1
MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1
MỞ ĐẦU 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1 Đối tượng nghiên cứu 5
1.1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da 5
1.1.2 Tổng quan về một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng 10
1.1.2.1 Tổng quan về vi sinh vật 10
1.1.2.2 Con đường loại bỏ Chromium bằng vi sinh vật 11
1.1.2.3 Một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng 13
1.2 Thực trạng 13
1.2.1 Thực trạng về ngành thuộc da 13
1.2.2 Nguồn gốc của Chromium trong nước thải thuộc da và độc tính của
Chromium 15
1.3 Tổng quan nghiên cứu 17
1.3.1 Tổng quan nghiên cứu về ngành thuộc da 17
1.3.2 Tổng quan nghiên cứu về các phương pháp xử lý nước thải thuộc da 22
1.4 Lý thuyết về phương pháp nghiên cứu 26
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh 26
1.4.1.1 Khái niệm 26
1.4.1.2 Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết 26
1.4.1.3 Giữ và bảo quản giống 27
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu xử lý Chromium trong nước thải thuộc da và các
yếu tố ảnh hưởng tới quá
trình 28
1.4.3 Các nghiên cứu ngoài nước về việc loại bỏ các ion kim loại nặng bằng vi sinh
vật 34
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
2.1 Nguyên liệu – Thiết bị - Hóa chất 38
2.1.1 Nguyên liệu 38
3.2.2.4 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước 6h 84
3.3 Thảo luận và phân tích kết quả đạt được 89
3.3.1 Giai đoạn chạy thích nghi 89
3.3.2 Giai đoạn chạy chính thức 90
3.4 Xác định thời gian lưu nước và mật độ vi sinh tối ưu cho quá trình xử lý 96
3.5 Xác định các thông số động học 97
Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 100
4.1 Kết luận 100
4.2 Kiến nghị 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
3
PHỤ LỤC 1 a
PHỤ LỤC 2 j
PHỤ LỤC 3 m
PHỤ LỤC 4 x
PHỤ LỤC 5 y
4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD: Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa, mg/l.
CFU: Colony Forming Unit – số đơn vị hình thành khuẩn lạc.
COD: Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học, mg/l.
CTR: Chất thải rắn.
DO: Dissolved Oxygen – nồng độ oxy hòa tan, mg/l.
DPT: Da phế thải
KCN: Khu công nghiệp.
LB: Luria – Bertani.
MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid – chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng.
OD: Optical density – mật độ quang.
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam.
SS: Suspended Solid – chất rắn lơ lửng, mg/l.
66
Bảng 3.11 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi – 10
8
67
Bảng 3.12Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi– 10
8
67
Bảng 3.13 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – ĐC 68
6
Bảng 3.14 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 24h – ĐC 69
Bảng 3.15 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – 10
7
70
Bảng 3.16 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 24h –10
7
70
Bảng 3.17 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – 10
8
71
Bảng 3.18 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 24h – 10
8
71
Bảng 3.19 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 12h – ĐC 72
Bảng 3.20 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 12h – ĐC 73
Bảng 3.21 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 12h – 10
7
74
Bảng 3.22 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 12h –10
7
75
87
7
Bảng 3.36 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 6h – 10
8
88
Bảng 3.37 Tóm lượt kết quả thực nghiệm để tính toán các thông số động học 89
8
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất kèm dòng thải . 8
Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm vi sinh 40
Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm chạy mô hình xử lý 47
Hình 3.1 Thống kê khả năng chịu Chromium (VI) của các chủng vi sinh 60
Hình 3.2 Phương trình đường chuẩn Chromium trong môi trường LB 61
Hình 3.3 Thống kê hiệu suất loại bỏ Chromium của các chủng vi sinh 62
Hình 3.4 Phương trình đường chuẩn Chromium trong môi trường nước cất 63
Hình 3.5 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – thích nghi 65
Hình 3.6 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium ĐC – thích nghi 65
Hình 3.7 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
7
– thích nghi 66
Hình 3.8 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
7
– thích nghi 66
Hình 3.9 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
8
– thích nghi 68
Hình 3.10 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
8
– thích nghi 68
Hình 3.11 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 24h 69
Hình 3.25 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
7
– 8h 81
Hình 3.26 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
7
– 8h 81
Hình 3.27 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
8
– 8h 83
Hình 3.28 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
8
– 8h 83
Hình 3.29 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 6h 85
Hình 3.30 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium ĐC – 6h 85
Hình 3.31 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
7
– 6h 87
Hình 3.32 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
7
– 6h 87
Hình 3.33 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10
8
– 6h 88
Hình 3.34 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 10
8
– 6h 88
Hình 3.35 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi 89
Hình 3.36Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi 89
Hình 3.37 Thống kê hiệu quả xử lý COD với thời gian lưu 24h 90
Hình 3.38 Thống kê hiệu quả xử lý Chromium với thời gian lưu 24h 91
1. Đặt vấn đề
Các chất độc hại từ sản xuất công nghiệp và những ảnh hưởng bất lợi từ các hoạt
động của con người, tác động vào môi trường tỷ lệ thuận với sự phát triển không
ngừng của xã hội. Độc chất có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: là chất vô cơ
hay hữu cơ, là hợp chất hay đơn chất, tồn tại ở dạng lỏng, rắn hay khí; Một khi chúng
xâm nhập vào hệ sinh thái, theo thời gian sẽ dẫn đến sự tích tụ địa lý, tích lũy sinh học
và khuếch đại sinh học.
