Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao bằng mô hình swimbed

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM
----------------------------------------

LÊ TRẦN HỮU LỘC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ
BIẾN THỦY SẢN CÓ ĐỘ MẶN CAO BẰNG MÔ
HÌNH SWIMBED
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành: 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM
----------------------------------------

LÊ TRẦN HỮU LỘC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ
BIẾN THỦY SẢN CÓ ĐỘ MẶN CAO BẰNG MÔ
HÌNH SWIMBED
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành: 60520320
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG

TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2016

CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Tp. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG

Luận văn Thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công Nghệ TPHCM vào
ngày .... tháng .... năm ......
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:
S TT
1
2
3
4
5

Họ và Tên
GS.TSKH.Nguyễn Trọng Cẩn
PGS.TS.Tôn Thất Lãng
PGS.TS.Thái Văn Nam
TS.Nguyễn Quốc Bình
TS.Nguyễn Hoài Hương

Chức danh hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Uỷ viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã
được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-----------------------

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
-----------------------

Tp.HCM, ngày .... tháng ..... năm 20....
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ TRẦN HỮU LỘC

Giới tính: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 14/06/1987

Nơi sinh: BẾN TRE

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

MSHV: 1441810013

I- Tên đề tài:
Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao bằng mô
hình swimbed
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Chế tạo mô hình swimbed với giá thể biofringe.
Vận hành mô hình với tải trọng hữu cơ 2kg COD/m3.ngày ở nồng đô
muối 10, 15, 20, 25 g/L.
Đánh giá ảnh hưởng nồng độ muối NaCl hiệu quả xử lý chất hữu cơ
và dinh dưỡng trong nước thải chế biến thủy sản.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/11/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
Cán bộ hướng dẫn

Khoa quản lý chuyên ngành


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Khoa
CNSH-MT-TP Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM. Trong suốt thời gian học tập
các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri thức quý báu .
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS. Đặng Viết Hùng trường
Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu
khoa học.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các anh chị thuộc Trung tâm Quốc gia Quan
trắc Cảnh bảo Môi trường và Phòng ngừa Dịch bệnh Thủy sản Khu vực Nam Bộ Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ trong nghiên
cứu và phân tích thử nghiệm.
Và cuối cùng, xin được cảm ơn các bạn lớp cao học 14SMT21 trường Đại
Học Công Nghệ Tp.HCM và 2 bạn Quang, Thiện lớp MO12KMT khoa Môi Trường
trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã động viên, giúp đỡ, đồng hành trong suốt
quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Trân trọng cảm ơn !
Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2016


TÓM TẮT
Công nghệ swimbed, sự kết hợp giữa sinh khối cố định và sinh khối lơ lửng
với giá thể biofringe từ sợi đay đã được sử dụng để thực nghiệm xử lý nước thải
thủy sản có độ mặn cao.
Mô hình swimbed làm bằng mica có thể tích làm việc 12 L. Lượng cấp khí là
65 L/phút, lưu lượng nước cấp nước thải 20 L/ ngày, thời gian lưu nước là 14.4 h.
Thí nghiệm vận hành với tải trọng hữu cơ 2kg COD/m3.ngày với các nồng độ muối
được thay đổi từ 10, 15, 20, 25 g/L.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD trên 98% xuyên suốt ở tất
cả những nồng độ muối. Hiệu quả xử lý NH4-N ở nồng độ muối 10, 15, 20, 25 g/L
lần lược là 55.99 ± 2.88%, 55.42 ± 7.92%, 48.00 ± 9.68%, 43.77 ± 8.42%, tương
ứng. Hiệu quả xử lý TN đạt hiệu quả cao nhất ở nồng độ muối 10 g/L là 58.95 ±

2.63 tăng lên nồng độ muối 25 g/L làm hiệu quả xử lý TN giảm còn 43.27%. Khả
năng tích lũy NO2-N cao nhất ở nồng độ muối 25 g/L với nồng độ trung bình là 7.13
± 4.46 mg/L. Hiệu quả xử lý TP ở nồng độ muối 10, 15, 20, 25 g/L là 31.50 ±
3.48%, 22.88 ± 5.15%, 22.20 ± 2.97%, 16.70 ± 4.44%, tương ứng. Khả năng xử lý
TSS cao nhất ở nồng độ muối 20 g/L với hiệu quả xử lý là 45.69 ± 15.14%. Tăng
nồng độ muối làm giảm khả năng xử lý TSS.


