Tuyển chọn vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitơ ứng dụng xử lý nước thải trong công nghiệp thực phẩm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân,
được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Lan Hương. Các số liệu, những
kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được
công bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2016
Học viên

Nguyễn Thị Hà Trang

i

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Lan Hương
đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ công tác tại Viện Công
nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt

quá trình học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cơ quan nơi tôi công tác: Trường Cao đẳng Công
nghiệp Thực phẩm – Việt Trì về sự ủng hộ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ của gia đình, bạn
bè, đồng nghiệp trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện bản luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2016
Học viên

Nguyễn Thị Hà Trang

ii

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................ viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1.

Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1

2.

Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2

3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 2

4.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

4.1. Đối tượng .................................................................................................................... 2
4.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN................................................................................................ 3
1.1.

Sơ lược về ngành công nghiệp thực phẩm .............................................................. 3

1.2.

Đặc tính chung nước thải ngành công nghiệp thực phẩm ...................................... 3

1.3.

Hiện trạng nước thải giết mổ ở Việt Nam ............................................................... 5

1.3.1. Tình hình giết mổ ở Việt Nam .................................................................................. 5
1.3.2. Tình hình giết mổ tại địa bàn thành phố Việt Trì .................................................... 6
1.3.3. Công nghệ giết mổ gia súc, gia cầm ....................................................................... 6
1.4.

Nguồn gốc và đặc tính của nước thải lò mổ ........................................................... 8

1.4.1. Nguồn gốc của nước thải lò mổ............................................................................... 8
1.4.2. Thành phần và tính chất nước thải giết mổ gia súc, gia cầm .................................. 8
1.5.

Các nghiên cứu về xử lý nước thải lò mổ gia súc, gia cầm................................... 10

1.5.1. Trong nước ............................................................................................................. 10
1.5.2. Ngoài nước ............................................................................................................. 11
a. Xử lý kỵ khí .................................................................................................................. 11
b. Xử lý hiếu khí .............................................................................................................. 12
1.6.

Vai trò của vi sinh vật chuyển hóa nitơ trong nước thải ....................................... 13

1.6.1. Quá trình amon hoá ............................................................................................... 14
1.6.2. Quá trình nitrat hóa ............................................................................................... 14
1.6.3. Quá trình phản nitrat ............................................................................................. 15

iii

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

1.6.4. Quá trình anammox ................................................................................................ 16
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 20
2.1. Vật liệu........................................................................................................................ 20
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 20
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất .............................................................................................. 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 22
2.2.1. Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................................... 22
2.2.2. Các phương pháp nuôi cấy .................................................................................... 23
2.2.3. Phương pháp nhuộm Gram [8] .............................................................................. 23
2.2.4. Các phương pháp phân tích ................................................................................... 23
a. Phương pháp xác định hàm lượng NH4+ [15] ........................................................... 23
b. Phương pháp xác định hàm lượng NO2- [15].............................................................. 24
c. Phương pháp xác định hàm lượng NO3- [33] ............................................................. 24
d. Phương pháp xác định khí N2 [21, 27] ........................................................................ 24
e. Xác định pH [10] ......................................................................................................... 25
f. Phương pháp xác định BOD5 ....................................................................................... 25
g. Phương pháp xác định COD [33] ............................................................................... 25
h. Phương pháp xác định hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) [11] ......................... 25
h. Phương pháp xác định nitơ tổng [33] ......................................................................... 25
2.2.5. Định tên vi sinh vật bằng phương pháp sinh học phân tử ..................................... 28
a. Tách chiết DNA tổng số [4] ........................................................................................ 28
b. Phương pháp điện di gel agarose [4] ......................................................................... 29
c. Phản ứng PCR nhân đoạn gen 16S rRNA [4] ............................................................. 29
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 31
3.1.

Đặc trưng của nước thải giết mổ gia cầm tại thành phố Việt Trì ......................... 31

3.2.

Phân lập và đánh giá vi khuẩn chuyển hóa nitơ ................................................... 32

3.2.1. Phân lập vi khuẩn chuyển hóa amon ....................................................................... 32
3.2.2. Khả năng chuyển hóa amon ................................................................................... 34
3.2.3. Phân lập vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành nitrat hóa ........................................... 36
3.2.4. Khả năng chuyển hóa nitrit thành nitrat ............................................................... 37
3.2.5. Phân lập vi khuẩn phản nitrat hóa ......................................................................... 38
3.2.6. Khả năng phản nitrat hóa ...................................................................................... 39
3.3. Định tên chủng vi khuẩn bằng kỹ thuật sinh học phân tử .......................................... 41
3.3.1. Tách DNA tổng số .................................................................................................. 42
3.2.2. PCR phân đoạn gen 16S rRNA .............................................................................. 43
iv

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

3.3.3. Giải trình tự DNA................................................................................................... 43
3.4. Bước đầu ứng dụng xử lý nước thải giết mổ gia cầm................................................. 44
3.4.1. Sự biến động của amon, nitrit, nitrat trong quá trình xử lý nước thải................... 44
3.4.2. Sự phản nitrat hóa .................................................................................................. 47
PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 48
4.1. Kết luận ...................................................................................................................... 48

4.2. Kiến nghị .................................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 49
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 53

v

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tên tiếng anh

Tên tiếng việt

Anaerobic baffled reactor

Thiết bị vách ngăn kỵ khí

AF

Anaerobic filter

Lọc kỵ khí

AL

Anaerobic lagoon

Hồ kỵ khí

AOB

Ammonium oxidizing bacteria

Vi khuẩn oxi hóa amon

BOD5

Biochecmical oxygen demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical oxygen demand

Nhu cầu oxy hóa học

HRT

Hydraulic rêtntion time

Thời gian lưu của nước thải

Mixed liquor volatile

Hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ

suspended solid

bay hơi

NOB

Nitrite oxidation bacteria

Vi khuẩn oxi hóa nitrit

OLR

organic loading rates

Tải trọng hữu cơ

PCR

Polymerase chain reaction

Phản ứng chuỗi trùng hợp

ABR

MLVSS

Quy chuẩn Việt Nam

QCVN
ROE

Return on equity

Tỷ số lợi nhận ròng trên vốn chủ
sở hữu

ROA

Return on assets

Tỷ số lợi nhận trước thuế trên vốn
chủ sở hữu

TN

Total nitrogen

Nitơ tổng
Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN
TOC

Total organic carbon

Tổng số carbon hữu cơ

TSS

Total suspended solids

Tổng chất rắn lơ lửng

Upflow Anaerobic Slugde

Thiết bị xử lý kỵ khí với dòng

Blanket

chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính

UASB

vi

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Hàm lượng nitơ tổng trong nước thải công nghiệp thực phẩm

