Số hóa bởi trung tâm học liệu


Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu


TS. PHÍ QUYẾT TIẾN

Thái Nguyên - 2013

i
Số hóa bởi trung tâm học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả trong báo cáo này là trung thực
và chƣa hề đƣợc sử dụng trong bất kì một bài báo khoa học nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện báo cáo này đã đƣợc
cảm ơn và ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, tháng 8 năm 2013
Học viên thực hiện

Nguyễn Thế Trung


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A
2
/O
Araerobic/anoxic/oxic (kỵ khí/thiếu khí/hiếu khí)
A/O
Anoxic/oxic (thiếu khí/hiếu khí)
BOD
Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)
BOD
5
Nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày
COD
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)
CRT
Chất thải rắn
DO
Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc (Dissolved Oxygen)
E.M
Các vi sinh vật hữu hiệu – (Effective Microorganisms)
EPA
Cục Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ
FAO
Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
GAC
Carbon hoạt tính (Granular Activated Carbon)
HRT
Thời gian lƣu thủy lực (Hydraulic Retention Time)
MLSS

MỤC LỤC
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
A. MỞ ĐẦU 1
B. NỘI DUNG 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Đặc tính nƣớc thải giết mổ 4
1.2. Đánh giá tình trạng xử lý nƣớc thải giết mổ 6
1.2.1. Tình trạng xử lý nƣớc thải lò giết mổ trên thế giới 6
1.2.2. Tình trạng xử lý nƣớc thải lò giết mổ ở Việt Nam 9
1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải giết mổ 11
1.3.1. Phƣơng pháp lý học 11
1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa lý 12
1.3.3. Phƣơng pháp sinh học 13
1.4. Các nhóm vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nƣớc thải 14
1.4.1. Vi sinh vật phân giải protein 14
1.4.2. Vi sinh vật chuyển hóa phospho 15
1.4.3. Vi sinh vật phân giải tinh bột 16
1.4.4. Vi sinh vật phân giải lipid 17
1.5. Sơ lƣợc về công nghệ lọc sinh học dòng bùn ngƣợc - USBF 17
1.5.1. Công nghệ lọc sinh học dòng bùn ngƣợc – USBF 17
1.5.2. Các nhóm vi sinh vật ứng dụng trong hệ thống USBF 22
1.5.3. Một số kết quả ứng dụng công nghệ USBF trong xử lý nƣớc thải tại
Việt Nam 24
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 27
2.1. Vật liệu 27
vi
Số hóa bởi trung tâm học liệu


