Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ THU LAN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

HÀ NỘI – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ THU LAN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62420201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. Nguyễn Văn Cách

HÀ NỘI - 2018

ii


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS. TS. Nguyễn Văn Cách người Thầy
đã hướng dẫn và giúp tôi định hướng trong nghiên cứu khoa học, trợ giúp tài chính phục
vụ nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ phòng Công nghệ xử lý
nước, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đây
không chỉ là nơi đào tạo giúp tôi trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học
mà còn là nơi để tôi chia sẻ những khúc mắc gặp phải trong quá trình thực hiện luận án.
Lãnh đạo phòng đã tạo điều kiện về mặt thời gian và trang thiết bị để tôi thực hiện trong
suốt quá trình làm luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ nhiệm đề tài KC 08.04, TS. Đỗ Tiến Anh, Viện
Khoa học khí tượng thủy văn đã hỗ trợ kinh phí và thiết bị thí nghiệm cho các nội dung
nghiên cứu thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô của bộ môn vi sinh- hóa sinh- sinh học
phân tử, Viện Công nghệ sinh học và Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,
những kiến thức mà tôi được tiếp thu, tích lũy trong suốt thời gian học tập tại đây từ khi là
một sinh viên đại học là nền tảng không thể thiếu để tôi có đủ khả năng tiếp thu, trau dồi
kiến thức mới phục vụ cho các nghiên cứu trong luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện đào tạo sau đại học đã giúp đỡ và
hướng dẫn tận tình cho tôi các mẫu giấy tờ văn bản trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành luận án.
Để hoàn thành luận án này không thể không nhắc tới sự hỗ trợ và khuyến khích về
tinh thân của những người thân trong gia đình và bạn bè.
Hà Nội, ngày........tháng

năm 2018

Tác giả luận án

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận án là trung thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa được ai công
bố trong bất kì một công trình nghiên cứu nào.
Hà nội, ngày ...........tháng ............năm 2018
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận án

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1
1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
1.1. Hiện trạng giết mổ gia súc............................................................................................ 4
1.1.1. Hiện trạng quy trình giết mổ và nguồn phát thải chất thải trong quá trình giết mổ
gia súc .............................................................................................................................. 4
1.1.2. Đặc tính nước thải và nguồn thải ngành giết mổ gia súc ........................................ 6
1.2. Các công nghệ xử lý nước thải giết mổ ....................................................................... 9
1.2.1. Phương pháp cơ học và hóa lý ................................................................................ 9

1.2.1.1. Phương pháp cơ học ......................................................................................... 9
1.2.1.2. Phương pháp hóa lý........................................................................................ 10
1.2.1.3. Phương pháp lọc ứng dụng vật liệu nano ....................................................... 10
1.2.2. Phương pháp sinh học ........................................................................................... 11
1.2.2.1. Phương pháp sinh học kị khí .......................................................................... 11
1.2.2.2. Phương pháp hiếu khí .................................................................................... 12
1.2.3. Các nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc .................................. 14
1.2.3.1. Các công nghệ nghiên cứu và áp dụng tại các cơ sở giết mổ trên thế giới .... 14
1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc của Việt
Nam

....................................................................................................................... 17

1.2.4. Giải pháp công nghệ xử lý có khai thác chất ô nhiễm trong bể xử lý sinh học tích
hợp đa chức năng ............................................................................................................ 20
1.2.4.1. Nguyên lý hoạt động bể tích hợp năm chức năng .......................................... 20
1.2.4.2. Ứng dụng giải pháp công nghệ bể tích hợp năm chức năng trong xử lý nước
thải

....................................................................................................................... 22

1.3. Giải pháp công nghệ xử lý nước thải ngành giết mổ gia súc bằng phương pháp
sinh học ............................................................................................................................... 22
1.3.1. Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý sinh học .................................................. 22
1.3.2. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất hữu cơ, nitơ trong nước ..................................... 23
1.3.3. Giải pháp công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính ...................................................... 26

v

1.3.4. Chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải .......................................................... 29
1.3.4.1. Vi sinh vật trong nước thải ............................................................................. 29
1.3.4.2. Vi khuẩn thuộc chi Bacillus ........................................................................... 29
1.3.4.3. Mục tiêu phân lập chọn chủng vi sinh vật...................................................... 31
1.3.4.4. Tổng quan về chế phẩm vi sinh ..................................................................... 32
1.3.4.5. Các nghiên cứu ứng dụng chế phẩm VSV ..................................................... 34
1.4. Định hướng nghiên cứu và phát triển giải pháp công nghệ của Luận án ............. 37
1.4.1. Cơ sở khoa học trong xây dựng hướng nghiên cứu của Luận án .......................... 37
1.4.2. Hướng phân giải protein ........................................................................................ 38
1.4.3. Tông hợp các hướng phát triển công nghệ trong luận án ...................................... 39
2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 42
2.1. Vật liệu ......................................................................................................................... 42
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 42
2.1.2. Hoá chất thí nghiệm............................................................................................... 42
2.1.3. Thiết bị phân tích ................................................................................................... 42
2.1.4. Môi trường ............................................................................................................. 43
2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 43
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu ............................................................................................ 43
2.2.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước .................................................... 44
2.2.3. Phương pháp vi sinh vật ........................................................................................ 44
2.2.3.1. Phân lập .......................................................................................................... 44
2.2.3.2. Phương pháp tuyển chọn................................................................................ 45
2.2.4. Định danh tên vi sinh vật bằng phương pháp hóa sinh ......................................... 47
2.2.4.1. Thử hoạt tính catalase .................................................................................... 47
2.2.4.2. Khả năng sử dụng một số loại đường ............................................................ 48
2.2.5. Phương pháp định danh bằng phương pháp sinh học phân tử............................... 48
2.2.5.1. Tách DNA tổng số từ vi khuẩn ...................................................................... 48
2.2.5.2. Nhân khuyếch đại gen bằng phản ứng PCR .................................................. 48
2.2.5.3. Tinh sạch sản phẩm PCR ............................................................................... 49
2.2.5.4. Xác định trình tự chuỗi nucleotid và so sánh tương quan trình tự gen .......... 49