5

Bảng 1.2 Số lượng gia cầm được giết mổ tại thành phố Việt Trì

6

Bảng 1.3 Đặc tính chung của nước thải lò mổ gia cầm

9

Bảng 3.1 Đặc tính nước thải giết mổ gia cầm tại thành phốViệt Trì

31

Bảng 3.2 Địa điểm và số chủng phân lập có khả năng chuyển hóa cao nhất

32

Bảng 3.3 Đặc điểm tế bào và khuẩn lạc vi khuẩn nitrit hóa

32

Bảng 3.4 Đặc điểm tế bào và khuẩn lạc vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành

36

nitrat
Bảng 3.5 Đặc điểm tế bào và khuẩn lạc vi khuẩn phản nitrat

38

Bảng 3.6 Nồng độ DNA trong dịch chiết

42

Bảng 3.7 Mức độ tương đồng và định danh chủng Su, H5 và T4

43

vii

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1

Dây chuyền giết mổ gia cầm

7

Hình 1.2

Chu trình chuyển hóa các hợp chất nitơ

13

Hình 2.1

Nước thải giết mổ gia cầm

20

Hình 2.2

Sơ đồ nghiên cứu

22

Hình 3.1

Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các chủng T1, T2, T4, T5

33

Hình 3.2

Đặc điểm tế bào của các chủng T1, T2, T4, T5

34

Hình 3.3

Hiệu suất chuyển hóa amon của các chủng T1, T2, T4, T5

34

Hình 3.4

Hiệu suất nitrit hóa của các chủng T1, T2, T4, T5

35

Hình 3.5

Tỷ lệ amon chuyển hóa của chủng T1, T2, T4 và T5 vào ngày thứ 7

35

Hình 3.6

Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các chủng H3 và H5

37

Hình 3.7

Đặc điểm tế bào của các chủng H3 và H5

37

Hình 3.8

Hiệu suất chuyển hóa nitrit của chủng H3 và H5

37

Hình 3.9

Hiệu suất nitrat hóa của chủng H3 và H5

38

Hình 3.10

Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các chủng Su, Ha và U1

39

Hình 3.11

Đặc điểm tế bào của các chủng Su, Ha và U1

39

Hình 3.12

Hiệu suất chuyển hóa nitrat của các chủng Su, Ha và U1

40

Hình 3.13

Hiệu suất sinh khí nitơ của các chủng Su, Ha và U1

40

Hình 3.14

Điện di DNA tổng số các chủng T4, Su và H5

42

Hình 3.15

Điện di sản phẩm PCR của chủng T4, Su và H5

43

Hình 3.16

Khả năng chuyển hóa amon của chủng T4, H5 trong nước thải lò mổ

45

Hình 3.17

Khả năng chuyển hóa nitrit của chủng T4, H5 trong nước thải lò mổ

46

Hình 3.18

Khả năng nitrat hóa của chủng T4, H5 trong nước thải lò mổ

46

Hình 3.19

Khả năng phản nitrat của chủng Su trong nước thải lò mổ

47

viii

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Công nghiệp thực phẩm luôn được xem là ngành công nghiệp quan trọng ở bất
kỳ quốc gia nào. Phát triển công nghệ thực phẩm không chỉ cung cấp các sản phẩm
đảm bảo cho nhu cầu ăn uống của người dân trong nước mà còn để xuất khẩu, góp
phần thúc đẩy sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân [6]. Trong quá trình chế
biến thực phẩm một lượng lớn nước thải đã được thải ra môi trường. Nước thải chế
biến thực phẩm có đặc điểm là hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và chất
rắn lơ lửng cao. Bên cạnh đó, nước thải của một số quá trình như chế biến thịt, gia
cầm, thủy sản còn chứa một lượng lớn các hợp chất nitơ và các vi sinh vật gây bệnh
[20].
Nước thải lò mổ chứa nhiều thành phần phức tạp như: protein, chất béo và chất
xơ với hàm lượng ô nhiễm cao không đạt theo tiêu chuẩn xả thải
QCVN40:2011/BTNMT. Các chất rắn lơ lửng trong nước thải lò mổ (bao gồm: thịt,
máu, mỡ, lông, móng…) cao làm tăng độ đục khiến ánh sáng khó chiếu xuống tầng

đáy ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo và rong rêu. Hàm lượng nitơ trong
nước thải lò mổ cao, các hợp chất nitơ này tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, chủ yếu
là: amon (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Hàm lượng nitơ trong nước cao gây
ra hiện tượng phú dưỡng tác động tiêu cực đối với môi trường như: cạn kiệt nguồn
oxy hòa tan trong nước gây độc cho động - thực vật thủy sinh, ảnh hưởng xấu đến
con người [40]. Do đó, cần phải loại bỏ nitơ trước khi thải ra môi trường.
Quy trình loại bỏ nitơ bao gồm 2 quá trình: nitrat hóa và phản nitrat hóa. Quá
trình nitrat hóa xảy ra theo 2 bước là giai đoạn nitrit và nitrat hóa. Bước đầu tiên là
giai đoạn nitrit hóa: amon được oxi hóa thành nitrit nhờ các vi khuẩn oxi hóa amon
(AOB). Bước thứ 2 là giai đoạn nitrat hóa: nitrit được oxi hóa thành nitrat nhờ các
vi khuẩn oxi hóa nitrit (NOB). Trong quá trình phản nitrat: các hợp chất nitrat và
nitrit sẽ bị khử hoàn toàn đến sản phẩm cuối cùng là khí N2 [37]. Quy trình loại bỏ
nitơ trong nước thải được thực hiện bởi rất nhiều loài vi khuẩn theo các con đường

