạo ra các bong bóng trên mặt nước nơi chúng ở, vì vậy tạo ra bọt khí và gây ra hiện tượng dư bọt. Các tác động này cũng tạo ra tương tự vùng thiếu oxy trong hệ thống sinh trưởng lơ lửng kéo theo sự gia tăng của vi khuẩn khử nitrat hoá. Quá trình này có thể được hoàn toàn bởi một số lượng lớn các vi khuẩn tìm thấy trong hệ thống xử lý nước bao gồm: Aerobacter, Alcaligenous, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, Proteus, và Pseudomonas. Vi khuẩn chiếm ưu thế (90%) trong hệ thống xử lý. Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc vào điều kiện môi trường , các yếu tố về thiết kế, vận hành hệ thống và tính chất của nước thải.Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0.3-1µm. Trong hệ thống bùn hoạt tính có hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuẩn tuỳ nghi và vi khuẩn kị khí. Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium, và Zoogloea. Hai nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm cho việc chuyển hoá ammoniac thành nitrat là: vi khuẩn Nitrobacter và Nitrosomonas. Nấm: là cấu tử thuộc hệ thống bùn hoạt tính, các vi sinh vật đa bào này tham gia vào quá trình trao đổi chất và cạnh tranh với vi khuẩn trong môi trường hoạt động. Chỉ có một lượng nhỏ nấm có khả năng oxy hoá NH3 thành nitrit và nitrat. Các loại nấm thông thường là: Sphaerotilus natans và Zoogloea sp. Protozoan: là vi sinh vật có kích thước 10-100 µm được phát hiện trong hệ thống bùn hoạt tính. Đây là nhóm vi sinh vật chỉ thị cho hoạt động của hệ thống xử lý nước thải. Trong hệ thống bùn hoạt tính, protozoan được chia làm 4 nhóm chính: protozoa, amip, flagellates, và ciliates (dạng bơi tự do, dạng bò trường, dạng có tiêm mao). Amip: thường xuất hiện trong nước thải đầu vào, nhưng không tồn tại lâu tại các bể hiếu khí.Amip chỉ sinh trưởng nhanh trong các bể hiếu khí có tải cao. Chúng di chuyển chậm và khó cạnh tranh thức ăn, nhất là khi nguồn thức ăn bị hạn chế, nên chúng chỉ chiếm ưu thế tại các bể hiếu khí trong một thời gian ngắn. Thức ăn của Amip là các chất hữu cơ kích thước nhỏ. Hệ thống bùn hoạt tính xuất hiện nhiều Amip chứng tỏ đang bị sốc tải.Khi đó DO thấp (Amip tồn tại được lâu trong môi trường có DO thấp). Flagellates: ngay sau khi amip bắt đầu biến mất, nhưng nước thải vẫn còn chứa một lượng chất hữu cơ cao, thì flagellates xuất hiện.Phần lớn Flagellates hấp thụ các chất dinh dưỡng hoà tan. Cả Flagellactes và vi khuẩn đều sử dụng chất hữu cơ. Tuy nhiên, khi thức ăn giảm Flagellactes khó cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn nên giảm số lượng.Nếu Flagellates xuất hiện nhiều ở giai đoạn ổn định, điều này chứng tỏ nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ hoà tan. Ciliates: thức ăn của Ciliates là vi khuẩn và các chất đặc trưng. Ciliates cạnh tranh nguồn thức ăn với Rotifer.Sự hiện diện của Ciliates chứng tỏ bùn hoạt tính tốt, đã tạo bông và phần lớn các chất hữu cơ đã được loại bỏ. Có 3 loại Ciliates: các Ciliates bơi tự do xuất hiện khi Flagellates bắt đầu biến mất, số lượng vi khuẩn tăng cao; chính vi khuẩn là nguồn thức ăn của Ciliates bơi tự do này. Các loài Ciliates trườn, bò: khi thức ăn bùn lớn và ổn định, loài Ciliates này chui vào trong bùn, cạnh tranh thức ăn với loài Ciliate bơi tự do là nhờ vào khả năng này. Các Ciliate có tiêm mao: xuất hiện ở bùn đã ổn định, trong các