nghiên cứu áp dụng công nghệ ic (internal circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgcod m3 ngày

TÓM TẮT
IC (Internal Circulation reactor) - sinh học kỵ khí nội tuần hoàn - là bể gồm 2 ngăn
UASB, các ngăn này kết nối với nhau bằng cách đặt ngăn này lên phía trên ngăn
kia. Bể IC cũng được xem là một phiên bản đặc biệt của bể EGSB, được vận hành
theo chế độ dãn nở của bùn hạt PVA – gel để khử các chất hữu cơ với tải trọng thể
tích cao. Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng công nghệ IC với giá thể PVA –
gel để khử COD và các chất hữu cơ khác của nước thải chế biến thủy hải sản với
các tải trọng hữu cơ là 20 và 25 kgCOD/m3.ngày với kết quả cho thấy hiệu quả khử
COD đạt > 70%, bể IC kị khí này không có khả năng khử được SS, TN và TP.


ABSTRACT
The IC (Internal Circulation reactor) can be considered as two anaerobic treatment
compartments (like UASB) on top of each other, one highly loaded and one low
loaded. IC was especially considered as a modification of the EGSB reactor, in
which the PVA – gels are partially fluidized to remove of organic substances. In this
study, we applied IC with PVA-gel to remove COD and organic substances of
wastewater of seafood with 5 organic loading rates of 20 and 25 kgCOD/m3.day.
The results shown that IC can be remove more than 70% COD reduction and IC can
not remove SS, TN and TP.
Key word: UASB, EGSB, IC, PVA – gel


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN


MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................v
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ..........................................................................................4
1.1. Tổng quan về ngành chế biến thủy hải sản ........................................................4
1.1.1. Ngành chế biến thủy hải sản ................................................................................ 4
1.1.2. Công nghệ sản xuất ngành chế biến thủy hải sản .............................................. 5
1.1.3. Nguồn nước thải chế biến thủy hải sản .............................................................. 5
1.1.4. Các công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ...................................... 7
1.2. Tổng quan chung về quá trình sinh học kỵ khí ..................................................9
1.2.1. Quá trình sinh học kỵ khí ................................................................................... 10
1.2.2. Phân loại các các công nghệ kỵ khí .................................................................. 11
1.3. Hạt polyvinyl alcohol (PVA – gel) ..................................................................20
1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước ...............................................................21
1.4.1. Các nghiên cứu trong nước ................................................................................ 21
1.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước ................................................................................ 22
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................24

2.1. Tổng quan phương pháp nghiên cứu ...............................................................24
2.2. Mô hình và vật liệu nghiên cứu .......................................................................25
2.2.1. Mô hình thí nghiệm ............................................................................................. 25
2.2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 26
2.2.3. Phương pháp vận hành ....................................................................................... 27
2.2.4. Kiểm soát các yếu tố trong quá trình vận hành mô hình ................................ 29
2.2.5. Phương pháp phân tích ....................................................................................... 29
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................33

i


3.1. Kết quả thí nghiệm ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày ............33
3.1.1. Kết quả thí nghiệm ở tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày .......................... 33
3.1.2. Kết quả thí nghiệm ở tải trọng hữu cơ 25 kgCOD/m3.ngày .......................... 36
3.2. So sánh và đánh giá hiệu quả xử lý các chất hữu cơ giữa các thí nghiệm .......40
3.2.1. pH – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày .......................................... 40
3.2.2. SS và sinh khối trên hạt PVA-gel – Tải trọng hữu cơ 20 và 25
kgCOD/m3.ngày .............................................................................................................. 41
3.2.3. TN – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày .......................................... 43
3.2.4. TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày ........................................... 43
3.2.5. Mối quan hệ giữa COD (tổng hợp tế bào), TN và TP ở các tải trọng hữu cơ
20 và 25 kgCOD/m3.ngày .............................................................................................. 44
3.2.6. Mối quan hệ tương quan giữa COD (tạo khí Biogas) và lượng khí Biogas
sinh ra ở các tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày .......................................... 47
3.2.7. COD và hiệu suất khử COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25kgCOD/m3.ngày 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................53
PHỤ LỤC 1 BẢNG PHÂN TÍCH SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU ..................................56
PHỤ LỤC 2 BẢNG TÍNH TOÁN TỈ LỆ COD:N:P VÀ CODTỔNG HỢP TẾ BÀO .......59