2.2.6. Tạo chế phẩm ........................................................................................................ 49
2.2.6.1. Khảo sát các điều kiện lên men thu sinh khối của chủng............................... 49
2.2.6.2. Lên mem thu sinh khối của các chủng VSV tuyển chọn để tạo chế phẩm .... 50

vi


2.2.6.3. Phương pháp tạo chế phẩm ............................................................................ 51
2.2.7. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí nghiệm.................. 53
2.2.7.1. Phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mô bình 5l ............................................. 53
2.2.7.2. Phương pháp xử lý hiếu khí bán liên tục quy mô 35l .................................... 54
2.2.8. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô pilot hiện trường 20 m3/ngày
............................................................................................................................ 58
2.2.8.1. Xác định thời gian khởi động của bể tích hợp năm chức năng ...................... 58
2.2.8.2. Xác định hiệu suất xử lý COD trong các chế độ............................................ 58
2.2.8.3. Xác định hiệu suất xử lý TN trong các chế độ ............................................... 59
2.2.8.4. Đánh giá tính ổn định của chế phẩm .............................................................. 59
3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................ 60
3.1. Khảo sát đặc trưng nước thải giết mổ gia súc của một số cơ sở khu vực Hà Nội . 60
3.1.1. Cơ sở giết mổ Thịnh An ........................................................................................ 60
3.1.2. Cơ sở giết mổ trâu bò Khắc Ngoan ....................................................................... 61
3.2. Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn thích ứng để xử lý nước thải giết mổ gia súc ....... 64
3.2.1. Phân lập vi khuẩn .................................................................................................. 64
3.2.2. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn phân lập ............................................................. 65
3.2.2.1. Kiểm tra năng lực phân giải cơ chất của các chủng phân lập ........................ 65
3.2.2.2. Khả năng sinh trưởng, phát triển của các chủng tuyển chọn ......................... 66
3.2.2.3. Năng lực loại bỏ COD trong nước thải giết mổ gia súc của các chủng tuyển
chọn

....................................................................................................................... 68

3.2.3. Định tên các chủng vi sinh vật tuyển chọn ............................................................ 71
3.2.3.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của các chủng ..................................... 72
3.2.3.2. Định tên chủng bằng phương pháp sinh học phân tử ..................................... 74
3.3. Thử nghiệm tạo chế phẩm vi sinh vật ....................................................................... 77
3.3.1. Thử nghiệm xác định các điều kiện lên men thu sinh khối vi khuẩn .................... 77
3.3.1.1. Lựa chọn môi trường thích hợp ..................................................................... 78
3.3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến môi trường ............................................................... 79
3.3.1.3. Nhu cầu oxy hòa tan đến năng lực phát triển sinh khối vi sinh vật ............... 81
3.3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến năng lực phát triển sinh khối VSV ....... 81
3.3.1.5. Trạng thái sinh trưởng và phát triển của các chủng đã tuyển chọn ................ 83
3.3.2. Tạo chế phẩm ........................................................................................................ 84
3.3.2.1. Khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của các chủng tuyển chọn ........... 84

vii


3.3.2.2. Xác định khả năng kết lắng của sinh khối với chất không hòa tan ................ 87
3.3.3. Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc .................................... 88
3.3.3.1. Kiểm tra sự tương hỗ của các chủng vi khuẩn thí nghiệm ............................. 88
3.3.3.2. Quy trình công nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật ............................................... 89
3.3.3.3. Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm vi sinh vật....................................................... 91
3.4. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô
phòng thí nghiệm ............................................................................................................... 92
3.4.1. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc bằng
phương pháp hiếu khí theo mẻ trên quy mô bình 5l ....................................................... 92
3.4.1.1. Năng lực xử lý COD ...................................................................................... 92
3.4.1.2. Năng lực xử lý nitơ tổng ................................................................................ 93
3.4.1.3. Xác định MLSS qua các mẻ xử lý ................................................................. 96
3.4.1.4. Diến biến chất ô nhiễm theo thời gian xử lý của chế phẩm ........................... 97

3.4.2. Xử lý nước thải giết mổ bằng phương pháp hiếu khí bán liên tục quy mô 35 l .... 98
3.4.2.1. Chỉ số thể tích bùn lắng (SVI) ....................................................................... 99
3.4.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý .............................................. 100
3.4.2.3. Ảnh hưởng của MLSS đến hiệu suất xử lý .................................................. 104
3.4.2.4. Đánh giá chất lượng bùn thải ....................................................................... 105
3.5. Thử nghiệm năng lực xử lý của chế phẩm ngoài hiện trường trên mô hình xử lý
quy mô pilot 20 m3/ngày.................................................................................................. 107
3.5.1. Theo dõi giai đoạn khởi động của hệ thống ........................................................ 107
3.5.2. Theo dõi vận hành của hệ thống khi ổn định....................................................... 108
3.5.2.1. Biến thiên pH và DO trong bể tích hợp chức năng ...................................... 109
3.5.2.2. Biến thiên của COD trong hệ thống pilot .................................................... 110
3.5.2.3. Hiệu quả xử lý T-N ...................................................................................... 110
4. KIẾN NGHỊ.................................................................................................................. 115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 116
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 117
6. PHỤ LỤC...................................................................................................................... 126

viii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Kí hiệu

Tiếng Việt

Tiếng Anh

ATTP

An toàn thực phẩm

Food safety

BOD5

Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày

Biochemical oxygen Demand

COD

Nhu cầu oxy hóa học

Chemical Oxygen Demand

CSGM

Cơ sở giết mổ

Cattle slaughterhouse

DO

Oxy hòa tan

Dissolved Oxygen

F/M

Thức ăn/mật độ vi sinh

Food/Microorganism

MBR

Bể phản ứng kiểu màng sinh học

Membrane bioreactor

MLSS

Chất rắn lơ lửng trong bể phản ứng

Mixed Liquor Suspended Solid

MLVSS

Tổng chất lơ lửng bay hơi trong bể

Mixed Liquor Volatile Suspended

phản ứng

Solid

OLR

Tải trọng hữu cơ

Organic Loading Rate

SBAR

Thiết bị khí nâng hoạt động theo

Sequencing Batch Airlift Reactor

mẻ
SBR

Bể phản ứng hoạt động theo mẻ

Sequencing Batch Reactor

SS

Cặn lơ lửng

Suspended Solid

SV30

Thể tích bùn lắng sau 30 phút

SVI

Chỉ số thể tích bùn

Sludge Volume Iudex

TN

Tổng nitơ

Total nitrogen

TP

Tổng phốt pho

Total phosphorus

TSS

Tổng cặn lơ lửng

Total Suspendid Solid

KBSCP

Không bổ sung chế phẩm

Unbioaugmentation

BSCP

Bổ sung chế phẩm

Bioaugmentation

LWK

Tổng khối lượng thịt trên tổng số

Live Weight Kilogram

động vật giết mổ
SWW

Nước thải lò mổ

Slaughterhouse wastewater

VSV

Vi Sinh Vật

Microorganism

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Quy trình giết mổ trâu, bò thủ công ................................................................................... 4
Hình 1.2. Quy trình giết mổ trâu, bò, lợn theo phương pháp bán thủ công ....................................... 5
Hình 1.3. Biểu đồ minh họa về tỷ lệ các hệ thống xử lý nước thải ngành giết mổ gia súc xử lý đạt
quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường ..................................................................................... 18
Hình 1.4. Nguyên lý cấu tạo và vận hành của bể tích hợp năm chức năng và điều chỉnh được ..... 20
Hình 1.5. Quá trình bùn hoạt tính .................................................................................................... 26
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc vận hành của công nghệ xử lý nước thải sử dụng nhiều giải đoạn .......... 27

