ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản

Chương 1: Mở đầu
1

CHƢƠNG1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Ngành chế biến thủy sản (CBTS) tại Việt Nam tiêu thụ một lượng nước lớn 40 -
114 m
3
/tấn thành phẩm, trung bình 1 tấn thành phẩm thải ra một lượng nước thải khá
lớn khoảng 70-120 m
3

nước thải/tấn sản phẩm ( Doste TpHCM và CEFINEA, 1998 ).
Nước thải thủy sản có nồng độ nitơ, photpho rất cao, nếu không được quan tâm
xử lý đúng mức và thải vào môi trường có thể là nguồn dinh dưỡng kích thích sự phát
triển của rong rêu, tảo,… gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, gây ra sự thiếu hụt oxy
hoà tan trong nước; ammnia hoà tan với nồng độ > 0,2 mg/l đã có thể gây chết cho
nhiều loài cá và thủy sinh vật và là nguồn chất độc đối với hệ sinh thái xung quanh
Để giải quyết vấn đề gây ô nhiễm môi trường, hầu hết các nhà máy CBTS đặt ra
mục tiêu xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải (hệ thống xử lý cuối đường
ống) là hàng đầu, nhằm đáp ứng những yêu cầu về công tác quản lý, bảo vệ môi
trường. Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng việc đầu tư cho các công trình xử lý chất thải
cuối đường ống thường rất tốn kém. Hiệu quả của việc đầu tư này chỉ cải thiện được
phần nào tình trạng ô nhiễm môi trường với điều kiện các công trình xử lý được vận
hành thường xuyên, đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật và đòi hỏi chi phí việc vận hành
tương đối lớn. Theo Sở khoa học công nghệ và môi trường (1998), tiền đầu tư cho một
hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính cho nhà máy thủy sản với lưu lượng 200m
3
/ngày tải
lượng BOD

5
180-200kg/ngày khoảng 70.000 USD, chi phí vận hành, bảo dưỡng, xử lý
là 0,25 USD/m
3
. Đây là một trở ngại lớn trong quá trình hoạt động của các nhà máy
CBTS.
Như vậy, việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ
cũng như xử lý nitơ, photpho cho các nhà máy CBTS nói riêng và các ngành công
Chương 1: Mở đầu
2
nghiệp nói chung ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng
dụng trong công nghệ xử lý nước thải hiện nay sao cho thỏa mãn điều kiện kinh tế, kỹ
thuật và bảo vệ môi trường.
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng: bùn hạt hiếu khí có nhiều ưu điểm hơn so với
bùn hoạt tính thông thường: ổn định; khả năng lắng tốt; duy trì nồng độ sinh khối cao;
có khả năng chịu được tải trọng chất hữu cơ cao có thể lên đến 15 kg COD/m
3
.ngày
đêm (trong khi đó bùn hoạt tính 0,5-2 kg COD/ m
3
.ngày đêm); chịu sốc tải lượng và
xử lý đồng thời nitrogen, photpho.Và khả năng xử lý ammonia nồng độ cao 1.000-
1.400 mg/m
3
, hiệu quả xử lý > 80% ( Tsuneda và cộng sự, 2003)

. Khả năng xử lý của
bùn hạt hiếu khí gấp 7 lần và chi phí xử lý thấp so với bùn hoạt tính thông thường.
Tuy nhiên các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế tại Việt Nam, chỉ có nhóm
nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo hạt

trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu áp dụng bùn
hạt hiếu khí để xử lý nitơ hầu như chưa được nghiên cứu. Do đó, “ nghiên cứu ứng
dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản ” là cần thiết và có
ý nghĩa thực tiễn…
1.2. Tính mới của đề tài
Công nghệ bùn hạt hiếu khí là công nghệ mới và đang được bắt đầu ứng dụng
trên thế giới. Tại Việt Nam các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế, chỉ có
nhóm nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo
hạt trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu ứng dụng
bùn hạt để xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ trên nước thải thủy sản là vấn đề mới.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ kết hợp cho nước thải
thủy sản.
Chương 1: Mở đầu
3