loại bùn này thì chúng và các loài Ciliate trườn, bò cạnh tranh nhau về thức ăn. Ciliates hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính là: Aspidisca costata, Carchesium polypinum, Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta và O.microdiscum, Trachelophyllum pusillum, Vorticella convallaria và V.microstoma. Ciliates có nhiệm vụ loại bỏ E.coli bằng cách ăn hoặc tạo cụm. Rotifer: là động vật đa bào có hai bộ tiêm mao chuyển động xoay tròn, làm cho hình dạng của chúng như hai bánh xe xoay đối nhau.Chúng di động nhanh trong nước, có khả năng xáo trộn mạnh nguồn nước tìm nguồn thức ăn, giống như Protozoa.Đây là vi sinh vật hiếu khí tuyệt đối, khá nhạy cảm với độc tính của nước thải.Chúng thường xuất hiện trong hệ thống bùn hoạt tính đã ổn định, nước có hàm lượng hữu cơ thấp.Rotifer hiếm khi được phát hiện với số lượng lớn trong hệ thống xử lý nước thải. Vai trò chính của Rotifer là loại bỏ vi khuẩn và kích thích sự tạo bông của bùn. Chính Rotifer sử dụng vi khuẩn không tạo bông, làm giảm độ đục của nước thải. Các màng nhầy được Rotifer tiết ra ở miệng và chân giúp bùn kết bông dễ dàng. Rotifer can thời gian khá dài để thích nghi trong quá trình xử lý. Rotifer phát triển trong bùn cũ và điều kiện oxy nay đủ. Nhạy cảm với độc tố và sự thay đổi thành phần nước thải. Virut: cũng được phát hiện trong hệ thống bùn hoạt tính và việc loại bỏ virut nhờ cơ chế đối kháng sinh học, sự hấp phụ, quá trình khử các chất lơ lửng, các chất keo, quá trình thổi khí,…… -Động học quá trình hiếu khí trong bễ SBR: +Động học phản ứng trong màng vi sinh vật: Những phân tích lý thuyết cho thấy động học phản ứng trong màng vi sinh vật phức tạp hơn rất nhiều so với động học phản ứng của quá trình bùn hoạt tính; bởi vì tốc độ phản ứng làm sạch nước trong quá trình bùn hoạt tính chỉ chịu ảnh hưởng của tốc độ trao đổi chất của vi sinh vật. Trong khi đó trong quá trình màng vi sinh vật các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng bao gồm tốc độ vận chuyển cơ chất vào màng vi sinh vật bởi quá trình khuếch tán phân tử và tốc độ phản ứng sinh học của vi sinh vật. Ngoài ra, phản ứng thuỷ phân các chất hữu cơ cao phân tử trên bề mặt màng vi sinh vật thành những chất hữu cơ có phân tử lượng thấp hơn để chúng có thể khuếch tán vào trong màng vi sinh cũng là một yếu tố hạn chế của tốc độ phản ứng sinh hoá trong quá trình màng vi sinh vật. Màng vi sinh vật có thể coi như một hệ thống phản ứng với xúc tác enzyme tĩnh. Trong hệ thống tồn tại pha lỏng – nước thải, pha rắn – màng vi sinh vật và pha khí (đối với quá trình hiếu khí) Cơ chế của quá trình loại bỏ cơ chất trong hệ thống màng vi sinh vật có thể được miêu tả như sau: nước thải chảy qua bề mặt màng vi sinh vật với vận tốc chảy đều, cơ chất có khối lượng phân tử nhỏ dễ dàng từ nước thải tiếp xúc với màng vi sinh vật và được vận chuyển vào màng theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ và trao đổi chất bởi vi sinh vật.Những sản phẩm cuối của quá trình phản ứng sinh học đi ngược trở ra khỏi màng. -Ưu điểm: Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng. Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy thổi khí, hệ thống thổi khí. -Nhược điểm: Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau. Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ) Người vận hành phải có kỹ thuật cao. 4.1.2.Sau đây là sơ đồ xử lý nước thải có ứng dụng bễ SBR. -Trạm xử lý nước thải tập trung KCN Bình Chiểu: Song chắn rác thô Hố thu gom Song chắn rác tinh Bể tuyển nổi – vớt dầu Bể khử trùng Ra môi trường Thu gom và xử lý theo quy định Nước thải sản xuất và sinh hoạt từ các đơn vị trong KCN Bình Chiểu Nước ép bùn Song chắn rác thô Hố thu gom Song chắn rác tinh Nước thải sản xuất và sinh hoạt từ các đơn vị trong KCN Bình Chiểu Bùn mang đi xử lý theo qui định Máy ép bùn Sân phơi bùn Bể khử trùng Ra môi trường Váng dầu Bể điều hòa Bể keo tụ - tạo bông Bể lắng Mương trung hòa Bể SBR Hóa chất HN 377,HN 378 Bể chứa bùn -Thiết minh sơ đồ: ở khu công nghiệp Bình Chiểu bao gồm nhà máy chế biến thuỷ sản và nhà máy si mạ, và căn tin cho công nhân, do đó thành phần nước thải chủ yếu là các chất hữu cơ và kim loại nặng. Nước thải sau khi qua các trạm xử lý cục bộ của các nhà máy thì đến trạm xử lý tập trung. Nước dẩn qua song chắn rác thô rồi vào hố thu gom, ở hố thu gom có lắp đặt hệ thống bơm chiềm và bơm nước qua song chắn rác tinh vô bể tuyển nổi. tuyển nổi các ván dầu và các chất có trọng lượng nhẹ hơn nước .Thời gian tuyển nổi thường là 30 phút, rồi tiến hành cho nước vào bể điều hoà . Trong bể điều hoà có lắp đặt các hệ thống cánh khuấy và bơm chiềm, hệ thống cánh khuấy có tác dụng khuấy đảo trộn điều nước thải nhằm tránh hiện tượng phân huỷ kị khí ở bể điều hoà. Thông thường thời gian lưu nước trong bể là 2h. Sau khi điều hoà nước song người ta tiến hành cho nước vào bể keo tụ tạo bông . Trong bể này người ta lắp đặt hệ thống cánh khuấy, khuấy đảo liên tục. ở giai đoạn này có bổ sung hoá chất để tăng hiệu quả keo tụ. Các hoá chất thường dùng là HN377 đây là chất keo tụ khá tốt. HN378 hoá chất này là chất trợ keo đồng thời là thành phần dinh dưởng cho vi sinh.Thời gian keo tụ tạo bông là khoảng 15 phút. Rồi nước thải được đưa tiếp vào bể lắng và thời gian lưu nước ở bể lắng là 30 phút. Sau khi lắng song nước được cho tiếp vào mươn trung hoà nhằm mục đích ổn định PH của nước thải trước khi đưa vào bể SBR. Nước được chảy liên tục vào bể SBR thông thường trong các quá trình xử lý nước thải giai đoạn này là đặc biệt chú ý nhất. Các thông số cần kiểm tra trong giai đoạn này: PH là thông số đặc biệt chú ý và phải thường xuyên theo dỏi để tránh hiện tượng PH thay đổi đôt ngột gây ảnh hưởng xấu đến vi sinh vật trong bể. Thời gian lưu nước trong bể khoảng 4h tiến hành cho nước vào bể khử trùng. Khử trùng song cho nước vào hồ sinh học khoảng từ 5- 7 ngày rồi đổ ra kênh rạch. Bảng 4.2. - Nước thải đầu vào KCN Bình Chiểu STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 Nhiệt độ 0C 28.9 2 pH - 6.31 3 Mùi - Không khó chịu 4 Màu sắc (Pt-Co, pH = 7) 157 5 BOD5 (200C) mgO2/l 318 6 COD mgO2/l 539 7 Chất rắn lơ lửng mg/l 426 8 Sắt mg/l 25.9 9 Clo dư mg/l 0.48 10 Clorua (Cl-) mg/l 169 11 Ammoniac mg/l 37.4 12 Tổng Nitơ mg/l 54 13 Tổng photpho mg/l 17 14 Dầu mỡ khoáng mg/l 14.2 15 Dầu động vật mg/l 39.4 16 Coliforms MPN/100ml 2.4*106 17 Crom VI mg/l 0.01 18 Crom III mg/l 0.012 19 Đồng mg/l 0.79 20 Kẽm mg/l 6.42 21 Niken mg/l 0.09 22 Mangan mg/l 0.28 23 Chì mg/l 0.07 24 Thiếc mg/l 0.08 25 Xianua mg/l 0.04 26 Phenol mg/l 37.8 27 Thủy ngân mg/l 0.0001 28 Sunfua mg/l 0.04 29 Florua mg/l 0.92 30 Aen mg/l 0.013 31 Cadmium mg/l 0.37 Nguồn : Viện nghiên cứu Môi trường và Bảo hộ lao