Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ SNAP

Để xuất khẩu các sản phẩm chế biến thủy sản ra nước ngoài thì không chỉ cần một công nghệ sản xuất sạch mà còn cần phải giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các công đoạn sản xuất, xử lý nước thải đảm bảo đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường. Đặc trưng của ngành sản xuất chế biến thủy sản là hàm lượng Nitơ, Photpho rất cao, khó có thể xử lý bằng các biện pháp thông thường. 

Công nghệ xử lý NH₄ truyền thống chủ yếu dựa vào sự kết hợp của hai quá trình là Nitrate và khử Nitrate hóa bằng cách xử lý kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí,…để loại Nitơ và Photpho. Tuy nhiên hiệu quả không cao và tốn diện tích mặt bằng. Việc ứng dụng công nghệ SNAP với sự kết hợp sử dụng hai nhóm vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Anammox trong xử lý nước thải của ngành chế biến thủy sản sau xử lý kỵ khí trong cùng một mô hình sẽ khắc phục được nhược điểm của các công nghệ hiện tại về diện tích và năng lượng trong khi hiệu quả xử lý tương đương hoặc có thể cao hơn, vừa hiệu quả kinh tế vừa đạt được yêu cầu xử lý.

Nguyên tắc hoạt động của mô hình

Đối tượng nghiên cứu: Nước thải chế biến thủy sản cá Basa và sử dụng 2 giá thể là xơ dừa và nhựa tổng hợp

Khái niệm về mô hình SNAP: SNAP (Single stage nitrogen removal using anammox partial nitritation) được hiểu là quá trình xử lý Nitơ kết hợp Nitrite hóa bán phần và Anammox (quá trình oxy hóa amoni kỵ khí), chỉ trong một thiết bị phản ứng. Trong mô hình này khí được cấp cục bộ và hạn chế tại bể phản ứng. Sự tồn tại của các vi khuẩn oxi hóa hiếu khí Amonium (AOB - Amonium aerobic oxidizing bacteria), oxi hóa Nitrite (NOB-Nitrite oxidizing bacteria) và oxy hóa kỵ khí Amonium (Annammox-Anaerobic Ammonium Oxidation) trên lớp bùn đã được xác nhận.

Hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ SNAP, chúng có vai trò tích lũy nguồn Nitrite để cung cấp cơ chất cho vi khuẩn Anammox hoạt động hoàn tất cả quá trình. Khi hiệu suất tạo Nitrite của vi khuẩn Nitrosomonas cao thì hiệu suất xử lý Nitơ của cả quá trình sẽ cao.

Nước thải được bơm với lưu lượng 10L/ngày được điều chỉnh thông qua van chỉnh lưu lượng.  Không khí cấp cho mô hình thông qua bơm cấp khí. Khí được phân phối vào bể thông qua các đầu phân phối khí. 

Nước thải sau khi qua mô hình xử lý sẽ chảy vào ngăn lắng, sau đó thoát ra ngoài theo miệng ống đặt ở phía trên ngăn lắng, cách thành 4cm. Vận hành mô hình trong vòng 153 ngày với giá thể xơ dừa và nhựa tổng hợp ở 3 tải lượng khảo sát là 0,06kg N-NH₄/m³/ngày, 0,075kg N-NH₄ /m³/ngày và 0,094kg N-NH₄/m³/ ngày.

Chất lượng nước thải đầu ra

Sự thay đổi pH

pH của nước thải đầu vào khá ổn định, dao động trong khoảng 7,49 – 8,84. pH trong nước thải đầu ra thấp hơn đầu vào, dao động trong khoảng 6,72 – 7,79. Điều này được giải thích là do sự thay đổi độ kiềm được vi khuẩn sử dụng trong quá trình Nitrat hóa.

Sự thay đổi Nitrite (NO₂^-)

Nồng độ Nitrite đầu vào thấp hoặc không có, dao động từ 0– 0,4 mg/l. Đầu ra có xu hưóng tăng nhẹ so với đầu vào và dao động trong khoảng 0 – 0,6 mg/l. Chiều hướng thay đổi của Ammonium và Nitrite trong bể phản ứng ngược nhau nhưng xảy ra đồng thời và liên quan đến nhau. Khi hiệu suất tạo Nitrite của vi khuẩn Nitrosomonas cao thì hiệu suất xử lý Nitơ của cả quá trình sẽ cao.