Số hóa bởi trung tâm học liệu viii
Số hóa bởi trung tâm học liệu DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số liệu trung bình về thành phần và tính chất nƣớc thải giết mổ gia súc 5
gia cầm 5
Bảng 1.2. Tổng hợp thành phần nƣớc thải giết mổ của một số nƣớc trên thế giới 7
Bảng 2.1. Trình tự mồi 27F và 14R 34
Bảng 2.2. Các phƣơng pháp phân tích nƣớc thải sử dụng trong nghiên cứu 38
Bảng 3.1. Thành phần vi sinh vật có trong các mẫu nƣớc thải giết mổ 44
Bảng 3.2. Khả năng xử lý P, N của ba chủng vi khuẩn đƣợc lựa chọn trên nền là
bùn sinh học trong điều kiện hiếu khí sau 24 giờ 45
Bảng 3.3. Đặc điểm nuôi cấy và hình thái của ba chủng vi khuẩn PK1.19, ND1.15
và ND1.9 46
Bảng 3.7. Khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào của ba chủng vi khuẩn
PK1.19, ND1.15, ND1.9 53
Bảng 3.8. Khả năng sinh trƣởng của ba chủng lựa chọn trên một số môi trƣờng 58
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của pH ban đầu đến sự sinh trƣởng của ba chủng lựa chọn 59
Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trƣởng của ba chủng vi khuẩn
P. plecoglossicida PK 1.19, B. amyloliquefaciens ND1.15, và P. putida ND1.9 60
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của thế tích dịch trên thể tích bình nuôi của các chủng lựa . 61
Bảng 3.12. Biến động mật độ vi khuẩn theo thời gian ở các điều kiện bảo quản 69
khác nhau. 69
Bảng 3.13. Sinh trƣởng phát triển của vi khuẩn trong chế phẩm sau khi hoạt hóa 69
Bảng 3.14. Kết quả phân tích thành phần nƣớc thải giết mổ 73
Bảng 3.15. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải giết mổ lợn trong mô hình USBF
A. MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển thực hiện công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nƣớc. Do vậy, nền kinh tế thị trƣờng là động lực thúc đẩy sự phát triển
của mọi thành phần kinh tế, trong đó có ngành chế biến lƣơng thực, thực phẩm tạo
ra các sản phẩm có giá trị phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng trong nƣớc cũng nhƣ xuất
khẩu. Tuy nhiên, ngành này cũng tạo ra một lƣợng lớn chất thải rắn, lỏng, khí và
là một trong những nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trƣờng chung của đất nƣớc.
Cùng với ngành công nghiệp chế biến lƣơng thực, thực phẩm thì lĩnh vực giết mổ
gia súc, gia cầm cũng trong tình trạng đó. Do đặc điểm công nghệ của lĩnh vực có
sử dụng nhiều nƣớc trong quá trình chế biến nên đã thải ra một lƣợng lớn nƣớc
thải, chất thải rắn, khí thải. Vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc do các cơ sở giết mổ thải
trực tiếp ra môi trƣờng đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý môi
trƣờng. Nƣớc bị nhiễm bẩn sẽ ảnh hƣởng đến con ngƣời và sự sống của các loài
thủy sinh cũng nhƣ các loài động thực vật sống trong khu vực đó [3]. Vì vậy, việc
nghiên cứu xử lý nƣớc thải giết mổ là yêu cầu cấp thiết đặt ra không chỉ đối với
những ngƣời làm công tác bảo vệ môi trƣờng mà còn cho cả cộng đồng.
Hiện nay, xu hƣớng trong công tác xử lý nƣớc thải chế biến thực phẩm nói
chung và nƣớc thải giết mổ gia súc gia cầm nói riêng, khi tiến hành xử lý cần đạt
hiệu quả nhƣng vẫn đảm bảo tính bền vững không gây ra ô nhiễm môi trƣờng thứ
cấp. Chính vì vậy, công nghệ xử lý nƣớc thải bằng các biện pháp sinh học dựa trên
hoạt động sống của một số nhóm vi sinh vật nhƣ Pseudomonas, Lactobacillus,
Bacillus, Thiobacillus, Nitrosomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và
Nitrosospira đã chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc thải thành dạng
khí, CO
2
và nƣớc đáp ứng đƣợc những yêu cầu về môi trƣờng xử lý hiếu khí đơn
thuần và đang đƣợc áp dụng rộng rãi [1]. Phƣơng pháp xử lý sinh học hiếu khí cổ
điển thƣờng đƣợc áp dụng là công nghệ sử dụng bùn hoạt tính trong đó vi sinh vật

Phospho trong xử lý nước thải lò giết mổ trên mô hình lọc sinh học dòng bùn
ngược – USBF.
3
Số hóa bởi trung tâm học liệu - Bước đầu thử nghiệm trong xử lý nước thải trên mô hình lọc sinh học dòng
bùn ngược.

Nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học có khả năng ứng dụng trên mô hình
USBF bao gồm: Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn thích hợp cho nghiên
cứu; Nghiên cứu điều kiện môi trường tối ưu, lên men nuôi cấy tạo sinh khối thu
chế phẩm sinh học; Xây dựng quy trình tạo chế phẩm vi sinh; Bảo quản và đánh
giá hoạt lực chế phẩm
- Bước đầu thử nghiệm chế phẩm vi sinh trên mô hình USBF xử lý nước thải
lò giết mổ
Đề tài đƣợc thực hiện tại Phòng Công nghệ lên men với sự hỗ trợ về trang
thiết bị của Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ gen, Viện Công nghệ sinh
học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

4
Số hóa bởi trung tâm học liệu B. NỘI DUNG
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Đặc tính nƣớc thải giết mổ
Nƣớc thải từ các cơ sở giết mổ chứa một lƣợng lớn các thành phần hữ
ần còn lại của chất tẩy rửa. Nƣớc thải lò giết mổ là sản phẩm

và COD). Ngoài ra, loại nƣớc thải
này còn rất giàu nitơ (nitơ amoni (N-NH
4
) và tổng nitơ (N-tổng)), phospho và sinh
vật gây bệnh. Thành phần đặc trƣng và một số tính chất nƣớc thải tại cơ sở giết mổ
gia súc và gia cầm đƣợc thể hiện trong bảng 1.1[34].
Bảng 1.1. Số liệu trung bình về thành phần và tính chất nƣớc thải giết mổ gia súc
gia cầm
STT
Thông số
Đơn vị
Nồng độ
1
pH

5,3 - 8,9
2
Độ dẫn điện
m
3
/cm
2,8 - 6,1
3
Clorit
mg/l
1,1 - 390
4
Chất rắn qua lọc
mg/l
160 - 580

