NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT HÓA CHẤT TINH CHẾ LÀM PHÂN BÓN

Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT HÓA CHẤT
TINH CHẾ LÀM PHÂN BÓN

Tác giả

NGUYỄN NHẬT HUỲNH MAI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Kỹ thuật Môi trường

Giáo viên hướng dẫn
TS. LÊ QUỐC TUẤN

Tháng 7 năm 2011
i


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN

Khoa

:

Môi trường và Tài nguyên

Ngành

:

Kỹ thuật môi trường

Họ và tên

:

NGUYỄN NHẬT HUỲNH MAI

Lớp

:

DH07MT

Khóa học

:

2007 – 2011

MSSV :

07127079

1. Tên đề tài
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
HÓA CHẤT TINH CHẾ LÀM PHÂN BÓN
2. Nhiệm vụ

-

Nghiên cứu lý thuyết

-

Tiến hành thực nghiệm ủ phân

-

Tiến hành phân lập vi sinh vật và tăng sinh vi sinh vật

-

Tiến hành trồng cải bẹ xanh

3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 15 tháng 03 năm 2011
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ khóa luận: 30 tháng 06 năm 2011
5. Họ và tên giáo viên hướng dẫn: TS.LÊ QUỐC TUẤN
Ngày 15 tháng 03 năm 2011
Giáo viên hướng dẫn

ii


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

LỜI CẢM ƠN
Với tất cả lòng kính trọng và biết ơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý
thầy cô Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Nông Lâm TPHCM, là những

người đã tận tình truyền đạt những kiến thức hữu ích và quý báu cho em trong suốt thời
gian học tập tại trường.
Xin chân thành cảm ơn TS. Lê Quốc Tuấn, người thầy đã dành nhiều thời gian
hướng dẫn và truyền đạt nhiều bài học, kiến thức cần thiết để em có thể hoàn thành tốt
khóa luận và vững bước trên con đường sắp tới.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, các anh chị công tác tại công ty TNHH
AFCP đã tạo mọi điều kiện cho em thực tập, tham quan trong suốt quá trình làm khóa
luận của mình.
Xin chân thành cảm ơn tập thể DH07MT và bạn bè đã quan tâm, động viên và
chia sẻ cùng tôi những niềm vui, nỗi buồn trong suốt thời gian học tập cũng như thực
hiện khóa luận tốt nghiệp.
Lời cuối cùng, xin cảm ơn gia đình – là nguồn động viên, là điểm tựa vững chắc,
luôn yêu thương, chăm sóc và dành những gì tốt đẹp nhất để con đạt được những kết quả
như ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Nhật Huỳnh Mai

iii


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài “Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm
phân bón” được thực hiện nhằm giải quyết lượng bùn thải phát sinh trong quá trình sản
xuất của công ty AFCP nói riêng và ngành sản xuất hóa chất tinh chế nói chung, biến
chất thải thành phân hữu cơ sử dụng trong nông nghiệp.
Để đạt được mục đích đề ra, đề tài thực hiện các nội dung sau:
-

Thu thập tài liệu về quá trình sản xuất hóa chất tinh chế, quy trình sản xuất phân
hữu cơ.

-

Tham khảo các đề tài nghiên cứu đã thực hiện trong lĩnh vực có liên quan.

-

Tiến hành thí nghiệm ủ phân hữu cơ từ bùn thải và than bùn với các tỉ lệ khác
nhau và tìm ra tỉ lệ phối trộn thích hợp.

-

Tiến hành phân lập và tăng sinh vi sinh vật từ bùn thải.

-

Tiến hành ủ phân hữu cơ dựa trên tỉ lệ đã xác định với lượng vi sinh vật bổ sung
khác nhau để tìm ra lượng vi sinh vật tối ưu.

-

Ứng dụng sản phẩm lên cây cải bẹ xanh để xác định tính ứng dụng thực tiễn của
sản phẩm.

