Nghiên cứu hiện trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải

g (BVMT) trong ngành thuỷ sản 1.3.1. Những giải pháp BVMT trong thời gian qua Trong thời gian qua ngành thuỷ sản đã thực hiện được những giải pháp sau: - Xây dựng các văn bản quy phạm pháp luật Pháp lệnh Bảo vệ và Phát triển nguồn lợi thuỷ sản (1989) và Luật Thuỷ sản (đang trình). Nhiều Nghị định và Chỉ thị của Chính phủ để điều chỉnh từng vấn đề cụ thể của nhiệm vụ BVMT thuỷ sản đã được ban hành: Nghị định 195 – HĐBT ngày 2/6/1990 về thi hành Pháp lệnh Bảo vệ và Phát triển nguồn lợi thuỷ sản; Nghị định 89/2001/NĐ – CP ngày 16/11/2001 điều chỉnh về giống vật nuôi thuỷ sản, về thức ăn nuôi thuỷ sản, về điều kiện kinh doanh các ngành nghề thuỷ sản trong đó có nôi dung về BVMT thuỷ sản; Chỉ thị 01/1998/CT – TTG của Thủ tướng Chính phủ ngày 2/1/1998 về nghiêm cấm các hành vi sử dụng chất nổ, xung điện, chất độc để khai thác thuỷ sản. Chỉ thị 07/2002/CT – TTG ngày 25/2/2002 về tăng cường quản lý việc sử dụng thuốc kháng sinh, hoá chất trong sản xuất kinh doanh thực phẩm có nguồn gốc từ động vật, trong đó có động vật thuỷ sản[1] Tuy nhiên, các văn bản quy phạm pháp luật về BVMT của ngành đã ban hành còn chưa toàn diện, thiếu nhiều văn bản quy phạm riêng cho từng lĩnh vực sản xuất, chưa có các quy định về quản lý các khu bảo tồn biển, các khu bảo tồn thiên nhiên trong các thuỷ vực nôi địa, cũng như bảo tồn và bảo vệ các hệ sinh thái quan trọng đối với thuỷ sản như rạn san hô, thảm cỏ biển, rừng ngập mặn. Phân công, phân cấp quản lý, khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sản chưa có đủ các quy định và thiếu rõ ràng, ảnh hưởng đến quá trình thực thi pháp luật. - Tuyên truyền, giáo dục việc chấp hành pháp luật Truyền đạt các văn bản quy phạm pháp luật về BVMT đến những người có trách nhiệm và cộng đồng dân cư. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 9 Tuyên truyền trên các phương tiện thông tin đại chúng như báo, đài. - Tổ chức các hoạt động giám sát Cho đến nay, cùng với Cục Bảo vệ nguồn lợi thủy sản, cả nước đã có gần 40 Chi cục và trên 70 tàu kiểm ngư làm nhiệm vụ BVMT thủy sản. Các tổ chức này đã góp phần quan trọng bảo vệ nguồn lợi và môi trường thủy sản, ngăn chặn nhiều vụ sử dụng chất nổ, xung điện, thuốc độc khai thác thủy sản ở các ngư trường trọng điểm của cả nước. Tuy nhiên, hiện tượng vi phạm pháp luật về vấn đề này vẫn còn xảy ra thường xuyên. - Hoạt động nghiên cứu khoa học Để phục vụ cho nuôi trồng thủy sản, công tác nghiên cứu môi trường cũng đã được tiến hành nhiều đề tài ở các vùng khác nhau. Các đề tài tập trung vào việc xác định chất lượng môi trường nuôi, nguyên nhân và mức độ gây ô nhiễm môi trường do hoạt động nuôi trồng thủy sản gây ra và đề xuất biện pháp giảm thiểu, khắc phục tình trạng dịch bệnh thủy sản nuôi. Tuy nhiên, công tác điều tra nguồn lợi thủy sản không thường xuyên, còn thiếu các thông tin cập nhật, các tư liệu khoa học làm cơ sở cho việc quy hoạch, xây dựng cơ chế chính sách về BVMT và phát triển nguồn lợi thủy sản . 1.3.2. Những giải pháp đề xuất BVMT - Lập quy hoạch bảo vệ và phục hồi nguồn lợi thủy sản dài hạn và ngắn hạn cho cả nước, cho từng vùng lãnh thổ và các vực nước quan trọng [3] - Điều tra, nghiên cứu đánh giá hiện trạng môi trường thủy sản một cách đầy đủ, chính xác, chi tiết, từ đó đề ra các biện pháp phòng ngừa và xử lý hợp lý. - Đẩy mạnh việc đào tạo, tuyên truyền, giáo dục cho mọi tầng lớp nhân dân đặc biệt đối với ngư dân và các cơ quan liên quan về nhiệm vụ bảo vệ tốt nguồn lợi thủy sản. - Có kế hoạch phục hồi các loài thủy sinh vật quý hiếm, xây dựng và bảo vệ các Vườn Quốc Gia, các khu Bảo tồn thiên nhiên. - Đối với các ngành khác gây ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản, phải có các quy định xử phạt nghiêm khắc, phải xử lý chất thải trước khi xả vào môi trường NTTS. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 10 - Ngành nông nghiệp phải hạn chế sử dụng thuốc từ sâu, phân bón hóa học, thuốc diệt cỏ; ngành lâm nghiệp phải đẩy mạnh trồng rừng, chống phá rừng, sói mòn; ngành công nghiệp hóa chất, xây dựng, năng lượng phải xử lý chất thải trước khi thải ra môi trường, các lưu vực nước tự nhiên. - Đối với nước thải ra sau khi thu hoạch thủy sản phải có hệ thống xử lý nước thải đạt được các tiêu chuẩn môi trường, nước sau xử lý phải được tuần hoàn tái sử dụng NTTS để tránh gây lãng phí nước, cạn kiệt nguồn nước mặt, nước ngầm. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 11 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NGÀNH THUỶ SẢN 2.1. Ô nhiễm môi trường do nuôi trồng thuỷ sản Tác động của các hoạt động kinh tế và xã hội đến ngành thuỷ sản: Hiện nay, môi trường đô thị bị ô nhiễm do các chất thải rắn, lỏng, khí, chưa bị thu gom và xử lý kịp thời. Mặt khác tỷ lệ dân số tăng nhanh và các khu công nghiệp, chế biến dịch vụ cũng đang phát triển mạnh. Hiện nay, khoảng 90% cơ sở sản xuất chưa xử lý nước thải của mình mặc dù đã có luật môi trường. Môi trường nông thôn đã bị suy thoái và đang bị ô nhiễm do các điều kiện vệ sinh, sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu, cơ sở hạ tầng yếu kém, hoá chất đã theo hệ thống kênh mương thuỷ lợi tiêu thoát ra các song và có thể theo dòng chảy tới vùng khác, gây nguy hại cho môi trường thuỷ sản. Sự bón phân mất cân đối, sử dụng chất thải, phân tươi mất vệ sinh gây ô nhiễm môi trường nước và lây lan dịch bệnh cho ngưòi và vật nuôi, kể cả thuỷ sinh vật. Hoạt động giao thông và du lịch cũng là những vấn đề ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường ven biển trong đó chủ yếu nguồn phế thải sinh hoạt và dư lượng dầu, tập trung vào mùa hè trùng với mùa nuôi trồng thuỷ sản nước lợ, nước mặn. [2] Nước thải sinh hoạt, công nghiệp xả trực tiếp vào kênh mương, sông