Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp moving bed biofilm reactor (mbbr)

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------- ---

HỒ THANH NHUNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MOVING BED
BIOFILM REACTOR (MBBR)
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS. LÂM MINH TRIẾT

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

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. LÂM VĂN GIANG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 25
tháng 01 năm 2011.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. GS.TS Lâm Minh Triết
2. TS. Nguyễn Quốc Bình
3. TS. Đặng Viết Hùng
4. TS. Lâm Văn Giang
5. TS. Ngô Thanh Phong
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sữa chữa.
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên 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
---oOo---

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: HỒ THANH NHUNG

Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 24/12/1983

Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh

Chun ngành : Cơng nghệ mơi trường

MSHV: 02508612

Khố (Năm trúng tuyển): 2008
1- TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp
Moving bed biofilm reactor (MBBR )
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-

Nghiên cứu quá trình tạo màng sinh học trên giá thể động trong hai bể MBBR kỵ khí
và MBBR hiếu khí.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến hiệu quả
xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR kỵ khí.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến quá trình
xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR kỵ khí nối tiếp
MBBR hiếu khí.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):
GS.TS. LÂM MINH TRIẾT
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2011
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

GS.TS. LÂM MINH TRIẾT

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG


LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy
GS.TS Lâm Minh Triết đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đề
tài.
Xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Hoàng Nghiêm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi
trong suốt thời thời gian thực hiện thí nghiệm tại trường đại học Bách Khoa Tp.HCM.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ của Khoa Môi trường, đại học Bách Khoa
Tp.HCM đã hổ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi triển khai thí nghiệm.
Xim cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tơi trong q trình
học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến quý lãnh đạo cơ quan, nơi tôi công tác đã tạo điều kiện
cho tôi thực hiện luận văn thạc sĩ này.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2010

Hồ Thanh Nhung


TĨM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TĨM TẮT LUẬN VĂN

Cơng nghệ MBBR vẫn còn khá mới và đang được sự quan tâm nghiên cứu của các
nhà khoa học ở Việt Nam, với nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính hiếu khí như
khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ và Nitơ, tải trọng xử lý cao, tương đối dễ vận
hành. Nước thải thủy sản có nồng độ chất hữu cơ rất cao, có giá trị COD dao động
trong khoảng 500 – 3000 mg/l (trung bình 2000 mg/l), TKN là 100-200 mg/L (trung
bình 100 mg/l) và Photpho tổng là 10 – 100 mg/l (trung bình 30 mg/l). Do đó,
nghiên cứu được thực hiện qua hai giai đoạn: nghiên cứu khả năng xử lý chất dinh
dưỡng ở mơ hình MBBR kỵ khí và ở mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu
khí.
Nội dung nghiên cứu tập trung vào các vấn đề: tạo màng sinh học trên giá thể động
loại K3, nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR
kỵ khí và nghiên cứu khả năng xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR
kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí.
-

Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian hình thành màng sinh học trên giá thể

động của mơ hình MBBR kỵ khí là 65 ngày và mơ hình MBBR hiếu khí là 45 ngày.
Mật độ vi sinh vật dính bám trên lớp màng sinh học của mơ hình MBBR kỵ khí là
1200 mgTS/l và mơ hình MBBR hiếu khí là 3200 mgTS/l, tỷ lệ VS/TS của màng
sinh học ở cả hai hai mơ hình khá cao đạt giá trị 0,8.
-

Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí ở bốn tải trọng hữu cơ OLR =

2,7 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 3 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 4 kgCOD/m3.ngđ, OLR = 6
kgCOD/m3.ngđ khá cao, đều đạt hiệu suất trên 80%. Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ
thành amonia xảy ra gần như hoàn toàn ở ba tải trọng đầu và đạt giá trị trung bình
khoảng 78% đối với tải trọng cuối. Hiệu quả xử lý Photpho ở mơ hình MBBR kỵ
khí rất thấp, chỉ đạt giá trị trong khoảng 16% - 20%.

TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-

Hiệu quả xử lý chất hữu cơ qua hai bậc xử lý rất cao, đều đạt hiệu suất trên

95% đối với bốn tải trọng 0,84 kgCOD/m3.ngđ, 1 kgCOD/m3.ngđ, 1,4
kgCOD/m3.ngđ và 2,1 kgCOD/m3.ngđ. Hiệu quả xử lý Nitơ tổng ở ba tải trọng đầu
khá cao trên 70% nhưng ở tải trọng cuối hiệu quả xử lý Nitơ khá thấp chỉ đạt
khoảng 57,3%. So với QCVN 11:2008/BTNMT, ở hai tải trọng 1 kgCOD/m3.ngđ
và 1,4 kgCOD/m3.ngđ, nồng độ COD, N-NH3, tổng Nitơ của nước thải đầu ra sau
hai bậc xử lý đều đạt ngưỡng giới hạn cho phép xả thải. Hiệu quả xử lý photpho
qua hai bậc xử lý rất thấp, chỉ đạt giá trị cao nhất khoảng 33%.
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy rằng cơng nghệ MBBR có thể được sử dụng như là
một sự lựa chọn lý tưởng và hiệu quả cho quá trình xử lý chất dinh dưỡng trong
nước thải chế biến thủy sản.


ABSTRACT

ABSTRACT
MBBR technology is a new technology and is been concerning by scientists in
VietNam, because of its advantages, such as it can treat organic matter and nitrogen
in wastewater, high organic loading, treating system’s operation is easy…. The
influent taken from a seafood processing factory contained 500-3000 mg/l COD
(average 100 mg/l), 100-200 mg/l TKN and 10-100 mg/l Total phosphorus. So, the
experiment were carried out to study two stages: studing nutrient removal in
anaerobic MBBR and in anaerobic MBBR contiguousing to aerobic MBBR in

aquaculture wastewater.
Researching contents included making biofilm in K3 carrier element, studing
removal capability of anaerobic MBBR in aquaculture wastewater and studing
removal capability of anaerobic MBBR and aerobic MBBR in aquaculture
wastewater.
Time of biofilm formation was 65 days in anearobic MBBR and 45 days in earobic
MBBR. The average biomass concentration was 1200 mgTS/l in anaerobic MBBR
and was 3200 mgTS/l aerobic MBBR, ratio VS/TS was 0,8.
In anaerobic MBBR, COD removal efficiency was high in volumetric organic
loadings of 2,7 kgCOD/m3.day, 3 kgCOD/m3.d, 4 kgCOD/m3.d, 6 kgCOD/m3.d and
was above 80%. The conversion of soluble organic nitrogen in amonia occured well
in first volumetric organic loadings of 2,7 kgCOD/m3.day, 3 kgCOD/m3.day, 4
kgCOD/m3.day and was 70% in other loading. Phosphorus removal efficiency was
low and had average value about 16% - 20%.
Organic matter removal efficiency in anaerobic MBBR contiguousing to aerobic
MBBR is high in volumetric organic loadings of 0,84 kgCOD/m3.day, 1
kgCOD/m3.day, 1,4 kgCOD/m3.day, 2,1 kgCOD/m3.day and above 95%. Total
nitrogen removal efficiency was high and was above 70% in first volumetric


ABSTRACT

organic loadings and was 57,3% in other loading. COD concentration, amonia-N
concentration, Total Nitrigen concentration in influent wastewater reached QCVN
11:2008/BTNMT in volumetric organic loadings of 1 kgCOD/m3.day, 1,4
kgCOD/m3.day. Phosphorus removal efficiency was low and had highest value
about 33%.
According to the results, we suggest that the moving bed biofilm reactor can be
used as ideal and efficient option for the nutrient removal from aquaculture
wastewater.

MỤC LỤC

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận văn
Mục lục
Danh mục các hình
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các thuật ngữ và viết tắt
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề

1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

3

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

1.3.1 Đối tượng

3

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

3

1.4 Nội dung nghiên cứu

3

1.5 Ý nghĩa đề tài

4

1.5.1 Tính mới

4

1.5.2 Ý nghĩa khoa học

4

1.5.3 Ý nghĩa thực tiễn

4

CHƯƠNG 2: PHẦN TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản

6

2.1.1 Thành phần và tính chất nước thải chế biến thủy sản

6

2.1.2 Hiện trạng công nghệ chế biến thủy sản

7

2.2 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong và ngoài nước
2.2.1 Các nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản trong nước

