Đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu quả xử lỷ ni tơ, photpho đồng thời khi áp dụng công nghệ AAO BAF cho xử lỷ nước thải thủy sản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
——

PHAN ĐÌNH ĐỒNG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ TUẦN HOÀN NITRAT ĐẾN
HỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ, PHOTPHO ĐỒNG THỜI KHI ÁP
DỤNG CÔNG NGHỆ AAO -BAF CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI
THỦY SẢN
EFFECT OF NITRATE RECYCLING RATIO ON
SIMULTANEOUS BIOLOGICAL NUTRIENT REMOVAL IN A
NOVEL ANAEROBIC/ANOXIX/OXIC (A2/0)- BIOLOGICAL
AERATED FILTER (BAF) SYSTEM
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
MÃ NGÀNH

: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM, tháng 07 năm 2019


Công trình được hoàn thành tại: Trường đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đặng Viết Hùng
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Lê Thị Kim Oanh
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Phạm Nguyễn Kim Tuyến
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM ngày
5 tháng 7 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.

PGS. TS. Nguyễn Tấn Phong

Chủ Tịch

2.

TS. Nguyễn Xuân Dương

ủy Viên

3.
4.

PGS. TS. Lê Thị Kim Oanh
Phản biện 1
PGS.TS. Phạm Nguyễn Kim Tuyến Phản biện 2

5.

TS. Nguyễn Nhật Huy

Thư Ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

—oOo—

—oOo—

TP. HCM, ngày tháng năm 2018

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
••••

Họ và tên học viên

: PHAN ĐÌNH ĐÔNG

Giới tính

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh
Chuyên ngành

: 02/09/1987
: Công nghệ Môi trường

Nơi sinh
MSHV

: Hà Tĩnh
:1570558

Khoá

: 2015

Mã ngành :60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI
“Đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ tuần hoàn Nitrat đến hiệu quả xử lỷ Ni tơ, photpho đồng
thời khi áp dụng công nghệ AAO -BAF cho xử lỷ nước thải thủy sản”
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
- Đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu suất xử lý N, p có trong nước
thải thủy sản bằng công nghệ AAO-B AF.
- Thiết lập mô hĩnh nghiên cứu
- Vận hành mô hĩnh nghiên cứu với nước thải CBTS với tỷ lệ tuần hoàn nitrat từ
100% đến 300%
- Trĩnh bày kết quả đạt được
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2019
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2019
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Đặng Viết Hùng
Tp. HCM, ngày .... tháng ..... năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy, Cô
khoa Môi trường và Tài nguyên trường Đại học Bách khoa TP. HCM,
những người đã dìu dắt tôi tận tình, đã truyền đạt cho tôi những kiến
thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học tập chương
trình đào tạo sau đại học.
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS. TS. Đặng Viết Hùng công tác
tại trường Đại học Bách khoa TP. HCM đã hướng dẫn luận văn, tận
tình chỉ bảo, giúp đỡ để tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Môi
trường và Tài nguyên - khóa 2014-2015 đã hỗ trợ trong suốt quá trình
nghiên cứu.
Sau cùng, tôi gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình và bạn
bè đã động viên và ủng hộ tôi vượt qua những khó khăn trở ngại trên
mọi bước đường và còn là động lực để tôi phẩn đẩu.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả mọi
người.
TP. HCM, 06/2019

Phan Đình Đông


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giả ảnh huởng tỉ lệ tuần hoàn đến hiệu quả loại
bỏ đồng thời nito và photpho trong nuớc thải chế biến thủy sản bằng mô hĩnh kết hợp
AAO - BAF (Anaerobic/ Anoxic/ Aerobic/ Biological Aerated Filter). Quá trình AAO
đuợc vận hành trong thời gian luu bùn ngắn ở bể hiếu khí thuận lợi cho việc loại bỏ
COD, photpho và khử nitrat, be BAF kế tiếp đuợc vận hành với thời gian luu bùn dài
và đuợc sử dụng chủ yếu cho quá trình nitrat hóa, do đó mà mô hĩnh AAO-BAF có
thể giải quyết đuợc vấn đề đối nghịch thời gian lưu bùn của vi sinh vật nitrat hóa và
vi sinh vật tích lũy photpho (PAOs). Mô hĩnh kết hợp AAO-BAF được chế tạo từ
mica với thể tích toàn mô hĩnh là 54L, trong đó thể tích AAO là 36L (V kỵ khí: V
thiếu khí: V hiếu khí =1:1:2) và thể tích BAF là 18L. Giá the Kaldnex K3 được đặt
nhúng chim trong be BAF và thể tích giá thể là 12,6L. Hệ thống kết hợp AAO-BAF
được vận hành ở một tải trọng hữu cơ có hiệu suất xử lý cao là 0,75kgCOD/m3.ngày
với các tỉ lệ tuần hoàn nitrat khác nhau, các tỉ lệ tuần hoàn nitrat là: 100%, 200%,
300% với dòng tuần hoàn bùn từ bể lắng thứ nhất về bể kỵ khí là 100%. Đe đánh giá
hiệu quả xử lý đồng thời nito và photpho trong hệ thống kết hợp AAO-BAF. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, trong suốt quá trình thí nghiệm, sự thay đổi về tỉ lệ tuần hoàn
nitrat không ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD. Hiệu qua xử lý COD luôn được duy
trĩ hơn 80%. Tuy nhiên sự thay đối về tỉ lệ tuần hoàn đã ảnh hưởng đáng kế đến hiệu
suất xử lý nito và photpho. ở tỉ lệ tuần hoàn nitrat 100% thì hiệu suất xử lý TN, NH4+N và TP lần lượt là 83,20%, 93,30% và 90,2% nhưng khi tăng tỉ lệ tuần hoàn nitrat
lên 300% thì hiệu quả xử lý lý TN, NH4+-N và TP tăng rõ rết và đặc biệt là hiệu quả
xử lý TN tăng lên từ 83,5% lên đến 90,15%, hiệu quả xử lý TN tăng lên đến 8%, nồng
độ đầu ra của NH4+-N và TP cũng tăng lần lượt là 97% và 92,15%. Nồng độ đầu ra
TN, NH4+-N và TP đều đạt cột A, QCVN 11-MT:2015/BTNMT. Dựa vào những kết
quả nói trên cho thấy hệ thống kết hợp AAO-BAF có rất nhiều tiềm năng trong việc
loại bỏ đồng thời nito và photpho trong nước thải chế biến thủy sản.