1

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

khác nhau [31] [42]. Với mong muốn thúc đẩy nhanh quá trình xử lý nitơ trong
nước thải thực phẩm nói chung và nước thải lò mổ nói riêng, chúng tôi chọn đề tài:
“Tuyển chọn vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitơ ứng dụng xử lý nước thải
trong công nghiệp thực phẩm”.
2. Mục đích nghiên cứu
Tuyển chọn một số chủng vi khuẩn bản địa có khả năng chuyển hóa amon,
nitrat hóa và phản nitrat hóa cao nhằm ứng dụng trong xử lý nước thải lò mổ.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm sáng tỏ vai trò của vi khuẩn
chuyển hóa nitơ. Việc phân lập và tuyển chọn một số chủng vi khuẩn chuyển hóa
nitơ trong nước thải lò mổ đã góp phần vào việc bảo tồn nguồn gen vi sinh vật bản
địa hữu ích.
Ý nghĩa thực tiễn
Thành công của đề tài đã góp phần vào việc sản xuất và ứng dụng các chế phẩm
vi sinh ứng dụng trong bảo vệ môi trường nhằm nâng cao hiệu suất và giảm thời
gian xử lý, tiết kiệm chi phí nhân công và thiết bị.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1.

Đối tượng
Nước thải lò mổ gia cầm tại thành phố Việt Trì.

4.2.

Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn từ nước thải lò mổ gia

cầm và bước đầu đánh giá khả năng xử lý nước thải lò mổ.
- Các thí nghiệm được tiến hành tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

2

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về ngành công nghiệp thực phẩm
Tình hình phát triển kinh tế và việc mở rộng đầu tư vào ngành chế biến thực
phẩm đã góp phần nâng cao mức tiêu thụ thực phẩm tại Việt Nam. Theo tổ chức
Giám sát kinh doanh Quốc tế (BMI) mức tiêu thụ bình quân theo đầu người tăng
4,3%/năm tính đến năm 2016. Ngành công nghiệp thực phẩm đóng hộp tăng 37,
về số lượng và 42,5
và 5 ,22

về giá trị. Ngành sản xuất bánh k o tăng 27,

về khối lượng

về giá trị [3]. Như vậy, ngành công nghệ thực phẩm đang có nhiều triển

vọng phát triển mạnh mẽ.
1.2. Đặc tính chung nước thải ngành công nghiệp thực phẩm
Sự tăng trưởng và phát triển của ngành công nghệ thực phẩm đã kéo theo lượng
nước sử dụng trong chế biến cũng tăng theo. Ngành công nghiệp thực phẩm có nhu
cầu sử dụng nước cao. Trong quá trình chế biến rau - củ - quả lượng nước rửa
chiếm 50 . Nước là thành phần chính của các sản phẩm trong đồ uống, nước giải
khát và các sản phẩm lên men. Việc tăng lượng nước sử dụng khiến lượng nước thải
cũng tăng theo [20].
Đặc tính chung của nước thải chế biến thực phẩm [20]:
- Không độc, chúng chứa rất ít các hợp chất gây độc, ngoài một số chất tẩy rửa.
- Nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm là chất hữu cơ.
- Nước thải từ một số quá trình chế biến thực phẩm, đặc biệt là từ quá trình chế

biến thịt, gia cầm và chế biến hải sản chứa sinh vật gây bệnh.
Nước thải từ quá trình chế biến chế biến rau - củ - quả chứa nhiều chất chất rắn
lơ lửng, đường, tinh bột và có thể chứa lượng tồn dư thuốc bảo vệ thực vật [20].
Nước thải từ quá trình sản xuất bánh k o: Chứa hàm lượng chất hữu cơ cao
chủ yếu là cacbonhydrat và chất béo, pH cao [20]. Nước thải từ quá trình chế biến
bánh nướng, bánh ngọt chứa nhiều chất rắn hữu cơ [20]

3

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Nước thải từ quá trình sản xuất bia, rượu: Hàm lượng chất hữu cơ cao, pH
dao động lớn. Nước thải quá trình sản xuất bia, rượu chứa cacbonhydrat và nitơ
tổng cao [21].
Nước thải từ quá trình chế biến sữa là sữa nguyên liệu hòa trong nước.
Chúng phát sinh từ quá trình thanh trùng hoặc khử trùng. Nước thải từ các công
đoạn rửa thiết bị và thùng chứa thường chứa sữa và các hóa chất tẩy rửa. Nước thải
chế biến sữa hình thành axit lactic và formic gây ăn mòn thiết bị [20].
Nước thải từ nhà hàng, bếp ăn chứa các chất thải rắn, các chất béo, các loại
dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt, các axit và các vi khuẩn [20].
Nước thải lò mổ và các quá trình chế biến hải sản chứa máu, chất béo,
protein [28]. Chất thải từ quá trình chế biến cá và thịt chứa chất rắn hữu cơ, máu,
chất béo và protein. Hàm lượng protein trong nước thải lò mổ thường rất cao [20].
Như vậy, nước thải của từng quá trình chế biến thực phẩm có các tính chất
khác nhau. Nước thải từ các quá trình sản xuất bánh k o, rau - củ - quả thường

chiếm tỷ lệ cacbonhydrat (tinh bột, các loại đường) cao. Nước thải quá trình chế
biến sữa chứa tỷ lệ cacbonhydrat (đường lactoza), protein và chất béo cân đối. Nước
thải lò mổ và các quá trình chế biến thịt cá thường chứa hàm lượng protein và chất
béo cao. Các thành phần cacbonhydrat dễ dàng được các vi sinh vật lên men sinh
axit, sau đó được chuyển hóa thành CO2 và H2O. Các thành phần protein cũng dễ
dàng được chuyển hóa thành các axit amin và tiếp tục được chuyển hóa thành amon.
Tuy nhiên quá trình chuyển hóa từ amon đến NO2, NO3 và chuyển hóa tiếp đến N2
diễn ra chậm chạp. Để thúc đẩy quá trình phân hủy và rút ngắn thời gian xử lý,
người ta thường phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn bản địa có khả năng
chuyển hóa nitơ cao để bổ sung vào quá trình xử lý nước thải.
Hàm lương nitơ tổng (TN) trong nước thải ngành công nghiệp thực phẩm phụ
thuộc vào từng quá trình chế biến. Bảng 1.1. chỉ ra TN của nước thải của một số quá
trình chế biến thực phẩm.