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nước thải chế biến thủy sản.
- Mô hình nghiên cứu là bể SBAR với chế độ hoạt động tự động theo thời gian
nạp liệu, sục khí, lắng và rút nước.
- Bùn hạt hiếu khí với chất mang là vỏ sò.
- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
1.5. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung với hai nội dung chính:
1. Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khí tăng đồng
thời tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ tương ứng 2,6 kgCOD/m
3
.ng; 4,8
kgCOD/m
3

.ng; 7,2kgCOD/m
3
.ng.
2. Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khi giữ ổn định
tải trọng chất hữu cơ 2,6 kg COD/m
3
.ngày và tăng tải trọng nitơ lần lượt 0,3 kgN/m
3
.ng;
0,6 kgN/m
3
.ng và 0,9 kgN/m
3
.ng.
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu của đề tài có kế thừa thành quả của các nghiên cứu trước.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này tạo cơ sở và tiền đề để nghiên cứu áp
dụng bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải thủy sản ngoài thực tế và một số nước thải có
tải trọng chất hữu cơ và nitơ cao.
Chương 1: Mở đầu
4
1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hạt hiếu khí rất triển vọng trong tương lai.
Với các ưu điểm của hệ thống xử lý như diện tích mặt bằng nhỏ, thời gian xử lý nhanh,
hiệu quả xử lý cao, lượng bùn thải ra thấp, v.v… nên việc áp dụng kỹ thuật này giúp
giảm phần nào chi phí xử lý nước thải và giảm được nồng độ chất ô nhiễm thải ra môi
trường.
Kết quả của đề tài mang tính thực tiễn cao, và có thể áp dụng xử lý nước thải có
tải trọng chất hữu cơ và nitơ cao.

Chương 2: Tổng quan
5
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản ở Việt Nam
2.1.1 Giới thiệu về ngành chế biến thủy sản
Bờ biển Việt Nam dài hơn 3.200 km tạo tiềm năng to lớn cho ngành thuỷ sản,
giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế thị trường. Trong năm 2006, ngành thuỷ sản đã
tạo công ăn việc làm thường xuyên trong lĩnh vực đánh bắt cá, nuôi trồng thuỷ sản và
chế biến hải sản cho hơn 4 triệu người trong đó có trên 150.000 người làm việc trong
ngành chế biến hải sản.
Trong những năm gần đây, khoảng 24% lượng sản phẩm đầu ra dùng xuất khẩu
và một phần khoảng 35% thủy sản tươi bán cho thị trường địa phương, 41% còn lại
dùng chế biến nước mắm và làm khô. Hiện tại, các cơ sở chế biến thủy sản chủ yếu sản
xuất mặt hàng đông lạnh. Đây cũng là mặt hàng chính để xuất khẩu. Các mặt hàng xuất
khẩu chủ yếu là tôm đông lạnh, cá đông lạnh, mực đông lạnh… xuất khẩu thủy sản
sang 140 thị trường, chủ yếu: Nhật, Châu Âu, EU… Kim ngạch xuất khẩu ngày càng
tăng trong những năm gần đây. Năm 2004, kim ngạch xuất khẩu chỉ đạt 2.400 triệu
USD, năm 2005 tăng lên 2.738 triệu USD, năm 2006 đạt 3.357 triệu USD (Nguồn bộ
thủy sản).
Cùng với sự phát triển vượt bậc về sản lượng cũng như mặt hàng xuất khẩu, thì
quy mô các cơ sở chế biến cũng tăng đáng kể. Vào năm 1990 có 102 cơ sở, lên 168 cơ
sở vào năm 1998 rồi lên 264 cơ sở năm 2001. Hiện nay, cả nước có gần 500 doanh
nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, trong đó có 246 doanh nghiệp đủ tiêu chuẩn xuất
khẩu vào thị trường EU, 320 doanh nghiệp được công nhận đủ tiêu chuẩn xuất khẩu
vào thị trường Hàn Quốc và 288 doanh nghiệp được xuất khẩu vào thị trường Trung
Quốc, 255 cơ sở đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào Thuỵ Sỹ và Canada, 248 đơn vị đạt tiêu
chuẩn của Hoa Kỳ… đạt kim ngạch xuất khẩu 3,35 tỷ USD Việt Nam tạo được thế