ASTRACT
In this study, the effect of circulation ratio in an AAO - BAF (Anaerobic/ Anoxic/
Aerobic/ Biological Aerated Filter) model on its efficiency of nitrogen and phosphorus
compounds removal was evaluated. The AAO process was operated with short
retention time in order to facilitate the removal of COD, phosphorus and nitrate
compounds. The following BAF pool was operated with long retention time for slug,
mainly aimed to nitration time. Hereby, the AAO-BAF model was shown to solve the
conflict in retention time of slug and nitrating and PAOs microorganisms.
The combination model of AAO-BAF was fabricated from mica with the total
volumen of 54L, where the AAO volume was of 36 litre (Vanaerobìc: Vaerobìc: Vaerobic =1:1:2)
and the BAF was of 18 litre. Cultivation medium Kaldnex K3 was immersed in BAF
pool with a volume of 12,6 litre. The combination model AAO- BAF was operated
with an organic load to have excellent treatment efficiency of 0,75kgCOD/m3/day
with different nitrate compounds circulation ratios as 100%, 200%, 300% while the
slug circulation from the first settling tank to the first anaerobic tank of 100%.
The results showed that during the whole experiments, the change of nitrate
compounds circulation does not affect the COD treatment efficiency, which was
steady around 80%. However, the change of circulation ratios significantly affect the
treatment efficiency for nitrate and phosphorus compounds. At nitrate compound
circulation ratio of 100%, the treatment efficiencies of TN, NH4+-N and TP were
83,20%, 93,30% and 90,2%, respectively. But when the nitrate compound circulation
ratios increased to 300%, the treatment efficiencies for TN, NH4+-N and TP increased
sharply, especially from 83,5% to 90,15% for TP. As for TN, it was up to 8%. The
output concentration of NH4+-N and TP also increased to 97% and 92,15%,
respectively. The output concentration of TN, NH4+-N and TP all met the standard at
column A, QCVN 11-MT:2015/BTNMT. The result implied that the combination
model AAO-BAF is very promising in removing nitrate and phosphorus compounds

in waste water in aquatic product industries.


LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Tôi tên là PHAN ĐÌNH ĐÔNG, là học viên cao học ngành Công nghệ Môi
trường khóa 2015, mã số học viên 1570558. Tôi xin cam đoan: Luận văn cao học này
là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Đặng Viết Hùng .
Các hĩnh ảnh, số liệu và thông tin tham khảo trong luận văn này được thu thập
từ những nguồn đáng tin cậy, đã qua kiểm chứng, được công bố rộng rãi và đã được tôi
trích dẫn rõ ràng ở phần Tài liệu tham khảo. Các bản đồ, đồ thị, số liệu tính toán và kết
quả nghiên cứu được tôi thực hiện nghiêm túc và trung thực.
Tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này.
Học viên

Phan Đình Đông


1

MUC LUC
••

MỤC LỤC ...................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIÊU .......................................................................................... V
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... vi
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ................................................................................................ 3

