đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản bằng bể lọc sinh học ngập nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN
BẰNG BỂ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. LÊ HOÀNG VIỆT

NGUYỄN VĂN PHỦ - 1110851
TẠ HOÀNG HỘ - 1110818

Cần Thơ, 12/2014


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014
Cán bộ hướng dẫn

Lê Hoàng Việt

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang i


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn “Đánh giá hiệu quả xử lý
nước thải thủy sản bằng bể lọc sinh học ngập nước”, chúng tôi đã nhận được sự hướng
dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Qua đó, giúp chúng tôi
cũng cố lại được nhiều kiến thức cần thiết, từ đó đúc kết được rất nhiều kinh nghiệm bổ

ích cho công việc sau này. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng gặp không ít khó khăn nhưng
nhờ có sự động viên từ gia đình, thầy cô và bạn bè chúng tôi đã hoàn thành luận văn
đúng tiến độ. Nhân đây, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất
đến:
Gia đình đã khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp.
Thầy Lê Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu
để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài luận văn này.
Quý Thầy, Cô thuộc Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên đã tận tình giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong thời gian qua.
Tất cả bạn bè của lớp Kỹ Thuật Môi Trường khóa 37 đã động viên và giúp đỡ chúng
tôi rất nhiều.
Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt đề tài nhưng do
thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Phủ

Tạ Hoàng Hộ

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang ii

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nước thải chế biến cá tra, cá basa là nguồn thải có chứa nhiều hàm lượng chất hữu cơ
dễ phân hủy sinh học do đó công đoạn xử lý chính trong hệ thống xử lý nước thải
thường là công đoạn xử lý sinh học. Hiện nay, hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản
thường áp dụng chủ yếu là công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng để xử lý
nước thải (Nguyễn Thế Đồng et al., 2011). Do đó, trong lần nghiên cứu này chúng tôi
tiến hành đề tài “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản bằng bể lọc sinh học
ngập nước” để xử lý nước thải chế biến cá tra, cá basa theo kiểu tăng trưởng bám dính
nhằm đa dạng hóa các loại hình xử lý sinh học cũng như hướng tới việc phổ biến áp
dụng loại hình xử lý này trong các nhà máy chế biến thủy sản.
Đề tài nghiên cứu được tiến hành trên bể lọc sinh học ngập nước hoạt động theo hai
nguyên tắc khác nhau, một loại hoạt động theo chu trình khí – nước cùng chiều và một
loại hoạt động theo chu trình khí – nước ngược chiều. Kết quả nghiên cứu về bể lọc
sinh học ngập nước cho thấy:
Ở thời gian lưu 8 giờ, tải nạp chất hữu cơ theo nồng độ BOD trung bình tính trên diện
tích màng là: 0,0066 kgBOD/m2*ngày. Sau quá trình xử lý sơ bộ nồng độ BOD đầu
vào dao động trong khoảng từ 664,00 mg/L đến 686,50 mg/L và hiệu suất xử lý của hai
bể LSH đạt trên 95%. Mặt khác, qua kết quả phân tích cho thấy bể LSH có dòng khí –
nước ngược chiều xử lý hiệu quả hơn so với bể lọc sinh học có dòng khí – nước cùng
chiều và cho ra nước thải đạt loại A theo QCVN 11:2008/BTNMT ở các chỉ tiêu theo
dõi như: pH, COD, BOD5, SS, TKN, NH4+, NO3- và loại A theo QCVN
40:2011/BTNMT đối với chỉ tiêu TP. Tương tự, ở thời gian lưu 7 giờ tải nạp chất hữu
cơ theo nồng độ BOD trung bình tính trên diện tích màng là: 0,0062 kgBOD/m2*ngày,
nồng độ BOD đầu vào dao động trong khoảng từ 425,00 mg/L đến 620,00 mg/L và
hiệu suất xử lý của hai bể lọc sinh học ngập nước vẫn đạt trên 95%. Mặc dù ở thời gian
lưu này cả hai bể lọc sinh học ngập nước vẫn đạt hiệu suất xử lý cao nhưng cả hai bể

lọc sinh học chỉ cho ra nước thải đạt loại A ở một số chỉ tiêu theo dõi. Qua kết quả
nghiên cứu trên cho thấy bể lọc sinh học ngập nước hoạt động theo kiểu tăng trưởng
bám dính có thể thích hợp để xử lý nước thải chế biến cá tra và cá basa.

