Nghiên cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng xử lý nước thải giàu đạm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài :
NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ VI KHUẨN
CÓ HOẠT TÍNH PHÂN GIẢI PROTEIN CAO ỨNG
DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU ĐẠM
NGÀNH

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : CN. NGUYỄN HOÀNG MỸ
SINH VIÊN THỰC HIỆN
MSSV : 107111072

: NGUYỄN PHẠM HUYỀN
LỚP : 07DSH3

TP. HỒ CHÍ MINH, 2011


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay, Việt Nam đang trong công cuộc xây dựng kiến thiết đất nước theo
hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa với sự phát triển dân số và tốc độ đô thị hóa

cao. Cùng với các ngành nghề khác ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản đang
giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của cả nước. Tuy nhiên, bên cạnh
đó cũng gia tăng các vấn đề về môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước thải từ
các nhà máy chế biến. Việc tìm ra phương pháp xử lý nước thải sao cho hiệu quả
giảm tình trạng ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đang được quan tâm không chỉ
của các doanh nghiệp mà cả các nhà quản lý. Xử lý sinh học bằng các chủng vi
sinh vật với ưu điểm là phù hợp điều kiện tự nhiên, giảm chi phí năng lượng, hóa
chất, đơn giản, có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ sau xử lý đang là phương
pháp có tiềm năng. Trong đó hoạt động của các vi sinh vật giữ vai trò rất quan
trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống.
Trong nước thải thủy sản và chế biến thịt thì một số vi sinh vật có khả năng
phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ được quan tâm, đặc biệt là vi khuẩn thuộc
chi Bacillus. Các chủng vi sinh vật này đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như: công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp thực phẩm và được
chú ý hơn cả là trong lĩnh vực xử lý nước thải chứa nhiều đạm. Việc phân lập và
tuyển chọn các chủng vi khuẩn này được chúng tôi tiến hành trong đề tài: "Nghiên
cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng
trong xử lý nước thải giàu đạm"với mục đích từ nước thải ngành chế biến thủy
sản và thịt sẽ tìm ra được các chủng vi sinh vật nâng cao hiệu quả xử lý và góp
phần bảo vệ môi trường.
1.2 Ý nghĩa đề tài
1.2.1 Ý nghĩa khoa học

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Giúp bổ sung thêm một số chủng vi khuẩn mới phân lập được có hoạt tính
protease mạnh có thể ứng dụng vào xử lý nước thải giàu đạm
1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn
Giúp xử lý nước thải giàu protein đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường
ngành thủy sản nói riêng và môi trường nước nói chung.
Hình thành một vài chế phẩm sinh học phù hợp xử lý nước thải giàu đạm.
2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Lĩnh vực sử dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải hiện nay chưa được
nghiên cứu và công bố phổ biến. Tuy nhiên đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về
enzyme protease và vi sinh vật có khả năng phân hủy protein đặc biệt về vi khuẩn
Bacillus. Nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố và biết đến như:
 Trên thế giới
Năm 2002, B. Aslin, N. Saglam và Y. Beyatli đã nghiên cứu về một số đặc
điểm của Bacillus phân lập từ đất.
Năm 2005, tác giả S. Sharmin, Md. Towhid Hossain và M.N. Anwar thuộc
trường đại học Chittagong đã nghiên cứu các đặc điểm của protease từ Bacillus
amovivorus và tối ưu hóa một số yếu tố ảnh hưởng điều kiện sinh tổng hợp enzyme
protease.
 Ở Việt Nam
Năm 2004, Đỗ Thị Bích Thủy và Trần Thị Xô đã công bố đề tài về nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh enzyme protease từ một số chủng
Baciilus.
Tác giả Ngô Tự Thành, Bùi Việt Hà, Vũ Minh Đức và Chu Văn Mẫn đã
nghiên cứu về hoạt tính enzyme protease ngoại bào của một số chủng Bacillus mới
phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải.
3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Phân lập các vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein từ một số nguồn nước
thải thủy sản và chế biến thịt.
Khảo sát hoạt tính protease của các chủng vi khuẩn phân lập được.

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp tổng hợp tài liệu:
Nghiên cứu, thu thập tài liệu tham khảo, tài liệu internet liên quan đến đề tài
Phương pháp thực nghiệm:
 Phương pháp phân lập các vi khuẩn có khả năng phân giải protein từ một
vài nguồn nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản và thịt
 Phương pháp thử nghiệm sinh hóa các chủng vi khuẩn phân lập được
 Phương pháp xác định mật độ tế bào
 Phương pháp xác định hoạt độ protease từ vi sinh vật bằng phương pháp
Amano
 Phương pháp khảo sát hoạt độ protease của các chủng vi khuẩn phân lập
được
5. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Xác định được các đặc điểm hình thái và sinh hóa của 10 chủng có khả năng
phân hủy protein từ nước thải thủy sản và chế biến thịt
Xác định được hoạt độ phân giải protease và mật độ tế bào
Khảo sát được ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hoạt độ protease
6. KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Lời mở đầu
Chương 1: Tổng Quan
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và biện luận
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