Hình 1.7. Biểu đồ chi phí của hệ thống xử lý sinh học nước thải sử dụng bùn hoạt tính................. 28
Hình 1.8. Chi phí tiêu hao điện năng trong hệ thống xử lý sinh học bùn hoạt tính ......................... 28
Hình 1.9. Nguyên lý chuyển hóa vi sinh các chất ô nhiễm trong xử lý nước thải ............................ 37
Hình 1.10. Cơ chế tóm tắt quá trình ôxy hóa-khử sinh học trong xử lý nước thải........................... 38
Hình 1.11. Quá trình chuyển hóa của protein.................................................................................. 39
Hình 1.12. Sơ đồ công nghệ trong luận án ...................................................................................... 40
Hình 2.1. Sơ đồ mô hình hệ pilot trong phòng thí nghiệm .............................................................. 55
Hình 3.1. Biểu đồ năng lực phát triển sinh khối của các chủng C................................................... 67
Hình 3.2. Biểu đồ năng lực phát triển sinh khối của các chủng M .................................................. 68
Hình 3.3. Biểu đồ năng lực xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật .................... 69
Hình 3.4. Biểu đồ hiệu suất xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật tuyển chọn . 69
Hình 3.5. Biểu đồ năng lực xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật tuyển chọn.. 70
Hình 3.6. Biểu đồ hiệu xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật tuyển chọn ......... 70
Hình 3.7. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ............................... 72
Hình 3.8. Ảnh chụp bản điện di đồ sản phẩm PCR nhân gen mã hóa 16S rDNA của 3 .................. 74
Hình 3.9. Cây phân loại của chủng M2 dựa vào trình tự gen mã hóa 16S rDNA ........................... 75
Hình 3.10. Cây phân loại của chủng C1 dựa vào trình tự gen mã hóa 16S rDNA .......................... 76
Hình 3.11. Cây phân loại của chủng C8 dựa vào trình tự gen mã hóa 16S rDNA .......................... 77
Hình 3.12. Ảnh hưởng của môi trường đến sinh trưởng của chủng vi sinh vật ............................... 79
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH môi trường đến sự phát triển của các chủng vi khuẩn tuyển chọn . 80
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thể tích dịch lên men đến sự phát triển của các chủng vi khuẩn tuyển
chọn .................................................................................................................................................. 81
Hình 3.15. Giá trị OD600nm tại các tỷ lệ cấp giống khác nhau ở thời điểm 24h ................................ 82
Hình 3.16. Trạng thái sinh trưởng và phát triển của chủng M2, C1, C8 ......................................... 83
Hình 3.17. Diễn biến mật độ vi sinh trong quá trình lên men của chủng M2, C1, C8 ..................... 84
Hình 3.18. So sánh năng lực xử lý COD của các chủng .................................................................. 85
Hình 3.19. Hiệu suất xử lý COD của các chủng .............................................................................. 86
Hình 3.20. Kết quả kiểm tra tính đối kháng của các chủng ............................................................. 88

vii

Hình 3.21. Quy trình tạo chế phẩm hoàn chỉnh ............................................................................... 91
Hình 3.22. Biểu đồ biểu diễn sự biến thiên COD trong các ngày thí nghiệm .................................. 92
Hình 3.23. Biểu đồ sự biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý COD trong các ngày thí nghiệm.......... 93
Hình 3.24. Biến thiên TN của bình bổ sung chế phẩm và bình không bổ sung chế phẩm ............... 94
Hình 3.25. Diễn biến nitơ đầu ra NO3+NO2 và NH4 ....................................................................... 94
Hình 3.26. Sơ đồ biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý TN ................................................................ 95
Hình 3.27. Biến thiên chỉ số MLSS qua các ngày thí nghiệm .......................................................... 96
Hình 3.28. Biến thiên chỉ số quan trắc COD theo thời gian xử lý ................................................... 97
Hình 3.29. Biến thiên của TN theo thời gian xử lý ........................................................................... 98
Hình 3.30. Bùn lắng tại các thời điểm khác nhau ............................................................................ 99
Hình 3.31. Sơ đồ biểu diễn biến thiên COD ở các tải lượng ......................................................... 101
Hình 3.32. Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý COD ............................................................ 101
Hình 3.33. Sơ đồ biểu diễn biến thiên TN và hiệu suất xử lý TN ................................................... 102
Hình 3.34. Sơ đồ biểu diễn biến thiên nồng độ nitrat, nitrit, amoni trong các chế độ thí nghiệm . 102
Hình 3.35. Biến thiên MLSS và hiệu suất xử lý COD .................................................................... 104
Hình 3.36. Biến thiên MLSS và hiệu suất xử lý TN ........................................................................ 105
Hình 3.37. Diễn biến pH, DO trong gian đoạn khởi động hệ thống .............................................. 107
Hình 3.38. Biến thiên hiệu suất xử lý COD, TN trong gian đoạn khởi động hệ thống .................. 108
Hình 3.39. Biến thiên pH và DO trong bể tích hợp chức năng ...................................................... 109
Hình 3.40. Diễn biến hiệu suất xử lý COD và COD đầu ra ........................................................... 110
Hình 3.41. Hiệu suất xử lý T-N ...................................................................................................... 111
Hình 3.42. Các thành phần nitơ trong nước thải đầu ra................................................................ 111

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc trưng nước thải giết mổ gia súc trên thế giới ............................................................. 8

Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải giết mổ gia súc trên Việt Nam ......................................................... 8
Bảng 1.3. Tổng hợp các công nghệ đã áp dụng cho xử lý nước thải giết mổ gia súc trên thế giới . 16
Bảng 2.1. Danh sách các thiết bị dùng trong quá trình nghiên cứu ................................................ 42
Bảng 2.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến hàm lượng sinh khối của chủng nghiên cứu 50
Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của thiết bị chính ................................................................................. 54
Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước thải tại các cơ sở giết mổ gia súc ....................... 63
Bảng 3.2. Kết quả phân lập và năng lực sinh tổng hợp enzyme các chủng phân lập được. ............ 64
Bảng 3.3. Năng lực phân giải hợp chất hữu cơ của các chủng phân lập ........................................ 66
Bảng 3.4. Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ............................................... 72
Bảng 3.5. Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của các chủng vi khuẩn thử nghiệm ..................... 73
Bảng 3.6 Các môi trường lên men khảo sát ..................................................................................... 78
Bảng 3.7 Đặc tính của chế phẩm ..................................................................................................... 87
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy chế phẩm ............................................................................ 89
Bảng 3.9. Tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối với chất mang ................................................................... 90
Bảng 3.10. Mật độ vi sinh và độ ẩm theo thời gian, nhiệt độ bảo quản chế phẩm .......................... 90
Bảng 3.11. chỉ số SV, SVI thông qua thời gian lắng ...................................................................... 100
Bảng 3.12. Chất lượng của bùn trong bể thí nghiệm quy mô 35L ................................................. 106

