Thiết kế xử lý nước thải thủy sản

Nước thải từ chế biến thủy sản được xác định là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng. Các chỉ số ô nhiễm vượt xa tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B (TCVN – 2005), cụ thể BOD vượt 10-30 lần, COD vượt 9-19 lần. Hàm lượng tổng nitơ và tổng photpho cũng vượt mức cho phép nhiều lần. Ngoài ra, nước thải còn chứa các chất tẩy rửa, chất khử trùng sử dụng trong vệ sinh nhà xưởng và thiết bị chế biến. Việc thiếu hoặc xử lý không triệt để nguồn nước thải này sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn tiếp nhận, tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Đặc điểm này được nhấn mạnh bởi sự phát triển mạnh mẽ của ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam, với đường bờ biển dài 3200km và vùng đặc quyền kinh tế trên biển rộng lớn, cùng hệ thống sông ngòi dày đặc. Do vậy, vấn đề xử lý nước thải trong ngành chế biến thủy sản là hết sức cấp thiết.

Nước thải từ chế biến thủy sản chứa nhiều thành phần gây ô nhiễm khác nhau. Chất thải rắn bao gồm đầu, vây, vẩy, xương, ruột cá, vỏ tôm, vỏ ngao, sò… dễ lên men và phân hủy, gây mùi hôi thối, ô nhiễm không khí, đất và nước. Nước thải cũng chứa hàm lượng COD, BOD, chất rắn lơ lửng, tổng nitơ và photpho cao. Đặc biệt, nước thải chế biến cá da trơn có nồng độ dầu mỡ rất cao (250-830 mg/l), trong khi nước thải chế biến tôm có nồng độ photpho rất cao (lên tới 120mg/l). Các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho ở nồng độ cao gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm suy thoái nguồn nước, ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản, du lịch và cấp nước sinh hoạt. Chất dầu mỡ ngăn cản sự khuếch tán oxy, giảm khả năng quang hợp của tảo và vi sinh vật. Chất rắn lơ lửng làm đục nước, hạn chế ánh sáng, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và gây mất thẩm mỹ. Ngoài ra, còn có khí thải như mùi hôi tanh từ nguyên liệu và quá trình phân giải chất hữu cơ, tiếng ồn và rung động từ máy móc.

Ô nhiễm nước thải từ ngành chế biến thủy sản gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Chất dinh dưỡng (nitơ và photpho) ở nồng độ cao thúc đẩy sự phát triển mạnh của tảo, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sản và các hoạt động khác như du lịch và cấp nước sạch. Chất dầu mỡ tạo thành lớp màng trên mặt nước, cản trở sự khuếch tán oxy, làm giảm khả năng quang hợp của tảo và vi sinh vật, tạo điều kiện cho sự phân hủy kị khí. Chất rắn lơ lửng làm nước đục, giảm ánh sáng xuyên qua, gây khó khăn cho quá trình quang hợp của tảo và rong rêu, làm tắc nghẽn dòng chảy và ảnh hưởng đến giao thông đường thủy. Mùi hôi tanh từ nước thải gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và chất lượng sống xung quanh các cơ sở chế biến thủy sản. Tóm lại, ô nhiễm từ nước thải chế biến thủy sản gây ra sự suy thoái nghiêm trọng về chất lượng môi trường nước, không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đòi hỏi phải có các giải pháp xử lý hiệu quả.

Quá trình xử lý nước thải bắt đầu bằng xử lý sơ bộ, sử dụng song chắn rác để loại bỏ các chất thải rắn có kích thước lớn như rác thải, túi nilon, lá cây… giúp bảo vệ hệ thống bơm, đường ống và các thiết bị xử lý khác khỏi bị tắc nghẽn và bào mòn. Sau đó, nước thải được đưa vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm. Trong bể điều hòa, có thể sử dụng hệ thống sục khí để tăng cường quá trình hòa trộn và pha loãng các chất độc hại, hỗ trợ cho các giai đoạn xử lý sinh học tiếp theo. Tiếp theo, quá trình xử lý vật lý được thực hiện bằng phương pháp keo tụ, sử dụng các chất keo tụ như PAC và trợ keo A101 để làm đông tụ và kết dính các chất rắn lơ lửng thành các bông keo lớn hơn, dễ dàng tách ra khỏi nước bằng bể lắng. Phương pháp tuyển nổi cũng được áp dụng để tách các chất lơ lửng, chất hoạt tính bề mặt và dầu mỡ có tỷ trọng nhỏ hơn nước, không thể lắng bằng trọng lực.

Sau các bước xử lý sơ bộ và vật lý, nước thải được xử lý sinh học bằng cả phương pháp hiếu khí và kị khí để đạt hiệu quả cao nhất. Phương pháp hiếu khí sử dụng bể Aeroten, cung cấp oxy để vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, làm giảm BOD và COD. Trong bể Aeroten, một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn lại để duy trì hoạt động của vi sinh vật. Phương pháp kị khí được thực hiện trong bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), sử dụng vi sinh vật kị khí để phân hủy chất hữu cơ thành khí sinh học, làm giảm đáng kể COD và BOD. Khí sinh học sinh ra có thể được tận dụng làm nguồn năng lượng. Bùn dư từ cả hai quá trình xử lý hiếu khí và kị khí được xử lý bằng bể nén bùn và máy ép bùn, sau đó có thể được tận dụng làm phân bón.