PHỤ LỤC 3 HÌNH ẢNH MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM IC VÀ HẠT PVA -GEL Ở
CÁC TẢI TRỌNG HỮU CƠ 20 VÀ 25 KGCOD/M3/NGÀY .................................62
PHỤ LỤC 4 BẢN VẼ ACAD MÔ HÌNH IC ............................................................. 64

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD

Biochamical Oxygen Denamd (Nhu cầu oxi hóa sinh học)

COD

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi hóa hóa học)

EGSB

Expanded Granular Sludge Bed Reactor (Bể phản ứng bùn hạt cao tải)

FBBR

Fluidized Bed Biological Reactor (Bể sinh học kỵ khí tầng giãn nở)

HRT

Hydrolic Retention Time (Thời gian lưu nước)

IC

Internal Circulation Reactor (Bể tuần hoàn nội bộ)

OLR

Organic Load Rate (Tải trọng chất hữu cơ)

PVA

Polyvinyl Alcohol

SBR

Sequencing Batch Reactors (Bể phản ứng sinh học theo mẻ)

SRT

Solid Residence Time (Thời gian lưu bùn)

SS

Supended Solids (Chất rắn không hòa tan)

TN

Total Nitrogen (Tổng Nitơ)

TP

Total Phosphorus (Tổng Phốt Pho)

TS

Total Solid (Tổng chất rắn)

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor (Bể kỵ khí sinh học dòng chảy
ngược)

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Sản lượng khai thác hải sản tháng 5/2015 (Đơn vị 1.000 tấn) .........................4
Bảng 1.2 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thủy sản ...........................7
Bảng 2.1 Các thông số tính toán vận hành mô hình nghiên cứu ...................................25
Bảng 2.2 Thông số mô hình IC .....................................................................................25
Bảng 2.3 Các chỉ tiêu và tần suất lấy mẫu tại từng vị trí ...............................................30
Bảng 2.4 Các phương pháp phân tích mẫu ....................................................................30
Bảng 3.1 Kết quả phân tích tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày (COD, SS, TN, TP và
pH) .................................................................................................................................34
Bảng 3.2 Kết quả phân tích tải trọng hữu cơ 25 kgCOD/m3.ngày (COD, SS, TN, TP và
pH) .................................................................................................................................38
Bảng 3.3 TN, TP và lượng giảm TN, TP ở từng tải trọng hữu cơ ................................46
Bảng 3.4 Thể tích khí Biogas sinh ra theo lý thuyết .....................................................48

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình chung cho ngành chế biến thủy sản. .......................................5
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ 1 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006). ............8
Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ 2 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006). ............9
Hình 1.4 Sơ đồ diễn biến các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí
(Driessen W and Yspeert P, 1999). ...............................................................................11
Hình 1.5 Một số mô hình thiết bị xử lý kỵ khí. .............................................................12
Hình 1.6 Các dạng quá trình kỵ khí dã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế..............12
Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo bể UASB. .................................................................................15
Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của bể EGSB và bùn hạt. .........................................................17
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của bể IC. .................................................................................18
Hình 1.10 Hạt Polyvinyl alcohol (PVA – gel). .............................................................20
Hình 2.1 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu. ...........................................................................24
Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm công nghệ IC. .................................................................26
Hình 2.3 Hệ thống đo khí Gasometer. ...........................................................................28
Hình 2.4 Counter điện tử. ..............................................................................................29
Hình 3.1 pH, COD, SS, TN, TP và lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 20
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................35
Hình 3.2 pH, COD, SS, TN, TP và lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 25
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................39
Hình 3.3 pH – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày. .........................................41
Hình 3.4 SS và sinh khối trên hạt PVA-gel – Tải trọng hữu cơ 20 và 25
kgCOD/m3.ngày. ...........................................................................................................42
Hình 3.5 TN – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày .........................................43
Hình 3.6 TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày ..........................................44
Hình 3.7 COD tổng hợp tế bào, TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................45
Hình 3.8 TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày ...............................46
Hình 3.9 Tương quan giữa lượng giảm TN và TP – Tải trọng hữu cơ 20 và 25
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................46
v