Kết quả đạt được cho thấy tỉ lệ phối trộn 1:1 với lượng vi sinh vật bổ sung là
41x1012CFU/ml là tối ưu nhất trong phạm vi nghiên cứu vì:
-

Phân hữu cơ đầu ra có hàm lượng dinh dưỡng cao: acid humic tăng 18,09%, chất
hữu cơ tăng 32,35%, hàm lượng Nitơ dễ tiêu là 44,8mg/100g, hàm lượng Photpho
dễ tiêu là 19,41mg/100g.

-

Sản xuất và sử dụng phân hữu cơ có tính môi trường rất cao: trong quá trình sản
xuất đã xử lý một lượng khá lớn bùn thải, biến bùn thải thành chất dinh dưỡng sử
dụng cho cây trồng.

iv


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................ ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................ x
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... xi
Chương 1 ........................................................................................................................ 1
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................... 1
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 2

1.5. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI................................................................................... 2
1.6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 2
1.7. Ý NGHĨA KHOA HỌC...................................................................................... 2
1.8. Ý NGHĨA THỰC TIỄN ..................................................................................... 3
Chương 2 ........................................................................................................................ 4
TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................................. 4
2.1. TỔNG QUAN CÔNG TY TNHH AUREOLE FINE CHEMICAL PRODUCTS 4
2.1.1. Thông tin chung về công ty .......................................................................... 4
v


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

2.1.2. Tình hình hoạt động của công ty .................................................................. 4
2.1.3. Cơ cấu tổ chức hoạt động ............................................................................. 5
2.1.4. Công nghệ sản xuất ...................................................................................... 6
2.2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN ........................ 7
2.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin-chitosan trong tự nhiên .......................... 7
2.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin ở Việt Nam và trên thế giới........... 9
2.3. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VỚI NGUỒN
NGUYÊN LIỆU TỪ CHẤT THẢI RẮN ................................................................... 12
2.3.1. Nguyên liệu ủ phân .................................................................................... 12
2.3.2. Các vi sinh vật tham gia trong quá trình ủ .................................................. 13
2.3.3. Nguyên lý ủ ............................................................................................... 13
2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy các chất hữu cơ trong khi ủ ........... 18
2.3.5. Kết quả của quá trình ủ phân ...................................................................... 19
2.3.6. Một số phương pháp ủ phân hữu cơ đã và đang áp dụng ............................ 20
Chương 3 ...................................................................................................................... 24
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 24
3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ................................................... 24

3.1.1. Thời gian nghiên cứu ................................................................................. 24
3.1.2. Địa điểm nghiên cứu .................................................................................. 24
3.2. NGUỒN CHẤT THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU ................................ 25
3.3. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH ........................................................................ 25
3.3.1. Thí nghiệm 1: ủ phân lần 1(xác định tỉ lệ phối trộn hữu hiệu nhất) ............. 25
3.3.2. Thí nghiệm 2: nuôi cấy vi sinh ................................................................... 29
vi


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

3.3.3. Thí nghiệm 3: ủ phân lần 2 (xác định lượng vi sinh hiệu quả nhất đối với quá
trình ủ phân) ........................................................................................................... 32
3.3.4. Thí nghiệm 4: ứng dụng lên cây cải bẹ xanh .............................................. 34
3.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ........................................................................ 35
Chương 4 ...................................................................................................................... 36
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................................... 36
4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1 ............................................................................. 36
4.1.1. Đánh giá cảm quan .................................................................................... 36
4.1.2. Chỉ tiêu vật lý ............................................................................................ 36
4.1.3. Chỉ tiêu hóa học ......................................................................................... 39
4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 2 ............................................................................. 42
4.2.1. Kết quả phân lập ........................................................................................ 43
4.2.2. Kết quả tăng sinh mẫu ................................................................................ 44
4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3 ............................................................................. 45
4.3.1. Đánh giá cảm quan .................................................................................... 45
4.3.2. Chỉ tiêu vật lý ............................................................................................ 46
4.3.3. Chỉ tiêu hóa học ......................................................................................... 48
4.4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4 ............................................................................. 54
Chương 5 ...................................................................................................................... 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 59
5.1. KẾT LUẬN ...................................................................................................... 59
5.2. KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61
vii


