Nghiên cứu khả năng xử lý nườc thải chế biến thủy sản bằng mô hình stick bed và swim bed

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MAI THÀNH LN
MSHV : 11250519

KHĨA : 2011

CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG MƠ HÌNH
STICK – BED VÀ SWIM – BED

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
PGS. TS. NGUYỄN TẤN PHONG;

TS. ĐẶNG VŨ BÍCH HẠNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN THẾ VINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM

ngày 26 tháng 01 năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS. LÂM MINH TRIẾT (CT)
2. TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG (TK)
3. TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG (PB1)
4. TS. NGUYỄN THẾ VINH (PB2)
5. PGS.TS. NGUYỄN TẤN PHONG (UV)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Trưởng khoa quản lý ngành


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập ‐ Tự Do ‐ Hạnh Phúc 

 

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: MAI THÀNH LUÂN

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 22/10/1986

Nơi sinh : Bắc Ninh

Chun ngành : CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG
Khố : 2011
1- TÊN ĐỀ TÀI: nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng mơ hình

Stick – bed và Swim – bed
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Phospho, SS có trong nước thải chế biến thuỷ
sản của mơ hình theo từng tải trọng khác nhau.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/07/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/12/2012
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PSG.TS. Nguyễn Tấn Phong,
TS. Đặng Vũ Bích Hạnh

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
 
 

 
PGS. TS. Nguyễn Tấn Phong TS. Đặng Vũ Bích Hạnh

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành được luận văn này, tơi chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Tấn
Phong đã tận tình hướng dẫn, tài trợ kinh phí thực hiện từ khi đề tài được giao cho đến
khi hồn thành.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, các Cô tại Khoa Mơi Trường, Đại Học Bách
Khoa TP. Hồ Chí Minh; những kiến thức quý báu mà các Thầy, các Cô đã truyền đạt là
nền tảng vững chắc cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các Anh, các Chị tại phịng Thí nghiệm Khoa Mơi Trường đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài khi mơ hình thí nghiệm được hoạt động
tại đây.
Bên cạnh đó, chân thành cám ơn bạn Duy, Hiền đã hỗ trợ và giúp đỡ tơi trong
suốt q trình vận hành và phân tích kết quả của mơ hình thí nghiệm.
Cuối cùng, xin cảm ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình của tơi,
những người đã ln ở bên tơi, hỗ trợ và động viên để tơi có thể hồn thành tốt nhiệm
vụ học tập.
Chân thành cảm ơn!
TP.HCM, Ngày 02 tháng 1 năm 2013

Mai Thành Luân


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thuỷ sản bằng mơ hình
kết hợp Swim – bed và Stick – bed. Mơ hình được thiết kế bao gồm 4 bể: bể kỵ khí, bể
thiếu khí và bể hiếu khí, mỗi bể có thể tích 10 lít sau cùng là bể lắng với thể tích 2,5 lít.
Bể kỵ khí và bể thiếu khí sử dụng công nghệ Stick – bed với BioFix làm giá thể, cịn bể
hiếu khí sử dụng cơng nghệ Swim – bed dùng giá thể BioFringe. Nước thải nghiên cứu
được lấy từ chợ cá Tân Chánh Hiệp, Quận 12, thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu
được thực hiện từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2012 tại phịng thí nghiệm Cơng nghệ môi

trường, khoa môi trường, Đại học Bách Khoa tp.Hồ Chí Minh.
Mơ hình được vận hành chạy thích nghi trong thời gian 30 ngày với tải trọng
COD từ 1,5 – 2 kgCOD/m3.ngày. Sau đó tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý của mơ
hình đối với chất hữu cơ, ammonia, q trình nitrate hố, khử nitrate và q trình loại
bỏ phospho trong nước thải theo các tải trọng COD từ 3,5; 4,5; 5,5; 6,5
kgCOD/m3.ngày.
Kết quả quá trình thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý COD là trên 95%, SS
trên 93%. Hiệu suất xử lý phospho của hệ thống chưa cao chỉ hơn 43%, với nồng độ
đầu ra thấp nhất là 7,5 mg/l. Khả năng xử lý TKN trên 79% và ammonia trên 65%, tuy
nhiên nồng độ ammonia đầu ra còn khá cao khoảng 37,3 mg/l nên chưa đạt tiêu chuẩn
để xả thải.


