Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh và bước đầu ứng dụng trong xử lý nước thải là giết mổ trên mô hình lọc sinh học dùng bung ngược (USBF).

Số hóa bởi trung tâm học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC




NGUYỄN THẾ TRUNG





NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI SINH
VÀ BƢỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
LÒ GIẾT MỔ TRÊN MÔ HÌNH LỌC SINH HỌC
DÒNG BÙN NGƢỢC (USBF)






LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2013





Số hóa bởi trung tâm học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC



NGUYỄN THẾ TRUNG




NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI SINH
VÀ BƢỚC ĐẦU ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
LÒ GIẾT MỔ TRÊN MÔ HÌNH LỌC SINH HỌC
DÒNG BÙN NGƢỢC (USBF)



Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã Số: 60 42 02 01


LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

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

ii
Số hóa bởi trung tâm học liệu


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, với tất cả tấm lòng, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành, sâu sắc
tới TS. Phí Quyết Tiến và nhóm nghiên cứu đã tận tình hướng dẫn và dìu dắt tôi
trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
ộ Phòng Công nghệ lên men, Viện Công
nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - những người đã
giúp đỡ và chỉ bảo tôi tận tình trong quá trình thực hiện luận văn của mình.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô Viện sau đại học –
Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tậ
.
Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã
tạo điều kiện động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể hoàn
thành bản luận văn này.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu
đó!
Hà Nộ 28 tháng 08 năm 2013
Học viên



Nguyễn Thế Trung
iii
Số hóa bởi trung tâm học liệu

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

Hàm lƣợng sinh khối
N
Nitơ
P
Photpho
SBR
Bể phản ứng hoạt động gián đoạn (Sequencing Batch Reactor)
TSS
Chất rắn lơ lửng
T-N
Tổng nito (mg/l)
T-P
Tổng photpho (mg/l)
TS
Tổng chất rắn
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
UASB
Bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí (Upflow
iv
Số hóa bởi trung tâm học liệu


Anearobic Sludge Blanket)
USBF
Lọc dòng ngƣợc bùn sinh học (Upflow Sludge Blanket Filtration)
v
Số hóa bởi trung tâm học liệu

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

2.2. Hóa chất 27
2.3. Thiết bị 27
2.4. Môi trƣờng nuôi cấy 28
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 28
2.5.1. Lấy mẫu và phân tích vi sinh vật tổng số trong nƣớc thải 28
2.5.2. Phân lập vi khuẩn xử lý P và N trong điều kiện hiếu khí 30
2.5.3. Nghiên cứu đặc điểm sinh học của các chủng đƣợc tuyển chọn 30
2.5.4. Phân loại vi khuẩn bằng phân tích trình tự gen 16S rDNA 33
2.5.6. Tạo chế phẩm vi sinh 37
2.5.7. Bảo quản chế phẩm 38
2.5.8. Phƣơng pháp phân tích nƣớc thải 38
2.5.9. Khởi động hệ thống bùn áp dụng cho mô hình USBF 41
2.5.10. Đánh giá hiệu quả sử dụng chế phẩm vi sinh trên mô hình USBF 43
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44
3.1 Nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học có khả năng ứng dụng trên mô hình USBF 44
3.1.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn thích hợp cho nghiên cứu 44
3.1.2. Nghiên cứu điều kiện môi trƣờng tối ƣu, lên men nuôi cấy tạo sinh khối
thu chế phẩm sinh học 58
3.1.3. Xây dựng quy trình tạo chế phẩm vi sinh 63
3.1.4. Bảo quản và đánh giá hoạt lực chế phẩm 67
3.2. Bƣớc đầu ứng dụng chế phẩm vi sinh trên mô hình USBF xử lý nƣớc thải lò
giết mổ 70
3.2.1. Công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải theo công nghệ USBF trong phòng
thí nghiệm 70
3.2.2. Thử nghiệm chế phẩm trên mô hình USBF với nƣớc thải lò giết mổ 72
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