Chất thải của ngành công nghiệp nặng nói chung và của ngành thuộc da nói riêng có
chứa một hàm lượng đáng kể các độc chất kim loại. Đặc biệt trong nước thải thuộc da
có chứa một lượng tương đối về chromium và sunfit, phát sinh từ các hóa chất được sử
dụng trong quá trình sản xuất, có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và
môi trường sinh thái. Chromium là một chất cực độc khi chúng tồn tại dưới dạng Cr
6+
-
được biết đến như một chất gây bệnh ung thư cho người thông qua con đường hô hấp
cấp tính. Việc xử lý để loại bỏ Chromium ra khỏi nguồn nước thải thuộc da là một vấn
đề thiết yếu. Mặc dù các biện pháp xử lý hóa học đã đem lại kết quả nhanh chóng và
hiệu quả, tuy nhiên nó cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường xung quanh bởi sự tồn
dư lượng hóa chất được sử dụng trong quá trình xử lý. Bên cạnh đó nhược điểm lớn
nhất của công nghệ xử lý này là sử dụng một lượng lớn hóa chất chính vì thế mà nó
luôn đi kèm với giá thành cao và tạo ra một lượng lớn bùn thải.
Sản xuất và bảo vệ là hai quá trình luôn song hành với nhau. Đứng trước nguy
cơ môi trường đang dần bị ô nhiễm bởi các độc chất kim loại nặng, và các biện pháp
xử lý hóa học không thể giải quyết vấn đề này một cách triệt để. Tôi mạnh dạn chọn đề
tài “ nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên
nước thải thuộc da”, góp phần làm cơ sở cho quá trình xử lý kim loại nặng trong nước
thải bằng vi sinh vật - là một hướng tiếp cận mới cho việc xử lý nước thải vừa an toàn
lại thân thiện với môi trường hơn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
15
1.1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da [11]
Thuộc da là ngành sản xuất lâu đời trên thế giới cũng như ở nước ta. Nó luôn gắn
bó với ngành chăn nuôi gia súc và chế biến thịt, đặc biệt là ngành da giày. Da giày là
một trong những ngành thuộc hàng chiến lược có tiềm năng lớn và có khả năng cạnh
tranh với các nước bạn trong tiến trình hội nhập. Đồng thời nó cũng chính là ngành đã
góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành thuộc da.
Thuộc da: có nghĩa là làm thay đổi da động vật sao cho bền nhiệt, không cứng giòn
khi lạnh, không bị nhăn và thối rữa khi môi trường ẩm và nóng. Tùy theo mục đích sử
dụng mà da được thuộc ở các điều kiện môi trường, công nghệ và hóa chất, chất thuộc
khác nhau. Nguyên liệu chính sử dụng cho công nghiệp thuộc da chính là da động vật:
da bò, da cừu, da lợn, …
Bảng 1.1 Danh mục nguyên liệu, hóa chất phục vụ sản xuất
STT Nguyên liệu thô/ hóa chất Số lượng (kg)
1 NaCO
3
4,6
2 Ca(OH)
2
33,7
3 Na
2
S 9,6
4 (NH
4
)
2
SO
4
14,4
5 NaCl 67,3
Quy trình công nghệ
Nguyên liệu chính trong quy trình thuộc da là da động vật các loại. Dây chuyền sản
xuất thuộc da có thể được chia ra làm ba dây chuyền nhỏ ứng với 3 loại sản phẩm:
thuộc da mềm, thuộc da cứng và thuộc da lông (trong đó thuộc da lông chiếm rất ít chỉ
đáp ứng với một lượng nhỏ phục vụ cho việc làm thú nhồi bông cho nên chủ yếu tập
trung vào thuộc da mềm và thuộc da cứng).