Chương 2: Tổng quan
6
đứng vững chắc trên thị trường thuỷ sản thế giới đứng thứ 7 trên thế giới về kim ngạch
xuất khẩu thủy sản (Nguồn bộ thủy sản).
Bên cạnh việc phát triển về số lượng các cơ sở sản xuất, ngành chế biến thủy
sản Việt Nam còn chú trọng tới chất lượng sản phẩm và điều kiện an toàn vệ sinh thực
phẩm trong quá trình sản xuất. Nhờ sự giúp đỡ các chuyên gia dự án US/VIE/98/058
và dự án cải thiện, xuất khẩu thủy sản do DNA/DA tài trợ các cơ sở CBTS đã xây dựng
chương trình quản lý sản xuất theo HACCP (Nguồn bộ thủy sản).
Chương 2: Tổng quan
7
2.1.2 Một số quy trình chế biến thủy sản hiện nay
a. Quy trình sản xuất cá phi lê

Hình 2.1. Quy trình sản xuất cá phi lê
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)
Nguyên liệu
Rửa
Trích phi lê – bỏ da
Rút xương, vanh
Rửa lần 1
Xếp khuôn
Rửa lần 2
Phân cỡ hạng
Cấp đông
Rã đông, mạ băng
Đóng thùng
Nước thải
Chất thải rắn
Chất thải rắn
Nước thải
Nước thải
Nước thải
Chương 2: Tổng quan
8
b. Quy trình sản xuất cá nguyên con:

Hình 2.2. Quy trình sản xuất đá nguyên con
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)


Tiếp nhận và bảo quản
nguyên liệu

Vào khuôn

Phân cở
Chế biến
(lột vỏ, bỏ đầu, rút chỉ)
Đóng gói

Rã đông, mạ băng
Lưu kho lạnh
Chất thải rắn
Nước thải

Nước thải
Nước thải
Chất thải rắn
Nước thải
Làm đông

Tôm

Chương 2: Tổng quan
9


c. Quy trình chế biến mực đông lạnh:

Hình 2.3. Quy trình chế biến mực đông lạnh
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)




Nguyên liệu
Rửa
Bỏ da và nội tạng
Rửa nhanh
Vanh sữa
Phân cỡ, xếp khuôn
hạng
Cấp đông
Rã đông, mạ băng
Nước thải
Chất thải rắn
Nước thải
Nước thải
Đóng thùng
Chương 2: Tổng quan
10
d. Quy trình chế biến tôm đông lạnh:

Hình 2.4. Quy trình chế biến tôm đông lạnh
(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005
2.1.3 Thành phần tính chất nƣớc thải thủy sản
Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là chất thải
hữu cơ có nguồn gốc từ động vật dễ bị phân hủy (chủ yếu là các hợp chất của protit và
các axit béo bão hòa). Nước thải ngành này có chỉ tiêu COD dao động trong khoảng
600 – 2300 mg/L, BOD
5
từ 400 – 1800 mg/L. Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS từ 125 –
Tiếp nhận và bảo quản
nguyên liệu

Vào khuôn

Phân cở
Chế biến
(lột vỏ, bỏ đầu, rút chỉ)
Đóng gói
Rã đông, mạ băng
Lưu kho lạnh
Chất thải rắn
Nước thải

Nước thải
Nước thải
Chất thải rắn
Nước thải
Làm đông

Tôm

Chương 2: Tổng quan
11
400 mg/L, trong nước thường chứa vụn thủy sản, các vụn này rất dễ lắng, dễ gây nghẽn
đường ống. Hàm lượng nitơ và photpho rất cao (N
tc
= 57 – 120 mg/L , P
tc
= 13 – 90
mg/L), điều này cho thấy mức độ ô nhiễm chất dinh dưỡng lớn nên khả năng gây phú
dưỡng tại nguồn tiếp nhận là không tránh khỏi.
Theo các sơ đồ công nghệ sản xuất nêu trên thì các công đoạn tạo nên nước thải