9
9


MỤC LỤC

2.2.2 Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản ngoài nước
2.3 Tổng quan các phương pháp sinh học xử lý nước thải thủy sản

12
14

2.3.1 Phương pháp hiếu khí

15

2.3.2 Phương pháp thiếu khí

18

2.3.3 Phương pháp yếm khí

19

2.4 Tổng quan về màng vi sinh

20

2.4.1 Quá trình hình thành màng vi sinh

20

2.4.2 Q trình sinh trưởng phát triển và suy thối của màng vi sinh

20

2.4.3 Quá trình tiêu thụ cơ chất của màng vi sinh

22

2.4.4 Nguyên lý hoạt động của màng vi sinh

23

2.5 Giới thiệu về công nghệ MBBR

24

2.5.1 Giá thể động

25

2.5.2 Lớp màng sinh học

27

2.5.3 Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp
MBBR

29

2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất

30

2.5.5 Các quá trình xử lý bằng màng biofilm trong mơ hình MBBR

32

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1 Vật liệu nghiên cứu

34

3.1.1 Môi trường nghiên cứu

34

3.1.2 Bùn hoạt tính

35

3.1.3 Giá thể động

35

3.2 Nội dung nghiên cứu

35

3.3 Mơ hình và chế độ vận hành

35

3.3.1 Mơ hình và chế độ vận hành mơ hình MBBR dạng mẻ

35


MỤC LỤC

3.3.2 Mơ hình và chế độ vận hành mơ hình MBBR kỵ khí liên tục

41

3.3.3 Mơ hình và chế độ vận hành mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp
hiếu khí

43

3.4 Phương pháp phân tích

47

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Nghiên cứu quá trình tạo màng trên giá thể động

49

4.1.1 Mơ hình kỵ khí

49

4.1.2 Mơ hình hiếu khí

51

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng COD đến
quá trình xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp
MBBR kỵ khí

54

4.2.1 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ
hữu cơ thành amonia trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải trọng
2,7 kgCOD/m3.ngày

54

4.2.2 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ
hữu cơ thành amonia trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải trọng

3 kgCOD/m3.ngày

57

4.2.3 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ
hữu cơ thành amonia trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải trọng
4 kgCOD/m3.ngày

59

4.2.4 Hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ
hữu cơ thành amonia trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải trọng
6 kgCOD/m3.ngày

62

4.2.5 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển
hóa Nitơ hữu cơ thành amonia trong mơ hình MBBR kỵ khí ở
bốn tải trọng 2,7 kgCOD/m3.ngày, 3 kgCOD/m3.ngày, 4
kgCOD/m3.ngày, 6 kgCOD/m3.ngày

64

4.2.6 Diễn biến pH

69


MỤC LỤC

4.2.7 Lựa chọn tải trọng hữu cơ ở mô hình MBBR kỵ khí thích hợp
cho q trình xử lý kỵ khí nối tiếp hiếu khí

71

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng COD đến quá
trình xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR
kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

73

4.3.1

Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 0,84
kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 10 giờ

73

4.3.2 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 1
kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 8 giờ

78

4.3.3 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 1,4
kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 6 giờ

83

4.3.4 Kết quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở tải trọng 2,1
kg/m3.ngđ ứng với thời gian lưu nước là 4 giờ

89

4.3.5 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng ở bốn tải
trọng hữu cơ ở mơ hình MBBR hiếu khí 0,84 kg/m3.ngđ, 1
kg/m3.ngđ, 1,4 kg/m3.ngđ, 2,1 kg/m3.ngđ

93

4.3.6 Diễn biến pH

101

4.4 Đánh giá màng vi sinh bám trên giá thể động MBBR sau quá trình
nghiên cứu

102

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

106

Kiến nghị

108

TÀI LIỆU THAM KHẢO

109

Phụ lục A: Một số hình ảnh thí nghiệm.
Phụ lục B: Số liệu thí nghiệm giai đoạn tạo màng.
Phụ lục C: Số liệu thí nghiệm sau xử lý ở mơ hình MBBR kỵ khí.
Phụ lục D: Số liệu thí nghiệm sau xử lý ở mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp
MBBR hiếu khí.


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1

Sự khuyếch tán chất dinh dưỡng qua lớp màng sinh học.