ABSTRACT
Swim-bed technology is the combination of attached and suspending
biomass using jute-fiber material as biofringe carrier. Swim-bed technology has
been used for hypersaline wastewater treatment experiment. Lab-scale swim-bed
was made of mica with working volume of 12 L. The air-flow rate was maintained
at 65 L/min, the wastewater-flow rate was 20 L/day, and the hydraulic retention
time (HRT) was 14.4 hr. The Organic loading rate (OLR) was maintained at 2
kgCOD/m3.day, concentrations of salt were 10, 15, 20 and 25 g/L.
The result of this study indicated that COD removal efficiency was over 98%
with all levels of salt. Ammonia removal efficiencies at four different salt levels
(10, 15, 20 and 25 g/L) were 55.99 ± 2.88%, 55.42 ± 7.92%, 48.00 ± 9.68% and
43.77 ± 8.42%, respectively. The maximum total nitrogen removal efficiency at the
concentration 10 gram NaCl per liter was 58.95 ± 2.63%. The increase of salt
concentration to 25 g/L caused the decrease of total nitrogen removal efficiency to
43.27%. Maximum nitrite accumulation level at 25 gram NaCl per liter with
average nitrite concentration was 7.13 ± 4.46 mg/L. Total phosphorus removal
efficiencies at four different salt levels (10, 15, 20 and 25 g/L) were 31.50 ± 3.48%,
22.88 ± 5.15%, 22.20 ± 2.97% and 16.70 ± 4.44%, respectively. The maximum total
suspending solid removal efficiency at 20 gram NaCl per liter was 45.69 ± 15.14%.
The increase of salt concentration caused the decrease of total suspending solid
removal efficiency.

Trang i

MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................. viii
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT .............................................................................................. 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................ 2
3. NỘI DUNG ĐỀ TÀI............................................................................................ 2
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 3
4.1. Phương pháp thu thập tài liệu.............................................................3
4.2. Phương pháp thực nghiệm..................................................................3
4.3. Phương pháp lấy mẫu vả phân tích ....................................................4
4.4. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................4
4.5. Phương pháp hồi cứu..........................................................................4
5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................... 4
5.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................4
5.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................4
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIỄN VÀ TÍNH MỚI .................................... 4
6.1. Ý nghĩ khoa học .................................................................................4
6.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................5
6.3. Tính mới .............................................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN--LÝ THUYẾT.............................................................. 6
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THỦY SẢN........................................................ 6


Trang ii

1.2. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN .......................................................... 6
1.3. NƯỚC THẢI THỦY SẢN CÓ ĐỘ MẶN CAO ............................................ 10
1.3.1. Nguồn gốc nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao ................10
1.3.2. Thành phần và tính chất của nước thải có độ mặn cao .................10
1.3.3. Ảnh hưởng của độ mặn .................................................................12
1.3.3.1. Ảnh hưởng của độ mặn đến môi trường xả thải ...................12
1.3.3.2. Ảnh hưởng của độ mặn đến quá trình xử lý .........................13
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ ĐỘ MẶN CAO ............. 17
1.4.1. Tiền xử lý ......................................................................................19
1.4.1.1. Keo tụ- tạo bông....................................................................19
1.4.1.2. Tuyển nổi khí hòa tan (DAF) ................................................21
1.4.1.3. Tích hợp keo tụ tạo bông và tuyển nổi..................................22
1.4.2. Xử lý sinh học ...............................................................................23
1.4.2.1. Xử lý sinh học hiếu khí .........................................................23
1.4.2.2. Xử lý kị khí ...........................................................................29
1.4.2.3. Kết hợp xử lý hiếu khí và xử lý kị khí ..................................32
1.4.3. Khử mặn ........................................................................................33
1.4.3.1. Trao đổi ion ...........................................................................33
1.4.3.2. Công nghệ màng ...................................................................34
1.5. CÔNG NGHỆ SWIMBED ............................................................................. 35
1.5.1. Nguyên lý hoạt động .....................................................................35
1.5.2. Ưu và nhược điểm .........................................................................37
1.5.2.1. Ưu điểm.................................................................................37
1.5.2.2. Nhược điểm...........................................................................37
1.6. NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ............................................... 38
1.6.1. Nghiên cứu nước ngoài về mô hình swimbed...............................38


