BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN LỢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HYBRID (LỌC SINH HỌC – AEROTANK) TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN TẠI ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường Mã số: 60.85.06 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VĂN QUANG Phản biện 1: GS.TS. ĐẶNG KIM CHI Phản biện 2: PGS.TS. TRẦN CÁT Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 5 năm 2013 * Có thể tìm hiểu luận văn tại : - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, hầu hết nước thải từ các nhà máy chế biến thủy sản trong KCN dịch vụ thủy sản Thọ Quang Đà Nẵng vẫn chưa được xử lý đạt yêu cầu, trạm xử lý nước thải tập trung quá tải, thường xuyên xảy ra các sự cố về kỹ thuật. KCN Dịch vụ thủy sản Thọ Quang đang là điểm nóng về môi trường của thành phố. Nghiên cứu khả năng xử lý nước từ hoạt động chế biến thủy sản bằng công nghệ hybrid (lai hợp giữa phương pháp lọc sinh học và Aerotank) nhằm tận dụng ưu điểm của công nghệ sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính trong cùng một hệ thống bể hiếu khí để nâng cao hiệu quả xử lý, tăng khả năng chịu sốc tải, nâng cao khả năng xử lý nitơ và photpho của công trình; 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu khả năng kết hợp của nhiều công nghệ xử lý trong cùng một bể xử lý; Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng mô hình hybrid làm cơ sở cho việc đưa ra các đề xuất công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản; 2.2. Mục tiêu cụ thể - Khả năng bám dính của các loại vật liệu được sử dụng; - Đánh giá hiệu quả xử lý COD, N-NH3 của công nghệ hybrid; - Xác định thời gian lưu, tải trọng vận hành tối ưu của công nghệ; - Xác định khả năng chịu sốc tải của mô hình; - Xác định lượng bùn phát sinh của công nghệ hybrid; 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu 2 Nước thải của Công ty TNHH chế biến Thực phẩm D & N. 3.2.Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu quá trình sinh hóa trên mô hình hybrid tại phòng thí nghiệm của Khoa môi trường trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp kế thừa 4.2 Phương pháp thực nghiệm trên mô hình; 4.3 Phương pháp phân tích thực nghiệm tại phòng thí nghiệm: 4.4 Xử lý số liệu a) Tính toán lượng bùn dư lấy ra hằng ngày trong các mô hình thực nghiệm: V = ( 30) 1000 b CV   ; Trong đó: - V: Thể tích bùn dư cần lấy ra (ml); - C: phần trăm thể tích bùn đo được với thời gian lắng 30 phút; - 30% là thể tích bùn cần duy trì trong bể; - V b : Là thể tích phần nước trong bể phản ứng; b) Tính toán hiệu quả xử lý: 0 0 (%) 100% r CC E C   Trong đó: E: Hiệu quả xử lý của mô hình (%); C 0 : Nồng độ chất thải đầu vào (COD, hoặc N-NH 3 ); C r : Nồng độ chất thải sau xử lý (đầu ra) (COD, hoặc N-NH 3 ); c) Thời gian lưu thủy lực: HRT (Hydraulic retention time) [ H          3 d) Thời gian lưu bùn (với các hệ có hồi lưu hay thể bám):     e) Tải trọng vận hành: Tr = 3 ( / . ) .1000 QxC kg m ngàydêm V Trong đó: Tr: Tải trọng vận hành của hệ thống (kg/m 3 .ngàyđêm); Q: Lưu lượng nước thải nạp vào hệ thống (m 3 /ngàyđêm); C: Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào (mg/lit); V: Thể tích bể xử lý; (m 3 ) 