ABSTRACT
The thesis is about the research on the capability of aquatic wastewater
treatment by combined model between “Swim – bed” and “Stick – bed”. The pilot –
scale is designed with 4 tanks: anaerobic tank, anoxic tank and aerobic tank which has
10 litres volume each and the last is the settling tank with 2,5 litres volume. Anaerobic
tank and anoxic tank use Stick – bed technology with Biofix material as biomass
carrier, whilst aerobic tank uses Swim – bed technology using BioFringe material as
biomass carrier. wastewater was taken from the Tan Chanh Hiep fish market, Dist. 12,
HCMC. The research was conducted from the July to December of 2012 at The
Environmental Techonology laboratory, Environment Faculty, HCMC University of
Techonology.
The pilot – scale was run to adapt in 30 days with loading capacity COD from
1,5 -2 kg COD/m3.day. Then it was taken to evaluate the efficiency of the model to
removal organic,

ammonia, nitrification, denitrification and phosphorus in the

wastewater with different loading capacity COD: 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 kgCOD/m3.day.
The result of the experimentation shows that the removal effectivity of COD is
more than 95%, SS more than 93%. The removal effectivity of processing phosphor of
the system is not high, just more than 43%, with the lowest output concentration is 7,5
mg/l. The capability of removal TKN is more than 79% and ammonia more than 65%,
but the output ammonia concentration is quite high, approximately 37,3 mg/l so it is
not qualified enough to dismiss to environment.


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................1
DANH MỤC BẢNG................................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1 .............................................................................................................................................5
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................................5
1.1 

Giới thiệu .................................................................................................................................5 

1.2 

Mục tiêu ...................................................................................................................................6 

1.3 

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................6 

1.4 

Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................................6 

1.5 

Phương pháp nghiên cứu........................................................................................................6 

1.5.1 

Phương pháp nghiên cứu hồi cứu...................................................................................6 

1.5.2 

Phương pháp phân tích ...................................................................................................6 

1.5.3 

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình....................................................7 

1.5.4 

Phương pháp xử lý số liệu và nhận xét...........................................................................7 

1.6 

Tính mới của đề tài .................................................................................................................7 

1.7 

Tính khoa học và thực tiễn của đề tài....................................................................................7 

1.7.1 

Tính khoa học....................................................................................................................7 

1.7.2 

Tính thực tiễn ....................................................................................................................7 

CHƯƠNG 2 .............................................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THUỶ SẢN VÀ QUÁ
TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED ..................................................................................................9
2.1 

Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản ................................................9 

2.1.1 

Quy trình sản xuất............................................................................................................9 

2.1.2 

Thành phần của nước thải chế biến thủy sản ............................................................. 10 

2.2 

Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải thuỷ sản ............................................................11 

2.2.1 

Phương pháp cơ học ..................................................................................................... 11 

2.2.2 

Phương pháp hoá lý ...................................................................................................... 12 

i 
 


2.2.3 

Các phương pháp sinh học ........................................................................................... 13 

2.2.4 

Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải.............................................. 16 

2.2.5 

Một số quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng ....................... 25 

2.2.6 

Một số nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ sản .............. 27 

2.3 

Tổng quan về Swim – bed BioFringe và Stick – bed BioFix..............................................28 

2.3.1 

Tổng quan về Swim – bed BioFringe ........................................................................... 28 

2.3.2        Tổng quan về Stick bed – BioFix .................................................................................... 31 
2.3.3 

Các q trình xử lý trong mơ hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed ...................... 32 

2.4 
Tình hình nghiên cứu ứng dụng mơ hình Swim – bed và Stick – bed trong và
ngoài nước..........................................................................................................................................36 
2.4.3 

Nghiên cứu trong nước................................................................................................. 36 

2.4.4 

Nghiên cứu ngoài nước ................................................................................................ 38 

CHƯƠNG 3 ...........................................................................................................................................42
NỘI DUNG VÀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU .......................................................................................42
3.1. 

Đối tượng nghiên cứu............................................................................................................42 

3.2. 