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 62

viii


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 ................................................................................... 25
Bảng 3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 ................................................................................... 33
Bảng 3.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 ................................................................................... 34
Bảng 3.4. Phương pháp phân tích ...................................................................................... 35
Bảng 4.1. Thông số nhiệt độ trung bình ở thí nghiệm 1 ..................................................... 37
Bảng 4.2. Phân tích ANOVA sự thay đổi chất hữu cơ ở thí nghiệm 1................................ 40
Bảng 4.3. Phân tích ANOVA sự thay đổi acid humic ở thí nghiệm 1 ................................. 43
Bảng 4.4. Thông số nhiệt độ trung bình của thí nghiệm 3 .................................................. 47
Bảng 4.5. Sự thay đổi pH trung bình của các nghiệm thức trong quá trình ủ ...................... 49
Bảng 4.6. Phân tích ANOVA sự thay đổi chất hữu cơ ở thí nghiệm 3................................ 51
Bảng 4.7. Phân tích ANOVA sự thay đổi acid humic ở thí nghiệm 3 ................................. 54
Bảng 4.8. Kết quả phân tích N dễ tiêu và P dễ tiêu trung bình ở thí nghiệm 3.................... 55
Bảng 4.9. Ghi chú thí nghiệm 4 ......................................................................................... 57

Bảng 4.10. Bảng so sánh hiệu quả sử dụng phân ............................................................... 58

ix


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Nguyên liệu Chitin và Soda ............................................................................. 6
Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu tổ chức hoạt động công ty AFCP ................................................ 6
Hình 2.3. Chitin và vỏ tôm cua........................................................................................ 9
Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của 1) Chitin 2) Chitiosan 3) Xellulose ............................... 10
Hình 2.5. Sơ đồ chung của quá trình ủ hiếu khí ............................................................. 16
Hình 2.6. Quá trình tổng hợp và phản ứng enzyme........................................................ 18
Hình 3.1. Bố trí thí nghiệm 1......................................................................................... 27
Hình 3.2. Bùn thải từ quá trình sản xuất của công ty AFCP ........................................... 28
Hình 3.3. Than bùn ....................................................................................................... 29
Hình 3.4. Bố trí thí nghiệm 3......................................................................................... 28
Hình 4.1. Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ ở thí nghiệm 1 ........................................ 29
Hình 4.2. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên chất hữu cơ ở thí nghiệm 1 ............................. 35
Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện độ tăng chất hữu cơ sau quá trình ủ ở thí nghiệm 1 .............. 38
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên acid humic ở thí nghiệm 1 .............................. 40
Hình 4.5. Khuẩn lạc phân lập từ bùn thải sau quá trình sản xuất của công ty AFCP ...... 41
Hình 4.6. Dung dịch tăng sinh sau 3 tuần so với dung dịch chưa tăng sinh .................... 43
Hình 4.7. Khuẩn lạc phân lập từ mẫu tăng sinh ............................................................. 45
Hình 4.8. Sản phẩm đầu ra ở các nghiệm thức ............................................................... 46
Hình 4.9. Đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ ở thí nghiệm 3 ........................................ 46
Hình 4.10. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên chất hữu cơ ở thí nghiệm 3 ........................... 47
Hình 4.11. Biểu đồ thể độ tăng chất hữu cơ ở thí nghiệm 3 ........................................... 48
Hình 4.12. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên acid humic ở thí nghiệm 3 ............................ 52

Hình 4.13 . Biểu đồ thể hiện độ tăng acid humic ở thí nghiệm 3.................................... 54
Hình 4.14. Cải bẹ xanh sau khi thu hoạch ..................................................................... 54
Hình 4.15. Cải chuẩn bị thu hoạch ................................................................................ 60

x


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
VSV :

vi sinh vật

CTR :

chất thải rắn

L:R:H :