Hình 3.10 Lượng khí Biogas sinh ra – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày ....48
Hình 3.11 COD và hiệu quả xử lý COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày
.......................................................................................................................................49
Hình 3.12 Hiệu suất xử lý COD – Tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày...........50

vi


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay rất nhiều công ty nhà máy chế biến thủy sản được thành lập rất nhiều đặc
biệt ở vùng đồng bằng duyên hải và miền tây nam bộ Việt Nam. Lượng nước dùng cho
việc chế biến thủy sản càng tăng cao nhưng vấn đề xử lý nước thải chưa được quan
tâm và đồng thời công nghệ xử lý nước thải ngành này đã lạc hậu, sử dụng các công
nghệ truyền thống như bể kỵ khí, hiếu khí... Mặt khác hệ thống công nghệ xử lý nước
thải này chưa được cải tiến nên vấn đề tiêu tốn chí đầu tư và chi phí vận hành cao
khiến cho nhà đầu tư thường ít cải tiến hệ thống xử lý nước thải và hiện nay rất ít đơn
vị ngành này có các hệ thống xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản cải tiến.
Trong hệ thống xử lý nước thải hiện nay, quá trình kỵ khí là quá trình dùng các vi sinh
vật kỵ khí để khử các chất ô nhiễm hữu cơ nó có ưu điểm là sinh ra bùn ít tiêu thụ
năng lượng ít diện tích xây dựng và chi phí xây dựng thấp tạo ra khí CH4 chiếm 60 –
75% trong khí biogas tiêu thụ ít dinh dưỡng. Nhưng đối với quá trình kỵ khí thông
thường nó có nhiều khuyết điểm đáng quan tâm: thời gian khởi động quá chậm, dễ bị
sốc tải xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ tải trọng thấp và đặc biệt là bùn hạt sinh ra ít.

Trong khi đó, công nghệ IC đã được cải tiến có dùng giá thể lơ lửng và đang được tiến
hành nghiên cứu và ứng dụng cho nhiều loại nước thải khác nhau xử lý các chất ô
nhiễm hữu cơ với nồng độ ngày càng cao như nồng độ COD > 30.000 mg/L hiệu quả
xử lý COD cao > 85%. Ngoài ra ông nghệ IC giải quyết được 1 số khuyết điểm của
quá trình kỵ khí thông thường như: chịu tải trọng hữu cơ cao > 40 kgCOD/m3.ngày
thời gian khởi động và vận hành nhanh và không bị sốc tải.
Ngoài ra công trình áp dụng IC vận hành đơn giản dễ thực hiện và quản lý. Mặc dù
công trình IC đã được sử dụng nhiều trên thế giới nhưng hiện nay ở Việt Nam chỉ có 1
số ít công ty đã thực hiện và vận hành công nghệ IC trong xử lý nước thải như: công ty
bia ở Tiềng Giang, công ty bia Sapporo Nhật Bản ở Long An.
Dựa trên các bất cập trên nhóm nghiên cứu đặt ra vấn đề nghiên cứu và triển khai áp
dụng công trình IC xử lý nước thải chế biến thủy sản và công trình IC này ít nhóm
nghiên cứu nào trong nước thực hiện sâu để xử lý nước thải chế biến thủy sản. Vì vậy
chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài “Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal
Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các tải trọng 20 và 25
kgCOD/m3.ngày” để đánh giá khả năng xử lý và hiệu quả khử COD của nước thải thủy
sản ở các tải trọng hữu cơ cao.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá được khả năng xử lý và hiệu quả khử COD trong nước thải thủy sản bằng

