ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH CHẤT kết tụ SINH học của CHỦNG KLEBSIELLA VARRICOLA BF1 sử DỤNG nước THẢI làm môi TRƯỜNG NUÔI cấy

1

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH CHẤT KẾT TỤ SINH
HỌC CỦA CHỦNG KLEBSIELLA VARRICOLA BF1 SỬ DỤNG
NƯỚC THẢI LÀM MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY


2

TÓM TẮT
Đề tài “Đánh giá khả năng sinh chất kết tụ sinh học của chủng Klebsiella
varricola BF1 sử dụng nước thải làm môi trường nuôi cấy” được thực hiện tại phòng
thí nghiệm trường Đại học Tôn Đức Thắng thành phố Hồ Chí Minh từ tháng 4 năm
2018 đến tháng 11 năm 2019 dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Ngọc Tuấn nhằm tìm
ra môi trường nước thải có khả năng sinh chất keo tụ cho hoạt lực cao nhất, đồng thời
tận dụng các nguồn nước thải, giúp giảm chi phí và hạn chế sự ô nhiễm môi trường.
Những nội dung cần nghiên cứu:
-

Khảo sát môi trường nước thải ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và

-

hoạt lực tạo tụ của vi sinh vật.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ

-

của vi sinh vật.
Quan sát cơ chế tạo tụ và kiểm tra thành phần của chất keo tụ sinh học.

Ứng dụng xử lý trong một số nước thải.

Theo kết quả nghiên cứu, nước tinh bột với 4g/L K 2HPO4, 2g/L KH2PO4, 2g/L
ure, 0,1g/L NaCl và 0,2g/L MgSO4.10H2O được sử dụng là môi trường chính để sản
xuất chất keo tụ sinh học từ chủng K.varricola. Sau khi tối ưu hoá các điều kiện môi
trường nuôi cấy thì 4,5g chất keo tụ sinh học được sinh ra từ 1L môi trường ở thời gian
36 giờ với hoạt tính tạo tụ 91,862%. Giá trị COD giảm theo tốc độ phát triển của vi
sinh vật, giảm từ 70,519 mgO2/L xuống 39,704 mgO2/L. Chất keo tụ sinh học sau khi
tinh sạch có thành phần 75,758% polysaccharide và 12,959% protein, đồng thời kết
quả chụp FTIR cho thấy sự hiện diện của các nhóm hydroxyl, carboxyl và amino, các
chất thường có mặt trong chất keo tụ sinh học. Nó có thể keo tụ nước thải sinh hoạt và
nước thải nhuộm với hoạt tính trên 50% ở nồng độ 19mg/L, đồng thời có thể xử lý
nước thải tinh bột ở pH = 7 với giá trị COD giảm tới 68,590 %. Từ kết quả trên, tôi


3

thấy rằng nước thải tinh bột là môi trường dinh dưỡng thích hợp cho việc sản xuất chất
keo tụ sinh học và khả năng của nó trong việc xử lý nước thải.

MỤC LỤC


4

TÓM TẮT....................................................................................................................... i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT....................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH.............................................................................................xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU..................................................................................................1

1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................2
1.3 Ý nghĩa..................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN..........................................................................................3
2.1 Vi khuẩn Klebsiella variicola...................................................................................3
2.2 Nước thải và nguồn gốc ô nhiễm nước.....................................................................4
2.2.1 Nước thải...............................................................................................................4
2.2.2 Nguồn gốc ô nhiễm nước.......................................................................................4
2.2.3 Hiện tượng ô nhiễm nước......................................................................................7
2.3 Quá trình đông tụ – keo tụ và keo tụ trực tiếp...........................................................8
2.3.1 Quá trình đông tụ – keo tụ.....................................................................................8
2.3.2 Quá trình keo tụ trực tiếp.......................................................................................9
2.4 Các chất keo tụ.......................................................................................................11
2.4.1 Chất keo tụ vô cơ.................................................................................................11
2.4.2 Chất keo tụ hữu cơ...............................................................................................12
2.4.3 Chất keo tụ sinh học từ vi khuẩn.........................................................................14


5

2.5 Cơ chế tạo tụ của chất keo tụ sinh học từ vi khuẩn.................................................14
2.6 Nguồn dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy vi sinh vật..............................................16
2.6.1 Nguồn dinh dưỡng...............................................................................................16
2.6.2 Điều kiện nuôi cấy...............................................................................................18
2.7 Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam......................................20
2.7.1 Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở thế giới............................................................20
2.7.2 Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam.........................................................22
2.8 Sản xuất tinh bột sắn...............................................................................................24
2.8.1 Nguyên liệu sắn...................................................................................................24
2.8.2 Sơ đồ nguyên lý sản xuất tinh bột sắn..................................................................25