Dài : Rộng : Cao

NPK :

Nitơ – Photpho – Kali

xi


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngành chế biến thuỷ sản ở nước ta đóng vai trò hết sức quan trọng cả về ý nghĩa
kinh tế và xã hội, là một trong ba ngành đóng góp vào thu nhập quốc dân lớn nhất cả
nước. Theo thống kê chưa đầy đủ hiện nay nước ta có hơn 300 cơ sở chế biến thuỷ sản,
và khoảng 220 nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm đông lạnh phục vụ xuất khẩu có
tổng công suất 200 tấn/ngày. Cứ sản xuất 1 tấn tôm nõn đông lạnh xuất xưởng sẽ thải ra
môi trường 0,75 tấn phế thải (đầu, vỏ, nội tạng), cá filet đông lạnh 0,6 tấn, nhuyễn thể
chân đầu 0,45 tấn, nhuyễn thể 2 mảnh vỏ đông lạnh >4 tấn, riêng đối với chế biến nước
mắm bã chượp ước tính khoảng 0,3 tấn/1 tấn sản phẩm. Đó là một trong những nguyên
nhân tạo ra những tác động xấu cho môi trường. Do vậy, phế liệu thủy sản thải ra từ các
cơ sở chế biến thủy sản nếu không xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm
trọng. Từ trước đến nay, ở Việt Nam, đã có nhiều đề tài nghiên cứu chiết xuất chitinchitosan, những polyme sinh học được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp từ phế
liệu thủy sản. Tuy nhiên, phế thải còn lại sau quá trình này vẫn là một câu hỏi lớn cho
ngành môi trường. Do đó, vấn đề đặt ra là làm cách nào để xử lý được lượng phế thải khó
phân hủy hữu cơ này bằng phương pháp sinh học.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

 Sử dụng phế thải của ngành sản xuất hóa chất tinh chế từ nguyên liệu chính là
chất chitin có nguồn gốc động vật làm phân hữu cơ bón cho cây.
 Tìm ra quy trình ủ phân hiệu quả bằng cách bổ sung thêm một số chất để nâng
cao hiệu quả ủ, đạt năng suất cao và nâng cao hiệu quả xử lý phế thải.
 Ứng dụng phân đã ủ lên cây cải bẹ xanh để tìm ra hiệu quả của sản phẩm đầu ra.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Khảo sát, tìm hiểu đánh giá hiện trạng sử dụng chất thải làm phân hữu cơ.
 Làm thực nghiệm ủ phân.
 Đề xuất quy trình ủ phân thích hợp để đạt hiệu quả ủ cao nhất.
 Dùng phân để bón cho cây cải bẹ xanh để tìm ra hiệu quả của sản phẩm đầu ra.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Tham khảo và tổng hợp tài liệu
 Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực tế
 Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu
 Theo dõi, đánh giá, nhận xét các thông số thực nghiệm
 Xử lý số liệu, tính toán, vẽ đồ thị và viết báo cáo
1.5. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu sử dụng phế thải của ngành sản xuất hóa chất tinh chế từ nguyên liệu
chính là chất chitin có nguồn gốc động vật làm phân hữu cơ là một hướng mới,
trước đây chưa có nghiên cứu nào liên quan.
1.6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
 Đề tài chỉ nghiên cứu sử dụng phế thải từ quá trình sản xuất hóa chất tinh chế
của công ty Aureole Fine Chemical Products làm phân bón.
 Đề tài chỉ nghiên cứu sử dụng phân đã ủ để bón cho cây cải bẹ xanh.
 Vì điều kiện về cơ sở vật chất nên đề tài chỉ nghiên cứu một số chỉ tiêu của phân
bón bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, N dễ tiêu, P dễ tiêu, chất hữu cơ, acid humic, pH
chứ không nghiên cứu tất cả các chỉ tiêu về phân bón.
1.7. Ý NGHĨA KHOA HỌC
2