21

Hình 2.2

Sự tích lũy vi sinh vật trong lớp màng sinh học.

22

Hình 2.3

Quá trình tiêu thụ cơ chất trong qua màng sinh học.

23

Hình 2.4

Mơ tả q trình xử lý của mơ hình MBBR.

24

Hình 2.5

Các loại giá thể trong mơ hình MBBR.

26

Hình 2.6

Sự phát triển của lớp màng sinh học ở bên ngoài giá thể ít
hơn bên trong giá thể.

26

Mơ tả sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng ở màng sinh
học.

28

Hình 2.8

Nồng độ của cơ chất theo chiều sâu lớp màng.

29

Hình 2.9

Lớp màng sinh học dính bám trên bề mặt giá thể.

32

Hình 2.7

Hình 2.10 Các sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR.

33

Hình 3.1

Sơ đồ nội dung thí nghiệm.

36

Hình 3.4

Mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí.

44

Hình 4.1

Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tạo màng kỵ khí cho

giá thể động.

49

Q trình tạo màng sinh học kỵ khí trên giá thể động theo
thời gian.

51

Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tạo màng hiếu khí
cho giá thể động.

52

Q trình tạo màng sinh học hiếu khí trên giá thể động
theo thời gian.

53

Nồng độ TS trên giá thể động ở mô hình kỵ khí và hiếu
khí.

53

Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí theo
thời gian thí nghiệm ở tải trọng 2,7 kg/m3.ngđ.

54

Sự chuyển hóa Nitơ trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải

trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ.

55

Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hiệu quả xử lý Photpho trong mơ hình MBBR kỵ khí ở
tải trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ.

56

Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí ở tải
trọng hữu cơ 3 kg/m3.ngđ.

57

Hình 4.10 Sự chuyển hóa Nitơ trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải
trọng hữu cơ 3 kg/m3.ngđ.

58

Hình 4.11 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mơ hình MBBR kỵ

khí ở tải trọng hữu cơ 3 kg/m3.ngđ.

59

Hình 4.12 Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí theo
thời gian thí nghiệm ở tải trọng 4 kg/m3.ngđ.

60

Hình 4.13 Sự chuyển hóa Nitơ trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải
trọng hữu cơ 4 kg/m3.ngđ.

60

Hình 4.14 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mơ hình MBBR kỵ khí
ở tải trọng hữu cơ 4 kg/m3.ngđ.

61

Hình 4.15 Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí theo thời
gian thí nghiệm ở tải trọng 6 kg/m3.ngđ.

62

Hình 4.16 Sự chuyển hóa Nitơ trong mơ hình MBBR kỵ khí ở tải
trọng hữu cơ 6 kg/m3.ngđ.

63

Hình 4.17 Hiệu quả xử lý Photpho tổng trong mơ hình MBBR kỵ khí

ở tải trọng hữu cơ 6 kg/m3.ngđ.

64

Hình 4.18 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí
ở bốn tải trọng hữu 2,7 kgCOD/m3.ngày, 3
kgCOD/m3.ngày, 4 kgCOD/m3.ngày, 6 kgCOD/m3.ngày.

66

Hình 4.19 Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí ở bốn tải
trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ, 6
kg/m3.ngđ.

66

Hình 4.20 Biến thiên nồng độ TKN, Nitơ hữu cơ và hiệu quả xử lý ở
bốn tải trọng hữu cơ trong mơ hình MBBR kỵ khí.

67

Hình 4.21 Hiệu quả xử lý TKN của mơ hình MBBR kỵ khí ở bốn tải
trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ, 6
kg/m3.ngđ.

67

Hình 4.22 Hiệu quả xử lý Photpho của mơ hình MBBR kỵ khí ở bốn

69

Hình 4.8
Hình 4.9


DANH MỤC CÁC HÌNH

tải trọng hữu cơ 2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4
kg/m3.ngđ, 6 kg/m3.ngđ.
Hình 4.23 Sự biến đổi pH theo thời gian ở bốn tải trọng thí nghiệm
2,7 kg/m3.ngđ, 3 kg/m3.ngđ, 4 kg/m3.ngđ và 6 kg/m3.ngđ.

69

Hình 4.24 Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp
MBBR hiếu khí ở tải trọng 0,84 kg COD /m3.ngđ với
thời gian lưu nước 10 giờ.