1.1 Tổng quan về nước thải giàu đạm
1.1.1 Sơ lược về ngành sản xuất có nước thải giàu đạm
Nuôi trồng và chế biến thủy hải sản được xem là một trong những ngành
công nghiệp mũi nhọn ở Việt Nam. Theo số liệu thống kê của bộ thủy sản, có hơn
1.470.000 hecta mặt nước sông ngòi dùng cho nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra còn có
hơn 544.500.000 hecta ruộng trũng, 56.200.000 hecta hồ dùng để nuôi cá.
Mặt khác, nước ta nằm trong vùng có địa lý thuận lợi với bờ biển dài 3.260
km, vùng biển và thềm lục địa rộng lớn hơn 1 triệu km2 thích hợp cho việc nuôi
trồng thủy hải sản có giá trị kinh tế cao. Tổng trữ lượng cá tầng đáy vùng biển Việt
Nam có khoảng 1,7 triệu loài, khả năng cho phép khai thác khoảng 1 triệu tấn/năm.
Tổng trữ lượng cá tầng trên khoảng 1,2 – 1,3 triệu tấn. Nguồn lợi thủy sản chủ yếu
là tôm, cá, có khoảng 3 triệu tấn/năm nhưng hiện nay mới chỉ khai thác hơn 1 triệu
tấn/năm.

Theo báo cáo của tổng cục thống kê trong 6 tháng đầu năm 2010, xuất khẩu
thủy sản của Việt Nam đạt giá trị 2,047 tỷ USD tăng 17% so với cùng kỳ năm
2009. Trong đó tôm là sản phẩm xuất khẩu chủ lực của chiếm 35% sản lượng xuất
khẩu, còn lại là các sản phẩm khác.
Bảng 1.1: Sản lượng và kim ngạch xuất khẩu thủy sản giai đoạn 2007 – 6th/2010
Năm
Chỉ tiêu

2007

2008

2009

6th/2010

Sản lượng (nghìn tấn)

12

1239

1219

597,9

Kim ngạch (triệu USD)

3760

4510

4251

2047

( Nguồn: Hải quan Việt Nam - Tổng cục thống kê)

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Bảng 1.2: Sản lượng và kim ngạch các mặt hàng thủy sản xuất khẩu giai đoạn
2007 – 6th/2010
Mặt hàng

Sản lượng (nghìn tấn)
2007

2008

Kim ngạch( triệu USD)

2009

6th/2010 2007

2008

2009

6th/2010

Tôm

160,5 192

209

87,2

1500

1630

1692

718

Cá tra và basa

372

644

608

304

-

1460

1357

653

Loại khác

631,5 403

402

61,9

-

1420

1202

256

(Nguồn: Hải quan Việt Nam-Tổng cục thống kê)
Cùng với ngành nuôi trồng và khai thác thủy sản thì ngành chế biến thủy sản
đã có nhiều đóng góp trong thành tích chung của ngành thủy sản Việt Nam. Trong
những năm gần đây, khoảng 35% đầu ra của sản phẩm thủy sản được sản xuất để

xuất khẩu và phần còn lại được bán ra trên thị trường nội địa hoặc ở dạng tươi sống
(34,5%), hoặc đã qua chế biến (45,7%) dưới dạng bột cá, nước mắm, cá khô.
Bên cạnh sự phát triển của ngành thủy sản thì ngành giết mổ gia súc và chế
biến thịt cũng không ngừng lớn mạnh về qui mô cũng như phát triển về kỹ thuật
giết mổ và nó thật sự trở thành một ngành công nghiệp. Ở nước ta có thể thấy việc
giết mổ gia súc đang diễn ra hết sức phức tạp, manh mún, quy trình kỹ thuật giết mổ
từ rất nhỏ đến quy mô lớn dẫn đến chất lượng thịt không đảm bảo không đạt vệ sinh
an toàn thực phẩm. Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh có 41 cơ sở giết mổ (số liệu
đến ngày 13.3.2003), trong đó có 3 cơ sở được phép giết mổ trâu bò, có 7 cơ sở giết
mổ có công suất 300-1000 con heo/ ngày đêm.
1.1.2 Tính chất nước thải giàu đạm
 Nước thải chế biến thủy sản
Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa nồng độ các chất hữu cơ gây ô nhiễm
cao (các phế phẩm trong và sau chế biến, hóa chất xử lý), nhiều chất có chứa hàm
lượng nitrogen liên kết và lưu huỳnh. Các nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh
thường có lượng nước thải lớn so với các cơ sở chế biến hàng khô, nước mắm, đồ
hộp bình quân khoảng 50000m3 ngày.

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Giá trị các đặc tính nước thải chế biến thủy sản có phổ phân tán biến động tương
đối rộng nhưng chúng đều có đặc điểm chung là phụ thuộc vào loại nguyên liệu,
quy trình sản xuất và sản phẩm chế biến. Những yếu tố này quyết định thành phần,
đặc tính và mức độ ô nhiễm của cơ sở sản xuất chế biến.
Nhìn chung, hàm lượng chất hữu cơ trung bình dao động từ 300-3000 mg/l