Trang 3

1.6.2. Nghiên cứu trong nước..................................................................43
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 44
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 44
2.1.1. Nước thải đầu vào .........................................................................44
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 46
2.2.1. Bùn cấy ban đầu ............................................................................47
2.2.2. Giá thể sử dụng..............................................................................48
2.3. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................. 48
2.3.1. Cấu tạo mô hình Swimbed ............................................................48
2.3.2. Nguyên lý hoạt động .....................................................................49
2.4. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM ............................................................................. 50
2.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...................................................................... 51
2.5.1. Vị trí và tần suất lấy mẫu ..............................................................51
2.5.2. Phương pháp đo MLSS trên giá thể ..............................................52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 54
3.1. GIAI ĐOẠN LÀM GIÀU SINH KHỐI VÀ THÍCH NGHI .......................... 54
3.1.1. Giai đoạn làm giàu sinh khối ........................................................54
3.1.2. Quá trình thích nghi.......................................................................54
3.1.2.1. Thích nghi với nước thải chế biến thủy sản ..........................54
3.1.2.2. Thích nghi với tải trọng hữu cơ ............................................54
3.2. HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT CÁC CHẤT HỮU CƠ ...................................... 57
3.3. HIỆU QUẢ XỬ LÝ THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG .................................. 61
3.3.1. Hiệu quả xử lý NH4-N...................................................................61
3.3.2. Tích lũy Nitrite ..............................................................................64


Trang 4

3.3.3. Hiệu quả xử lý TN.........................................................................67

3.3.4. Mối tương quan .............................................................................70
3.3.5. Hiệu quả xử lý TP .........................................................................73
3.4. HIỆU QUẢ XỬ LÝ TSS ................................................................................ 76
3.5. ĐÁNH GIÁ SINH KHỐI TẠO THÀNH ....................................................... 80
KẾT LUẬN -KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 82
1. KẾT LUẬN ...................................................................................................... 82
2. KIẾN NGHỊ...................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 83


Trang 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AF

Anaerobic Filter (Lọc kị khí)

AFFR

Anaerobic Fixed Film Reactor ( Lọc kị khí giá thể cố định)

AS

Activated Sludge ( Bùn hoạt tính)

BOD

: Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học)

COD

: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

CSTR

Completely Stirred Tank Reactor (Bể khuấy trộn hoàn toàn)

DFAFBR

Down-flow Anaerobic Fixed Bed Reactor (Bể kị khí giá thể cố định)

DOC

: Dissolved Organic Carbon ( Carbon hữu cơ hòa tan )

EPS

: Extracellular Polymeric Substances ( Polyme ngoại bào)

F/M

Food / Microorganisms ratio ( Tỉ lê thức ăn/ vi sinh vật)

FBR

Fed Batch Reactors ( Bể phản ứng liên tục)

FO

Forward Osmosis (Thẩm thấu chuyển tiếp)

PNBR

Partial Nitrification Bioflim Reactor (Nitrate hóa bán phần)

HRT

Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)

HUSB

Hydrolytic Upflow Sludge Bed (Thủy phân qua tầng bùn )

IFAS

Integrated Fixed film Activated Sludge ( Tích hợp màng cố dịnh

MBR

Membrane Bioreactor (Bể phản ứng sinh học màng)

MDC

Microbial Desalination Cells ( Vi màng khử muối)

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid ( Chất rắn lơ lửng của hỗn hợp bùn)

MLVSS

NH4+-N

Mixed Liquor Volatile Suspended Solids (Chất rắn bay hơi của hỗn
hợp bùn)
Ammonium Nitrogen (Ammonium tính theo nitơ)

NO2--N

Nitrite Nitrogen (Nitrite tính theo nitơ)

NO3--N

Nitrate Nitrogen (Nitrate tính theo nitơ)