2
S
mg/l
0 - 20
12
Phospho tổng số
mg/l
16 - 53
13
Độ cứng
mg/l
35,6 - 125
14
Độ kiềm (NaOH)
mol/l
30 - 70
Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nƣớc thải giết mổ, hợp chất hữu cơ chiếm
nồng độ lớn nhất gồm cellulose, protein, axit amin, chất béo, hydratcarbon và các
6
Số hóa bởi trung tâm học liệu dẫn xuất của chúng có trong nƣớc thải và nƣớc phân. Các chất vô cơ chiếm khoảng
20% gồm cát, đất, ure, amonium, muối Cl
-
, SO
4
2-

Nitơ và phospho: Khi tiến hành giết mổ gia súc gia cầm sẽ thải ra các chất hữu

và chất thải rắn. Nhìn chung, nƣớc thải giết mổ có độ ô nhiễm các thành phần hữu
cơ cao thể hiện qua các chỉ tiêu SS, COD, BOD, dầu mỡ, T-N (Bảng 1.2).

Bảng 1.2. Tổng hợp thành phần nƣớc thải giết mổ của một số nƣớc trên thế giới
Thông số
Hà Lan
Pháp
Mỹ
Đức
Tây
Ban
Nha
Nƣớc thải đã
qua xử lý sơ
bộ
BOD
(mg/l)
710-4633
2105
1600-3000
1000-4000
-
-
COD
(mg/l)
1925-11118
5113
4200-8500
1400- 5000
6000

3 – 70
T-P
13 - 22
22.1
10 - 30
80 - 120
50
6 – 34
Độ kiềm
-
-
350 - 800
-
-
-

Ghi chú: - TKN: Tổng Nitơ được phân tích theo phương pháp Kieldahl
(Total Kjeldahl nitrogen)
- TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (Total suspension solid)
8
Số hóa bởi trung tâm học liệu - T-P: Tổng lượng phospho (Total phosphorous)
- (-): Không có số liệu thống kê
COD trong nƣớc thải giết mổ sau khi đã qua lƣới lọc 1,0 mm có 40 - 50% là
các chất lơ lửng, không tan và rất chậm phân hủy sinh học, phần còn lại ở dạng keo
và chất tan. Nƣớc thải lò mổ đƣợc xếp vào nhóm nƣớc thải công nghiệp trong
ngành nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm và đƣợc Cục Bảo vệ Môi trƣờng Mỹ
(EPA) xếp vào là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nhất.

trong môi trƣờng [41].
Nƣớc thải lò mổ thải ra từ các bƣớc khác nhau của quá trình giết mổ nhƣ làm
sạch động vật, chảy máu, cạo lông, rửa sạch, nƣớc rửa sàn…Nƣớc thải chứa máu,
các thành phần của da và thịt, phân và các chất ô nhiễm khác. Đặc tính tiêu biểu
9
Số hóa bởi trung tâm học liệu của nƣớc thải từ lò mổ: pH từ 6,8 - 7,8; COD = 5200 - 11400 mg/l; TSS = 570 -
1690 mg/l; phosphorua = 7 - 28.3 mg/l; NH
3
-N = 19 - 74 mg/l; protein = 3250 -
7860 mg/l [34].
Bên cạnh đó cũng có một vài phƣơng pháp xử lý nƣớc thải lò giết mổ gia cầm
có thể đơn lẻ hoặc các bể phản ứng (reactor) kết hợp với nhau. Hệ thống bể xử lý
sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí (Upflow Anearobic Sludge Blanket,
UASB) cũng đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc thải lò mổ gia cầm đã loại bỏ đƣợc tới
95% BOD
5
với thời gian lƣu nƣớc thải là 4 giờ. Bể hoạt động gián đoạn (SBR) dựa
trên việc làm đầy và lắng của hệ thống bùn hoạt tính và đã loại bỏ đƣợc 74% COD.
Trong hệ thống SBR, việc sử dụng các hạt carbon hoạt tính (Granular Activated
Carbon, GAC) nhƣ là một chất trung gian để vi sinh vật tấn công vào đã tăng hiệu
quả xử lý COD và nitơ tổng số bằng phƣơng pháp hấp phụ và cũng làm tăng chất
lƣợng của bùn hoạt tính. Theo các nhà nghiên cứu với việc bổ sung các ion Al
3+

tăng hiệu quả xử lý kị khí nƣớc thải lò giết mổ gia cầm trong một bể hoạt động liên
tục có khuấy (Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) [17].
1.2.2. Tình trạng xử lý nƣớc thải lò giết mổ ở Việt Nam