4

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Bảng 1.1. Hàm lượng nitơ tổng trong nước thải công nghiệp thực phẩm [33]
Nước thải từ quá trình

Hàm lượng nitơ tổng (mg/L)

Giết mổ
Chế biến thịt

220 – 460
76

Chế biến thủy sản
Cá da trơn

28 – 50

Cua

58 – 138

Tôm

164 – 266

Cá

30

Chế biến rau, quả, đồ uống

4

Bột, sản phẩm khoai tây

5 – 40

Rượu vang

10 – 50

Qua bảng 1.1 ta thấy thành phần và tính chất nước thải công nghệ thực phẩm
thay đổi theo từng quá trình chế biến, trong đó nước thải lò mổ và quá trình chế biến
tôm có hàm lượng nitơ tổng lớn nhất. Nitơ thành phần và nitơ tổng biến động theo
không gian và thời gian. Do đó, trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi chọn nước
thải lò mổ để nghiên cứu tiếp.
1.3.

Hiện trạng nước thải giết mổ ở Việt Nam

1.3.1. Tình hình giết mổ ở Việt Nam
Sản lượng thịt sản xuất tại Việt Nam đã tăng nhanh trong những năm gần đây.
Theo thống kê, cả nước hiện có 34.642 điểm giết mổ gia súc, gia cầm nhỏ lẻ. Năm
2015, sản lượng thịt trâu, thịt bò, thịt lợn, thịt gia cầm, thịt dê – cừu đạt lần lượt là
5, nghìn tấn, 2 ,3 nghìn tấn, 3491,6 nghìn tấn, 908,1 nghìn tấn và 21,8 nghìn
tấn. So với năm 2013, tổng sản lượng thịt đã tăng xấp xỉ 10,4

[1]. Tùy thuộc vào

công nghệ giết mổ của từng cơ sở, lượng nước thải khi sản xuất 1 tấn thịt gia súc,
gia cầm lần lượt 1,6 - 9 và 5,07 - 14 m3 nước thải [46] [45]. Mặc dù, lượng thịt gia

5

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

cầm chỉ chiếm 1
50

Công nghệ Thực phẩm

nhưng lượng nước sử dụng trong giết mổ gia cầm chiếm gần

tổng lượng nước sử dụng trong giết mổ.

1.3.2. Tình hình giết mổ tại địa bàn thành phố Việt Trì
Hiện nay tỉnh Phú Thọ chỉ có 2 hai cơ sở giết mổ gia súc tập trung đó là lò
mổ gia súc tại thị xã Phú Thọ và Công ty TNHH Trí Tuệ. Trên địa bàn tỉnh Phú Thọ
cũng có hơn 600 điểm giết mổ gia súc nằm rải rác trong các khu dân cư, trong đó
thành phố Việt Trì (Phú Thọ) có hàng chục hộ giết mổ trâu, bò, lợn [17]
Thành phố Việt Trì có 5 điểm giết mổ gia cầm tập trung tại các chợ: chợ 5
tầng, chợ Vồ, chợ Minh Phương, chợ Trung tâm và chợ Nú. Số lượng gia cầm được
giết mổ được thống kê ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Số lượng gia cầm được giết mổ tại thành phố Việt Trì [17]
TT

Địa điểm

Số lượng (con/ngày)

1

Chợ 5 tầng

200 - 300

2

Chợ Vồ

250 - 300

3

Chợ Minh Phương

100 - 200

4

Chợ Trung tâm

550 - 600

5

Chợ Nú

50 - 100

Bảng 1.2 cho thấy số lượng gia cầm giết mổ tại thành phố Việt Trì không nhỏ.
Nước thải phát sinh trong quá trình giết gia cầm tại các chợ này không được xử lý
mà xả thải trực tiếp xuống cống rãnh của chợ và nhập vào vào cống rãnh thành phố.
1.3.3. Công nghệ giết mổ gia súc, gia cầm
Công nghệ giết mổ gia súc, gia cầm nhìn chung có các công đoạn tương đối

giống nhau. Công nghệ giết mổ gia súc có thêm công đoạn tắm cho gia súc trước
khi đưa vào gây mê bằng sốc điện trong khi công nghệ giết mổ gia cầm có thêm
công đoạn móc diều và tuốt da chân.

6

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Gia súc, gia cầm nguyên liệu được chứng nhận về nguồn gốc xuất xứ và tình
trạng sức khỏe đủ điều kiện giết mổ được đưa vào dây chuyền công nghệ sản xuất.
Hình 1.1 trình bày dây chuyền công nghệ giết mổ gia cầm.

Gà nguyên liệu

Gây mê bằng điện
Cắt tiết

Tiết rơi vãi, nước thải

Trụng

Nước thải

Tuốt lông

Lông

Nước
Nước nóng 65 – 68 oC

Tuốt da chân
và móc diều

Móc lòng
Nước sạch

Nước sạch

Rửa thịt và bộ lòng
Hạ nhiệt, sát khuẩn

Làm ráo

Móng và phân

Phân
Nước thải

Nước thải

Nước thải

Phân loại và kiểm soát
thú y
Bao gói và bảo quản

Sản phẩm

Hình 1.1 Dây chuyền giết mổ gia cầm [2]

7

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Gia cầm được treo lên dây chuyền giết mổ và được vận chuyển qua các khâu
chế biến liên tục. Đầu tiên chúng được dịch chuyển đến bồn gây mê, ở đây có dòng
điện vừa đủ để gây mê gia cầm. Tiếp theo chúng được cắt tiết và tiếp tục được dịch
chuyển trên dây chuyền cho tiết chảy ra hết và đi vào bồn trụng nước nóng. Nhiệt
độ nước trụng khoảng 65- 68oC. Tiếp đến, gia cầm được đưa vào máy tuốt lông.
Sau khi tuốt lông, chúng được tuốt móng, lấy diều và móc lòng bằng phương pháp
thủ công. Sau đó chúng được rửa 2 lần để đảm bảo sạch hoàn toàn. Gia cầm tiếp tục
được dịch chuyển qua hệ thống nước lạnh, hỗn hợp nước muối và khí ozone để khử
trùng. Sau đó, chúng được làm ráo để giảm hàm lượng nước. Gia cầm được phân
loại và kiểm soát thú y trước khi đóng gói thành phẩm trong bao bì (PE+PA) và hút
chân không. Cuối cùng, thành phẩm được đưa vào kho bảo quản với nhiệt độ ±4 oC.
1.4.