74

Hình 4.25 Sự chuyển hóa N-NH3 trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84
kgCOD/m3.ngđ.

75

Hình 4.26 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84
kgCOD/m3.ngđ.

76

Hình 4.27 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84
kgCOD/m3.ngđ.

76

Hình 4.28 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 0,84
kgCOD/m3.ngđ.

77

Hình 4.29 Hiệu quả xử lý Photpho tổng ở tải trọng hữu cơ 0,84
kgCOD/m3.ngđ.

77

Hình 4.30 Sự chuyển hóa N-NH3 trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1
kgCOD/m3.ngđ.

78

Hình 4.31 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1
kgCOD/m3.ngđ.

79

Hình 4.32 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở bốn tải trọng hữu cơ 1
kgCOD/m3.ngđ.

80

Hình 4.33 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1
kgCOD/m3.ngđ.

80


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 4.34 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1
kgCOD/m3.ngđ.

81

Hình 4.35 Hiệu quả xử lý COD trong mơ hình MBBR kỵ khí và
hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4 kgCOD/m3.ngđ.

83

Hình 4.36 Sự chuyển hóa N-NH3 trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4
kgCOD/m3.ngđ.

84

Hình 4.37 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4
kgCOD/m3.ngđ.

85

Hình 4.38 Sự chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4
kgCOD/m3.ngđ.

85

Hình 4.39 Hiệu quả xử lý tổng Nitơ trong nước thải của mô hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 1,4
kgCOD/m3.ngđ.

86

Hình 4.40 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mơ hình
MBBR hiếu khí và kỵ khí ở tải trọng hữu cơ 1,4
kgCOD/m3.ngđ.

88

Hình 4.41 Hiệu quả xử lý COD trong mơ hình MBBR kỵ khí và
hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1 kgCOD/m3.ngđ.

89

Hình 4.42 Sự chuyển hóa N-NH3 trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1
kgCOD/m3.ngđ.

90

Hình 4.43 Sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ trong nước thải của mơ hình
MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1
kgCOD/m3.ngđ.

90

Hình 4.44 Kết quả chuyển hóa Nitrat, Nitric trong nước thải của mơ
hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1
kgCOD/m3.ngđ.

91

Hình 4.45 Kết quả chuyển hóa tổng Nitơ trong nước thải của mơ
hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1

91


DANH MỤC CÁC HÌNH

kgCOD/m3.ngđ.
Hình 4.46 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải của mơ

hình MBBR kỵ khí và hiếu khí ở tải trọng hữu cơ 2,1
kgCOD/m3.ngđ.

92

Hình 4.47 Hiệu quả xử lý COD của mơ hình MBBR kỵ khí và hiếu
khí ở bốn tải trọng hữu cơ 0,84 kg/m3.ngđ; 1,0
kg/m3.ngđ; 1,4 kg/m3.ngđ, 2,1 kg/m3.ngđ.

94

Hình 4.48 Nồng độ COD sau xử lý qua hai bậc MBBR kỵ khí nối
tiếp hiếu khí theo thời gian thí nghiệm ở bốn tải trọng
hữu cơ là 0,84 kg/m3.ngđ; 1,0 kg/m3.ngđ; 1,4 kg/m3.ngđ,
2,1 kg/m3.ngđ.

94

Hình 4.49 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải
sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ.

95

Hình 4.50 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải
sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 1 kgCOD/m3.ngđ.

95

Hình 4.51 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải
sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 1,4 kgCOD/m3.ngđ.

95

Hình 4.52 Nồng độ và tỷ lệ các loại hợp chất Nitơ trong nước thải
sau hai bậc xử lý ở tải trọng hữu cơ 2,1 kgCOD/m3.ngđ.

96

Hình 4.53 Sự biến thiên nồng độ tổng Nitơ trong nước thải sau xử
lý ở bốn tải trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1
kgCOD/m3.ngđ; 1,4 kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ.

96

Hình 4.54 Nồng độ tổng Nitơ trong nước thải sau xử lý ở bốn tải
trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4
kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ.

97

Hình 4.55 Nồng độ tổng amonia trong nước thải sau xử lý ở bốn tải
trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4
kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ.