vii

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

dung tích 50 lít khi bổ sung chế phẩm vi sinh 75

ix
Số hóa bởi trung tâm học liệu


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh minh họa hình thái tế bào vi khuẩn thuộc chi Nitrobacter (A);
Nitrosomonas (B); Pseudomonas (C) 15
Hình 1.2. Mô hình cấu tạo của hệ thống xử lý nƣớ i theo công nghệ USBF 18
Hình 2.1: Mô hình thiết bị USBF quy mô phòng thí nghiệm dung tích làm việc 50
lít (A) và vận hành song song 02 mô hình thiết bị USBF (B) 28
Hình 2.2. Quy trình tạo chế phẩm từ các chủng vi khuẩn đƣợc lựa chọn 38
Hình 2.3. Sơ đồ bổ sung chế phẩm vi sinh vào mô hình thiết bị 42
Hình 3.1. Hình ảnh minh họa đặc điểm khuẩn lạc (A, C, E) và hình thái tế bào (B,
D, F) lần lƣợt của các chủng vi khuẩn PK1.19, ND1.15 và ND1.9. 47
Hình 3.3. Khả năng cùng phát triển của ba chủng PK1.19; ND1.15; ND1.9 trên
môi trƣờng MPA 53
Hình 3.4. DNA tống số của các chủng vi khuẩn lựa chọn: đƣờng chạy 1-3: DNA
tổng số của các chủng PK1.19; ND1.15 và ND1.9 (A); Điện di đồ sản phẩm PCR;
M: thang DNA chuẩn 1kb; 1-3 sản phẩm PCR khuếch đại gen 16S rDNA của
chủng PK1.19; ND1.15 và ND1.9 (B) 54
Hình 3.5. Mức độ tƣơng đồng di truyền giữa trình tự gen 16S rDNA của chủng
PK1.19 (A), ND1.15 (B) và ND1.9 (C) với các trình tự tƣơng ứng của các chủng
vi khuẩn khác trên GenBank (NCBI). 56
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của thời gian lên men tới sinh trƣởng của ba chủng vi khuẩn
PK 1.19, ND1.15 và ND1.9 63
Hình 3.7. Sơ đồ mô hình USBF trong phòng thí nghiệm 71
1
Số hóa bởi trung tâm học liệu

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

sinh trƣởng, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc trong điều kiện cấp khí
2
Số hóa bởi trung tâm học liệu


liên tục nhằm loại bỏ cacbon, lipid, nitơ hay phospho. Tuy nhiên, phƣơng pháp chỉ
áp dụng với nguồn nƣớc thải đầu vào có t i lƣợng các chất ô nhiễm thấp, lƣợng bùn
tạo ra lớn nhằm tối ƣu hóa quá trình xử lý đã có nhiều hệ thống xử lý ra đời để
khắc phục các nhƣợc điểm trên. Hệ thống công nghệ sinh học kết hợp lọc sinh học
dòng bùn ngƣợc của Lawrence và McCarty (Upflow Sludge Blanket Filteration,
USBF) đƣợc thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý tải trọng theo nhu cầu
oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand, BOD), nitrate hóa (nitrification) và
khử nitrate hóa (denitrification) trong cùng một hệ thống đã khắc phục đƣợc một số
nhƣợc điểm của xử lý hiếu khí đơn thuần [4].
Công nghệ lọc sinh học dòng bùn ngƣợc (USBF) là công nghệ cải tiến quy
trình xử lý bằng bùn hoạt tính có sự kết hợp liên hoàn 3 phân vùng chọn lọc vùng
thiếu khí (Anoxic Sector), vùng hiếu khí (Aerobic Sector) và vùng lọc bùn sinh học
dòng ngƣợc. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển,
thƣờng tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Ngoài ra, công
nghệ USBF có thiết kế hợp khối, dễ dàng thay đổi công suất xử lý, chi phí đầu tƣ,
chi phí vận hành, bảo trì thấp (diện tích cần có của hệ thống USBF chiếm 60 - 80%
so với hệ thống bể phản ứng hoạt động gián đoạn (Sequencing Batch Reactor,
SBR), chi phí cấp khí thấp hơn 30 - 50% so với SBR, không cần bể lắng thứ
cấp…), hạn chế mùi, lƣợng bùn thải ít, tăng khả năng lắng của bùn…[4], [21], [34].
Chính vì tính thời sự của vấn đề xử lý nƣớc thải lò giết mổ và những ƣu thế của mô
hình USBF trong xử lý nƣớc thải nên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tạo
chế phẩm vi sinh và bước đầu ứng dụng trong xử lý nước thải lò giết mổ trên mô
hình lọc sinh học dòng bùn ngược (USBF)”.
Mục tiêu của đề tài:
- Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh để nâng cao hiệu quả loại bỏ Nitơ và