Trang 6
OLR

Organic Loading Rate ( Tải trọng hữu cơ)

RBC

Rotating Biological Contactor ( Đĩa quay sinh học)

RO

Reverse Osmosis (Thẩm thấu ngược)

SB(B)R

Sequencing Batch (biofilm) Reactor ( Bể lọc sinh học từng mẻ)

SRT

Sludge Retention Time (Thời gian lưu bùn)

SS

Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)

SVI

Sludge Volume Index (Chỉ số thể tích bùn)

TDS

Total Dissolved Solids ( Tổng chất rắng hòa tan)

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen ( Tổng nitơ Kjeldahl)

TN

Total Nitrogen (Tổng nitơ)

TP

Total Phosphorous (Tổng Photpho)

TSS

Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)

UAF

Upflow Anaerobic Filter ( Lọc kị khí ngược dòng)

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Kị khí ngược dòng qua tầng bùn)

UF

Ultrafiltration (Siêu lọc)

USBF

Upflow Sludge Blanket Filter (Lọc ngược dòng qua tầng bùn )

VSS

Volatile Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng bay hơi)


Trang vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần nước thải chế biến nghêu sò ......................................................11
Bảng 1.2. Thành phần nước thải chế biến cá khô.........................................................12

Bảng 1.3. Khả năng xử lý của các chất keo tụ trên nước thải cá đóng hộp .................20
Bảng 1.4. So sánh hiệu quả xử lý dầu mỡ và TSS với các báo cáo trước đây ..............20
Bảng 1.5. Ảnh hưởng của áp lực và tỉ lệ tuần hoàn lên khả năng xử lý ỡ ....................21
Bảng 1.6. Xử lý hiếu khí nước thải có độ mặn cao .......................................................28
Bảng 1.7. Tổng hợp nghiên cứu xử lý nước thải mặn bằng phương pháp kị khí ..........30
Bảng 2.1. Thành phần nước thải đầu vào ......................................................................44
Bảng 2.2.Thành phần muối bổ sung vào mô hình .........................................................45
Bảng 2.3. Thành phần môi trường Luria -Beteri ...........................................................47
Bảng 2.4. Thông số sợi đay làm giá thể biofringe.........................................................48
Bảng 2.5. Vị trí và tần suất lấy mẫu ..............................................................................51
Bảng 2.6. Các phương pháp phân tích...........................................................................52
Bảng 3.1. Kết quả xử lý COD tại giai đoạn thích nghi tải trọng hữu cơ .......................55
Bảng 3.2. Hiệu suất xử lý COD ở các nồng độ muối ....................................................58
Bảng 3.3. Hiệu quả xử lý NH4-N ở các nồng độ muối ..Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.4. Nồng độ NO2-N trung bình trong nước thải đầu ra ......................................65
Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý TN ở các nồng độ muối ......................................................68
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý TP ở các nồng đô muối ........................................................73
Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý TSS ở các nồng độ muối ......................................................77
Bảng 3.8. Nồng độ MLSS ở các nồng độ muối.............................................................81


Trang viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Quy trình chế biến tôm đóng hộp ............................................................... ..... 8
Hình 1.2. Quy trình chế biến cá đóng hộp ............................................................... ........ 9
Hình 1.3. Ảnh hưởng của muối đến COD đầu ra ..........................................................14
Hình 1.4. Sơ đồ xử lý nước thải độ mặn cao ................................................................. 18
Hình 1.5. Hiệu quả xử lý keo tụ-tạo bông .....................................................................19
Hình 1.6. Hiệu quả xử lý dầu mỡ của bể DAF với tỷ lệ thông khí khác nhau ..............22