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang iii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của
chúng tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn nào
trước đây.
Cần Thơ, ngày 1 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Phủ

Tạ Hoàng Hộ

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang iv

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ..............................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................................iv
MỤC LỤC ................................................................................................................................... v
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................................... viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................................... x
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...................................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN.................................................. 3
2.1.1 Khái niệm về nước thải chế biến thủy sản .......................................................................... 3
2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản .................................................. 3
2.1.3 Quy trình công nghệ chế biến thủy sản .............................................................................. 4
2.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ
BIẾN THỦY SẢN ....................................................................................................................... 8
2.2.1 Tổng quan về phương pháp sinh học .................................................................................. 8
2.2.2 Phương pháp sinh học hiếu khí .......................................................................................... 8
a) Cơ sở lý thuyết ........................................................................................................................ 8
b) Các quá trình sinh học hiếu khí ............................................................................................... 8
c) Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí .................................................................................. 10
2.2.3 Phương pháp sinh học yếm khí ........................................................................................ 10
2.3 BỂ LỌC SINH HỌC ........................................................................................................... 10
2.3.1 Khái niệm bể lọc sinh học ................................................................................................ 10

2.3.2 Màng sinh học trong bể lọc sinh học ................................................................................ 11
2.3.3 Phân loại bể lọc sinh học .................................................................................................. 13
2.3.4 Ưu và khuyết điểm của bể lọc sinh học ............................................................................ 14
2.4 BỂ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC ................................................................................... 14
2.4.1 Giới thiệu sơ lược về bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 14

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang v


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.4.2 Cơ chế hoạt động của bể lọc sinh học ngập nước ............................................................ 15
2.4.3 Các quy trình màng lọc sinh học ngập nước .................................................................... 16
2.4.4 Ưu và khuyết điểm của bể lọc sinh học ngập nước .......................................................... 18
CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ................................... 20
3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ........................................................................ 20
3.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 20
3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................................. 21
3.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH ĐỀ TÀI .................................................................................... 23
3.4.1 Tính toán và thiết kế mô hình bể lọc sinh học ngập nước ................................................ 23
a. Vật liệu chế tạo mô hình bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 23
b. Kích thước mô hình bể lọc sinh học ngập nước .................................................................... 23
c. Vật liệu lọc sử dụng cho bể lọc sinh học ngập nước ............................................................. 26
3.4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm ......................................................................................... 28
a. Giai đoạn tạo màng sinh học .................................................................................................. 28

b. Quy trình thí nghiệm .............................................................................................................. 29
3.6 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN PHÂN TÍCH MẪU .............................................. 31
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 33
4.1 ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI THỦY SẢN CỦA CÔNG TY CỔ PHẨN THỦY SẢN
MEKONG.................................................................................................................................. 33
4.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................................................... 34
4.2.1 Kết quả theo dõi nồng độ COD trong giai đoạn tạo màng sinh học ................................. 34
4.2.2 Kết quả vận hành mô hình lọc sinh học của hai bể ở thời gian lưu 8 giờ ........................ 35
4.2.3 Kết quả vận hành mô hình LSH của hai bể ở thời gian lưu 7 giờ .................................... 43
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 51
5.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 51
5.2 KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 53
PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 55

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang vi


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất của một số loại hình chế biến thủy sản .................... 3
Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản .................................................... 4
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của giá thể ống luồn điện PVC .................................. 27
Bảng 3.2 Các phương pháp và phương tiện phân tích mẫu .......................................... 31

Bảng 4.1 Nồng độ các chất ô nhiễm nước thải đầu vào................................................ 34
Bảng 4.2 Nồng độ COD của nước thải thủy sản trước và sau xử lý trong giai đoạn tạo
màng sinh học ở thời gian lưu 8 giờ ............................................................................. 35
Bảng 4.3 Nồng độ DO (mg/L) ...................................................................................... 36
Bảng 4.4 Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải thủy sản trước và sau xử lý ở
thời gian lưu 8 giờ ......................................................................................................... 37
Bảng 4.5 Nồng độ DO (mg/L) ...................................................................................... 43
Bảng 4.6 Nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải thủy sản trước và sau xử lý ở
thời gian lưu 7 giờ ......................................................................................................... 44