Sự thay đổi của Nitrate (NO₃^-)

Nhìn chung, xu hướng thay đổi của Nitrate ở cả hai quá trình vận hành bằng giá thể xơ dừa và nhựa tổng hợp đều theo xu hướng đầu vào thấp, tăng lên sau xử lý.

Nguyên nhân lượng Nitrate đầu ra tăng lên có thể là do lượng Nitrite hình thành từ quá trình oxy hóa NH₄ tiếp tục bị oxy hóa thành Nitrate nhờ các nhóm vi sinh khác hình thành trong ngăn phản ứng. Trong số các nhóm vi sinh mới xuất hiện có thể có nhóm vi sinh hiếu khí dị dưỡng Nitrobacter, có thể nhóm vi sinh hiều khí dị dưỡng này đã hình thành và cạnh tranh với hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas. Thêm vào đó, một lượng Nitơ mất đi có thể tồn tại ở dạng sinh khối vi sinh hình thành và cũng có thể dưới dạng khí Nitơ do vi khuẩn Anammox sinh ra.

Hiệu suất xử lý của mô hình

Sử dụng giá thể xơ dừa làm vật liệu bám mang lại hiệu suất cao hơn so với sử dụng giá thể sợi nhựa tổng hợp. Điều này có thể giải thích do xơ dừa tạo bề mặt không gian lớn hơn so với sợi nhựa tổng hợp hơn nữa chúng có thể giữ bùn tốt hơn nên vi sinh không bị rửa trôi khỏi mô hình. Độ nhám bề mặt xơ dừa lớn hơn nên có khả năng bám dính cho vi sinh tốt hơn.

• Ở giai đoạn 1, giá thể xơ dừa có khối lượng riêng thấp, bề mặt bám dính và độ xơ cao, ít gây tắc nghẽn dòng chảy, tạo điều kiện tiếp xúc giữa nước thải với vi sinh, ngăn cản sự ngắn dòng hay vùng chảy chết xảy ra trong ngăn phản ứng. Hiệu suất xử lý đối với giá thể xơ dừa là 67,1 – 96,7%.
• Ở giai đoạn 2, giá thể là sợi nhựa tổng hợp xếp lớp cố định quấn quanh một cây que nhỏ, làm cho khả năng tiếp xúc giữa nước thải với vi sinh hạn chế hơn nên hiệu suất xử lý với loại giá thể này thấp hơn. Hiệu suất xử lý trong khoảng 60,7% đến 89%.  

Sau mô hình xử lý, hàm lượng Nitơ trong nước thải đầu vào giảm nhiều, hiệu suất xử lý lên tới 96,7%. Lượng ban đầu chủ yếu là Ammonium được loại bỏ thông qua con đường chuyển hóa thành khí Nitơ, một lượng rất ít tồn tại ở dạng Nitrite và Nitrate. Quá trình xử lý tiết kiệm nhiều chi phí vận hành so với công nghệ Nitrate  – khử Nitrate truyền thống. Mô hình không chỉ loại hiệu quả nồng độ Amonium mà còn xử lý chất hữu cơ khá cao, đến 90%.

Nước thải sau xử lý đạt QCVN 11-2015/BTNMT, cột A (NH4 < 10mg/l). Với những ưu điểm đã được phân tích và kết quả từ các thí nghiệm cho thấy quá trình kết hợp vi khuẩn Nitrosomonas và Anammox trong cùng một thiết bị thích hợp để xử lý Nitơ trong nước thải có nồng độ NH₄ cao.

Việc ứng dụng này có thể mở ra hướng mới không chỉ để xử lý Nitơ trong nước thải ngành chế biến thủy sản sau xử lý kỵ khí mà còn để xử lý các loại nước thải giàu Nitơ khác góp phần vào hoạt động bảo vệ môi trường.

Theo: Nghiên cứu xử lý Ammonium trong nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ SNAP của Lê Thị Trâm, Viên Thị Thủy và Trương Công Đức.