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Chứng minh khả năng sản xuất phân bón hữu cơ từ bùn thải của quá trình sản xuất
hóa chất tinh chế.
1.8. Ý NGHĨA THỰC TIỄN

 Sử dụng bùn thải từ ngành sản xuất hóa chất tinh chế để làm phân hữu cơ đem
lại hiệu quả kinh tế cao.
 Biến bùn thải thành chất dinh dưỡng sử dụng trong nông nghiệp, không làm ảnh
hưởng đến môi trường.
 Sử dụng bùn thải từ ngành sản xuất hóa chất tinh chế để làm phân hữu cơ đã hạn
chế được một phần lượng rác thải công nghiệp, hạn chế tình trạng ô nhiễm môi
trường.

3


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUAN CÔNG TY TNHH AUREOLE FINE CHEMICAL PRODUCTS
2.1.1. Thông tin chung về công ty


Tên công ty: Công ty TNHH AUREOLE FINE CHEMICAL PRODUCTS.



Địa chỉ công ty: KCN Long Bình, phường Long Bình, TP.Biên Hòa, Đồng Nai.



Người đại diện: ông Phan Quốc Hanh



Chức vụ: Tổng Giám Đốc



Lĩnh vực hoạt động: sản xuất các loại hóa chất và chất phụ gia thể lỏng dùng trong
công nghiệp chế biến thực phẩm và công nghệ sản xuất mỹ phẩm.



Diện tích đất sử dụng: 6.069 m2

2.1.2. Tình hình hoạt động của công ty

4


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Sản phẩm của công ty hiện nay chủ yếu là phụ gia thể lỏng dùng trong công
nghiệp chế biến thực phẩm và công nghệ sản xuất mỹ phẩm. Với công suất 650 tấn sản
phẩm/năm

Hình 2.1. Nguyên liệu Chitin và Soda
2.1.3. Cơ cấu tổ chức hoạt động

Hình 2.2. Sơ đồ cơ cấu tổ chức hoạt động công ty AFCP

5

Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

2.1.4. Công nghệ sản xuất
Acid Clohidric (HCl)
Chitin

Nước

Bồn phân giải

Bồn trung hòa

Bao bì thải

Máy lọc

Bùn thải

Giảm áp, bay hơi

Nước thải

Máy ly tâm 1

Muối thải

Giảm áp, bay hơi

Nước thải

Máy ly tâm 2

Muối thải

Na2CO3
Than
hoạt tính

Thành phẩm

Vô thùng
6


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nguyên liệu sản xuất (Chitin) được đưa vào bồn phân giải bằng bơm định lượng,
nhờ acid Clohidric thực hiện quá trình phân hủy Chitin, nếu acid dư sẽ được trung hòa
bằng soda khan Na 2 CO 3 tại bồn trung hòa. Tại bồn trung hòa, cho thêm than hoạt tính và
Zeolite (than hoạt tính để hấp phụ màu của dung dịch thủy phân, Zeolite để hỗ trợ cho
quá trình lọc kế tiếp). Toàn bộ hỗn hợp trên tiếp tục được đưa qua máy lọc, phần dung
lịch sau lọc tiếp tục đưa qua công đoạn giảm áp, bay hơi lần 1 để tách nước, qua máy ly
tâm lần 1 để tách muối. Sau khi qua máy ly tâm lần 1, dung dịch tiếp tục qua công đoạn
giảm áp, bay hơi và tách ly tâm lần 2 để được thành phẩm. Cuối cùng thành phẩm sẽ
được đóng thùng và lưu kho chờ ngày xuất hàng.

2.2. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN
2.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin-chitosan trong tự nhiên

Chitin - chitosan là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn
(đứng thứ hai sau xellulose). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật .
7


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của một số động vật không
xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong động vật bậc cao
monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn
liền các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ Zygomycetes,
các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo...
Chitin - chitosan là polysacharit có đạm không độc, có khối lượng phân tử lớn.
Cấu trúc của chitin là tập hợp các monosacharit (N-acetyl-β-D-glucosamine) liên kết với
nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Hơn nữa chitin
tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối bởi các cầu nối đẳng trị
(coralente) với các protein, CaCO 3 và các hợp chất hữu cơ khác.