COD, từ 200-2000 mg/l BOD5, từ 9,5-400 mg/l SS, hàm lượng nitơ tổng số từ 90270mg/l, photpho tổng từ 30-90mg/l. Trong đó nước thải có hàm lượng chất hữu cơ
cao nhất là nước máu cá và nước dính nhớt từ các cơ sở sản xuất bột cá, COD có
thể lên đến 93.000mg/l, BOD5 lên đến 76.000mg/l.
Tuy nhiên tùy từng giai đoạn mà các giá trị có sự thay đổi đáng kể, nước thải từ
các quá trình rã đông, sơ chế và rửa nguyên liệu cho tới khâu chế biến đồ hộp thủy
sản đông lạnh có độ đậm đặc cao và rất cao. BOD từ 1.000-10.0000 mg/l, SS từ
1.000-2.000 mg/l. Nước thải từ quá trình hấp, luộc có hàm lượng BOD từ 10.00020.000 mg/l, SS từ 1.000-10.000 mg/l. Nước thải từ quá trình ngâm và để ráo trong
sản xuất Jam bông, xúc xích thủy sản có COD từ 1.000-3.000 mg/l, SS từ 5002.000 mg/l. Nước thải từ quá trình vệ sinh công nghiệp có COD từ 400-2.000 mg/l
BOD từ 10-1.000 mg/l, SS từ 300-3.000mg/l.
Sau đây là một số kết quả phân tích thành phần và tính chất nước thải thủy
hải sản tham khảo tại một vài nhà máy chế biến thủy sản điển hình.
Bảng 1.3: Thành phần và tính chất nước thải tại nhà máy chế biến thuỷ hải sản ở Bà
Rịa - Vũng Tàu
Chỉ tiêu

Mức độ

BOD5

1000 – 2000 mg/l

Tổng chất rắn lơ lửng

1500 – 2000 mg/l

Tổng nitơ

75 – 230 mg/l

Tổng photpho

3 – 10 mg/l

pH

6,6 – 7, 9
(Nguồn: CEFINEA, 2002)

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Bảng 1.4: Thành phần và tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ hải sản Ngô
Quyền - Kiên Giang

Chỉ tiêu

Đơn vị

Nước thải

Nước thải

Nước thải

Nước thải

chế biến

chế biến

phân xưởng

mực

tôm

đông lạnh

6,62

7,32

7,14

7,08

pH

cống xả
phân xưởng
đông lạnh

TDS

mg/l

1440

1160

1640

1410

Độ đục

PTU

121

92

242

152

Độ màu

Pt-Co

1674

852

2273

1600

P - PO4

mg/l

21,01

12,56

3,75

12,44

SS

mg/l

9,5

55

36

32

N-amoni

mg/l

165,19

76

52,71

98

1000

1100

19000

-

893

336

230

1200

Coliform MPN/100ml
COD

mg/l

(Nguồn: CEFINEA, 2002)

Bảng 1.5: Đặc trưng thành phần và tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản

STT

Đặc trưng ô
nhiễm

Hàm lượng

Quy chuẩn Việt Nam
11:2008, loại B

1

BOD5

300-2000

50

2

COD

500-3000

80

3

SS

200-1000

100

4

pH

6,5-7,5

5,5-9

5

N

50-200

60

6

P

10-100

(Nguồn: CEFINEA, 2002)

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

 Nước thải chế biến thịt
Ngoài các cơ sở chế biến thủy sản thì các cơ sở giết mổ, chế biến thịt cũng
thải ra môi trường một lượng lớn nước thải có nồng độ ô nhiễm tương đối cao như
BOD5 từ 2.500-7.400 mg/l, COD từ 2.400-9.600mg/l.
Mặt khác nước thải của cơ sở chế thịt thường chứa một lượng lớn vi sinh vật.
Nếu không có biện pháp xử lý thì rất dễ gây ô nhiễm bởi các vi sinh vật gây bệnh,
gây ngộ độc nguồn nước sử dụng.
Ngoài ra ngành giết mổ là một ngành đòi hỏi sử dụng nước rất nhiều, hầu
như các công đoạn xử lý nguyên liệu đều có nhu cầu dung nước như khâu rửa sơ bộ
nguyên liệu, khâu làm rã nước đá đông lạnh, khâu xử lý nguyên liệu, khâu chế biến.
Nước thải của công nghiệp chế biến thịt gần giống như nước thải sinh hoạt
nhưng có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều, với nồng độ dầu, mỡ, axit béo rất cao,
ngoài ra còn có chất tẩy rửa lông.
Bảng 1.6: Đặc trưng thành phần tính chất nước thải chế biến thịt
STT

Thông số

Đơn vị

Hàm lượng

1

pH

-

5,3-8,9

2

Độ dẫn điện

-

2,8-6,1

3

Clo

mg/l

1,1-390

4

Chất rắn qua lọc

-

160-580

5

BOD5

mg/l

1500-7400

6

COD

mg/l

2400-9600

7

Chất béo

-

115-300

8

Axit hữu cơ

-

61-350

9

Nitơ amon

mg/l

230-1120

10

H2 S

-

0-20

11

Tổng P

mg/l

1,6-53

12

Độ cứng

-

35,6-125

13

Độ kiềm

-

30-70

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

1.1.3 Ảnh hưởng nước thải giàu đạm đến môi trường
Hiện nay tình trạng xả thải từ các cơ sở sản xuất thủy sản và thịt chưa qua xử
lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường
xung quanh, làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước, ảnh hưởng đến sức
khỏe của người dân và đến sự phát triển bền vững của đất nước. Đối với nước ngầm
tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước
ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh rất khó
xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt.
Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến
thuỷ sản, thit sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và

thủy sinh vật.
Các chất hữu cơ trong nước thải như cacbonhydrat, protein, chất béo khi xả
vào nguồn nước làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng
oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa
có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hòa tan giảm không
chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của
nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước sinh hoạt và công nghiệp.
Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, hạn chế độ sâu tầng
nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo,
rong rêu...Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên
thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây
bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè.
Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các
loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên thiếu hụt oxy.
Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến ánh sáng không
tới được các lớp nước bên dưới, cản trở quá trình quang hợp của các thực vật tầng
dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước,
ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước.