2.9 Nước thải tinh bột sắn.............................................................................................29
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM..................................32
3.1 Thời gian và địa điểm tiến hành thí nghiệm............................................................32
3.2 Vật liệu thí nghiệm.................................................................................................32
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................32
3.2.2 Hoá chất...............................................................................................................32
3.2.3 Thiết bị - dụng cụ.................................................................................................32
3.3 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................33
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu.................................................................................................33
3.3.2 Giải thích sơ đồ nghiên cứu.................................................................................34
3.4 Các phương pháp hoá lý và vi sinh sử dụng trong bài khoá luận............................35


6

3.4.1 Cấy chuyền và giữ giống.....................................................................................35
3.4.2 Khảo sát khả năng keo tụ với kaolin....................................................................35
3.5 Khảo sát các môi trường nước thải ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực
tạo tụ của vi sinh vật.....................................................................................................36
3.6 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của vi
sinh vật.........................................................................................................................37
3.6.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng K2HPO4:KH2PO4.....................................................37
3.6.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ..................................................................................37
3.6.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ ure.......................................................................................38
3.6.4 Ảnh hưởng của nguồn carbon..............................................................................38
3.6.5 Ảnh hưởng của pH...............................................................................................39
3.7 Khảo sát đường cong tăng trưởng của vi sinh vật và giá trị COD của môi trường
nuôi cấy........................................................................................................................39
3.8 Tinh sạch thu chất keo tụ sinh học từ các môi trường nuôi cấy..............................41
3.9 Kết quả khảo sát nồng độ chất keo tụ.....................................................................41

3.10 Kiểm tra thành phần sơ bộ chất keo tụ sinh học...................................................42
3.10.1 Hàm lượng polysaccharide tổng........................................................................42
3.10.2 Hàm lượng protein tổng.....................................................................................43
3.10.3 Hàm lượng acid nucleic.....................................................................................45
3.11 Quan sát sơ bộ cơ chế tạo tụ.................................................................................46
3.12 Xác định phần trăm giá trị COD giảm theo pH.....................................................46
3.13 Ứng dụng của chất keo tụ sinh học cho các loại nước thải...................................46


7

3.13.1 Nước thải sinh hoạt............................................................................................46
3.13.2 Nước thải nhuộm...............................................................................................47
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................48
4.1 Kết quả khảo sát các môi trường nước thải lên khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo
tụ của vi sinh vật...........................................................................................................48
4.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt lực tạo tụ của vi sinh vật.............51
4.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng.................................................................................51
4.2.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ..................................................................................53
4.2.3 Kết quả khảo sát tỉ lệ ure.....................................................................................55
4.2.4 Kết quả khảo sát nguồn carbon............................................................................56
4.2.5 Kết quả khảo sát pH.............................................................................................59
4.3 Kết quả khảo sát giá trị COD..................................................................................61
4.4 Kết quả tinh sạch chất keo tụ..................................................................................62
4.5 Kết quả khảo sát nồng độ chất keo tụ.....................................................................62
4.6 Kiểm tra sơ bộ thành phần chất keo tụ....................................................................64
4.6.1 Hàm lượng đường tổng........................................................................................64
4.6.2 Hàm lượng protein...............................................................................................65
4.6.3 Hàm lượng acid nucleic.......................................................................................66
4.6.4 Kết quả chụp FTIR..............................................................................................67

4.7 Quan sát sơ bộ khả năng tạo tụ của chất keo tụ sinh học........................................68
4.8 Xác định phần trăm giảm COD theo pH trong nước tinh bột.................................69
4.9 Ứng dụng của chất keo tụ sinh học trên nước thải..................................................70


8

4.9.1 Nước thải sinh hoạt..............................................................................................70
4.9.2 Nước thải nhuộm.................................................................................................72
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................74
5.1 Kết luận..................................................................................................................74
5.2 Kiến nghị................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................76


9

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ANOVA

Analysis Of Variance (Phân tích phương sai)

BOD

Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học)

COD

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hoá học)

FA

Flocculation activity (Hoạt lực tạo tụ)

OD

Optical Density (Mật độ quang)