3. NỘI DUNG ĐỀ TÀI ............................................................................................. 3
4.....................................................................................................................
PHẠM VI VÀ ĐỐI TUỢNG NGHIÊN cứu ............................................................ 5
5. PHUƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5
6..................................................................................................................... Ý
NGHĨA ĐỀ TÀI .......................................................................................................... 7
CHUƠNG 1. TÔNG QUAN.............................................................................. 9
1.1. TÔNG QUAN VỀ NUỚC THẢI CBTS ............................................................ 9
1.1.1. Đặc tính nước thải CBTS.............................................................................. 9
1.1.2. Công nghệ xử lý nước CBTS ....................................................................... 14
1.2. Xử lý thành phần dinh dưỡng trong nước thải bằng phưcmg pháp sinh học...... 16
1.2.1. Tác động của các chất dinh dưỡng (N, P)..................................................... 16
1.2.2. Xử lý nito bằng phương pháp sinh học......................................................... 17
1.2.3. Xử lý photpho bằng phưcmg pháp sinh học ................................................. 22
1.2.4.............................................................................................................
Xử lý đồng thời nito và photpho bằng phương pháp sinh học ................................. 25
1.3. Tổng quan về công nghệ AAO - BAF ................................................................ 30
1.3.1. Hệ thống AAO .............................................................................................. 30
1.3.2. Các hệ thống cải tiến AAO ........................................................................... 31
1.3.3.............................................................................................................
Hệ thống tích hợp AAO -BAF ................................................................................. 33
CHUƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHUƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 45
2.1. Sơ ĐỒ NGHIÊN cứu ........................................................................................ 45
2.2. VẬT LIỆU NGHIÊN cứu ................................................................................ 46
2.2.1. Nước thải chế biến thủy sản ......................................................................... 46


11

2.2.2. Bùn cấy ban đầu .......................................................................................... 46

2.2.3. Mô hình nghiên cứu ..................................................................................... 46
2.2.4. Nguyên lý hoạt động mô hình ..................................................................... 51
2.3. Trĩnh tự thí nghiệm............................................................................................ 52
2.3.1. Giai đoạn chạy thích nghi: ........................................................................... 52
2.3.2. Giai đoạn tăng tải và tuần hoàn nitrat .......................................................... 53
2.4. Lấy mẫu và phân tích ........................................................................................ 54
2.4.1. Vị trí lấy mẫu ............................................................................................... 54
2.4.2. Phuơng pháp phân tích mẫu ........................................................................ 54
2.4.3. Phuơng pháp đo MLSS................................................................................ 56
2.4.4. Xử lý số liệu ................................................................................................ 56
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................... 58
3.1. GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI .............................................................................. 58
3.2. GIAI ĐOẠN TĂNG TỈ LỆ TUẦN HOÀN NITRAT ....................................... 60

3.2.1. .............................................................................. H
iệu quả xử lý COD .................................................................................................... 60

3.2.2. .............................................................................. H
iệu quả xử lý nito ...................................................................................................... 62

3.2.3. .............................................................................. H
iệu quả xử lý photpho ............................................................................................... 66

3.2.4. .............................................................................. H
Hiệu suất xử lý ss...................................................................... 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH
PHỤ LỤC B: SỐ LIỆU
PHÂN TÍCH

Ill

DANH MUC HÌNH ẢNH
•

Hình 1. 1 Quy trình chế biến cá tra và basa đông lạnh [9] ......................................... 10
Hĩnh 1. 2 Quy trình chế biến tôm đông lạnh .............................................................. 11
Hĩnh 1. 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nuớc thải CBTS [9] ............................................... 14
Hĩnh 1. 4 Sơ đồ công nghệ xử lý nuớc thải chế biến cá tra, basa fillet đông lạnh.... 16
Hĩnh 1. 5 Quá trình khử photpho ............................................................................... 23
Hình 1. 6 Hệ thống AAO ........................................................................................... 26
Hĩnh 1. 7. Hệ thống Modified Bardenpho.................................................................. 27
Hình 1. 8 Hệ thống UCT ............................................................................................ 28
Hình 1. 9 Hệ thống MUCT ........................................................................................ 28
Hĩnh 1.10. Cấu tạo hệ thống AAO ............................................................................. 30
Hình 1. 11 Cấu tạo hệ thống AAO -BAF ................................................................... 33
Hĩnh 1.12 Mô hĩnh nghiên cứu ảnh huởng tỉ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu quả xử lý
nito trong hệ thống AAO -BAF ................................................................................. 37
Hĩnh 1.13 Mô hĩnh nghiên cứu đánh giá ảnh huởng tỉ lệ COD/N và tỉlệ tuần hoàn
nitrat đến hiệu quả xử lý nito và photpho AAO -BAF ............................................... 38
Hĩnh 1.14 Mô hĩnh nghiên cứu nuớc thải đô thị có lỉ lệ C/N và c/p thấp .................. 39
Hĩnh 1.15 Mô hĩnh nghiên cứu nuớc thải sinh hoạt tỉ lệ C/N thấp ............................ 41
Hĩnh 1. 16 Mô hĩnh nghiên cứu tối ưu tốc độ thổi khí khử nito và loại bỏ photpho
trong nước thải sinh hoat ............................................................................................ 41
Hĩnh 2. 1 Sơ đô nghiên cứu........................................................................................ 45
Hình 2. 2. Mô hình AAO-BAF .................................................................................. 47
Hĩnh 2. 3 các loại giá thế ............................................................................................ 49
Hĩnh 2. 4 Sự phát triển vi sinh vật bám trên giá theBảng 2. 3