Hình 2.3. Chitin và vỏ tôm cua
Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin - chitosan.
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn
dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc
của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin
hay “chiton”, tiếng Hy lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt
của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng
công thức giống với xellulose.
8

Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của 1) Chitin 2) Chitosan 3) Xellulose
2.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin ở Việt Nam và trên thế giới
Trước đây người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên
liệu không đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất. Trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gốc từ vỏ
tôm, cua. Trong một thời gian, các chất phế thải này không được thu hồi mà lại thải ra
ngoài gây ô nhiễm môi trường. Năm 1977 Viện kỹ thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến
hành xác định giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các
chất này có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp. Phần protein thu được sẽ dùng để chế
biến thức ăn gia súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để điều chế các
dẫn xuất có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp.
Việc nghiên cứu sản xuất chitin - chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản
xuất phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những
năm 1978 đến 1980 Trường đại học Thuỷ sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất
chitin - chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản
9


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

xuất. Gần đây trước yêu cầu xử lý phế liệu thuỷ sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách,
trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin - chitosan cũng như tiềm năng thị trường
của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học của chúng ta bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện
quy trình sản xuất chitin - chitosan ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng
của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp.
Hiện nay ở Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất chitin chitosan như: Trung tâm nghiên cứu polyme - Viện Khoa Học Việt Nam; Viện Hoá thuộc
phân Viện Khoa Học Việt Nam tại thành phố Hồ Chí Minh; Trung tâm công nghệ và sinh
học Thủy sản - Viện nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản 2.
Ở miền Bắc, Viện Khoa Học Việt Nam đã kết hợp với Xí nghiệp thủy sản Hà Nội

sản xuất chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở đồng lúa Thái Bình và đã thu
được một số kết quả đáng khích lệ.
Ở miền Nam, Trung tâm công nghệ và sinh học thuỷ sản phối hợp với một số cơ
quan khác: Đại Học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh, phân Viện Khoa Học Việt Nam,
Viện Khoa Học nông nghiệp miền nam,… đang nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chitin chitosan trong lĩnh vực: nông nghiệp, y dược và mỹ phẩm.
Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng để bảo vệ các hạt giống nhằm mục
đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân
bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt.
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số chỉ
tiêu sinh hoá của mạ lúa ở nhiệt độ thấp thì kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan vi lượng
làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ; đồng thời hàm lượng các enzyme như
Amylase, Catalase hay Peroxidase cũng tăng lên.
Ngày nay chitosan còn được dùng làm nguyên liệu bổ sung vào thức ăn cho tôm,
cá, cua để kích thích sinh trưởng.
Những ứng dụng của chitin - chitosan và những dẫn xuất của chúng ngày càng
phát triển. Một số đã đưa vào ứng dụng như: chỉ khâu tự huỷ, da nhân tạo, thấu kính chiết

10


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

xuất, và một số ứng dụng khác còn đang nghiên cứu như: tác động kích thích miễn dịch,
chống sự phát triển của khối u, đặc tính làm giảm cholesterol máu, trị bỏng nhiệt…
Da nhân tạo có nguồn gốc từ chitin, nó giống như một tấm vải và được bọc ốp lên
vết thương chỉ một lần đến khi khỏi. Da nhân tạo bị phân huỷ sinh học từ từ cho đến lúc
hình thành lớp biểu bì mới. Nó có tác dụng giảm đau, giúp cho các vết sẹo bỏng phục hồi
biểu bì nhanh chóng. Trường Đại Học Dược Hà Nội, Đại Học Y Hà Nội, Trung tâm khoa
học tự nhiên và công nghệ Quốc gia cũng đã chế tạo thành công loại da nhân tạo này và
bước đầu ứng dụng có hiệu quả.