Thanh Xuân, Tây Hồ, Từ Liêm, Thanh Trì Hiện nay giết mổ gia súc nói chung và
giết mổ lợn nói riêng ở nƣớc ta chƣa đƣợc quy hoạch và quản lý một cách khoa
học, nhiều lò giết mổ chƣa đảm bảo vệ sinh đặc biệt là các lò mổ từ trong dân (nhƣ
làng nghề…), ngoại trừ một số lò mổ của các công ty lớn đƣợc đăng ký và quản lý
chặt chẽ và có hệ thống xử lý nƣớc thải còn hầu hết là tự phát ở quy mô nhỏ nên
không có hệ thống xử lý nƣớc thải gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Ngoài
thành phần ô nhiễm là chất rắn lơ lửng (TSS) từ 18.000 – 30.000 mg/l, BOD từ
18.000 - 22.000 mg/l, nƣớc thải giết mổ cũng chứa các tạp chất nitơ, phospho,
protein, mỡ
Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội, hiện tại,
thành phố có 6 cơ sở giết mổ lợn tập trung (tạm gọi là những lò mổ sạch do thành
phố quy định), với tổng công suất giết mổ khoảng hơn 1.500 con/ngày đêm gồm
11
Số hóa bởi trung tâm học liệu có: lò mổ Khƣơng Đình (quận Thanh Xuân), lò mổ Mai Động, Thịnh Liệt, Lƣơng
Yên (quận Hai Bà Trƣng), lò mổ Từ Liên (quận Tây Hồ), lò mổ Trung Văn. Với
trâu, bò, chủ yếu do các hộ tƣ nhân thực hiện giết mổ, công suất 30 - 50 con/ngày
đêm. Các cơ sở giết mổ này tập trung ở xã Hải Bối (huyện Đông Anh), phƣờng Mai
Động (quận Hoàng Mai), xã Trung Giã (huyện Sóc Sơn)…Với gia cầm, có 8 cơ sở
giết mổ tập trung, với công suất không đáng kể. Hầu hết số gia cầm tiêu thụ hằng
ngày đƣợc giết mổ rải rác tại các chợ và hộ tƣ nhân với số lƣợng 20.000 – 30.000
con/ngày đêm. Kết quả khảo sát hệ thống các cơ sở giết mổ của thành phố Hà Nội
vào tháng 5/2009 cho thấy gần 80% cơ sở giết mổ đƣợc khảo sát chƣa có hệ thống
xử lý chất thải, nƣớc thải.
1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải giết mổ
Nƣớc thải giết mổ ban đầu có nồng độ các chất hữu cơ rất cao, pH từ 5,3 - 8,9;
BOD và COD cao, đồng thời có mặt của các chất độc hại. Vì vậy, để xử lý nƣớc
thải giết mổ cần kết hợp nhiều phƣơng pháp xử lý khác nhau gồm xử lý lý học, hóa

Số hóa bởi trung tâm học liệu 1.3.3. Phƣơng pháp sinh học
Phƣơng pháp sinh học đƣợc ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có
trong nƣớc thải cũng nhƣ một số chất vô cơ nhƣ H
2
S, sunfit, amoniac, nitơ…dựa
trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi
sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất có trong nƣớc thải đƣợc sử
dụng làm chất dinh dƣỡng giúp cho chúng tăng trƣởng [11], [23]. Phƣơng pháp xử
lý sinh học có thể phân thành 2 loại:
- Phƣơng pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều
kiện không có oxy.
- Phƣơng pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa
sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất
phân tán nhỏ trong nƣớc thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3
giai đoạn chính nhƣ sau:
- Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật.
- Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ
bên trong và bên ngoài tế bào.
- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lƣợng và tổng
hợp tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm
lƣợng các tạp chất và mức độ ổn định của lƣu lƣợng nƣớc thải vào hệ thống xử lý.
Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng
sinh hoá là chế độ thủy động, hàm lƣợng oxy trong nƣớc thải, nhiệt độ, pH, dinh
dƣỡng và các yếu tố vi lƣợng [11], [23].

4
+
tự do đƣợc oxy hóa nhờ vi khuẩn sống trong cây dƣới đất
(Nitrosomonas) và dƣới biển (Nitrosococcus) từ N
3-
thành N
3+
, cho NO
2
+
.
- Nitrat hóa: NO
2
+
đƣợc oxy hóa tiếp do vi khuẩn Nitrobacter trong đất và nƣớc
biển cho NO
3
-
(thể N
5+
). Dƣới dạng này nitơ đƣợc các thực vật sống trên cạn và
dƣới nƣớc sử dụng.
- Khử nitrat: trong điều kiện không có oxy (ngập úng, cặn lắng ) sẽ diễn ra quá
trình khử nitrat. Trong đó NO
2
-
và NO
3
-
đƣợc các vi khuẩn sử dụng làm chất nhận