Các thôngsố kỹ thuật

của giá thế .................................................................................................................. 49
Hình 2. 5 Mô hình thực tế AAO-BAF ....................................................................... 51
Hĩnh 3.1. Hiệu suất xử lý COD ở giai đoạn thích nghi .............................................. 58
Hĩnh 3. 2 Sự thay đối giá the Anox Kaldnes K3 trong giai đoạn thích nghi ............. 59
Hĩnh 3. 3. Sự thay đối COD qua các ngăn tỉ lệ tuần hoàn ......................................... 60


iv

Hình 3. 4 Hiệu quả xử lý COD tại các tỉ lệ tuần hoàn theo thời gian
.............................................................................................................................
60
Hĩnh 3.5. Nồng
hoàn 100%
Hĩnh 3.6. Nồng
hoàn 200%
Hĩnh 3.7. Nồng
hoàn 300%

độ nito đầu vào và đầu ra tạicác

bể

ở

tỷ

lệ

tuần

bể

ở

tỷ

lệ

tuần

bể

ở

tỷ

lệ

tuần

62
độ nito đầu vào và đầu ra tạicác
63
độ nito đầu vào và đầu ra tạicác
63

Hĩnh 3.8. Hiệusuất xử lý nito ở các tỷ lệ tuần hoàn ........................................63
Hĩnh 3. 9. Sự thay đổi nồng độ TP qua các bể ở các tỷ lệ tuần hoàn ...........66
Hĩnh 3. 10.Hiệu suất xử lý TP theo thời gian ở các tỷ lệ tuần hoàn .............67
Hĩnh 3. 11. Sự thay đổi nồng độ TSS qua các tỷ lệ tuần hoàn .....................69
Hĩnh 3. 12. Sự thay đổi nồng độ MLSS qua các tỷ lệ tuần hoàn ..................71


V

DANH MUC BẢNG BIỂU
•

Bảng 1.1. Thành phần nước thải CBTS [9]................................................................ 13
Bảng 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nitrat hóa ........................................... 18
Bảng 1. 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat ..........................................20
Bảng 1. 4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử photpho ......................................24
Bảng 2. 1 Thành phần nước thải ................................................................................ 46
Bảng 2. 2. Thống số các loại giá thể Kaldnes .............................................................48
Bảng 2. 3. Các

thông số kỹ thuật của giá thể ...........................................................50

Bảng 2. 4. Thông số thiết bị ....................................................................................... 50
Bảng 2. 5. Cácthông số vận hành của mô hình AAO-BAF ........................................53
Bảng 2. 6. Các

chỉ tiêu phân tích ....................................................................54

Bảng 2.1. Các phương pháp phân tích........................................................................ 54
Bảng 3. 1 kết quả xử lý COD qua các tỉ lệ tuần hoàn ................................................ 61

Bảng 3. 2. Ket quả xử lý nito tại các tỷ lệ tuần hoàn ..................................................64
Bảng 3. 3. Kết quả xử lý TP tại các tỷ lệ tần hoàn ......................................................67
Bảng 3. 4. Kết quả xử lý TSS tại các tỷ lệ tuần hoàn..................................................69
Bảng 3.5. Nồng độ sinh khối trong bể hiếu khí và BAF của mô hình kết hợp AAOBAF .............................................................................................................................71


VI

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A/0

Anaerobic/Oxic

A20

Anaerobic/Anoxic/Oxic (Kỵ khí/Thiếu khỉ/Hiếu khi)

A20 - BAF

Anaerobic/Anoxic/Oxic - Biological Aerated Filter

AOB

Amonia Oxidizing Bacteria (Vi khuẩn oxy hóa amonia)

BAF

Biological Aerated Filter

DPAOs

Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms (Vi khuẩn

BOD

tích lũy đồng thời nito, photpho)
Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)

COD

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

bsCOD

Biodegradable soluble Chemical Oxygen Demand

DO

Dissolved Oxygen (Oxy hòa tan)

HTXL

Hệ thống xử lý

HTXLNT

Hệ thống xử lý nuớc thải

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng trong hệ bùn
lỏng)

MLVSS

N-NH4

+

Liquor Volatile Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng bay hơi trong
hệ bùn lỏng)
Ammonium Nitrogen (Ammoni tính theo nitơ)

N-NO2

Nitrite Niotrogen (Nitrit tính theo nitơ)

N-NO3

Nitrate Nitrogen (Nitrat tính theo nitơ)

NOB

Nitrite oxidizing bacteria (Vi khuẩn oxy hóa Nitrite)

NTTS

Nuớc thủy sản

PAOs

Phosphorus accumulating organisms (Vi khuẩn tích lũy

PHB

photpho)
poly- P-hydroxybutyrateư

P-P04í_

Photphate (Photpho tính theo Photphate)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


Vll

SBR

Sequencing Batch Reactor (Bể sinh học theo mẻ)

SRT

Sludge Retention Time (Thời gian lưu bùn)

ss

Suspended Solid (chất rắn lơ lửng)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Total Nitogen (Tổng Nitơ)

TP

Total Phospho (Tổng Photpho)

TP. HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

TSS

Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)

vsv

Vi sinh vật

VFAs

Volatile Fatty Acid (Axit béo bay hơi)