chứa nitơ và photpho bao gồm công đoạn rửa nguyên liệu , công đoạn sơ chế, …
Nói tóm lại, nước thải ngành chế biến thủy sản vượt quá nhiều lần so với quy
định cho phép xả vào nguồn loại B của quốc gia (vượt từ 5 – 10 lần về chỉ tiêu COD và
BOD, 7 – 15 lần chỉ tiêu N hữu cơ ), lưu lượng nước thải trên một đơn vị sản phẩm
cũng rất lớn, do đó cần có những biện pháp khắc phục để ngăn ngừa các ảnh hưởng
xấu do ô nhiễm
Tham khảo số liệu về tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản như sau
Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước thải các nhà máy chế biến hải sản ở Bà
Rịa-Vũng Tàu
Chỉ tiêu
Mức độ
– Lưu lượng
– BOD
5

– Tổng chất rắn lơ lửng
– Tổng Nitơ
– Tổng Phốtpho
– pH
30 – 50 m
3
/tấn SP
1000 – 2000 mg/l
1500 – 2000 mg/l
75 – 230 mg/l
3 – 10 mg/l
6,6 – 7,9
(Nguồn Phan Thu Nga – luận văn cao học 1997).

Chương 2: Tổng quan

12
Bảng 2.2. Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp đông lạnh Cầu Tre
Chỉ tiêu
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
– pH
– Độ kiềm, mg/l CaCO
3

– Độ acid, mg/l CaCO
3
– SO
4
2-
, mg/l
– PO
4
3-
, mg/l
– SS, mg/l
– N- amonia, mg/
– N- NO
3
-
, mg/l
– N- hữu cơ, mg/l
– Cl
-

, mg/l
– Độ màu, Pt-Co
– Độ đục, FTU
_ COD, mg/l
5.28
36
78
23
0.25
350
12.66
0.04
94.95
4060
867
389
1110
6.62
80
28
13
0.06
96
21.52
0.04
69.63
3212
337
216
1442

6.23
76
44
14
0.57
321
28.5
0.03
107.61
1592
969
245
1573
7.29
76
22
14
0.39
286
15.83
0.02
85.46
1580
422
120
986
(Nguồn Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh – LVTN)

Ghi chú:
Mẫu 1: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 1).

Mẫu 2: Nước thải xả chung.
Mẫu 3: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 2).
Mẫu 4: Cống xả phân xưởng hải sản đông lạnh.

Chương 2: Tổng quan
13
Bảng 2.3. Thành phần và tính chất nước thải công ty chế biến thủy sản
Seaspimex

Chỉ tiêu
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
pH
TDS, mg/L
Độ đục, PTU
Độ màu, Pt.Co
Tổng P, mg/L
SS, mg/L
Tổng N, mg/L
Dầu, mg/L
TổngsốColiform,MPN/100mL
COD, mg/L
6.62
1440
121
1674
21.01
9.50

265.19
-
1000
093
7.32
1160
92
852
12.56
55
176
-
1100
336
714
1640
242
2273
3.75
36
152.71
-
19000
230
7.08
1410
152
1600
12.44
32

198
0.1
-
1200
(Nguồn Phan Thu nga – luận văn cao học 1997)
Ghi chú
Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực
Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm
Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh
Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh
Chương 2: Tổng quan
14
Bảng 2.4. Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp chế biến thực phẩm xuất
khẩu Tân Thuận
Chỉ tiêu
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 3
Mẫu 4
pH
TDS, mg/L
Độ đục, JTU
Độ màu, Pt.Co
Tổng P, mg/L
SS, mg/L
Tổng N, mg/L
TổngsốColiform, MPN/100mL
OD, mg/L
6.85
1320

131
1127
59.24
48
97
1053
756
7.41
1137
98
869
69.56
68
137
1134
438
7.29
1724
215
2093
38.96
31
105
7680
389
7.31
1329
136
1270
42.08

42
121
5674
978
(Nguồn CEFINEA, 1997)
Ghi chú
Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực
Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm
Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh
Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh
Chương 2: Tổng quan
15
2.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải thủy sản
2.2.1. Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải thải thủy sản


Hình 2.5. Trạm xử lý nước thải thực phẩm của công ty seaspimex (phương án 1).
(Nguồn Vũ Phá Hải - LVTN )
Chú thích:

1. Ngăn tập trung nước
thải
2. Ngăn tiếp nhận
3. Song chắn rác
4. Bể lắng cát
5. Bể điều hòa

6. Bể lắng đứng đợt I
7. Bể Aeroten
8. Bể lắng đứng đợt II

9. Máng trộn, bể tiếp
xúc chlorine
10. Thùng đựng
chlorine
11. Máy nén khí
12. Ngăn thu bùn tươi
13. Bể nén bùn trọng
lực
14. Bể metan
15. Thiết bị ép bùn
16. Trạm bơm nước thải

9
11
Xã ra nguồn
10
16
16
NT
Bón ruộng
Bùn tuần
hoàn
3
4
7
14
13
6
5
1

2
12
8
15
Chương 2: Tổng quan
16

Hình 2.6. Trạm xử lý nước thải thực phẩm của công ty Seaspimex (phương án 2)
(Nguồn Vũ Phá Hải – LVTN)

Chú thích:

1.Ngăn tập trung nước
thải
2.Ngăn tiếp nhận
3.Song chắn rác
4.Bể lắng cát
5.Bể điều hòa

6.Bể lắng ngang đợt I
7.Bể sinh học hiếu khí
tiếp xúc
8.Bể lắng ngang đợt II
9.Máng trộn, bể tiếp
xúc chlorine
10Thùng đựng chlorine

11.Máy nén khí
12.Ngăn thu bùn tươi
13.Bể nén bùn trọng lực

14.Bể metan
15.Thiết bị ép bùn
16.Trạm bơm nước thải

9
11
Xã ra ngoài
10
16
16
NT
Bón ruộng
3
4
14
13
5
1
2
12
15
6
8
7
Chương 2: Tổng quan
17

Hình 2.7. Công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến thủy sản công ty
Agrex Sài Gòn - CEFINEA

Chú thích:

1. Song chắn rác
2. Bể điều hòa
3. Bể lắng I
4. Bể xử lý sinh học
dính bám

5. Bể lắng đợt II
6. Bể tiếp xúc
7. Công trình xã nước
thải ra sông Sài Gòn

8. Cấp không khí nén
9. Bể nén bùn
10. Trạm bơm bùn
11. Sân phơi bùn

Bùn dư
Cặn
Bùn tuần

hoàn
khí
Nước tách
Chlor
3
1
2
4
5
6
7
9
10
11
Sông
Chương 2: Tổng quan
18

Không khí











Nước dư






Không khí

SONG CHẮN RÁC

BỂ LẮNG CÁT

BỂ THU GOM

MÁY SÀNG RÁ
C

BỂ ĐIỀU HÒA

BỂ UASB

BỂ LỌC SINH HỌC
BỂ LẮNG
BỂ TIẾP XÚC

NGUỒN TIẾP NHẬN

NƯỚC THẢI

THÙNG THU RÁC

THÙNG THU RÁC

SÂN PHƠI CÁT

BỂ THU BÙN

BỂ NÉN BÙN

MÁY ÉP BÙN

BỂ THU

NƯỚC DƯ

THẢI BỎ
Nước tuần hoàn
Chương 2: Tổng quan
19
Hình 2.8. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản NATFISHCO

Hình 2.9. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản
Việt – Nga
2.2.2. Hiện trạng cơng nghệ xử lý nước thải
Theo kết quả điều tra của Trung tâm cơng nghệ mơi trường ENTEC năm 2005,
lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản tồn quốc cho thấy:
- Hầu hết các cơng nghệ xử lý nước thải ngành CBTS là cơng nghệ xử lý sinh
học hiếu khí.
- Chỉ có 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt một số chỉ tiêu như BOD
5
, COD…đạt
TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P chưa đạt tiêu chuẩn thải. Theo kết quả
phân tích mẫu để nghiệm thu các cơng trình xử lý của cơng ty TNHH mơi trường
Lưới chắn rác
5mm
Bùn
tuần
hoàn
Bùn