động, Bảng 4.3. - Nước thải đầu ra của KCN Bình Chiểu STT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp Kết quả QCVN 24:2009/BTNMT 1 Nhiệt độ 0C 2 pH - TCVN 6492:1999 7.24 5.4-8.1 3 Mùi - - Không khó chịu Không khó chịu 4 Màu sắc (Pt-Co, pH = 7) DR2010 13 18 5 BOD5 (200C) mg/l APHA 5210 – C 21 27 6 COD mg/l APHA 5210 – C 35.2 45 7 Chất rắn lơ lửng mg/l APHA 5240 D 34.6 45 8 Sắt mg/l APHA AAS 0.26 0.9 9 Clo dư mg/l DR 5000 0.16 0.9 10 Clorua (Cl-) mg/l APHA 4500 – Cl--C 148 450 11 Ammoniac mg/l APHA 4500 – NH4+-C 3.4 4.5 12 Tổng Nitơ mg/l APHA 4500 – N 9.18 13.5 13 Tổng photpho mg/l APHA 4500 – P - D 1.7 3.6 14 Dầu mỡ khoáng mg/l APHA 5520 C 2.12 4.5 15 Dầu động vật mg/l APHA 5520 B 3.1 9 16 Coliforms MPN/100ml Standard Method 9221-2003 2160 2700 17 Crom VI mg/l APHA AAS KPH 0.045 18 Crom III mg/l APHA AAS KPH 0.18 19 Đồng mg/l APHA AAS 0.63 1.8 20 Kẽm mg/l APHA AAS 0.97 2.7 21 Niken mg/l APHA AAS KPH 0.18 22 Mangan mg/l APHA AAS 0.32 0.45 23 Chì mg/l APHA AAS 0.064 0.09 24 Thiếc mg/l APHA AAS KPH 0.18 25 Xianua mg/l APHA 4500 KPH 0.063 26 Phenol mg/l APHA 5530 C KPH 0.09 27 Thủy ngân mg/l APHA ÁAS KPH 0.0045 28 Sunfua mg/l TCVN 4567-88 0.09 0.18 29 Florua mg/l APHA 4500-F2—C 0.72 4.5 30 Asen mg/l APHA AAS KPH 0.045 31 Cadmium mg/l APHA AAS KPH 0.0045 Viện nghiên cứu Môi trường và Bảo hộ lao độn,2008 4.1.2. Hiếu khí sinh trưởng dính bám: -Công nghệ MBBR: Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng. Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá trình xử lý. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí. Hình 1 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR. Hình4.1.(quá trình xử lý của bể MBBR.) Giá thể dùng trong bể MBBR: Giới thiệu các loại giá thể trong bể MBBR: Đặc trưng tính kị nước cao, khả năng bám dính sinh học cao. Chất lượng màng sinh học tốt khó rơi ra khỏi vật liêu, độ dày lớp film ngoài 10 -200 m, lớp film trong có độ dày thay đổi theo tải trọng. Ngoài ra còn có enzim sinh học kích hoạt khả năng xử lí của sinh vật trong nước thải. Xử lí N, P trong nước thải. NH3 – N : 98 – 99%, TN : 80- 85%, TP : 70 -75%. Chiếm khoảng không gian ít. Không bị nghẹt bùn trong khoảng thời gian dài hoạt động. Tạo bùn nặng dễ lắng, tạo ra 40 - 80% bùn ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Hiệu quả xử lí 30 – 50% cao hơn quá trình bùn hoạt tính trong khi đó chi phí hoạt động giảm ít nhất 30%.Có thể được thả trực tiếp trong bể hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí. Không cần phải thay thế trong vòng 30 năm. Không bị ảnh hưởng bởi hình dạng bể, có thể sử dụng cho tất cả các loại bể. Hình một số loại giá thể được xử dụng hiện nay: Hình4.2: Giá thể TN Hình4.3. Giá thể TP Bảng4.4: Các loại giá thể trong bể MBBR: Số Loại Đường kính (mm) Diện tích bề mặt (m2 /m 3) Khối lượng đóng gói (Kg/m3) Số lượng đóng gói (giá thể/m3) 1 S20-4 Φ20*20 510 68 >100 000 2 SS20-6 Φ20*20 730 105 >110 000 3 F15-4 Φ15*15 760 105 >200 000 4 F10-4 Φ10*10 1200 125 >500 000 5 F25 Φ25*10 620 100 >100 000  Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 -Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn. Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý. Hiệu quả xử lý cao. Tiết kiệm diện tích xây dựng: diện tích xây dựng của MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lý nước thải hiếu khí đối với nước thải đô thị và công nghiệp.  