Sau khi qua các giai đoạn xử lý sơ bộ, vật lý và sinh học, nước thải được khử trùng bằng Clo để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Lượng Clo cần thiết phụ thuộc vào mức độ xử lý trước đó, thường là 10 g/m³ đối với nước thải sau xử lý cơ học và 5 g/m³ đối với nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn. Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và Clo cần đảm bảo tối thiểu 30 phút. Quá trình này đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép trước khi được thải ra môi trường, giảm thiểu tối đa tác động tiêu cực đến nguồn nước tiếp nhận. Bùn sau xử lý được ép khô, giảm thể tích và dễ xử lý hơn, giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất và nước ngầm.

Khóa luận trình bày thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản với công suất 1000m³/ngày đêm. Hệ thống được thiết kế dựa trên nguyên tắc kết hợp xử lý vật lý, hóa học và sinh học để đạt hiệu quả tối ưu. Các công trình chính bao gồm: song chắn rác để loại bỏ rác thải thô; bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải, sử dụng hệ thống sục khí để tăng cường trộn đều; bể keo tụ với hoá chất PAC và trợ keo A101 để tạo bông cặn; bể lắng để tách các bông cặn; bể tuyển nổi để loại bỏ các chất dầu mỡ và chất rắn lơ lửng; bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) cho quá trình xử lý sinh học kị khí nhằm giảm BOD và COD; bể Aeroten cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí; bể lắng cuối để tách bùn; bể khử trùng bằng Clo; và cuối cùng là bể nén bùn. Mỗi công trình đều được tính toán kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Khóa luận đã tiến hành tính toán và thiết kế chi tiết các thông số kỹ thuật cho từng công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải. Điều này bao gồm việc xác định kích thước, thể tích, thời gian lưu, lưu lượng nước thải cho từng bể như bể điều hòa (ví dụ: thể tích thiết kế bể điều hòa 216m³), bể lắng, bể tuyển nổi, bể UASB và bể Aeroten. Việc tính toán cũng bao gồm việc lựa chọn và xác định thông số của các thiết bị hỗ trợ như hệ thống khuấy trộn trong bể điều hòa (sử dụng hệ thống sục khí), hệ thống cấp khí cho bể Aeroten để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Ngoài ra, thiết kế còn bao gồm việc tính toán lượng bùn dư và phương pháp xử lý bùn bằng bể nén bùn và máy ép bùn, tận dụng bùn sau xử lý làm phân bón.

Khóa luận kết luận rằng hệ thống xử lý nước thải được thiết kế có thể áp dụng trong thực tế cho nhà máy chế biến thủy sản. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả hoạt động lâu dài, khóa luận đưa ra một số kiến nghị quan trọng. Hệ thống cần được giám sát và vận hành thường xuyên để kịp thời phát hiện và xử lý sự cố. Việc bảo trì và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị cũng rất cần thiết để duy trì hiệu suất xử lý. Cuối cùng, việc giám sát chất lượng nước thải sau xử lý để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường là rất quan trọng. Khóa luận nhấn mạnh sự cần thiết của việc kết hợp phương pháp xử lý sinh học kị khí và hiếu khí để đạt hiệu quả cao nhất trong xử lý nước thải từ ngành chế biến thủy sản.

Khóa luận đã hoàn thành việc tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản với công suất 1000m³/ngày đêm. Hệ thống được thiết kế bao gồm các giai đoạn xử lý sơ bộ, xử lý vật lý (keo tụ, tuyển nổi), xử lý sinh học (kị khí và hiếu khí) và khử trùng. Các công trình đơn vị chính như song chắn rác, bể điều hòa, bể lắng, bể UASB, bể Aeroten, bể khử trùng và bể nén bùn đều được tính toán chi tiết các thông số kỹ thuật. Kết quả cho thấy hệ thống này khả thi và hiệu quả trong việc giảm thiểu các chỉ tiêu ô nhiễm như BOD, COD, tổng nitơ và tổng photpho trong nước thải, đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Phương pháp kết hợp xử lý sinh học kị khí và hiếu khí được đánh giá là tối ưu.

Để đảm bảo hiệu quả và tuổi thọ của hệ thống xử lý nước thải, khóa luận đưa ra một số kiến nghị quan trọng. Đầu tiên, hệ thống cần được giám sát và vận hành thường xuyên, kịp thời phát hiện và khắc phục các sự cố kỹ thuật có thể xảy ra. Việc bảo trì và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị là cần thiết để duy trì hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống. Giám sát chất lượng nước thải sau xử lý là bước quan trọng để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tiên tiến hơn trong tương lai để nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí vận hành cũng được khuyến nghị. Cuối cùng, việc đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ vận hành hệ thống là yếu tố quyết định đến hiệu quả lâu dài của công trình.