nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thủy sản công ty TNHH ANGST bằng mô hình lọc sinh học hiếu khí

trình bày về nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thủy sản công ty TNHH ANGST bằng mô hình lọc sinh học hiếu khí

CHƯƠNG1 MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Với đường bờ biển dài 3.260 km và diện tích gần 3.500.000 km2, Việt Namđược xem là nước có tài nguyên biển khá đa dạng và phong phú Với thuận lợiđó, hàng năm ngành đánh bắt, nuôi trồng, chế biến thuỷ hải sản chiếm tỷ

trọng khá lớn trong kiêm ngạch xuất khẩu của Việt Nam Đấy là minh chứngcho giá trị vô giá mà biển Việt Nam mang lại.

Với quy mô đánh bắt mở rộng và nhu cầu nuôi trồng thuỷ sản không ngừnggia tăng Trước những đòi hỏi về nguồn lương thực thực phẩm đó, các cơ sởsản xuất chế biến mặt hàng thuỷ sản cũng được xây dựng ngày càng nhiều,không những ở các khu vực có các ngư trường lớn mà còn ở cả các vùng lâncận, các khu dân cư, khu đô thị

Nhiều yếu tố tích cực mà mô hình sản xuất này mang lại đã góp phần giảiquyết công ăn việc làm cho cộng đồng, đảm bảo lương thực, thực phẩm chotrong nước và xuất khẩu… đều đã được thừa nhận Tuy nhiên, phải nhìn nhậnmột vấn đề còn tồn tại là nạn ô nhiễm môi trường mà hoạt động này tác độnglà khá lớn Với đặc tính dòng thải là giàu hữu cơ, nhiều nitơ, phosphore…Đồngthời, về cảm quan mùi rất khó chịu cho cộng đồng, nước thải phát sinh từ hoạtđộng chế biến thuỷ sản này đã được nhận định là nguy hiểm cho môi trườngvà cho sinh thái, đặc biệt là hệ sinh thái thuỷ vực – khi mà hầu hết sông ngòihiện nay là nơi tiếp nhận nguồn thải Và khi đó, con người cũng sẽ bị ảnhhưởng tiêu cực

Nhận thức được khả năng gây nguy hại cho các thành phần môi trường, hầuhết các nhà máy sản xuất đều xây dựng các trạm xử lý nước thải để giảmnồng độ và tải lượng ô nhiễm trước khi xả là nguồn tiếp nhận Tuy nhiên, hiệuquả xử lý là chưa cao, đồng thời cũng chưa có nghiên cứu đánh giá cụ thể hiệuquả xử lý của các công trình đó Và Công Ty TNHH ANGST – TRƯỜNGVINH cũng là một trong số đó

Xuất phát từ những nhận thức đó, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ củacá nhân vào công tác quản lý kỹ thuật dòng thải, dưới sự hướng dẫn của ThạcSỹ Lâm Vĩnh Sơn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thuỷ sản Công

Ty TNHH ANGST – TRƯỜNG VINH bằng mô hình lọc sinh học hiếu khí” rađời.

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải thuỷ sảnbằng quá trình lọc sinh học hiếu khí để:

- Xác định hiệu quả xử lý tại các tỷ trọng khác nhau, từ đó xác định được tảitrọng tối ưu

- Xác định các thông số động học của quá trình

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần sau:

- Tổng quan về nước thải thuỷ sản

- Tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải thuỷ sản hiện nay

- Tổng quan về quá trình lọc sinh học hiếu khí

- Xây doing mô hình và vận hành mô hình phòng thí nghiệm với nhiều tảitrọng khác nhau

- Xử lý số liệu thực nghiệm và đưa ra kết luận về tải trọng tối ưu và thôngsố động học của quá trình

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện dựa trên các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thu thập tài liệu: dữ liệu được thu thập từ các kết quả nghiêncứu, các tài liệu và các trang web có liên quan

- Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành khảo sát về tính chất, thành phầnnước thải

- Phương pháp xây dựng mô hình: vận hành mô hình mô phỏng ở qui môphòng thí nghiêm để xử lý nước thải

- Phương pháp phân tích: các thông số đo và phương pháp phân tích tươngứng được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1: Các thông số và phương pháp phân tích

4 Nitơ tổng Phương pháp chưng cất Kjeldahl

1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: nước thải ngành chế biến thuỷ sản

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu quá trình lọc sinh học hiếu khí trên môhình ở qui mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI THUỶ SẢN CÔNG TY TNHH ANGST-TRƯỜNG VINH

2.1 TỔNG QUAN NGÀNH CHẾ BIẾN THUỶ SẢN

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY TNHH THUỶ SẢN ANGST – TRƯỜNG VINH

2.1 Tổng quan chế biến thủy sản:

2.1.1 Khái quát:

Chế biến thủy hải sản được xem là một trong những ngành công nghiệpmũi nhọn ở Việt Nam Theo số liệu thống kê của bộ thủy sản, chúng ta có hơn1.470.000 ha mặt nước sông ngòi dùng cho nuôi trồng thủy sản Ngoài ra còn cóhơn 544.500.000 ha ruộng trũng,56.200.000 ha hồ… dùng để nuôi cá

Mặt khác nước ta nằm trong vùng có địa lý thuận lợi với bờ biển dài3.260km, vùng biển và thềm lục địa rộng lớn hơn 1 triệu km2 đã tạo thành mộtvùng nước lợ thích hợp cho việc nuôi trồng thủy hải sản có giá trị kinh tế cao

Biển Việt Nam thuộc vùng biển Nhiệt đới có nguồn lợi vô cùng phong phú.Tổng trữ lượng cá tầng đáy vùng biển Việt Nam có khoảng 1,7 triệu loài, khả

năng cho phép khai thác khoảng 1 triệu tấn/năm Tổng trữ lượng cá tầng trênkhoảng 1.2 -1.3 triệu tấn Nguồn lợi thủy sản chủ yếu là tôm cá, có khoảng 3triệu tấn/năm nhưng hiện nay mới chỉ khai thác hơn 1 triệu tấn/năm.

Cùng với ngành nuôi trồng và khai thác thủy sản thì ngành chế biến thủysản đã có nhiều đóng góp trong thành tích chung của ngành thủy sản VN, trongđó mặt hàng đông lạnh khoảng 80%

Trong những năm gần đây, khoảng 35% đầu ra của sản phẩm thủy sảnđược sản xuất để xuất khẩu và phần còn lại được bán ra trên thị trường nội địahoặc ở dạng tươi sống (34,5%), hoặc đã qua chế biến (45,7%) dưới dạng bột cá,nước mắm, cá khô… Bắt đầu từ năm 1995, nghề đánh cá xa bờ được đầu tư mạnhnên sản lượng đã tăng lên 1.230.000 tấn Bên cạnh đó nước ta còn có diện tíchmặt nước rất lớn để phát triển việc nuôi trồng thủy sản Nguồn liệu từ nuôi trồngvà khai thác nội đồng khoảng 492.000 tấn/năm (1997), và 515.020 tấn/năm(1998)

Cùng nhịp với sự phát triển của cả nước, ngành chế biến thủy hải sản đangngày càng phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng, do đó lượngnguyên liệu đưa vào chế biến ngày càng nhiều Năm 1991 chỉ khoảng 130.000tấn nguyên liệu được đưa vào dùng chế biến xuất khẩu (chiếm 15%) và chế biếntiêu dùng cho nội địa (khoảng 30%), còn lại được sử dụng dưới dạng tươi sống.Đến năm 1995 đã có hơn 250.000 tấn nguyên liệu đưa vào chế biến xuất khẩu(chiếm 19,2%),32,3% chế biến cho thiêu dùng nội địa và 48% dùng dưới dạngtươi sống Năm 1998, xuất khẩu chiếm 24,3%, nội địa 41%, tươi sống 35% Quasố liệu trên ta đã thấy nhu cầu phất triển ngàng chế biến thủy hải sản đang ngàycàng tăng lên

