Xử lý nước thải chế biến thủy sản

Nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là từ nguồn nước rửa thủy sản nên các chỉ tiêu trong nước thải chủ yếu có nguồn gốc từ cơ thịt thủy sản và các phụ gia thực phẩm.

Đặc điểm của nước thải chế biến thủy sản

Đặc điểm của nước thải chế biến thủy sản là chứa hàm lượng dầu mỡ, nito, phospho, TSS, BOD, COD, coliform (vi sinh vật gây bệnh) cao.

Thành phần nước thải đầu vào và yêu cầu nước thải đầu ra như sau:

Phương pháp xử lý nước thải chế biến thủy sản

 Hiện nay, đối với các Doanh nghiệp chế biến thủy sản hoạt động trong các Khu công nghiệp thì bắt buộc nước thải sau xử lý phải đạt QCVN 40:2021/BTNMT (loại B) nên phương án xử lý chủ yếu áp dụng công nghệ vi sinh.

Phương pháp xử lý vi sinh đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với phương pháp hóa lý đơn thuần, tuy nhiên đem lại hiệu quả xử lý cao hơn rất nhiều và đặc biệt gần như không sử dụng hóa chất (ngoại trừ khâu khử trùng bằng clorin).

Dựa vào tính chất nước thải đầu vào và yêu cầu đầu ra của từng nhà máy chế biến để áp dụng phương án xử lý phù hợp đem lại hiệu quả cao.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản như sau:

• Xử lý bậc 1 (xử lý sơ bộ)

Loại bỏ rác, cặn thô, cặn tinh và dầu mỡ;

Điều hoà nồng độ chất thải, làm thoáng để giải nhiệt, tách bớt các thành phần ô nhiễm dễ bay hơi.

• Xử lý bậc 2 (Xử lý sinh học)

Sử dụng các chủng vi sinh vật kị khí, hiếu khí và tuỳ nghi để xử lý các chất hữu cơ chủ yếu trong nước thải. Đây là bước xử lý quan trọng nhất của hệ thống. Hiệu quả xử lý COD, BOD của quá trình này rất cao.

• Xử lý bậc 3 (bổ sung hóa lý)

Bổ sung các công đoạn xử lý hóa lý và khử trùng nước thải bằng clorin.

Mục đích là xử lý các thành phần hữu cơ còn sót lại sau các quá trình xử lý sinh học nhằm nâng cao hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Nước thải xử lý sinh học được bổ sung thêm các công đoạn hóa lý có thể cho chất lượng nước thải đầu ra đạt QCVN 40:2021/BTNMT (loại A).

• Xử lý bùn thải

Tách bùn ở bể lắng và các bể bể phát sinh bùn thải rồi chuyển về bể nén bùn để ép bùn rồi thuê đơn vị dịch vụ thu gom xử lý hợp vệ sinh.

Công nghệ xử lý áp dụng là công nghệ sinh học Anaerobic (Yếm khí) – Anoxic (Thiếu khí) – Oxic (Hiếu khí) kết hợp với các công đoạn xử lý hóa lý.

Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản

Thuyết minh công nghệ xử lý

Nước thải từ xưởng sản xuất được dẫn về bể thu gom, trước hết nước thải được tách loại rác và cặn và mỡ thô.

Tiếp theo nước được dẫn qua bể bơm và dẫn nước về bồn áp lực kết hợp với hệ thống khí tạo áp để tách mỡ tinh trong nước thải.

Nước thải sau tạo áp được dẫn về bể sục khí để kết hợp điều chỉnh pH, làm thoáng nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách phần mỡ còn lại trong nước thải.

Quá trình làm thoáng sẽ có ý nghĩa điều hòa nồng độ và tính chất nước thải đồng thời có tác dụng làm giảm các chất độc hại trong nước (chất khử trùng trong sản xuất, các hợp chất bay hơi,…). Nước sau làm thoáng được dẫn về bể Oxy hóa yếm khí. Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:

–  Thủy phân : Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo).

Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.

–  Acid hóa : Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO₂, H₂, NH₃, H₂S và sinh khối mới.

–  Acetic hoá (Acetogenesis) : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H₂, CO₂ và sinh khối mới.

–  Methane hóa (methanogenesis) : Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H_2, CO₂, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO₂ và sinh khối.

Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane.

Nhờ sự hoạt động của hệ vi sinh vật kị khí, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị oxy hóa và giảm thiểu đáng kể.

Đặc trưng của nước thải thủy sản chứa hàm lượng Nito khá cao nên chúng cần được xử lý qua bể Oxy hóa sinh học thiếu khí (xem thêm giả trình ở phần khử Nitrat và khử Ntrit trong bể hiếu khí).

Do trong nước thải chế biến thực phẩm có hàm lượng hữu cơ rất cao, đặc biệt có nhiều thành phần lơ lửng khó lắng nên trong công nghệ xử lý nước thải sẽ bổ sung thêm công đoạn xử lý hóa lý bậc 1 và bậc 2.

Bản chất của quá trình hóa lý này là dưới tác dụng của hóa chất keo tụ (PAC) thì các thành phần lơ lửng li ti trong nước thải sẽ kết tụ lại thành các bông cặn lớn để dễ dàng tách loại bằng hệ thống bể lắng hóa lý sau đó.

Nước sau lắng hóa lý sẽ được dẫn về bể xử lý sinh học (qua các bể Oxy hóa thiếu khí và Oxy hóa hiếu khí). Việc kết hợp xử lý thiếu khí – hiếu khí sẽ giảm thiểu tối đa các chất hữu cơ trong nước thải, đặc biệt xử lý gần như triệt để Nitor và Phosprore.

Trong bể hiếu khí, đệm sinh học được đưa vào nhằm tăng cường mật độ vi sinh vật trong bể (vi sinh vật được lựa chọn đưa vào là các chủng có hoạt tính xử lý ô nhiễm cao) đồng thời tạo thêm môi trường oxy hóa thiếu khí cho hệ vi sinh vật bám sâu bên trong giá thể hoạt động và tham gia xử lý nước thải.

Như vậy trong bể Aerotank sẽ tồn tại hai dạng vi sinh vật lơ lửng (tự do trong nước) và dính bám (bám vào giá thể). Dạng vi sinh dính bám bao gồm loại hiếu khí (dính bám ngoài bề mặt giá thể) và dạng thiếu khí (tùy tiện) bám sâu bên trong giá thể .

Nhờ lượng oxy được đưa vào dưới dạng máy sục khí, các chất hữu cơ sẽ bị Oxy hoá bởi bùn hoạt tính (các chủng vi sinh vật hiếu khí) tạo thành các chất vô hại (CO2  + H2O) .

– Quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải được tóm tắt bằng phương trình tổng quát sau :

C5H7NO2 + O2 + vi sinh vật  →   CO2 + H2O + tế bào mới + năng lượng (Trong đó C5H7NO2 biểu thị cho các hợp chất hữu cơ có mặt trong nước thải).

Trong bể Aerotank còn diễn ra quá trình Nitrat hóa và khử Nitat tương ứng với pha hiếu khí (pha chính) và pha thiếu khí.

– Quá trình Nitrat hoá (Hiếu khí) 

Nitrat hóa là một quá trình hiếu khí, trong đó vi sinh vật sử dụng Oxy tự do (đối với xử lý nước thải thì chủ yếu Oxy được cấp từ máy thổi khí) để biến các hợp chất chứa Nito (chủ yếu Amoni) thành Nitrat (NO₃^–).

Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật , đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. Ở giai đoạn đầu tiên amôni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat

Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá trình bằng phương trình sau :

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amôni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối được biểu diễn như sau:

C5H7O2N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.

Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện như sau :

Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amôni thành nitrat cần 4,3 mg O2/1mg NH4+. Giá trị này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các công thức tính toán thiết kế. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến.

–  Quá trình khử nitrit, nitrat (thiếu khí) 

Trong môi trường thiếu ôxy các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy từ nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ.  Nitơ phân tử N₂ tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

+ Khử nitrat :

+ Khử nitrit :

Sau quá trình xử lý sinh học, nước thải sẽ chứa một lượng bùn lớn (trong đó chủ yếu là sinh khối vi sinh) và tiếp tục được dẫn qua bể lắng đứng, tại đây sẽ diễn ra quá trình tách bùn hoạt tính và nước thải đã xử lý nhờ hệ thống máng và ống hướng dòng. Bùn được gom về đáy bể và được tuần hoàn trở lại bể sinh học hiếu khí để ổn định sinh khối vi sinh hoặc được hút bể nén bùn để hút mang đi xử lý theo định kỳ.

Nước sau bể lắng có nồng độ các chất ô nhiễm giảm đáng kể. Tuy nhiên có thể vẫn còn tồn tại các chất lơ lửng nên công đoạn hóa lý bậc 2 nhằm keo tụ gần như triệt các thành phần này.

Nước sau xử lý hóa lý bậc 2 sẽ được tách cặn tại bể lắng hóa lý 2 trước khi dẫn về bể khử trùng để loại bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh (coliform) trong nước thải. Dung dịch khử trùng là clorin. Clorin được đưa vào bể khử trùng nhờ hệ thống bơm định lượng.

Cuối cùng nước thải được lọc áp lực, nước sau lọc có độ trong rất cao. Bồn lọc sẽ được rửa định kỳ để đảm bảo quá trình lọc được hiệu quả.

Nước thải sau quá trình xử lý không những đạt QCVN 40:2021/BTNMT (cột B) mà còn có thể đạt QCVN 40:2021/BTNMT (cột A).  Nước thải sau xử lý được xả về hệ thống thoát nước chung để dẫn về trạm XLNT tập trung của KCN tiếp tục xử lý.

Chất thải rắn sinh ra từ hệ thống XLNT bao gồm rác thải từ lưới lọc rác, bùn từ sân phơi bùn. Các loại chất thải này sẽ được phân tích để xác định ngưỡng nguy hại trước khi được thuê thu gom xử lý theo đúng tính chất ô nhiễm (nguy hại hoặc thông thường).

ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

•  Xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn theo yêu cầu.
• Chiếm ít diện tích.
• Vận hành đơn giản, tiêu thụ hóa chất ít (do kết hợp cả hóa lý và vi sinh).
• Dễ lắp đặt, dễ bảo trì.
• Công nghệ áp dụng xử lý thiếu khí trước xử lý hiếu khí nên giảm khối tích công trình và tiết kiệm diện tích mặt bằng.
• Công nghệ AAO : Tiết kiệm chi phí điện do giảm năng lượng cung cấp cho quá trình sục khí và xử lý bùn của bể sinh học.
• Công nghệ AAO : có tính linh động cao trong việc điều chỉnh thông số hoạt động cho phù hợp với các thay đổi của nước thải. Điều này rất quan trọng đối với thời gian lâu dài khi lưu lượng nước thải có thể tăng lên.
• Công nghệ AAO : có khả năng khử Nitơ và phốt pho rất cao, giúp nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn.
• Công nghệ AAO : hạn chế sự sốc tải trọng hữu cơ đáng kể trong điều kiện nồng độ ô nhiễm thay đổi đột ngột trong thời gian ngắn.
• Sự linh động trong cơ chế vận hành sẽ giúp hệ thống xử lý nước thải đáp ứng yêu cầu xử lý một cách an toàn mà vẫn tiết kiệm.
• Các công trình hạn chế được mùi hôi phát sinh ra so với công nghệ khác, đảm bảo an toàn môi trường.