Dễ dàng vận hành. Điều kiện tải trọng cao: Mật độ vi sinh vật trong lớp màng biofilm rất cao, do đó tải trọng hữu cơ trong bể MBBR rất cao. -Hiệu quả xử lý của bể MBBR: Bảng 4.5. Hiệu quả xử lý của bể MBBR Hệ thống Tải trọng BOD (KgBODm3/ngày) MLSS(mg/L) Diện tích bề mặt (m2/m3) MBBR 10 8000 - 20000 510 - 1200 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 4.2. Phương pháp kị khí kết hợp hiếu khí: 4.2.1.sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng biện pháp kị khí kết hợp hiếu khí: Nước thải Bể gom Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hòa khí cao áp Sục khí Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khô dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy Bùn tuần hoàn Bùn -Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải sau khi ra khỏi khu vực chế biến thải vào hố thu gom, sau đó qua song chắn rác thô vào hố thu gom, sau đó bơm lên bể điều hòa, ở đây bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng cũng như là trộn điều nước thải, ở bể điều hòa có lắp đặt hệ thống sục khí liên tục nhằm hạn chế hiện tượng tự lắng cũng như là phân hũy kị khí ở bể điều hòa. Nước thải sau khi lưu ở bể điều hòa khoảng 120 phút người ta tiến hành bơm vào bể tuyển nổi, bể tuyển nổi có xục khí cao áp nhằm tăng cường hiệu quả tạo bọt và khả năng tiếp xúc của các vật chất với nhau. Cặn ở bể tuyển nổi được đưa vào bể mêtan để các dầu mở cũng như các chất nhẹ hơn nước tự hoại ở bể mê tan. Sau quá trình tuyển nổi là bể UASB ở đây diển ra quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. -Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ trong bể UASB gồm ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Thủy phân Một nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosaccarit, aminoaxit, để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động. Giai đoạn 2: Lên men axit Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ hơn: CH3-(CH2)2-COOH, CH3-CH2-COOH, CH3-COOH, H-COOH. Trong giai đoạn này, BOD, COD giảm không đáng kể, còn pH giảm tương đối mạnh (pH < 7) Giai đoạn 3: Lên men metan Nhóm vi khuẩn metan hóa chuyển hóa các sản phẩm ở giai đoạn lên men axit tạo thành khí metan. Quá trình này có thể diễn ra theo hai cơ chế Đecacboxyl hóa: CH3-COOHCH4 + CO2 4CH3-CH2-COOH + 2H2O 7CH4 + 5CO2 CH3-CO-CH3 2CH4 + CO2 Do khử CO2: 4H2 + CO2 CH4 + H2O 2CH3-CH2-COOH + CO2 CH4 + 2CH3-COOH CO2 CH4 + H2O Bể UASB là một trong những phương pháp xử lý sinh học nước thải giàu chất hữu cơ có hiệu quả, thích hợp với loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Tuy nhiên yêu cầu thiết bị cao, vận hành tương đối khó và sinh mùi khó chịu là những hạn chế của bể UASB. Bùn dư trong bể UASB được đưa vào bể chúa bùn để tự hoại. một phần cho tuần hoàn vào bể sinh học hiếu khí xử lý tiếp theo. Nước thải sau khi xử lý kị khí xong được điền vào bể Arotent ơ đây các chất hữu cơ còn xót lại được phân giải hiếu khí. Thong thường nước từ bể UASB đưa sang bể arotent cần chú ý một số vấn đề như sau. + PH: thông thường ở giai đoạn này PH thấp nên cần năng phải lên cho phù hợp. + Nhiệt độ thường cao do quá trình kị khí thường sinh năng lượng lớn vì vậy cần có biện pháp điều chỉnh nhiệt độ cho thích hơp. + Nồng độ oxy trong nước đây là vấn đề quang trọng nhất vì vậy cần xục khí nhiều. + Nồng đọ các