FTIR

Fourier – Transform Infrared Spectroscopy

NMSX

Nhà máy sản xuất

QMHGĐ

Quy mô hộ gia đình

QMCN

Quy mô công nghiệp

TBS

Tinh bột sắn

g

Gram

mg

Miligram

L

Lít

mL

Mililít

µL

Microlít


10

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Lượng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt thành phố (g/người/ngày)...........5
Bảng 2.2 Đặc điểm của các chủng khác nhau trong việc sản xuất chất keo tụ sinh học
..................................................................................................................................... 19
Bảng 2.3 Sản lượng, năng suất, diện tích của các khu vực Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ
từ năm 1975 – 2014.....................................................................................................21
Bảng 2.4 Tình hình xuất khẩu các sản phẩm tinh bột sắn ở Thái Lan..........................22
Bảng 2.5 Sản lượng (triệu tấn) theo các vùng của Việt Nam từ năm 2000 – 2015.......23
Bảng 2.6 Thành phần dinh dưỡng trung bình của sắn..................................................24

Bảng 2.7 Đặc tính của một số mẫu nước thải từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn (số
liệu............................................................................................................................... 29
Bảng 2.8 Tổng vi sinh vật trong nước thải từ nhà máy chế biến tinh bột sắn..............30
Bảng 3.1 Hàm lượng COD của các môi trường nước thải...........................................31
Bảng 3.2 Cách dựng đường chuẩn D – glucose...........................................................42
Bảng 3.3 Cách dựng đường chuẩn BSA......................................................................44
Bảng 4.1 Kết quả khảo sát môi trường nước thải.........................................................48
Bảng 4.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ khoáng........................................................................51
Bảng 4.3 Kết quả khảo sát nguồn nitơ.........................................................................53
Bảng 4.4 Kết quả khảo sát tỉ lệ ure..............................................................................55
Bảng 4.5 Kết quả khảo sát nguồn carbon.....................................................................57
Bảng 4.6 Kết quả khảo sát giá trị pH...........................................................................59
Bảng 4.7 Kết quả khảo sát nồng độ chất keo tụ...........................................................62


11

Bảng 4.8 Kết quả xác định hàm lượng polysaccharide của mẫu..................................65
Bảng 4.9 Kết quả xác định hàm lượng protein của mẫu..............................................66
Bảng 4.10 Hàm lượng acid nucleic có trong mẫu........................................................66
Bảng 4.11 Kết quả quan sát khả năng tạo tụ................................................................68
Bảng 4.12 Kết quả phần trăm giảm COD theo pH.......................................................69
Bảng 4.13 Hoạt lực tạo tụ, tỉ lệ giảm COD, vị trí lấy mẫu và hình ảnh trước và sau khi
xử lý ............................................................................................................................ 71


12

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Đặc điểm của vi khuẩn Klebsiella variicola .................................................3

Hình 2.2 Quá trình đông tụ – keo tụ...........................................................................9
Hình 2.3 Quá trình keo tụ trực tiếp..............................................................................10
Hình 2.4 Quá trình tạo tụ theo cơ chế cầu nối..............................................................15
Hình 2.5 Cơ chế trung hoà điện tích............................................................................16
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý sản xuất tinh bột ................................................................26
Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu..........................................................................................33
Hình 4.1 Ảnh hưởng của các môi trường nước thải lên khả năng sinh trưởng và hoạt
lực tạo tụ của vi sinh vật..............................................................................................49
Hình 4.2 Khả năng tạo tụ của các môi trường nước thải..............................................50
Hình 4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ khoáng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của
vi sinh vật....................................................................................................................52
Hình 4.4 Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của
chủng K.varricol..........................................................................................................54
Hình 4.5 Tỉ lệ ure ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của vi sinh
vật................................................................................................................................ 56
Hình 4.6 Nguồn carbon ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của vi
sinh vật........................................................................................................................58
Hình 4.7 Ảnh hưởng của giá trị pH đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của vi
sinh vật........................................................................................................................60
Hình 4.8 Khảo sát đường cong tăng trưởng và giá trị COD.........................................61
Hình 4.9 Kết quả khảo sát nồng độ chất keo tụ...........................................................63


13

Hình 4.10 Đường chuẩn D – glucose...........................................................................64
Hình 4.11 Đường chuẩn BSA......................................................................................65
Hình 4.12 Kết quả chụp FTIR của mẫu tinh sạch từ BF1...........................................67
Hình 4.13 Phần trăm COD giảm theo pH khi xử lý.....................................................70
Hình 4.14 Kết quả quét bước sóng của mẫu nước thải nhuộm.....................................72

Hình 4.15 Nước thải nhuộm trước và sau xử lý...........................................................73