công nghệ IC sinh học kỵ khí tuần hoàn trong quy mô phòng thí nghiệm với các tải
trọng 20 và 25 kg COD/m3.ngày.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung 1: Tổng quan tài liệu về nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ kỵ khí, công
nghệ IC.
Nội dung 2: Tiến hành chạy thí nghiệm với các tải trọng chất hữu cơ 20 và 25
kgCOD/m3.ngày.
Nội dung 3: Đánh giá khả năng xử lý, hiệu quả khử COD và các chất hữu cơ khác.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập các tài liệu về tính chất, thành phần nước thải
thủy sản, các phương pháp xử lý nước thải thủy sản.
Phương pháp thực nghiệm: Xử lý nước thải thủy sản bằng công nghệ IC với quy mô
phòng thí nghiệm, bảo quản mẫu và phân tích mẫu.
ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Xử lý nước thải thủy sản với nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ cao
bằng công nghệ IC.
Giới hạn đề tài: Đề tài nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản có nồng độ ô nhiễm hữu cơ
có tải trọng hữu cơ từ 20 kg COD/m3.ngày đến 25 kg COD/m3.ngày, được thực hiện
trong phòng thí nghiệm với nước thải thủy sản tại trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường TP.HCM.
Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA NGHIÊN CỨU
So với 1 số công nghệ kỵ khí truyền thống ta thấy rằng quá trình kỵ khí xử lý nước có
nồng độ ô nhiễm hữu cơ OLR < 20 kgCOD/m3.ngày thường xây dựng bể tốn nhiều
diện tích hiệu quả khử COD không cao dễ sốc tải khởi động khó và chậm.
Với công nghệ IC vận hành đơn giản hơn dễ thực hiện và quản lý. Công nghệ IC có
thể thực hiện để khử các chất hữu cơ có tải trọng rất cao > 40 kgCOD/m3.ngày có thể
khử các chất ô nhiễm nồng độ cao với nhiều loại nước thải đa dạng khác nhau.
Ở Việt Nam có rất ít các công trình IC kỵ khí dùng bùn hạt PVA – gel để xử lý nước
thải thủy sản do đó đề tài này được nghiên cứu nhằm mục đích đánh giá khử COD và

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

2


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

các chất hữu cơ khác với nồng độ cao cho nước thải thủy sản. Đây là tính mới của đề
tài đó là khía cạnh có dùng bùn hạt PVA – gel.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY HẢI SẢN
1.1.1. Ngành chế biến thủy hải sản
Ngày nay, với nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nền công nghiệp phát
triển nhanh, đời sống người dân trên toàn thế được cải thiện. Nhưng các vấn đề bảo vệ
môi trường, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề nan giải của các lãnh đạo các quốc gia

như vấn đề ô nhiễm không khí, rác thải, bệnh dịch… và đặc biệt là vấn đề nước thải,
dẫn tới thiếu nguồn nước sạch. Mặt khác, để cung ứng nguồn thực phẩm cho người
dân, các nhà sản xuất đã không ngừng phát triển nguồn sản phẩm của mình như nguồn
thực phẩm: gia cầm, tinh bột, rau củ… trong đó có nguồn thực phẩm về thủy sản. Chất
lượng, số lượng sản phẩm ngày càng cao, kéo theo việc sử dụng nước sạch để sản xuất
sản phẩm tăng theo. Tuy nhiên, vấn đề xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản chưa
được chú trọng vì nước thải ngành này có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao như COD,
BOD, TN, TP…
Bảng 1.1 Sản lượng khai thác hải sản tháng 5/2015 (Đơn vị 1.000 tấn)
TT

1

2

Chỉ tiêu

Kế
hoạch
Năm

Chính thức năm
2014
Tháng 5
5
tháng

Tổng
SL
thủy sản

Sản lượng
khai thác
SL khai thác
hải sản
SL khai thác
nội địa
Sản lượng
nuôi trồng
Cá tra
Tôm sú
Tôm thẻ

