Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
I.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
nước ta hiện nay trên các kênh rạch ao hồ ở Tp. Hồ Chí Minh và trên các
sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Cửu Long nhiều vùng đang bò
phú dưỡng hoá nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh các loại tảo, bèo.
Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước do có hàm lượng
ammonium trong nước thải cao như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm trong
đó có ngành sản xuất và chế biến nước tương, sản xuất rượu cồn, sản xuất bia,
công nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học: vitamin, bột ngọt… các chuồng trại
chăn nuôi, các lò giết mỗ động vật. Ngoài ra, còn phải kể đến nước rỉ rác và nước
từ hoạt động tưới tiêu trong nông nghiệp có chứa hàm lượng phân ure khổng lồ.
Nhìn chung trong các ngành công nghiệp trên thì công tác xử lý nước thải thường
chỉ chú trọng đến việc loại bỏ COD, BOD mà chưa quan tâm đúng mức đối với
chỉ tiêu ô nhiễm ammonium.
Do đó, cần phải xử lý hàm lượng ammonium có trong nước thải của nhà máy
chế biến nước tương trước khi được xả bỏ ra môi trường.
I.2. MỤC TIÊU - NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
I.2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu quá trình chuyển đổi ammonium trong nước thải nhà máy chế
biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể.
I.2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu công trình xử lý ammonium trong ngành công nghiệp
chế biến nước tương.
 Nghiên cứu điều kiện môi trường thích hợp để vi khuẩn
Nitrosomonas phát triển tốt.
 Thiết kế, lắp đặt và vận hành mô hình.

I.2.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
 Các thí nghiệm và vận hành mô hình bể Aerotank quy mô 10
lít/ngày được thực hiện tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới thành phố Hồ
Chí Minh.
 Nước thải giả tự pha từ nước tương.
 Nội dung đề tài tập trung vào việc khử Ammonium trong nước thải
nhà máy chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá
thể ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm. Từ đó đề xuất xây dựng
công nghệ thích hợp để khử ammonium trong nước thải ngành chế
biến nước tương.
I.2.5. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Ý NGHĨA KHOA HỌC
 Các thông số công nghệ thu được từ thực nghiệm sẽ tạo cơ sở
ban đầu cho việc thiết kế quy trình công nghệ xử lý ammonium
trong nước thải ngành công nghiệp chế biến nước tương.
 Việc sử dụng vi sinh vật Nitrosomonas và ứng dụng quá trình
Canon có khả năng sử lý triệt để nguồn ô nhiễm dạng nitơ trong
nước thải.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN
 Sự thành công của đề tài mở ra khả năng ứng dụng trong xử
lý nước thải giàu ammonium hiệu quả và tiết kiệm.
 Không cần phải thêm chất dinh dưỡng nên có thể tiết kiệm
lượng hoá chất lớn.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương

là 18%. nước ta cũng như ở Trung Quốc thừơng dùng đậu tương ép lấy dầu, rồi
mới đem chế biến nước tương. Chất béo trong đậu nành chứa khoảng 6,4 – 15,1%
acid béo no và 80 – 93,6% acid béo không no. Hàm lượng chất béo trong đậu
tương tỷ lệ nghòch với hàm lượng protid. Nếu loại đậu nhiều protid thì chất béo ít,
ngược lại chất béo nhiều thì protid ít.
Gluxit trong đậu tương chiếm khoảng 22 – 35,5%, trong đó 1 – 2% là tinh
bột.
Chất tro khoảng 4,5 – 6,8%.
Trong đậu nành, ngoài chất đạm, chất béo, đường bột và tro còn có một số
loại men như: urease, lipase, lipoxydase, diastase, protease và sinh tố như A, B,
D, E. Trong thời gian nảy mầm còn có sinh tố C.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
II.1.2. NGUYÊN LIỆU PHỤ
 Cám
 Muối
 Nước
 Nấm mốc
 Nấm men
 Vi khuẩn lactic
II.2. THÀNH PHẦN DINH DƯỢNG CỦA NƯỚC TƯƠNG.
Nước tương vừa là một chất điều vò kích thích tiêu hoá để ăn ngon miệng,
đồng thời là một thực phẩm cung cấp cho ta một lượng đạm nhất đònh. Khi đánh
giá chất lượng của nước tương về phương diện hoá học, trước hết người ta chú ý
đến lượng đạm toàn phần vì đây chính là chất dinh dưỡng có giá trò nhất trong
nước tương. Tiếp theo cần xem đến lượng đạm amin.
Thành phần hoá học trung bình của nước tương gồm chất hoà tan 32,5%
÷38,7%. Trong đó:
 Đạm toàn phần :1,2% ÷ 2%