Hình 1.7 Cấu trúc của giá thể ........................................................................................36
Hình 1.8 Mặt cắt ngang sợi acrylic................................................................................36
Hình 1.9. Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc Biofringe....................................................36
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu ............................................................... ............................ 46
Hình 2.2. (a) sợi đay, (b) giá thể biofringe và (c) cấu trúc bề mặt sợi đay.................... 48
Hình 2.3. Mô hình swim-bed ............................................................... .......................... 49
Hình 3.1. Hiệu quả xử lý COD tại giai đoạn thích nghi tải trọng hữu cơ .....................55
Hình 3.2. Đầu ra và đầu vào COD ở các nồng độ muối ................................................57
Hình 3.3. Hiệu quả xử lý COD với các nồng độ muối ..................................................58
Hình 3.4. Đầu ra và đầu vào NH4 ở các nồng độ muối .................................................61
Hình 3.5. Hiệu quả xử lý NH4-N ở các nồng độ muối ..................................................61
Hình 3.6. Nồng độ NO2-N trong nước thải đầu ra ở các nồng độ muối........................64
Hình 3.7. Đầu vào và đầu ra TN ở các nồng độ muối ...................................................67
Hình 3.8. Hiệu quả xử lý TN ở các nồng độ muối ........................................................67
Hình 3.9. Mối tương quan của các hợp chất Nitơ .........................................................70
Hình 3.10. Đầu vào và đầu ra TP ở các nồng độ muối..................................................73
Hình 3.11. Hiệu quả xử lý TP ở các nồng đô muối .......................................................73
Hình 3.12. Nồng độ TSS đầu vào và đầu ra ở các nồng độ muối .................................76
Hình 3.13. Hiệu quả xử lý TSS ở các nồng độ muối.....................................................76
Hình 3.14. Nồng độ MLSS ở các nồng độ muôi ...........................................................80


Trang 1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT
Việt Nam có hình chữ S, khoảng cách từ Bắc tới Nam (theo đường chim bay)
là 1.648km. Đường bờ biển dài 3.260 km, trong đó có 290.700 ha bãi triều, hơn
87.700 ha đầm, phá, vũng, vịnh, khoảng 250.000 ha rừng ngập mặn. Ngoài ra Việt
Nam có vùng 12 hải lý lãnh hải, 200 hải lý vùng đặc quyền kinh tế và cuối cùng là

thềm lục địa. Diện tích vùng biển thuộc chủ quyền tài phán của Việt Nam chiếm
diện tích khoảng 1.000.000 km² biển Đông. Cá biển có 2.038 loài với 4 nhóm sinh
thái chủ yếu: nhóm cá nổi 260 loài, nhóm cá gần tầng đáy 930 loài, nhóm cá đáy
502 loài và nhóm cá san hô 304 loài. Nhìn chung nguồn lợi cá biển có thành phần
loài đa dạng, kích thước cá thể nhỏ, tốc độ tái tạo nguồn lợi cao. Trong đó có 130
loài giá trị thương mại, 30 loài thường xuyên được đánh bắt. Trữ lượng đánh bắt
hằng năm đặt 4.2 triệu tấn trong đó sản lượng khai thác tối đa bền vững: 1.7 triệu
tấn/năm. Giáp xác có 1.640 loài, quan trọng nhất là các loài trong họ tôm he, tôm
hùm, cua biển. Khả năng khai thác 50.000-60.000 tấn/năm. Nhuyễn thể có trên
2.500 loài, quan trọng nhất là mực, sò, điệp, nghêu, v.v. Khả năng khai thác sản
lượng mực đạt 60.000-70.000 tấn/năm và nghêu 100.000 tấn/năm. Rong biển có
trên 650 loài, có 90 loài có giá trị kinh tế [1].
Để đáp ứng nhu cầu phát triển chế biến thủy sản, trên cả nước có khoảng trên
500 nhà máy chế biến và hệ thống cảng cá, bến cá hàng năm thải ra một lượng lớn
chất thải và nước thải. Bên cạnh những quy trình chế biến thủy sản thông thường,
một số quy trình chế biến như: cá cơm sấy, nước mắn, chế biến cá khô, bột cá và
thủy sản đóng hộp... thải ra nước thải có nồng độ muối cao.
Chế biến cá khô sinh ra nước thải lớn từ quá trình ngâm rửa, thể tích nước
dao động từ 10-12 m3/tấn sản phẩm cho sơ chế, và 20-30 m3/tấn sản phẩm cho quá
trình làm sạch với độ mặn 20‰. [2]
Với nồng độ các chất ô nhiễm và độ mặn cao có trong nước thải chế biến
thủy sản thì việc áp dụng xử lý sinh học là việc hết sức khó khăn. Hoạt tính của vi


Trang 2

sinh vật thường bị ảnh hưởng bởi nồng độ muối. Ở nồng độ muối 10g/L gây co
nguyên sinh và mất hoạt tính của tế bào, gây chết vi sinh vật, ức chế hoạt động của
enzym, giảm tỉ lệ hô hấp, tăng trưởng và tỉ lệ sinh sôi, hiệu quả xử lý COD thấp và
gây ra hiện tượng bùn nổi [3].