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Hình 1.1: Hiện trạng ô nhiễm nước thải thủy sản chưa qua xử lý
(Nguồn: Khoa học và đời sống)
1.1.4 Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong nước thải giàu đạm
Sự sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm sự tăng kích thước, số lượng tế bào,

phát triển tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật.Trong nước thải và các công trình
xử lý nước thải, sự sinh trưởng cũng là sự tăng số lượng tế bào và sự thay đổi kích
thước tế bào. Kích thước tế bào dao động xung quanh một giá trị trung bình thì việc
tính số lượng tế bào cũng phản ánh được sự tăng sinh khối của vi sinh vật.
Các vi sinh vật trong nước thải chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng, có thể đồng
hoá các chất hữu cơ trong nước thải (BOD) làm nguồn dinh dưỡng. Ngoài ra, các
chất dinh dưỡng cần thiết khác là nguồn nitơ (NH4+) và nguồn photpho (PO43-), các
nguyên tố khoáng khác như K, Mg, Ca, và các nguyên tố vi lượng (sắt, đồng, kẽm,
mangan). Các chất khoáng và vi lượng này thường rất phong phú trong nước thải
sinh hoạt. Các nguyên tố C, N, P cần cho sinh trưởng của vi khuẩn thường theo tỉ lệ
BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp, nhiều
trường hợp phải bổ sung các nguồn N và P từ bên ngoài nhằm đảm bảo quá trình
sinh trưởng phát triển của vi sinh vật hoặc phải khử trước các kim loại nặng gây độc
hại cho tế bào vi sinh vật.
Vi sinh vật sinh sản chủ yếu bằng cách phân chia tế bào, quá trình sinh sản phụ
thuộc vào điều kiện môi trường. Khi môi trường cạn kiệt các chất dinh dưỡng, pH
và nhiệt độ thay đổi khả năng sinh sản sẽ bị ngừng lại.

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Hình 1.2: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật
(1): Giai đoạn thích nghi
(2): Giai đoạn tăng trưởng logarit
(3): Giai đoạn giảm tốc
(4): Giai đoạn ổn định

(5): Giai đoạn suy vong
Quá trình sinh trưởng chia làm 5 giai đoạn:
 Giai đoạn thích nghi
Vi khuẩn vào môi trường chưa phát triển ngay mà còn cần một thời gian làm
quen với môi trường, cần cảm ứng sinh tổng hợp các enzyme thích hợp với cơ chất.
 Giai đoạn tăng trưởng logarit
Vi sinh vật phát triển theo hàm logarit và tốc độ tăng trưởng riêng đạt giá trị
cực đại. Trong suốt thời kỳ này các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời
gian sinh sản, khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn.
 Giai đoạn giảm tốc
Trong giai đoạn này, cơ chất dinh dưỡng trong môi trường đã giảm dần. Trong
một số trường hợp, phát triển chậm dần là do trong môi trường tích tụ các sản phẩm
ức chế được sinh ra trong quá trình chuyển hoá chất trong tế bào vi khuẩn.
 Giai đoạn ổn định

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Mật độ tế bào đạt tới giá trị cực đại, sự sinh trưởng dừng lại ngay cả khi tế bào
vẫn còn hoạt động chuyển hoá nào đó.
 Giai đoạn suy vong
Ở giai đoạn này các chất dinh dưỡng đã hết. Mật độ tế bào giảm do các tế
bào già chết và tỉ lệ chết cứ tăng dần lên. Tế bào vi khuẩn bị phân huỷ nội sinh hoặc
hô hấp nội bào và bị tự phân (autoliz).
Các giai đoạn này diễn ra trong môi trường ở cả điều kiện hiếu khí và kị khí. Giá
trị của các thông số phụ thuộc vào các loài vi sinh vật, hàm lượng cơ chất và nhiệt

độ, pH của môi trường.[2], [7]
1.1.5 Các vi sinh vật tham gia quá trình xử lý nước thải giàu đạm
Theo Nguyễn Đức Lượng (2003), các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất
hữu cơ hòa tan. Ngoài ra còn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở
dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt vi khuẩn bằng cách hấp phụ hay
keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình đồng hóa hay dị hóa. Phương pháp xử lý
sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật phân hủy các chất hữu
cơ nhiễm bẩn trong nước. Do vậy điều kiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước
thải phải là môi trường sống của của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ
có trong nước thải. Quá trình làm sạch nước thải nhờ vi sinh vật gồm 3 giai đoạn:
(i)

Các chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật

(ii)

Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào

trong tế bào vi sinh vật
(iii)

Chuyển hóa các chất này vào trong nội bào để sinh năng lượng và

tổng hợp vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.
Trong nước thải, thành phần của các chủng vi sinh vật hầu hết là hoại sinh
và dị dưỡng trong đó đa số là các vi khuẩn hiếu khí, kị khí hoặc kị khí tùy tiện như
các vi khuẩn: Bacillus, Alcahgenes, flavobacterium, Cytophag, Micrococcus,
Lactobacillus, Achromobacter. Các giống này thường gặp hầu hết ở các loại nước
thải, chúng có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ kể cả các chất hữu cơ tổng hợp
như polyvinyl alcohol – PVA và sống khá lâu trong môi trường nước. Trong đó

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

giống Bacillus phân hủy được nhiều dạng các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là protein
và tinh bột nhờ hệ enzyme đa dạng và khả năng thích nghi cao. Các giống
Alcaligenes và Flavobacterium cũng khá quan trọng gần như hai giống trên, ở nơi
nào có sự phân hủy của protein là có hai giống này.