6.650

608,4

2.352

624

2.423

So sánh
2015/2014
Báo Lũy kế
cáo từ đầu
năm
102
103

2.700

249

1155

257

1.203

103

104

2.500

234

1089

242

1.138

103

104

200

15

66

15

65

100

98,5

3.950

359,4

1.197

367

1.220

102

101

1.200
190
340

Ước thực hiện
2015
Tháng 5
5
tháng

346,6
29,2
28,8
Nguồn: Tổng cục thống kê (2015)

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

1.1.2. Công nghệ sản xuất ngành chế biến thủy hải sản
Các cơ sở chế biến khác nhau thường sử dụng công nghệ chế biến khác nhau. Cơ sở
chế biến ở quy mô tiểu thủ công nghiệp sử dụng công nghệ chế biến đơn giản, công
nghệ chế biến thành phẩm. Các công ty lớn sử dụng công nghệ hiện đại, thành phẩm
đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Nhìn chung các công nghệ chế biến ở Việt Nam đều tuân
theo quy trình chế biến như sau:

Tôm, cá, mực, sò
Tiếp nhận nhiên liệu

Sơ chế: bỏ đầu tôm, mực, vảy cá
Rửa sạch, xử lý vi sinh
Muối đá

Chất thải rắn
Nước thải
Nước thải + muối thải

Lọc và phân cỡ
Xếp khuôn
Cấp đông
Xếp khuôn
Đóng gói bao bì
Bảo quản lạnh

Tiêu thụ

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình chung cho ngành chế biến thủy sản.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

1.1.3. Nguồn nước thải chế biến thủy hải sản

Nước thải trong công ty, nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá
trình sản xuất bao gồm:


Nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm.



Nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến.



Nước vệ sinh cho công nhân.

Trong quy trình công nghệ chế biến các loại thủy sản, nước thải chủ yếu sinh ra từ
khâu rửa sạch, sơ chế nguyên liệu. Dòng nước thải ra giàu chất hữu cơ (protein, lipit,
axitamin, giàu đạm N – amoni , axit hữu cơ...) thường chứa nhiều đầu tôm, vảy cá, râu
tôm, râu mực vụn, mảnh vụn thịt và ruột, nội tạng, máu… của các loài thủy sản, chúng
thường dễ bị phân hủy tạo mùi hôi tanh đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm quan, ảnh
hưởng đến sức khỏe công nhân. Ngoài ra, còn chứa mỡ cá, dầu chiên nổi mặt nước, tạo
mùi .
Nhìn chung, nước thải chế biến thủy sản bị ô nhiễm hữu cơ khá nặng, COD dao động
trong khoảng 1.000 – 1.200 mg/L, BOD5 trong khoảng 600 – 950 mg/L, hàm lượng
Nitơ hữu cơ trong nước thải cũng rất cao đến 70 – 110 mg/L, hàm lượng Phốtpho 10 –
100 mg/L dễ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận. (Lâm Minh Triết,
2006).
Tuy nhiên, nồng độ và thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải thay đổi theo
mùa thủy sản, theo định mức sử dụng nước, có xu hướng giảm dần ở những lần rửa
sau cùng.
Do đặc tính nước thải ngành chế biến thủy sản chứa lượng chất hữu cơ lớn, tỉ số

BOD/COD dao động khoảng từ 0,5 đến 0,7 (Lâm Minh Triết, 2006; Nguyễn Văn
Phước, 2005) nên biện pháp xử lý thường được áp dụng là sử dụng các công trình xử
lý sinh học.
Trong nước thải còn chứa lượng cặn khá lớn, các mảnh vụn nguyên liệu có đặc tính cơ
học tương đối bền vì thế trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học, nước thải cần
được xử lý bằng các công trình xử lý cơ học để loại bỏ cặn này (Trịnh Xuân Lai,
2000). Do lưu lượng và chất lượng nước thải chế biến thủy sản thay đổi rất lớn theo
thời gian, do đó trong công nghệ thường phải sử dụng bể điều hòa có dung tích đủ lớn
để ổn định dòng nước thải vào công trình xử lý sinh học tiếp theo.
Nước thải sau khi xử lý sinh học vẫn còn một số vi sinh vật gây bệnh, do đó phải qua
giai đoạn khử trùng trước khi xả ra ngoài môi trường.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