Mơ hình nghiên cứu ..............................................................................................................42 

3.2.1 

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống ..................................................................... 42 

3.2.2 

Thuyết minh hoạt động của mơ hình ........................................................................... 44 

3.2.3 

Cấu tạo mơ hình chi tiết................................................................................................ 46 

3.2.4 

Chi tiết các giá thể Biofix và BioFringe trong mô hình .............................................. 47 

3.3 

Phương pháp lấy mẫu, phân tích và xử lý số liệu...............................................................48 

3.3.1 

Phương pháp lấy mẫu................................................................................................... 48 

3.3.2 

Phương pháp phân tích ................................................................................................ 48 

3.3.3 

Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................................ 49 

3.4 

Nội dung thí nghiệm..............................................................................................................52

CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................................................................54
4.1 

Giai đoạn thích nghi của mơ hình........................................................................................54 

4.2 

Giai đoạn khảo sát chính ......................................................................................................59 

4.2.1 

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý COD.................................................................... 59 

ii 
 


4.2.2 

Khả năng xử lý Nitơ...................................................................................................... 63 

4.2.3 

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý TKN .................................................................... 66 

4.2.4 

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý phospho .............................................................. 68 

4.2.5 

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý SS........................................................................ 70 

4.2.6 

Hiệu quả duy trì MLSS trong quá trình nghiên cứu ................................................... 71 

4.2.7 

So sánh hiệu suất qua các tải trọng khác nhau của mơ hình ..................................... 72 

CHƯƠNG 5 ...........................................................................................................................................73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................73
5.1 

Kết luận..................................................................................................................................73 

5.2 

Kiến nghị ................................................................................................................................74 

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................75
CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU .......................................................................77
PHỤ LỤC...............................................................................................................................................78 

 

iii 
 


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hịa tan

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solids

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn

hoạt tính

MLVSS

Mixed Liquor VolatileSuspended Solids Cặn bay hơi của hỗn hợp bùn
hoạt tính

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SS

Suspended Solids

Chất rắn lơ lửng

SVI

Sludge Volumn Index

Chỉ số thể tích bùn lắng

TKN

Total Kjendahl Nitrogen

Tổng nitơ Kjendahl

TN

Total Nitrogen

Tổng Nitơ

TP

Total Phosphorus

Tổng phospho

TSS

Total Suspended Solids

Tổng chất rắn

HRT

Hydraulic Retention Time

Thời gian lưu nước

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lưu bùn

PAOs

Phosphate Accumulation Organisms

Vi sinh vật tích luỹ phospho

VFAs

Volatile Fatty Acids

Acid béo dễ bay hơi

1 
 


DANH MỤC BẢNG
 

Bảng 3.1 các thông số thiết kế của mơ hình

46

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích.

47

Bảng 4.1 kết quả phân tích trung bình các chỉ số giai đoạn thích nghi
với tải trọng 1,5 kgCOD/m3.ngày

54

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm trung bình của giai đoạn thích nghi
với tải trọng 2,5 kgCOD/m3.ngày

54

Bảng 4.3 Chỉ số SVI của bùn trong giai đoạn thích nghi

55

Bảng 4.4 tải trọng COD trung bình đưa vào mơ hình và hiệu suất xử lý
trung bình của mơ hình

58

Bảng 4.5 hiệu quả xử lý ammonia trung bình trong các tải trọng khác nhau

62

Bảng 4.6 Hiệu quả xử lý TKN trung bình theo từng tải trọng

66

Bảng 4.7 Hiệu quả xử lý phospho trung bình của mơ hình qua từng tải trọng

67

Bảng 4.8 Hiệu quả xử lý SS trung bình của mơ hình qua từng tải trọng

69

Bảng 4.9 Nồng độ MLSS trong các bể phản ứng theo từng tải trọng.

70

Bảng 4.10 Chỉ số SVI trung bình trong các trường hợp nghiên cứu

70

2 
 


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ chế biến thuỷ sản

8

Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ AAO.