A: Vi khuẩn Flavobacterium

B: Vi khuẩn Bacillus

C: Penicillium

D: Aspergillus oryzae

Hình 1.3: Một số vi sinh vật trong nước thải giàu đạm
Vi khuẩn Bacillus là trực khuẩn gram dương, đứng riêng rẽ hoặc kết thành
dạng chuỗi. Có khả năng tạo enzyme protease và amylase, có khả năng sinh bào tử

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

và sống hiếu khí ( hoặc kỵ khí tùy tiện ). Nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 350C đến
400Ctối đa tới 600C. Ở pH dưới 6,5 chúng ngừng phát triển.
Bên cạnh đó nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc có enzyme protease đều
phân hủy được protein như Streptomyces, Actinomyces, nhiều loài nấm mốc thuộc
giống Aspergillus, Penicillium.[2], [6]
1.2 Tổng quan về quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ giàu đạm nhờ vi
sinh vật
1.2.1 Quá trình amon hóa
Trong nước và trong đất luôn luôn tồn tại nhiều xác động thực vật. Xác
động vật và thực vật chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Các hợp chất hữu cơ
thường không được thực vật sử dụng trong quá trình trao đổi chất, thực vật chỉ có
thể sử dụng các hợp chất vô cơ dạng hòa tan. Do đó các hợp chất hữu cơ khi thải
vào môi trường nước nếu không được vi sinh vật phân hủy thành các hợp chất vô cơ
hòa tan sẽ không được thực vật sử dụng. Như vậy một mặt vi sinh vật như một sinh
vật làm sạch môi trường ô nhiễm bởi các chất hữu cơ chứa nitơ, một mặt như một
tác nhân trung gian chuyển hóa các hợp chất khó tiêu đối với thực vật này thành các
chất dễ tiêu cho thực vật sử dụng. Các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ trong môi
trường nước còn bị phân hủy bởi các động vật khác. Tuy nhiên sự phân hủy này xảy
ra chủ yếu là do vi sinh vật. Vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình
chuyển hóa protein thành các hợp chất vô cơ. Như vậy quá trình amon hóa là quá
trình phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ và giải phóng ammoniac.
a. Quá trình phân giải ure
Ure là sản phẩm của quá trình trao đổi chất của con người và động vật. Ure
chủ yếu có trong nước tiểu của người và động vật. Ngoài ra ure được đưa vào môi
trường nước nhiều từ việc sử dụng phân bón hóa học. Thực vật hầu như hoàn toàn
không có khả năng sử dụng ure trực tiếp. Chính vì thế chúng cần chuyển hóa thành
muối amon. Vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hóa này gồm các giống thuộc
Urebacterium. Hầu hết chúng thuộc họ Cocoaceae và Bacilacaea . Cụ thể chúng

bao gồm các loài như: Sarcina hansenii, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris.

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Cơ chế chuyển hóa của chúng như sau:
CO + H2O
(NH4)2CO3

CO + 2NH3

(NH4)2CO3

2 NH3 + CO2 + H2O

b. Quá trình amon hóa protein
Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa protein nhờ các vi
khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành các hợp
chất đơn giản hơn là polypeptide, oligopeptide. Qúa trình này có thể xảy ra trong
điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí.
* Cơ chế :
Nhóm vi sinh vật phân hủy protein có khả năng tiết ra enzyme protease bao
gồm proteinase và peptidase. Enzyme protease xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết
liên kết peptide (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptide tạo sản phẩm là axit
amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận
chuyển axit amin.

Dưới tác dụng của enzyme proteinase phân tử protein sẽ được phân giải
thành các polypeptide và oligopeptide. Các chất này hoặc tiếp tục phân hủy thành
các axit amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào hoặc được tế bào vi khuẩn hấp thụ
rồi sau đó được phân hủy tiếp thành các axit amin trong tế bào. Một phần các axit
amin được tế bào vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tạo sinh khối. Một phần các
axit amin theo các con đường phân giải khác nhau để sinh NH3, CO2 và các sản
phẩm trung gian khác. Với các protein có chứa S, nhờ enzyme desulfurase của
nhóm vi khuẩn lưu huỳnh và các nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, sẽ bị phân hủy tạo
H2S, scatol, indol hay mercaptan .[7], [8]

1.2.2 Enzyme protease của vi sinh vật
Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản
xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế
biến thực phẩm…), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp, làm sạch môi
trường… Trong đó, lượng protease sản xuất từ vi khuẩn được ước tính vào khoảng
500 tấn, chiếm 59% lượng enzyme được sử dụng.
Ưu điểm lớn nhất của protease từ vi sinh vật là phong phú về chủng loại, có tính
đặc hiệu rộng rãi, cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng. Tuy nhiên, hệ
protease vi sinh vật lại phức tạp, bao gồm nhiều enzyme giống nhau về cấu trúc,
khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất.
Đối với sinh lý của vi sinh vật, protease đóng vai trò rất quan trọng. Có 2 loại

protease là protease ngoại bào và protease nội bào với các chức năng như sau :
Protease ngoại bào của vi sinh vật tham gia các quá trình phân giải ngoại bào
các protein để tạo ra các axit amin.
Các axit amin này sẽ được đưa vào trong tế bào tham gia tổng hợp sinh khối
hoặc cũng có thể bị phân giải để giải phóng năng lượng và sản phẩm bậc 2.