Để cải thiện hiệu quả xử lý chất hữu cơ, nâng cao khả năng tồn tại và phát
triển vi sinh vật trong các bể xử lý sinh học là cần thiết.
Công nghệ swimbed là một công nghệ mới đang được nghiên cứu và ứng
dụng trong những năm gần đây trên thế giới và đặc biệt là ở Nhật Bản, công nghệ là
sự kết hợp thuận lợi của quá trình bùn hoạt tính truyền thống và bể lọc sinh học, sử
dụng giá thể biofringe với bề mặt hiệu dụng lớn, hiệu quả xử lý cao và tương đối ổn
định trong suốt quá trình vận hành [6]. Nồng độ MLSS trong mô hình swimbed lớn
từ 10000-15000 mg/L (bùn hoạt tính và màng sinh học), bùn dễ lắng, không xảy ra
hiện tượng bùn nổi và đạt hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao từ 3-5kg BOD/m3.ngày.
Mặc khác thời gian lưu bùn dài trong mô hình swimbed làm hạn chế lượng bùn dư
sinh ra [57].
Từ những phân tích như trên, đề tài "Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến
thủy sản có độ mặn cao bằng mô hình swimbed" đã tiến hành nhằm đánh giá ảnh
hưởng của độ mặn đến khả năng xử lý chất hữu cơ (COD) và thành phần dinh
dưỡng (N, P) để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trên các phương diện về kinh tế, kỹ
thuật và môi trường.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ muối muối lên hiệu quả xử lý chất hữu cơ,
thành phần dinh dưỡng trong nước thải chế biến thủy sản bằng mô hình swimbed.
3. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Nội dung 1: Tổng quan nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao và lý thuyết
công nghệ swimbed:
- Giới thiệu về nước thải chế biến có độ mặn cao và một số quy trình chế
biến thủy sản.
- Các phương pháp xử lý nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao.


Trang 3

- Một số nghiên cứu trong và ngoài nước.

- Lý thuyết về công nghệ swimbed
Nội dung 2: Thiết kế mô hình xử lý sinh học hiếu khí theo kiểu swimbed
- Lập kế hoạch và sơ đồ nghiên cứu.
- Chế tạo mô hình ở quy mô phòng thí nghiệm.
- Phân tích mẫu nước thải và mẫu bùn trước khi vận hành mô hình.
Nội dung 3: Vận hành mô hình
- Chạy thích nghi mô hình ở tải trọng hữu cơ khoảng 0.5, 1, 1.5, 2
kgCOD/m3.ngày với nồng độ muối muối 10 g/L, lưu lượng nước thải là 0.83 L/h
tương ứng với thời gian lưu nước 14.4 giờ.
- Vận hành mô hình với tải trọng hữu cơ 2 kgCOD/m3/ngày với các độ mặn
khác nhau 10; 15; 20; 25 g/L.
- Đánh giá hiệu quả xử lý thông qua các chỉ tiêu COD, NH4-N, NO2-N, NO3N, TKN, TP, TSS, MLSS.
Nội dung 4: Trình bày kết quả
- Dựa vào kết quả phân tích, xử lý số liệu và dựng đồ thị thể hiện bằng phần
mềm SPSS 20.
- Trình bày và thảo luận kết quả thông qua đồ thị.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên
cứu trên tất cả các nguồn sách báo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet. Phân tích,
tổng hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu.
4.2. Phương pháp thực nghiệm
Thiết kế và nghiên cứu mô hình swimbed ở phòng thí nghiệm. Lập kế hoạch
vận hành, thu thập và phân tích mẫu để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến
thủy sản của mô hình nghiên cứu với độ mặn đầu vào từ 10 đến 25 g/L.