1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, các ngành nghề thuộc công nghiệp đang ngày càng phát triển, kéo theo
đó là sự ô nhiễm môi trường mà các nhà máy thải ra các sông hồ. Điều này làm ảnh
hưởng rất lớn đến sức khoẻ của con người và sinh vật, đặc biệt là sinh vật trong môi
trường nước nên hiện nay các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước
thải hoá học lẫn sinh học. Trong đó, phương pháp mà hiện nay được ứng dụng nhiều
nhất là keo tụ, đây là quá trình giúp lắng các hạt lơ lửng trong nước thải xuống đáy, hỗ
trợ cho các bước xử lý tiếp theo. Vì vậy, chất keo tụ được sử dụng phổ biến hơn hết,
tuy nhiên không phải loại nào cũng tốt, như chất keo tụ vô cơ hay hữu cơ tuy hiệu quả
cao và chi phí thấp nhưng lại có hại cho sức khoẻ của con người và sinh vật, do trong
thành phần của nó có các hợp chất nhôm, sắt, polyacrylamide,… gây ung thư và một số
bệnh khác. Để giải quyết vấn đề đó, những nhà nghiên cứu đã cho ra giải pháp là sản
xuất chất keo tụ sinh học từ vi khuẩn, chất này vừa an toàn, thân thiện với môi trường
và có khả năng phân huỷ sinh học. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là chi phí khá cao.
Để cải thiện nhược điểm này, tôi đã tìm hiểu một số môi trường nuôi cấy rẻ tiền
như bã mía, lõi bắp, nước vo gạo, nước đậu phụ, nước thải tinh bột,… để thay thế các
nguồn dinh dưỡng tương ứng. Qua đó, tôi thấy rằng nước thải tinh bột có khả năng ứng
dụng cao nhất do ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở nước ta đang trên đà phát
triển mạnh mẽ, điển hình là có hơn 100 nhà máy sản xuất tinh bột sắn đang hoạt động
cùng với đó là lượng nước thải thải ra môi trường càng nhiều. Chi phí xử lý nó cũng rất
cao do hàm lượng COD, BOD cao, hiện diện nhiều vi sinh vật, các chất hữu cơ, nitơ,
phospho,… Do trong nước thải tinh bột có chứa thành phần dinh dưỡng cao, phù hợp
với vi sinh vật và số lượng nhiều nên tôi thấy rằng nó phù hợp làm môi trường nuôi
cấy. Qua đây, vừa có thể giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải, vừa có thể tiết kiệm chi

2

phí sản xuất chất keo tụ sinh học và có thể xử lý nước thải tinh bột này và các loại khác
bằng chất keo tụ này.
Chính vì những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá khả năng
sinh chất kết tụ sinh học của chủng Klebsiella varricola BF1 sử dụng nước thải làm
môi trường nuôi cấy”. Từ đó, tìm ra được môi trường nước thải thích hợp cho vi sinh
vật phát triển tạo ra chất keo tụ sinh học, vừa an toàn và tốt cho môi trường.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát các môi trường nước thải ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt
lực tạo tụ của vi sinh vật.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và hoạt lực tạo tụ của vi
sinh vật.
Kiểm tra sơ bộ thành phần của chất keo tụ sinh học từ vi khuẩn.
Ứng dụng chất keo tụ sinh học trong một số loại nước thải.
1.3 Ý nghĩa
Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và tận dụng nguồn nước thải làm môi
trường nuôi cấy để giảm chi phí sản xuất chất keo tụ sinh học.
Tính ứng dụng cao do khả năng keo tụ của nó trong nhiều nước thải.


3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Vi khuẩn Klebsiella variicola

a)

b)

Hình 2.1 Đặc điểm của vi khuẩn Klebsiella variicola
a) Hình dáng khuẩn lạc

b) Hình ảnh nhuộm gram

Klebsiella là vi khuẩn được tìm thấy ở mọi nơi trong tự nhiên. Chúng được tìm
thấy ở đất, nước, thực vật, côn trùng và cả trên cơ thể con người. Đây là loài đứng thứ
hai sau E.coli về gây nhiễm khuẩn bệnh viện và cộng đồng [5], [14]. Nó có thể gây
viêm phổi, viêm màng phổi, nhiễm trùng phổi,… [95]. Loài Klebsiella variicola là một
trong những vi khuẩn được tìm thấy ở trong môi trường nước và nó được phân lập từ
sông Lò Gốm.
Giới: Bacteria.
Ngành: Proteobacteria.
Lớp: Gammaproteobacteria.
Bộ: Enterobacteriales.
Họ: Enterobacteriaceae.
Chi: Klebsiella.