Hình 1.4: Quá trình phân giải protein ngoại bào
Protease nội bào của vi sinh vật tham gia quá trình cải biến protein,
enzyme, tạo ra các quá trình cung cấp năng lượng, vật liệu xây dựng, và sự tạo
thành bào tử của vi sinh vật.
Protease nội bào có thể tham gia vào việc hoàn thiện các chuỗi polypeptide
đã được tổng hợp như: tách gốc, tách một số gốc axit amin khỏi đầu N của chuỗi
polypeptide đã được tổng hợp. Protease nội bào tham gia phân hủy các protein nội
bào không còn tác dụng trong quá trình sinh lý của vi sinh vật.

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Hình 1.5: Quá trình hoạt động protease nội bào
1.2.3 Các vi sinh vật tham gia quá trình amon hóa protein
Bảng 1.7: Một số vi sinh vật tham gia quá trình amon hóa protein
Nhóm vi sinh
vật

Kiểu gây thối

Dạng phân hủy

Kị khí (yếm khí)
Bacillus putrificus

Phân hủy protein

Bacillus histolytics
Bacillus coligenes

Nhóm các vi
sinh vật có Phân hủy peptide
enzyme đơn
Phân

hủy

Bacillus faccalis
Algaligenes
Proteus zenkirii
Bacillus perfrigenes

Streptococus

Bacillus sporogenes

Straphylococus
Proteus vulgaris

Nhóm các vi

hỗn

Bacillus mensentericus

Bacillus orbiculus

axit

Phân hủy protein

enzyme

Bacillus pyocyaneum

Bacillus ventriculosus

amin

sinh vật có

Hiếu khí

Bacillus bifidus
Phân hủy peptide

Bacillus acidophilus
Bacillus butyricus

hợp

Phân

hủy

Bacillus lactic aerogen

axit

Bacillus aminophilus

amin

Bacillus coligenes

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Vi sinh vật tham gia quá trình phân giải protein rất đa dạng. Chúng thuộc các vi
sinh vật hiếu khí, yếm khí và hiếu khí tùy tiện được trình bày ở bảng 1.7 [2], [8]
1.3 Tổng quan về các phương pháp sinh học xử lý nước thải
1.3.1 Mục đích của quá trình xử lý nước thải
Mục đích quan trọng nhất của quá trình xử lý nước thải là làm giảm hàm
lượng chất hữu cơ hoặc loại bỏ những chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học
và có thể gây độc. Mục đích thứ hai là loại bỏ hoặc giảm bớt chất dinh dưỡng N và
P để hạn chế ô nhiễm cho nguồn nước nhận và nước ngầm nếu nước thải được đổ ra
đất. Mục đích thứ ba là làm bất hoạt những vi sinh vật gây bệnh, virus và các ký

sinh trùng có trong nước thải.
Một cách tổng quát, xử lý sinh học có thể chia thành hai nhóm phương pháp
lớn:
-

Nhóm các phương pháp hiếu khí: sử dụng những vi sinh vật hiếu khí hoạt

động trong điều kiện cung cấp oxy.
-

Nhóm các phương pháp kỵ khí: sử dụng những vi sinh vật kỵ khí hoạt

động trong điều kiện không có oxy.
1.3.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học
Cơ sở lý thuyết của các phương pháp xử lý sinh học là quá trình chuyển hóa
vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh
vật có trong tự nhiên nhờ khả năng chuyển hóa được rất nhiều nguồn cơ chất khác
nhau có trong nước thải.
Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước
thải tiếp xúc với tế bào vi sinh vật, sau đó các quá trình chuyển hóa vật chất diễn ra
với ba giai đoạn chính: (i) chuyển các vật chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào
vi sinh vật, (ii) khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch
nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào, (iii) chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh
vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.
Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa chất hữu cơ nhờ các
vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành các hợp