Bảng 2.1: Tốc độ tăng trưởng kim ngạch xuất khẩu thủy sản Việt Nam

(Nguồn: Bộ Thủy Sản ở Việt Nam FICen,2005)

Trong một năm 2008 nhiều khĩ khăn, xuất khẩu thủy sản của cả nước vẫntăng gần 20% về giá trị Đại diện Hiệp hội Chế biến về xuất khẩu thủy sản Việt Nam(VASEP) cho biết: theo số liệu mới nhất của Tổng cục Hải quan, trong năm 2008,xuất khẩu thủy sản của cả nước đạt trên 1,2 triệu tấn, trị giá đạt trên 4,5 tỷ USD,tăng 33,7% về khối lượng và 19,8% về giá trị so với năm trước

Liên minh Châu Âu (EU) tiếp tục giữ vị trí nhà nhập khẩu thủy sản lớn nhấtcủa Việt Nam với khối lượng nhập khẩu là 349 ngàn tấn với giá trị 1,14 tỷ USD,tăng 26% về giá trị

Bảng 2.2: Khối lượng sản phẩm thủy sản xuất khẩu hàng năm từ 2002 – 2007

Tôm đông

114579.98

124779.69

141122.03

132270.71

165596.33

Giáp xác và Tấn 115160.1 141798.6 108802.3 148611 168621.5 188631.7

Năm Kim ngạch xuất khẩu (triệu

293125.24

310254

45

330224.25

339254.11

Kim ngạch

xuất khẩu

Triệu

(Nguồn: Bộ Thủy Sản ở Việt Nam FICen,2005)

Trong năm 2008, Việt Nam đã xuất khẩu thủy sản sang 26/27 quốc gia thuộckhối này, đứng đầu là 5 thị trường: Đức, Italia, Tây Ban Nha, Hà Lan và Bỉ Trong

61 sản phẩm thủy sản Việt Nam được nhập khẩu vào EU, cá tra, basa tăng 23,8%,tôm tăng 47,6%, mực bạch tuộc đông lạnh tăng 26,6%, cá ngừ tăng 21,6% so vớinăm 2007 Đứng thứ hai là thị trường Nhật Bản, với khối lượng nhập khẩu trên 134ngàn tấn, giá trị đạt hơn hơn 828 triệu USD, tăng 13,2% về khối lượng và 11% vềgiá trị so với năm trước Là trung tâm của cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu năm

2008, Mỹ tụt xuống hạng thứ 3 về nhập khẩu thủy sản của Việt Nam Tỷ trọng củathị trường Mỹ giảm từ 20,4% xuống 16,5% trong cơ cấu thị trường xuất khẩu củaViệt Nam do nhu cầu tiêu thụ và nhập khẩu của nước này giảm.Tuy nhiên, theo dựbáo sự suy thoái của nền kinh tế và sự tăng giá của các mặt hàng thủy sản sẽ tiếptục ảnh hưởng không nhỏ đến sức tiêu thụ thủy sản của nước này trong năm 2009

2.1.2 Công nghệ sản xuất ngành chế biến thủy sản

Ngành chế biến thủy sản là một bộ phận cơ bản của ngành thuỷ sản, ngànhcó hệ thống cơ sở vật chất tương đối lớn, bước đầu tiếp cận với trình độ khu vực,

có đội ngũ quản lí kinh nghiệm, công nhân kĩ thuật có tay nghề giỏi

Hiện nay, ngành công nghệ chế biến thủy hải sản phát triển rộng rãi tại Việt

Nam và khắp trên thế giới Các nhà máy, xí nghiệp chế biến thủy hải sản khác

nhau về cách thức hoạt động, quy mô sản xuất và sản phẩm đầu ra

2.1.2.1 Quy trình sơ chế thủy sản đặc trưng

Tiếp nhận nguyên liệu

Rửa

Cân, phân cỡ

Đánh vẩy, lấy nội

Cân và phân cỡ

Nước thảiRửa

Vô khayCấp đông

Các loại thúy sản

Đầu tiên hải sản được rửa bằng nước trong các bồn và xử lý sơ bộ nhằmloại bỏ hải sản kém chất lượng Tiếp sau đó, chúng được cân và phân loại ra kíchcỡ lớn nhỏ (hoặc theo các tiêu chuẩn khác nhau) nhằm mục đích tạo ra các sảnphẩm đồng nhất phục vụ cho các công đoạn chế biến tiếp theo Sau khi phân kíchcỡ, hải sản lại được rữa lại một lần nữa rồi cắt bỏ nội tạng Sau khi cắt bỏ nộitạng, hải sản được rửa lại và đem đi cân và phân loại Trước khi cho vào khay hảisản phải được rửa lại một lần cuối rồi đem vào kho bảo quản.

2.1.2.2 Đối với các sản phẩm đông lạnh

Hình 2.2.: Quy trình chế biến các sản phẩm đông lạnh

Nguyên liệu tươi ướp lạnh

Rửa

Sơ chếPhân loại cỡ

Đông lạnhĐóng gói

RửaXếp khuôn

Bảo quản lạnh

Nước thảiChất thải rắn

Nước thải

2.1.2.3 Đối với các sản phẩm khô

Công nghệ chế biến các sản phẩm thuỷ sản khô

Hình 2.3: Quy trình chế biến các sản phẩm thủy sản khô

2.1.3 Đặc tính chung của nước thải thủy sản

Trong ngành chế biến thủy hải sản, vấn đề được quan tâm nhiều nhất làmôi trường nước được sử dụng để rửa nguyên liệu, vệ sinh máy móc, cáccontainer, rửa sàn nhà, tách lóc mạ băng sản phẩm Nước sau khi sử dụng đềuthải ra ngoài mang theo hàm lượng chất hữu cơ lớn gây ô nhiễm môi trường

Nước thải của một nhà máy chế biến thủy hải sản bao gồm :

 Nước thải sản xuất: Đây là loại nước thải rửa hải sản các loại (cá, tôm,cua, mực, …)

 Nước thải vệ sinh công nhiệp: Đây là nước cần dùng cho việc rửa sàn nhàmỗi ngày, ngoài ra còn dùng để rửa các thiết bị, máy móc…

 Nước thải sinh hoạt mỗi ngày: Nước thải từ các hoạt động sinh hoạt củacác cán bộ công nhân viện trong các nhà máy Đây là lượng nước thải

Nguyên liệu

Sơ chế (chải sạch,

chặt đầu, lặt dè,

Phân cỡ loại

Bảo quản lạnh

Phân loại

Đóng gói Đóng gói

Bảo quản lạnh

Chất thải rắn

đáng kể vì trong các nhà máy chế biến hải sản thường có lượng công nhânkhá đông, nhu cầu sử dụng nước cho các hoạt động như tắm rửa rất lớn.Nước thải của xí nghiệp chế biến thủy sản có hàm lượng COD dao động từ