Quá trình sản xuất da thuộc gồm các bước sau:
- Hồi tươi: Da thu về từ các lò mổ thường được ướp muối hoặc sấy khô để bảo
quản. Sau đó được đưa vào các thùng quay có mái chèo ngâm với nước để tách
phần máu, chất bẩn và muối. Nước thải ở công đoạn này thải ra theo từng mẻ,
trong công đoạn này có bổ sung thêm các chất diệt khuẩn.
18
- Ngâm hóa chất: Sau khi hồi tươi, da được đưa sang bể chứa dung dịch
Ca(OH)
2
và ngâm để khử lông. Để tăng quá trình khử lông, người ta có bổ sung
thêm một lượng nhỏ Natri Sulfur (Na
2
S).
- Cạo lông và xén thịt: Sau khi ngâm vôi, da được đưa vào máy trục lăn có dao
cạo để tách phần lông, còn lại là riềm, thịt bạc nhạc. Trong quá trình này, nước
được sử dụng để rửa.
- Khử vôi: Mục đích để tách vôi trong da và thủy phân một số protein không cần
thiết trong da bằng cách sử dụng (NH
4
)
2
SO
4
. Công đoạn này rất cần thiết cho
Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất kèm dòng thải
19
Nguồn phát sinh chất thải
Bảng 1.3 Nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong sản xuất
Hóa chất, khử trùng,
nước.
Nước thải
Hơi hóa chất
Na
2
S, vôi, nước
Nước thải, chất rắn
( thịt, mỡ vụn)
Nước
(NH
4
)
2
SO
4
, nước
Nước, H
2
SO
4
, NaCl
Na
2
CaO
3
Khí thải: H
2
S, các khí có mùi khó chịu.
Tẩy vôi, làm
mềm
Nước thải: COD, BOD, TDS, SS. Nước thải có pH cao, các chất hữu
cơ trong da nguyên liệu và các hóa chất không ngấm vào da (như
muối amon-nito, sunfit, muối canxi – sunfat canxi, chất hoạt động bề
mặt). Lượng hóa chất này phụ thuộc vào phương pháp tẩy vôi.
CTR: Bùn lắng trong nước thải.
Khí thải: Có chứa NH
3
, H
2
S, các hydrocacbon có hoặc không có Clo,
các chất hữu cơ dễ bay hơi.
Thuộc Crom
(và rửa)
Nước thải: COD, BOD, TDS, SS, pH thấp, phức chất
(Chrome).
CTR: Cặn lắng trong nước thải.
Ép nước, bào
xẻ (và rửa)
Nước thải: Có tính chất giống nước thải thuộc Chrome. Nước thải từ
quá trình rửa sau bào có chứa mùn bào.
CTR: Mùn bào, váng xanh.
Tiếng ồn
Các nguồn
phát thải
Các vấn đề ô nhiễm
lactic trong một giờ có thể phân giải một lượng đường lactôzơ nặng hơn 1.000 -
10.000 lần khối lượng của chúng. Năng lực chuyển hóa sinh chất mạnh mẽ của
vi sinh vật dẫn đến những tác dụng hết sức to lớn của chúng trong thiên nhiên
cũng như trong hoạt động sống của con người.
+ Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh : So với các sinh vật khác thì VSV có
tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở cực kì lớn. Vi khuẩn E.coli trong điều kiện
thích hợp cứ 20 phút phân chia một lần, từ một tế bào ban đầu, sau 24 giờ phân
chia sẽ tạo nên hàng trăm triệu tỷ tế bào ( nặng khoảng 4722 tấn. Thời gian thế
hệ của nấm men Saccharomycescerevisiae là 120 phút. Khi nuôi cấy thu nhận
22
sinh khối giàu protein phục vụ chăn nuôi người ta nhận tốc độ tổng hợp của nấm
men này cao hơn bò tới 100.000 lần. Thời gian thế hệ của tảo Chlorella là 7 giờ,
của vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ.
+ Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị : Năng lực thích ứng của VSV
vượt rất xa so với động vật và thực vật. Trong quá trình tiến hóa lâu dài của
VSV đã tạo nên những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng được với
những điều kiện sống bất lợi. Người ta nhận thấy lượng enzyme thích ứng
chiếm 10% lượng protein chiếm trong cơ thể VSV.
+ Phân bố rộng, chủng loại nhiều : Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên Trái
Đất. Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước,
trong không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước
Về chủng loại, trong khi toàn bộ giới động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật
có khoảng 0,5 triệu loài thì VSV cũng có trên 100.000 loài bao gồm 30.000
động vật nguyên sinh, 69.000 loài nấm, 23.000 vi tảo, 2.500 vi khuẩn lam, 1.500
vi khuẩn…
1.1.2.2 Con đường loại bỏ Chromium bằng vi sinh vật [1], [12]
Các ion kim loại được gắn kết lên màng tế bào bởi những cơ chế hoá lý khác
nhau, phụ thuộc vào trạng thái của tế bào VSV và các điều kiện môi trường. Những cơ
chế gắn kếtcác ion kim loại lên bề mặt tế bào một cách chắc chắn bao gồm các lực
tương tác tĩnh điện, lực Vander Waals, những phản ứng oxy hoá khử, quá trình kết tủa
Cơ chế chủ động có 2 giai đoạn. Đầu tiên, các ion kim loại được gắn kết thụ động
lên bềmặt màng tế bào vi sinh vật. Sau đó các ion kim loại được chuyển vào bên trong
tế bào nhờ hệ thống năng lượng của tế bào, vì vậy cơ chế này phụ thuộc vào sự sống
của tế bào.
1.1.2.3 Một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng [2], [3], [1]
24
Một số loại sinh khối của VK có khả năng giữ lại một hàm lượng kim loại tương
đối cao bằng các cơ chế của quá trình thụ động và được xem là quá trình hấp thụ sinh
học. Hấp thụ sinh học sử dụng các vật liệu khác nhau bao gồm cả nấm, nấm men và
VK đã được nghiên cứu với mục đích để cô lập các ion kim loại từ dung dịch nước.
Hấp thụ sinh học hay trao đổi chất độc lập là quá trình kim loại được hấp thụ vào
vách tế bào thông qua quá trình vật lý hay hóa học hoặc được vận chyển vào bên trong
tế bào VK thông qua kênh vận chuyển.Ngoài ra, một khía cạnh quan trọng của hấp thụ
sinh học là nó có thể được thực hiện và trao đổi chất với các tế bào sống hoặc đã chết.
Tính năng về sinh lý và di truyền học của VK Pseudomonas cho thấy nó là một
chủng VK đầy hứa hẹn cho việc ứng dụng chúng trong lĩnh vực công nghệ sinh học,
nông nghiệp và các ứng dụng xử lý môi trường. Một số chủng Pseudomonas
fluorescens đã được chứng minh là có vai trò quan trọng trong xử lý sinh học của các
kim loại nặng và các hợp chất tồn tại trong thuốc trừ sâu.
Theo Abou – Shanab và acs ( 2007), những chủng VK có khả năng hấp thụ kim loại
nặng : Pseudomonas diminuta, Brenendimonas diminuta, Nitrobacteria irancium,
Chrobacterum anthropi và Bacillus cereus.
1.2 Thực trạng
1.2.1 Thực trạng về ngành thuộc da
Tình hình thuộc da trong nước
Trước những năm 90 ngành công nghiệp thuộc da chủ yếu sử dụng công nghệ truyền
thống, làm bằng thủ công, thiết bị thô sơ lạc hậu. Hóa chất đa phần tự pha chế từ
nguyên liệu trong nước ( chất thuộc chromium, các loại dầu, tanin thực vật, hóa chất
trau chuốt,…) các sản phẩm da thuộc chất lượng thấp chủ yếu phục vụ cho quốc phòng
và công nghiệp. Hoạt động hợp tác quốc tế, quan hệ giao lưu với nước ngoài còn rất
Ngày nay, công nghệ vật liệu trên thế giới đang trên đà phát triển hết sức mạnh mẽ,
những vật liệu mới với những đặc trưng khá tốt đang dần xuất hiện. Nhưng những sản
phẩm do da thuộc mang lại vẫn chiếm lĩnh được thị trường khá tốt bởi chúng có những
Copyright: Tài liệu đại học ©