24

Hình 2.3 sơ đồ cơng nghệ của phương pháp kênh ơxy hố tuần hồn

25

Hình 2.4 Hình vật liệu bám dính BioFringe

28

Hình 2.5 Hình vật liệu bám dính BioFringe trước và sau khi bám bùn

28

Hình 2.6 Cấu tạo vật liệu bám dính BioFix

30

Hình 2.7 Sơ đồ diễn tả 4 giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí

32

Hình 2.8 Q trình chuyển hố nitơ trong nước bởi vi sinh vật.

34

Hình 2.9 Mơ hình thí nghiệm của Joseph D. Rouse

38

Hình 3.1 sơ đồ nguyên lý của hệ thống mơ hình thực nghiệm

41

Hình 3.2 Mơ hình thực tế lúc chạy khơng tải

42

Hình 3.3 Mơ hình lúc vận hành thực tế

43

Hình 3.4 Sơ đồ thiết kế của mơ hình

45

Hình 3.5 Cấu tạo thực thế của giá thể

47

Hình 4.1 Chỉ số SVI của bể hiếu khí trong giai đoạn thích nghi

55

Hình 4.2 Khả năng xử lý COD của mơ hình trong giai đoạn thích nghi

56

Hình 4.3 Hiệu suất của mơ hình và của bể kỵ khí.

56

Hình 4.4 Khả năng xử lý COD của bể kỵ khí.

59

3 
 

Hình 4.5 Nồng độ đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý của bể hiếu khí.

60

Hình 4.6 Các thơng số xử lý COD của tồn bộ hệ thống

61

Hình 4.7 Hiệu suất xử lý COD của mơ hình qua từng giai đoạn

61

Hình 4.8 Hiệu suất xử lý ammonia và các thơng số đầu vào đầu ra của hệ thống

63

Hình 4.9 Hiệu quả xử lý nitrate và các chỉ số đầu vào đầu ra của hệ thống

65

Hình 4.10 Hiệu quả xử lý TKN của hệ thống và các thông số đầu vào, đầu ra

66

Hình 4.11 Hiệu quả xử lý phospho của mơ hình.

68

Hình 4.12 Hiệu quả xử lý SS của mơ hình.

69

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của các chỉ tiêu khác nhau trong từng tải
trọng khác nhau.

71

4 
 


CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu
Công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành công nghiệp phát triển
khá mạnh ở khu vực phía Nam. Nó mang lại những lợi ích to lớn về kinh tế, xã hội.
Đây là ngành quan trọng trong xuất khẩu của Việt Nam, ước tính năm 2010 kim ngạch
xuất khẩu thuỷ sản lên tới 5 tỷ USD. Do đặc trưng của ngành phải sử dụng lượng nước
lớn trong quá trình chế biến nên nước thải với lưu lượng lớn, nồng độ chất ô nhiễm
cao. Nếu nước thải này không được xử lý và thải trực tiếp ra môi trường sẽ tác động
xấu đến sức khoẻ cộng đồng, chất lượng mơi trường và có thể gây mất cân bằng sinh
thái.
Thơng thường để kiểm sốt tải trọng hữu cơ thường sử dụng công nghệ xử lý
truyền thống như các q trình bùn hoạt tính hoặc những cải tiến địi hỏi nhu cầu về
năng lượng, chi phí và kỹ thuật vận hành cao. Trong khi đó đa số các nước đang phát
triển lại thiếu thốn về nguồn năng lượng và kỹ thuật. Bể phản ứng kỵ khí ln được ưu
tiên chọn lựa vì nó là một cơng nghệ sinh học tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành
thấp và khơng cần kỹ thuật vận hành cao và có khả năng xử lý được những nguồn nước
có tải trọng hữu cơ cao.
Từ những tình hình thiết thực đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu và ứng dụng

các công nghệ tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp dành cho xử lý nước thải chế biến
thủy sản nhằm giải quyết cả hai vấn đề là bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền
vững là rất cần thiết. Đề tài “nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản
bằng mơ hình Stick – bed và Swim – bed” được thực hiện nhằm tìm ra một phương