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang vii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Quy trình công nghệ chế biến surimi (chả cá) ................................................. 5
Hình 2.2 Quy trình công nghệ chế biến cá tra, cá basa đông lạnh.................................. 6
Hình 2.3 Quy trình công nghệ chế biến bạch tuộc đông lạnh......................................... 7
Hình 2.4 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí ................................................................... 9
Hình 2.5 Cấu tạo của lớp màng sinh học theo mặt cắt ................................................. 12
Hình 2.6 Quá trình vận chuyển các chất qua màng sinh học ........................................ 12
Hình 2.7 Sơ đồ bể lọc sinh học ngập nước ................................................................... 13
Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay ............................................................... 13
Hình 2.9 Đĩa quay sinh học .......................................................................................... 14

Hình 2.10 Diễn biến của quá trình xử lý bằng vi sinh bám dính .................................. 15
Hình 2.11 Bể lọc sinh học có dòng khí – nước cùng chiều .......................................... 17
Hình 2.12 Bể lọc sinh học có dòng khí – nước ngược chiều ........................................ 18
Hình 3.1 Vị trí lấy mẫu ................................................................................................. 20
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải CBTS áp dụng quá trình hóa lý kết hợp sinh
học hiếu khí ................................................................................................................... 21
Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải CBTS áp dụng quá trình sinh học kỵ khí kết
hợp hiếu khí ................................................................................................................... 22
Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải CBTS áp dụng công nghệ sinh học hiếu khí
với bùn hoạt tính lơ lửng ............................................................................................... 22
Hình 3.5 Kích thước mô hình LSH có dòng khí – nước cùng chiều ............................ 24
Hình 3.6 Kích thước mô hình LSH có dòng khí – nước ngược chiều .......................... 25
Hình 3.7 Giá thể ống luồn điện PVC ............................................................................ 26
Hình 3.8 Các thành phần chính trong mô hình LSH .................................................... 28
Hình 3.9 Sơ đồ các bước tiến hành thí nghiệm............................................................. 30
Hình 4.1 Nồng độ các chỉ tiêu theo dõi trước và sau xử lý qua hai bể LSH ở thời gian
lưu 8 giờ ......................................................................................................................... 38
Hình 4.2 Nồng độ SS trước và sau lắng qua hai bể LSH ở thời gian lưu 8 giờ............ 39
Hình 4.3 Nồng độ các chỉ tiêu theo dõi trước và sau xử lý qua hai bể LSH ở thời gian
lưu 7 giờ ......................................................................................................................... 45
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang viii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Hình 4.4 Nồng độ SS trước và sau lắng qua hai bể LSH ở thời gian lưu 7 giờ............ 46

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang ix


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA

Phân tích phương sai

BAF

Lọc sinh học sục khí

BOD

Nhu cầu ô – xy sinh hóa

BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

CBTS

Chế biến thủy sản

COD

Nhu cầu ô – xy hóa học

DO

Ô – xy hòa tan

HRT

Thời gian lưu nước

ĐHCT

Đại Học Cần Thơ

LSH

Bể lọc sinh học ngập nước

MT & TNTN

Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên

PS

Polystyrene

PTN

Phòng thí nghiệm

PVC

Polyvinyl chloride

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RBC

Đĩa quay sinh học

SS

Chất rắn lơ lửng

STPP

Sodium Tripolyphosphate

TKN

Tổng Ni – tơ Kjeldahl

TN

Tổng Ni – tơ

TP

Tổng phốt – pho

VK

Vi khuẩn

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang x


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU
Chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta. Trong
những năm qua ngành công nghiệp này đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Tháng
8/2013 tổng sản lượng thủy sản ước đạt 505 nghìn tấn, tăng 1,3% so với cùng kỳ năm
trước, trong đó sản lượng khai thác tăng 2,06%, đạt 210 nghìn tấn, sản lượng nuôi
trồng đạt 295 nghìn tấn, tăng 0,3% so với cùng kỳ năm trước. Lũy kế 8 tháng đầu năm
2013, tổng sản lượng thủy sản ước đạt hơn 3,78 triệu tấn, tăng hơn 2,4% so với cùng
kỳ năm 2012, trong đó sản lượng khai thác tăng 2,06%, đạt hơn 1,7 triệu tấn, sản lượng

