- SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG ĐỂ LOẠI ĐẠM VÀ LÂN TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN. - Xử lý nước thải, nitrate hóa, khử nitrate, hấp phụ lân, nước thải chế biến thủy sản Keywords:. - Đề tài được thực hiện với mục tiêu loại bỏ đạm và lân trong nước thải chế biến thủy sản trước khi đưa vào môi trường tự nhiên nhằm ngăn ngừa sự phú dưỡng hóa. - Một hệ thống xử lý liên tục được bố trí với vật liệu tự chế sử dụng các khối bê tông rỗng và đất phèn là giá thể cho các vi sinh vật thực hiện các phản ứng nitrate hóa, khử nitrate và hấp phụ lân trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản. - Kết quả nghiên cứu cho thấy các khối bê tông là vật liệu tốt để làm giá thể cho vi sinh vật bám và thực hiện phản ứng khử nitrate. - Hệ thống đạt hiệu suất xử lý đạm và lân trung bình lần lượt đạt 89,7% và 82,1%. - Chất lượng nước thải đầu ra thông qua các chỉ tiêu như tổng đạm, nitrate, phosphate và tổng lân đều đạt quy chuẩn Việt Nam đối với chất lượng nước thải công nghiệp chế biến thủy sản (QCVN11:2008/BTNMT, loại A).. - Đặc tính của nước thải ngành chế biến thuỷ sản chứa nhiều chất. - Hiện nay, đã có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề xử lý hàm lượng đạm và lân cao trong nước thải bằng các biện pháp khác nhau như phương pháp hóa lý. - Tuy nhiên, những phương pháp này tỏ ra không có nhiều ưu điểm vì nó có thể tạo ra các sản phẩm ô nhiễm thứ cấp mà các chất này đôi khi rất khó khăn và tốn kém để xử lý Green và Shelef, (1994). - Trong đó phương pháp xử lý bằng phương pháp sinh học có giá bám và sử dụng vật liệu hấp phụ có ưu thế về hiệu quả xử lý, chi phí thấp và dễ vận hành. - Nghiên cứu của Lê Anh Kha và Masayuki Seto (2003) cho thấy các khối bê tông rỗng và đất nung là các vật liệu giá bám và hấp phụ rất hiệu quả để loại bỏ đạm và lân trong nước thải.. - (1999) và Herman, 2007 một số chất như bô xít, đá phiến sét, đất sét, khoáng và than là những vật liệu có khả năng hấp phụ hiệu quả lân trong nước thải. - Do thành phần các vật liệu này có chứa khoáng chất có các ion sắt và nhôm hoạt động hoặc các nhóm oxit trên bề mặt có thể phản ứng với ion phosphate tạo ra các hợp chất kết tủa chứa phosphate và dễ dàng loại lân ra khỏi hệ thống. - Theo Lê Anh Kha và Masayuki Seto (2003), sử dụng khối bê tông và hạt đất nung có thể loại bỏ đạm trong nước thải với hiệu suất đạt 85%.. - Do đó, nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương để xử lý đạm và lân trong nước thải chế biến thủy sản đã được tiến hành với mục tiêu sử dụng các loại vật liệu đơn giản với chi phí thấp và dễ tìm để làm giá thể dùng trong hệ thống xử lý đạm và lân trong nước thải dựa trên hoạt động của các vi sinh vật bám dính và phương pháp hấp phụ.. - Các dụng cụ bố trí thí nghiệm chính bao gồm:. - Hệ thống cung cấp dinh dưỡng tự động. - Nguồn nước thải cấp cho thí nghiệm là nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản Cafatex.. - 2.3 Vật liệu nghiên cứu. - Sự ảnh hưởng của độ rỗng giữa các khối bê tông lên hiệu quả xử lý có độ biến động không lớn đã thể hiện qua các số liệu thực nghiệm. - Các khối bê tông có độ rỗng 37,5±2% được bố trí vào hệ thống với tỉ số thể tích vật liệu so với thể tích bể xử lý là 75,5±4%.. - Bể cấp chính là bể nhựa 300 lít là bể cấp nước thải đầu vào hệ thống xử lý.. - Đất phèn với đặc tính hình thành trong điều kiện khử hay nung thiếu oxy, với thành phần có hàm lượng sắt và nhôm cao, loại vật liệu này có tiềm năng hấp phụ các dạng lân hòa tan mạnh, do