Trang 19

Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

chất đơn giản hơn là polypeptide, oligopeptide. Các chất này hoặc tiếp tục phân hủy
thành các acid amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào hoặc được tế bào vi khuẩn hấp
thụ rồi sau đó được phân hủy tiếp thành các acid amin trong tế bào. Một phần các
acid amin được tế bào vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tạo sinh khối. Một
phần các acid amin theo các con đường phân giải khác nhau để tạo ra NH3, CO2 và
các sản phẩm trung gian khác. Với các protein có chứa sulfure, nhờ enzyme desulfurase của nhóm vi khuẩn lưu huỳnh và các nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, sẽ bị
phân hủy tạo thành H2S.
Theo con đuờng thủy phân trong điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn, Bacillus,
Pseudomonas, Actinomyces, và các loài nấm men chuyển hóa nhanh tinh bột thành
đường. Sản phẩm đường này một phần bị phân hủy thành CO2 cùng các sản phẩm
khác, một phần được chuyển hóa tiếp tục theo các quá trình trao đổi chất khác trong
tế bào. Đối với cellulose, Cytophase và Sporocytophaga là hai loài có khả năng
phân hủy trong điều kiện hiếu khí mạnh nhất, tiếp theo là các loài Pseudomonas,
Vibrio, Myxobacterium, Actinomyces… Sản phẩm của quá trình phân hủy này là các
loại đường. Trong bùn lắng, quá trình phân hủy cellulose kỵ khí chủ yếu bởi Clostridium tạo thành các sản phẩm etanol, acid formic, acid lactic và CO2.
Có rất nhiều loài phân hủy chất béo. Quan trọng nhất là các loài, Vibrio,
Bacillus, Sarcine, Pseudomonas … Sản phẩm thủy phân là glycerin và acid béo nhờ
enzyme lipase nội bào và ngoại bào. Sau đó, glycerin và acid béo lại được chuyển
hóa thành nhiều sản phẩm khác.
Cùng với vai trò chuyển hóa vật chất, vi sinh vật còn tham gia tạo cặn lắng.
Nhờ quá trình sinh trưởng lơ lửng hoặc bám dính của vi sinh vật, các hạt chất bẩn
nhỏ liên kết lại thành các hạt chất bẩn lớn hơn và tăng cường quá trình sa lắng. Nấm
sợi và vi khuẩn có tiên mao là các loài đóng vai trò tạo cặn lắng nhiều nhất.
Trong nước thải, vi sinh vật luôn có mối quan hệ rất phức tạp. Quan hệ cạnh
tranh quyết định thành phần vi sinh vật. Quan hệ con mồi – săn mồi ảnh hưởng số
lượng vi sinh vật. Quan hệ cộng sinh, hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình chuyển hóa

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

vật chất làm phong phú và đa dạng cho hệ vi sinh vật trong nước thải. Các mối quan
hệ này quyết định khả năng, tốc độ và hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của vi sinh vật.
1.3.3 Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động sống của
vi sinh vật có khả năng phân hóa các hợp chất hữu cơ và các công trình thường
được áp dụng như sau:
Bùn hoạt tính chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí hoạt động trong điều kiện hiếu khí,
cần có oxy. Và quá trình phân huỷ chất hữu cơ dựa vào sự tiếp xúc của chất hữu cơ
với tế bào sinh vật (bông bùn) chuyển động lơ lửng trong nước thải, diễn ra quá
trình tăng trưởng lơ lửng.
Màng sinh học gồm hệ vi sinh vật tuỳ tiện: ở màng hiếu khí, phần ngoài màng là
vi khuẩn hiếu khí, ở giữa là các vi khuẩn tuỳ tiện và trong cùng là các vi khuẩn kị
khí, ở màng kị khí gồm các vi khuẩn kị khí chủ yếu và một số ít là tuỳ nghi. Và quá
trình phân hủy chất hữu cơ của màng sinh học dựa vào cơ chế hấp phụ các thành
phần hữu cơ trong nước thải một cách cố định, diễn ra quá trình tăng trưởng dính
bám.[6], [8]
1.4.3.1 Sinh trưởng lơ lửng – bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau chủ yếu là vi khuẩn, kết lại
thành bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng trong nước. Các bông này có
màu vàng nâu, dễ lắng, có kích thước từ 3 – 150 μm. Các chất keo dính trong khối
nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu,
mùi,…trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng dần

lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nước sáng màu, giảm lượng ô nhiễm, các
chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước sẽ được làm sạch.
Khi cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật trong nước thải cần quan tâm tới tỉ số
BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 hoặc 200 : 5 : 1 trong các công trình xử lý hiếu khí. Khi
cân bằng dinh dưỡng người ta có thể dùng NH4OH, ure và các muối amon làm nitơ
và các muối phosphat, supephosphat làm nguồn phospho.

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Các nguyên tố vi lượng: K, Mg, Ca, S, Fe, Mn, Zn… đều cần cho vi sinh vật
nhưng ở trong nước thải thường có đủ mặt các chất này và không cần phải bổ sung
thêm. Thiếu các nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm sinh trưởng và ngăn cản các quá
trình oxi hoá - khử trong tế bào vi sinh vật, làm giảm khả năng phân huỷ chất hữu
cơ có trong nước thải:
Nếu thiếu nitơ (dạng NH4+ là nguồn dinh dưỡng của vi sinh vật) lâu dài sẽ
làm cho vi sinh vật không sinh sản, tăng sinh khối, ngoài ra còn cản trở quá trình
hoá sinh làm cho bùn hoạt tính khó lắng, trôi theo nước ra khỏi bể lắng.
Nếu thiếu phospho sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật sợi phát triển như Nocardia hay Microthrix gây sự cố bung bùn trong bùn hoạt tính, làm cho quá trình lắng
chậm và giảm hiệu suất oxi hoá các chất hữu cơ của bùn hoạt tính.
Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 108 đến 1012 trên
1mg chất khô (chất rắn tách ra từ bùn hoạt tính bằng cách lọc hoặc ly tâm ở 100oC).
Phần lớn chúng là Pseudomonas, Achromobacter, Micrococcus, Flavobacterium,
Bacillus, Alcaligenes.
Các vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hoá NH3 thành N2 thấy có mặt trong
bùn như Nitromonas, Nitrobacter, Acinetobacter, Hyphomycrobium,Thiobacillus