Nguồn gốc và đặc tính của nước thải lò mổ

1.4.1. Nguồn gốc của nước thải lò mổ

Nước thải từ lò mổ bao gồm bắt nguồn từ:
- Dây chuyền sản xuất bao gồm các công đoạn trụng, rửa, làm lạnh, để ráo và
nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng.
- Nước vệ sinh chuồng trại nuôi tạm.
- Nước sinh hoạt cho công nhân.
Như vậy, bên cạnh một lượng lớn nước thải là từ dây chuyền sản xuất, còn
có một lượng không nhỏ nước vệ sinh chuồng trại nuôi tạm và nước thải sinh hoạt
của công nhân nhà máy.
1.4.2. Thành phần và tính chất nước thải giết mổ gia súc, gia cầm
Nước thải từ quá trình vệ sinh chuồng trại nuôi tạm: Nước thải từ quá trình
này bắt nguồn từ lượng thức ăn thừa, phân và nước tiểu. Nước thải này thường chứa
nhiều cặn lơ lửng, hàm lượng chất hữu cơ và nitơ rất cao.
Nước thải từ quá trình giết mổ: Nước thải từ dây chuyền sản xuất thường
chứa thịt, mỡ, lông, móng, da. Nước thải từ quá trình này bao gồm cả các thành
phần chất vô cơ, hữu cơ và vi sinh vật.
8

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

- Các chất vô cơ: amon, nitrat, nitrit, photpho, sunfat, sắt, kali, …
- Các hợp chất hữu cơ: protein, hydratcacbon, chất béo. Nguồn gốc các thành
phần này từ máu, mỡ, protein, phospho, chất tẩy rửa và chất bảo quản.
- Thành phần vi sinh vật: Nước thải lò mổ chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh
bao gồm Erisipelothris insidiosa, Brucella, Samonella, E. coli …. Ngoài ra, nước
thải còn chứa một lượng lớn trứng giun sáng điển hình như Fasciotahepatica,

Fasciola, Fasico losis buski, Ascaris suum, Cesphagostomum sp, Trichocephalus
dentatus.
Thành phần nước thải lò mổ khá phức tạp. Đặc tính chung của nước thải lò
mổ gia cầm được chỉ ra trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Đặc tính chung của nước thải lò mổ gia cầm [20]
Hàm lượng
TT

Thành phần

Đơn vị

QCVN
40:2011/BTN

Phạm vi

Trung bình

MT Cột B

1

pH

-

4,90 - 8,10

6,95

5,5 – 9

2

BOD5

mg/L

150 - 4635

1209

50

3

COD

mg/L

500 - 15,900

4221

150

4

TSS

mg/L

270 - 6400

1164

100

5

Nitơ tổng

mg/L

50 - 841

427

40

6

Photpho tổng

mg/L

25 - 200

50

6

7

Kali

mg/L

0,01 - 100

90

-

8

Màu

mg/L Pt

175 - 400

290

-

9

Độ đục

FAU

200 - 300

275

-

(-): Không quy định
Bảng 1.3 chỉ ra thành phần nước thải lò mổ gia cầm chứa hàm lượng các chất
gây ô nhiễm như chất hữu cơ và nitơ tổng rất cao. Hàm lượng các chất trong nước
thải biến động rất mạnh. Nếu không được xử lý triệt để, khi xả vào nguồn nước tiếp
9

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

nhận sẽ làm cạn kiệt nguồn oxy hòa tan trong nước (do vi sinh vật sử dụng oxy hòa
tan để phân hủy các chất hữu cơ). Các chất rắn lơ lửng khiến nước đục hoặc có
màu, làm hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới
quá trình quang hợp của tảo, rong rêu…
1.5.

Các nghiên cứu về xử lý nước thải lò mổ gia súc, gia cầm

1.5.1. Trong nước
Các nghiên cứu về xử lý nước thải lò mổ đã được tiến hành trong những năm
gần đây. Ngô Thị Kim Toán đã phân lập và xác định được 3 chủng có khả năng xử
lý nitơ trong đó, Bacillus licheniformis - X6 416 có khả năng chuyển hóa 5,21%
NH4 + sau 20 ngày nuôi cấy, chủng Bacillus amyloliquefaciens - AB25566 chuyển
hóa 97,28% và Pseudomonas pseudoalcaligenes - Z76666 chuyển hóa

7,14

lượng NO2 - sau 20 ngày nuôi cấy [7].
Ngô Thị Phương Nam (200 ) đã nghiên cứu xử lý nước thải lò mổ gia súc bằng
quá trình hiếu khí thể bám trên vật liệu polime tổng hợp. Kết quả cho thấy với COD
và TN đầu vào lần lượt là 560 mg/L (tương ứng với OLR là 0,56 kg-COD/m3.ngày)
và 39,2 mg/L, tốc độ sục khí 0,5L/phút, hiệu quả xử lý COD và TN lần lượt đạt
90% và 29,9%. Nồng độ sinh khối đạt 4,6 g-SS/L [8]. Lê Công Nhất Phương (2012)
đã nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ bằng kết hợp của hai nhóm vi khuẩn
Nitrosomonas và Anammox trong cùng một thiết bị chứa giá thể là sợi polyacrylic
và sợi bông tắm để xử lý ammonium trong nước thải giết mổ. Hai nhóm vi khuẩn
này có đặc tính sinh lý khác nhau nên việc sử dụng giá thể thích hợp cho hai nhóm
vi khuẩn này hoạt động chung trong cùng thiết bị. Sử dụng giá thể sợi polyacrylic
cho hiệu quả xử lý amon tốt hơn giá thể là sợi bông tắm. Hiệu suất xử lý đạt 2
tải trọng 0,04 kgN-NH4/m3.ngày và 7,

ở

ở tải trọng 0,14 kgN-NH4/m3.ngày [5].