5 
 


pháp có tính ứng dụng thực tiễn được áp dụng cho ngành chế biến thủy sản tại Việt
Nam
.
1.2 Mục tiêu
- Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, phospho và SS của nước thải chế
biến thuỷ sản bằng mô hình kết hợp Swim – bed và Stick – bed.
- So sánh khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm của mơ hình ứng với các tải trọng
COD tăng dần 3,5; 4,5; 5,5; 6,5 kgCOD/m3.ngày.
1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Nước thải có thành phần chất hữu cơ cao và giàu chất dinh
dưỡng.
- Đối tượng nghiên cứu cụ thể: nước thải thuỷ sản được thu thập từ chợ Tân
Chánh Hiệp, quận 12, TP.HCM.
1.4 Nội dung nghiên cứu
- Xác định khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Phospho và SS trên mơ hình.
- Chọn thơng số tối ưu cho việc vận hành mơ hình.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Phương pháp nghiên cứu hồi cứu
Tham khảo, tổng hợp số liệu về thành phần tính chất nước thải cơng nghiệp theo
các tài liệu trong và ngồi nước. Tìm hiểu nghiên cứu các cơng nghệ xử lý nước thải,
những nghiên cứu đã được thực hiện trong và ngoài nước.

Thu nhập, tìm hiểu các nghiên cứu đã được thực hiện về xử lý loại bỏ nitơ,
phospho trong nước thải cũng như các cơng trình đã áp dụng trên tồn thế giới để có cơ
sở và phương hướng nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam.
1.5.2 Phương pháp phân tích
6 
 


Các chỉ tiêu lý hố được phân tích trong suốt quá trình nghiên cứu. Các chỉ tiêu
nghiên cứu cụ thể như: pH, COD, NO2-, NO3-, TKN, TP, MLSS, NH4+ được xác định
trong nghiên cứu.
1.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình
Mơ hình nghiên cứu được xây dựng bằng nhựa trong suốt, đảm bảo các điều
kiện sinh trưởng cũng như hoạt động của vi sinh trong nghiên cứu. Nước thải thực
cung cấp chạy cho mơ hình nghiên cứu. Các mẫu phân tích được lấy từ mơ hình, phân
tích các chỉ tiêu nghiên cứu.
1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu và nhận xét
Từ số liệu thơ tính tốn hiệu suất xử lý, hiệu suất chuyển hố của các q trình,
vẽ đồ thị, đưa ra những phân tích, nhận xét đánh giá và kết luận.
1.6 Tính mới của đề tài
Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí đã được ứng dụng
nhiều trong các hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp trong đó có ngành chế biến thuỷ
sản. Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mơ hình kết hợp Swim – bed
và Stick – bed với 2 loại vật liệu mang là BioFringe (mơ hình Swim – bed) và BioFix
(mơ hình Stick – bed) là hồn tồn mới.
1.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
1.7.1 Tính khoa học
Tồn bộ kết quả của đề tài được rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học
rõ ràng, xứ lý số liệu thông qua quy hoạch thực nghiệm và các phương pháp thống kê
tốn học nên đảm bảo tính khoa học của đề tài.

1.7.2 Tính thực tiễn

7 
 


Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cơ sở lựa chọn công nghệ cho xử lý nước thải chế
biến thuỷ sản.

8 
 


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ
BIẾN THUỶ SẢN VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED
2.1

Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

2.1.1 Quy trình sản xuất
Ngun liệu
thơ
Rã đơng
Rửa

Nước

Nước thải

Nước thải, máu, mỡ

Sơ chế
Phân cỡ, loại

Xương, vây, vỏ, dầu,
mỡ, máu, nguyên liệu
không đủ chất lượng,
tạp…

Làm sạch và
kiểm tra
Thành phẩm
Nước thải
Sản phẩm tươi

Đóng gói, hộp

Bảo quản

Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ chế biến thuỷ sản
9 
 


2.1.2 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản
Thành phần, tính chất của nước thải thủy sản phụ thuộc vào quy trình, cơng
nghệ chế biến thủy sản và loại động vật thủy sản. Những vấn đề mơi trường chính có
liên kết với q trình chế biến thủy sản là việc sử dụng nhiều nước, tiêu thụ năng
lượng, và việc sinh ra nước thải có nồng độ hữu cơ cao do sự tồn tại của dầu, protein và