nuôi trồng đạt gần 2,1 triệu tấn, tăng 2,73% so với cùng kỳ năm trước (Tổng Cục Thủy
Sản, 2013).
Bên cạnh những kết quả đạt được về kinh tế – xã hội, ngành công nghiệp này cũng phát
sinh nhiều vấn đề môi trường bức xúc cần phải giải quyết, một trong những mối quan
tâm hàng đầu của các doanh nghiệp chế biến thủy sản hiện nay đó là vấn đề xử lý nước
thải. Nhìn chung, nước thải công nghiệp chế biến thủy sản bị ô nhiễm ở mức độ khá
cao: COD dao động trong khoảng 1.000  1.200 mg/L, BOD5 vào khoảng 600  950
mg/L. Hàm lượng ni – tơ hữu cơ trong nước thải cũng rất cao, từ 70  110 mg/L rất dễ
gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận nước thải (Lâm Minh Triết et al.,
2008).
Theo quy định của nhà nước các doanh nghiệp sản xuất phải xây dựng được một hệ
thống xử lý nước thải hoàn chỉnh và đạt quy chuẩn Việt Nam (QCVN). Do đó, các
doanh nghiệp đã tiến hành xây dựng một hệ thống xử lý nước thải bao gồm các công
đoạn xử lý như: cơ học, hóa học và sinh học. Trong đó, sinh học được coi là công đoạn
chính và quyết định đến hiệu suất xử lý chung của toàn hệ thống. Hiện nay, ở Việt
Nam có một số công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng đối với ngành chế biến
thủy sản bao gồm công nghệ lọc yếm khí kết hợp hồ sinh học, công nghệ sinh học hiếu
khí bùn hoạt tính lơ lửng hay kết hợp kỵ khí và hiếu khí; hay quá trình hóa lý (keo
tụ/tạo bông hay tuyển nổi kết hợp keo tụ) kết hợp với quá trình sinh học hiếu khí
(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011). Tùy vào đặc tính của từng loại nước mà mỗi phương
pháp xử lý đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, không thể nào có duy nhất một
phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nước thải. Do đó, để lựa chọn một
phương pháp cần phải có những hiểu biết chung về môi trường cũng như những kiến
thức cơ bản về công nghệ xử lý của mỗi phương pháp và trên cơ sở đó mới có thể đưa
ra được giải pháp phù hợp. Tuy nhiên, xuất phát từ yêu cầu của sự thân thiện, hài hòa
với môi trường và những ưu điểm vượt trội, điều đầu tiên phải tính đến là sử dụng biện
pháp sinh học.Với những ưu thế hơn hẳn so với các biện pháp xử lý khác song một
trong những ứng dụng của phương pháp sinh học hiện nay rất ít được áp dụng là bể lọc
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 1


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước. Nhằm mục đích tận dụng những ưu điểm của
công nghệ sinh trưởng bám dính trong bể hiếu khí để nâng cao hiệu quả xử lý, đề tài
“Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản bằng bể lọc sinh học ngập nước” được
tiến hành nhằm giải quyết những vấn đề ô nhiễm từ nguồn nước thải của nhà máy, góp
phần bảo vệ môi trường nước sạch và làm cơ sở cho việc đưa ra các đề xuất công nghệ
xử lý nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản và cụ thể hơn là tìm ra các thông số
thiết kế và vận hành thích hợp cho hai mô hình lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong
nước.
Đề tài nghiên cứu được tiến hành với một số công việc như: theo dõi diễn biến của quá
trình tạo màng vi sinh, pH của hai mô hình lọc sinh học ngập nước; tiến trình vận hành
mô hình để xác định điều kiện tốt nhất và rút kinh nghiệm từ thí nghiệm định hướng;
lấy mẫu đầu ra phân tích chỉ tiêu COD thông qua thí nghiệm định hướng để tiến hành
thí nghiệm chính thức thông qua các chỉ tiêu: pH, SS, COD, BOD5, TKN, NH4+, NO3-,
TP khi mô hình đã vận hành ổn định.