đó vật liệu đất phèn nặng được sử dụng để bố trí làm vật liệu hấp phụ lân trong nước thải.. - Hình 1: Vật liệu khối bê tông rỗng. - Bể giữ mực là bể composite có thể tích 35 lít có gắn phao giữ mực để ổn định lượng nước đầu vào của hệ thống xử lý. - Các bể dùng trong thí nghiệm được bố trí chênh lệch theo độ cao so với mặt đất như sau: bể cấp. - Để tận dụng năng lượng của trọng lực vận chuyển nước thải giữa các bể nhằm tiết kiệm năng lượng cho việc bơm nước thải qua các bể trong quá trình thí nghiệm.. - 2.4 Bố trí thí nghiệm. - 2.4.1 Tiền xử lý nước thải chế biến thủy sản trước khi được dùng để bố trí trong các thí nghiệm. - Nước thải chế biến thủy sản thô trước khi dùng để bố trí trong các thí nghiệm được tiền xử lý qua 2 giai đoạn bao gồm giai đoạn amôn hóa (ở bể tự hoại) và giai đoạn nitrate hóa. - Sau đó, nước thải sau giai đoạn amôn hóa được oxy hóa bằng cách sục khí để chuyển đạm amôn thành đạm nitrate. - Sau giai đoạn này nước thải với thành phần đạm hiện diện phần lớn là nitrate sẽ được dùng làm nguồn nước thải đầu vào của hệ thống xử lý trong nghiên cứu này.. - Hình 3: Tóm tắt các bước tiền xử lý nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản Cafatex trước khi dùng trong các thí nghiệm. - Do COD đầu vào của hệ thống đã giảm đáng kể qua các giai đoạn tiền xử lý. - Theo đó, với đặc tính của nước thải đầu vào dùng trong nghiên cứu này có hàm lượng carbon rất thấp, nên hàm lượng carbon từ đường saccharose sẽ được bổ sung để cung cấp thêm nguồn năng lượng cho các vi sinh vật hoạt động với lưu lượng là 8 lít/giờ.. - 2.4.2 Thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ thống bể chứa đất phèn và bể bê tông. - Tiến hành 2 đợt thu nước thải chế biến thủy sản từ nhà máy Cafatex. - Mỗi đợt thu nước thải từ nhà máy có thành phần nước thải đầu vào khác nhau được thực hiện 2 đợt nitrate hóa. - Sau đó tiến hành bố trí thí nghiệm kiểm tra hiệu quả xử lý của hệ. - Thí nghiệm được bố trí theo trình tự bể chứa đất phèn nung trước, tiếp đến là bể chứa các khối bê tông rỗng. - Trình tự bố trí các bể phản ứng như trên là nhằm thực hiện phản ứng hấp phụ lân trong nước thải trước, sau đó thực hiện phản ứng khử nitrate hóa ở giai đoạn tiếp theo để loại đạm ra khỏi hệ thống.. - Điều kiện xử lý của hệ thống: lưu lượng 8 lít/giờ xác định bằng ống đong, phần nước thải chiếm chỗ trong bể phản ứng sau khi lấy vật liệu ra khoảng 40,0 L xác định bằng ống đong, thời gian tồn lưu của hệ thống khoảng 5 giờ, nguồn carbon để bổ sung vào hệ thống được chọn là saccharose (đường thực phẩm). - Cả 2 bể thí nghiệm đều được thực hiện trong điều kiện thiếu khí (không sục khí).. - Thí nghiệm được bố trí lặp lại 2 lần. - Khi hệ thống đạt trạng thái ổn định thì tiến hành thu mẫu qua 2 đợt bố trí thí nghiệm.. - Nước thải của từng đợt thu tại xí nghiệp sau khi xử lý sơ bộ tiến hành cho qua hệ thống như mô tả ở Hình 4.. - Nước thải chế biến thủy sản. - (bể amôn hóa) Bể nitrate Hệ thống khử i. - Hình 4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm. - Các chỉ tiêu hóa lý được phân tích tại phòng thí nghiệm chất lượng môi trường Khoa Môi Trường. - 2.5.3 Phương pháp xử lý số liệu. - Sử dụng phần mềm SPSS 13.0 để xử lý số liệu (Paired samples T Test để so sánh sự khác biệt).. - 3.1 Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải đầu vào và đầu ra qua 2 lần lặp lại. - Trong thành phần của nước thải thu từ nhà máy Cafatex còn chứa các chất cần xử lý với hàm lượng rất cao (Bảng 2).. - Bảng 2: Sự biến động các chỉ tiêu COD, TN và TP (mg/L) của nước thải nhà máy Cafatex qua 2 lần lặp lại thí nghiệm Chỉ tiêu Nhỏ nhất Lớn nhất Trung bình. - Nhiệt độ qua 2 đợt thí nghiệm xử lý nước thải đầu vào và đầu ra sau các giai đoạn xử lý của hệ thống biến động trong biên độ hẹp khoảng 28±0,9 0 C do lượng nước dự trữ trong bể cấp lớn khoảng 300 L cung cấp liên tục một lượng nước thải cho hệ thống với tốc độ dòng ổn định là 8 L/giờ tạo thành một hệ cân bằng động tránh được đáng kể ảnh hưởng của biến động nhiệt của không khí, cùng với diều kiện bố trí thí nghiệm trong phòng giúp ổn định nhiệt độ cho hệ thống.. - Kết quả Bảng 3 cho thấy thành phần hóa lý của nước thải thí nghiệm qua 2 đợt thu mẫu khá biến động giữa nước thải đầu vào sau giai đoạn nitrate Bể giữ mực. - So sánh lượng oxy hoà tan tại điểm DNC giữa 2 đợt nhận thấy có sự khác biệt lớn, ở đợt 2 vi sinh đã quen với nguồn carbon thêm vào nên đã phân huỷ nhanh hơn làm cho oxy hoà tan ở đợt 2 thấp hơn đáng kể, chỉ tiêu EC có xu hướng giảm dần lần lượt qua các bể HK, DN, DNC và BT cho thấy lượng ion phân ly cũng giảm dần tương ứng do Ec có liên quan mật thiết đến nồng độ các ion phân ly, điều này phù hợp với giả thuyết là có một lượng nitrate mất đi do quá trình khử nitrate đã xảy ra trong hệ thống xử lý.. - Các giá trị đo được trong bảng thể hiện cho một hệ thống khử nitrate đang được thực hiện tốt.. - Bảng 3: Sự biến động các chỉ tiêu DO, EC, pH, độ đục ở 2 lần lặp lại thí nghiệm. - Hình 5: Biến động hàm lượng COD qua các giai đoạn xử lý ở 2 đợt thí nghiệm. - Biến động hàm lượng chất hữu cơ trong hệ thống thí nghiệm thông qua chỉ tiêu COD được thể hiện ở Hình 5. - Hàm lượng COD đầu vào (sau khi thu từ nhà máy chế biến thủy sản) khoảng 206,7 mg/L, COD sau giai đoạn tiền xử lý ở bể (HK) là 15 mg/L, giá trị COD giảm mạnh sau giai đoạn tiền xử lý là do: giai đoạn tiền xử lý bao gồm 2 giai đoạn là amôn hoá và nitrate hoá cả 2 giai đoạn này đều tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho vi sinh vật hoạt động để phân huỷ chất hữu cơ giải phóng khí CH 4 trong giai đoạn amôn hoá và khí CO 2 giai đoạn nitrate hóa làm cho hàm lượng COD của nước thải ban đầu giảm mạnh, COD ở nước đầu ra chỉ còn lại ở mức. - khoảng 40 mg/L là do trong quá trình xử lý hệ thống cần bổ sung một nguồn carbon từ bên ngoài (Hình 4) cho vi sinh vật hoạt động, làm cho COD tại vị trí DNC tăng lên hơn 200 mg/L và lượng carbon này phần lớn cung cấp năng lượng, một phần được vi sinh vật hấp thụ làm tăng mật số vi sinh vật (Hình 8) lượng sinh khối này góp phần làm cho COD đầu ra khoảng 40 mg/L. - Nếu tính lượng COD đầu vào bao gồm COD từ lượng carbon cung cấp từ bên ngoài thì hiệu suất xử lý COD của hệ thống đạt trên 90%.. - 3.2 Hiệu quả xử lý đạm, lân và vi sinh qua hệ thống thí nghiệm. - 3.2.1 Hiệu quả xử lý đạm. - Kết quả xử lý đạm qua các giai đoạn trong hệ thống xử lý nước thải được trình bày qua Hình 6, cho thấy phần lớn hàm lượng đạm hiện diện trong nước thải đầu vào ở dạng nitrate (NO 3 - -N) với nồng độ ở mức khoảng 45 mgN/L. - thấp sau hệ thống xử lý khoảng 0,5 mgN/L. - Hiệu suất xử lý đạm trung bình của 2 đợt bố trí thí nghiệm khoảng 89,7%. - Hình 6: Hàm lượng các dạng đạm qua các giai đoạn xử lý trong 2 đợt thí nghiệm So sánh giá trị các chỉ tiêu đạm ở dạng ion và. - Có thể thấy rằng hệ thống xử lý gần như loại bỏ hoàn toàn hàm lượng nitơ trong nước thải. - Điều này cho thấy các khối bê tông rỗng là vật liệu bám dính hiệu quả cho các quần thể vi khuẩn giúp loại bỏ hàm lượng carbon và nitơ trong nước thải ra khỏi hệ thống. - Với