SS. Nước thải cũng có thể chứa phospho, nitrate và clo cao. Nước thải có mức độ ơ
nhiễm cao do trong thời gian chất thải ở dạng rắn tiếp xúc với nước chứa máu và chất
béo, nước được sử dụng để rửa và bôi trơn máy.
Việc lọc bỏ da những loại cá nhiều mỡ thải ra khối lượng dầu lớn vào trong
nước thải. Quy trình lọc bỏ da đóng góp khoảng 1/3 tổng số lượng chất ô nhiễm hữu cơ
trong nước thải của q trình róc xương cá. Tỷ lệ và đặc điểm của quy trình gây ra
nước thải phụ thuộc nhiều vào quá trình sản xuất.
Dựa vào quy trình sản xuất, nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác
nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Cả ba
loại nước thải trên đều có tính chất gần tương tự nhau. Trong đó nước thải sản xuất có
mức độ ơ nhiễm cao hơn cả. Nước thải của phân xưởng chế biến thuỷ sản có hàm
lượng COD dao động trong khoảng từ 300- 3000 (mg/L), giá trị điển hình là 1500
(mg/L), hàm lượng BOD5 dao động từ 300-2000 (mg/L), giá trị điển hình là 1000
(mg/L). Trong nước thường có các vụn thuỷ sản và các vụn này dễ lắng, hàm lượng
chất rắn lơ lửng dao động từ 200-1000 (mg/L), giá trị thường gặp là 500 (mg/L). Nước
thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nitơ khá cao từ 50-200
(mg/L), giá trị điển hình là 30 (mg/L).
Ngồi ra, trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản có chứa các thành
phần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ các
acid béo khơng bảo hồ, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm về mặt cảm
quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân làm việc. Đối với các công ty
10 
 


thủy sản có sản xuất thêm các sản phẩm khơ, sản phẩm đóng hộp thì trong dây chuyền
sản xuất sẽ có thêm các cơng đoạn nướng, luộc, chiên thì trong thành phần nước thải sẽ
có chất béo, dầu.
Nước thải từ những nhà máy chế biến thủy sản có mức độ ô nhiễm cao hơn
nhiều so với những tiêu chuẩn của nước thải công nghiệp B đối với ngành nuôi trồng

thủy sản (QCVN 11 : 2008/BTNMT), ví dụ BOD5 cao hơn từ 10 – 20 lần so với tỉ lệ
cho phép, và COD cao hơn từ 9 – 15 lần. Tổng lượng Ni-tơ gần như ngang bằng với tỷ
lệ tiêu chuẩn hoặc hơn khoảng 7 lần, chỉ số P cao hơn khoảng 5 – 7 lần, dầu: cao hơn
10 – 150 lần so với tỉ lệ cho phép. Tuy nhiên, đáng chú ý là mức độ cao nhất trong các
công đoạn chế biến thủy sản bằng với tỷ lệ ô nhiễm trung bình của nước thải trong
những ngành cơng nghiệp khác, ví dụ như ngành dệt và may mặc, ngành thuộc da, và
giày dép, v.v.
Dựa trên nghiên cứu và những số liệu về tỷ lệ ô nhiễm của nước thải của ngành
chế biến thủy sản, phân lượng vi sinh vật như Coliform cao hơn 100 – 200 lần so với tỷ
lệ cho phép, vì nước thải từ việc chế biến thủy sản có phân lượng protein, lipid cao, và
là mơi trường ưa thích cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt trong khí hậu nóng ẩm của
Việt Nam. Trong những cơng ty chế biến thủy sản đơng lạnh, có 1 lượng nhỏ Clo được
sử dụng để rửa nhà xưởng. Tuy nhiên, thành phần nước thải chế biến thủy sản chênh
lệch lớn giữa các quy trình chế biến và nguồn nguyên liệu chế biến.
2.2

Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải thuỷ sản
Nước thải chế biến thuỷ sản nhìn chung có nhiều dầu mỡ, cặn lơ lửng, chất dinh

dưỡng và nồng độ chất hữu cơ cao. Công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản
thường phải kết hợp nhiều quá trình để xử lý đạt yêu cầu tiêu chuẩn đầu ra: phương
pháp cơ học, hoá lý và sinh học.
2.2.1 Phương pháp cơ học

11 
 


Phương pháp cơ học sử dụng trong xử lý nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là
các hệ thống lọc, tách rác thơ, dầu mỡ.