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

của các quá trình giết mổ động vật có chứa thịt, mỡ và các sản phẩm chế biến từ
các nguyên liệu thô, một số phụ phẩm xƣơng (chiếm 30 - 40%), nội tạng, da,
lông của các loại gia súc (trâu, bò), gia cầm (gà, vịt, ngan, ngỗng ), nƣớc thải chế
biến, nƣớc rửa thiết bị, nƣớc vệ sinh nhà xƣởng, nƣớc làm sạch khí, nƣớc ngƣng lò
hơi và có cả nƣớc sinh hoạt cho công nhân nhà máy. Nƣớc thải từ các cơ sở giết mổ
có lƣợng các chất gây ô nhiễm và dòng chảy trong vòng 24 giờ dao động rất nhiều,
do đó sẽ gây khó khăn cho việc xử lý nƣớc thải [34].
Đặc thù của nƣớc thải giết mổ rất giàu các chất hữu cơ (protein, lipid, các
axit amin, N-amon, peptit, các axit hữu cơ, mercaptan ). Ngoài ra còn có thể có
vụn xƣơng, thịt vụn, mỡ vẩn, lông, móng và máu. Trong máu chứa nhiều chất hữu
cơ và có hàm lƣợng nitơ rất cao vì máu chiếm 6% trọng lƣợng của động vật sống
nên phƣơng pháp xử lý và loại bỏ máu có ý nghĩa rất quan trọng đối với lƣợng chất
gây ô nhiễm đƣợc tạo ra. Ở những điểm giết mổ cả trâu, bò, lợn, gia cầm thì lƣợng
nƣớc thải nhiều hơn và tỷ lệ chất gây ô nhiễm/tấn thịt giết mổ cao hơn những nơi
chỉ giết mổ lợn, gia cầm. Hầu hết nƣớc thải tại các cơ sở giết mổ có tải lƣợng nhu
cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand, BOD
5
) tới 7.000
mg/l và nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD) khoảng 9.400
mg/l [16]. Nguồn N-amin cao, nhƣng các nguồn dinh dƣỡng khác đặc biệt là nguồn
phospho lại thấp, trong quá trình xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học cần phải
bổ sung thêm nguồn dinh dƣỡng. Bên cạnh đó, nƣớc thải giết mổ gia súc, gia cầm
cùng với nƣớc phân là một trong những loại nƣớc thải rất đặc trƣng, có khả năng
gây ô nhiễm môi trƣờng cao bởi nồng độ cặn lơ lửng (Suspension solid, SS) và hàm
5
Số hóa bởi trung tâm học liệu


lƣợng chất hữu cơ rất lớn (thể hiện bằng BOD
5

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

5
BOD
5

mg/l
1500 - 7400
6
COD
5

mg/l
2400 - 9600
7
TOC (Tổng cacbon hữu cơ)
mg/l
1180 - 3400
8
Chất béo
mg/l
115 - 300
9
Axit hữu cơ
mg/l
61 - 350
10
N–amon
mg/l
230 - 1120
11
H