hồ là nguồn nước cung cấp cho nuôi trồng thuỷ sản và nơi sinh sống của các thuỷ sinh vật. Kết quả điều tra nghiên cứu những năm gần đây của Viện nghiên cứu nuôi trồng thuỷ sản 1 cho thấy hàm lượng BOD, COD, NO2... trong nước của những thuỷ vực đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép đối với đời sống thuỷ sinh vật. Năm 2001 hàm lượng của một số kim loại nặng trong các nguồn nước cung cấp cho NTTS ở Hải Phòng, Quảng Ninh, Nghệ An (báo cáo kết quả nhiệm vụ quan trắc cảnh báo môi trường dịch bệnh của các thuỷ vực ngọt, lợ phục vụ ngành thuỷ sản phía Bắc Việt Nam) đều cao hơn so với TCVN 6774 – 2000. [2] Hiện nay, có rất nhiều loại sản phẩm thuốc, hoá chất và chế phẩm sinh học (CPSH) được dùng rộng rãi trong nuôi trồng thuỷ sản (NTTS) trên thế giới. Hoá chất được dùng trong NTTS trên thế giới thường ở các dạng sau: thuốc diệt nấm (antifoulants), thuốc khử trùng (disinfectants), thuốc diệt tảo (algicides), thuốc trừ cỏ (herbicides), thuốc trừ sâu (pesticides), thuốc diệt ký sinh trùng (parasiticides) và thuốc diệt khuẩn Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 12 (antibacterials) và chất kháng sinh được sử dụng đáng kể trong NTTS hoặc để chữa các bệnh lây nhiễm hoặc phòng bệnh đã nêu trên. [8] Những hoá chất trên có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khoẻ động vật thuỷ sản nếu như sử dụng đúng, nhưng khi lạm dụng dẫn đến những hậu quả khôn lường, gây rủi do cho người lao động, tồn dư các chất độc trong sản phẩm thuỷ sản gây hại cho người tiêu dùng, làm giảm giá trị thương phẩm và còn tạo các chủng vi khuẩn kháng thuốc làm giảm hiệu quả trong điều trị bệnh. Thành phần lớp bùn trong các đầm, ao NTTS chủ yếu là các chất hữu cơ như prôtêin, lipids, axit béo với công thức chung CH3(CH2)nCOOH , photpholipids, Sterol - vitamin D3, các hoocmon, carbohydrate, chất khoáng và vitamin, vỏ tôm lột xác,... Lớp bùn này luôn ở trong tình trạng ngập nước, yếm khí, các vi sinh vật yếm khí phát triển mạnh, phân huỷ các hợp chất trên tạo thành các sản phẩm là hydrosulphua (H2S), Amonia (NH3), khí metan (CH4),... rất có hại cho thuỷ sinh vật, ví dụ nồng độ 1,3 ppm của H2S có thể gây sốc, tê liệt và thậm chí gây chết tôm. Khí amonia (NH3) cũng được sinh ra từ quá trình phân huỷ yếm khí thức ăn tồn dư gây độc trực tiếp cho tôm, làm ảnh hưởng đến độ pH của nước và kìm hãm sự phát triển của thực vật phù du (Hassanai Kongkeo,1990). [12] Tóm lại, các chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải NTTS bao gồm: - Các bon hữu cơ (gồm thức ăn, phân bón, chế phẩm sinh học...) - Nitơ được phân huỷ từ các prôtêin - Phốt pho phân huỷ từ các prôtêin Nồng độ các chất ô nhiễm trên được biểu thị bởi một số chỉ tiêu chung như chỉ tiêu nhu cầu ôxy hoá sinh - BOD (Biochemical Oxygen Demand), tổng Nitơ (TN) và tổng Phôtpho (TP). 2.2. Các phương pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường Có rất nhiều phương pháp sinh học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là các chất thải hữu cơ. Tiêu biểu là việc sử dụng hệ sinh vật để phân hủy hoặc hấp thụ/hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ từ chất thải sản xuất và sinh hoạt. Có thể nêu lên một số phương pháp sau : - Sử dụng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 13 - Sử dụng hệ động thực vật thủy sinh để hấp thụ các chất hữu cơ 2.2.1. Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật Có một số loài vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng và nhờ vậy sinh khối của chúng tăng lên. Các vi sinh vật này được sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có trong chất thải từ NTTS. Quá trình phân hủy này được gọi là quá trình phân hủy ôxy hóa sinh hóa. Có thể phân phương pháp này thành hai loại: [14] - Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Ðể đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chúng và duy trì ở nhiệt độ khoảng 20 - 40oC - Phương pháp yếm khí : là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí. Trong xử lý nước thải công nghiệp, phương pháp xử lý yếm khí được sử dụng rộng rãi. Lấy ví dụ hiệu quả xử lý nước nuôi tôm của vi khuẩn lam Spirulina platensis. Chuntapa Benjamas và ctv đã tiến hành thả vi khuẩn lam Spirulina platensis trong bể nuôi tôm hùm để kiểm soát chất lượng nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng nitơ vô cơ (NH4, NO2, NO3) được xử lý khá hiệu quả. Khi số lượng vi khuẩn này tăng có nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước thì sẽ được vớt ra khỏi bể (kích thước vi khuẩn lam khá lớn). [16] 2.2.2. Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm Bản chất của việc sử dụng hệ động, thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn. [12] Thông thường người ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinh dưỡng là nitơ và phốt pho, cácbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối (sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vật ngập mặn khác. Kế tiếp trong chuỗi thức ăn là các động vật bậc 1 - động vật ăn thực vật. Ðiển hình của các động vật bậc 1 ở vùng nước ven biển là các loại ngao, vẹm, hàu các loài này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy. Các nghiên cứu của Jones và ctv (2001), (2002) cho thấy loài sò đá Sydney (Saccotrea commercialis) có khả năng làm giảm đáng kể hàm lượng các chất lơ lửng, mùn bã hữu cơ, Nitơ tổng số, Phospho tổng số, Chlorophyll-a, vi khuẩn tổng số trong nước thải từ các ao nuôi tôm Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 14 thâm canh. Hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể giảm được 49%, số lượng vi khuẩn giảm 58%, Nitor tổng số giảm đến 80% và photpho tổng số giảm 67%, Chlorophyll – a giảm được 8%. [18] Các loài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như cá măng, cá