XLNT

Xử lý nước thải

BHTLL

Bùn hoạt tính lơ lững

BHTBD

Bùn hoạt tính bám dính

SVI

Sludge Volume Index

HRT

Thời gian lưu nước


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây ngành Thủy sản tăng trưởng liên tục và đã có những
đóng góp đáng kể trong kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam, góp phần vào việc tăng
trưởng kinh tế của đất nước. Năm 2016, mặc dù không tạo đột biến nhưng ngành xuất
khẩu thủy sản vẫn là ngành sản xuất mũi nhọn của nông nghiệp khi có đóng góp lớn
nhất trong kim ngạch xuất khẩu chung của toàn ngành. Kim ngạch xuất khẩu thủy sản
cả năm đạt trên 7 tỷ USD tăng 6,5% so với cùng kỳ 2015. Trong đó, tôm và cá tra vẫn

là mặt hàng chính của thủy sản, đây là hai mặt hàng chủ lực của Việt Nam, cụ thể:
- Kim ngạch xuất khẩu cá tra cả năm đạt khoảng 1,7 tỷ USD, tăng 6,6% so với
năm 2015;
- Kim ngach tôm đạt trên 3,1 tỷ USD tăng 6,7% so với năm 2015
Đen nay, thủy sản việt nam đã xuất khẩu hơn 161 thị trường trên thế giới. [11] tuy có
đóng góp kinh tế cao nhưng hoạt động của nghành chế biến thủy sản sẽ tiêu thụ một
lượng nước lớn và sinh ra nước thải có tải trọng hữu cơ cao, chủ yếu là những thành
phần dễ phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng N và p. Neu những thành phần này
không dược xử lý triệt để thi sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa với nguồn tiếp nhận
thi việc loại bỏ N và p và các chất dễ phân hủy sinh học là rất cần thiết.
Một số cộng nghệ đã được nghiên cứu có thế loại bỏ đồng thời các chất dinh dưỡng như
N, p, COD và BOD như: quá trình University of cape Town (UTC) [12], Modified
University of cape Town (MUCT) [13], Anaerobic/Anoxic/Oxic (AAO) [14]... Theo
báo cáo “ Hướng dẫn đánh giá sự phù hợp của công nghệ xử lý nước thải và giới thiệu
một số công nghệ xử lý nước thải đối với nghành chế biến thủy sản, Dệt may, Giấy và
bột giấy”của tống cục môi trường đã được đưa ra những nhận xét tống quát rằng những
công nghệ hiện đại đang áp dụng chủ yếu tại các nhả máy XLNT thủy sản là quá trình
bùn hoạt tính bao gồm: bùn hoạt tính truyền thống, kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí, phản
ứng theo mẻ hoặc mương oxy hóa. Đây là những


2

công nghệ vốn phù hợp để xử lý nước thải có nồng độ ô nhiểm ở mức trung bình, phù
hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam. Trong các công nghệ xử lý nước
thải chứa chất ô nhiểm hữu cơ dễ phân hủy sinh học đang được áp dụng hiện nay thi
công nghệ AAO (Anaerobic/Anoxic/Oxic) được xem là một giả pháp phù họp. Công
nghệ AAO được thiết kế dựa trên mô hĩnh động học xử lý các chất dinh dưỡng N, p,
COD và BOD đã được nghiên cứu và áp dụng khá phổ biến ở các nước. Ở Việt Nam,
công nghệ AAO cũng được áp dụng trong một số công trĩnh xử lý nước thải thủy sản

nhưng vẫn còn hạn chế về mặt kỹ thuật khi nước sải sau xử lý không đạt đồng thời các
chi tiêu NH4+-N và các chi tiêu TP. Vĩ vậy việc nâng cao hiệu quả loại bỏ đồng thời
nito và photpho trong công nghệ xử lý nước thải thủy sản đang được triễn khai là cần
thiết [2].
Hệ thống AAO là hệ thống chỉ một đường bùn nên còn hạn chế về việc thỏa mãn
cùng lúc thời gian lưu bùn giữa vsv nitrat hóa và vsv tích lũy photpho. Nói một cách
khác, vsv nitrat hóa cần thời gian lưu bùn dài trong khi vsv tích lũy photpho cần thời
gian lưu bùn ngắn, Hơn nữa, nước thải thủy sản có tỉ lệ N/C tương đối thấp từ 3,6 đến
4,0 nên hệ thống AAO thông thường không thể loại bỏ đồng thời nito và photpho với
hiệu suất cao vĩ khi có dòng tuần hoàn nitrat về bể kỵ khí thi sẽ có sự cạnh tranh nguồn
carbon đầu vào giữa vsv tích lũy photpho và vsv khử nitrat làm giảm hiệu suất loại
bỏ photpho là do vsv khử nitrat có ưu thế hơn

vsv tích lũy photpho đối với nguồn

carbon đầu vào [7].
Công nghệ BAF (Biological Aerobic filter) là sự kết họp giữa quá trình cấp khí
và lọc sinh học của vi sinh vật. Một be BAF thường chứa các giá thế đế xử lý carbon
và nito bằng sinh khôi cố định trong các giá thế và giữa chúng trong các giá thế này.
BAF là một bế phản ứng xáo trộn trong điều kiện hiếu khí, trong đó cung cấp các giá
thế cho vi sinh vật bám vào. Nguyên tắc vận hành cơ bản của BAF dựa vào quá trình
lọc sinh học thông thường trong điều kiện ngập nước. Thông thường, BAF là bế xử lý
nước thải với các giá thế chìm trong đó kết họp giữa việc xử lý nước thải bằng vi sinh
vật hiếu khí và sự phân chia sinh khôi theo chiều dày của lớp vi sinh vât bám dính trên
vât liêu loc.


