Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp với bể USBF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG & TNTN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Cần Thơ, ngày 16 tháng 8 năm 2010

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Năm học: 2010 - 2011

1. Tên đề tài: “Nghiên cứu xử lí nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF”

2. Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC ANH MSSV: 1070933

NGUYỄN MINH TÙNG MSSV: 1070984

Lớp: Kỹ Thuật Môi Trường Khóa 33

3. Cán bộ hướng dẫn: LÊ HOÀNG VIỆT & HUỲNH LONG TOẢN

4. Đặt vấn đề:

Đất nước ta đang trên đường hội nhập và phát triển, việc gia nhập tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) là một cơ hội và cũng là một thách thức cho nền kinh tế đất nước. Từ tháng 9 năm 2008, kinh tế thế giới bị khủng hoảng và điều này đã ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế của nước ta [1]. Tốc độ tăng trưởng kinh tế giảm rò rệt trong năm 2008. Cụ thể là GDP năm 2008 tăng 5.5% thấp hơn nhiều so với GDP năm 2007 tăng 8.44% [2; 3; 4]. Đứng trước tình hình đó, chính phủ nước ta đã có chính sách vực dậy nền kinh tế bằng những gói kích cầu kinh tế có tổng trị giá khoảng 8.0 tỉ USD [5]. Sự hỗ trợ này của chính phủ cùng với những nổ lực của các doanh nghiệp nên kinh tế của nước ta trong năm 2009 và năm 2010 đã có những dấu hiệu phục hồi rất tích cực. Tất cả các lĩnh vực đều đạt tốc độ tăng trưởng cao hơn tốc độ tăng trưởng cùng kỳ năm trước. Trong đó, GDP 6 tháng đầu năm 2010 tăng khoảng 6 - 6,1% [6].

Các ngành công nghiệp như: khai thác dầu khí, khai thác than, dệt may, xuất khẩu gạo, xuất khẩu thủy hải sản,… là những ngành thu về nhiều ngoại tệ nhất cho nước ta trong 6 tháng đầu năm 2010. Cụ thể như: xuất khẩu dầu khí đạt 79.9 triệu USD, xuất khẩu than đạt 1.8 tỉ USD (4 tháng đầu năm 2010), xuất khẩu hàng dệt may đạt 4.65 tỉ USD, xuất khẩu gạo đạt 1.396 tỉ USD, xuất khẩu thủy hải sản đạt 1.8 tỉ USD. Bên cạnh đó, các ngành công

nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại - dịch vụ cũng góp một phần đáng kể cho sự phục hồi của nền kinh tế [7; 8; 9; 10; 11].

Song song với sự phục hồi của nền kinh tế thì các nhà máy, xí nghiệp ở khắp nơi đã hoạt động bình thường trở lại sau thời gian hoạt động cầm chừng trong giai đoạn khủng hoảng và ngày càng được mở rộng về quy mô. Đây là tín hiệu đáng mừng cho nền kinh tế nhưng đổi lại môi trường đang bị ô nhiễm của chúng ta sẽ có nguy cơ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng hơn. Đặt biệt là môi trường nước mặt rất dễ bị ô nhiễm do nước thải của các ngành công nghiệp chưa qua xử lý hoặc xử lý nhưng không đạt các quy định trong hệ thống QCVN (cụ thể là QCVN 24: 2009/BTNMT).

Trong các loại nước thải thì nước thải của các nhà máy chế biến thủy hải sản là một trong những loại có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước mặt cao nhất. Bởi vì, loại nước thải này có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân, 2006). Bên cạnh đó, trong tất cả các khu vực kinh tế của nước ta thì khu vực đồng bằng sông Cửu Long là nơi có sản lượng xuất khẩu thủy hải sản cao nhất nước ta. Chỉ 6 tháng đầu năm 2010 khu vực này đã đóng góp hơn 530 triệu USD cho tổng giá trị xuất khẩu thuỷ sản của cả nước [12].

Tuy nhiên, trong những năm gần đây mặt hàng cá tra, basa philê xuất khẩu của đồng bằng sông Cửu Long thường bị các công ty Mỹ kiện về việc bán phá giá và mặt hàng này liên tục bị áp đặt “thuế chống bán phá giá” vào thị trường này. Theo ông Nguyễn Việt Thắng, Chủ tịch Hội nghề cá Việt Nam cho rằng: “quyết định này của Mỹ đã gây ảnh hưởng lớn đến người nuôi cá tra, basa ở đồng bằng sông Cửu Long” [13]. Trước vấn đề này, rất khó khăn cho các công ty, xí nghiệp chế biến thủy hải sản ở đồng bằng sông Cửu Long có quy mô vừa và nhỏ xây dựng và vận hành một hệ thống xử lý nước thải đúng kỹ thuật. Bởi vì, lợi nhuận của họ thu được là rất bấp bênh và phụ thuộc rất lớn vào thị trường Mỹ. Trong khi đó, các công ty có quy mô lớn thì có khả năng xây dựng hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh nhưng họ liên tục mở rộng quy mô hay nâng cao công suất hoạt động nên các hệ thống xử lý này luôn nằm trong tình trạng quá tải.