Bảng 1.2 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thủy sản
Giá trị
STT

Chỉ tiêu
Sò

Cá

Cá philê

Mực

1

pH

6,35 – 6,41

6,01 – 6,38

6,32 – 6,5

6,43 – 6,5

2

SS (mg/L)

700 – 850

138 – 640

543 – 620

208 – 300

3

COD (mg/L)

4.500-5.096

895 –1.020

2.162 –2.305

1.687 – 1.760

4

BOD5 (mg/L)

3.760-4.200

688-830

1.757-1.850

1.333-1.450

5

PO43- (mg/L)

28 – 35

29 – 42

16 – 25

39 – 45

6

Cl‾ (mg/L)

500 – 700

40 – 85

20 – 35

60 – 125

7

N tổng (mg/L)

80 – 150

35 – 75

60 – 75

24 – 36

Nguồn: Lê Thị Cẩm Chi (2011).

1.1.4. Các công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy hải sản
Với những tính chất và đặc tính của nước thải thủy sản đã nêu trên, một số công nghệ
xử lý nước thải đã được áp dụng như sơ đồ dưới đây.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

Sơ đồ công nghệ 1
Nước thải
Bể lắng cát

Song chắn rác thô

Rác

Bể thu gom

Bể tách mỡ
Khí

Bể điều hoà

Vi bọt

Tuyển nổi

Khí

Mỡ cá

Mỡ cá

Nước
tuần
hoàn

Bể sinh học hiếu khí
Bùn hoàn lưu
Bể lắng

Chlorine

Bể khử trùng

Bể chứa bùn

Thiết bị ép bùn

Nguồn tiếp nhận

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ 1 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006).

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

Sơ đồ công nghệ 2
Nước thải
Bể lắng cát
Song chắn rác

Rác

Bể thu gom

Bể điều hoà
Khí

Bể tuyển nổi

Vi bọt

Bể sinh học kị khí

Khí

Mỡ cá

Mỡ cá

Nước
tuần
hoàn

Bể sinh học hiếu khí
Bùn hoàn lưu
Bể lắng

Bể chứa bùn

Chlorine
Bể khử trùng

Nguồn tiếp nhận

Bể metan hoá

Thu khí

Sân phơi bùn

Chôn lấp

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ 2 xử lý nước thải thủy sản (Lâm Minh Triết, 2006).

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

1.2. TỔNG QUAN CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
1.2.1. Quá trình sinh học kỵ khí
Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí được thực hiện bởi các vi sinh vật trong
điều kiện hoàn toàn không có oxi. Quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành
CH4, CO2, NH3, H2S được viết tổng quát qua quá trình sau (Nguyễn Văn Phước, 2005)
[Chất hữu cơ] + [Vi khuẩn] →CH4 + CO2 + NH3 + H2S + [Các chất khác] + Q
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong điều kiện
không có oxy. Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:
Thủy phân polymer:
Thủy phân các protein;
Thủy phân polysaccharide;
Thủy phân chất béo;
Lên men các amino acid và đường;
Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols);
Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic);
Hình thành khí methane từ acid acetic;
Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.
Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân
hủy kỵ khí chất hữu cơ
Thủy Phân: Trong giai đoạn này dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra các
phức chất và chất không tan (như polysaccharides proteins lipids) chuyển hóa thành
các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường các amino acid acid béo). Quá
trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH kích thước hạt và đặc tính

dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
Acid hóa: Trong giai đoạn này vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành
chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi alcohols acid lactic methanol CO 2, H2, NH3,
H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4,0.
Acetic hóa (Acetogenesis): Vi khuẩn Acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn
acid hóa thành acetate H2, CO2 và sinh khối mới.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