1200 – 2300 mg/l, hàm lượng BOD5 cũng khá lớn từ 1200 -1800 mg/l trong nướcthường chứa các vụ thủy sản và các vụn này rất dễ lắng Hàm lượng Nitơ thườngrất cao chứng tỏ mức độ ô nhiễm chất dinh dưỡng rất cao (50 – 120 mg/l) Ngoài

ra trong nước thải thủy hải sản có chứa các thành phần chất hữu cơ khi phân hủytạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân hủy các acid béo không bão hòa tạomùi rất khó chịu và đặc trưng làm ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng sứckhỏe công nhân trực tiếp làm việc

Đặc điểm của ngành chế biến thủyhải sản là có lượng chất thải lớn Cácchất thải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát thâm nhập vào dòng nước thải

Nước thải trong chế biến thuỷ hải sản có hàm lượng chất hữu cơ cao vìtrong đó có dầu, protein, chất rắn lơ lửng và chứa lượng photphat và nitrat Dòngthải từ chế biến thuỷ sản còn chứa những mẫu vụn thịt, xương nguyên liệu chếbiến, máu chất béo, các chất hoà tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa vàcác tác nhân làm sạch khác Trong đó có nhiều hợp chất khó phân hủy Qua phântích 70 mẫu nước thuỷ tại các cơ sở chế biến hải sản có quy mô công nghiệp tạiđịa bàn tỉnh Vũng Tàu nhận thấy hàm lượng COD của các cơ sở dao động từ 283mg/l – 21026 mg/l, trong khi tiêu chuẩn Việt Nam đối với nước thải được phépthải vào nguồn nước biển quanh bờ sử dụng cho mục đích bảo vệ thủy sinh có lưulượng thải từ 50 m3 – 500 m3 / ngày là < 100 mg/l Nước thải của phân xưởng chếbiến thủy hải sản có hàm lượng COD dao động từ 500 – 3000 mg/l, giá trị điểnhình là 1500 mg/l, hàm lượng BOD5 dao động trong khoảng từ 300 – 2000 mg/l,giá trị điển hình là 1000 mg/l Trong nước thường có các mảnh vụn thủy sản vàcác mảnh vụn này dễ lắng, hàm lượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200 – 1000mg/l, giá trị thường gặp là 500mg/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 thường gặp là100mg/l; hàm lượng photpho dao động từ 10 – 100 mg/l, giá trị điển hình là 30mg/l Ngoài ra trong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản còn chứa thànhphần hữu cơ mà khi bị phân huỷ sẽ tạo các sản phẩm trung gian của sự phân huỷcủa các acid béo không bão hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễmvề mặt cảnh quan và ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc

2.1.4 Tác động đến môi trường của ngành chế biến thủy sản

Hơi chlorine: Dung dịch chlorine được dung để khử trùng dụng cụ, thiết bị

sản xuất, rửa tay, rửa nguyên liệu với hàm lượng 20-200 ppm, Hơi Clo khuếch tánvào trong không khí ngay tại khu vực sản xuất với nồng độ cao, ảnh hưởng đếnngười lao động

Công nhân làm việc trong môi trường có các khí độc và mùi hôi tanh làm

cơ thể mệt mỏi, giảm hiệu suất làm việc, giảm hiệu quả sản xuất, ảnh hưởng đếnsức khoẻ hiện tại hoặc tác hại lâu dài

Tác nhân lạnh: Hơi dung môi chất lạnh bị rị rỉ bao gồm các loại khí như

R12, R22, NH3… các khí này có thể ảnh hưởng đến tầng ozon

 Khí NH3: Hơi này có trong không khí khu vực phân xưởng sản xuất trongtrường hợp bị rị rỉ đường ống của hệ thống lạnh Khí có mùi khai đặc trưng,

dễ hịa tan trong nước, có phản ứng kiềm mạnh.Vì thế khí này ảnh hưởngmắt, mũi, họng… Tiêu chuẩn cho phép xả thải là 0.02 mg/l.

 Khí CFCs: Được dung trong các thiết bị làm lạnh, là tác nhân làm thủngtầng ozon và được khuyến cáo không nên dùng nữa

 Mùi hơi: Mùi hơi của nguyên liệu là do sự phân hủy các chất hữu cơ có trongchất thải rắn và nước thải Theo thời gian, các chất hữu cơ đặc biệt là chấtthải rắn sẽ phân giải các axit amin thành các chất đơn giản hơn nhưtrimetyamin, dimetyamin… là những chất có mùi tanh, hơi thối Công nhânlàm việc trong điều kiện mùi hôii tanh làm cho cơ thể mệt mỏi, giảm hiệusuất làm việc, giảm hiệu quả sản xuất

Khí thải từ các lò nấu, chế biến: Khói thải từ các lò nấu thủ công nhiên

liệu đốt là than đá hay dầu FO, thành phần chủ yếu là CO2, CO, SOx, NO2, bụithan và một số chất hữu cơ dễ bay hơi

Khói thải phát tán ra môi trường xung quanh, gây trực tiếp các bệnh về hôhấp, phổi, nguyên nhân của các cơn mưa axit ảnh hưởng đến môi trường sinhthái, ăn mòn các công trình

Ngoài ra khí CO2 thải ra từ các khu công nghiệp còn là nguyên nhân chínhgây hiệu ứng nhà kính

2.1.4.2 Nước thải

Nước thải là một trong những vấn đề môi trường lớn nhất của ngành chếbiến thuỷ hải sản, nước thải chế biến thuỷ hải sản đặc trưng bởi các thông số ônhiễm như: màu, mùi, chất rắn không hoà tan, chất rắn lơ lửng, các vi khuẩn, chỉsố BOD, COD, pH,

Các đặc tính chung của nước thải thuỷ sản:

 pH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷ đạmvà thải ammoniac

 Có hàm lượng các chất hữu cơ dạng dễ phân huỷ sinh học cao Giá trịBOD5 thường lớn, dao động trong khoảng 300 – 2000 mg/l, giá trị CODnằm trong khoảng 500 – 3000 mg/l

 Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 200 – 1000 mg/l

 Hàm lượng lớn các protein và chất dinh dưỡng, thể hiện ở hai thông sốtổng Nitơ (50 – 200 mg/l) và tổng Photpho (10 – 100 mg/l) Để xử lý đượcchất ô nhiễm này triệt để cần có hệ thống xử lý bậc 3 (xử lý chất dinhdưỡng) Điều này làm diện tích công trình và chi phí đầu tư xây dựng hệthống xử lý rất lớn Thường có mùi hôi do có sự phân huỷ các axit amin Với tải lượng chất ô nhiễm của ngành chế biến thủy sản thì nước thải ảnhhưởng rất lớn đến hệ sinh thái nước:

 Làm tăng độ độc của nước, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của hệ thủysinh, làm giảm khả năng tạo oxy hòa tan trong nước

 Hàm lượng chất hữu cơ cao tạo điều kiện thiếu oxy, trong nước xảy ra quátrình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm độc hại như H2S… gây mùi thốicho nước và làm nước chuyển màu đen

 Là nguồn gốc gây bệnh dịch trong nước, ô nhiễm nguồn nước ngầm

2.1.4.3 Chất thải rắn

Chất thải rắn chủ yếu là các thành phần hữu cơ, dễ lên men, gây thối rửa và tạomùi khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí, đó cũng là nguồnlây lan các dịch bệnh

Chất thải rắn được phát sinh từ 3 nguồn:

 Từ quá trình chế biến: Bao gồm các loại vỏ, đầu, nội tạng… Nếu chất thải nàykhông được thu gom sẽ phân hủy gây ra mùi khó chịu.