ix


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Theo báo cáo ngành hàng thịt năm 2014 và triển vọng năm 2015 của Agroinfo [1],
sản lượng thịt trâu hơi xuất chuồng đạt khoảng 86,9 nghìn tấn, tăng 1,6% so với năm 2013;
sản lượng thịt bò xuất chuồng đạt khoảng 292,9 nghìn tấn, tăng 2,6%; sản lượng thịt lợn
hơi xuất chuồng đạt 3,4 triệu tấn, tăng 3,1%. Mức tiêu thụ sản phẩm chăn nuôi bình
quân/người/năm 2014 ước đạt: 50,0 kg thịt hơi các loại (tăng 1,4% so 2013). Nhu cầu tiêu
thụ thịt tăng theo từng năm nên các cơ sở giết mổ cũng tăng theo thị trường. Theo Cục Thú
y, tính đến năm 2014 cả nước có 28.285 điểm GMGS, GC nhỏ lẻ. Trong đó, 12 tỉnh trọng

điểm phía bắc (tổng cộng 11.544 cơ sở, điểm giết mổ), mới chỉ có 59 cơ sở giết mổ tập
trung (chiếm 0,51%) [1]. Thực trạng hoạt động giết mổ gia súc gia cầm ở Việt Nam hiện
nay đang diễn ra ở mức báo động về ô nhiễm môi trường, vệ sinh thú y và an toàn thực
phẩm. Tại các cơ sở giết mổ tập trung, tuy đã xây dựng hệ thống xử lý chất thải; Nhưng
chất lượng kiểm soát an toàn vệ sinh môi trường tại nhiều cơ sở vẫn chưa đạt yêu cầu, nhất
là về tiếng ồn, ô nhiễm mùi và nguồn nước thải. Các điểm giết mổ nhỏ lẻ chủ yếu nằm
trong các khu dân cư thường được hình thành và phát triển một cách tự phát; Cơ sở vật
chất được đầu tư rất giản đơn, đến mức hầu như không có nơi dành riêng cho từng công
đoạn, không tách biệt giữa khu sạch và khu bẩn. Các loại chất thải như phân, nước, phụ
phẩm xả tràn lan khi giết mổ hoặc thải trực tiếp xuống sông, cống rãnh thoát nước trong
khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường khu vực nghiêm trọng. Các lò giết mổ tại nông thôn
và các thị trấn hay thành phố nhỏ thường có quy mô nhỏ và hầu như không có hệ thống
xử lý (một số các lò giết mổ ở nông thôn xây dựng bể tự hoại hay hầm biogas để xử lý
các chất thải rắn, lỏng này, song số các cơ sở có xây dựng có các hệ thống xử lý đơn giản
này là rất ít, mà hầu hết lượng chất thải rắn, lỏng giết mổ đều được thải trực tiếp ra
mương, ao hay đường đi gây mất vệ sinh và ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước của
người dân xung quanh.
Nước thải và chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, với điển hình là
chỉ số ô nhiễm nitơ cao, cùng với một số lượng vi khuẩn gây bệnh cao... Do đó, thực trạng
xả thải nước thải giết mổ gia súc gia cầm trực tiếp ra môi trường đã gây các tác động xấu
tới môi trường xung quanh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.
Hệ thống đường ống có thể thu gom các chất thải từ các lò giết mổ đưa tới các nhà
máy xử lý tập trung là không có vì tính chất các cơ sở giết mổ nằm giải rác các vùng. Bởi
vậy, xử lý tại nguồn đang là một trong các giải pháp được đánh giá hiệu quả và thích hợp

1


trong bối cảnh hiện nay. Tuy nhiên các giải pháp xử lý tại nguồn đang còn tồn tại nhiều bất
cập trong việc áp dụng thực tế cho các lò giết mổ như: đòi hỏi mặt bằng xử lý lớn, hệ thống

xử lý vận hành phức tạp, chi phí vận hành cao... Đây là những lý do khiến các lò giết mổ
hiện nay phần lớn không có hệ thống xử lý hoặc có nhưng chỉ mang tính chất đối phó. Để
khắc phục tình trạng này việc nghiên cứu tạo ra công nghệ thích hợp giải quyết được các
bất cập trên là vô cùng cần thiết.
Nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên, luận án đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung”.
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa để áp dụng
giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp khai thác chất ô nhiễm hữu cơ cho
đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia cầm, gồm các mục tiêu cụ thể sau:
-

Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với giải pháp tách thu

bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học (vi sinh vật bản địa, hiếu khí, có khả năng
đồng hóa nguồn cơ chất đa dạng, phát triển tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết
lắng thuận lợi và có năng lực cao trong xử lý nước thải giết mổ).
-

Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.

-

Thử nghiệm xây dựng quy trình công nghệ trong xử lý nước thải giết mổ gia súc có

thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
-

Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn và giết mổ trâu bò.

-

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của chế phẩm trên quy mô
phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường 20 m3/ngày.
Nội dung nghiên cứu:

-

Đánh giá chất lượng nước thải của một số cơ sở giết mổ gia súc ở khu vực Hà Nội.

-

Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học phù hợp, an toàn
và có năng lực ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.

-

Nghiên cứu điều kiện lên men và tạo chế phẩm vi sinh vật từ các chủng vi sinh vật
đã tuyển chọn.

-

Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng
thí nghiệm (bình 5l và 35l)

2


-

Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc trên
mô hình xử lý pilot ngoài hiện trường quy mô 20 m3/ngày.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

1. Về khoa học: Luận án đã tạo được chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với mục
tiêu tách thu được bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học và hiệu suất xử
lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90%.
2. Về thực tiễn: Luận án đã thử nghiệm kiểm định chế phẩm trên mô hình xử lý
PILOT ngoài hiện trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động đến trạng thái xử lý
ổn định chỉ sau 2 tuần, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B,
theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Kết quả mới:
1. Đã phân lập, tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bản địa phù hợp với mục tiêu xử
lý tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc. Các chủng này phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng
thuận lợi và có năng lực xử lý giảm nhanh các chỉ số ô nhiễm, trong đó lượng bùn lắng sau
10 phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian lắng phân ly thu
bùn thải.
2. Đã bước đầu khảo sát động thái của quá trình xử lý nước thải giết mổ gia súc và
cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng được ra khỏi hệ thống ngay
trong công đoạn xử lý sinh học đã làm tăng hiệu quả xử lý TN từ 66% lên 86%; Đồng thời,
đã thu được dữ liệu bước đầu về khả năng xử lý loại bỏ trực tiếp một phần cơ chất ô nhiễm
polymer và thí nghiệm đã chỉ ra trong thời gian lưu nước 1 ngày thì polymer được xử lý và
kéo theo bùn hoạt tính là 96% , mà không cần trải qua giai đoạn thủy phân.
3. Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo ra vào bể tích hợp trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc quy mô 20 m3/ngày và rút ngắn thời gian khởi động của hệ thống xuống mức 20
ngày, tăng hiệu suất xử lý COD và TN. Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%,
chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.