Chitin - chitosan và các oligome của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích thích các
tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân gây bệnh.
Những nghiên cứu gần đây hướng vào các oligome, N-acetyl-glucosamin và glucosamin,
các chất này có một số tính chất của các polyme tương ứng nhưng lại có ưu thế là tan tốt
trong nước do đó dễ dàng được hấp thụ.
Hiện nay trên thế giới đã thành công việc sử dụng chitosan làm chất mang để cố
định enzyme và tế bào. Enzyme cố định đã cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzyme
trong công nghiệp, y học và khoa học phân tích. Enzyme cố định được sử dụng lâu dài,
không cần thay đổi chất xúc tác. Nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong nước
hoa quả, sử dụng enzyme cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao. Chitosan thỏa mãn
yêu cầu đối với một chất mang có phân tử lượng lớn, bền vững không tan và ổn định với
các yếu tố hoá học.
Do có cấu trúc tương tự như xellulose nên chitosan được nghiên cứu bổ sung vào
làm nguyên liệu sản xuất giấy. Chitosan làm tăng độ bền dai của giấy, đồng thời việc in
trên giấy cũng tốt hơn. Trong sản xuất giấy qua nghiên cứu người ta thấy nếu bổ sung 1%
chitosan thì độ bền của giấy tăng lên khi bị ướt hay tăng độ nét khi in. Có thể thay hồ tinh
bột bằng chitosan để hồ vải, nó có tác dụng làm tơ sợi bền, mịn, bóng đẹp, cố định hình
in, chịu được acid và kiềm nhẹ.
Chitosan kết hợp với một số thành phần khác để sản xuất vải chịu nhiệt, vải chống
thấm, sản xuất vải col…Chitosan được sử dụng để sản xuất kem chống khô da do tính
11


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

chất của chitosan là có thể cố định dễ dàng trên biểu bì của da nhờ các nhóm –NH+4. Các
nhóm này liên kết với các tế bào sừng hóa của da, nhờ vậy mà các nhà khoa học đã
nghiên cứu sử dụng chitosan làm các loại kem dưỡng da chống nắng.
Nhờ khả năng làm đông tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein và nhờ khả năng kết
dính tốt các ion kim loại như Pb, Hg… do đó chitin được sử dụng để tẩy lọc nguồn nước

thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm.
Chitosan sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm
đông thực phẩm. Do chitosan có tính chất diệt khuẩn, do đó nó được tạo thành màng
mỏng để bao gói thực phẩm chống ẩm mốc, chống mất nước. Đặc tính diệt khuẩn của
chitosan được thể hiện trên các mặt sau :
Khi tiếp xúc với thực phẩm chitin - chitosan sẽ lấy đi từ các vi sinh vật này các

•

ion thiết yếu, ví dụ như ion Cu2+. Như vậy vi sinh vật sẽ bị chết do sự mất cân bằng
liên quan đến các ion thiết yếu.
•

Ngăn chặn phá hoại chức năng màng tế bào.

•

Gây ra sự rò rỉ các phần bên trong tế bào.

Như vậy việc dùng chất chitosan bao bọc quanh bề mặt thực phẩm có thể kéo dài
thời gian bảo quản, giảm sự hư hỏng do khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của nó.
2.3. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VỚI NGUỒN
NGUYÊN LIỆU TỪ CHẤT THẢI RẮN
2.3.1. Nguyên liệu ủ phân
-

Phế thải công nghiệp: phế thải từ ngành sản xuất mía đường, phế thải của
ngành chế biến bột ngọt, chế biến hải sản, chế biến thức ăn gia súc, chế biến
gỗ…

-

Rác thải sinh hoạt (được phân loại để loại bỏ tạp chất trước khi ủ)

-

Than bùn đã được hoạt hóa

-

Các loại phân gia súc gia cầm

-

Sản phẩm dư thừa của cây nông nghiệp: rơm rạ xác cây họ đậu, trấu, vỏ cây
họ dừa có dầu
12