 Từ khu vực phụ trợ: bao gồm chất thải rắn phát sinh từ căntin, bao bì hưhỏng… Chúng có thành phần giống rác đô thị

 Các loại cặn bã dư do quá trình xử lý nước thải và quá trình phân hủy sinhhọc

Bảng 2.3 : Lượng chất thải rắn trong quá trình chế biến thuỷ hải sản

1

Đông lạnh: (tấn phế thải/tấn sản phẩm)

- Nhuyễn thể chân đầu đông lạnh 0.45

- Nhuyễn thể hai mảnh vỏ đông lạnh 4

2 Nước mắm (tấn chất thải/1000 lít nước mắm) 0.2

4 Đồ hộp (tấn phế thải/tấn sản phẩm) 1.7

5 Agar (tấn phế thải/ tấn sản phẩm) 6

(Nguồn: WHO, 1993)

2.1.4.4 Nhiệt thải và tiếng ồn

Nhiệt thải từ lò nấu, từ hệ thống làm lạnh và tiếng ồn từ các thiết bị sảnxuất ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ công nhân và người dân xung quanh

Tiếng ồn và độ rung thường gây ảnh hưởng trực tiếp đến thính giác, làmgiảm thính lực của người lao động, giảm hiệu suất làm việc, và phát sinh nhiềuchứng bệnh khác Tác động của tiếng ồn có biểu hiện qua phản xạ của hệ thầnkinh hoặc gây trở ngại đến hoạt động của hệ thần kinh thực vật, khả năng định

hướng, giữ thăng bằng qua đó ảnh hưởng đến năng suất lao động Tiếng ồn quálớn có thể gây thương tích

Tiêu chuẩn quy định cho mức tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất là 75 dB

2.1.4.5 Tác nhân hóa học

Các hóa chất khử trùng và tẩy trùng như : Clorine, xà phòng, các chất phụgia, bảo quản thực phẩm gây hại cho môi trường

2.1.4.6 Tác nhân sinh học

Các loại chất như: nước thải, chất thải rắn đều có chứa tác nhân sinh họcđó là các loại vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật Nếu không phát hiệnvà xử lý kịp thời thì rất dễ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát tán vàomôi trường làm ảnh hưởng đến sức khỏe cho cộng đồng xung quanh

2.1.4.7 Tác nhân khác

Hầu như các cơ sở chế biến thủy sản ở Việt Nam đều có bảo hộ lao động(ủng, găng tay, khẩu trang, nón) cho công nhân trong quá trình làm việc Môitrường làm việc của các công nhân trong các nhà xưởng thường bị ô nhiễm do cóđộ ẩm cao và mùi hôi Do đó, tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp như thất khớp, viêmhọng… thường có tỷ lệ cao Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm còn bị hạn chế bởicác phòng chế biến, sàn nhà xưởng, đường thoát nước thải chưa được thiết kế hợplý Ánh sáng trong xưởng chế biến vẫn chưa đủ độ sáng Trần nhà, tường ngănkhông được sạch, hệ thống vòi nước, khay đựng bằng kim loại dễ bị rỉ sét vàkhông hợp vệ sinh

2.1.5 Nhận xét chung về nước thải ngành chế biến thủy sản

Nước thải ngành chế biến thủy hải sản ở miền Nam có hàm lượng CODtrong khoảng 1200 – 2600 mg/l, hàm lượng BOD trong khoảng 900 – 1600 mg/l,hàm lượng Nitơ thường rất cao, nằm trong khoảng 50 -150 mg/l điều này chứng

tỏa rằng nước thải có chất ô nhiễm dinh dưỡng cao Ngoài ra nước thải còn chứachất rắn (vây, đầu, ruột, … rất dễ thu gom Nhìn chung nước thải của ngành chếbiến thủy hải sản mức độ ô nhiễm vượt nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép xảvào nguồn tiếp nhận do Nhà nước quy định (5 – 10 lần đối với chỉ tiêu COD,BOD, gấp 8 -14 Nitơ hữu cơ…) Do đó giá trị các thông số ô nhiễm trong nước thải

ngành chế biến thủy sản phải theo QCVN 11:2008/BTNMT (Bảng 2.4: Giá trị

tối đa cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải ngành công nghiệp chế biến thủy sản phần phụ lục).

Thực tế cho thấy hầu hết các cơ sở chế biến thuỷ hải sản của nước ta hiệnnay chưa có hệ thống xử lý nước thải hoặc có cơ sở có hệ thống xử lý nhưngkhông đạt yêu cầu đã làm ô nhiễm trầm trọng đến môi trường sống của cộngđồng xung quanh, gây ô nhiễm nặng đến nguồn nước ngầm, nước mặt, nhiềugiếng nước xung quanh không sử dụng được Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng vàtriển khai công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thuỷ hải sản đang là vấn đềcấp bách mà chúng ta cần thực hiện

2.2 Tổng quan về công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH

2.2.1 Giới thiệu chung

Công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH là một doanh nghiệpliên doanh giữa Việt Nam và Thụy Sỹ được thành lập vào tháng 2 năm 2001GPKD số: 201/GP-HCM Địa chỉ: 291/12 Luỹ Bán Bích, Phường Hòa Thạnh,Quận Tân Phú, Tp.HCM Với mục tiêu trở thành “Nhà cung cấp danh tiếng” vớicác sản phẩm chất lượng, an toàn thực phẩm, thân thiện với môi trường theo cáctiêu chuẩn ISO 9001:2000, BRC(2005), IFS(Ver.4), HACCP và ISO 14001:2005.Cung cấp cho khách hàng những sản phẩm chất lượng nhằm nâng cao chất lượngcuộc sống của con người

Ngành nghề kinh doanh: sản xuất, chế biến thịt hun khói, xúc xích, cá Sản

sản Tiếp thị và bán thực phẩm chế biến của Công ty liên doanh sản xuất

2.2.2 Thông tin về hoạt động sản xuất

Tổng nguồn vốn là 634.552 USD, trong đđó:

+ Máy móc, thiết bị sản xuất : 287.600 USD

+ Thiết bị xử lý nguyên liệu, nhà kho : 99.000 USD

+ Trang thiết bị văn phòng : 6.000 USD

2.2.2.1 Nhu cầu nguyên liệu và nguồn cung cấp

Các nguyên liệu chính của Công ty lấy từ các chợ thịt, cá đđầu mối củathành phố Một số nguyên liệu khác đđược nhập khẩu như gia vị và dăm bào đđượcnhập từ Thụy Điển Nguyên liệu chính dùng cho sản xuất được cho vào bảng sau

Bảng 2.5: Danh mục các nguyên liệu chính dùng cho sản xuất

(Nguồn: Công ty TNHH thủy sản ANGST-TRƯỜNG VINH, 4/2009)

2.2.2.2 Nhu cầu và nguồn cung cấp nước

Tên nguyên liệu Số lượng

Nguồn cung cấp (nhập khẩu hay tại Việt Nam) Nhâp khẩu Việt Nam

Thịt tươi, thịt đông, cá 350 tấn/năm 100%

Gia vị nhập khẩu 4.5 tấn/năm 100%

Nhu cầu khối lượng nước sử dụng :400 m3/tháng

Trong đó:

Nguồn cung cấp nước: sử dụng nguồn nước ngầm

2.2.2.3 Lao động

Nguồn nhân lực Công ty hiện là 75 người

Trong đó:

- Nhân viên văn phòng, bán hàng: 06 người

- Nhân viên kỹ thuật: 03 người

- Công nhân: 12 người

Thời gian làm việc của công ty: Làm 01 ca: sáng 8h - 12h, chiều 1h – 5h Buổi tốikhông sản xuất