3

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

Hiện trạng giết mổ gia súc

1.1.1 Hiện trạng quy trình giết mổ và nguồn phát thải chất thải trong quá
trình giết mổ gia súc
Hiện tại ở Việt Nam đang tồn tại đồng thời 2 kiểu giết mổ là giết mổ thủ công
(dạng phân tán hay tập trung) và giết mổ quy mô công nghiệp. Đối với các cơ sở giết mổ
tập trung, gia súc được tập trung và giết mổ tại cơ sở này sau đó mang sản phẩm đi tiêu
thụ. Quy trình giết mổ tại các cơ sở tập trung này thường là giết mổ có tính thủ công (cơ sở
giết mổ tập trung cho các hộ gia đình thuê địa điểm để giết mổ) và số lượng gia súc giết
mổ đối với từng hộ gia đình là không nhiều.
Quy trình giết mổ trâu, bò tại các cơ sở giết mổ tập trung phương pháp thủ công
được minh họa trong hình 1.1
Trâu bò
đang sống
Thu mua

Nước

Giết mổ

Nước thải: chứa máu, mỡ,
tạp chất, BOD, COD,... cao
CTR: lông, phân, ....
Khí thải: khí than chứa bụi,
CO, SO2, NOx,...

Xương

Thịt

Than
Muối,
Vôi

Muối da

Sơ chế

.

Nước
thải

Bán sản xuất
thức ăn & đồ
mỹ nghệ

Tiêu thụ

Bán

Hình 1.1. Sơ đồ minh họa quy trình giết mổ trâu, bò thủ công [12]

Trâu, bò được thu mua từ nhiều nguồn, sau đó nhốt tạm trước khi giết mổ. Thông
thường thời gian giết mổ diễn ra vào ban đêm. Quá trình giết mổ được các thợ lò mổ thực

hiện ngay trên sàn xi măng qua các công đoạn: làm ngất trâu, bò; dội rửa sạch bằng nước

4


giếng khoan; cắt dời chân; lột da; lấy tiết khỏi ổ bụng; dóc – tách riêng thịt và xương; nội
tạng được chuyển đến khu riêng để làm sạch. Sau đó, phân loại ra ba nhóm chính: (i) thịt
được lọc riêng: mang đi tiêu thụ trực tiếp; (ii) xương: dùng làm nguyên liệu sản xuất độ mỹ
nghệ và một phần được cung cấp cho các nhà hàng, hoặc sản xuất thức ăn cho lợn, gà,...;
(iii) da: ngâm vôi, ngâm muối, sau đó đem bán cho các cơ sở có nhu cầu. Nội tạng được
làm sạch và bán, một phần lòng không ăn được có cơ sở thu mua riêng và sử dụng vào mục
đích tái chế thức ăn gia súc, thức ăn cho cá.
Quy trình giết mổ gia súc đang được áp dụng tại các cơ sở giết mổ tập trung thủ
công được thể hiện trên hình 1.2. Nguồn phát sinh xả thải của từng khâu trong quá trình
giết mổ được thể hiện trên hình 1.2.

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình giết mổ trâu, bò, lợn theo phương pháp bán thủ công [12]

5


Các nguồn phát sinh nước thải trong hoạt động giết mổ gia súc: nước rửa chuồng
nhốt tạm, nước nóng cạo lông, nước làm nội tạng và nước rửa thịt, nước rửa sàn [31, 46,
82]. Lượng nước dùng cho quá trình giết mổ phụ thuộc vào đối tượng giết mổ, phương
pháp giết mổ và lượng nước sử dùng dao động từ 1- 8,3 m3 [35,38,92,83] và lượng nước sử
dụng cũng phụ thuộc vào từng quốc gia theo báo cáo của Masse và cộng sự (2000) ở
Canada lượng nước dùng cho giết mổ 1 con lợn là 90 – 140 l [67], Tritt và cộng sự (1992)
[92] báo cáo lượng nước dùng cho giết mổ ở Đức là 200 – 600 l/con đối với lợn và 1000 –
1500 l/con đối với giết mổ trâu bò, theo Dương Thị Thu Hằng và cộng sự báo cáo lượng
nước dùng trong giết mổ lợn ở Việt Nam là 370 – 750 l/con [3]. Lượng nước thải ra chiếm

hơn 80% lượng nước sử dụng [46,43].
1.1.2 Đặc tính nước thải và nguồn thải ngành giết mổ gia súc
Nước thải của các cơ sở giết mổ gia súc thường bị ô nhiễm do các thành phần hữu
cơ như máu, mỡ, protein, nitơ, photpho, các chất tẩy rửa và chất bảo quản thực phẩm. Đối
với các lò giết mổ gia súc không có chế biến thịt thì thịt tươi sau khi mổ được vận chuyển
ngay ra khỏi cơ sở đến nơi tiêu thụ (chợ, cơ sở chế biến thực phẩm) nên hầu như không có
chất bảo quản (kho lạnh), do đó trong nước thải các chất tẩy rửa ít (chủ yếu dùng để tẩy
trùng dụng cụ, vệ sinh nhà xưởng). Nồng độ cao các chất ô nhiễm chứa trong nước thải
thường có nguồn gốc từ chất thải là máu trong khâu cắt tiết, phanh bụng, rửa sàn và từ
khâu làm lòng. Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ cao, chất béo, dầu mỡ và hợp
chất nitơ (protein, acid amin) [40],[37]. Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm lượng nitơ
trong nước thải tăng cao và máu cũng là thành phần hữu cơ ô nhiễm chính trong nước thải
giết mổ. Trong đó hàm lượng COD 1000 – 10.000 mg/L, BOD5 1000 – 8000 mg/l, TN 100
– 800 mg/l, TP 20 – 100 mg/l và chất béo 20 – 400 mg/l [75,59,95,74,58,47]. Theo tính
toán, khoảng 6,8 kg máu/gia súc đưa vào nước thải sẽ tương đương với 2,25 – 3,0 kg
BOD5/1000 kg LWK (LWK là tổng khối lượng thịt giết mổ trong một đơn vị thời gian quy
định). Lượng máu mất đi tương đương với tải lượng BOD5 sinh ra là 7,4 – 15 kg/1000kg
Kg LWK [25, 27, 46]. Nên việc hạn chế hay loại bỏ máu ra khỏi thành phần của nước thải
có ý nghĩa rất quan trọng. Giảm được chi phí trong vận hành hệ thống xử lý nước thải,
đồng thời máu cũng là nguồn cung cấp chế biến cho các loại thực phẩm khác. Trong nước
thải giết mổ gia súc còn chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh bao gồm Salmonella và Shigella,
trứng giun sán, coliform [70, 67, 95].
Khâu làm lòng là một trong các bước của lò mổ phát sinh ra một lượng lớn nước
thải và chất thải rắn ô nhiễm. Đối với loại gia súc là lợn, những chất chứa bên trong lòng