Bên cạnh đó, việc chế biến các mặt hàng cá tra, cá basa philê xuất khẩu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường là theo mùa vụ và theo đơn đặt hàng. Vào mùa vụ do

thừa nguyên liệu nên đại đa số các nhà máy phải hoạt động hết công suất. Điều này làm cho hệ thống xử lý nước thải của các công ty trong giai đoạn này luôn trong tình trạng quá tải dẫn đến chất lượng nước thải đầu ra không đạt QCVN (cụ thể là QCVN 11: 2008/BTNMT). Vào mùa thiếu nguyên liệu (nghịch mùa) các nhà máy phải hoạt động cầm chừng, không ổn định hoặc phải sử dụng nguồn nguyên liệu khác để sản xuất ra mặt hàng khác. Điều này đã ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải. Bởi vì, các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy thủy hải sản thường áp dụng phương pháp sinh học, mà việc hoạt động của các nhà máy không ổn định như thế thì lượng nước thải được thải ra hằng ngày là không ổn định cả về lưu lượng lẫn chất lượng. Do vậy, tình trạng này đã ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng hoạt động của các vi sinh vật trong hệ thống dẫn đến chất lượng nước thải đầu ra không đạt theo QCVN 11: 2008/BTNMT.

Với những vấn đề của các công ty, xí nghiệp và hiện trạng của các hệ thống xử lý nước thải như hiện tại, thì nguy cơ các nguồn nước mặt ở đồng bằng sông Cửu Long bị ô nhiễm do nước thải thủy sản là rất cao. Bên cạnh đó, vấn đề quản lý và xử lý nước thải thủy sản ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long là hết sức bức thiết nhưng hiện nay vẫn chưa có giải pháp triệt để.

Như vậy, việc cần làm ngay vào thời điểm này là phải tiến hành nghiên cứu và tìm ra một công nghệ xử lý nước thải thủy sản mới vừa có thể đáp ứng được tình hình kinh tế của các doanh nghiệp mà vẫn đảm bảo chất lượng nước đầu ra của hệ thống. Bên cạnh đó, cũng cần có những phương pháp cải tạo hoặc nâng cao công suất cho các hệ thống cũ hay các hệ thống bị quá tải.

Trong khi đó, ở Việt Nam công nghệ USBF đã xuất hiện với rất nhiều những ưu điểm trong việc xử lý nước thải. Tuy nhiên, công nghệ này chỉ mới áp dụng rộng rãi cho việc xử lý nước thải sinh hoạt như: khách sạn Novotel Phan Thiết - Bình Thuận, resort Aquaba Mũi Né - Bình Thuận, khu Du lịch Sinh Thái An Viên - Nha Trang,… Hiệu quả xử lý cụ thể của một số chỉ tiêu như sau: SS 85%; COD 91%; BOD5 91%; N 84%; và P 80% (Nguyễn Hàn Mộng Du, 2006).

Công nghệ USBF được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển. Công nghệ này kết hợp ba quá trình thiếu khí, hiếu khí và lắng trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây

chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính cổ điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý không cao. Với sự kết hợp này khi sử dụng bể USBF sẽ tiết kiệm chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu việc áp dụng công nghệ này để xử lý nước thải thủy sản là một việc hoàn toàn phù hợp. Bên cạnh đó, để giảm tải nạp cho bể USBF thì bể keo tụ điện hóa là một lựa chọn rất khả quan. Bể keo tụ điện hóa là một công nghệ giao thoa ưu điểm của 3 phương pháp: tuyển nổi điện phân, keo tụ - tạo bông và điện phân hóa học (Hold, Barton và Mitchell, 2004). Do sử dụng dòng điện 1 chiều và kim loại (nhôm và sắt) làm cực tan nên không cần phải tốn chi phí mua hóa chất cho việc vận hành bể này.

Bên cạnh đó, giá bám sẽ được bổ sung vào ngăn hiếu khí của bể USBF. Việc làm này sẽ làm tăng mật độ vi sinh vật trong ngăn hiếu khí. Khi đó chất lượng nước thải đầu ra sẽ được cải thiện hơn và thể tích của bể USBF sẽ được giảm đáng kể.