2.2.3 Quy trình sản xuất

 Quy trình chế biến xúc xích

Hình 2.4: Quy trình chế biến xúc xích

Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất

Thịt heo mua từ chợ đđầu mối đđược đđem đđi rửa, sau đđó đđem qua máy xay

để nghiền nhỏ thịt Phần thịt heo sau khi xay được đưa qua công đđoạn đđịnh hìnhbằng bơm đđịnh lượng đúng kích thước và hình dáng yêu cầu Sau đó, đđưa vào hệthống xông khói để tạo màu Phần thịt sau khi tạo màu đđem đi nấu chín trước khiđđưa qua khâu làm lạnh Thành phẩm đđược đđưa vào công đđoạnđđóng gói bao bìvà bảo quản, xuất hàng theo yêu cầu

Ghi chú:

quy trình sản xuất

chất thải

RửaNguyên liệu thịt

 Quy trình chế biến dăm bông

Hình 2.5: Quy trình chế biến dăm bông

Thuyết minh quy trình công nghệ

Phần nguyên liệu thịt sau khi mua từ các chợ đầu mối đem đi rửa rồi nạothịt đồng thời phân loại theo từng thành phần như thịt nạc, thịt mỡ, da… Phần thịt

Nước thải

Chất thải rắn

Đĩng gĩi

Bảo quản

nạc sẽ được đưa vào quy trình sản xuất dăm bông, còn thịt mỡ và da sẽ được đưavào quy trình sản xuất xúc xích.

Phần thịt nạc sau khi qua giai đoạn phân loại được đem ướp gia vị,sau đó đem đi cắt nhỏ rồi đưa qua hệ thống massage làm cho thịt dai, nhuyễn trởthành dăm thịt Phần dăm thịt này sau đó được bơm vô túi nylon rồi đem đi nấu đểlàm chín thịt Giai đoạn cuối cùng là giai đoạn làm lạnh, đóng gói và bảo quản

Quy trình chế biến cá

Hình 2.6: Quy trình công nghệ chế biến cá

Hơi + chất lạnhChất thải rắn

Nước thải cóClorine

Chất thải (s.pthừa)

Nước có Clorine

Nguyên liệu vào

CáFillet (lóc thịt)

2.2.4 Môi trường và xử lý chất thải

2.2.4.1 Nước thải

Nước thải của công ty gồm:

Nước thải do sản xuất và sinh hoạt

 Nguồn nước thải từ quá trình vận chuyển, dụng cụ bốc xếp…

 Nước thải sinh ra từ quá trình chế biến

 Nước thải vệ sinh, thiết bị, nhà xưởng trước và sau giờ sản xuất

Lưu lượng nước thải ước tính khoảng 15 m3/ngày Như vậy nguồn chất thảilỏng chủ yếu là nước, máu cá, xà phòng, vụn thịt Đây là môi trường lýtưởng cho vi sinh vật gây bệnh và phát triển là nguồn bệnh rất rộng Do đóviệc xây dựng hệ thống xử lý nước thải là rất cần thiết

2.2.4.2 Phế thải rắn

Do các phụ phẩm tạo ra từ quá trình chế biến thịt, cá được tận dụng tối đanên phế thải rắn thải ra ngoài môi trường hầu như không có

2.2.4.3 Khí thải

Nhà máy là cơ sở chế biến hoạt động sản xuất chủ yếu bằng các máy mócthiết bị được trang bị khá hiện đại do đó hạn chế được lượngkhí thải thoát ra môitrường bên ngoài

Mùi: Nhà máy được đầu tư đạt tiêu chuẩn vệ sinh hàng hoá xuất khẩu theoTCVN, EU… nên mùi lạ hầu như không có

Các khía cạnh liên quan đến môi trường lao động

 Nhiệt độ: Do yêu cầu trong chế biến thuỷ sản phải nhanh, sạch lạnh trongđó nhiệt độ đóng vai trò rất quan trọng nên trong mỗi khu vực sản xuất sẽđược lắp đặt hệ thống máy lạnh để nhiệt độ trong phân xưởng phải đạt từ20-22 độ

 Ánh sáng: Bên cạnh nhiệt độ, ánh sáng đóng vai trò không kém phần quantrọng ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất Nhà máy trang bị 1 hệ thống đènNeon có ánh sáng trắng, mỗi bóng dài khoảng 1.2 met Hàng ngày có mộttổ bảo trì đi kiểm tra để duy trì được độ ánh sáng cần thiết cho sản xuất.

 Độ ẩm: Môi trường chế biến thuỷ sản luôn ẩm ướt do tiếp xúc thườngxuyên với nước, rất dễ gây ra những bệnh ngoài da, ngoài ra đây cũng làmôi trường lý tưởng cho vi sinh vật trú ngụ và phát triển Để đảm bảo sứckhoẻ cho công nhân cũng như chất lượng sản phẩm

 Tiếng ồn: Các khu vực trong nhà máy được bố trí cách nhau bằng các bứctường cách âm ví dụ như: khu vực phòng máy, khu vực cấp đông, khu làmđá, khu vực chế biến… Mặt khác, các hệ thống máy móc thiết bị được trang

bị khá hiện đại nên không gây tiếng ồn cho môi trường xung quanh

 Bụi: Các diện tích phục vụ cho giao thông đi lại trong nội bộ công ty đượctráng nhựa, và có đội vệ sinh chuyên đi thu gom quét dọn rác khu vực xungquanh nhằm hạn chế đến mức thấp nhất mật độ bụi bay vào phân xưởng vàcác khu vực lân cận

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

3.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ

3.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC

3.3 VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.4 ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

3.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ

3.1.1 Giới thiệu

Qúa trình xử lý sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật để oxy hoácác chất hữu cơ trong điều kiện có sự tồn tại của oxy

Vi sinh trong hệ thống này được duy trì ở trạng thái lơ lửng nhờ hệ thống cung

cấp oxy phía dưới Nước sau đó chảy qua bể lắng tại đó các vi sinh sẽ kết cụm tạo

bông và lắng xuống Bùn lắng một phần được tuần hoàn lại để bể tiếp tục xử lý

Hàm lượng bùn trong bể thường giữ trong khoảng từ 1000 – 3000 mg MLSS/l

b Bể xử lý sinh học từng mẻ:

Hệ thống bùn hoạt tính “làm đầy và tháo bỏ” Qúa trình thổi khí và quá trình

lắng được thực hiện trong cùng bể phản ứng do đó có thể bỏ qua bể lắng II

Thông thường các quá trình đều diễn ra trong cùng một bể Qúa trình hoạt động

gồm 5 giai đoạn:

Xử lý sinh học hiếu khí

Aerotank Hiếu khí tiếp

xúc Xử lý sinh họctheo mẻ Lọc hiếu khí Lọc sinh học nhỏ

giọt

Đĩa quay sinh học

- Pha làm đầy: Có thể vận hành với 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy hoàtrộn và làm đầy sục khí nhằm tạo môi trường khác nhau cho các mục đíchkhác nhau Thời gian pha làm đầy có thể chiếm từ 25% - 30%.