hiệu suất xử lý đạm trung bình khoảng 89,7% hàm lượng đạm còn lại dưới 10 mg/L khối bê tông tỏ ra có ưu điểm hơn so với các loại vật liệu khác như vỏ nghêu, vỏ sò có hiệu quả xử lý đạm ammonium là 90,83%, đạm nitrate là 64,03%. - 3.2.2 Hiệu quả xử lý lân. - tổng lân hòa tan (TDP) và tổng lân (TP) qua các giai đoạn xử lý của hệ thống thí nghiệm. - Hình 7 cho thấy vật liệu đất nung có vai trò quan trọng để xử lý lân trong nước thải, bể bê tông cũng làm giảm nồng độ các dạng lân dễ tiêu, là do vi sinh vật đã sử dụng trong việc tổng hợp tế bào. - Hiệu suất xử lý lân trung bình của 2 đợt bố trí thí nghiệm khoảng 82,1%. - Qua quá trình thực nghiệm vật liệu tỏ ra bền bỉ về mặt vật lý, mặc dù thời gian thực nghiệm kéo dài nhiều tháng nhưng vật liệu vẫn giữ nguyên hình dạng và kích thước ban đầu, tuy nhiên cần kiểm tra lại tính chất này trước khi áp dụng vào các bể xử lý lớn trong thực tế.. - Hình 7: Hàm lượng lân qua các giai đoạn xử lý của hệ thống xử lý qua 2 đợt thí nghiệm Các vật liệu này do thành phần có chứa khoáng. - chất có các ion sắt và nhôm hoạt động, các nhóm oxit trên bề mặt, hoặc các hợp chất chứa canxi có thể phản ứng với ion phốt phát tạo ra các hợp chất kết tủa chứa phosphate và dễ dàng loại lân ra khỏi hệ thống. - Sau khi qua bể DN hàm lượng lân giảm mạnh như vậy cho phép ta kết luận bể đất nung là nơi xảy ra phản ứng loại PO 4 3- ra khỏi nước thải. - 3.2.3 Biến động vi sinh trong hệ thống xử lý đạm, lân. - Hình 8: Biến động mật độ của vi sinh vật qua các giai đoạn xử lý ở 2 đợt thí nghiệm. - Điều này cho thấy môi trường tại bể khử nitrate phù hợp cho sự sinh trưởng của các vi sinh vật dị dưỡng và sự tăng sinh của các vi sinh vật dị dưỡng ở giai đoạn này có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình khử nitrate của hệ thống. - Mật số coliform dao động trong khoảng CFU/mL, coliform được ghi nhận là tồn tại tốt trong hệ thống và diễn biến mật độ coliform tương tự như diễn biến mật độ vi sinh vật dị dưỡng nhưng thấp hơn gần 10 lần.. - Hệ thống xử lý tồn tại vi sinh vật dị dưỡng và coliform với mật độ khá cao tuy nhiên chúng tôi ghi nhận không có sự tồn tại của E. - coli trong suốt hệ thống qua tất cả các đợt thí nghiệm.. - So sánh mật số vi sinh vật dị dưỡng giữa các cặp HK và DN, DN và DNC, DNC và BT cho thấy ở cặp DNC-BT có sự sai khác có ý nghĩa (p<0,05) ở cả hai đợt thí nghiệm là do vi sinh vật dị dưỡng đã sử dụng nguồn carbon và tăng mật số và kết quả khảo sát tương tự đối với chỉ tiêu coliform.. - Các khối bê tông là vật liệu tốt để làm giá thể cho vi sinh vật bám và thực hiện phản ứng khử nitrate.. - Hệ thống xử lý cần được bổ sung nguồn carbon từ bên ngoài và sinh vật có thể sử dụng saccharose là nguồn cung cấp carbon cho hoạt động khử nitrate hóa.. - Đất phèn nung có khả năng xử lý lân trong nước thải đạt hiệu quả cao.. - Các chỉ tiêu hóa lý trong nước đầu ra sau hệ thống xử lý như pH, NO 2. - Lặp lại nghiên cứu với nồng độ đạm nitrate và tốc độ dòng khác nhau để tìm ra hiệu suất khử nitrate tốt nhất của hệ thống.. - Nghiên cứu các vật liệu khác sẵn có tại địa phương có khả năng loại bỏ lân trong nước thải hiệu quả hơn.. - Sử dụng phế phẩm nông nghiệp thủy sản xử lý nước thải sinh hoạt, Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ, Phát minh xanh Sony lần 8.. - Sử dụng khối bê tông và hạt đất nung để loại bỏ đạm trong nước thải. - Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo dục.. - Công nghệ sinh học môi trường tập 1- Công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.