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

2.3.2. Các vi sinh vật tham gia trong quá trình ủ
-

Vi

sinh

vật

cố

định

đạm:

Azorobacter,

Nocardia

Chromatium,

Mathanobacterium…
-

Vi sinh vật phân giải xilan: Bacillus lichenifornus, Bacteroides amylagens,
Clostridium Sp, Streptomyces Allbogriseolus…

-

Vi sinh vật phân giải lưu huỳnh: Thiobacillus thioparus, họ Thirodaceae, họ
Chlorobacteria ceae…

-

Vi sinh vật phân giải cellulose: Cytophaga, Cellulomonas, giống Bacillus,
giống Clostridium, Aspergillus, Penicillium…

-

Vi sinh vật phân giải Photpho: Giống Bascillus, B.Megaterium, B.Subtilis,
Proteus, Arthrobster, Aspergillus, Penicillium, Streptomyces…

-

Vi sinh vật tham gia quá trình amon hóa: A.proteolytica, Arthrobacter spp,
Bacillus

Cereus,

Staphilococcus

Aureus,

Thermonospora,

Thermoactinomyces, Vulgarries…
2.3.3. Nguyên lý ủ
2.3.3.1. Ủ hiếu khí
Ủ hiếu khí: là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật khi có mặt
oxi. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là khí CO 2 , NH 3 , nước, nhiệt, các chất
hữu cơ đã ổn định và sinh khối vi sinh vật.
Quá trình chuyển hóa sinh học hiếu khí có thể biểu diễn một cách tổng quát theo
phương trình sau:

Chất hữu cơ + O2 + dinh dưỡng

Vi sinh vật

Tế bào mới + Chất

hữu cơ khó phân hủy + CO2 + H2O + NH3 + SO4 + … + Q

13


Nghiên cứu sử dụng phế thải của quá trình sản xuất hóa chất tinh chế làm phân bón

Những phản ứng sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, một
cách tổng quát, căn cứ vào sự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí
thành các pha sau:
-

Pha thích nghi: đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học

-

Pha ưa nhiệt: là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định chất
thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh nhiều nhất.

-

Pha trưởng thành: là giai đoạn nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ môi trường. Trong
pha này quá trình lên men diễn ra chậm, thích hợp cho việc hình thành chất keo
mùn (quá trình này chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành mùn), các chất
khoáng (sắt, canxi, nitơ) và cuối cùng thành mùn. Ngoài ra còn xảy ra các quá
trình nitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxi
hóa sinh học tạo ra nitrit và cuối cùng là nitrat.
Trong quá trình ủ hiếu khí, sự biến thiên nhiệt độ có thể chia làm 3 giai đoạn:

-

Giai đoạn nhiệt độ trung bình: kéo dài một vài ngày

-

Giai đoạn nhiệt độ cao: kéo dài từ một vài ngày đến một vài tháng

-

Giai đoạn làm mát và nhiệt độ ổn định: kéo dài vài tháng
Tương ứng với từng giai đoạn ủ khác nhau, các loài vi sinh vật ưu thế cũng

khác nhau. Quá trình phân hủy ban đầu do vi sinh vật chịu nhiệt trung bình chiếm
ưu thế cũng khác nhau, chúng sẽ phân hủy nhanh những hợp chất dễ phân hủy sinh
học. Nhiệt độ trong quá trình này sẽ gia tăng nhanh chóng do nhiệt mà các vi sinh
vật tạo ra. Khi nhiệt độ gia tăng lên 40oC các vi sinh vật chịu nhiệt trung bình sẽ
được thay thế bởi các vi sinh vật hiếu nhiệt. Khi nhiệt độ tăng lên 55oC và trên nữa
thì các vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ tăng lên 65oC sẽ có rất nhiều
loài vi sinh vật bị chết và nhiệt độ này cũng là giới hạn trên của quá trình phân hủy
hiếu khí.

14