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 2


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

CHƯƠNG II
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN
2.1.1 Khái niệm về nước thải chế biến thủy sản
Nước thải công nghiệp chế biến thủy sản là dung dịch thải từ nhà máy, cơ sở sử dụng
các quy trình công nghệ sản xuất ra các sản phẩm thủy sản như: đông lạnh, đồ hộp,
nước mắm, bột cá,…(QCVN 11:2008/BTNMT).
2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản
Theo Nguyễn Thế Đồng et al. (2011), mức độ ô nhiễm của nguồn nước thải từ hoạt
động chế biến thủy sản thay đổi rất lớn phụ thuộc vào nguyên liệu thô (tôm, cá, mực,
sò,…), sản phẩm, thay đổi theo mùa vụ, và thậm chí ngay trong ngày làm việc. Thành
phần nước thải thủy sản được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất của một số loại hình chế biến thủy sản

Đơn vị

Tôm đông lạnh

Nồng độ
Cá da trơn
(cá tra - cá basa)

pH

–

6,5 – 9

6,5 – 7

5,5 – 9

SS

mg/L

100 – 300

500 – 1.200

50 – 194

COD

mgO2/L

800 – 2.000

800 – 2.500

694 – 2.070

BOD5

mgO2/L

500 – 1.500

500 – 1.500

391 – 1.539

TKN

mg/L

50 – 200

100 – 300

30 – 100

TP

mg/L

10 – 120

50 – 100

3 – 50

Dầu, mỡ

mg/L

–

250 – 830

2,4 – 100

Chỉ tiêu

Thủy sản đông
lạnh hỗn hợp

(Gốc Tổng cục Môi trường, 2009; trích dẫn từ Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 3


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Theo Lâm Minh Triết et al. (2008), thành phần và tính chất ô nhiễm đặc trưng của
nước thải thủy sản được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản
Thông số

Ðơn vị

Ðầu vào

Mức độ xử lý cần đạt

-

6,3  7,2

6,0  8,5

BOD5 tổng

mg/L

720

 10

N-Kjeldahl

mg/L

40

 35

Tổng P

mg/L

8

 4

SS

mg/L

200

 10

Ðộ đục

NTU

150

 5

pH

(Lâm Minh Triết et al., 2008)
2.1.3 Quy trình công nghệ chế biến thủy sản
Theo Nguyễn Thế Đồng et al. (2011), quy trình công nghệ chế biến của từng nhà máy
đều khác nhau, tùy theo từng loại nguyên liệu, từng loại mặt hàng, yêu cầu về chất
lượng sản phẩm và đặc tính của loại sản phẩm. Ở tất cả các cơ sở sản xuất và chế biến
thủy sản nhìn chung đều giống nhau về quy trình công nghệ sản xuất, tuy nhiên ở một
số công đoạn có thể khác nhau do tính đơn giản hay phức tạp tùy theo yêu cầu. Dưới
đây là một số quy trình chế biến thủy sản đặc trưng:

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 4


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Quy trình công nghệ chế biến Surimi (chả cá)
Nguyên liệu đầu vào

Xử lý

Nghiền ép

Rửa

Đầu, đuôi, vây,…

Nước thải, tạp chất,…

Nước thải: máu, mỡ, SS…

Lọc

Khử nước

Phối trộn các phụ gia

Ép định hình

Vào khuôn

Cấp đông

Thành phẩm
Hình 2.1 Quy trình công nghệ chế biến Surimi
(Nguyễn Thế Đồng et al., 2011)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 5


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Quy trình công nghệ chế biến cá tra, cá basa đông lạnh
Nguyên liệu
Nước thải (máu, mỡ
cá,…), chất thải rắn

Rửa 1 và sơ chế
Fillet cá

Chất thải rắn: đầu, nội tạng,…
Nước thải: máu, mỡ cá,…

Rửa 2

Da, mỡ, xương

Lạn da, tạo hình
Kiểm tra ký sinh trùng

Phân cỡ
Rửa 3
Ngâm xử lý tách máu và mỡ cá
Cân 1
Xếp khuôn

Cấp đông băng chuyền

Chờ đông
Cấp đông

Cân 2 (cân băng chuyền)