97

Hình 4.56 Hiệu quả xử lý tổng Photpho trong nước thải ở ở bốn tải
trọng hữu cơ 0,84 kgCOD/m3.ngđ; 1 kgCOD/m3.ngđ; 1,4
kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ

99

Hình 4.57 Sự biến đổi pH theo thời gian ở bốn tải trọng thí nghiệm
0,84 kg/m3.ngđ, 1 kg/m3.ngđ, 1,4 kg/m3.ngđ và 2,1

101


DANH MỤC CÁC HÌNH

kg/m3.ngđ.
Hình 4.58 Ni cấy vi sinh vật trong mơi trường dinh dưỡng và
nhóm vi khuẩn gram dương Clostridium được phát hiện
trong màng sinh học.

104

Hình 4.59 Ni cấy vi sinh vật trong mơi trường dinh dưỡng và hai
nhóm vi khuẩn gram âm và gram dương Bacill và
Clostridium được phát hiện trong màng sinh học.

105


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thực phẩm

7

Bảng 2.2 So sánh sự khác nhau về các chất ơ nhiễm giữa các nhà máy có
cơng nghệ khác nhau

8

Bảng 2.3 Điều kiện thích hợp cho q trình Nitrat hố

17

Bảng 2.4 Thơng số các loại giá thể trong bể MBBR

24

Bảng 2.5 Các giá trị thiết kế điển hình của bể MBBR.

31

Bảng 3.1 Thành phần của nước thải chế biến thủy sản của cơ sở chế biến
thủy sản tự phát tại chợ Nhật Tảo

34

Bảng 3.2 Các thông số vận hành thí nghiệm của mơ hình MBBR kỵ khí

43

Bảng 3.3 Các thơng số vận hành thí nghiệm của mơ hình MBBR hiếu khí

47

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích

48

Bảng 4.1 So sánh hiệu quả xử lý COD và sự chuyển hóa Nitơ giữa 4 tải
trọng hữu cơ của mơ hình MBBR kỵ khí

72

Bảng 4.2 Tổng hợp hiệu quả xử lý COD, Nitơ, Photpho tổng qua hai bậc
xử lý MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí

100

Bảng 4.3 Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng của vi sinh vật ở mơ hình MBBR
kỵ khí ứng với bốn tải trọng hữu cơ

103

Bảng 4.4 Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng của vi sinh vật ở mơ hình MBBR
hiếu khí ứng với bốn tải trọng hữu cơ