khoảng 1,6%. Nó tác dụng với rượu tạo thành hợp chất lactat như lactat phenol
cho mùi thơm hoa quả.
II.2.4. CHẤT MÀU.
Màu của nước tương chủ yếu do đường kết hợp với acid amin tạo nên. Màu
của nước tương lên men được hình thành dần dần từ màu vàng của mốc đến màu
nâu nhạt cuối cùng là màu nâu đậm.
Sự hình thành màu của nước tương phụ thuộc vào nồng độ đường, acid
amin và nhiệt độ. Màu sắc của nước tương rất cần thiết. Tuy nhiên, nếu tăng
cường phản giữa acid amin với đường thì không có lợi vì melanoid là chất mà cơ
thể khó hấp thu và khi nồng độ của nó cao sẽ làm giảm hương vò của sản phẩm.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Mặt khác, quá trình hình thành sản phẩm màu này gây tổn thất lớn acid amin. Để
hạn chế quá trình này ta chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp, tránh nâng
cao nhiệt độ và kéo dài thời gian thủy phân.
II.3. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
Nước chấm là tên gọi chung cho tất cả các loại gia vò có đạm và nồng độ
muối tương đối cao. Tuy mang nhiều tên gọi khác nhau: magi, xì dầu, xáng xáu,
nước tương lên men, nước tương hoá giải.v.v…nhưng đều được sản xuất từ 2
phương pháp: phương pháp lên men và phương pháp hóa giải. Về nguyên liệu tất
cả đều sản xuất từ nguyên liệu giàu đạm, trong đó chủ yếu là các hạt có dầu.
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm của nó. Tùy phong tục tập quán
của từng vùng, từng quốc gia mà chọn phương pháp sản xuất khác nhau.
Một số quy trình công nghệ sản xuất nước tương:
Hình 1: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương từ nguyên liệu giàu đạm bằng
phương pháp hoá giải.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương

Thanh trùng
Nước
Bột mì
Nước muối
Sản phẩm
Nấm mốc
Nhân giống
Nhân giống
Đậu nành
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
II.4. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG
NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
- Nước tương là loại gia vò có độ đạm và độ muối tương đối cao và chủ yếu
được sản xuất từ hai phương pháp lên men và phương pháp hoá giải.
- Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải của nhà
máy sản xuất nước tương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ (chủ
yếu là các hydratecacbon, protein và xelluloza) thường sinh ra mùi hôi rất
khó chòu
- Trong quá trình sản xuất nước tương có sự tham gia của các vi sinh vật như:
nấm mốc, nấm men, vi khuẩn… có tác dụng lên men trong quá trình sản
xuất và tạo hương cho sản phẩm. Ngoài ra, trong quá trình tăng trưởng của
vi sinh vật ta cần quan tâm đến sự xâm nhiễm của những vi sinh vật lạ có
khả năng gây mùi khó chòu.
Vì vậy nước thải của ngành công nghiệp chế biến nước tương sau khi thải
ra ngoài môi trường có mùi hôi, hàm lượng axitamin và COD rất cao.
II.5. HIỆN TRẠNG XỬ LÝ AMMONIUM TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH
CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
II.5.1. TÁC HẠI CỦA VIỆC XẢ BỎ AMMONIUM VÀO MÔI TRƯỜNG.
Ammonium và muối ammonium là độc tố đối với cá, với nồng độ rất nhỏ từ