4

Loài: K.varricola.
Hình dạng: trực khuẩn ngắn, gram âm, bắt màu tím ở hai cực, không di động,
không sinh nha bào, có vỏ polysaccharide đặc trưng, khuẩn lạc trắng, tròn, lồi và
nhầy[14], [80].
Một số đặc điểm sinh hoá: cho phản ứng oxidase (-), indol (-), có khả năng lên
men đường glucose và lactose, metyl đỏ (-), VP (+), citrate (+) và đặc biệt là nó có khả
năng keo tụ được ứng dụng trong xử lý nước thải [5].

2.2 Nước thải và nguồn gốc ô nhiễm nước
2.2.1 Nước thải
Theo Nghị định số 38/2015/NĐ – CP về quản lý chất thải và phế liệu, theo đó
“Nước thải là nước đã bị thay đổi đặc điểm, tính chất được thải ra từ sản xuất, kinh
doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác”.
2.2.2 Nguồn gốc ô nhiễm nước
Hiện nay, với điều kiện dân số và mức sản xuất phát triển mạnh mẽ thì tác động
của con người đối với nguồn nước phát triển càng nhanh chóng, làm thay đổi chu trình
tự nhiên trong thuỷ quyển cũng như làm thay đổi sự cân bằng nước trong hành tinh.
Ngoài tác động của con người còn có các yếu tố tự nhiên. Một số nguồn gốc có thể gây
ô nhiễm nước:
2.2.2.1 Sinh hoạt của con người
Trong khu vực đô thị, nước thải sinh hoạt được hình thành từ các khu dân cư và
các công trình công cộng. Đặc điểm của nước thải này là hàm lượng các chất hữu cơ
không bền vững tính theo BOD5 cao, thuận lợi cho các loài vi khuẩn gây bệnh phát
triển. Trong nước thải còn chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng khác có thể gây hiện


5

tượng phì dưỡng (eutrofication) đối với nguồn nước. Nước thải ở các vùng sinh hoạt
khác nhau nên sẽ có thành phần khác nhau [6].
Bảng 2.1 Lượng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt thành phố (g/người/ngày) [6]
STT

Chất bẩn

Theo X.N. Stroganov

Theo B.J. Arceivala

(1985)

1

Cặn lơ lửng

35 – 50

70 – 145

2

BOD5

30 – 50

45 – 54

+

3

Nitơ amon (NH4 )

7–8

6 – 12

4

Clo (Cl)

8,5 – 9

4–8

5

Phosphat (PO43-)

1,5 – 1,8

0,8 – 4

6

Kali (K)

3

2–6

7

Sunfat (SO43-)

1,8 – 4,4

-

8

Dầu mỡ

-

10 – 30

2.2.2.2 Hoạt động công nghiệp
Nền công nghiệp ngày càng phát triển làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối với
một số ngành như công nghệ thực phẩm, giấy, hoá chất,… Tuỳ thuộc vào hình thức sản
xuất, quy trình công nghệ, nguyên vật liệu,…mà thành phần nước thải của các nhà máy
xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp.
Đối với nước thải trong công nghiệp thì ngoài các cặn lơ lửng, còn bao gồm các
tạp chất hoá học khác nhau như: chất hữu cơ (acid, este, phenol, dầu mỡ, các chất hoạt
tính bề mặt,…), chất gây mùi, các chất độc (cyanua, arsen, thuỷ ngân, muối đồng,…),
các loại muối khoáng và một số chất đồng vị phóng xạ.
Nước thải trong công nghiệp thường chia thành 2 loại: nước thải bẩn và nước thải
quy ước sạch. Nước thải bẩn bao gồm các tạp chất trong nguyên liệu, sản phẩm,…và
cần phải được xử lý sơ bộ trước khi thải ra hệ thống thoát nước thải chung với khu dân
cư. Nước thải quy ước sạch thường là nước làm nguội của máy móc, thiết bị sau quá


6

trình sản xuất. Loại nước thải này có thể sử dụng lại trong hệ thống cấp nước tuần hoàn
cho nhà máy [6].
2.2.2.3 Các hoạt động nông nghiệp
Nước thải nông nghiệp chủ yếu là từ các đồng ruộng và các chuồng trại chăn
nuôi. Thành phần của nước thải bao gồm các khoáng chất từ hệ thống tiêu thuỷ, một