Cặn rác có trong nước thải giết mổ phần lớn là do vẩy cá, vây cá, thịt vụn, phân
cá… Nếu không loại bỏ các thành phần này sẽ gây ảnh hưởng lớn đến hệ thống xử lý
như bơm, đường ống. Thiết bị tách cặn, rác thường dùng là các song chắn rác thủ công
hay máy tách rác.
Ngồi ra, trong nước thải cịn có các thành phần dầu mỡ không tan trong nước,
lâu ngày sẽ phân huỷ tạo mùi hơi thối, đóng váng trong đường ống, gây tắc nghẽn ống
hoặc chiếm diện tích mặt thống của các bể xử lý làm ảnh hưởng đến các quy trình xử
lý sinh học phí sau.
2.2.2 Phương pháp hố lý
Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hố lý là áp dụng các
q trình vật lý và hố học để loại bớt các chất ơ nhiễm ra khỏi nước thải. Các quá
trình thường được áp dụng trong xử lý nước thải chế biến thuỷ sản là: keo tụ, tạo bông,
tuyển nổi…
Keo tụ tạo bông
Phương pháp sử dụng một số hố chất như phèn nhơm, phèn sắt, polymer có tác
dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng
lớn hơn, dễ lắng hơn, qua đó loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải.
Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất
của nước thải cũng như tính chất của chất cần loại bỏ. Trong một số trường hợp các
chất phụ trợ có tác dụng điều chỉnh pH của nước thải tới mức pH tối ưu cho quá trình
keo tụ và tạo bông.

12 
 


Ở một vài trường hợp phương pháp này cho phép loại bớt màu của nước thải
nếu có kết hợp với vài chất phụ trợ khác.

Tuyển nổi

Đây là phương pháp được áp dụng khá rộng rãi nhằm loại các chất rắn lơ lửng
mịn, dầu mỡ ra khỏi nước thải. Phương pháp tuyển nổi thường được áp dụng trong xử
lý nước thải có chứa nhiều dầu mỡ.
Bản chất của q trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và được áp dụng
trong quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện. Các chất lơ lửng, dầu, mỡ
sẽ được đưa lên bề mặt nước qua lực nâng của các bọt khí.
Một số phương pháp tuyển nổi thơng thường là:
-

Tuyển nổi chân khơng

-

Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hồ tan)

-

Tuyển nổi cơ giới

-

Tuyển nổi với cung cấp khơng khí qua các vật liệu xốp

-

Tuyển nổi điện

-

Tuyển nổi sinh học

-

Tuyễn nổi hố học

-

Trong đó phương pháp tuyển nổi bằng khí tan thường được áp dụng nhiều hơn.

2.2.3 Các phương pháp sinh học
Bản chất của q trình xừ lý chất ơ nhiễm trong nước thải bằng phương pháp sinh học
là tận dụng khả năng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các hợp chất hữu cơ và một
số chất khống làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Có thể chia vi sinh vật thành
3 nhóm và tương ứng thành 3 phương pháp xử lý sinh học như sau:

13 
 


- Phương pháp hiếu khí (aerobic)
- Phương pháp kỵ khí (anaerobic)
- Phương pháp thiếu khí (anoxic)

Các phương pháp hiếu khí (aerobic)
Nguyên tắc của phương pháp xử lý hiếu khí là vi sinh vật sống trong điều kiện
bắt buộc phải có oxi hoà tan đồng thời phân huỷ, sử dụng các chất hữu cơ làm chất
dinh dưỡng cho cơ thể, qua đó làm giảm đi nồng độ chất hữu cơ trong nước thải. Điều
này được thể hiện khái quát qua công thức sau:
Chất hữu cơ + vi sinh vật + O2 Æ H2O + CO2 + sinh khối + chất vô cơ ổn định
Các phương pháp xử lý hiếu khi thường được sử dụng:

- Phương pháp bùn hoạt tính (activated sludge)
- Phương pháp phân huỷ sinh học đệm cố định (fixed bed bioreactor)
- Phương pháp phân huỷ sinh học đệm lơ lửng (moving bed bioreactor)
- Phương pháp lọc sinh học (trickling filter)
Các phương pháp kỵ khí (anaerobic)
Thường được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ các chất hữu cơ đậm đặc
(BOD từ 10.000 - 20.000 mg/l) hoặc loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của
nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí.
Q trình phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện kỵ khí thường xảy ra theo 2 q
trình chính:
Q trình lên men acid:

14 
 


Thuỷ phân và chuyển hoá các sản phẩm thuỷ phân (như acid béo, đường…)
thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí carbonic (CO2).
Q trình lên men methan :
Phân huỷ các chất hữu cơ thành khí methan (CH4) và cacbonic (CO2).
Chất hữu cơ + Vi sinh vật Ỉ CH4 + H2O + CO2 + Sinh khối
(trong q trình phân huỷ kỵ khí thường kéo theo các sản phẩm như: N2, H2,H2S,NH3,
indol, mecaptan)
Các phương pháp kỵ khí thường hay sử dụng :
- Kỵ khí kiểu tiếp xúc (Anaerobic Contact).
- Bể phản ứng kỵ khí có đệm dãn (Fluidized Bed)
- Kỵ khí kiểu đểm bùn dịng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Các q trình thiếu khí (anoxic)
Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh
dưỡng như Nitơ và Phospho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trong nước bề mặt,

ra khỏi nước thải.
Nguyên tắc là trong điều kiện thiếu oxy hồ tan (hàm lượng ơ xy hồ tan trong
hệ thống xử lý được giữ ở mức xấp xỉ 1 mg/L), việc khử nitrate hố sẽ xảy ra :
NO3- Ỉ NO2NO2- + chất hữu cơ ỈN2 + CO2 + H2O
Trong thực tế, tuỳ thuộc vào đặc trưng nước thải, điều kiện mặt bằng, kinh phí,
tiêu chuẩn thải,… có thể chọn một hoặc nhiều phương pháp kết hợp để xây dựng một
cơng trình xử lý nước thải thích hợp và có hiệu quả cao.

15 
 


2.2.4 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải
Xử lý chất dinh dưỡng là một chủ đề mà nó minh chứng cho tầm quan trọng
trong thiết kế của hệ thống bùn hoạt tính.Chất dinh dưỡng được nói đến ở đây là nitơ
và phospho trong nước thải. Ở nhiều vùng, xử lý chất dinh dưỡng được chú ý đến giải
pháp xử lý trong những dự án mới và những hệ thống xử lý cũ thì được cải tạo nhằm
để xử lý chất dinh dưỡng.
Thơng thường thì việc xử lý nitơ và phospho tuỳ thuộc vào khoảng rộng của
mục đích xử lý, đầu ra sau cùng và chất lượng nước của nguồn tiếp nhận. Ở một số nơi
nhạy cảm như hồ tự nhiên, hồ nhân tạo và cửa sông đến vấn đề phù dưỡng hố thì việc
loại bỏ chất dinh dưỡng thì hết sức cần thiết quan tâm. (Marcos von Sperling, 2005)
2.2.4.1Q trình nitrate hố
Vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng chịu trách nhiệm nitrate hố trong bùn hoạt tính và
q trình màng sinh học. Nitrate hố là q trình 2 bậc gồm có 2 nhóm vi khuẩn.Trong
bậc thứ nhất, ammonia sẽ oxy hố thành nitrite bời một nhóm vi khuẩn tự dưỡng.
Trong bậc thứ hai, nitrite sẽ oxy hoá thành nitrate bởi nhóm vi sinh vật tự dưỡng. Hai
nhóm vi khuẩn thường quan tâm đối với vi khuẩn nitrate hoá trong nước thải là vi
khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter, 2 nhám vi khuẩn này oxy hoá ammonia
thành nitrite và sau đó thành nitrate tương ứng.

Đẳng lượng của nitrate hố sinh học
Q trình oxy hố ammonia thành nitrite xảy ra theo hai bậc như sau :
Vi khuẩn Nitrosomonas
2NH4+ + 3O2 Ỉ 2NO2- + 4H+ + 2H2O (1)
Vi khuẩn Nitrobacter

16