104


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
BOD

Tiếng Anh
: Biochemical Oxygen Demand

Tiếng Việt
Nhu cầu sinh học
Nước thải chế biến thủy sản

NTCBTS
COD

: Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

: Dissolve Oxygen

Oxy hòa tan

F/M

: Food/Microorganism ratio

Tỷ lệ thức ăn/vi sinh

HRT

Hydraulic retention time

Thời gian lưu nước

MLSS

Mixed Liquor Suspended Soilds

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Soilds

Hàm lượng chất rắn bay hơi

OLR

Organic loading rate

Tải trọng hữu cơ

N-NH3

Nitrogen Ammonia

Nitơ amonia

N-NO2-

Nitrogen Nitrite

Nitơ Nitrit

N-NO3-

Nitrogen Nitrate

Nitơ Nitrat

MBBR

Moving bed biofilm reactor

Bể sinh học với giá thể động

SVI

Sludge volume index

Thể tích lắng của bùn

TKN

Total Nitrogen Kjedahl

Tổng Nitơ Kjedahl

VSS

Volatile Suspended Soilds

Hàm lượng chất rắn lơ lửng
bay hơi


Chương 1 MỞ ĐẦU
1

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Phát triển công nghiệp là con đường tất yếu để đưa Việt Nam từ một đất nước có
nên sản xuất nơng nghiệp lạc hậu trờ thành một nước có nền sản xuất hiện đại theo
kịp các nước tiên tiến trên thế giới. Trong những năm gần đây, Việt Nam đang có
những bước phát triển rất mạnh vể tốc độ phát triển công nghiệp và đã xuất hiện đa
dạng các nghề công nghiệp. Song song với sự phát triển thì việc gây ơ nhiễm môi
trường là điều không thể tránh khỏi, nhất là nước thải. Do đó, cơng nghiệp hóa và
phát triển kinh tế phải đi đôi với việc bảo vệ môi trường để đảm bảo sự phát triển
bền vững.
Ngành thủy sản là một trong những ngành công nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế
cao, đóng góp khơng nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nhưng lại là ngành thải ra
lượng nước thải có chứa nồng độ chất hữu cơ và Nitơ khá cao. Ngành thủy sản thế
giới và nước ta đang có những bước phát triển nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực
như kỹ thuật nuôi trồng thủy sản, kỹ thuật khai thác thủy sản, quản lý môi trường nguồn lợi thủy sản, quản lý dịch bệnh thủy sản, công nghệ sinh học ứng dụng trong
thủy sản và chế biến thủy sản. Ngành thủy sản đã và đang trở thành ngành kinh tế
mũi nhọn của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam. Ngành chế biến thủy sản là
một phần cơ bản của ngành thủy sản, ngành có hệ thống cơ sở vật chất tương đối
lớn, bước đầu tiếp cận với trình độ khu vực, có đội ngũ quản lý có kinh nghiệm,

cơng nhân kỹ thuật có tay nghề giỏi. Hiện nay nước ta có hơn 400 cơ sở chế biến
thuỷ sản, và khoảng 220 nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm đơng lạnh phục vụ
xuất khẩu có tổng cơng suất 200 tấn/ngày. Theo kết quả báo cáo của Bộ Thủy Sản
(2005), hàng thủy sản Việt Nam đã có mặt trên 140 nước và vùng lãnh thổ trên thế
giới, có chỗ đứng vững chắc ở các thị trường lớn như Nhật Bản, EU và Bắc Mỹ. Về


Chương 1 MỞ ĐẦU
2

giá trị kim ngạch xuất khẩu, thủy sản Việt Nam hiện đã vươn lên đứng hàng thứ 7
trên thế giới. Tốc độ tăng trưởng tổng sản lượng của ngành thuỷ sản bình quân đặt
8,97%/năm (2001 – 2005) và giá trị kim ngạch xuất khẩu tăng bình quân
10,5%/năm. Kế hoạch của ngành thủy sản năm 2006 sẽ đạt tổng sản lượng
3.440.000 tấn và tổng giá trị xuất khẩu là 2,8 tỉ USD. Ngành thủy sản sẽ tiếp tục
tăng thêm trong những năm sau và đời sống của cộng đồng ngư dân được cải thiện.
Thiết bị và công nghệ tuy được đánh giá là có mức đổi mới nhanh so với các ngành
công nghiệp khác nhưng so với thế giới ngành cơng nghiệp chế biến thủy sản vẫn
cịn khá chậm. Đó là một trong những nguyên nhân tạo ra những tác động xấu cho
môi trường, đặc biệt là lượng nước thải sinh ra trong chế biến thuỷ sản rất lớn
khoảng 50.000 m3/ngày với nồng độ chất ô nhiễm khá cao: COD dao động trong
khoảng 700 – 3000 mg/l, BOD khoảng 600 – 2500 mg/l, tổng Nitơ 100 – 350 mg/l
(Viện Công nghệ môi trường - Trung tâm KHTN&CN Quốc gia). Phân bố các công
ty chế biến thủy sản ở Việt Nam không đồng đều, số công ty ở miền Nam chiến
khoảng 60%, nhưng tập trung chủ yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh, cịn lại miền
trung 34%, và miền Bắc chỉ chiếm 6,5%. Chính vì các nhà máy chế biến thủy sản
chủ yếu tập trung ở thành phố Hồ Chí Minh nên hệ thống xử lý nước thải chế biến
thủy sản đòi hỏi phải nhỏ gọn, dễ vận hành và hiệu quả xử lý cao. Công nghệ xử lý
nước thải bằng phương pháp MBBR đáp ứng các yêu cầu trên và là cơng nghệ mới
dựa trên q trình xử lý nước thải bằng sinh khối dính bám trên lớp màng biofilm

của giá thể động lơ lửng. Đề tài nghiên cứu thành công sẽ mở ra một hướng đi mới
cho công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản ở Việt Nam nói chung và thành
phố Hồ Chí Minh nói riêng.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về MBBR rất hạn chế, chủ yếu thực hiện tại các
phịng thí nghiệm thương mại theo đơn đặt hàng của các chủ đầu tư. Đặc biệt,
nghiên cứu áp dụng MBBR để xử lý nước thải thủy sản hầu như chưa được nghiên
cứu. Do đó, nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp MBBR là bước
đầu cần thiết và thực tiễn.