đối cũng được thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J. Phillips, 1995). Rừng ngập mặn (RNM) là một hệ sinh thái ở vùng đất ngập nước rất phổ biến ở ven biển Việt Nam. Có thể sử dụng RNM như một bể lọc sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ từ chất thải đô thị, công nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Theo tính toán lý thuyết, ở điều kiện Việt Nam, 1ha RNM mỗi năm tăng trưởng 56 tấn sinh khối và có thể hấp thụ được 219 kg nitơ, 20 kg phôt pho (Jesper Clausen, 2002). Ngoài ra, RNM với bộ rễ có cấu tạo đặc biệt là nơi bẫy các trầm tích có chứa các kim loại nặng, các hóa chất bảo vệ thực vật. Thực vật ngập mặn cùng với toàn bộ hệ sinh thái trong RNM là một bể lọc sinh học đối với các chất thải từ hoạt động nuôi trồng thủy sản ven biển. Ngoài ra, những nghiên cứu về việc sử dụng RNM như hệ thống lọc sinh học để xử lý nước thải các ao nuôi tôm đã và đang thí nghiệm ở vùng biển Caribbean của Colombia cũng cho hiệu quả xử lý tốt. Dominique Gautier và các cộng sự đã nghiên cứu việc sử dụng rừng ngập mặn diện tích 120 ha như một hệ thống lọc sinh học để cung cấp nước cho 282 ha ao nuôi tôm. Sau 3 tháng nghiên cứu, ông nhận thấy nồng độ chất lơ lửng trong rừng ngập mặn giảm rõ rệt.Tuy nhiên hàm lượng Nitơ vô cơ và photpho vô cơ không giảm mà có xu hướng tăng lên do sự có mặt của những loài chim biển. Thêm vào đó, có sự giảm đáng kể lượng oxy hoà tan và pH trong hệ thống lọc sinh học.[19] Trong thực tế, để đảm bảo đạt hiệu suất xử lý cao các chất ô nhiễm với chi phí vận hành tối thiểu, người ta thường sử dụng kết hợp nhiều phương pháp, kết hợp nhiều hệ thống và các tác nhân khác nhau. Tùy theo hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải và điều kiện cụ thể của từng khu vực. 2.3. Các hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường bằng các phương pháp sinh học. 2.3.1. Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí (Aerobic methods) Tác nhân tham gia vào hệ thống xử lý này bao gồm các vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và một số vi sinh bậc thấp. Các dụng cụ thường là bể thông khí sinh học (Aeroten) hoặc các bể lọc sinh học. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 15 Hình 2. Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí [17] Quá trình xử lý diễn ra như sau : - Bùn hoạt tính (vi sinh vật ở trạng thái huyền phù) có trong nước thải từ các đầm nuôi tôm được đưa vào hệ thống xử lý. - Tiến hành sục khí làm cho nước được bão hòa ôxy và bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Có thể áp dụng các thiết bị sục khí như : - Sục khí bằng sục đầu khuyếch tán - Sục khí và chất lỏng bằng khuấy cơ học - Sục khí bằng kết hợp giữa khuấy nước bằng cánh quạt tuabin và hệ thống khuyếch tán. - Bể lọc sinh học: là bể phản ứng sinh học trong đó vi sinh vật sinh trưởng và phát triển cố định trên một lớp màng bám trên các giá thể và nước thải được phân bố đều phía trên các giá thể. [6] - Ðĩa lọc sinh học: gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ. Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong hồ/bể chứa nước thải, phần còn lại tiếp xúc với không khí. Các vi khuẩn bám trên đĩa lọc phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải. - Ưu điểm của hệ thống: thời gian xử lý diễn ra nhanh hơn, các chất ô nhiễm được phân hủy triệt để, có thể xử lý được một khối lượng lớn nước thải với nồng độ chất ô nhiễm cao, không cần sử dụng nhiều diện tích đất, kiểm soát vấn đề mùi một cách dễ dàng. Tuy nhiên, chi phí xây dựng, lắp đặt thiết bị cao. Theo nghiên cứu của Thomson (2002) về hệ thống lọc sinh học, ông tiến hành thí nghiệm kiểm tra hiệu quả xử lý amonium từ ao nuôi tôm. Ông sử dụng 2 bể : bể không Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 16 có màng lọc sinh học và bể có màng lọc sinh học. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả xử lý amonium và photphat trong bể có màng lọc sinh học là khả quan, màng sinh học còn được làm thức ăn cho tôm nuôi trong bể. [21] 2.3.2. Hệ thống xử lý bằng phương pháp kỵ khí (Anaerobic methods) Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ. Hệ thống này không thích hợp cho xử lý ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thuỷ sản do chi phí xây dựng cao. Tuy nhiên hệ thống này lại có ưu điểm là có thể giải phóng Nitơ, giảm gây ô nhiễm NO3- (nitrat) cho nước mặt và nước ngầm. Hình 3. Các bước xảy ra trong suốt quá trình xử lý sinh học yếm khí [17] 2.3.3. Các hệ thống làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên [12] 1) Hồ sinh học Được gọi là hồ ôxy hóa hay hồ chứa lắng, bao gồm một chuỗi từ 3 đến 5 hồ. Trong hồ, nước thải được làm sạch bằng quá trình tự nhiên thông qua các tác nhân là tảo và vi khuẩn. Hồ sinh học bao gồm các loại hồ: a. Hồ hiếu khí tự nhiên (Aerobic pond) : độ sâu từ 0,2-0,4 m, diện tích đất rất lớn, chi phí vận hành gần như bằng 0. Tải lượng BOD5 : 250 kg- 300 kg/ngày cho một diện tích hồ rộng khoảng 1 ha. Nước thải được đưa vào và thoát ra theo đường chéo của hồ sẽ tăng hiệu suất xử lý hơn. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 17 b. Hồ kỵ khí (Anaerobic pond- Metan pond): độ sâu nước 2,4 -3,6 m, thời gian lưu nước từ 2-5 ngày. Diện tích nhỏ hơn chỉ khoảng 10-20% diện tích hồ hiếu khí. Nhiệt độ tối ưu: 30-35oC pH : 6,5-7,5 Thời gian tối ưu là 5 ngày c. Hồ hiếu - kị khí (Facultative pond): độ sâu từ 0,7-1,8 m Thời gian lưu nước có thể tính toán được, phụ thuộc vào hiệu suất xử lý (nồng độ chất ô nhiễm đầu vào và đầu ra), dao động từ 5 đến 30 ngày. Các phản ứng phân huỷ kỵ khí xảy ra ở lớp dưới đáy và quá trình ổn định hiếu khí xảy ra ở lớp trên. Nhiệt độ tối ưu: >15oC Tải lượng BOD5 : 100-150 kg /ha/ngày Có thể xử lý được 50-60% BOD và 20 -30% TN Ưu điểm của hệ thống này: chi phí vận hành bằng 0. Nhược điểm là phải mất một diện tích đất lớn, và nếu nước thải có hàm lượng ô nhiễm quá cao thì hiệu quả xử lý không triệt để, khó kiểm soát được mùi. Một hệ thống hồ sinh học có ít nhất là 3 hồ và được xắp xếp như sau : d. Hồ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hồ được sục khí: Là hồ sinh học được sục khí nhằm thúc đẩy quá trình phân hủy hiếu khí của các vi sinh vật hiếu khí, tăng hiệu xuất xử lý và rút ngắn thời gian xử lý. Nước thải hồ kỵ khí - Anaerobic pond hồ hiếu-kị khí - Facultative pond hồ hiếu khí Aerobic pond Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 18 Hình 4. Hồ sinh học hiếu khí (trên) và hiếu khí - kị khí (dưới) [17] 2) Các hệ thống đất ngập nước Nếu hoạt động nuôi trồng thủy sản ven biển diễn ra ở vùng nước mặn - lợ, có thể sử dụng các hệ thống đất ngập nước để xử lý ô nhiễm môi trường, cụ thể như sau : a. Hệ thống dựa vào thực vật, động vật thủy sinh như rong câu, cá, ngao, vẹm Hệ thống này thường là một vùng ngập nước có độ sâu 0,9 - 1,5 m cùng với hệ sinh vật thủy sinh. Có thể xử lý các chất ô nhiễm bằng một số quá trình sinh học như : ƒ Quá trình phân hủy hiếu - kỵ khí của các vi sinh vật ƒ Quá trình quang hợp của các thực vật dưới nước là rong câu, tảo làm tăng ôxy hòa tan, giảm CO2, tăng pH, tăng quá trình bay hơi của NH4, tăng lắng đọng của phốt pho. ƒ Các động vật thủy sinh bậc 1 như các loại cá ăn thực vật phù du, các động vật đáy như ngao, vẹm, hàu ăn thực vật phù du và các chất mùn bã hữu cơ. * Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống này là: - Nước thải có hàm lượng BOD5 là 50-300 kg/ngày/ha Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 19 - Thời gian lưu nước tuỳ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải có thể từ 3 - 5 ngày hoặc từ 7 - 10 ngày. Hợp phần SUMA đã sử dụng hệ thống này để xử lý nước thải cho khu nuôi tôm quảng canh cải tiến và bán thâm canh ở Dự án cộng đồng xã Thạch Bàn huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh. * Ưu điểm của hệ thống này: chi phí vận hành gần như bằng 0, tăng thêm lợi nhuận kinh tế ở các khu nuôi thâm canh do có thêm nguồn thu cho người nuôi trồng. * Nhược điểm : phải sử dụng diện tích đất lớn. b. Hệ thống rừng ngập mặn RNM. Hệ thống này dựa vào các loài thực vật rễ ở đáy, thân vươn lên mặt nước (Macrophyte) RNM có thể hấp thụ được một lượng lớn chất hữu cơ từ hoạt động nuôi trồng thủy sản ven biển. Thực vật ở hệ thống này có vai trò như sau: - Phần vươn lên không khí : ƒ Làm giảm ánh sáng chiếu xuống mặt nước, giảm quá trình quang hợp, hạn chế sự phát triển của thực vật phù du như tảo ƒ Tạo điều kiện điều hòa vi khí hậu, đặc biệt cách nhiệt trong mùa đông, nhiệt độ ở dưới cao sẽ làm tăng nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ. ƒ Hấp thụ chất dinh dưỡng hữu cơ. Phần ngập dưới nước có tác dụng cung cấp bề mặt cho vi khuẩn bám dính (biofilm), cung cấp ôxy cho sự quang hợp, hấp thụ chất dinh dưỡng. Phần rễ và đới rễ có tác dụng giúp ổn định và giảm xói mòn, tạo điều kiện cho quá trình lắng đọng bùn và tạo trầm tích. - Ngoài ra, Hệ động vật trong hệ sinh thái rừng ngập mặn như hàu, vẹm, cua, cá cũng là tác nhân loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ. Kết luận Có rất nhiều phương pháp sinh học có thể sử dụng để xử lý ô nhiễm môi trường do nuôi trồng thủy sản ven biển, mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng, xong việc lựa chọn phương pháp nào cho thích hợp với điều kiện của Việt Nam trên phương diện kinh tế, xã hội và môi trường phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng vùng. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 20 Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp lọc sinh học hiếu khí vẫn có nhiều ưu thế hơn cả xét cả về phương diện kinh tế lẫn môi trường, vì quy mô các đầm ao NTTS không lớn, không cần nhiều diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải như các hồ sinh học và các hệ thống đất ngập nước, chất thải ra có nồng độ ô nhiễm không quá cao, nên việc sử dụng các bể aeroten và bể metan trong giai đoạn hiện nay là quá tốn kém và không hợp lý. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 21 3. PHƯƠNG PHÁP LỌC SINH HỌC 3.1. Khái niệm chung Phương pháp lọc sinh học nói chung loài người đã biết từ lâu, song đưa nó thành một biện pháp công nghệ xử lý nước nói chung và nước thải nói riêng mãi đến thế kỷ 19 mới được xác lập. Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dụng ở Mỹ năm 1891 và ở Anh năm 1893. Khái niệm về lọc sinh học nhỏ giọt được áp dụng từ khi dùng các bể lọc tiếp xúc được chứa đầy các hòn đá bị đập vỡ và cho nước đi qua. Nước chảy qua lọc, tiếp xúc với mọi vật liệu lọc trong khoản thời gian ngắn. [7] Về nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hoá các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là các vi khuẩn) hiếu khí, kị khí và kị khí tuỳ tiện. Các vi sinh vật hiếu khí tập trung ở phần lớn ngoài của màng sinh học. Ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám). [20] Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2. Nước vào lắng 2 có thể kéo theo các mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc sinh học làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc. Hình 5. Sơ đồ lọc sinh học trong hệ thống xử lý nước thải Nước thải Lắng 1 (lắng sơ cấp) Bể lọc sinh học Lắng 2 (lắng thứ cấp) Nước tuần hoàn Nước sạch Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 22 Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxy hoá bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. Màng này thường dày khoảng 0,1 – 0,4 mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxy hoà tan sẽ chuyển sang phân huỷ bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là "tróc màng". Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện. Hình 6. Thành phần theo chiều ngang của màng sinh học sinh trưởng dính bám 3.2. Phân loại lọc sinh học Người ta phân biệt bể lọc sinh học (Biophin) như sau: [5] 1. Theo mức độ xử lý: Biophin xử lý hoàn toàn và không hoàn toàn. Biophin cao tải có thể xử lý hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, còn Biophin nhỏ giọt dùng để xử lý hoàn toàn. 2. Theo biện pháp làm thoáng, Biophin làm thoáng tự nhiên và Biophin làm thoáng nhân tạo. Trong trường hợp làm thoáng nhân tạo thì bể Biophin thường là aerophin. 3. Theo chế độ làm việc: Biophin làm việc liên tục và Biophin làm việc gián đoạn có tuần hoàn và không tuần hoàn. Nếu nồng độ nhiễm bẩn của nước thải lên bể Biophin không cao lắm và khối lượng đủ để có thể tự làm sạch thì việc tuần hoàn là không cần thiết. Trong trường hợp ngược lại thì tuỳ theo nồng độ của nước thải mà nên hoặc bắt buộc phải tuần hoàn. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 23 4. Theo sơ đồ công nghệ: Bể Biophin một bậc hay 2 bậc. Bể Biophin 2 bậc thường được áp dụng khi điều kiện khí hậu không thuận lợi, khi không có điều kiện tăng chiều cao công tác của bể và khi cần nâng cao hiệu suất xử lý. 5. Theo khả năng chuyển tải: Biophin cao tải và Biophin nhỏ giọt (Biophin thông thường). 6. Theo đặc điểm cấu tạo vật liệu lọc: Biophin chất liệu khối và Biophin chất liệu bản. *Biophin chất liệu khối có thể phân biệt: - Biophin nhỏ giọt có kích thước vật liệu lọc 40 – 60 mm, chiều cao công tác 1 – 2 m - Biophin có chiều cao lớn (tháp lọc) có kích thước vật liệu lọc 60 – 80 mm, chiều cao công tác 8 – 16 m. *Biophin chất liệu bản có thể phân biệt: - Biophin với chất liệu lọc dạng rắn: vòng ống hay những cấu tạo khác. Vật liệu có thể là sành, chất dẻo hay kim loại. Tùy thuộc vào vật liệu mà khối lượng lấy trong khoảng 100 – 600 kg/m3, độ rỗng 90 – 97%, chiều cao làm việc 1- 6 m. - Biophin với vật liệu rắn ở dạng đan lưới hay khối đặc được phép từ các tấm hay các bản phẳng. Các khối đặc có thể làm bằng chất dẻo và cũng có thể là fibroximăng. Khối lượng chất dẻo 40 – 100 kg/m3, độ rỗng 90 – 97%, chiều cao 2 – 16 m. Khối lượng fibroximăng 200 – 250 kg/m3, độ rỗng 80 – 90%, chiều cao làm việc 2 – 6 m. - Biophin vật liệu mềm và rulô (cuộn) làm từ lưới thép, màng chất dẻo hay vải tổng hợp được cố định trên khung hay dưới dạng cuộn. Khối lượng 5 – 60 kg/m3, độ rỗng 94 – 99%, chiều cao cấp phối 3 – 8 m. Đối với Biophin chất liệu bản cũng cần phải kể đến loại đĩa quay sinh học, là bể chứa đầy nước và có đáy hình lõm. Dọc theo bờ ở chỗ cao hơn mực nước một ít có đặt trục gắn các đĩa bằng chất dẻo, ximăng amiăng hay kim loại với đường kính 0,3 – 0,6 m, khoảng cách giữa các đĩa 10 – 20 mm, tốc độ quay của trục đĩa 1 – 40 v/ph. Biophin chất liệu mềm và rulô thường chỉ sử dụng khi lưu lượng nước thải đến 10.000 m3/ngày đêm, còn Biophin chất liệu rắn ở dạng khối q < 50.000m3/ngày đêm, đĩa quay sinh học q < 500 m3/ngày đêm. Sau đây xét một vài loại Biophin cơ bản thường sử dụng trong thực tế. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 24 3.2.1. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (Lọc nhỏ giọt). Lọc sinh học là một trong những quá trình sinh trưởng dình bám, có ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính lơ lửng và hồ sinh học, trong đó vi sinh vật dính bám và sinh trưởng trên các vật liệu lọc.[17] Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước. Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân huỷ hiếu khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang, bị nước cuốn theo. Hiện tượng này được lặp đi lặp lai nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân huỷ kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch. Nước thải trước khi đưa vào xử lý ở lọc phun (nhỏ giọt) cần phải qua xử lý sơ bộ để tránh tắc nghẽn các khe trong vật liệu. Nước sau khi xử lý ở lọc sinh học thường chứa nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần phải đưa vào lắng 2 và lưu ở đây thời gian thích hợp để lắng cặn. Trong trường hợp này, khác với nước ra ở bể aeroten: nước ra khỏi bể lọc sinh học thường ít bùn cặn hơn ra từ bể aeroten. Nồng độ bùn cặn ở đây thường nhỏ hơn 5000 mg/l, không xảy ra hiện tượng lắng hạn chế. Tải trọng bề mặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16 – 25 m3/m2.ngày. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 25 Hình 7. Sơ đồ xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter) [23] Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt: Hình 8. Cấu tạo lọc sinh học nhỏ giọt [22] - Vật liệu lọc Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo uốn lượn...Các loại đá nên chọn các cục có kích thước trung bình 60 – 100 mm. Chiều cao lớp đá chọn khoảng 0,4 – 2,5 – 4 m, trung Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 26 bình là 1,8 – 2,5 m. Nếu kích thước hạt, cục vật liệu nhỏ sẽ làm độ hở giữa các cục vật liệu gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu xuất xử lý. Bể với vật liệu đá giăm thường có dạng hình tròn. Nước thải được phân phối trên bề mặt lớp vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước thành tia hoặc nhỏ giọt. Các thanh gỗ, đặc biệt là gỗ đỏ ở Mĩ, và các tấm chất dẻo (plastic) lượn sóng hoặc gấp nếp được gấp thành những khối bó chặt được gọi là mô đun vật liệu. Các mô đun này được xếp trên các giá đỡ, khối lượng toàn bộ của vật liệu giảm đi nhiều và làm cho chiều cao lọc có tăng đáng kể. (tới 9 – 16 m). Những thập niên gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinylclorit), PP (polypropilen) được làm thành các tấm lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn... có đặc điểm là rất nhẹ. Phần lớn các vật liệu lọc có trên thị trường đáp ứng được các yêu cầu: - Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3. - Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thường cao hơn 90%). - Nhẹ, có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 – 10 m hoặc cao hơn). - Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn 500 kg/m3. - Quán tính sinh học cao. - Ổn định hoá học. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 27 Hình 9. Vật liệu dẻo dời xếp đều đặn Hình 10. Vật liệu lọc bằng các vòng kim loại Hình 11. Vật liệu dẻo xếp cho bể lọc nhỏ giọt [22] Bảng 4. Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt Vật liệu Kích thước (inch) Khối lượng/đơn vị thể tích (Ib/ft3) Diện tích bề mặt, (ft2/ft3) Độ thông thoáng (%) Đá cuội: - Nhỏ - Lớn 1 – 2,5 4 – 5 78 – 90 50 – 62 17 – 21 12 – 50 40 – 50 50 – 60 Xỉ lò cao: - nhỏ - Lớn 2 – 3 3 – 5 55 – 75 50 – 62 17 – 21 14 – 18 40 – 50 50 – 60 Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 28 Chất dẻo (tấm): - thông thường - bề mặt riêng cao 24 x 24 x 48 24 x 24 x 48 2 -6 2 – 6 24 – 30 30 – 60 94 – 97 94 – 97 Gỗ đỏ 48 x 48 x 20 9 – 11 12 – 15 70 – 80 Quả cầu chất dẻo 1 – 3,5 3 – 6 38 – 85 90 - 95 - Thông khí ở bể lọc sinh học Bể lọc sinh họclàm việc trong điều kiện thoáng khí. Ngoài việc cấp oxy cho vi sinh vật ở màng sinh học hoạt động, thoáng khí còn có tác dụng loại ra khỏi lọc các khí tạo thành do quá trình phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước, như CO2 và có cả CH4, H2S... Thông khí ở đây có thể bằng cách tự nhiên hay nhân tạo. Thông khí thự nhiên là do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bể lọc. Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ đi từ cửa thông khí ở thành phía dưới gần đáy bể, qua lớp vật liệu lọc đi lên. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ xâm nhập qua lớp vật liệu lọc theo nước thải xuống đáy bể. Trường hợp nhiệt độ của nước thải và không khí bằng nhau thì bể lọc không thông khí. Trường hợp này khắc phục bằng thông khí nhân tạo. Trong thông khí nhân tạo, người ta dùng quạt gió thổi vào các khoảng trống ở đáy bể và không khí từ đó đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu. Lượng không khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo công thức: 21 )./(BOD W ¦ 3 20 daymg= Wkk: lượng không khí cần thiết (m3/m3 nước thải. day (ngày)) 21 : tỉ lệ % của oxy trong không khí. Qua thực tế xác định được lượng oxy sử dụng trong lọc sinh học và trong các công trình sinh học thường không quá 7 – 8% lượng oxy cung cấp. Khi nhiệt độ 60C, quá trình oxy hoá chất hữu cơ trong nước thải không xảy ra. - Phân loại lọc phun Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 29 Lọc phun được phân loại theo tải trọng thuỷ lực hoặc tải trọng các chất hữu cơ. Do vậy, có lọc tải trọng thấp và lọc tải trọng cao (cao tải). Các loại lọc này được giới thiệu ở Bảng 5 Bảng 5. Phân biệt tải trọng trong bể lọc sinh học nhỏ giọt (các chỉ tiêu thiêt kế) Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao Chiều cao lớp vật liệu (m) 1 – 3 0,9 – 2,4 (đá) Loại vật liệu Đá cục, than cục, đá ong, cuội lớn Đá cục, than cục, sỏi lớn, tấm nhựa đúc, cầu nhựa Tải trọng theo chất hữu cơ theo thể tích vật liệu lọc Kg BOD5/m3 vật liệu.ngày 0,08 – 0,4 0,4 – 1,6 Tải trọng thuỷ lực theo diện tích bề mặt m3/m2.ngày 1 – 4,1 4,1 – 40,7 Hệ số tuần hoàn R = QT/Q tuỳ chọn 0 – 1 0,5 – 2 Tải trọng thuỷ lực trên bề mặt của bể lắng đợt 2 m3/m2.ngày 25 16 Hiệu quả khử BOD sau bể lọc và bể lắng 2 % 80 – 90 65 - 85 - Ghi chú: Tải trọng thuỷ lực nêu trong bảng là tỉ số của lưu lượng nước xử lý Q (m3/ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn QT (m3/ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề mặt của bể lọc S (m2). Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lý đơn giản, hiệu quả xử lý ổn định ngay cả khi nước nguồn có chất lượng dao động lớn, hiệu quả xử lý của bể lọc phụ thuộc chế độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vòng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo và tích nước rồi lấy ra bằng xi phông. Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ 5 phút. - Ưu, nhược điểm của bể lọc nhỏ giọt: - Ưu điểm: + Giảm việc trông coi Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 30 + Tiết kiệm năng lượng, không khí được cấp trong hầu hết thời gian lọc làm việc bằng cách lưu thông tự nhiện từ thông gió đi vào qua lớp vật liệu lọc. - Nhược điểm: + Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải trọng khối + Dễ bị tắc nghẽn + Rất nhạy cảm với nhiệt độ + Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi + Chiều cao hạn chế + Bùn dư không ổn định + Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên giá thành xây dựng cao. Với vật liệu là chất dẻo đã khắc phục được một số nhược điểm trên, như giảm hiện tượng tắc nghẽn, chiều cao lớn hơn, thông khí tốt hơn cho phép lọc làm việc với tải trọng thể tích cao hơn. - Tính toán bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biophin)[5] Tính toán bể Biophin nhỏ giọt thường dựa vào công suất oxy hóa, tức là lượng oxy, biểu thị bằng gram BOD, có thể nhận được trong ngày đêm tính trên 1 m3 vật liệu lọc. Công suất oxy hóa của bể Biophin phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải và không khí, vào mức độ nhiễm bẩn, vật liệu lọc, phương pháp làm thoáng...Khi tính toán căn cứ vào nhiệt độ trung bình năm của không khí mà lấy công suất oxy hóa như sau: Bảng 6. Sự phụ thuộc công suất oxy hóa vào nhiệt độ không khí Nhiệt độ trung bình năm của không khí Công suất oxy hóa (CO) (gr/m3.ngày đêm) 6 < tkk < 100C tkk ≥ 100C tkk ≠ 100C (t1) CO = 250 CO = 300 CO = 300 x C t 0 1 10 Thể tích của vật liệu lọc, tính cho 1 m3 nước thải trong ngày đêm, xác định theo công thức: Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 31 W1 = CO LL ta − Trong đó: La : hàm lượng BOD lúc ban đầu cảu nước thải, mg/l Lt : hàm lượng BOD của nước thải sau khi xử lý sinh học, mg/l CO: công suất oxy hóa, gr/m3. ngày đêm. Tải trọng cho phép - lượng nước thải xử lý ngày đêm tính trên 1 m3 vật liệu lọc: q = ta LL CO − Tải trọng cho phép qo lấy phụ thuộc vào hàm lượng BOD, có thể tham khảo Bảng 7 Bảng 7. Sự phụ thuộc qo vào BOD qo, m3/m3.ngày đêm Nhiệt độ trung bình năm của không khí Công suất oxy hóa CO (g/m3) Khi BOD20 = 200 (mg/l) Khi BOD20 = 300 (mg/l) 60 – 100C ≥ 100C 250 300 1,25 1,5 0,83 1,0 Thể tích yêu cầu của lớp vật liệu lọc: W = W1.Q = oq Q Q: lưu lượng nước thải, m3/ngày đêm. Diện tích bề mặt của bể Biophin: F = H W H: chiều cao làm việc của bể, lấy đến 2 m. Số lượng bể Biophin nhỏ giọt lấy trong khoảng 2 – 8 cái. 3.2.2. Đĩa quay sinh học RBC (Rotating Biological Contactors) Đĩa quay sinh học RBC cũng là một quá trình sinh trưởng dính bám. Trong đó vi sinh vật dính bám vào bề mặt các đĩa (đường kính lên tới trên 3,5 m) [17] . Đĩa sinh học gồm hàng loạt các đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC (polyvinylclorit) hoặc PS Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 32 (polystiren), lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính có khi ngập tới 70 – 90%) và được quay chậm khi làm việc. Hình 12. Đĩa quay sinh học RBC Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 sau đó ở Mĩ. Ở Mĩ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại bỏ BOD và Nitrat, 5% để loại bỏ Nitrat. Hệ đĩa quay gồm những đĩa tròn PS hoặc PVC đặt gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay với tốc độ chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay. [7] Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được nhờ môtơ hoặc sức gió. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy, chất hữu cơ được phân hủy nhanh. - Sơ đồ xử lý nước thải khi dùng hệ thống RBC Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 33 Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến RBC là lớp màng sinh học. Khi bắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đó cho đến khi tất cả vật liệu được bao bọc bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm. Sinh khối bám chắc vào RBC tương tự như ở màng lọc sinh học Vi sinh vật trong màng bám dính trên các đĩa quay gồm các vi khuẩn kỵ khí tùy tiện như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, các vi sinh vật hiếu khí như Baccillus thì thường ở lớp trên của màng. Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như Desulfovibrio và một số vi khuẩn sulfua. Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu. Nấm và các vi sinh vật hiếu khí phát triển ở lớp màng trên, và cùng tham gia vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Tảo mọc trên bề mặt lớp màng vi sinh vật làm tăng cường sức chịu đựng CO2 của lớp màng sinh học. Nói chung, pH tối ưu cho quá trình từ 6,5 – 7,8, khi để oxy hóa các chất hidratcacbon thì pH tối ưu từ 8,2 – 8,6. Để Nitrat hóa, pH tối ưu khoảng 7,2 – 7,8. Quá trình Nitrat hóa làm kiềm hóa môi trường nên có thể thêm vôi vào hệ thống xử lý. Việc lựa chọn và sắp xếp các vật liệu có ý nghĩa rất lớn đến hiệu suất của RBC. Vật liệu thường gặp ở dạng đĩa có diện tích bề mặt từ 6 – 7,62 m2/m3, dạng lưới (lattice structure) có diện tích bề mặt từ 9,1 – 10,6 m2/m3. Dạng đĩa được chế tạo từ nhựa cứng PS có dạng lưới làm từ polyetylen (PE). Mật độ trung bình 9300 m2/trục dài 8 m, mật độ cao từ 11.000 – 16.700 m2/trục 8 m, thể tích thích hợp là 5 l/m2. Như vậy sử dụng vật liệu lọc có bề mặt lớn sẽ có hiệu quả cao. Vật liệu dạng lưới nói chung tốt hơn dạng đĩa, vì bề mặt dạng lưới lớn hơn. Vận tốc quay của đĩa khoảng 0,3 m/s. Bể lắng sơ cấp RBC Bể lắng thứ cấp Nước sạch Nước thải Nước tuần hoàn Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 34 Về phương diện thiết kế RBC và thực tế thấy rằng, ở đĩa sinh học lượng sinh khối M lớn do đó tỷ số F/M nhỏ. Vì thế RBC có tải trọng thủy lực cao và tải trọng các chất hữu cơ cũng cao, dẫn đến xử lý nước thải rất có hiệu quả. Hình 10 cho thấy sơ đồ làm việc của một vài tổ hợp RBC trong hệ thống xử lý nước thải. Hình 13. Sơ đồ làm việc một vài tổ hợp RBC trong hệ thống xử lý nước thải a) Hai tổ hợp RBC trục dọc làm việc song song b) Các RBC trục ngang làm việc nối tiếp c) Các RBC trục ngang làm việc đồng thời và nối tiếp d) Tổ hợp RBC làm việc theo bậc kế tiếp 3.3. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới quá trình xử lý[13] Khi trong nước thải chứa các chất bẩn hữu cơ dễ hoặc có thể bị oxy hoá sinh hoá và khi trong điều kiện môi trường thích hợp (sự cung cấp oxy, pH, nhiệt độ của nước thải, nồng độ của các chất độc hại không vượt quá giới hạn cho phép) thì có thể dùng phương pháp sinh hoá để xử lý. Tất nhiên còn phải đảm bảo đủ lượng các nguyên tố dinh dưỡng (N, P, K, Fe,...) trong nước thải. Trục quay RBC RBC Nước ra RBC Vào lắng 2 Vào lắng 2 Nước vào từ lắng 1 RBC Vách ngăn a) b) Nước vào từ lắng 1 Môtơ Vào lắng 2 Nước vào từ lắng 1 Vách ngăn c) lắng 2 bùn Nước vào bậc 1 bậc 2 bậc 3 bậc 4 d) Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 35 a) Điều kiện đầu tiên là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và sao cho lượng oxy hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn 2 mg/l. b) Nồng độ cho phép các chất bẩn hữu cơ: có nhiều chất bẩn trong nước thải sản xuất ở mức độ nhất định nào đó sẽ phá huỷ chế độ hoạt động - sống bình thường của vi sinh vật. Các chất độc hại đó thường có tác dụng làm huỷ hoại thành phần cấu tạo của tế bào. c) Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh hoá diễn ra bình thường không được thấp hơn giá trị nêu trong bảng 8. Bảng 8. Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết BOD toàn phần Nồng độ Nitơ trong muối amon, mg/l Nồng độ photpho theo P2O5, mg/l < 500 500 – 1000 15 25 3 8 Ngoài các nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu ở trên còn cần có K, Mg, Ca, S, Fe..., những nguyên tố này thường có đủ trong nước thải nên không phải cho thêm. Khi các nguyên tố ở dạng các hợp chất giống như những hợp chất trong tế bào thì dễ hấp thụ vào vi sinh vật. Ví dụ, Nitơ của các chất trong tế bào ở dạng khử (NH +4 ); photpho ở trạng thái oxy hoá (H3PO4), những chất này là chất dinh dưỡng tốt nhất với vi sinh vật. Thiếu các nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hoá sinh hoá. Thiếu Nitơ lâu dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá, còn tạo bùn hoạt tính khó lắng và trôi theo nước khỏi bể lắng đợt 2. Nếu thiếu photpho trong nước thải sẽ tạo ra vi sinh vật dạng sợi chỉ làm cho quá trình lắng diễn ra chậm và giảm hiệu suất oxy hoá các chất hữu cơ. Yêu cầu về lượng các nguyên tố dinh dưỡng không cố định, bởi và sự phát triển vi sinh vật khi oxy hoá các chất khác nhau sẽ không đều nhau. Để xác định sơ bộ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết đối với nhiều loại nước thải công nghiệp có thể chọn tỉ lệ: Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 36 BODtp : N : P = 100 : 5 : 1 d) Nồng độ cho phép của các chất độc. Trong nước thải, hàm lượng muối của các kim loại nặng và các chất độc không được vượt quá nồng độ giới hạn cho phép. Nồng độ cho phép của một số chất khi xử lý bằng phương pháp sinh hoá ở Bảng 9 Bảng 9. Nồng độ giới hạn cho phép của một số các chất trong nước thải vào các công trình làm sạch sinh học Ccp (g/m3) Tên chất Ccp Tên chất Ccp Axit acrylic 100 Keroxin (dầu lửa) 500 Rượu amilic 3 Crezol 100 Anilin 100 Lactonitryl 160 Axetatandehit 750 Mỡ bôi trơn 100 Axit benzoic 150 Axit butyric 500 Benzen 100 Đồng (ion) 0,4 Vanadi (ion) 5 Metacrylamit 300 Vinyl axetat 250 Rượu metylic 200 Vinilinden clorua 1000 Axit monocloaxetic 100 Hydroquinon 15 Axen (ion) 0,2 Dimetylfomamit 100 Nekal 100 Di.2.etylhexin Sản phẩm dầu 100 Phenylphotphat 100 Niken (ion) 1 Axit dicloaxetic 100 OP – 7; OP – 10 10 Dicloxiclohexan 12 Piridin 400 Dietylamin 100 Pirocatesin 100 Dietylenglycol 300 Tributylphotphat 100 Caprolactan 100 Trietylamin 85 Rezorxin 100 Trinitrotoluen 12 Amon rodanua 500 Triphenylphotphat 10 Chì (ion) 1 Amon axetat cacbonat 500 Axit stearic 300 Phenol 1000 Sunfanol 10 Formandehit 160 Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 37 Sunfua (theo H2S) 20 Clobenzen 10 Antimon Sb (ion) 0,2 Toluen 200 Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6,5 – 8,5. e) Nhiệt độ nước thải cũng ảnh hưởng rất lớn đến chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải trong các công trình xử lý không dưới 60C và không quá 370C. f) Nồng độ của muối vô cơ trong nước không quá 10 g/l. Lượng các chất lơ lửng chảy vào các công trình không quá 100 mg/l khi dùng bể lọc sinh học và 150 mg/l khi dùng bể aeroten. Ngoài ra các cấu trúc của chất bẩn và các loại vi sinh vật là những yếu tố rất quan trọng quyết định tốc độ của quá trình oxy hoá sinh hoá. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Bộ Tài Nguyên và Môi trường. Hiện trạng Môi trường Việt Nam, 2003. 2. Bộ Thủy Sản. Cơ sở khoa học hình thành hệ thống quan trắc Môi trường để cảnh báo Môi trường và dự báo của các thủy vực nước lợ, ngọt miền Bắc Việt Nam. 3. Bộ Thủy Sản. Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội thảo khoa học toàn quốc về nuôi trồng thủy sản, 1998. 4. Bộ Thủy Sản. Tuyển tập báo cáo Khoa học về nuôi trồng thủy sản, 2003 5. Hoàng Huệ. Xử lý nước thải. NXBXD, 1996. 6. Đặng Xuân Hiển. Bài giảng xử lý nước thải. Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường. 7. Lương Đức Phẩm. Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. NXBGD, 2003. 8. Mai Văn Tài và ctv. Điều tra đánh giá hiện trạng các loại thuốc, hoá chất và chế phẩm sinh học dùng trong nuôi trồng thuỷ sản nhằm đề xuất các giải pháp quản lý”, 2003. 9. Tạp chí Thủy Sản, số 10/2004. 10. Tạp chí Thủy Sản, số 1/2005. 11. Thông tin khoa học – kinh tế thủy sản, số 5/2003. 12. Thông tin khoa học – kinh tế thủy sản, số 6/2004. 13. Trần Hiếu Nhuệ. Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXBKHKT, 1999. 14. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXBKHKT, 2003. 15. Viện Nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 1. Báo cáo nghiên cứu khả thi: Dự án xây dựng mạng quan trắc và cảnh báo Môi trường dịch bệnh thủy sản khu vực Miền Bắc, 2004. Viện nghiên cứu NTTS 1 Nghiên cứu hiện trạng khai thác, NTTS ở Việt Nam và đề xuất phương pháp xử lý nước thải 39 Tài liệu tiếng Anh 16. Chuntapa, B.; Powtongsook, S. and Menasveta, P. 2003, Water quality control using Spirulina platensis ins shrimp culture tanks, Aquaculture 220, 355 – 366. 17. Fao Fisheries Technical Paper – 355 Food and Agriculture Oranization of the United Nations: Wastewater treatment in the fishery industry. 18. Jones, A.B. and Preston, N.P. 1999. Sydney rock oyster, Saccostrea commercialis (Iredale & Roughley), filtration of shrimp farms effluent: the effects on water quality. Aquaculture Research 30, 51-57. 19. Gautier, D.; Amador, J. and Newmark, F. 2001. The use of mangrove wetland as a biofilter to treat shrimp pond effluents: preliminary results of an experiment on the Caribbean coast of Colombia, Aquaculture Research 32, 787-799. 20. Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Mc Craw – Hill International Edition, 1999. 21. Thompson, F.L.; Abreu, P.C. and Wasielesky, W. 2002. Importance of biofilm for water quality and nourishment in intensive shrimp culture. Aquaculture 2003, 263-278. 22. www.brentwoodindustries.com/water/trickling filter.html 23. www.sequencertech.com/biotechnology/trickling ranđommedia