6


chiếm khoảng 6% trọng lượng sống của cơ thể (tính trung bình khoảng 6 kg/1 con lợn cân
nặng 100 kg) [69,3,47]. Như vậy khâu làm lòng thải một lượng lớn chất thải rắn, ở khâu

này chủ yếu là phân và thức ăn trong dạ dày do đó tách chất thải rắng riêng ở khâu này
cũng rất quan trọng, giúp giảm tải chất ô nhiễm cho quá trình xử lý nước thải và cũng có
thể tái sử dụng chất thải rắn, lơ lửng cho ao nuôi cá hoặc làm phụ phẩm phục vụ cho nông
nghiêp [34, 38, 21].
Theo số liệu điều tra của Cục Thú y (năm 2009, có khoảng 50 đến 78% các cơ sở
giết mổ có hệ thống xử lý nước thải nhưng rất đơn giản, hiệu quả xử lý thấp (trong thực tế,
nên gọi đây là các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường có lẽ chính xác hơn. Nước thải
giết mổ gia súc chứa nhiều loại vi trùng, virus, trứng ấu trùng giun sán gây bệnh dễ lan
truyền thành dịch do tập tục ăn ốc, nghêu, rau sống... Các vi trùng có thể kể đến như
Brecella, Samonella, Leptospira, Nitrobacteria Tuberculosis,...; virus gây lở mồm long
móng ; trứng giun sán ; nấm gây bệnh như Candida allican, Tricophytin sống trong nước
và gây bệnh cho người. Kết quả điều tra, tổng hợp thông tin hiện trạng áp dụng công nghệ
xử lý nước thải của nhóm thực hiện đề tài khi điều tra, khảo sát năm 2010 và 2011 thấp
hơn tỷ lệ này). Đối với các cơ sở giết mổ nhỏ ở nông thôn diện tích đất rộng thường làm hệ
thống xử lý tự chảy qua hầm kỵ khí (kiểu hầm tự hoại) hoặc túi biogas. Nước thải sau xử lý
chảy ra hồ tự thấm. Nhiều chủ cơ sở không nhận thức được sự nguy hại của chất thải lò
mổ, chỉ xây hệ thống xử lý chất thải để đối phó, không vận hành, không kiểm tra, không tu
bổ, sửa chữa. Kết quả phân tích 180 mẫu nước thải do Cục Thú y thực hiện cho thấy các
chỉ tiêu như Coliform, E.coli, Clostridium,... đều vượt giới hạn cho phép, trên 30% số mẫu
phát hiện Salmonella (+). Toàn bộ 100% mẫu nước thải đều không đạt quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về môi trường (cột B) đối với các chỉ tiêu cơ bản như COD, BOD, SS, nitơ tổng
số, phospho tổng số. Lượng gây ô nhiễm cao gấp nhiều lần so với quy chuẩn cho phép.
Phần lớn các cơ sở, điểm giết mổ nhỏ lẻ không được kiểm soát thú y, không được hướng
dẫn giám sát, xử lý chất thải do đó gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Lượng COD, BOD, số
lượng vi sinh vật gây bệnh trong chất thải lò mổ cao không chỉ làm giảm khả năng tự làm
sạch của nước, tạo ra nhiều chất khí tạo mùi như NH3, H2S gây ô nhiễm môi trường không
khí xung quanh, ô nhiễm nước mặt và nước ngầm mà còn là nguyên nhân gây lan truyền
mầm bệnh từ động vật sang người, gây mất an toàn vệ sinh thực phẩm, giảm sức cạnh
tranh của sản phẩm động vật.
Qua các nghiên cứu về hiện trạng giết mổ của các nước trên thế giới đã đưa ra được

các chỉ số ô nhiễm của nguồn nước thải giết mổ gia súc được thể hiện trên bảng Bảng 1.1.

7


Các nghiên cứu của Việt Nam cũng đưa ra được các chỉ số ô nhiễm trong các cơ sơ giết mổ
đã được các tác giả trong nước thống kế được thể hiện trên bảng 1.2.
Bảng 1.1. Đặc trưng nước thải giết mổ gia súc trên thế giới
Tác giả
Đơn vị
Masse, D.I dan L.
Masse (2000) [67]
Pozo,R.D và cộng sự
(2005)
Kobya, M và công sự
(2006) [58]
Batstone và cộng sự
(2000)
Fuchs và cộng sự
(2003) [47]
Manjunath và cộng sự
(2008) [24]
Budiyono và cộng sự
(2011) [34]

pH

BOD5

COD

SS

TN

N-NH4

Protein

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

7,1

11.500

2.658

735

190

221

7,2

900

1.820

430

7,2

11.000

27.500

1.020

7,2

-

8.200

1.130

-

46,5

7,2

6.000

12.975

3.550

381

221,5

7,2

2.250

4.175

1.300

120

-

1,873
± 421

3,756

± 687

1171 ±
311

212 ±
106

3,03 ±
1,77

3.213

1.303 ±
653

Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải giết mổ gia súc trên Việt Nam [12]

Chỉ tiêu

Đơn vị

Xí nghiệp
Chế biến
thực phẩm I
(Ninh Kiều,
Cần Thơ) (1)

Cơ sở
Tân Phú

Trung
(Củ Chi)
(2)

Phường
Xuân
Phú
(Huế) (3)

QCVN
40:2011/BTN
MT (cột B)