Chương 1 MỞ ĐẦU
3

1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá có cơ sở khoa học và thực tế về khả năng xử lý nước thải chế biến thủy
sản bằng phương pháp MBBR (moving bed biofilm reactor) với giá thể
polyehtylence loại K3 ở mơ hình MBBR kỵ khí và MBBR kỵ khí nối tiếpMBBR
hiếu khí.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Nước chế biến thủy sản được lấy từ cơ sở chế biến thủy sản tự phát tại chợ Nhật
Tảo, quận 10, Tp.HCM với nguyên liệu sản xuất là cá, ghẹ, mực và nồng độ COD
dao động từ 2000 mg/l - 4000 mg/l, NH3 dao động từ 40 mg/l - 70 mg/l, TKN dao
động từ 100 mg/l – 150 mg/l, Photpho trung bình là 45 mg/l .
Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng giá thể động loại K3 được làm từ
polyethylence với đường kính 25 mm, chiều dài 10 mm tổng diện tích bề mặt là 800
m2/m3, trong đó diện tích bề mặt tạo màng là 500 m2/m3 và khối lượng riêng là 0,97
kg/m3.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trong phịng thí nghiệm với mơ hình MBBR dạng mẻ và liên tục theo

các tải trọng COD và thời gian lưu nước thải thủy sản khác nhau.
1.4 Nội dung nghiên cứu
1.4.1 Nghiên cứu quá trình tạo màng sinh hịc trên giá thể động trong hai mơ hình
MBBR hiếu khí và kỵ khí:
Khảo sát q trình tạo màng, mật độ vi sinh dính bám trên giá thể động và hiệu quả
xử lý COD của màng sinh học trong suốt giai đoạn tạo màng trong mơ hình MBBR
kỵ khí và hiếu khí dạng mẻ.
1.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến
hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp MBBR kỵ khí:


Chương 1 MỞ ĐẦU
4

Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành
amonia trong nước thải của mơ hình MBBR kỵ khí ở các thời gian lưu nước khác
nhau ứng với các tải trọng COD khác nhau 2,7 kgCOD/m3.ngđ, 3 kgCOD/m3.ngđ, 4
kgCOD/m3.ngđ, 6 kgCOD/m3.ngđ.
1.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ (COD) đến
quá trình xử lý nước thải chế biến thủy sản của bằng phương pháp MBBR kỵ khí
nối tiếp MBBR hiếu khí:
Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, Photpho tổng và sự chuyển hóa Nitơ trong nước
thải của mơ hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí ở các thời gian lưu nước
khác nhau ứng với các tải trọng COD khác nhau trong mơ hình MBBR hiếu khí
0,84 kgCOD/m3.ngđ, 1 kgCOD/m3.ngđ, 1,4 kgCOD/m3.ngđ, 2,1 kgCOD/m3.ngđ.
1.5 Ý nghĩa đề tài
1.5.1 Tính mới
Chưa có nghiên cứu nào trước đây về công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động
(Moving bed biofilm reactor - MBBR) để xử ý nước thải thủy sản ở thành phố Hồ
Chí Minh nói riêng và ở Việt Nam nói chung.

1.5.2 Ý nghĩa khoa học
Hiện nay, công nghệ xử lý bằng MBBR rất triển vọng trong tương lai với ưu điểm
diện tích mặt bằng nhỏ, thời gian xử lý nhanh, hiệu quả xử lý cao hơn so với cơng
nghệ bùn hoạt tính thì việc áp dụng kỹ thuật này nhằm giúp giảm phần nào chi phí
xử lý nước thải và giảm nồng độ chất ơ nhiễm ra môi trường. Kết quả nghiên cứu là
cơ sở khoa học và tiền đề để nghiên cứu áp dụng các cơng nghệ MBBR vào thực tế
với nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao.
1.5.3 Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài mang tính thực tiễn cao, kết quả nghiên cứu là tiền đề cho hướng nghiên cứu
mới, sâu hơn về công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR trên địa bàn