lượng lớn chất dinh dưỡng nitơ và photspho từ phân hoá học, các hợp chất chứa clo
như thuốc trừ sâu DDT, thuốc diệt cỏ acid phenoxyacetic, thuốc diệt nấm,… [6].
2.2.2.4 Nước mưa
Nước mưa cũng là một yếu tố có thể gây nhiễm bẩn sông, hồ. Nồng độ chất bẩn
của nó phụ thuộc vào cường độ mưa, thời gian mưa và không mưa, độ bẩn đô thị và
không khí,… Nước mưa của đợt đầu tiên trong mùa mưa thường có nồng độ chất bẩn
rất cao. Hàm lượng chất lơ lửng có thể dao động từ 400mg/L – 1800mg/L, BOD 5 từ
40mg/L – 120 mg/L và có chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh [6].
2.2.2.5 Hồ chứa nước và các hoạt động thuỷ điện
Tuy việc xây dựng các đập thuỷ điện có ý nghĩa lớn về mặt năng lượng và góp
phần điều hoà dòng chảy, cung cấp nước, nhưng nó lại làm thay đổi chế độ dòng chảy
ở hạ du, khả năng tự làm sạch bị giảm và nguy cơ nhiễm mặn cao. Ngoài ra, có rất
nhiều hoạt động khác về nước gây ra sự nhiễm bẩn nhất định: giao thông, vận tải, giải
trí (bơi lội, câu cá,…)[6].
2.2.3 Hiện tượng ô nhiễm nước
Màu sắc: nước sạch tự nhiên không có màu, nếu nhìn sâu vào bề mặt đáy sẽ thấy
có màu xanh nhẹ, do có sự hấp thụ chọn lọc các bức xạ nhất định của ánh sáng mặt
trời. Nếu nước có màu xanh đậm hoặc váng trắng đó là hiện tượng của trạng thái thừa
dinh dưỡng hoặc sự phát triển quá mức của nhiều thực vật nổi. Màu vàng của nước là


7

do sự xuất hiện của nhiều các hợp chất humic (acid humic, acid fulvic,…). Nước bị
nhiễm bẩn nặng sẽ có màu nâu hoặc đen.
Mùi và vị: mùi của nước là một đặc trưng quan trọng về sự ô nhiễm nước do các
chất gây mùi như: amoniac, phenol, clo tự do, sulfur, cyanua,… Ngoài ra, một số hợp
chất hữu cơ như dầu mỡ, rong tảo và các chất hữu cơ đang phân huỷ gây mùi hôi thối,
tanh cá. Đặc biệt là nước thải công nghiệp chứa nhiều hợp chất hoá học như sắt,
mangan, hydrocarbon không no,… gây ảnh hưởng lớn đến vị của nước vì có một số

chất chỉ với một lượng nhỏ đã làm cho vị xấu đi. Do đó, nước bị ô nhiễm sẽ làm cho
giá trị sử dụng của nó giảm đi nhiều. Đối với nước sạch thì không có mùi vị.
Độ đục: đây là yếu tố đặc trưng nhất về sự ô nhiễm nước. Nguyên nhân gây nên
độ đục là do các chất lơ lửng trong nước gây ra. Những chất này có kích thước rất khác
nhau (từ cỡ các hạt keo đến thể phân tán thô), phụ thuộc vào trạng thái xáo trộn của
nước. Các hạt này thường hấp thụ các kim loại độc và các vi sinh vật gây bệnh bám lên
bề mặt của chúng, nếu không xử lý kỹ sẽ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ người và động
vật. Mặt khác, độ đục lớn làm cho khả năng xuyên qua nước của ánh sáng bị hạn chế
dẫn đến quá trình quang hợp giảm, nồng độ oxy hoà tan giảm và nước trở nên yếm khí.
Nước sạch thường rất trong, còn nước thải có độ đục cao hay thấp tuỳ thuộc vào mức
độ nhiễm bẩn của nó.
Nhiệt độ: nước thải từ các bộ phận làm nguội của nhà máy nhiệt điện, do việc đốt
các vật liệu bên bờ hồ, sông cũng làm nguồn nước bị ô nhiễm. Nhiệt độ của nguồn
nước này thường cao hơn so với bình thường khoảng 10 oC – 15oC. Khi nhiệt độ tăng
thì hàm lượng oxy giảm nghiêm trọng và nhu cầu oxy của các sinh vật trong nước tăng
lên, làm cho quá trình hô hấp của các sinh vật này trở nên khó khăn, có thể dẫn đến
chết gây ô nhiễm. Nhiệt độ tăng cũng xúc tác sự phát triển của một số sinh vật phù du,
còn gọi là hiện tượng “nở hoa” làm thay đổi màu sắc, mùi vị của nước [7].