Tách khuôn, mạ băng, bao gói
Bảo quản
Xuất hàng

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ chế biến cá tra, cá basa đông lạnh
(Lương Hoàng Mãnh et al., 2009)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 6


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Quy trình chế biến bạch tuộc đông lạnh
Nguyên liệu

Bảo quản

Rửa 1

Nước thải: máu, mỡ,…

Sơ chế

Chất thải rắn: nội tạng,…

Rửa 2

Nước thải: máu, mỡ,…

Ngâm quay, tách tạp chất

Phân cỡ

Rửa 3

Nước thải: máu, mỡ,…

Cân

Xếp khuôn
Bảo quản, vận chuyển
Chờ đông
Cấp đông

Tách khuôn

Bao gói

Mạ băng

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bạch tuộc đông lạnh
(Lương Hoàng Mãnh et al., 2009)

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 7


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.2 ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

2.2.1 Tổng quan về phương pháp sinh học
Theo Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga (2002), xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây
nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng
làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các
chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng
được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình ô –
xy hóa sinh hóa.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể chia thành hai loại chính sau:
- Phương pháp xử lý hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí.
Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp ô – xy liên tục và duy trì nhiệt độ
trong khoảng 20 – 400C.
- Phương pháp xử lý yếm khí: là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí.
Theo đề tài nghiên cứu “Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy sản bằng bể lọc sinh
học ngập nước” được tiến hành chủ yếu bằng phương pháp sinh học hiếu khí theo
dạng tăng trưởng dính bám bằng màng sinh học. Do đó, trong phần này sẽ tập trung
chủ yếu vào phương pháp xử lý này.
2.2.2 Phương pháp sinh học hiếu khí
a) Cơ sở lý thuyết
Theo Nguyễn Văn Phước (2007), nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi
sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ ô – xy hòa tan ở
nhiệt độ, pH,… thích hợp.
b) Các quá trình sinh học hiếu khí
Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình hiếu khí gồm 2 giai đoạn chính: quá trình ô – xy
hóa và quá trình tổng hợp.
Quá trình ô – xy hóa (dị hóa):
(CHONS) + O2 + VK hiếu khí

CO2 + NH4+ + sản phẩm khác + Q

Quá trình tổng hợp (đồng hóa):
(CHONS) + O2 + VK hiếu khí + Q

C5H7O2N (tế bào VK mới)

Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 8


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn nhu cầu của vi khuẩn, vi khuẩn sẽ trải qua quá
trình hô hấp nội bào hay là tự ô – xy hóa sử dụng nguyên sinh chất của bản thân chúng
làm nguyên liệu.
5CO2 + NH4+ + 2H2O + Q

C5H7O2N + 5O2

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình phân hủy hiếu khí
(Lê Hoàng Việt, 2003)
Quá trình ni – trát hóa:
Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình ni – trát hóa là quá trình ô – xy hóa sinh hóa ni –
tơ của các muối a – môn đầu tiên thành ni – trít và sau cùng thành ni – trát trong điều
kiện thích ứng (có ô – xy và nhiệt độ trên 40C).

Vi khuẩn tham gia quá trình ni – trát hóa gồm có 2 nhóm:
 Vi khuẩn ni – trít: ô – xy hóa ammoniac thành ni – trít hoàn thành giai đoạn thứ nhất;
 Vi khuẩn ni – trát: ô – xy hóa ni – trít thành ni – trát, hoàn thành giai đoạn thứ hai.
Các phản ứng được biểu diễn thông qua các phương trình sau đây:
2NH4+ + 3O2
2NO2- + 2O2

Nitrosomonas
Nitrobacter

2NO2- + 4H+ + 2H2O
2NO3-

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 9


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

Theo Nguyễn Văn Phước (2007), quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu
khí có thể mô tả bằng sơ đồ sau:
(CHO)nNS + O2