Độ màu

Pt-Co

-

-

150

pH

Pt-Co

7,2 ± 0,04

6,4

6,5 - 8,0

5,5 - 9

TSS

mg/l

476 ± 56,97

270

484 - 512

100

COD

mg/l

1886,4 ±
94,98

940

2420 3200

150

BOD5
(20oC)

mg/l

928,5 ±
12,26

600

925 1156

50

TN

mg/l

143,5 ± 8,0

63,3

168 - 172

40

TP

mg/l

24,4 ± 1,69

6,1

-

6

Amoni

mg/l

-

55,6 -78,2

10

PO4

3—

P

mg/l

-

-

-

Độ đục

NTU

-

-

-

Tổng
dầu mỡ
khoáng

mg/l

-

-

10

Coliform

vi
khuẩn/100
ml

-

-

5000

4,6.108

8


Qua các số liệu báo cáo và số liệu thống kê về đặc trưng nước thải giết mổ gia súc
cho thấy nước thải của các cơ sở giết mổ có một số đặc điểm như sau:
- Lưu lượng và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải thường xuyên thay đổi
theo giờ và ngày làm việc, pH của nước thải ít thay đổi.
- Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ với hàm lượng 70-80%, bao gồm
protein, chất béo, hydratecarbon [36, 73, 78]. Hầu hết là chất hữu cơ dễ phân hủy thành
acid amin, acid béo, CO2, H2O, NH3, H2S, CH4... tạo mùi hôi, gây bệnh hô hấp.
- Tại nhiều cơ sở giết mổ gia súc, không khí có mùi hôi khó chịu, tất cả các mẫu
nước thải đều có hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), các chất hữu cơ (BOD5, COD) cao hơn
tiêu chuẩn nhiều lần. Chất thải rắn tại khu chuồng tạm, khu giết mổ chủ yếu là phân, các
phế thải của quá trình giết mổ (chiếm 97 – 98% tổng lượng rác) [67].
Nhìn chung, nước thải giết mổ của các cơ sở giết mổ trên thế giới và Việt Nam đều
có mức độ ô nhiễm các thành phần hữu cơ cao thể hiện qua các chỉ tiêu SS, COD, BOD5,
dầu mỡ, T-N. Nước thải giết mổ có sự biến đổi rất lớn của các đặc tính lý học, hóa học và
sinh học. Đặc tính vật lý như: TSS, độ đục, nhiệt độ và độ dẫn điện; đặc tính hóa học như:
độ pH, COD; đặc tính sinh học: là các chỉ tiêu về BOD5, chất béo và vi sinh vật: coliform,
fecal coliform. Đồng thời, chưa có phát hiện nào về các chất nguy hại có trong nước thải
giết mổ [12, 3, 5, 4].
Nhận xét: nguồn nước thải giết mổ gia súc bị ô nhiễm rất nặng và gấp nhiều lần

tiêu chuẩn xả thải. Thành phần chính gây ô nhiễm chủ yếu là hàm lượng hữu cơ trong đó
protein là chủ yếu. Do đó nhu cầu cấp thiết phải có giải pháp công nghệ để xử lý nước thải
giết mổ gia súc. Với đặc trưng của nước thải giết mổ gia súc sẽ áp dụng công nghệ sinh
học để xử lý nước thải là phù hợp nhất và có tính thực tiễn cao.
1.2

Các công nghệ xử lý nước thải giết mổ

1.2.1 Phương pháp cơ học và hóa lý
1.2.1.1 . Phương pháp cơ học
Phương pháp này, mục đích là tách cặn rắn ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách
thu gom, lắng cặn. Có thể dùng song chắn rác, bể lắng...để loại bỏ cặn dễ lắng tạo điều
kiện xử lý và giảm thể tích khối các công trình phía sau. Sau khi tách cặn nước thải được

9


đưa vào các công trình xử lý phía sau, còn chất rắn tách được có thể đem đi làm thức ăn
cho cá hoặc ủ để làm phân bón.
1.2.1.2 . Phương pháp hóa lý
Mục đích của phương pháp này là: sau khi xử lý cơ học, nước thải còn chứa nhiều
chất hữu cơ và vô cơ dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra
được bằng các phương pháp cơ học vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Nhưng
có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng. Các chất kẹo tụ thường sử dụng là
phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn... kết hợp với sử dụng polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả
quá trình keo tụ. Phương pháp này có thể làm giảm 90% TSS. Phương pháp này chỉ có thể
giảm được TSS và kéo theo các chỉ số ô nhiễm khác giảm nhưng hiệu quả không cao và
không thể thay thế các công nghệ khác mà chỉ làm bổ trợ cho các công nghệ phía sau.
Ứng dụng và khai thác các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lí diễn ra giữa các
ion mang điện tích trái dấu, bao gồm: ôxi hóa, trung hòa, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, khử

khuẩn... Các hóa chất thường dùng để xử lý rất nhiều loại: CaCO3, CaO, MgO, NaOH,
H2SO4, HCl, HNO3... Trong phương pháp keo tụ thường dùng là các muối sắt hoặc muối
nhôm hoặc hỗn hợp của chúng: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4).
12H2O, Fe2(SO4)3. 2H2O, FeSO4. 7H2O,...Các ion này có thể phản ứng với các ion của
thành phần chất bẩn làm cho chúng có thể dễ dàng loại ra khỏi nước thải dưới dạng các
bông keo và tạo thành chất rắn không hòa tan.
Các phương pháp xử hóa lý có lợi thế là kết quả xuất hiện nhanh và với cường độ
cao. Tuy nhiên, do phải sử dụng các hóa chất bổ sung, nên thường làm cho tổng mức chi
phí xử lý môi trường tăng lên đáng kể và thường tiềm ẩn nguy cơ gây phát thải thứ phát
làm ô nhiễm môi trường, từ chính các thành phần này.
1.2.1.3 . Phương pháp lọc ứng dụng vật liệu nano
Nguyên tắc chủ yếu của các công nghệ nano là giảm các vấn đề nan giải về nước, là
giải quyết các khó khăn về kỹ thuật để xử lý các chất ô nhiễm trong nước, bao gồm vi
khuẩn, virút, asen, thủy ngân, thuốc bảo vệ thực vật và muối. Nhiều nhà nghiên cứu và kỹ
sư khẳng định, công nghệ nano đảm bảo các giải pháp hiệu quả và bền vững hơn vì sử
dụng các hạt nano để xử lý nước ít gây ô nhiễm hơn so với các phương pháp truyền thống
và đòi hỏi ít nhân công, vốn, đất đai và năng lượng. Nhiều thiết bị xử lý nước sử dụng công
nghệ nano đã có mặt trên thị trường cùng với các thiết bị khác sắp được tung ra thị trường
hay đang trong quá trình phát triển.