Trang 4

4.3. Phương pháp lấy mẫu vả phân tích

Mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của mô hình được thu thập và phân tích các
chỉ tiêu môi trường được quan tâm.
4.4. Phương pháp xử lý số liệu
Các số liệu được phân tích thống kê trên phần mềm SPSS 20.
4.5. Phương pháp hồi cứu
Từ kết quả đạt được của mô hình nghiên cứu, tiến hành so sánh với những
nghiên cứu khác đã thực hiện và đưa ra nhận xét.
5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
5.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nước thải chế biến thủy sản.
- Giá thể Biofringe được làm từ sợi đay Việt Nam.
- Bùn cấy: lấy từ ao nuôi thủy sản nước lợ, tăng sinh trong môi trường Luria
– Betani.
5.2. Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu thực hiện với quy mô phòng thí nghiệm.

-

Nghiên cứu trên mô hình swimbed tiến hành với tải trọng hữu cơ 2
kgCOD/m3.ngày với 4 nồng độ muối muối 10, 15, 20, 25 g/L.

-

Nghiên cứu thực hiện với nhiệt độ phòng 28-32°C.

-

Thời gian thực hiện 6 tháng.

-

Phân tích được tiến hành tại phòng thí nghiệm môi trường thuộc Viện
Nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản II.

6. Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIỄN VÀ TÍNH MỚI
6.1. Ý nghĩ khoa học
Trong nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao, việc lưu
giữ sinh khối vi sinh vật lớn trong mô hình đã cải thiện hiệu quả xử lý. Mô hình
swimbed cho phép sinh khối phát triển mạnh nhờ sinh trưởng bám dính và lơ lửng
đã nâng cao nồng độ và hoạt tính vi sinh vật.


Trang 5

6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Trên cơ sở nghiên cứu thành công, nghiên cứu có thể áp dụng vào thực tế với
những ưu điểm sau: Xử lý nước thải chế biến thủy sản có độ mặn cao phù hợp với
các yêu cầu xả thải nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường. Thể tích công trình nhỏ, hiệu
quả cao so với các hệ thống xử lý hiếu khí truyền thống.
6.3. Tính mới
Những nghiên cứu trước đây đã sử dụng mô hình swimbed xử lý nước thải
chế biến thủy sản mang lại kết quả khả quan. Tuy nhiên với nước thải chế biến thủy
sản có nồng độ muối cao được coi là yếu tố ức chế sự phát triển của vi sinh vật ảnh
hưởng lớn đến khả năng xử lý. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối
đến vi sinh thích nghi với độ mặn trong mô hình swimbed xử lý nước thải chế biến
thủy sản có nồng độ muối cao là hướng nghiên cứu mới.

Trang 6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN--LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THỦY SẢN
Thủy sản hiện nay phát triển thành một ngành kinh tế mũi nhọn, ngành sản
xuất hàng hóa lớn, đi đầu trong hội nhập kinh tế quốc tế. Với sự tăng trưởng nhanh
và hiệu quả kinh tế thủy sản đã đóng góp tích cực trong chuyển đổi cơ cấu kinh tế
nông nghiệp. Góp phần cho công cuộc xóa đói giảm nghèo, giải quyết việc làm cho
hơn 4 triêu lao động. Giá trị thủy sản xuất khẩu 2015 đạt 6.57 tỷ USD, xuất khẩu
sang 164 nước và vùng lãnh thổ.
Theo tổng cục thống kê hiện nay cả nước có khoảng 126.000 tàu cá đang
hoạt động với tỉ lệ phân bố ở các vùng biển như sau: vùng biển Vịnh Bắc Bộ
khoảng 31%, vùng biển Trung Bộ chiếm 42%, vùng biển Đông Nam Bộ chiếm
14%, Tây Nam Bộ chiếm 13%. Tổng sản lượng khai thác năm 2015 đạt hơn 2.9
triệu tấn, trong đó khai thác biển chiếm 92% còn lại là khai thác nội địa. Phân theo
vùng khai thác thì khai thác xa bờ chiếm 49%, còn lại là sản lượng ven bờ 51%.
Cơ sở hạ tầng nghề cá đang được đầu tư để tạo điều kiện tốt cho cho việc
tiếp nhận nguyên liệu sau đánh bắt, hiện trên cả nước có khoảng 60 cảng cá lớn có
xây dựng bờ kè và cầu cảng, mỗi năm tiếp nhận hơn 1.9 triệu tấn cá. Bên cạnh đó
các cơ sở cơ khí đóng sửa tàu thuyền cũng được phát triển với hơn 700 cơ sở có khả
năng đóng khoảng 4000 tàu/ năm.
Hiện trạng nuôi trồng thủy sản với tổng diện tích nuôi trồng trên 1 triệu ha
được phân bố chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long hơn 70%, đồng bằng sông Hồng
11%, duyên hải Miền Trung 7%, còn lại là các vùng khác. Mỗi năm sản xuất hơn
2,7 triệu tấn chủ yếu là cá tra và tôm. [7].
1.2. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Công nghiệp chế biến thủy hải sản có rất nhiều loại hình công nghệ sản xuất
khác nhau, tuỳ theo loại hình và đặc tính của từng loại sản phẩm cần sản xuất mà