CO2 + H2O + NH4+ + H2S + tế bào vi sinh vật +…  H

Trong điều kiện hiếu khí, NH4+ và H2S cũng bị thủy phân nhờ quá trình ni – trát hóa,

sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2

NO3- + 2H+ + H2O +  H

H2S + 2O2

SO42- + 2H+ +  H

Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử
dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại
để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật ô –
xy hóa phân hủy các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành
H2O và CO2 hoặc tạo ra các chất khác.
c) Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí
Theo Nguyễn Văn Phước (2007), trong điều kiện hiếu khí gồm có 2 quá trình:
- Quá trình sinh trưởng lơ lửng: bùn hoạt tính (làm thoáng khí, sục hay thổi khí và
khuấy đảo). Theo Trịnh Xuân Lai (2009), đây là quá trình vi sinh vật phát triển và tăng
trưởng trong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước ở các bể xử lý
sinh học.
- Quá trình sinh trưởng dính bám: màng lọc sinh học. Theo Trịnh Xuân Lai (2009), đây
là quá trình xử lý sinh học trong đó quần thể vi sinh vật hoạt động để chuyển hóa các
chất hữu cơ và các thành phần khác trong nước thải thành khí và vỏ tế bào được dính
bám vào một vài giá thể dạng tấm hoặc hạt có tính trơ như: hạt nhựa, sỏi, xỉ,
sành,…đôi khi còn gọi là các màng vi sinh vật.
2.2.3 Phương pháp sinh học yếm khí
Theo Lê Hoàng Việt (2003), trong điều kiện không có ô – xy, vi khuẩn yếm khí sẽ
phân hủy chất hữu cơ như sau:
(CHONS) + VK yếm khí
(CHONS) + VK yếm khí + Q

CO2 + CH4 + NH4+ + H2S + các chất khác + Q
C5H7O2N (tế bào VK mới)

2.3 BỂ LỌC SINH HỌC
2.3.1 Khái niệm bể lọc sinh học
Theo Nguyễn Thị Thanh Phượng et al. (2010), hệ thống lọc sinh học được thiết lập đầu
tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mỹ năm 1891. Đến năm
1940, tại Mỹ đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Năm
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 10


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

1946, phương pháp lọc sinh học đã được triển khai phổ biến ở nhiều quốc gia, đặc biệt
là sau khi ra đời các loại vật liệu lọc polymer. Công nghệ lọc sinh học tiếp tục được
phát triển, ứng dụng rộng rãi và ngày càng được ưa chuộng trên thế giới.
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng
cố định trên lớp màng bám của vật liệu lọc (môi trường lọc). Thường nước thải được
tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá, hoặc các vật liệu khác nhau, vì vậy
người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ giọt. Tuy nhiên, gọi như vậy không thật
chính xác vì đây thực chất là một quá trình chiết sinh học hơn là một quá trình lọc. Với
sự phát triển của vật liệu làm môi trường lọc, các vật liệu tổng hợp thay thế cho vật liệu
lọc bằng đá thì thuật ngữ tháp sinh học được dùng rộng rãi hơn và tháp thường cao tới
6m chứ không phải là 1,8 m như bể lọc với vật liệu lọc làm bằng đá (Trịnh Lê Hùng,

2009).
2.3.2 Màng sinh học trong bể lọc sinh học
Theo Lương Đức Phẩm (2009), màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác
nhau, có hoạt tính ô – xy hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng.
Màng này dày từ 1 – 3 mm và hơn nữa. Màu của màng thay đổi theo thành phần của
nước thải từ màu vàng xám đến màu nâu tối. Trong quá trình xử lý nước thải chảy qua
phin lọc sinh học có thể cuốn theo các hạt của màng vỡ với kích thước 15 – 30 m có
màu sáng vàng hoặc nâu.
Theo Trịnh Lê Hùng (2009), màng sinh học bao gồm các vi khuẩn, nấm và động vật
bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng
song cũng có hai lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó,
quá trình lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ
thống vi sinh vật hiếu – yếm khí.
Màng sinh học được tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật
khác và cả động vật nguyên sinh. Màng này được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn
hiếu khí, ngoài các vi khuẩn hiếu khí màng còn có các vi khuẩn tùy nghi và kỵ khí. Ở
ngoài cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus. Lớp trung
gian là các vi khuẩn tùy nghi như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium,
Micrococcus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là kỵ khí, có vi khuẩn kỵ khí khử
lưu huỳnh và khử ni – trát Desulfovibrio. Phần dưới cùng là lớp quần thể vi sinh vật
với sự có mặt của động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác, các loài này ăn vi sinh
vật và sử dụng một phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng
trên bề mặt chất mang (Lương Đức Phẩm, 2009).