10


Màng lọc nano đã được ứng dụng phổ biến để xử lý muối hòa tan và các chất ô
nhiễm có kích thước nhỏ, làm mềm nước và xử lý nước thải. Màng lọc nano đóng vai trò
như rào cản vật lý, ngăn chặn các hạt và vi sinh vật lớn hơn lỗ của màng lọc và loại bỏ có
chọn lọc các chất ô nhiễm.
Công nghệ nano sẽ góp phần cải tiến hơn nữa công nghệ màng đồng thời còn làm
giảm chi phí rất lớn trong quy trình khử mặn. Các nhà khoa học đang phát triển những loại
vật liệu mới có lỗ nano hoạt động hiệu quả hơn các thiết bị lọc truyền thống. Ví dụ, một

nghiên cứu ở Nam Phi đã chứng minh, màng lọc nano có thể lọc nước uống an toàn từ
nước ngầm mặn. Một nhóm các nhà khoa học ở Ấn Độ và Hoa Kỳ đã phát triển các thiết bị
lọc bằng ống nano cácbon xử lý vi khuẩn và virút hiệu quả hơn các thiết bị màng lọc
truyền thống.
Đất sét attapulgite và zeolit trong tự nhiên còn được dùng trong các thiết bị lọc
nano. Chúng có các lỗ kích thước nano mét và được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới. Một
nghiên cứu sử dụng màng lọc đất sét attapulgite để lọc nước thải của một nhà máy sữa ở
Algêri cho thấy, loại màng này có thể lọc các chất hữu cơ trong nước thải để sản xuất nước
uống an toàn. Ngoài ra, zeolit cũng được dùng để tách các chất hữu cơ độc hại từ nước và
khử các ion kim loại nặng.
Phương pháp này có ưu điểm xử lý triệt để và hiệu quả nhanh nhưng nhược
điểm lớn trong công nghệ này là chi phí vận hành cao nên thường áp dụng đối với xử lý
nước ăn uống.
1.2.2 Phương pháp sinh học
1.2.2.1 . Phương pháp sinh học kị khí
Khai thác năng lực chuyển hóa trao đổi chất các vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vật hô
hấp tuỳ nghi để phân huỷ các chất hữu cơ ô nhiễm, trong điều kiện không có oxy hoà tan.
Các công nghệ xử lý kỵ khí đang áp dụng:
-

Bể UASB-Upflow Anaerobic Sludge Blanket.

-

Bể ASBR-Anaerobic Sequencing Batch Reactor.

-

Bể UAF-Upflow Anaerobic Filter.

Nguyên tắc hoạt động bể kị khí: trong bể xảy ra quá trình phân hủy chất hữu cơ
trong điều kiện không có oxy. Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật

11


kỵ khí và sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, ở
điều kiện không có oxi hòa tan với nhiệt độ, pH… thích hợp thành các sản phẩm dạng khí
(chủ yếu là CO2, CH4). Quá trình phân hủy kỵ khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát:
(CHO)n NS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào mới
Ưu điểm của phương pháp kị khí:
-

Khả năng chịu tải trọng cao so với quá trình xử lý hiếu khí;

-

Bùn hoạt tính tạo ra ít, trong các hệ thống xử lý kỵ khí hiện nay thường là 5% so
với giá trị COD ban đầu [48] ;

-

Chi phí xử lý thấp (không phải cung cấp oxy như quá trình xử lý hiếu khí);

-

Tạo ra một nguồn năng lượng mới có thể sử dụng ( khí sinh học- Biogas);

-

Hệ thống công trình xử lý đa dạng: UASB, lọc kỵ khí, kỵ khí xáo trộn hoàn toàn,
kỵ khí tiếp xúc...
Nhược điểm của phương pháp kị khí:

-

Nhạy cảm với môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ kim loại nặng...);

-

Phát sinh mùi, thu khí không triệt để và tiền ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường dài

hạn, do lượng nhất định CH4 hòa tan trong nước thải sau biogas thất thoát ra ngoài môi
trường gây hiệu ứng nhà kính (ảnh hưởng của khí mêtan đến hiệu ứng nhà kính lớn gấp 23
lần so với khí CO2 [63]);
-

Tốc độ phát triển sinh khối chậm. Thời gian khởi động hệ thống kéo dài;

-

Xử lý không triệt để tạo sản phẩm trung gian, không thích hợp với đối tượng xử lý
nước thải có hàm lượng TN, TP cao.
Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp, bao

gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi những
enzym đặc biệt.
1.2.2.2 . Phương pháp hiếu khí
Xử lý hiếu khí dựa trên tác nhân là vi sinh vật chuyển hóa chất hữu cơ trong điều
kiện có oxi (hô hấp hiếu khí). Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy

hóa chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau:

12


CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2

Vi

sinh xCO + (y-3) + 2H O + NH + ∆H (1)
2
2
3

CxHyOzN + NH3 + O2

C5H7NO2 + CO2 - ∆H

(2)

Trong phản ứng trên CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, còn
C5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật,
∆H là năng lượng. Phản ứng (1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu
năng lượng của tế bào, phản ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào [8, 18, 6].
Dưới tác nhân là vi sinh vật, sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý hiếu khí là
sinh khối tế bào, CO2 và H2O [29][28]; Như vậy, với các cấu tử cơ chất ô nhiễm đơn giản
như các loại đường chuyển hóa sinh học hiếu khí có năng lực chỉ qua chuyển hóa một bậc
đã có thể tạo ra sản phẩm tái chế, dưới dạng sinh khối vi sinh vật và đủ khép kín vòng tuần
hoàn cân bằng bền vững CO2 trong thiên nhiên (cây hút CO2 từ khí quyển tổng hợp nên
chất hữu cơ... sau đó, phần chất hữu cơ ô nhiễm nếu được chuyển hóa vi sinh hiếu khí một

bậc đã quay trở lại thành CO2). Năng lực chuyển hóa vi sinh các chất hữu cơ thành sinh
khối vi sinh vật trong điều kiện xử lý hiếu khí thường có thể đạt tới 48% so với giá trị
COD ban đầu [48] và có thể lên đến 67% nếu tải lượng xử lý lớn, với một số chủng vi sinh
vật và trong điều kiện tải lượng chất hữu cơ đưa vào lớn và sinh khối có thể lên 67% [50].
Lượng sinh khối này, nếu tách phân ly thu được sẽ là một sản phẩm tái chế giá trị; Tuy
nhiên, nếu không loại được ra khỏi hệ thống xử lý thì khi hết nguồn thức ăn tương ứng, các
vi sinh vật già sẽ bị chết đi và lại trở thành nguồn cơ chất hữu cơ thứ cấp, cho các chuyển
hóa vi sinh kế tiếp (gây tái ô nhiễm và làm chậm quá trình giảm tải trọng hữu cơ xử lý)...
và cuối cùng sẽ chuyển hóa hết thành CO2, H2O.
Phương pháp hiếu khí: Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục. Các công nghệ hiếu khí hay áp dụng:
-

Hồ sinh học hiếu khí: Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương như quá trình

tự làm sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả cao hơn.
-

Lọc sinh học: Sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các vật liệu lọc để xử lý các

chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật có thể dính bám lên giá thể vì có nhiều loại VSV
có khả năng tiết ra các polyme sinh học giống như keo dính vào giá thể, tạo thành màng.
Lớp màng này dày lên và có khả năng oxy hóa, hấp phụ: chất hữu cơ, cặn lơ lửng.

13