chất hữu cơ, thông thường qua quá trình xử lý kị khí thì hàm lượng chất hữu cơ là không cao vì vậy cân kiểm tra để tránh hiện tượng thiếu hụt các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật ở bể arotent. Phần bùn dư ở bể arotent được dưa vào bể chứa bùn và xử lý bùn. Nước thải sau khi xử lý hiếu khí xong người ta tiến hành xả vào bể khử trùng. Hóa chất dùng khử trùng là clorine. Nước thải sau quá trình khử trùng sau đó cho vào hồ sinh học và xả thải ra ngoài kênh. Bảng 4.6. Các thông số ô nhiễm đặc trưng đối với nước thải chế biến thuỷ sản của một số nhà máy chế biến đông lạnh: Các thông số Kết quả Đơn vị mg/l pH 6.2 - 7,5 - COD 2.000 mg/l BOD5 1.200 mg/l Dầu mỡ 80 - 250 mg/l SS 1200 mg/l S N 100 mg/l S P 30 mg/l Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trườn, 2007 Bảng 4.7.Tiêu chuẩn nước thải đầu ra Thông số Tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 (loại B) Đơn vị pH 5.5 – 9 - TSS 100 mg/l BOD5 50 mg/l COD 80 mg/l Dầu mỡ 20 mg/l S N 30 mg/l S P 6 mg/l Coliform 5000MPN/100 MPN/100 Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 -Bảng Các thông số đầu vào bể Aerotank Bảng 4.8. cá thông số đầu vào bể Aerotank Thông số Kết quả Q (m3/ngày.đêm) 500 (m3/h) 25 COD (mg/l) 540 BOD5 (mg/l) 324 SS (mg/l) 120 Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trườn, 2007 Như vậy hiệu quả xử lý của quá trình kết hợp kị khí với hiếu khí: là khoảng 95- 96%. Kết luận : như vậy quá trình kết hợp xử lý kị khí và hiếu khí trong xử lý nước thải thủy sản là rất cao. 4.3. xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp kị khí: 4.3.1.Bể UASB: -Sơ đồ công nghệ: Nước thải Bể gom Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hòa khí cao áp Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khô dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy Kết quả phân tích nước thải đầu vào và so sánh với TCVN 5945:2005 cột A (nồng độ đầu ra sau khi qua hệ thống xử lý): Bảng 4.9. kết quả phân tích môt số nhà máy chế biến thủy sản Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 cột A pH - 5,5 - 9 6 - 9 Chất rắn lơ lửng mg / l 400 - 800 50 COD mgO/l 1.500- 2500 50 BOD mgO/l 700 – 1.200 30 Coliform tổng MPN/100 ml .105 - .106 3.000 Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 Như vậy, yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải phải đạt được hiệu suất loại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lủng, 96-97% đối với COD, 99% vi sinh BOD và hơn có hại. 4.4. Xử lý nước thải thủy sản bằng cánh đồng tưới, bãi lọc: Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các cánh đồng tưới bãi lọc là dựa vào khả năng giử các cặn nước ở trên ở trên mặt đất, nước thấm qua dất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các khe hở của đất, thực chất của quá trình này là xử lý hiếu khí,các vi sinh vật trong đất hoạt động phân hủy các chất hữu cơ. Càng xâu xuống đất lượng oxy càng giảm, cuối cùng đến độ sâu nhất định nào đó thì quá trình thiếu khí xảy ra nên xảy ra quá trình khử nitrat . Cánh đồng tưới có hai chức năng: Xử lý nước thải tưới bón cho cây trồng. Hiệu quả xử lý nước thải của cánh đồng lọc như sau: BOD20 tronh nước còn 15-20mg/l , NO3 là 25mg/l, vi khuẩn giãm tới 99,9%. Như vậy đối với cánh đồng tưới bải lọc hiệu qủa xử lý rất cao. Nhưng trong thực tế người ta ít khi ứng dụng vì tốn diện tích lớn, thời gian xử lý dài có thể kéo dài đến vài tháng, đối với những chất hữu cơ khó tiêu hoặc mạch vòng , dầu mở cá không có khả năng xử lý. 4.5. xử lý nước thải chế biến thủy sản ứng dụng thực vật thủy sinh: 4.5.1.Xử lý nước thải bằng tảo: Tảo là nhóm vi sinh vật có khả năng quang hợp, chúng có thể ở dạng đơn bào (vài loài có kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các loài rong biển, có chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng.Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đ lợi dụng cc đặc điểm này của tảo để: -Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng: Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo. -Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật: Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột… Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống. -Cơ chế của quá trình xử lý nước thải bằng tảo: Ban đầu các chất hữu cơ ở dạng hợp chất cao phân tử tảo không thể hấp thụ được. Đặc biệt là ở tảo quan hợp có một số nhóm vi sinh cộng sinh ở phần rể của tảo chúng bám trên rể của tảo và tham gia các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ thành các chất hòa tan , và tảo là nhóm sử dụng chất hòa tan này. Đặc biệt ở một số loài tảo chúng không có khả năng quan hợp, vì vậy chúng sử dụng trực tiếp các chất hữu cơ có trong nước bằng cách tiết ra các enzyme tương ứng. Đối với nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là protein. Nên tảo có cơ chế tổng hợp enzyme protesea để phân giải các protein thành các axit amin dễ hấp thụ hơn. Đối với các loài tảo quan hợp thì chúng tổng hợp năng lượng từ năng lương mặt trời và CO2. Vì vậy trong quá trình tổng hợp năng lượng của tảo không quan hợp chúng thải ra CO2 cho tảo quan hợp tổng hợp năng lượng và sử dụng các chất hòa tan trong nước do vi inh vật trong nước phân giải. Tảo trong quá trình quan hợp chúng thải ra O2 và oxi này được cung cấp cho tảo không quan hợp và vi sinh vật bám trên rể của tảo. Phương trình minh họa: Tảo không quang hợp: ( Hơp chất hòa tan do visinh vật phân giải) + enzyme→ ATP + sinh khối tảo + CO2 + H2O ánh sáng Tảo quan hợp: CO2+ H2O ATP + sinh khối tảo + O2 Hợp chất hòa tan + enzyme(tảo tổng hợp) → xây dựng tế bào + tăng sinh khối . Vì vậy trong nước lúc nào củng tồn tại ba nhóm sinh vật chính là tảo quan hợp, tảo không quan hợp, vi sinh bám trên rể của tảo. Do đó trong xử lý nước thải chúng ta phải đặt biệt quan tâm đến quá trình cộng sinh này. -Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu Bảng 4.10. Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu: Loại Tên thông thường Tn khoa học Thuỷ sinh thực vật sống chìm Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Blyxa aubertii Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi Lục bình Eichhornia Bo tấm Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Thuỷ sinh thực vật sống nổi Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Sậy Phragmites communis Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 -Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý Bảng 4.11. Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý Phần cơ thể Nhiệm vụ Rễ và thân Làm giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp thu chất rắn Thân hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước Hấp thu ánh mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển oxy từ lá xuống rể Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Bảng 4.12. Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải Thơng số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thảisau xử lý Nước thải thô Thời gian lưu tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.ngày) TSS < 30 mg/L Độ sâu tối đa < 1,5 m Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 30kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ di : rộng của ao > 3 : 1 Nước thải qua xử lý cấp I Thời gian lưu tồn nước > 6 ngày BOD5 < 10mg/L Lưu lượng nạp nước thải 800 m3/(ha.ngày) TSS < 10 mg/L Độ sâu tối đa 0,91 m TP < 5 mg/L Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha TN < 5 mg/L Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 50kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ : rộng của ao > 3 : 1 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Kết luận: phương pháp này tuy hiệu quả xử lý cao nhưng có một số nhược điểm như sau: Thời gian xử lý khá dàỳ, tốn nhiều diện tích, các chất hữu cơ có mạch dài hoặc mạch vòng khó xử lý, rất dể mẩn cảm với hàm lượng chất hữu cơ cao 5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hóa nitơ 5.2. công nghệ xử lý nitơ CHƯƠNG5:XỬ LÝ NI TƠ 5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hóa nitơ : Trong nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là các protein và các axit amin. Qua quá trình xử lý sơ bộ và hóa lý chúng tồn tại ở dạng amoni hoặc NH3, và sau đó được các nhóm vi sinh vật chuyễn hóa thành các hợp chất đơn giản hơn và cuối cùng đưa về dạng khí trơ. Quá trình chuyển hóa từ các hợp chất chứa nitơ thành nitơ không khí xảy ra hai giai đoạn chính: -Giai đoạn nitrat hóa:(giai đoạn hiếu khí) Khái niệm quá trình nitrit hoá:Diễn giải - các điều kiện và diễn biến.Với những điều kiện thích hợp (t oC > 4 oC và sự có mặt của ôxy) dưới tác dụng của những vi sinh vật hiếu khí sẽ diễn ra quá tình ôxy hoá nitơ của muốn amôn và tạo ra muối của axit nitơ (HNO2) - nitrit, rồi tiếp tục thành muối của axit nitric (HNO3) - nitrat. Quá trình đó gọi là quá trình nitrat hoá. Nói cách khác: Quá trình nitrát hoá là quá trình ôxy hoá sinh hoá nitơ của các muối amôn, đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thích ứng (có ôxy và nhiệt độ trên 40C). Hai nhóm vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hóa: - Vi khuẩn nitrit ôxy hoá amôniắc thành nitrít hoàn thành giai đoạn thứ nhất;- Vi khuẩn nitrat ôxy hoá nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ 2Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau 2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 Hoặc: (NH4)2CO3 + O2 = 2HNO2 + CO2 + 2 H2O. 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 . Trong quá trình khử nitrat của nitrit (N2O5) thường phóng ít O2 hơn vì một phần O2 cần để tạo ra CO2 + H2O. Tức là 2 nguyên tử N giải phóng 3 nguyên tử ôxy: từ (N2O5) 1 g N giải phóng được (165)/ (142) = 2,85 g ôxy. Ý nghĩa của quá trình nitrat hoá trong việc làm sạch nước thải: Trước tiên nó phản ánh mức độ khoáng hoá các chất hữu cơ nhưng quan trọng hơn là quá trình nitrat hoá tích luỹ được một lượng ôxy dự trữ có thể ứng dụng để ôxy hoá các chất hữu cơ không chứa nitơ khi lượng ôxy tự do (lượng ôxy hoà tan) đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó. Sự c