Với những vấn đề hiện tại của các công ty, xí nghiệp và các hệ thống xử lý nước thải. Hệ thống kết hợp bể keo tụ điện hóa và USBF hứa hẹn sẽ giải quyết được bài toán trên. Đó là lý do đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải thuỷ sản bằng phương pháp keo tụ điện hoá kết hợp với với bể USBF” đã được chúng tôi thực hiện.

5. Mục tiêu của đề tài:

Tìm ra các thông số vận hành tốt nhất cho hệ thống bể keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF không giá bám và hệ thống bể keo tụ điện hoá kết hợp với bể USBF có giá bám trong việc xử lý nước thải thuỷ sản.

6. Địa điểm và thời gian thực hiện:

 Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi trường & TNTN - Trường Đại học Cần Thơ.

 Thời gian: học kỳ I năm 2010 - 2011.

7. Các nội dung thực hiện:

Tìm ra các thông số thiết kế và vận hành thích hợp nhất cho bể keo tụ điện hoá như: khoảng cách giữa hai điện cực, diện tích tiếp xúc bề mặt của điện cực với nước thải, thời gian lưu thích hợp,..

Xác định sự tương quan giữa hiệu xuất xử lí của bể keo tụ điện hoá với hiệu điện thế và cường độ của dòng điện.

Xác định khả năng bị ăn mòn của các điện cực và tiêu tốn điện năng như thế nào.

Xác định được hiệu xuất xử lí của bể USBF sau khi đã được bể keo tụ điện hoá giảm tải nạp cho nước thải đầu vào ở những thời gian lưu khác nhau và tìm ra thời gian lưu thích hợp nhất.

So sánh hiệu suất và thời gian lưu của bể USBF có giá bám và không có giá bám trong ngăn hiếu khí. Sử dụng các vật liệu giá bám có sẵn ở địa phương để giảm chi phí vận hành.

8. Phương pháp thực hiện đề tài:

 Lấy mẫu nước thải thuỷ sản phân tích một số chỉ tiêu ban đầu như: BOD5, COD, SS, pH, Ntổng, Ptổng,…

 Tiến hành thí nghiệm trên các mô hình: mô hình bể keo tụ điện hoá và bể

USBF .

+ Đối với bể keo tụ điện hoá thì sẽ tiến hành nhiều thí nghiệm trên bể keo

tụ điện hoá chưa hoàn chỉnh để xác định một số thông số để thiết kế bể keo tụ điện hoá hoàn chỉnh như: khoảng cách giữa 2 điện cực, khoảng cách giữa hai điện cực và thành bể, cường độ và hiệu điện thế của dòng điện,… Bên cạnh đó, sẽ tiến hành những thí nghiệm để tìm ra các thông số vận hành của bể keo tụ điện hoá hoàn chỉnh như: thời gian lưu, diện tích tiếp xúc giữa các điện cực và nước thải,…

+ Đối với bể USBF thì tiến hành lấy nước thải đầu ra của bể keo tụ điện hoá hoàn chỉnh để làm nước thải đầu vào. Bể này vận hành ở hai đều kiện là có giá bám và không có giá bám.

 Lấy mẫu nước thải đầu ra của bể keo tụ điện hoá hoàn chỉnh, bể USBF có giá bám và không có giá bám phân tích lại các chỉ tiêu như: BOD5, COD, SS, pH, NtổnTg, Ptổng,…

 Tổng hợp và phân tích, tống kết các kết quả thí nghiệm.

 So sánh, đánh giá hiệu quả xử lý của các mô hình và rút ra kết luận.

Các chỉ tiêu như pH, DO, BOD5, SS,… được phân tích theo chỉ dẫn của Standard Methods For Examination the Water of Wastewater (APHA, 1995) bằng các thiết bị phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ Thuật Môi Trường - Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên - Trường Đại học Cần Thơ.

9. Phương tiện hỗ trợ thí nghiêm:

Bình biến điện.

Bể keo tụ điện hóa

Bể keo tụ điện hoá và bể USBF (Upflow Sludge Blanket Filtration).

Thiết bị đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế.

Các thanh điện cực.

10. Kế hoạch và tiến độ thực hiện:

Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp từ ngày 01/8/2010 đến 14/11 /2010 gồm 15 tuần được phân bổ như sau:

Tuần Công việc

Viết đề cương

Tiến hành các TN định hướng và

gia công bể KTĐH

Chạy mô hình và phân tích các chỉ tiêu nước thải

đầu ra

Gia công và chạy

mô hình USBF

Tổng hợp và phân

tích số liệu

Viết báo cáo

Hoàn chỉnh luận

văn

Dự trù