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

cơ giàu nitơ, phospho theo nguồn nƣớc, ớc tiểu của chúng. Hàm lƣợng
N- tổng, N-amoni và phospho tổng trong dạng nƣớc thải này khá cao, đạt lần lƣợt
là 230 – 1200 mg/l và 16 – 53 mg/l.
Vi sinh vật gây bệnh: Nƣớc thải giết mổ chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và
trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.
1.2. Đánh giá tình trạng xử lý nƣớc thải giết mổ
1.2.1. Tình trạng xử lý nƣớc thải lò giết mổ trên thế giới
Các hoạt động giết mổ thông thƣờng tập trung vào ba nhóm chính: lợn, gia
súc, gia cầm. Theo số liệu của FAO năm 1993, ba loại động vật giết mổ trên chiếm
93% tổng lƣợng thịt tiêu thụ trên toàn thế giới. Theo ƣớc tính tại Mỹ trong năm
2007, có 10 tỷ con vật bị giết mổ mỗi năm đƣợc tâp trung ở 5.700 lò mổ và 527.000
công nhân làm việc tại các nhà máy, thu đƣợc 28,1 tỉ bảng Anh từ giết mổ bò. Còn
ở Canada, cũng trong năm 2007, có 650 triệu con vật bị giết mổ. Tính chung ở châu
Âu có 300 triệu gia súc, cừu, lợn và 4 tỉ con gà bị giết mổ mỗi năm.
Ở các nƣớc phát triển, hoạt động giết mổ thƣờng đƣợc thực hiện tập trung.
Nhu cầu thị trƣờng của các nƣớc này thƣờng có xu hƣớng tập trung vào thịt nạc và
một số loại sản phẩm phụ khác nhƣ: óc, thận, tuyến ức, lƣỡi…Chính vì thế, các sản
phẩm thịt thƣờng đƣợc tách xƣơng tại khu vực giết mổ và làm lạnh trƣớc khi đƣa ra
thị trƣờng. Ở các nhà máy giết mổ đƣợc trang bị đồng bộ các hệ thống hiện đại
nhƣ: hệ thống cấp nƣớc, hơi, điện, hệ thống lạnh, hệ thống vận chuyển nội bộ, các
hệ thống khác xử lý nƣớc thải, chất thải tập trung.
Ở các nƣớc đang phát triển, hoạt động giết mổ thƣờng đƣợc thực hiện ở
nhiều điểm có quy mô lớn, nhỏ rất khác nhau. Xƣởng giết mổ tại các nƣớc này có
7
Số hóa bởi trung tâm học liệu


thể rất đơn giản và thực hiện thủ công hoặc các xƣởng đƣợc trang bị rất hiện đại.
Các khu vực giết mổ và chế biến công nghiệp thƣờng nhập thiết bị và công nghệ từ
các nƣớc phát triển nhƣng ít chú trọng đến các thiết bị phụ trợ cho xử lý nƣớc thải

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

1900
Dầu mỡ

897
100 - 200
-
-
-
TSS
1011-1916
1774
1300-3400
-
6000
220 - 2100
TKN
110 - 240
248
114 - 148
250 - 700
550
40 - 230
N- NH
4

-

65 - 87
200 - 300
150

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.