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đánh giá thêm khả năng kết hợp của nhiều công nghệ xử lý trong cùng một công trình nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, giảm diện tích xây dựng. Là cơ sở thiết thực cho phép các doanh nghiệp, nhà máy chế biến thủy sản làm căn cứ lựa chọn công nghệ xử lý cho phù hợp với tình hình hoạt động sản xuất của mình trong quá trình đầu tư mới hay nâng cấp hệ thống xử lý nước thải, chủ động trong công tác xử lý nước thải thay vì phải phụ thuộc vào trạm xử lý nước thải tập trung như hiện nay. 6. Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 1.1.1 Khái quát về ngành chế biến thủy sản 1.1.2 Một số quy trình trong hoạt động chế biến thủy sản 4 1.1.3 Thành phần và tính chất của nước thải từ hoạt động chế biến thủy hải sản a) Thành phần nước thải từ công nghiệp chế biến thủy Nước thải từ các nhà máy chế biến thuỷ sản có các chỉ số ô nhiễm cao hơn so với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B dùng cho nuôi trồng thuỷ hải sản (QCVN 11:2009/BTNMT) như BOD 5 vượt từ 10 – 30 lần, COD từ 9 - 19 lần. Nitơ tổng có nơi cao hơn đến 9 lần b) Lưu lượng phát thải nước thải từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản Cá da trơn: 5-7 m 3 /tấn sản phẩm; tôm đông lạnh: 4-6 m 3 /tấn sản phẩm; surimi: 20-25 m 3 /tấn sản phẩm; thuỷ sản đông lạnh hỗn hợp: 4-6 m 3 /tấn sản phẩm. 1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải từ hoạt động chế biến thủy sản 1.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN 1.2.1 Phương pháp cơ học 1.2.2 Phương pháp hóa học 1.2.3 Phương pháp hóa lý 1.2.4 Phương pháp sinh học 1.3. CÁC KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 1.3.1. Bể hiếu khí có bùn hoạt tính – Bể Aerotank 1.3.2. Lọc sinh học 1.3.3 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí – Bể UASB 1.3.4 Phương pháp loại bỏ nitơ 1.4 TỔNG QUAN VỀ HYBRID VÀ HỆ HYBRID LỌC SINH HỌC – AEROTANK Đa số các hệ thống hybrid được hoạt động theo công nghệ: 5 - Kết hợp sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính trên cùng một hệ thống xử lý kị khí hoặc hiếu khí. - Kết hợp sinh học và hấp phụ, sử dụng các chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn. - Kết hợp sinh học và các phương pháp công nghệ bậc cao như màng lọc, thẩm thấu ngược. - Kết hợp sinh học kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống xử lý. 1.4.1 Công nghệ kỵ khí hai giai đoạn (acid hóa + lọc kỵ khí) 1.4.2 UASB + lọc kỵ khí 1.4.3 Hệ Hybrid Lọc Màng, Kị Khí 1.4.4 Hybrid Baffled /UASB reactor: 1.4.5 Công nghệ MBBR 1.4.6 Bùn hoạt tính + lọc sinh học 1.5 MỘT SỐ QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN ĐANG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM VÀ ĐÀ NẴNG 1.5.1 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải thủy sản đang áp dụng tại Việt Nam - Công nghệ lọc yếm khí kết hợp hồ sinh học; - Công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng hay kết hợp kỵ khí và hiếu khí; - Quá trình hóa lý (keo tụ/tạo bông hay tuyển nổi kết hợp keo tụ) kết hợp với quá trình sinh học hiếu khí; 1.5.2 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải thủy sản đang áp dụng tại Đà Nẵng Tại Đà Nẵng, hầu hết các nhà máy chế biến thủy sản thường lựa chọn công nghệ sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng hay kết hợp kỵ khí và hiếu khí. Một số doanh nghiệp chỉ xử lý sơ bộ nước thải 6 bằng biện pháp keo tụ, tạo bông rồi đấu nối vào hệ thống xử lý nước thải tập trung của KCN; Theo đánh giá chung, hầu hết các công trình xử lý nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản trên địa bàn thành phố hiện nay hoạt động vẫn chưa đạt hiệu quả; CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Giới thiệu sơ bộ về Công ty TNHH chế biến Thực phẩm D & N (DANIFOODS). 2.1.2 Chất lượng nước thải từ hoạt động sản xuất, chế biến thủy sản của Công ty TNHH chế biến Thực phẩm D & N. 2.1.3 Tình hình thu gom và xử lý nước thải của Công ty 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Xác định tính chất của các loại nước thải trong hoạt động chế biến thủy sản của Công ty TNHH chế biến Thực phẩm D & N; - Đánh giá khả năng bám dính của bùn trên các loại vật liệu lọc; - Đánh giá và so sánh hiệu quả xử lý COD, N-NH 4 + giữa hai công nghệ: công nghệ Aeratank truyền thống và công nghệ hybrid; Nội dung các thí nghiệm được thực hiện: Thí nghiệm 1: Xác định tính chất của các loại nước thải khác nhau trong hoạt động chế biến thủy sản của Công ty TNHH chế biến Thực phẩm D & N; Thí nghiệm 2: Sơ bộ xác định khả năng bám dính của các loại vật liệu lọc khác nhau; Thí nghiệm 3: Xác định thời gian lưu tối ưu; Thí nghiệm 4: Xác định hiệu quả xử lý khi thay đổi thời gian lưu từ 6h, 8h, 10h, 12h, 14h; Thí nghiệm 5: Xác định tải trọng tối ưu của mô hình; 7 Thí nghiệm 6: Xác định hiệu quả xử lý với thời gian lưu 24h, COD đầu vào có nồng độ 2.000mg/l; 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm; 2.3.1 Xác định tính chất của các loại nước thải Với mỗi loại nước thải được lấy mẫu 03 lần tại các thời điểm khác nhau trong ngày. 2.3.2 Xác định khả năng bám dính của các loại vật liệu lọc; Hình 2.1 - Mô hình, các thiết bị được sử dụng để thí nghiệm khả năng bám dính Nghiên cứu thực hiện trên 4 loại vật liệu lọc bao gồm: + Nhựa PVC đen (Black MBBR filter media) Diện tích bề mặt riêng > 800m 2 /m 3 , khối lượng riêng 155kg/m 3 , màu trắng, thể tích chiếm chỗ: 180ml vật liệu/1 lít thể tích vật liệu; Hạt vật liệu nổi trên mặt nước; Nguồn gốc: Việt Nam + Nhựa PE trắng (PE 04) Có diện tích bề mặt riêng > 800m 2 /m 3 , khối lượng riêng 155kg/m 3 , màu trắng, thể tích chiếm chỗ: 180ml vật liệu/1 lít thể tích vật liệu; Hạt vật liệu nổi trên mặt nước; Nguồn gốc: Việt Nam + Vật liệu xốp (tấm xốp cắt nhỏ) 8 Chưa xác định được diện tích bề mặt riêng, độ xốp cao, hút nước tốt, có thể tích chiếm chỗ: 250ml/1 lít thể tích vật liệu, chìm trong nước, có sức cản lớn khó cho dòng nước chảy qua; Nguồn gốc: Khoa Môi trường. + Vật liệu xốp nổi Độ xốp lớn, nổi trên mặt nước, kích thước hạt vật liệu 0,7cm x 0,7cm x 0,5cm; Diện tích chiếm chỗ: 450ml/1 lít thể tích vật liệu. Nguồn gốc: Công ty Metawater 2.3.3 Xác định thông số vận hành, đánh giá hiệu quả xử lý của công nghệ; Hình 2.2 - Sơ đồ bố trí mô hình Hybrid và Aerotank đối chứng Ghi chú: 1 – Bơm định lượng cấp nước 2 – Máy sục khí 3 – Bể Aerotank 4 – Bể lắng 5 – Nước sau lắng 6 – Phần thể tích vật liệu V1 – Van hồi lưu bùn từ bể lắng về bể xử lý V2 – Hồi lưu bùn từ bể 5 về bể 3 (nếu có)