3

Hệ thống kết hợp kỵ khí/thiếu khí/hiếu khí - lọc sinh học (Anaerobic/Anoxic/Oxic

- Biological Aerated Filter, A20 - BAF) đã được sử dụng nhằm tăng cường hiệu quả xử
lý nito và photpho vĩ đây là hệ thống đến hai đường bùn với đầu ra của be BAF sẽ được
tuần hoàn bùn về bể thiếu khí trong quá trình AAO được vận hành với thời gian lưu
bùn ngắn sẽ giúp oxy hóa sinh học thành phần hữu cơ, khử nitrat, tích lũy photpho; quá
trình BAF được vận hành với thời gian lưu bùn dài sẽ giúp nitrat hóa.
Hệ thống kết hợp AAO-BAF vừa có được các ưu điểm của các quá trình sinh
trưởng lơ lững và dính bám vảu

vsv

vừa giúp các quá trình khử nitrat và tích lũy

photpho xảy ra triệt để. Ngoài ra, khi thể tích bể hiếu khí giảm xuống và thể tích bể
thiếu khí tăng lên trong quá trình AAO vĩ đã có be BAF cũng là bể hiếu khí thi sự xuất
hiện thêm vào của

vsv

tích lũy photpho có khả năng khử nitrat trong bể thiếu khí

(Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms - DP AOs) sẽ giúp loại bỏ đồng
thời cả nito và photpho có trong nước thải [8,9].
Từ những phân tích và nhận định trên đây có thể thấy được hệ thống AAO- BAF
là công nghệ đầy hứa hẹn trong việc loại bỏ đồng thời nito và photpho trong nước thải,
tỉ lệ tuần hoàn nitrat có ảnh hưởng đến hiệu quả lọc sinh học do đó đề tài” Nghiên cứu
ảnh hưởng tỷ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu suất xử lý nito và photpho khi áp dụng công
nghệ AAO-BAF cho xử lý nước thải thủy sản” được đề xuất và thực hiện nhằm góp
phần giải quyết những vấn đề nêu trên như giảm bớt chi phí xử lý và tăng cường hiệu
quả xử lý nito và photpho nhằm đáp ứng các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.
2. MỤC TIÊU ĐÈ TÀI

Đe tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy
sản bằng mô hĩnh AAO-B AF kết hợp qua các tỉ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu quả loại
bỏ nito và photpho đồng thời.
Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ tuần hoàn nitrat đến hiệu suất xử lý N,p có trong nước
thải thủy sản bằng công nghệ AAO-B AF.
3. NỘI DUNG ĐÈ TÀI
Đe tài nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau:


4

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hĩnh nghiên cứu
❖

Nội dung 1: Thiết lập mô hĩnh nghiên cứu

Lập kế hoạch và sơ đồ nghiên cứu
- Chế tạo mô hĩnh nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm với thể tích 54L, trong đó
có thể tích AAO là 36L (Vkykhí^v thiểukhí^v hiểukhí =1:1;2) và thể tích của BAF lá
18L
- Tim nguồn nuớc thải phù hợp, có thể là nuớc CBTS tại nhà máy hoặc nuớc thải giả
lập.
- Tiến hành lấy mẫu và phân tích chỉ tiêu COD trong nuớc thải, chỉ tiêu MLSS trong
bùn truớc khi khởi đông mô hĩnh
❖

Nội dung 2: Vận hành mô hĩnh nghiên cứu với nuớc thải CBTS với tỉ lệ
tuần hoàn nitrat 100% đến 300%

- Giai đoạn chạy thích nghi với các tải trọng từ 0,22kgCOD/m3.ngày và tăng dần tải

trọng hữu cơ đạt 0,5 kgCOD/m3 .ngày, khi hiệu suất xử lý đạt 80% thi kết thúc giai
đoạn chạy thích nghi.
- Sau khi kết thúc giai đoạn chạy thích nghi, vận hành mô hĩnh nghiên cứu với tải trọng
hữu cơ là 0,75kgCOD/m3.ngày. Ở tải trọng hữu cơ này dòng tuần hoàn nitrat sẽ đuợc
bắt đầu, bùn đuợc giữ nguyên với các tỉ lệ tuần hoàn nitrat là: 100%, 200%, 300% từ
bể lắng thứ 2 về bể thiếu khí. Ở giai đoạn này lấy mẫu theo trình tụ kế hoạch đề ra và
phân tích các chỉ tiêu nhu: COD, ss, NH4+, N03-, -N, N02-, TKN, TP, MLSS, đánh
giá ảnh huởng của tỉ lệ dòng tuần hoàn nitrat đến hiệu quả loại bỏ đồng thời nito và
photho
♦♦♦ Nội dung 3: Trình bày kết quả
- Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành tính toán, xử lý số liệu và dụng đồ thị thế hiện
kết quả bằng phần mềm Excel;
- Trình bày và thảo luận các kết quả và đồ thị
- Đánh giá hiệu quả xử lý COD, ss, NH4+, N03-, -N, N02-, TKN, TP, khi thay đổi
tỷ lệ các dòng tuần hoàn nitrat 100%, 200%, 300% từ đầu ra của bể BAF về bể thiếu
khí.