Methane hóa (Methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ
khí. Acid acetic H2, CO2 acid formic và methanol chuyển hóa thành methane CO2 và
sinh khối mới.
Trong 3 giai đoạn thủy phân, acid hóa và acetic hóa COD trong dung dịch hầu như
không giảm. COD trong nước thải chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa.
Ngược với quá trình hiếu khí trong xử lý nước thải bằng phân hủy kỵ khí tải trọng tối
đa không bị hạn chế bởi chất phản ứng như oxy. Nhưng trong công nghệ xử lý kỵ khí
cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:


Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt;



Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi khuẩn.

Khi hai yếu tố trên đáp ứng công trình xử lý kỵ khí có thể áp dụng tải trọng rất cao.
Lipids

Polysaccharides

Protein

Acid nucleic

Acid béo

Monosaccharides

Amino acids

Purines và
pyrimidines

Thủy phân

Lên men
acid

Các hợp chất
vòng thơm
đơn giản
Các sản phẩm lên men khác

như: propionate, butyrate,
succinate, lactate, ethanol

Các chất nền cho quá trình lên men
methane: H2, CO2, formate,
methanol, methylamine, acetate
Lên men
methane
Methane (CH4) + carbon dioxide (CO2)

Hình 1.4 Sơ đồ diễn biến các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí
(Driessen W and Yspeert P, 1999).

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

1.2.2. Phân loại các các công nghệ kỵ khí
Hình 1.5 và 1.6 thể hiện một số dạng công nghệ xử lý sinh học kỵ khí đã ứng dụng
rộng rãi với qui mô lớn (full-scale). Các công nghệ/bể sinh học kỵ khí có thể phân chia
theo tải trọng hữu cơ như sau (Tchobanoglous G and Burton Fl, 1991)

Hình 1.5 Một số mô hình thiết bị xử lý kỵ khí.

Hình 1.6 Các dạng quá trình kỵ khí dã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

1.2.2.1. Công trình xử lý kỵ khí tải trọng thấp (Tải trọng hữu cơ < 8,0
kgCOD/m3.ngày)
a. Bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn
Bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn là bể xáo trộn liên tục không có tuần hoàn bùn.
Bể này thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy
nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ. Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy
cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas (đòi hỏi có máy nén khí biogas và dàn phân phối khí
nén). Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới sinh ra và phân bố đều trong tồn
bộ thể tích bể. Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ thuộc vào thành phần nước thải
vào và yêu cầu xử lý. Do bể phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn không có biện pháp
nào để lưu giữ sinh khối bùn nên thời gian lưu sinh khối chính là thời gian lưu nước.
Thời gian lưu bùn trong phân hủy kỵ khí thông thường từ 12  30 ngày. Như vậy thể
tích bể xáo trộn hoàn toàn đòi hỏi lớn hơn nhiều so với các công nghệ xử lý kỵ khí
khác. Tải trọng hữu cơ thể tích (Volumetric organic loading rate) trong khoảng 1,0 –
5,0 kg COD/m3.ngày.
b. Bể tiếp xúc kỵ khí
Quá trình tiếp xúc kỵ khí gồm hai giai đoạn: (1) phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn;
(2) lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý. Bùn sinh
học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí. Do lượng sinh khối của