Lê Hoàng Việt (2014) đã đánh giá hiệu quả xử lý nước thải giết mổ gia súc của đĩa
quay sinh học với giá thể ống nhựa dạng khối đĩa và lồng quay sinh học với giá thể
bông tắm. Kết quả cho thấy tại thời gian lưu 6h hiệu quả xử lý của lồng quay sinh

học cao hơn đĩa quay sinh học, nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải QCVN
40:2011/BTNMT cột B. Khi xử lý nước thải giết mổ bằng phương pháp sinh học
10

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

hai giai đoạn: giai đoạn I là lồng quay sinh học và giai đoạn II là đĩa quay sinh học,
nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Trần Thị
Thu Lan (2016) đã nghiên cứu phân lập chủng Bacillus velezensis M2 từ nước thải
giết mổ. Kết quả cho thấy khi xử lý nước thải lò mổ với COD và TN đầu vào lần
lượt là 1260 mg/L và 137 mg/L bằng chủng B. velezensis M2 trên quy mô bình tam
giác 500 mL nuôi lắc 200 vòng/phút với tỷ lệ cấp giống 3
lý COD và TN tương ứng là 3,2

sau 12 giờ hiệu suất xử

và 3,5 . Lượng TN trong quá trình xử lý được

chuyển hóa thành sinh khối vi sinh vật [16].
1.5.2. Ngoài nước
Nước thải lò mổ sau khi được xử lý sơ bộ sẽ xử lý bằng phương pháp sinh học.
Dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật đặc biệt là vi khuẩn, chúng sử dụng các chất
hữu cơ và vô cơ có trong nước thải như: C, N, P, K, … làm nguồn dinh dưỡng.
Chúng biến đổi các chất hữu cơ cao phân tử thành các hợp chất đơn giản hơn. Các
vi sinh vật này sử dụng nguồn vật chất có trong nước thải để sinh trưởng và phát

triển. Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng làm sạch hoàn toàn nước thải
chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ và một số hợp chất vô cơ. Xử lý sinh
học bao gồm xử lý hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện [41].
a. Xử lý kỵ khí
Xử lý kỵ khí đã được sử dụng để xử lý nước thải lò mổ. Trong quá trình phân
giải kỵ khí các chất hữu cơ được tập hợp các vi sinh vật chuyển hóa thành CH4 và
CO2 khi không xuất hiện O2. Xử lý kỵ khí có ưu điểm là thể tích bùn sinh ra thấp (520

so với xử lý hiếu khí), đòi hỏi năng lượng thấp và có tiềm năng thu hồi năng

lượng dưới dạng biogas. Các công trình kỵ khí đã được áp dụng cho xử lý nước thải
lò mổ bao gồm thiết bị vách ngăn kỵ khí (ABR), lọc kỵ khí (AF), hồ kỵ khí (AL) và
UASB [29, 41]. Hiệu quả xử lý COD và BOD của thiết bị ABR đã đạt trên 0
[38], hiệu suất chuyển hóa TOC của hệ thống ABR and UV/H2O2 đạt trên 95%,
riêng thiết bị ABR đã chuyển hóa TOC và TN lần lượt là 88,88% và 51,52%. Tuy
nhiên, hệ thống ABR đòi hỏi năng lượng cao nên khi tăng TOC làm chi phí xử lý
tăng theo [29].
11

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Mặc dù quá trình xử lý kỵ khí đem lại nhiều lợi ích tuy nhiên quá trình này
cũng có nhược điểm là xử lý không hiệu quả các thành phần TN, TP và vi sinh vật
gây bệnh nên đòi hỏi dòng ra phải được xử lý bổ sung. Thông thường người ta sẽ
kết hợp xử lý kỵ khí và hiếu khí để nâng cao hiệu quả quá trình và mang lại hiệu

quả kinh tế cao [41].
b. Xử lý hiếu khí
Nước thải sau quá trình xử lý kỵ khí được đưa sang bể hiếu khí để xử lý các
chất dinh dưỡng như NO3-, NH4+, TP... Trong các hệ thống hiếu khí chất hữu cơ
cũng như chất dinh dưỡng được xử lý khi xuất hiện O2. Nước thải có mức độ ô
nhiễm càng lớn thì tỷ lệ O2 càng cao [43]. Các bể hiếu khí thông dụng là quá trình
bùn hoạt tính (AS), thiết bị lọc quay (RBC) và thiết bị tuần tự theo mẻ (SBR).
Quá trình bùn hoạt tính được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nói
chung và nước thải giết mổ nói riêng do hiệu quả kinh tế cao. Mục đích của quá
trình này là tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo
vô cơ trong nước thải. Sau đó loại các bông cặn được tách ra khỏi nước thải bằng
quá trình lắng. Hai cơ chế của quá trình này là hấp thụ và oxi hóa các chất hữu cơ
[22]. Bustillo-Lecompte và cộng sự (2014, 2015) đã đánh giá về hiệu quả và giá
thành của quá trình AS cho xử lý nước thải giết mổ gia cầm. Các thông số dòng vào
TOC và TN lần lượt là 100 và 254 mg/L, hiệu quả xử lý TOC và TN đạt trên
5,03

TOC and 73,46

TN với HRT là

ngày với chi phí giá thành là 4$/1kg

TOC [27], [28]. Do vậy nếu quá trình này được kết hợp với 1 quá trình khác để
giảm TOC đầu vào sẽ tiết kiệm được chi phí.
Kundu và cộng sự (2012) đã phân lập chủng nitrat hóa Achromobacter
xylosoxidans S18 từ nước thải giết mổ gia cầm và được bổ sung vào quá trình xử lý
nước thải này. Kết quả cho thấy nước thải đầu vào có giá trị COD và N-NH4 lần
lượt là 1820 ± 10 mg/L và 120 ± 5,5 mg/L, hiệu quả xử lý COD và N-NH4 tương
ứng là 88 ± 3% và 97 ± 2%. Việc bổ sung chủng A. xylosoxidans S1 đã nâng cao

hiệu quả xử lý nước thải giết mổ gia cầm [37]. Nghiên cứu khả năng chuyển hóa
các hợp chất chứa nitơ Zhang và cộng sự đã phân lập được chủng vi khuẩn
12