Trong khối nhầy ta thấy có loài Zooglea, đặc biệt là Z.ramizoga rất giống
Pseudomonas. Chúng có khả năng sinh ra một bào nhầy chung quanh tế bào. Bao
nhầy này là một polyme sinh học, thành phần là polysaccarit, có tác dụng kết các tế
bào vi khuẩn lại thành hạt bông.
Trong bùn hoạt tính ta còn thấy các loài nguyên sinh động vật. Chúng đóng vai
trò khá quan trọng trong bùn. Chúng cũng tham gia phân huỷ các chất hữu cơ ở điều
kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổi quần thể vi sinh vật trong bùn, giữ cho bùn
luôn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già
hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng
lại làm xốp khối bùn, kích thích vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân huỷ các
chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết lắng bùn nhanh. Trong bùn hoạt tính thấy có đại
diện của 4 lớp Protozoa là Sarcodina, Mastogophora, Ciliata và Suctoria. Hay gặp

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

nhất là giống Amoeba thuộc lớp Sarcodina. Các loài Cladocera thì lọc các tế bào vi
khuẩn và cả chất hữu cơ chết, lọc tảo sợi, có ích trong việc làm giảm độ đục của
nước thải sau xử lý. Người ta lấy chỉ tiêu Protozoa để xác định chất lượng bùn hoạt
tính, bùn có chất lượng cao thì cứ 1 triệu tế bào vi khuẩn phải có 10 – 15 protozoa.
1.4.3.2 Sinh trưởng dính bám – màng sinh học
Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá mang, các vi sinh vật (chủ yếu là
vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt. Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra
các polysaccharide có tính chất như là các chất dẻo (gọi là polyme sinh học), tạo
thành màng – màng sinh học. Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh
khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên các chất mang. Màng này có khả năng

oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải khi nước chảy qua hoặc tiếp xúc với
màng, ngoài ra màng này còn khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng
giun sán…
Như vậy, màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt tính
oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng. Màng này dày từ 1 –
3mm và hơn nữa. Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màu
vàng xám đến màu nâu tối. Trong quá trình xử lý, nước thải chảy qua lớp vật liệu
lọc có thể cuốn theo các hạt của màng vỡ với kích thước 15 – 30 mm có màu sáng
vàng hoặc nâu.
Các công trình xử lý nước thải ứng dụng màng sinh học trên để loại bỏ các chất
hữu cơ nhiễm bẩn ra khỏi nước thải. Cơ chế hoạt động của các công trình dựa trên
lớp vật liệu lọc, tạo thành giá đỡ để hình thành màng sinh học. Vật liệu lọc có thể
được thí nghiệm đơn giản với cát, sỏi được xếp như sau: ở dưới cùng là các lớp sỏi
cuội đã rửa sạch có kích thước nhỏ dần theo chiều cao của lớp lọc, ở lớp trên được
trải lớp cát vàng hạt to rồi đến nhỏ. Nước thải đã được lọc qua lớp màng sinh học sẽ
thấm qua lớp cát nhỏ trên cùng rồi thấm dần qua lọc. Màng này được tạo thành từ
hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và có cả động vật
nguyên sinh.

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Phạm Huyền

Màng sinh học trong các công trình lọc sinh học chủ yếu là các vi khuẩn hiếu
khí, nhưng thực ra phải coi đây là hệ tuỳ tiện, màng còn có các vi khuẩn tuỳ tiện và
kị khí. Ở ngoài cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy các loài trực khuẩn
Bacillus. Lớp trung gian là các vi khuẩn tuỳ tiện như Pseudomonas, Alcaligenes,

Flavobacterium, Micrococcus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là kị khí, có
vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh và khử nitrat là Desulfovibrio. Phần dưới cùng của
lớp màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự có mặt của động vật nguyên sinh và một
số vi sinh vật khác. Các loài này sử dụng một phần màng sinh học làm thức ăn tạo
thành các lỗ nhỏ của màng trên bề mặt chất mang. Quần thể vi sinh vật của màng
sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính.
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học
Nồng độ chất hữu cơ: chất hữu cơ có trong nứơc thải phải là cơ chất dinh
dưỡng nguồn cacbon và năng lượng cho vi sinh vật. Các hợp chất hidrocacbon,
protein, lipit hoà tan thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.
COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5 mới có thể đưa vào xử lí sinh học (hiếu khí),
nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong đó gồm có xenlulozơ, hemixenlulozơ,
protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kị khí. Và tỉ tệ chất hữu cơ của
nước thải đầu vào các công trình xử lý sinh học theo tỉ số sau BOD5 : N : P = 100 :
5 : 1 hoặc 200 : 5 : 1 trong xử lý kéo dài. Nếu trong các công trình bùn hoạt tính,
thiếu nitơ lâu dài, ngoài sự cản trở tạo tế bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đổi
chất của vi sinh vật và còn làm cho bùn khó lắng, các hạt bông trôi nổi làm cho
nước khó trong. Thiếu phospho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, là nguyên
nhân chính làm cho bùn phồng lên, khó lắng. Để cân đối dinh dưỡng có thể dùng
các muối amon và phosphat như urê hay supephosphat vào nước thải để tăng nguồn
N và P. Cần loại bỏ bớt các chất hữu cơ khó phân huỷ trong nước thải đầu vào như :
lignin, kitin…, có thể loại bỏ hiệu quả các chất trên ở giai đoạn xử lý hoá lý .
pH của nước thải : có ảnh hưởng đến các quá trình hoá sinh của vi sinh vật.
Quá trình tạo màng sinh học, quá trình tạo bùn và lắng. pH thích hợp cho vi khuẩn

Trang 24