nitrite
Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrate (NO
3
-
) thì chứng tỏ quá
trình phân hủy đã kết thúc. Tuy vậy các nitrate chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, khí ở
điều kiện thiếu khí hoặc kỵ khí các nitrate dễ bò khử thành N
2
O, NO và nitơ phân
tử tách khỏi nước bay vào không khí. Nếu nitrate ở trong nước cao có thể gây độc
đối với người (vì khi vào cơ thể, với điều kiện thích hợp ở đường tiêu hóa, nitrate
sẽ chuyển hoá thành nitrite chất này sẽ kết hợp với hồng cầu thành chất không
vận chuyển oxy, gây bệnh thiếu máu)
Ammoniac (NH
3
) trong nước tồn tại ở dạng NH
3
và NH
4
+
(NH
4
OH, NH
4
NO
3
,
(NH
4
)

10 mg/l, làm cho rong tảo dễ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước
sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.
Bản thân nitrate không phải là chất có độc tính, nhưng ở trong cơ thể nó bò
chuyển hóa thành nitrite (NO
2
-
) rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành
các hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư.
Hàm lượng nitrate (NO
3
-
) trong nước cao, sẽ gây bệnh thiếu máu, làm trẻ
xanh xao (bệnh methaemoglobinaemia, blue baby) do chức năng của
haemoglobin bò giảm. Nguyên nhân làm giảm chức năng của haemoglobin là do
lượng nitrate tăng trong cơ thể.
Theo quy đònh của WHO, nitrate có trong nước uống không quá 10mg/l (tính
theo N) hoặc 45mg/l (tính theo NO
3
-
) [6], [11].
Ở Việt Nam hiện nay trên các kênh rạch ao hồ ở Tp.Hồ Chí Minh và trên
các sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Cửu Long nhiều vùng đang
bò phú dưỡng hoá nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh các loại tảo, bèo.
[11]
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước do có hàm lượng
ammonium trong nước thải cao như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, sản
xuất rượu cồn, sản xuất bia, công nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học: vitamin,

kiện tối ưu.[8], [9]
• Phương pháp lý hoá: tạo pH cao khoảng 10 đến 11 bằng cách vôi hoá nước
thải, chuyển ammonium trong nước thải thành khí ammoniac, quá trình đạt
hiệu quả cao nếu có sục khí với lượng rất lớn.[6], [8]
II.5.2.1. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Trong nước hợp chất nitơ thường tồn tại ở 3 dạng: hợp chất hữu cơ,
ammoniac và dạng oxy hoá (nitrat, nitrit). Các dạng này là các khâu trong chuỗi
phân huỷ hợp chất nitơ hữu cơ, thí dụ như protein và hợp phần của protein.
(Phân huỷ) Nitrosomonas Nitrobacter
Protein NH
4
+

NO
2
-
NO
3
-
NO
3
-
(vi khuẩn dehydrat hoá)
NO
2
-
NO N
2
O N
2

Có thể loại bỏ nitơ bằng phương pháp hoá lý, phương pháp này dựa trên
nguyên lý về sự cân bằng của ion ammonium và khí ammoniac trong dung dòch.
Đưa độ pH của nước thải lên tới giá trò pH = 11 bằng cách cho thêm vôi vào để
chuyển NH
4
+
thành NH
3
trong nước và được loại bỏ bằng chưng cất lôi cuốn hơi
nước. Tuy nhiên người ta thường sử dụng phương pháp này để kết hợp loại bỏ
photpho. Thực tế ít sử dụng vì vốn đầu tư lớn, tốn năng lượng điện sử dụng đun
nóng ngoài ra cặn nhạy cảm với nhiệt độ và dễ kết tủa nên không dễ dàng vận
hành và bảo trì thiết bò.
II.5.2.3. SO SÁNH HIỆU QUẢ KHỬ NITƠ CỦA MỘT SỐ CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI.
Công nghệ xử lý nước thải có hàm lượng nitơ cao từ lâu đã được nghiên cứu
và áp dụng vào thực tế. Một số đặc điểm về công nghệ, hiệu suất xử lý và các
lónh vực đã ứng dụng các công nghệ này được thể hiện ở bảng sau:
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Bảng 1: Một số công nghệ khử ammonium trong nước thải
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
CÔNG NGHỆ ĐẶC ĐIỂM HIỆU
SUẤT
HOÁ LÝ
- Nâng pH > 11
- Gia nhiệt để chuyển NH
4
+