Trang 7

mỗi doanh nghiệp lựa chọn cho mình một loại hình công nghệ thích hợp. Có 03
công nghệ đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam:
❖

Công nghệ chế biến thuỷ sản đông lạnh
Các sản phẩm đông lạnh dạng tươi bao gồm: Tôm, cá, mực, bạch tuộc, ghẹ,

nghêu. Các sản phẩm này được cấp đông ở dạng khối hoặc dạng nguyên con. Sau
đó bảo quản trong kho đông lạnh ở nhiệt độ dưới -180C.
❖

Công nghệ chế biến thủy sản đóng hộp
Sản phẩm đồ hộp thuỷ sản chủ yếu hiện nay là các loại đồ hộp cá như: Cá

ngừ, cá trích, cá thu... giáp xác, nhuyễn thể cũng mới được sản xuất trong thời gian
gần đây.
❖

Công nghệ chế biến sản phẩm thuỷ sản khô
Công nghệ chế biến sản phẩm khô với 2 dạng sản phẩm tương đối khác biệt

nhau: sản phẩm thủy sản khô và sản phẩm bột cá chăn nuôi.


Sản phẩm thuỷ sản khô:
Sản phẩm khô sơ chế, khô tẩm gia vị: Bao gồm các dạng như mực khô, cá

cơm khô, cá bò khô tẩm gia vị...Chế biến sản phẩm thuỷ sản khô nói chung thuộc

loại công nghệ đơn giản. Nguyên liệu là các loại cá, tôm, ruốc, mực sau khi xử lý
tách bỏ các phần thừa, rửa sạch, loại bỏ tạp chất sẽ được làm khô.


Chế biến bột cá:
Bột cá là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất thức ăn chăn nuôi, thức ăn

tôm, cá. Nhìn chung, bột cá thường được sản xuất từ các loại cá có giá trị kinh tế
thấp, nguyên liệu chủ yếu là các loại cá tạp, nhỏ, độ tươi và phẩm chất thấp và
những phế liệu trong chế biến thủy sản như: đầu, xương cá, vảy, da cá… Công nghệ
chế biến bột cá có sự đầu tư dây chuyền sản xuất theo phương pháp công nghiệp
(hấp chín, ép nước và sấy khô).


Trang 8

Nước

Tiếp nhận
Rã đông

Muối

Luộc muối
Lột vỏ
Rửa
Xếp khuôn
Muối tôm
Đóng hộp
Vô trùng

Dán nhãn

Nước thải

Lưu trữ
Hình 1.1. Quy trình chế biến tôm đóng hộp
(Nguồn: [2])


Tiếp nhận cá
Muối, máu,vảy
Nước

Rửa muối
Làm thịt

Rửa
Gia nhiệt

Muối, máu, vụn thịt

Muối, máu

Xếp khuôn

Vô lon
Châm sót

Nước thải

Đóng nắp

Tiệt trùng
Hình 1.2. Quy trình chế biến cá đóng hộp
(Nguồn: [8])