- Pha phản ứng (sục khí): ngừng đưa nước thải vào Tiến hành sục khí Hoànthành các phản ứng sinh hoá có thể được bắt đầu từ pah làm đầy Thời gianphản ứng chiếm khoảng 30% chu kỳ hoạt động

- Pha lắng: điều kiện tĩnh hoàn toàn được thực hiện (không cho nước thảivào, không rút nước ra, các thiết bị khác đều tắt) nhằm tạo điều kiện choquá trình lắng Thời gian chiếm khoảng từ 5% - 30% chu kỳ hoạt động

- Pha tháo nước sạch

- Pha chờ: áp dụng trong hệ thống có nhiều bể phản ứng, có thể bỏ qua trongmột số thiết kế

Thời gian hoạt động có thể tính sao cho phù hợp với từng loại nước thải khácnhau và mục tiêu xử lý Nồng độ bùn trong bể thường khoảng từ 1500 – 2500mg/l

3.1.3.2 Qúa trình sinh trưởng dính bám

a Bể lọc hiếu khí:

Hoạt động nhờ quá trình dính bám của vi khuẩn hiếu khí trên lớp vậtliệu làm giá thể Do quá trình dính bám tốt, lượng sinh khối tăng lên và thờigian lưu bùn kéo dài nên có thể xử lý ở tải trọng cao Tuy nhiên hệ thống dễ

bị tắc do quá trình phát triển nhanh chóng của vi sinh, chính vì vậy thời gianhoạt động có thể bị hạn chế Để có thể khắc phục tình trạng này ta có thể bốtrí lớp vật liệu lọc cho phù hợp

b Tháp lọc sinh học nhở giọt:

Tháp lọc sinh học nhỏ giọt có kết cấu giống như tháp lọc sinh học.Tháp lọc sinh học được xây dựng với hệ thống quạt gió cưỡng bức từ dưới lên,nước thải được phân phối từ phía trên, chảy qua lớp màng vi sinh bám trên các

giá thể và xuống bể thu ở phía dưới Tuy nhiên, đối với tháp lọc sinh học nhỏgiọt vận tốc của nước thải đi qua giá thể nhỏ hơn nhiều, cấu trúc của giá thểcũng được thay đổi sao cho có thể lưu nước được trên giá thể lâu hơn.

c Đĩa quay sinh học:

Bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sátnhau Đĩa nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm, màng

vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa Khi đĩa quay, mang sinh khối trênđĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy Đĩaquay tạo điều kiện chuyển hoá oxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếukhí

3.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC

3.2.1 Định nghĩa

Quá trình màng lọc sinh học là một trong các quá trình xử lý nước thải

bằng phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật không di động và bám dínhlên trên bề mặt các vật liệu rắn để tiếp xúc thường liên tục hay gián đoạn vớinước thải Phương pháp dùng vi sinh vật cố định để xử lý nước thải được phânlàm 3 phương pháp: là phương pháp vận chuyển kết gắn, phương pháp bay vàphương pháp liên kết chéo trong đó quá trình xử lý bằng màng sinh học đượcxem như phương pháp vận chuyển kết gắn Tuy nhiên quá trình xử lý sinh họcsử dụng sinh khối cố định với hai phương pháp còn lại có thể được xem nhưquá trình xử lý bằng màng sinh học bởi vì chúng có cùng cơ chế làm sạch vàđặc tính xử lý Trong phần này, chỉ thảo luận trong phạm vi hẹp về quá trìnhxử lý bằng màng sinh học hiếu khí

3.2.2 Phân loại

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, quá trình lọc sinh học được chia làm 3 loại:

- Lọc sinh học ngập nước (Submerged filter): Phương pháp này dựa trênnguyên tắc vật liệu lọc được đặt ngập chìm trong nước Phương pháp này

còn được chia thành nhiều loại dựa trên cách hoạt động của giá thể: nền cốđịnh (fixed bed), nền mở rộng (expanded) và nền giả lỏng (fluidized bed).

- Thiết bị sinh học tiếp xúc quay (rotating contactor) Đĩa sinh học sử dụngmột lượng lớn các đĩa quay ngập một phần hoặ hoàn toàn trong nước vànước thải làm sạch thông qua hoạt động của màng vi sinh vật trên các bềmặt của đĩa

- Thiết bị lọc nhỏ giọt (trickling filter): ở phương pháp này dòng nước chảytừ trên xuống qua tầng vật liệu Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể tròn haychữ nhật có chứa lớp vật liệu lọc (đá, ống nhựa, nhựa miếng…), nước thảiđược tưới liên tục hay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt beantrên bể Khi nước thải chảy vào liên tục và đi quá lớp vật liệu lọc, lớpmàng vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và phát triển trên vật liệu lọc nênnước thải được làm sạch

Quá trình lọc sinh học cũng được phân loại vào quá trình hiếu khí và kỵ khí.Khi áp dụng lọc sinh học ngập nước vào quá trình xử lý hiếu khí, oxy đượccung cấp thông qua máy thổi khí Quá trình lọc sinh học ngập nước với bể ổnđịnh đôi khi được gọi là quá trình oxy hoá tiếp xúc, quá trình lọc tiếp xúc, hiếukhí tiếp xúc hay quá trình lọc sinh học tiếp xúc Tuy nhiên, ngay trong quátrình xử lý hiếu khí, không chỉ có vi sinh vật hiếu khí mà vi sinh vật kỵ khícũng cùng tồn tại

3.2.3 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật

3.2.3.1 Cấu tạo màng vi sinh vật

Từ khi phương pháp màng vi sinh vật được chú ý tới là một trong các biệnpháp sinh học để xử lý nước thải, đã có rất nhiều những nghiên cứu về cấutrúc của màng vi sinh vật Theo thời gian và sự phát triển của các công cụnghiên cứu, cấu trúc của màng vi sinh vật ngày càng được sáng tỏ và là cơ sởđể mô hình hoá những quá trình sinh học xảy ra bên trong màng

Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật bao gồm những đám vi sinh vật và một sốvật chất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại tế bào(gelatin) do vi sinh vật (cả protozoa và vi khuẩn) sản sinh ra trong quá trìnhtrao đổi chất và quá trình tiêu huỷ tế bào và do có sẵn trong nước thải Thànhphần chủ yếu của các polymer ngoại bào này là polysaccharide, protein.

Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp cả về cấu trúc vật lý và vi sinh Cấutrúc cơ bản của một hệ thống màng vi sinh vật, bao gồm:

- Vật liệu đệm (đá, sỏi, chất dẻo, than… với nhiều loại kích thước và hìnhdạng khác nhau) có bề mặt rắn làm mô trường dính bám cho vi sinh vật.Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm Lớpmàng vi sinh được chia làm 2 lớp: lớp màng nền và lớp màng bề mặt

- Hầu hết các mô hình toán về hệ thống màng vi sinh vật không quan tâmđúng đến vai trò của lớp màng bề mặt, và hầu như chỉ chú ý đến lớp màngnền

- Nhờ sự phát triển của các công cụ mới nhằm nghiên cứu màng vi sinh,những hình ảnh mới về cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần dần đượcđưa ra Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúc khôngđồng nhất bao gồm những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhau trên bềmặt đệm, bên trong ma trận polymer ngoại tế bào; tồn tại những khoảngtrống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang và chiều đứng Nhữngkhoảng trống này có vai trò như những lỗ rỗng theo chiều đứng và nhưnhững kênh vận chuyển theo chiều ngang Kết quả là sự phân bố sinh khốitrong màng vi sinh vật không đồng nhất Và quan trọng hơn là sự vậnchuyển cơ chất từ chất lỏng ngoài vào màng và giữa các vùng bên trongmàng không chỉ bị chi phối bởi sự khuyếch tán đơn thuần như những quanđiểm cũ Chất lỏng có thể lưu chuyển qua các lỗ rỗng bởi car quá trìnhkhuyếch tán và thẩm thấu; quá trình thẩm thấu và khuyếch tán đem vật

chất tới cụm sinh khối và quá trình khuyếch tán có thể xảy ra theo mọihướng trong đó Do đó, hệ số khuyếch tán hiệu quả mô tả quá trình vậnchuyển cơ chất, chất nhận điện tử (chất oxy hoá)…giữa pha lỏng và màng

vi sinh thay đổi theo chiều sâu của màng, và quan điểm cho rằng chỉ tồntại một hằng số hệ số khuyếch tán hiệu quả là không hợp lý

- Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng có thể chia thành 2 lớp (chỉđúng trong trường hợp quá trình màng vi sinh vật hiếu khí): lớp màng kỵkhí ở bên trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài (hình 3.1) Trong màng

vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vật hiếu khí; bởi

vì chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kính của khối vi sinhvật, oxy hoà tan trong nước chỉ khuyếch tán vào gần bề mặt màng và làmcho lớp màng phía ngoài trở thành lớp hiếu khí, còn lớp màng bên trongkhông tiếp xúc được với oxy trở thành lớp màng kỵ khí

3.2.3.2 Quá trình tiêu thụ cơ chất là sạch nước

Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt đệm tiêu thụ cơ chất như chấthữu cơ, oxy, nguyên tố vết (các chất vi lượng)… cần thiết cho hoạt động của visinh vật từ nước thải tiếp xúc với màng

Quá trình tiêu thụ cơ chất như sau: đầu tiên cơ chất từ chất lỏng tiếp xúcvới bề mặt màng và tiếp đó chuyển vận vào màng vi sinh theo cơ chếkhuyếch tán phân tử

Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình traođổi chất của vi sinh vật trong màng Đối với những loại cơ chất ở thể rắn, dạng

lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thể khuyếch tán vào màng được,chúng sẽ bị phân huỷ thành dạng có phân tử khối nhỏ hơn tại bề mặt màng vàsau đó mới tiếp tục quá trình vận chuyển và tiêu thụ trong mnagf vi sinh nhưtrên Sản phẩm cuối của quá trình trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào

trong chất lỏng Qua trình tiêu thụ cơ chất được mô tả bởi công thức chung nhưsau:

cơ chất giới hạn của quá trình, đồng thời chiều sâu hiệu quả của màng vi sinhvật cũng được xác định từ vị trí đó

Các nguyên tố vết như Nitơ, Photpho và kim loại vi lượng nếu không có đủtrong nước thải theo tỷ lệ của phản ứng sinh học sẽ trở thành yếu tố giới hạncủa phản ứng Tương tự, chất hữu cơ hoặ oxy cũng trở thành yếu tố giới hạntrong màng hiếu khí Thông thường, nếu nồng độ oxy hoà tan trong nước thảitiếp xúc với màng thấp hơn nồng độ các chất hữu cơ, oxy hoà tan sẽ trở thànhyếu tố giới hạn Do đó, ngay cả trong trường hợp màng hiếu khí, lớp màng ởbên trong tiêu thụ hết oxy trở thành thiếu khí (anoxic) hoặc kỵ khí (anaerobic).Lớp màng kỵ khí không đóng vai trò trực tiếp trong việc làm sạch nước thải.Tuy nhiên, trong lớp màng kỵ khí có thể diễn ra các quá trình hoá lỏng, lênmen acid chất hữu cơ dạng hạt rắn, oxy hoá chất hữu cơ và hình thành sunfidebởi sự khử sunfate, hoặc khử nitrat, nitric tạo ra từ lớp màng hiếu khí Vì vậy,

sự đồng tồn tại của hoạt động hiếu khí và kỵ khí trong lớp màng vi sinh vật làmột yếu tố rất quan trong trong lớp màng vi sinh vật.

3.2.3.3 Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật

Quy luật chung trong sự phát triển của màng vi sinh vật bởi quá trình tiêuthụ cơ chất có trong nước thải và làm sạch nước thải như sau: quá trình vi sinhvật phát triển bám dính trên bề mặt đệm được chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất, có dạng logarithm, khi màng vi sinh vật còn mỏng vàchưa bao phủ hết bề mặt rắn Trong điều kiện này, tất cả các vi sinh vậtphát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trình visinh vật lơ lửng

- Giai đoạn thứ hai, độ dày màng trở nên lớn hơn bề dày hiệu quả Tronggiai đoạn thứ 2, tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì bề dày lớp màng hiệuquả không thay đổi bấp chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng, và tổnglượng vi sinh đang phát triển cũng không đổi trong suốt quá trình này.Lượng cơ chất tiêu thụ chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh vật,và không có sự gia tăng sinh khối Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quátrình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối và lớp màng sẽ

bị mỏng dần đi nhằm đạt tới can bằng mới giữa cơ chất và sinh khối

- Giai đoạn thứ ba, bề dày lớp màng trở nên ổn định, khi đó tốc độ phát triểnmàng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân huỷ nội bào, phân huỷtheo day chuyền thực phẩm, hoặc bị rửa trôi bởi lực cắt của dòng chảy.Thông qua sự tích luỹ của lớp màng vi sinh vật Trong quá trình phát triểncủa màng vi sinh, vi sinh vật thay đổi cả về chủng loại và số lượng Lúcđầu, hầu hết là vi khuẩn, sau đó protozoas và tiếp đến là metazoas pháttriển hình thành nên một hệ sinh thái Protozoas và metozoas ăn màng visinh lượng bùn dư Tuy nhiên, trong một điều kiện môi trường nào đó,chẳng hạn điều kiện nhiệt độ nước hay chất lượng nước, metazoas phát

triển quá mạnh và ăn quá nhiều màng vi sinh làm ảnh hưởng đến khả nănglàm sạch nước Nghiên cứu của Inamori cho thấy có hai loài thực dưỡngsống trong màng vi sinh vật Một loài ăn vi khuẩn lơ lửng và thải ra chấtkết dính Kết quả là làm tăng tốc độ làm sạch nước Loài kia ăn vi khuẩntrong màng vi sinh và do đó thúc đẩy sự phân tán sinh khối Và nếu hailoài này có sự cân bằng hợp lý thì hiệu quả khoáng hoá chất hữu cơ và làmsạch nước sẽ cao.

3.3 VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.3.1 Khái niệm

Vi sinh vật là những tổ chức sinh vật nhỏ bé, có thể tập hợp lại một nhómlớn hơn gồm nhiều loại khác nhau dưới những hình dạng không xác định,chúng có thể tồn tại dưới dạng đơn bào Có thể nói, phần lớn các vi sinhvật đóng vai trò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hoá sinh hoá,chúng có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải, đồng thờigiúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy Các loài vi sinh vậtchiếm ưu thế trong từng quá trình xử lý sinh hoá phụ thuộc vào nhiều yếutố: tính chất dòng vào, điều kiện môi trường, quá trình thiết kế và cáchthức vận hành hệ thống Do đó, để tăng cường vai trò hệ vi sinh vật hoạtđộng trong hệ thống xử lý nước thải phải thiết kế điều kiện môi trường phùhợp; ví dụ với đa số quá trình xử lý hiếu khí, cần có điều kiện thích hợpnhư: môi trường phải đủ thông thoáng để cung cấp oxy, đủ các chất hữu cơ(làm thức ăn), đủ nước, đủ N và P (chất dinh dưỡng) để thúc đẩy sự oxyhoá, có pH phù hợp (6.5 – 9) và không có các chất gây độc

Tuy nhiên không phải các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyểnhoá trong xử lý nước thải Nếu như điều kiện môi trường không còn phùhợp của các loài sinh vật, hoặc số lượng các loài vi sinh vật trong hệ thống

tăng đột biến, điều này sẽ gay cản trở cho quá trình chuyển hoá và làmgiảm hiệu suất xử lý nước thải.