Thải bỏ
Lưới chắn
2mm
Nước thải
Chế biến thức
ăn gia súc
Bể thu
gom
Bể điều hòa
Bể
lắng I
Bể
UASB
Aerotank
Bể chứa bùn
Bể nén
bùn
Sân phơi
bùn
Bể phân hủy bùn
Bể lắng II
Bể khử trùng
Sơng Sài
Gòn
SCR
Chương 2: Tổng quan
20
Thăng Long tại một số nhà máy CBTS Đồng Tháp, An Giang, Bình Thuận cho thấy
chỉ tiêu amonia nằm trong khoảng 15- 18,2mg/l (cao hơn so với TCVN 5945-2005).
- Những cơ sở đạt một số chỉ tiêu cho phép, đa phần các cơ sở đã áp dụng

SXSH vào sản xuất, hệ thống xử lý chất thải có chất lượng cao.
Với các công nghệ xử lý như hiện nay thì chỉ có 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt
một số chỉ tiêu như BOD
5
, COD…đạt TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P
chưa đạt tiêu chuẩn thải. Chỉ tiêu N- ammonia nằm trong khoảng 15- 18,2mg/l (cao
hơn so với TCVN 5945-2005) ( theo kết quả điều tra của Trung tâm công nghệ môi
trường ENTEC năm 2005, lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản
toàn quốc ).
Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Phước Hòa, Đặng Viết
Hùng, Nguyễn Văn Phước (khoa môi trường, ĐHBK TpHCM), dùng mô hình UASB
xử lý nước thải thủy sản có nồng độ COD 1.692 - 2.604 mg/l, nồng độ tổng N tương
ứng là 147 – 226 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là 187 – 289 mg/l thì hiệu suất xử lý
COD đạt 89,75% (đầu ra COD 234 – 314 mg/l), hiệu suất xử lý N là 21,46% và hiệu
suất xử lý tổng P là 21,87%. Và mô hình bùn hoạt tính có nồng độ COD 579 – 784
mg/l, nồng độ tổng N tương ứng là 50,66 – 68,85 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là
64,35 – 87,12 mg/l thì hiệu quả xử lý COD đạt 95%, hiệu suất xử lý tổng nitơ là
51,39% và hiệu suất xử lý P là 35,3%.
Như vậy, công nghệ xử lý nước thải chưa triệt để. Công nghệ xử lý nước thải
hiện tại chưa xử lý triệt để lượng nitơ, photpho trong nước thải. Để xử lý triệt để cần
phải kết hợp công nghệ xử lý bậc 3 (xử lý chất dinh dưỡng). Do đó, cần nghiên cứu
công nghệ thích hợp để xử lý triệt để Nitơ (cụ thể ammonia ) trong nước thải CBTS
nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Chương 2: Tổng quan
21
2.3. Tổng quan về bùn hạt hiếu khí
2.3.1 Giới thiệu
Bùn là sinh khối của sinh vật đã sử dụng chất dinh dưỡng có trong nước thải
hình thành nên. Hạt vi sinh có thể xem như là sự tập hợp các vi sinh vật kết lại dày đặc
với hình dáng bên ngoài là hình cầu. Mỗi bùn hạt bao gồm hàng triệu vi sinh vật và

nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Mỗi loài vi sinh vật có chức năng khác nhau trong quá
trình xử lý nước thải. Tùy vào môi trường, điều kiện nuôi cấy mà thành phần vi sinh
vật trong bùn hạt hiếu khí khác nhau, bao gồm các nhóm vi sinh vật dị dưỡng, nitrate
hóa, khử nitrate, vi sinh vật tích lũy photpho, glycogen… Có thể nói bùn hạt là một
trường hợp phát triển đặc biệt của màng vi sinh. Một số tác giả Tijhuis và cộng sự
(1994), Jang và cộng sự (2003) nhìn nhận bùn hạt như màng sinh học hình cầu lơ lửng
bao gồm các tế bào vi sinh, các hạt bên trong, các polymer ngoại bào (EPS) bao phủ
bên ngoài.
Nhiều nghiên cứu cho rằng quá trình hình thành bùn hạt là quá trình tự cố định
các tế bào vi sinh dưới các điều kiện tương đối ổn định lý-hóa-sinh.
Mầm bùn để hình thành bùn hạt có thể từ bùn kỵ khí (Linlin và cộng sự, 2005),
bùn hoạt tính (Wang và cộng sự, 2004; Beun và cộng sự, 1998).
Chương 2: Tổng quan
22

.