Đã có một số phƣơng pháp vật lý và hóa học để xử lý nƣớc thải lò mổ nhƣ kỹ
thuật keo tụ sử dụng phèn nhôm đơn (Al
2
(SO
4
)
3
), phèn nhôm kép (Kal(SO
4
)
2
) và
phèn sắt (FeCl
3
) [4]. Hiện nay, nƣớc thải lò mổ có hàm lƣợng các chất hữu cơ có
khả năng phân hủy sinh học BOD cao, luôn từ 1100 tới 2400 mg/l trong giới hạn
của BOD
5
, với tỉ lệ của chất hòa tan là từ 40 - 60%. Các phần tử không hòa tan chủ
yếu là dạng lơ lửng và dạng keo do vậy nó rất khó để bị phân hủy trong các
bioreactor. Do vậy, việc tiền xử lý nƣớc thải của các lò mổ là việc làm cần thiết.
Quá trình keo tụ là một trong nhữ ật thích hợp nhất cho quá trình tiền xử lý
để loại bỏ các chất không hòa tan trong nƣớc thải [5].
Một trong những phƣơng pháp phân hủy sinh học đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc
thải cũng nhƣ chất thải rắn là sử dụng chế phẩm sinh học E.M ( các vi sinh vật hữu
hiệu - Effective Microorganisms) do GS.TS Teruo Higa ngƣời Nhật phát minh vào
năm 1980. Vi sinh vật hữu hiệu gồm có 05 nhóm cơ bản. Nhóm vi khuẩn quang
hợp (Rodopseudomonas), nhóm vi khuẩn Lactobacillus, nhóm nấm men
(Saccharomyces), nhóm nấm sợi (Aspergillus và Penicillium). Vai trò của nhóm vi
sinh vật hữu hiệu đƣợc thể hiện rõ nhất ở “khả năng tiêu thụ” các chất hữu cơ có

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

Hiện nay cả nƣớc có 31 cơ sở giết mổ thịt xuất khẩu, kể cả quốc doanh và tƣ
nhân với công suất trên 40 nghìn tấn thịt đông lạnh, thịt đóng hộp xuất khẩu cho
Nga, 10 - 15 nghìn tấn lợn sữa, lợn choai xuất khẩu vào thị trƣờng Hồng Kông,
Malaysia. Trong số các sở giết mổ trên có 6 cơ sở đƣợc công nhận đủ tiêu chuẩn
giết mổ xuất khẩu thịt mảnh, thịt đóng hộp sang thị trƣờng Nga và có 9 cơ sở đƣợc
công nhận đủ tiêu chuẩn chế biến đến bán sản phẩm vào Hồng Kông. Tuy nhiên,
kết quả điều tra khảo sát ở 24/39 cơ sở giết mổ gia súc có đăng ký hành nghề trên
địa bàn TP.HCM cho thấy: ngoại trừ Công ty VISSAN có dây chuyền giết mổ hiện
đại, hợp vệ sinh, hầu hết các cơ sở còn lại đã thực hiện giết mổ gia súc trong điều
kiện mất vệ sinh và gây ô nhiễm môi trƣờng. Ở các cơ sở này, công nhân không có
trang bị bảo hộ lao động, giết mổ gia súc bằng phƣơng pháp thủ công. Mỗi đêm,
10
Số hóa bởi trung tâm học liệu


một cơ sở có khả năng giết mổ 400 - 500 con lợn. Qua khảo sát, 100% dụng cụ giết
mổ đều nhiễm các loại vi khuẩn độc hại nhƣ E. coli, S. aureus, C. perfringens.
Những vi khuẩn này có nguy cơ gây ngộ độc thực phẩm (đau bụng, sốt, tiêu
chảy…). Về mặt môi trƣờng, các cơ sở này hầu nhƣ đều thiếu hệ thống xử lý nƣớc
thải và nƣớc thải cùng vớ , mỡ, phân thải…đều đƣợc xả trực tiếp ra hố ga,
đƣờng cống thoát nƣớc song cũng gây mùi hôi thối nặng tại các cơ sở giết mổ gia
súc.
Hiện nay Thành phố Hồ Chí Minh quy hoạch 40 cơ sở giết mổ gia súc, 52 cơ
sở giết mổ gia cầm, kiểm soát trên 97% số lƣợng gia súc, gia cầm đƣợc giết mổ. Hà
Nội hiện có khoảng gần 100 lò mổ tƣ nhân, riêng 7 quận có 68 điểm giết mổ gia
súc tự do (nằm hầu hết ở các khu vực đông dân nhƣ: Thanh Xuân, Hai Bà Trƣng,
Hoàn Kiếm…). Trung bình mỗi ngày, 100 lò mổ này xuất xƣởng khoảng 120 tấn
thịt lợn, 30 tấn thịt trâu bò. Cả thành phố Hà Nội hiện nay mới có một vài cơ sở
giết mổ gia súc, gia cầm tập trung bán công nghiệp, nhƣng sản lƣợng không cao,
còn hầu hết vẫn là các cơ sở giết mổ của tƣ nhân, nằm rải rác ở quận Hai Bà Trƣng,