quá trình có thể kiểm soát được không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải vì vậy thời
gian lưu bùn cũng có thể khống chế được và không liên quan đến thời gian lưu nước.
Người thiết kế quá trình có thể chọn thời gian lưu nước thích hợp trong khoảng 0,5 – 5
ngày và tải trọng hữu cơ thể tích trong khoảng 1,0 – 8,0 kg COD/m3.ngày. Hàm lượng
VSS trong bể tiếp xúc kỵ khí dao động trong khoảng 4.000 – 6.000 mg/L.
1.2.2.2. Công trình xử lý kỵ khí tải trọng cao (Tải trọng hữu cơ 3 – 20
kgCOD/m3.ngày)
a. Lọc kỵ khí giá thể cố định dòng chảy ngược dòng
Bể lọc kỵ khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí
sống bám trên bề mặt. Giá thể đó có thể là đá sỏi than vòng nhựa tổng hợp tấm nhựa
vòng sứ… chiếm 50 - 95% thể tích bể. Dòng nước thải phân bố đều đi từ dưới lên tiếp
xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Do khả năng bám dính tốt của
màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài.
Vì vậy thời gian lưu nước nhỏ có thể vận hành ở tải trọng cao từ 2 – 20
kgCOD/m3.ngày với thời gian lưu nước từ 10 – 15 h. Nồng độ SS đầu vào có thể nằm
trong khoảng 450 – 1.050 mg/L. Lọc kỵ khí sử dụng giá thể là đá hoặc sỏi thường bị
SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

bít tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở khe rỗng giữa
các viên đá hoặc sỏi. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thống độ rỗng cao
(95%) nên vi sinh dễ bám dính và chúng thường được thay thế dần cho đá sỏi. Tỉ lệ
riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100 

220m2/m3.
Trong bể lọc kỵ khí do dòng chảy quanh co đồng thời do tích lũy sinh khối vì vậy rất
dễ gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn. Để khắc phục nhược điểm này có thể bố
trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí
đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí biogas. Sau thời gian dài vận hành các chất rắn
không bám dính gia tăng trong bể. Điều này có thể nhận thấy được khi hàm lượng SS
đầu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn.
Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng xả đáy và rửa ngược.
b. Bể lọc sinh học kỵ khí bám dính xuôi dòng
Trong quá trình này nước thải vào chảy từ trên xuống qua lớp giá thể nhựa tổng hợp
cấu trúc dạng module (Pall rings corrugated cross-flow or tubular modules). Giá thể
này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống. Với cấu trúc
này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính và thích hợp cho
xử lý nước thải có hàm lượng SS cao tải trọng hữu cơ thể tích trong khoảng 1,0 – 6,0
kg COD/m3.ngày.
c. Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor)

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu áp dụng công nghệ IC (Internal Circulation) xử lý nước thải chế biến thủy hải sản ở các
tải trọng hữu cơ 20 và 25 kgCOD/m3.ngày

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo bể UASB.
UASB được nghiên cứu và phát triển bởi Lettinga (Lettinga, và cộng sự, 1980) và
được áp dụng rộng rãi ở Hà Lan và trên thế giới. Trong bể UASB dòng nước thải chảy

ngược lên trên đi xuyên qua tầng bùn kỵ khí mật độ cao với hoạt tính của vi sinh vật
cao. Vận tốc dòng đi lên lớn từ 0,5 – 1,5 m/h. Nồng độ bùn thay đổi dọc theo chiều
cao của bể, bùn “nặng” hơn có khả năng lắng tốt ở phần gần đáy bể (đệm bùn – sludge
bed) có nồng độ khoảng 4-10% (tức là 40 -100 g TS/L) bùn nhẹ phân tán ở phần gần
mặt bể (tầng bùn giãn nở – sludge blanket) có nồng độ từ 1–3% (10-30 g TS/L). Quá
trình biến đổi chất hữu cơ xảy ra trong vùng phân hủy (đệm bùn và tầng bùn giãn nở).
Nước thải và bùn được xáo trộn đều với nhau nhờ dòng vào và các bọt khí. Bộ phận
tách khí đặt ở dưới vùng lắng để đảm bảo điều kiện lắng tốt nhất cho bông bùn. Bông
bùn (kích thước 1 – 5 mm) sau khi tách khí rơi trở lại vùng phân hủy (đệm bùn và tầng
bùn giãn nở). Thời gian lưu bùn hay tuổi bùn (SRT – solid residence times) > 30 ngày.
Tải trọng hữu cơ trong khoảng 2 – 24 kg COD/m3.ngày thời gian lưu nước từ 6 đến 14
giờ.

SVTH: Trương Khánh Hòa
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân

15