Hình 2.10. Cấu tạo bùn hạt hiếu khí (a) nuôi cấy với nguồn carbon là
glucose; (b) nuôi cấy với nguồn carbon là acetate (Tay và cộng sự, 2001)
Quá trình hình thành bùn hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Nguồn carbon, tải trọng chất hữu cơ (OLR), thủy lực và lực cắt, vận tốc và thời
gian lắng, chu kỳ hoạt động, thời gian rút nước, hình dạng bể nuôi cấy,

EPS, tỷ lệ N/C
và nồng khí ammonia…nhưng trong đó quan trọng nhất là tải trọng chất hữu cơ, chế độ
thủy lực trong hệ thống và thời gian lắng.
2.3.2. Đặc điểm của bùn hạt hiếu khí
2.3.2.1 Cấu trúc bùn hạt
Bùn hạt có chứa nhiều rãnh và lổ rỗng có thể xâm nhập ở độ sâu 900 µm từ từ

bề mặt bùn hạt. Độ xốp tồn tại ở độ sâu 300-500 µm tính từ bề mặt. Những rãnh và lỗ
rỗng này sẽ thuận lợi cho việc vận chuyển oxy và các chất dinh dưỡng vào bên trong
bùn hạt và sản phẩm trao đổi chất ra bên ngoài. Vi khuẩn Nitrosomonas spp cũng tồn
tại trong bùn hạt ở độ sâu 70-100 µm tính từ bề mặt bùn hạt và vi khuẩn kỵ khí
Bacteroides spp tồn tại ở độ sâu 800 -1000 µm.
Chương 2: Tổng quan
23

Hình 2.11. Cấu trúc bùn hạt hiếu khí (Wang và cộng sự, 2007)
2.3.2.2. Thành phần vi sinh vật trong bùn hạt
Các vi khuẩn acid hóa, nitrate hóa, khử nitrate, vi khuẩn dị dưỡng, vi
khuẩn tích lũy phospho, vi khuẩn tích lũy glycogen cùng tồn tại đồng thời bên trong
bùn hạt (Jang và cộng sự., 2003; Tsuneda và cộng sự, 2003; Yang và cộng sự, 2003).
Thành phần và số lượng các chủng loại vi sinh vật thay đổi tùy thuộc vào
từng loại cơ chất, tải lượng các chất hữu cơ, N/C trong nước thải và điều kiện môi
trường nuôi cấy. Với cơ chất là glucose sự thành lập bùn hạt chủ yếu là vi khuẩn
filamentous, trong khi đó cơ chất là acetate thì vi khuẩn hình ve chiếm ưu thế. Khi tỷ lệ
N/C tăng cao thì vi khuẩn dị dưỡng giảm, gia tăng vi khuẩn nitrate hóa và khử nitrate
(Yang và cộng sự, 2003). Điều này càng thể hiện khả năng của bùn hạt có khả năng xử
lý đồng thời chất hữu cơ, nitơ và photpho.
2.3.2.3. Tỷ lệ VSS/SS
Tỷ lệ VSS/SS trong bùn hạt hiếu khí là dao động từ 0,71–0,94 (Zheng và
cộng sự, 2006). Trong khi đó, tỷ lệ VSS/SS trong bùn hoạt tính 0,85 (Linlin và cộng
sự, 2005) và trong bùn hạt kỵ khí là 0,57.
Tùy vào điều kiện nuôi cấy mà tỷ lệ VSS/SS thay đổi. Khi nuôi cấy bùn hạt ở
NLR 0,15 đến 0,45 kg N/ m
3
.ngày thì VSS/SS giảm từ 0,93 xuống còn 0,85 (Qin và
Liu, 2006). Tỷ lệ VSS/SS ở thời gian lưu nước thấp cao hơn ở thời gian lưu nước dài:
Chương 2: Tổng quan