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Pseudomonas stutzeri không chỉ có khả năng chuyển hóa nitrit mà còn có khả năng
chuyển hóa amoni. Sau thời gian 1 giờ, chủng vi khuẩn này đã chuyển hóa được
amoni hoàn toàn thành dạng khí N2 với hiệu suất là 3

[48]. Một nghiên cứu của

Zhang và cộng sự về việc sử dụng vi khuẩn Bacillus methylotrophicus trong xử lý
nitơ cho thấy trong môi trường ở điều kiện pH từ 7 đến

và nhiệt độ là 37oC, chủng

B. methylotrophicus đã làm nồng độ NH4 + ban đầu 146,71mg/L giảm xuống 3 ,2
mg/L sau

ngày nuôi cấy, với tốc độ chuyển hóa là 51,5 mg/L/ngày [49]. Bernet

và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng khả năng chuyển hóa nitơ và tạo màng sinh học
của vi sinh vật. Mẫu ban đầu có hàm lượng NH4 + là 250 mg/L, sau 2 ngày, hàm
lượng NH4 + giảm xuống chỉ còn 5 mg/L, hiệu quả của quá trình xử lý lên đến

[25]. Theo nghiên cứu của Kim và cộng sự, cùng với hai chủng vi khuẩn Bacillus
subtilis và Bacillus cereus, Bacillus licheniformis là một trong các chủng thuộc chi
Bacillus có khả năng nitrat hóa và khử nitrat trong điều kiện hiếu khí, và lượng
amoni đã chuyển sang khí N2 là 33
1.6.

sau 4 giờ nuôi cấy [36].

Vai trò của vi sinh vật chuyển hóa nitơ trong nước thải

Các hợp chất nitơ được chuyển hóa bởi các vi khuẩn theo các con đường khác
nhau. Hình 1.2 trình bày chu trình chuyển hóa nitơ của các vi sinh vật trong tự
nhiên.

Hình 1.2. Chu trình chuyển hóa các hợp chất nitơ [5]
13

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa ni tơ bao gồm các nhóm vi
sinh vật amon hoá, nitrat hóa, phản nitrat và anammox.
1.6.1. Quá trình amon hoá
Protein là thành phần cơ bản của nguyên sinh chất tế bào, chứa khoảng 15 17,6

nitơ. Trong nước thải có rất nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải protein

như:

Bacillus

A.proteolytica,

cereus,

B.pasteurianus,

Streptomyces

erythreus,

B.subtilis,
S.griseus,

Aeromonas

hydrophyla,

Thermonospora

fusca,

T.vulgaris... Các vi sinh vật này sản sinh ra proteaza ngoại bào xúc tác cho quá
trình thủy phân protein thành peptid mạch thấp và các axit amin. Các sản phẩm sau
quá trình thủy phân protein trong nước thải một phần được vi sinh vật sử dụng để
kiến tạo tế bào vi sinh vật, một phần tiếp tục được các vi khuẩn amon hóa phân giải

tạo ra NH3, CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác [47,14].
1.6.2. Quá trình nitrat hóa
NH3 được sinh ra trong quá trình amon hóa nhanh chóng bị oxy hóa thành
nitrit, rồi tiếp đó thành nitrat. Quá trình này người ta gọi là quá trình nitrat hóa.
Nhóm vi khuẩn thực hiện quá trình nitrat hóa gọi là vi khuẩn nitrat hóa. Quá trình
nitrat gồm có 2 giai đoạn và do 2 nhóm vi sinh vật khác nhau thực hiện. Số lượng
các vi sinh vật này trong nước thải rất khác nhau, tùy thuộc vào nguồn gốc và thành
phần loại nước thải. [47,14].
Giai đoạn nitrit hóa
Giai đoạn nitrit hóa do vi khuẩn nitrit hóa thực hiện, gồm 4 giống:
Nitrosomonas, Nitrocystis, Nitrosospira, Nitrosolobus [47]. Chúng là những vi
khuẩn Gram âm, hiếu khí, tự dưỡng vô cơ, thích hợp ở pH trung tính đến hơi kiềm.
Chúng oxy hoá NH4+ bằng oxy không khí tạo ra NO2 và năng lượng. Giai đoạn
nitrit hóa có thể được trình bày như sau:
NH4+ + 3/2 O2 -> NO2- + H2O +2H+ + Năng lượng
Năng lượng sinh ra sẽ được các vi khuẩn nitrit hóa sử dụng để đồng hoá
CO2 thành cacbon hữu cơ phục vụ cho hoạt động sống của mình [14]. Sự có mặt
14

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

của các nhóm vi khuẩn nitrit hóa giúp loại bỏ được hàm lượng NH4+ trong nước thải
lò mổ.
Giai đoạn nitrat hóa
Giai đoạn nitrat hóa do vi khuẩn nitrat hoá thực hiện, gồm 3 giống vi khuẩn là:

Nitorobacter, Nitrospira, Nittrococcus. Chúng sử dụng năng lượng sinh ra trong các
phản ứng nitrat hóa để đồng hóa nguồn CO2 của không khí. Chúng là những vi
khuẩn Gram âm, hiếu khí, thích hợp ở pH trung tính đến hơi kiềm [14]. Giai đoạn
nitrat hóa có thể được trình bày như sau:
NO2- + 1/2 O2  NO3- + Năng lượng
Cũng như các vi khuẩn tự dưỡng hoá năng khác, vi khuẩn nitrat dùng năng
lượng sinh ra trong các phản ứng này để đồng hoá CO2 của không khí [14].
Bên cạnh quá trình nitrat hoá do vi sinh vật tự dưỡng hoá năng nói trên thực
hiện, còn có quá trình nitrat hoá do vi sinh vật dị dưỡng thực hiện. Các vi sinh vật
này không có khả năng đồng hoá CO2 nhưng cũng khả năng chuyển hoá NH3 thành
nitrit rồi thành nitrat. Đó là những loài thuộc giống: Alealigenes, Anthrobacter,
Corynebacterium, Achrombacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces [47].
Ngoài ra, chúng còn có thể tiến hành quá trình nitrat hóa đối với nhiều hợp chất hữu
cơ chứa nitơ khác (amit, amin, oxim, hydroxamat...) [14].
Quá trình nitrat hóa không xảy ra khi pH <6, thường diễn ra ở pH = 6,2- 9,0.
Quá trình nitrat hóa diễn ra mạnh ở 30 - 35oC và ngừng trệ ở 10oC [14]. Các vi
khuẩn nitrat hóa đều là những vi khuẩn hiếu khí. Quá trình nitrat hóa chỉ xảy ra khi
có mặt của oxy, nghĩa là trong môi trường thoáng khí còn trong môi trường kỵ khí
với sự có mặt của các cacbonhydrat sẽ xảy ra quá trình ngược lại với quá trình nitrat
hóa đó là quá trình khử nitrat hóa. Quá trình này khử nitrat theo từng bước tạo thành
các sản phẩm NO2, NO, N2O, NH2OH, NH3 và N2. Vi khuẩn nitrat hóa phân bố
rộng rãi trong nước thải và có ý nghĩa đáng kể trong vòng tuần hoàn nitơ.
1.6.3. Quá trình phản nitrat