8

2.3 Quá trình đông tụ – keo tụ và keo tụ trực tiếp
2.3.1 Quá trình đông tụ – keo tụ
Quá trình đông tụ – keo tụ là bước quan trọng trong quá trình xử lý nước và nước
thải để loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước thải, làm mất sự ổn định của các hạt. Sự bất
ổn này chủ yếu là quá trình trung hoà điện tích trên bề mặt hạt [26], [66], [116]. Quá
trình trung hoà điện tích được thực hiện bằng cách thêm vào một chất đông tụ để giúp
trung hoà điện tích bề mặt âm trên các hạt lơ lửng bằng điện tích dương. Sau khi các
hạt đã được trung hoà, hình thành các hạt keo tụ nhỏ và được thêm vào một chất keo tụ

để các hạt kết tụ lại với nhau và lắng xuống đáy [25], [100].
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình đông tụ – keo tụ là kích thước hạt, điện
tích bề mặt, pH, nhiệt độ và thành phần hoá học của nước [25], [118]. Điện tích bề mặt
tăng thì cần thêm chất đông tụ cho sự trung hòa điện tích trên bề mặt. Quá trình bổ
sung không được vượt quá mức vì có thể dẫn đến đảo ngược điện tích bề mặt, làm cho
các hạt đẩy nhau.
Một yếu tố cần quan tâm là thành phần hoá học của nước. Trong đó, các ion như
Ca2+, Mg2+, Fe2+ và Fe3+ giúp trung hòa điện tích bề mặt và có thể làm giảm chất đông
tụ thêm vào. Những ion này làm tăng độ dẫn điện của quá trình xử lý nước [25].

a)


9

b)
Hình 2.2 Quá trình đông tụ – keo tụ [25]
a) Giai đoạn đông tụ

b) Giai đoạn keo tụ

2.3.2 Quá trình keo tụ trực tiếp
Keo tụ là phương pháp phá vỡ độ bền và liên kết các hạt lại với nhau. Phương
pháp này hiệu quả và thuận tiện để loại bỏ chất rắn lơ lửng [60]. Quá trình keo tụ sử
dụng polyme cation/anion để thay thế chất đông tụ vô cơ. Đầu tiên, các polyme cation
có trọng lượng phân tử cao trung hoà các điện tích âm trên các hạt và hình thành quá
trình keo tụ bởi cơ chế cầu nối. Quá trình keo tụ so với quá trình keo tụ – đông tụ thì
hiệu quả cao hơn và chi phí thấp hơn [63].

10

Hình 2.3 Quá trình keo tụ trực tiếp [18]
Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến keo tụ như là: loại polymer, nồng độ chất keo
tụ và trọng lượng phân tử. Những yếu tố này có ảnh hưởng lớn đến chất keo tụ: hiệu
suất tối ưu và liều sử dụng tốt nhất.
Loại polymer: chất keo tụ được sử dụng trong ngành công nghiệp thường là
copolyme của acrylamide và natri acrylate. Các nhóm phân tử chính trong các loại
polyme này là amide và carboxylate. Chức năng chính của nhóm amide là hấp thụ bởi
các liên kết hydro, còn nhóm carboxylate là mở rộng chuỗi polyme bằng lực đẩy tĩnh
điện, cho phép cầu nối diễn ra. Tuy nhiên, nhóm carboxylate vẫn có khả năng hấp phụ.
Nồng độ chất keo tụ: Hiệu suất keo tụ có thể đạt được tối ưu bằng cách thay đổi
nồng độ pha loãng của chất keo tụ. Bằng cách pha loãng thì sự phân bố của chất keo tụ
được cải thiện, do đó cải thiện hiệu suất.
Trọng lượng phân tử: cơ chế cầu nối bên trong các hạt là cơ chế rất quan trọng
trong chức năng của chất keo tụ, nó cho biết trọng lượng phân tử có ảnh hưởng đến quá
trình keo tụ. Trọng lượng phân tử cao hơn dẫn đến hoạt động tốt hơn, mặc dù có những
trường hợp trong đó tăng trọng lượng vượt qua một điểm nhất định dẫn đến mất hoạt
động. Việc trọng lượng tăng thì số lượng chuỗi polyme trên mỗi đơn vị trọng lượng
cũng giảm [25].
2.4 Các chất keo tụ
Chất keo tụ là các chất đưa các hạt keo tụ lại với nhau thành các tập hợp lớn hơn
và lắng chúng xuống. Nó được chia thành 3 nhóm: vô cơ, hữu cơ và chất keo tụ sinh
học từ vi khuẩn [109]. Mặc dù, chất keo tụ hoá học được sử dụng rộng rãi và có giá
thành thấp nhưng nó ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và làm tăng rủi ro cho môi
trường như chất polyacrylamide bao gồm các phân tử acrylamide gây nên các bệnh về
thần kinh và ung thư, nên liều lượng của chúng phải hạn chế [89], [113].