24
VSS/SS ở thời gian lưu nước 3 giờ có VSS/SS là 0,92 nhưng ở thời gian lưu nước 12
giờ chỉ còn 0,84 (Wang và cộng sự, 2005).
2.3.2.4. Hình thái và kích thước bùn hạt
Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy, hình thái bùn hạt hiếu khí hoàn toàn khác
biệt với bông bùn. Hình dáng bên ngoài là hình cầu, hình khối lập phương, hình ellip
và nấm đồng đều, dày đặc (Peng và cộng sự,1999; Tay và cộng sự, 2001).
Trong đặc điểm bùn hạt, kích thước hạt bùn rất quan trọng, đánh giá tốc độ phát
triển, mật độ và khả năng duy trì sinh khối của các vi sinh trong hạt bùn. Tùy thuộc vào
cơ chất, thủy lực, lực cắt và điều kiện nuôi cấy ban đầu, kích thước của bùn hạt ổn định
dao động từ 0,2 – 9 mm. Kích thước bùn hạt có ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán cơ
chất và oxy hòa tan vào trong bùn hạt. Điều này ảnh hưởng đến khả năng xử lý các
chất hữu cơ và nitơ.

(a)

(b)
Hình 2.12. Hình thái bông bùn (a) và bùn hạt (b) (Peng và cộng sự, 1999)
Kích thước bùn hạt càng lớn, thì khả năng xuất hiện vùng hiếu khí và kỵ khí bên
trong bùn hạt càng cao. Bùn hạt hiếu khí với kích thước nhỏ hơn thì mật độ sinh khối
trong bể cao hơn so với bùn hạt có kích thước lớn hơn (Yang và cộng sự, 2004).
Chương 2: Tổng quan
25
2.3.2.5. Khả năng lắng
Tính lắng của bùn được thể hiện qua chỉ số lắng SVI:
- SVI dao động 30-80 ml/mg (Beun và cộng sự, 1999 và 2002; Tay và cộng sự,
2002), trong khi đó bùn hoạt tính có SVI 120 ml/mg
Khả năng lắng của bùn hạt càng cao thì càng gia tăng khả năng duy trì
sinh khối vi sinh trong bể phản ứng, điều này có nghĩa làm tăng khả năng phân hủy các
chất hữu cơ.

2.3.2.6. Trọng lượng riêng và nồng độ sinh khối
Trọng lượng riêng thể hiện độ rắn chắc và dày đặc của bùn hạt.Trọng lượng
riêng của bùn hạt hiếu khí thay đổi từ 1,004–1,065 g/cm
3
(Etterer và Wilderer, 2001;
Tay và cộng sự, 2001 ). Khác với trọng lượng riêng, nồng độ sinh khối thể hiện mật độ
sinh khối, mật độ vi sinh có trong bùn hạt. Nồng độ sinh khối của bùn hạt dao động từ
2,7- 40 g/l
bùn hạt
(Beun và cộng sự, 1999 và 2002). Nồng độ sinh khối của bùn hạt gia
tăng với tải lượng chất hữu cơ. Nồng độ sinh khối càng cao, khả năng xử lý càng cao.
2.3.2.7. Tính kỵ nước bề mặt tế bào.
Tính kỵ nước của bề mặt tế bào là một ái lực quan trọng trong quá trình tự cố
định và gắn kết trong tế bào. Tính kỵ nước của bùn hạt cao gấp hai lần so với bùn hoạt
tính. Lực cắt cao hay chế độ thủy lực cao làm tăng tính kỵ nước bề mặt tế bào, trong
khi đó tính kỵ nước bề mặt tế bào dường như không nhạy cảm đối với sự thay đổi nồng
độ các chất hữu cơ hoặc tải lượng 500 – 3000 mg COD/l. Tính kỵ nước của bề mặt tế
bào vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc cố định và kết dính của các tế bào vi
khuẩn lại với nhau.
2.3.2.8. Tỷ lệ sử dụng oxy riêng (SOUR)
SOUR biểu thị hoạt động vi sinh vật. Khi vận tốc khí nâng càng cao thì SOUR
càng cao. Việc sử dụng oxy càng cao thì nhiều cơ chất được chuyển nhanh thành CO
2
.