15

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Quá trình phản nitrat (còn gọi là quá trình khử nitrat) là quá trình chuyển hóa
NO3- thành N2 nhờ vi sinh vật. Qúa trình khử NO3- đến N2 diễn ra theo nhiều bước
như sau:
NO3-

NO2-

NO

N2O

N2

Quá trình phản nitrat hoàn toàn thông qua 4 bước liên tiếp như trên. Phản ứng
khử NO3 đến N2 chỉ xảy ra trong điều kiện kỵ khí. NO3- là chất nhận điện tử cuối
cùng trong chuỗi hô hấp kỵ khí, năng lượng tạo ra được dùng để tổng hợp nên ATP.
Bên cạnh đó cũng tồn tại con đường phản nitrat hóa không hoàn toàn như: một số
chủng sinh ra cả khí N2 và N2O, một số khác chỉ tạo ra N2O [14].
Các vi khuẩn phản nitrat hóa điển hình là: Pseudomonas denitrificans,
P.aeruginosa, P.stutzeri, P.fluorescens, Micrococcus denitrificans, Bacillus
licheniformis, Achromobacter severinii... Một số loài vi khuẩn tự dưỡng hóa năng
cũng có khả năng thực hiện quá trình phản nitrat hóa như: Thiobacillus
denitrificans, Hdrogenomonas agilis, Sporovibrio ferrooxydans [47]. Các vi khuẩn
nitrat hóa có 2 nguồn năng lượng khác nhau. Chúng đều có thể oxy hóa chất hữu cơ
nhờ oxy không khí (trừ các loại từ dưỡng hóa năng). Khi phân giải nitrat, trong môi
trường sẽ tích luỹ một số gốc kiềm (K, Ca, Na). Các gốc kiềm này sẽ sinh ra KOH,
Ca(OH)2, NaOH do đó quá trình phản nitrat hóa luôn kiềm hóa môi trường [14].

Vi khuẩn phản nitrat hóa hoạt động mạnh ở pH trung tính đến hơi kiềm và có
hệ thống enzim nitritreductaza và nitratductaza nhưng enzim này chỉ được tổng
hợp trong điều kiện kỵ khí [14].
1.6.4. Quá trình anammox
Quá trình oxi hóa amon kỵ khí (Anaerobic ammonium oxidation - Anammox),
tiến hành thông qua hai bước. Bước thứ nhất, amon được oxy hóa một phần thành
hydroxyamin hoặc nitrit với oxy là chất nhận điện tử (tự dưỡng hiếu khí). Bước thứ
hai, hydroxyamin hoặc nitrit với vai trò là chất nhận điện tử sẽ phản ứng với lượng
amon còn lại để tạo nên khí nitơ (tự dưỡng kỵ khí). Kết hợp hai quá trình này gọi là
quá trình nitrit hóa một phần/anammox [5].
16

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Công nghệ Thực phẩm

Quá trình Anammox được thực hiện bởi vi khuẩn tự dưỡng thuộc nhóm
Planctomycetales. Các vi khuẩn trong quá trình Anammox thuộc vào 5 giống sau:
Candidatus brocadia, Ca. kuenenia Ca. scalindua, Ca. anammoxoglobus và Ca.
jettenia. Chúng có hoạt tính cao trong pH khoảng 6,4 - 8,5 và nhiệt độ khoảng 20 43oC. Vi khuẩn anammox rất nhạy cảm với oxi và nitrit, nồng độ oxi 2μM và nitrit
từ 5 -10mM đã gây ra ức chế hoàn toàn. Chúng là vi khuẩn tự dưỡng hoàn toàn.
Thời gian thế hệ của chúng là 10 - 14 ngày [44].
Thực tế, việc áp dụng quá trình Anammox trong xử lý nước thải rất khó. Trở
ngại chính là tốc độ sinh trưởng chậm của vi khuẩn Anammox đòi hỏi thời gian
khởi động dài. Hơn nữa, chúng là vi khuẩn kỵ khí và tự dưỡng hoàn toàn nên khó
nuôi cấy.
Nước thải lò mổ thường chứa máu, thịt, mỡ, lông, móng nên rất giàu protein và

axit amin [27]. Khi thải ra môi trường, các hợp chất này nhanh chóng bị vi sinh vật
phân giải [14]. Phân hủy protein trong nước thải giết mổ thường diễn ra theo các
bước sau: protein chuyển hóa thành amon, tiếp đến amon được nitrat hóa, sau đó
nitrat sẽ được khử đến sản phẩm cuối cùng là khí nitơ. Trên con đường này protein
được rất nhiều vi sinh vật sử dụng nên quá trình amon hóa diễn ra nhanh chóng
trong khi các quá trình khác diễn ra chậm chạp. Vì vậy, việc phân lập và tuyển chọn
các vi khuẩn nitrat hóa và phản nitrat hóa nhằm bổ sung vào để xử lý nước thải
ngành thực phẩm là yêu cầu thiết yếu.
1.7.

Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các chế phẩm vi sinh vật

trong xử lý nước thải ở Việt Nam
Hiện nay, một số chế phẩm vi sinh vật sử dụng cho xử lý nước đang được lưu
hành trên thị trường Việt Nam. Một số chế phẩm thương mại đó được liệt kê tại
bảng 1.4.

17

Nguyễn Thị Hà Trang – CA140138