5

4. PHẠM VI VÀ ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN cứu
❖ Đối tượng nghiên cứu
■ Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nước thải giả lập được ủ từ phế phẩm thủy sản và đã được xử lý sơ bộ và qua phân
hủy kỵ khí
- Bùn được nuôi cấy được lấy tại bể xử lý sinh học của trạm xử lý nước thải tập trung
KCN Tân Bĩnh ở Quận Tân Phú, TPHCM. Bùn này có màu nhạt khả năng lắng tốt với
SVK100 và có tỉ lệ MLSS khoảng 0,70.
- Mô hĩnh nghiên cứu được AAO-BAF được chế tạo từ mica ở quy mô phòng thí
nghiệm bao gồm bể kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí, bể lắng 1, bể BAF và bể lắng 2 được

nối tiếp với nhau.
- Giá thể được sử dụng trong mô hĩnh AAO-BAF là Anox Kaldnes K3 (Veolia, Thụy
Điển) được làm từ polyethylene với các thông số kỹ thuật tương ứng là đường kính 25
mm, chiều dày 10 mm, khối lượng riêng 960 kg/m3, diện tích bề mặt riêng 500 m2/m3.
❖

Phạm vi nghiên cứu

- Đe tài nghiên cứu trên mô hĩnh AAO-BAF được tiến hành trên một tải trọng hữu
cơ 0.75kgCOD/m3.ngày với các tỉ lệ tuần hoàn dòng nitrat khác nhau: 100%, 200%,
300% tương ứng với thời gian lưu nước là: 15,43 giờ. Nồng độ COD đầu vào dao động
từ 500-640mg/L.
Mô hình được đặt tại Công ty TNHH Môi Trường Hi-Tech BK, 148 Rạch Bà
Lớn, huyện Bĩnh Chánh, Tp.HCM Tp.HCM Tp.HCM và được vận hành trong điều kiện
nhiệt độ phòng dao động từ 30 - 32°c.
- Việc phân tích mẫu được tiến hành tại phòng thí nghiệm chất lượng nước thuộc
viện nghiên cứu Nuôi trồng Thủy Sản II, 116 Nguyễn Đĩnh Chiểu, quận 1, Tp.HCM.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
♦♦♦ Tống quan tài liệu


6

Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu liên quan từ các nguồn sách báo, giáo trĩnh
từ các tác giả nhu: Nguyễn Thế Đồng, George Tchobanoglous, Franklin L.Burton, H.
David stenseL.và các bài báo khoa học từ các tạp chí khoa học nỗi tiếng nhu:
Bioresource technology, chemical Engineering journal, Journal of Environmental
Sciences... đuợc tham khảo chủ yêu từ web sciencedirect.com và các báo cáo liên quan.
Phân tích, tổng hợp các cơ sở lý thuyết cho việc định huớng nghiên cứu.
❖

Thực nghiệm mô hĩnh

Thiết kế, chế tạo mô hĩnh AAO-BAF bang mica ở quy mô phòng thí nghiệm. Vận hành
với tải trọng hữu cơ 0.75 với các tỉ lệ dòng tuần hoàn nitrat tăng dần từ 100%, 200%,
300%. Sau đó tiến hành lấy mẫu đầu vào và đầu ra của mỗi hệ thống, phân tích các chỉ
tiêu COD, ss, N-NH4+, N-N02\ N-N03\ TKN, TP ở mỗi tỉ lệ dòn tuần hoàn khác nhau.
Khảo sát sự ảnh huởng của các tỉ lệ tuần hoàn đến hiệu quả xử lý của mô hĩnh nghiên
cứu.
Tiến hành thu thập các số liệu, các bài báo nghiên cứu có liên quan đến tỉ lệ thể tích tôi
uu của hệ thống AAO, giá thể trong BAF và các tài liệu về thiết kế, từ đó lựa chọn tải
trọng và tỉ lệ dòng tuần hoàn phù hợp với mô hĩnh AAO-BAF và tính toán đuợc các
thông số thiết kế.
♦♦♦ Lấy mẫu phân tích
Mẩu nuớc đuợc lấy tại các vị trí: đầu vào, đầu ra của mô hĩnh. Các chỉ tiêu đuợc
phân tích theo các phuơng pháp trong QCVN kết hợp với Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA và AWWA).
♦♦♦ Đối chiếu so sánh
Các tài liệu, số liệu từ lý thuyết và các công trình nghiên cứu có liên quan đến
đề tài đuợc dùng làm tu liệu đối chiếu và so sánh. Từ đó đua ra những đánh giá khách
quan về hiệu quả hoạt động của mô hình nghiên cứu.
❖