3.3.2 Sinh thái, sinh lý, phân loại vi sinh vật

3.3.2.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật

Vi sinh vật không phải là một nhóm phân loại trong sinh giới mà là baogồm tất cả các vi sinh vật có kích thước hiển vi, không thấy rõ bằng mắtthường, do đó phải sử dụng kính hiển vi thường hoặc kính hiển vi điện tửđể quan sát Ngoài ra, muốn nghiên cứu vi sinh vật người ta phải sử dụngtới các phương pháp nuôi cấy vô khuẩn Vi sinh vật có các đặc điểm chungsau đây:

a)Kích thước nhỏ bé:

Vi sinh vật thường đo kích thước bằng micromet Virut được đo kíchthước đơn vị bằng nanomet Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của visinh vật trong một thể tích đơn vị càng lớn

b) Hấp thu nhiều chuyển hoá nhanh:

Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấpthụ và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác Chẳng hạn, một vi khuẩnlactic (Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải được một lượng đườnglatose lớn hơn 100 – 10.000 lần so với khối lượng của chúng Tốc độtổng hợp protêin của nấm men cao gấp 10.000 lần so với đậu tương và100.000 lần so với trâu bò

c) Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh:

Chẳng hạn một trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) trong các điềukiện thích hợp chỉ sau 12 – 20 phút lại phân cắt một lần Nếu lay thời gianthế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt ba lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần vàtạo ra 4.722.633 x 10^18 tế bào, tương đương với một khối lượng là 4.722tấn Tất nhiên, trong tự nhiên không có được các điều kiện tối ưu như vậy

(vì thiếu thức ăn, thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại…).Trong loài lên men với các điều kiên nuôi cấy thích hợp, từ một tế bào cóthể tạo ra sau 24 giờ khoảng 100.000.000 – 1.000.000.000 tế bào Thờigian thế hệ của nấm men nhiều hơn, ví dụ với men rượu (Sacharomycescerecisiae) là 120 phút Với nhiều vi sinh vật khác còn dài hơn nữa, ví dụtảo tiểu cầu (Cholorella) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nosoc là 23 giờ… Cóthể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinhvật.

Hình 3.2: Sự sinh sôi của các vi sinh vật

d) Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị:

Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơchế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện trao đổichất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khácthường không thể tồn tại được Có vi sinh vật sống ở môi trường nóng đến

130o C, lạnh đến 0 – 5o C, mặn đến nồng độ muối 32%, ngọt đến nồng độmật ong, Ph thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7; áp suất cao trên 1,3at, hay cónồng độ phóng xạ đến 750.000rad Nhiều vi sinh vật có thể sống tốt trongđiều kiện tuyệt đối kỵ khí, có loài nấm sợi có thể phát triển dày đặc trongbể ngâm tử thi với nồng độ foocmol rất cao…

Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếpxúc trực tiếp với môi trường sống… do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị Tầnsuất biến dị thường ở mức 10^-5 – 10^-10 Chỉ sau một thời gian ngắn đãtạo một số lượng rất lớn các cá thể biến dị ở thế hệ sau Những biến dị cóích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất Nếu như mới phát hiện rapenicillin hoạ tính chỉ đạt 20 đơn vị / ml dịch lên men (1943) thì ngày naycó thể đạt trên 100.000 đơn vị/ml

e) Phân bố rộng chủng loại phong phú:

Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trongđất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể người, động vật, thực vật, trongthực phẩm, trên mọi đồ vật…

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoànsinh-địa-hoá học như vòng tuần hoàn C, vòng tuần hoàn N, vòng tuần hoàn

P, S, Fe…

Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải (littoral zone), vùngnước sông (limnetic zone) và ngay cả ở vùng nước sâu (profundal zone),vùng đáy ao hồ (benthic zone)

Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít Số lượng visinh vật ở các khu dân cư đông đúc cao hơn rất nhiều so với không khí trênmặt biển và nhất là không khí ở Bắc cực, Nam cực…

Hầu như không có hợp chất Cacbon nào (trừ kim cương, đá graphit…) màkhông là nhóm thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó (kể cả dầu mỏ,

khí thiên nhiên, foocmol, dioxin…) Vi sinh vật rất phong phú các kiểu vidinh dưỡng khác nhau: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng, hoá

dị dưỡng, tự dưỡng chất sinh trưởng, dị dưỡng chất sinh trưởng…

f) Là sinh vật phát triển đầu tiên trên trái đất:

Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỉ name nhưng cho đến nay mới chỉ tìmthấy dấu vết của sự sống cách đây 3,5 tỷ name Đó là các vi sinh vật hoáthạch còn để lại vết tích trên các tầng đá cổ Vi sinh vật hoá thạch cổ xưanhất đã được phát hiện từ những dạng rất giống vi khuẩn lam ngày nay.Chúng được J William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền tâyAustralia Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục

mm với đường kính đến 1 – 2mm và có thành tế bào khá dày Trước đó cácnhà khoa học đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsic có niên đại cáchđây 1,5 tỷ năm và vết tích của chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950triệu năm

Vết tích của vi khuẩn Vết tích Gloeodiniops Vết tích Palaeolyngbya lam cách đây 3,5 tỷ năm cách đây 3,5tỷ năm cách đây 950triệu năm

Hình 3.3: vết tích của một số loài vi khuẩn.

3.3.2.2 Phân loại vi sinh vật

Hiện nay có 2 cách phân loại vi sinh vật Cách theo hệ thống, và cách

thứ hai dựa theo cấu tạo của nhân vi sinh vật:

- Cách phân loại thứ nhất: theo cách phân loại của P.N.Bergey vi sinh vậtđược xếp trong ngành protophia Chúng gồm 3 lớp:

+ Schizomycetes (lớp vi khuẩn)

+ Schi zophiceae (lớp thanh tảo)

+ Microtatobiotes (lớp rickettsia và virut)

- Cách phân loại thứ hai: theo cấu trúc của nhân vi sinh vật, người ta chialàm 2 nhóm lớn:

+ Nhóm nhân nguyên thuỷ hay nhóm có nhân phân hoá (prokaryotic): baogồm tất cả vi sinh vật chưa có nhân thực thụ mà chỉ là một vùng sẫm gồmprotein và AND

+ Nhóm nhân that hay nhóm có nhân thực thụ (eukaryotic): bao gồm tất cảcác vi sinh vật có nhân thực Nhân này được cấu tạo bởi màng nhân,protein và DNA

3.3.2.3 Hình thái cấu tạo của vi sinh vật

a) Vi khuẩn

Theo quan điểm hiện đại (NCBI – National Center for BiotechnologyInformation, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau đây: Aquificae –Thermotogae – Thermodesulfobacteria – Deinococcus – Thermus –Chrysiogenetes – Chloroflexi – Nitrospirae – Deferribacteres –Cyanobacteria – Proteobacteria – Firmicues – Actinobacteria –Planctomycetes – Chlamydiae/Nhóm Chlorobia – Fusobacteria –Dictyoglomi Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý,sinh hoá, sinh thái… Căn cứ vào tỷ lệ G + C trong AND người ta xây dựngđược cây phát sinh chủng loại (Phyloenetic tree) và chia vi khuẩn thànhcác nhóm sau đây:

- Nhóm oxy hoá hydrogen

- Nhóm chịu nhiệt

- Nhóm vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục

- Nhóm Deinococcus