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

lý, sinh học.
1.3.1. Phƣơng pháp lý học
Phƣơng pháp lý học dùng để loại bỏ các chất rắn không hòa tan có trong nƣớc
thải tùy theo kích thƣớc, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải
mà có biện pháp xử lý thích hợp bao gồm: Nƣớc thải dẫn vào hệ thống xử lý trƣớc
hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần có kích thƣớc lớn nhƣ giẻ, rác,
vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon…đƣợc giữ lại [11].
- Bể lọc cát đƣợc thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thƣớc
từ 0,2 mm đến 2 mm ra khỏi nƣớc thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát,
sỏi bào mòn, tránh tắc đƣờng ống dẫn và tránh ảnh hƣởng đến các quá trình sinh
học phía sau.
12
Số hóa bởi trung tâm học liệu


- Phƣơng pháp tuyển nổi thƣờng đƣợc sử dụng để tách các tạp chất không tan,
tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong xử lý nƣớc thải, quá trình tuyển nổi thƣờng đƣợc
sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học.
1.3.2. Phƣơng pháp xử lý hóa lý
Thông thƣờng ngƣời ta thƣờng sử dụng 2 phƣơng pháp để xử lý hóa lý là:
phƣơng pháp trung hòa; phƣơng pháp keo tụ và tạo bông.
Keo tụ và tạo bông: Trong nguồn nƣớc, một phần các hạt thƣờng tồn tại ở
dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thƣớc các hạt thƣờng dao động từ 0,1 – 10
micromet. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tƣơng đối khó tách
loại. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo đƣợc bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó,
để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này
đƣợc gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết
với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thƣớc lớn hơn, nặng hơn và lắng
xuống, quá trình này đƣợc gọi là quá trình tạo bông [12].
13

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].

14
Số hóa bởi trung tâm học liệu


1.4. Các nhóm vi sinh vật ứng dụng trong xử lý nƣớc thải
1.4.1. Vi sinh vật phân giải protein
Dƣới tác dụng của các vi sinh vật hoại sinh, protein đƣợc phân giải thành các
axit amin. Các axit amin này lại đƣợc một số nhóm vi sinh vật phân giải thành NH
3

hoặc NH
4
+
gọi là nhóm vi khuẩn amin hoá. Quá trình này gọi là sự khoáng hóa chất
hữu cơ vì qua đó, nitơ hữu cơ đƣợc chuyển thành dạng nitơ khoáng. Dạng NH
4
+
sẽ
đƣợc chuyển hoá thành dạng NO
3
-
nhờ nhóm vi khuẩn nitrat hoá. Nhóm vi khuẩn
nitrat hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus
và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại dị dƣỡng bắt buộc [5], [7]. Quá trình chuyển
hóa nitơ thƣờng bao gồm:
- Amon hóa: nghĩa là thủy phân protein và oxy hóa các axit amin thành NH
4
+
.
- Nitrit hóa: NH

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

electron (chất gây oxy hoá) và chuyển thành N
2
, trả lại nitơ cho khí quyển. Nitơ
đƣợc cố định gần bề mặt đất có thể bị mất do khử nitrat hóa. Quá trình này xảy ra
do các vi khuẩn nhƣ Pseudomonas denitrificans.
Các nhóm vi sinh vật tham gia chuyển hóa protein ở từng giai đoạn sẽ bao
gồm: từ NH
3
thành nitrit sẽ có sự tham gia của một số nhóm vi khuẩn nhƣ:
Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nitrosolobus Các đại diện của giống
Nitrosomonas không sinh nội bào tử, tế bào nhỏ bé hình bầu dục [3]. Trên môi
trƣờng lỏng, Nitrosomonas trải qua một số pha, phát triển tùy thuộc một số điều