Xử lý số liệu


7

Số liệu được trình bày trong luận văn là giá trị trung bĩnh từ ba lần thí nghiệm.
Độ lệch chuẩn của các thông số khảo sát được tính toán bằng phần mềm Excel. Độ tin

cậy của các số liệu thực nghiệm nằm ở mức 95 - 98%.
6. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
♦♦♦ Ý nghĩa khoa học
Tạo thời gian lưu bùn phù hợp cho PAOs và vsv nitrat hóa nhờ thời gian lưu
bùn khác nhau, ở bể hiếu khí và bể BAF, giải quyết được vấn đề cạnh tranh nguồn
cacbon đầu vào giữa PAOs và vsv khử nitrat.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở lý thuyết để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải thủy
sản khi kết hợp công nghệ AAO và BAF với tỷ lệ dòng tuần hoàn Nitrat khác nhau. Từ
đó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu, triễn khai thực tế đẩ cải thiện các hệ thống xử lý
nước thải thủy sản và các nguồn thải có chứa nồng đô Nito và Photpho cao. Đồng thời
nghiên cứu được tỉ lệ tuần hoàn thích hợp để nâng cao hiệu quả xử lý Nitrat.
♦♦♦ Ý nghĩa thực tiễn
Khi đề tài đạt được các mục tiêu đề ra, khả năng ứng dụng của hệ thống kết họp
này vào thực tiễn là rất lớn. Ket quả nghiên cứu của đề tài góp phần cải thiện những
khía cạnh sau:
-

về mặt kỹ thuật: Hệ thống kết hop AAO-BAF là hệ thống kết họp giữa sinh trương

lơ lững và sinh trương bám dính có khả năng xử lý đồng thời COD, nito và photpho.
Nâng cao chất lượng nước thải sau xử lý, đạt QCVN 11- MT:2015/BTNMT.
-

về mặt kinh tế: Hệ thống kết họp AAO-BAF có thời gian lưu bùn ngắn, do đó tiết

kiệm được thời gian và chi phí vận hành hệ thống.
-

về mặt môi trường: Áp dụng công nghệ AAO-BAF trong xử lý nước thải CBTS góp

phần giảm lượng bùn thải, giảm áp lực trong xử lý bùn.
7. Tính mới của đề tài
Sự kết họp BAF (lọc sinh học) vào hệ thống AAO (kỵ khí/thiếu khí/hiếu khí) thông
thường đế tạo ra hệ thống kết họp AAO-BAF (kỵ khí/thiếu khí/hiếu khí - lọc sinh


8

học) nhằm tăng cường hiệu quả loại bỏ nito và photpho đồng thời được ứng dụng trong
xử lý nước thải CBTS là có tính mới.


9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CBTS
1.1.1. Đặc tính nước thải CBTS
Ngành chế biến thủy sản là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của Việt
Nam và đóng vai trò quan trọng trong phát triễn kinh tế. Ngành thủy sản hiện tại chiếm
4% GDP, 8% xuất khẩu và 9% lực luợng lao động ( khoảng 3,4 triệu nguời) của cả
nuớc. Nhóm hàng chủ đạo trong xuất khẩu thủy sản của Việt Nam là cá tra, cá basa,
tôm và các động vật thân mềm nhu mực bạch tuộc...[9].
Cùng với sự đa dạng về các mặt hàng thủy hải sản thi công nghệ chế biến và nuớc thải
của mỗi nhà máy là khác nhau, thùy theo loại nguyên liệu, mặt hàng sản xuất, và yêu
cầu chất luợng sản phẩm. Những nhà máy lớn thuờng sản xuất một mặt hàng nhu nhà
máy chế biến cá tra, cá basa hay tôm đông lạnh, đa cố các nhà máy đều có nguồn nguyên
liệu cố định. Các mặt hàng tổng hợp hoặc các sản phẩm giá trị gia tăng thuờng thích
hợp các nhà máy vừa và nhỏ. Các cơ sở chế biến thủy sản có thể đơn giản hoặc phức
tạp đều giống nhau về công nghệ sản xuất [9]. Một số quy trình tổng quát chế biến cá
tra và basa fillet đông lạnh, tôm đông lạnh đuợc trình bày duới đây.

Đối với quy trình chế biến tôm (hĩnh 1.1) thi công đoạn rữa tôm và ngâm tôm tạo ra
nuớc dịch tôm và nuớc thải có thành phần và nồng độ các chất ô nhiểm cao. Trong quá
trình chế biên tôm, một số cty sử dụng dung dịch tripolyphotphat đế ngâm tôm và sau
đó dung dịch này đuợc thải bỏ vĩ thế luợng nuớc thải thuờng có nồng độ photpho cao.
Ngoài ra, theo yêu cầu sản xuất thì quá trình vệ sinh thiết bị, vệ sinh khu vục sản xuất
cũng phát sinh một luợng nuớc thải lớn chứa các chất khử trùng. Riêng quá trình lột vỏ,
ngắt đầu cũng tạo nên một luợng chất thải rắn có kích thuớc nhỏ và khó thu gom.


10

Nguyên liệu

Ỷ

Thành phâm

Hình 1.1 Quy trình chế biến cá tra và basa đông lạnh [9].