Sinh trưởng
gắn kết cố
đònh
- Kích thước lớn, chi phí đầu tư
cao.
- Có thể kết hợp với các công
trình xử lý bằng bùn hoạt tính.
60 - 85%
Ao sinh học
- Công nghệ đơn giản, thường kết
hợp với các công trình khác,
- Diện tích lớn
Quá trình
anammox
- Diện tích rất nhỏ, chi phí đầu tư
thấp.
- Chi phí vận hành thấp.
80 – 98%
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
(Nguồn được tổng hợp từ tài liệu của Công ty Degremont và một số tài liệu khác)
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
CHƯƠNG III
CƠ SỞ KHOA HỌC
VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
21

Vi khuẩn
Nitrosomonas Nitrobacter Khử nitrat
Protein NH
3
NO
2
-
NO
3
-
N
2
Oxy hoá oxy hoá
Nguyên nhân hình thành các loại ion này tương tự như nhau và có thể
chuyển hoá lẫn nhau, do đó có thể gộp lại thành một nhóm để nghiên cứu.
Nguồn gốc của NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
trong nước tự nhiên vẫn là các hợp chất
hữu cơ phức tạp có chức abumin bắt nguồn từ động vật và thực vật. Tác dụng sinh
hoá phức tạp sinh ra với sự tham gia của các loại vi khuẩn và men làm cho
abumin phân giải thành acid amin và sau khi thuỷ phân sẽ tách ra khí NH
3
R-CHNH

+
trong nước tự nhiên tương đối không ổn đònh. Dưới tác dụng của các
yếu tố về hoá học, vật lý, và sinh hoá, nó có thể chuyển hóa hợp chất của nitơ.
Khi có đủ oxi, dưới tác dụng của một số yếu tố đặc biệt NH
4
+
có thể bò oxi hoá
thành NO
2
55 NH
4
+
+ 76 O
2
+ 5CO
2
C
5
H
7
O
2
N + 52H
2
O + 54 NO
2
-
+ H
+
Tác dụng nitơ hóa không dừng lại ở đó mà dưới tác dụng của một số vi

2
↑ + 3CO
2
↑
Nguồn quan trọng khác làm cho nước mưa phong phú thêm NO
3
-
vẫn là khí
NO
2
sinh ra khi có sự phóng điện trong không khí, khí NO
2
sẽ bò nước mưa hấp thu
và rơi xuống đất, có thể biểu thò bằng sơ đồ sau đây:
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
NO
2
-
là một trong những chất trung gian của chu trình Nitrogen cùng với
dạng hữu cơ khác như NH
4
+,
NO
3
-
và một lượng nhỏ NO
2
-

nitrogen.
Do việc sử dụng nước uống có hàm lượng NO
3
-
cao có khả năng gây độc hại
đối với người vì khi vào cơ thể trong điều kiện thích hợp , ở hệ tiêu hoá chúng sẽ
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
24
Nitơ trong không khí
Nitơ trong
thực vật
Nitơ trong sản vật
phân giải từ các chất
Nitơ trong
động vật
Nitơ trong acid
NO
2
-
NO
2
NH
4
+
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
chuyển hoá thành nitrit, kết hợp với hồng cầu tạo thành hợp chất không di
chuyển oxy gây bệnh xanh xao, thiếu máu ( mathemoglobinemia). Ngoài ra,
nitrit còn kết hợp với amonium thứ cấp tạo thành notrosamine gây bệnh ung thư.
III.1.2. CHU TRÌNH NITƠ
Nitơ là một trong các nguyên tố chính của sự sống, là thành phần của