11

Chất keo tụ điển hình là một chuỗi hydrocacbon dài, có trọng lượng phân tử khác
nhau từ 5 đến 20 triệu. Trọng lượng phân tử của chất keo tụ cao hơn so với chất đông
tụ, dao động từ 2000 đến 200000. Tùy thuộc vào tính chất hóa học của nó, điện tích
của một chất keo tụ có thể là nonion, anion hoặc cation [25], [103].
2.4.1 Chất keo tụ vô cơ
Các chất keo tụ vô cơ được sử dụng trong quá trình keo tụ phụ thuộc vào đặc
điểm của nước xử lý. Trong một số loại nước thì việc kết hợp hai hay nhiều chất sẽ cho
kết quả tốt hơn một chất [66], [78]. Chất keo tụ như muối của nhôm và sắt được sử
dụng phổ biến nhất. Khi được thêm với nước, các ion tích điện cao này trung hòa các
hạt lơ lửng. Các hydroxide vô cơ được hình thành tạo ra các chuỗi polyme ngắn giúp
tăng cường sự hình thành các hạt keo tụ nhỏ [26], [50].
Các chất đông tụ vô cơ thường có giá thành thấp, có sẵn rộng rãi và khi được áp
dụng đúng cách sẽ có hiệu quả trong việc loại bỏ hầu hết các chất rắn lơ lửng. Các chất
đông tụ này có thể làm thay đổi pH của nước vì chúng có tính kiềm [100]. Quan trọng
hơn hết là khối lượng lớn của chất keo tụ dùng để xử lý phải được giải quyết một cách
hiệu quả để không ảnh hưởng đến môi trường vì nó có hại đến sức khoẻ con người.
2.4.2 Chất keo tụ hữu cơ
Chất keo tụ hữu cơ chia làm ba loại: tổng hợp, tự nhiên và copolyme (ghép từ
chất keo tụ tự nhiên và tổng hợp) [87], [89].
2.4.2.1 Chất keo tụ tổng hợp
Chất keo tụ này chủ yếu tan trong nước và có trọng lượng phân tử cao. Nó được
chia thành 3 loại: anion, cation và nonion [22], [32]. Một số chất keo tụ cation và anion
được biết đến là polyelectrolytes với nhiều tính chất đặc trưng của nó [98].


12

Nhóm cation: có nguồn gốc từ đặc điểm của nó là tỷ trọng và phân bố các điện
tích dương dọc theo các chuỗi đại phân tử, thường là các amoni bậc bốn. Hình dạng

chuỗi và độ hoà tan của nó phụ thuộc vào mức độ ion hoá và quá trình tương tác với
nước. Các nhóm chức năng của nó tương tác mạnh với các hạt có điện tích âm nên có
thể ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước thải, qúa trình sản xuất giấy,
… Các polyme có chứa điện tích là cation có thể chia thành 3 loại: amonium,
sulfonium và phosphonium bậc bốn [99]. Trong nhóm cation, chất được sử dụng phổ
biến nhất là poly (diallyl dimethyl amoni clorua) (polyDADMAC), còn một số chất
như poly (2 – vinylpyridine), poly (ethylen imine) (PEI),… [34], [35].
Nhóm anion: có 1% – 100% các đơn vị monomer phân bố vào trong điện tích,
trọng lượng phân tử khá cao, các loại polyme được sử dụng chủ yếu là: polyme chứa
các nhóm cacboxyl, chứa các nhóm acid sulfonic (PVSA, PSSA), acid acrylic (PAA)
và muối của nó [98], [103].
Nhóm nonion: có ít hơn 1% đơn vị mononer là điện tích. Trong xử lý nước, chất
keo tụ này được sử dụng theo cơ chế cầu nối nên có trọng lượng phân tử khá cao. Chất
chủ yếu của nhóm này là polyacrylamide và poly (ethylene oxide) (PEO) [106].
2.4.2.2 Chất keo tụ tự nhiên
Chất keo tụ tự nhiên là các polysaccharide bao gồm tinh bột và các thành phần
của nó, acid alginic, cellulose và các dẫn xuất của nó, dextran, glycogen, chitin,
chitosan,… Một số thì có chứa nhóm anion như carboxyl [103].
Chất keo tụ tự nhiên thân thiện với môi trường, có thể lấy từ các nguồn có sẵn
hoặc tái tạo trong tự nhiên. Tuy nhiên, nó không có hiệu quả cao nên phải sử dụng một
số lượng lớn. Ưu điểm lớn nhất của nó là có khả năng phân huỷ sinh học, nhưng điểm
này lại làm giảm thời gian lưu trữ [112].