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 11

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Vi
Việt

Quá
uá trình hình thành màng sinh học
h trên bề mặt giá thể theo mặt cắtt đư
được trình bày
như sau (Tay et al., 2006).

Hình 2.5 Cấu tạo của lớp màng sinh học theo mặt cắắt
(Tay et al.,2006)
Theo Nguyễn Văn Phướcc (2007), quá trình vận chuyển các chất qua lớpp màng sinh hhọc
được trình bày theo cơ chế ở hình 2.6 dưới đây.

Hình 2.6 Quá trình vận
v chuyển các chấtt qua màng sinh hhọc
(Nguyễn Văn Phước, 2007)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 12


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

2.3.3 Phân loại bể lọc sinh học

Theo Nguyễn Văn Phước (2007), bể lọc sinh học gồm 3 loại:
Bể lọc sinh học ngập nước: được sử dụng ở Pháp, Mỹ, Úc trong những năm 90 của thế
kỷ XX dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghệ thực phẩm. Hoạt động theo chu
kỳ: khí – nước cùng chiều hay ngược chiều, đi từ trên xuống hoặc từ dưới lên và tiếp
xúc với lớp vật liệu lọc.

Hình 2.7 Sơ đồ bể lọc sinh học ngập nước
(Lương Đức Phẩm, 2009)
Bể lọc sinh học nhỏ giọt: rất đa dạng, bao gồm các loại: dùng để xử lý nước thải triệt
để, thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật. Đặc điểm riêng của bể là kích thước hạt vật
liệu lọc nhỏ hơn: 25 – 30 mm, tải trọng thủy lực 0,5 – 1 m3/m3 vật liệu lọc ngày. Bể lọc
sinh học nhỏ giọt rất đa dạng, bao gồm: lọc sinh học nhỏ giọt quay, bể lọc sinh học
thô,…

Hình 2.8 Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay
(Nguyễn Văn Phước, 2007)
Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 13


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Lê Hoàng Việt

RBC (Rotaling Biological Contactor – Đĩa quay sinh học): RBC gồm hàng loạt đĩa
tròn, phẳng làm bằng polystyrene (PS) hoặc polyvinyl chloride (PVC) lắp trên một trục
bằng thép có đường kính tới 3,5 m. Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước thải
(40%) và quay từ từ với tốc độ 1 – 3 vòng/phút. RBC được sử dụng nhiều để xử lý

nước thải chế biến thủy sản.

Hình 2.9 Đĩa quay sinh học
(Nguyễn Văn Phước, 2007)
2.3.4 Ưu và khuyết điểm của bể lọc sinh học
Theo Trịnh Lê Hùng (2009), bể lọc sinh học có một số ưu điểm như: đơn giản, tải
lượng theo chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày. Bên cạnh đó, là
một số nhược điểm cần phải khắc phục như: hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào
nhiệt độ không khí.
2.4 BỂ LỌC SINH HỌC NGẬP NƯỚC
2.4.1 Giới thiệu sơ lược về bể lọc sinh học ngập nước
Từ đầu những năm 1990 đến nay, các nhà khoa học trong lĩnh vực xử lý nước thải đã
nghiên cứu và áp dụng thành công vào sản xuất công nghệ sinh học có lớp vật liệu lọc
ngập trong nước. Ở Pháp, Mỹ, Úc công nghệ này đã áp dụng để xử lý nước thải sinh
hoạt và công nghệ thực phẩm công suất 40.000 m3/ngày đưa vào vận hành từ năm
1994. Ở Việt Nam Công ty Tư vấn Cấp thoát nước Số 2 – Bộ Xây Dựng bắt đầu
nghiên cứu trên mô hình 1992 và áp dụng vào xử lý nước thải bệnh viện Đa khoa
Khánh Hòa, Ninh Thuận, Long Xuyên năm 1995 (Trịnh Xuân Lai, 2009).

Nguyễn Văn Phủ - 1110851
Tạ Hoàng Hộ - 1110818

Trang 14