Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phản nitrate chịu mặn xử lý nitơ trong nước thải chế biến thủy sản​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI KHUẨN PHẢN
NITRATE CHỊU MẶN XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC
THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Hương
Sinh viên thực hiện
MSSV: 1151110138

: Thành Quang Hiền
Lớp: 11DSH05

TP. Hồ Chí Minh, 2015


Đồ án tốt nghiệp

ỜI CAM ĐOAN
Đồ n tốt nghiệp n
n kho h

l

ng tr nh nghi n ứu ủ

ủ TS Ngu n Ho i H

phẩm – M i tr ờng, Tr ờng Đại H

n tốt nghiệp n

is h

ng – Kho C ng nghệ sinh h

ng

– Th

C ng Nghệ Tp Hồ Chí Minh

Những kết quả ó đ ợ trong đồ n n
tốt nghiệp ủ ng ời kh

ản th n t i

ho n to n kh ng s o hép từ đồ n

i ất kỳ h nh thứ n o C

l ho n to n trung th

số liệu trí h

n trong đồ

T i xin hịu tr h nhiệm ho n to n về đồ

n tốt nghiệp ủ m nh
TP HCM, ng

5 th ng 8 n m

Sinh vi n th

hiện

THÀNH QUANG HIỀN

5


Đồ án tốt nghiệp

ỜI CẢM N
ời đầu ti n on xin gửi lời ảm n đến
u th

ng v

he hở ho on,

nhất ho on trong h

mẹ,

mẹ đã lu n ở

mẹ đã sinh th nh, ạ

n on v

phẩm – M i tr ờng, tr ờng Đại h

kho C ng nghệ Sinh h

– Th

C ng nghệ TP HCM đã nhiệt t nh giúp đỡ,

tru ền đạt những kiến thứ nền tảng, những kinh nghiệm qu
Đặ

nh những điều tốt

tập ũng nh trong uộ sống

Em xin đ ợ tr n tr ng ảm n qu thầ

qu tr nh h

ỗ,

u ho em trong suốt

tập v l m đồ n tốt nghiệp
iệt, em xin

tỏ lòng iết n s u sắ t i TS Ngu n Ho i H

ng ời thầ đ ng kính, đã tận t nh giúp đỡ, h
kỹ n ng, ph

ng ph p,

ng

ng,

n ho em về nội ung ũng nh

h thứ tiến h nh thí nghiệm để em ó thể ho n th nh

đồ n tốt nghiệp ủ m nh
Em xin h n th nh ảm n thầ Huỳnh V n Th nh v thầ Ngu n Trung
Dũng đã tạo điều kiện thuận lợi ho em trong suốt qu tr nh em th

hiện đồ n tại

phòng thí nghiệm Kho M i tr ờng v C ng nghệ sinh h , Tr ờng Đại h

Kỹ

thuật C ng nghệ TP Hồ Chí Minh
Em xin h n th nh ảm n qu thầ
gi n đ

trong hội đồng phản iện đã

nh thời

v nhận xét đồ n tốt nghiệp ủ em
in ảm n

khoảng thời gi n em h

nh hị,

ạn v

em đã động vi n v giúp đỡ em trong

tập ũng nh l m đồ n tốt nghiệp tại tr ờng

Em xin h n th nh ảm n
Tp. Hồ Chí Minh, ng

5 th ng 8 n m
n v nt

ện

THÀNH QUANG HIỀN

5


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................................ 1
1.

Đặt vấn đề: ............................................................................................................................ 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................................. 2

3.

Nội dung nghiên cứu ............................................................................................................ 2

4.

Ý ng ĩa đề tài ........................................................................................................................ 2
4.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................................. 2
4.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................................. 2
P ƣơng p áp ng

5.

CHƯ NG
1.1.

n ứu..................................................................................................... 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................................ 4

Tổng quan nƣớc thải chế biến thủy sản (CBTS) ........................................................... 4

1.1.1. Nguồn phát sinh và đặc tính nước thải CBTS .................................................................. 5
1.2.

C u trìn n tơ (N) .......................................................................................................... 11

1.2.1. Giới thiệu về chu trình N tự nhiên................................................................................. 11
1.2.2. Quá trình phản nitrate ở tế bào vi khuẩn ....................................................................... 13
1.3.

Tổng quan về một số vi khuẩn phản nitrate ................................................................ 20

1.3.1.

Pseudomonas stutzeri .............................................................................................. 20

1.3.2.

Paracoccus denitrificans .......................................................................................... 22

1.3.3.

Bacillus azotoformans .............................................................................................. 23

1.3.4.

Thiobacillus denitrificans......................................................................................... 23

1.4.

Tổng quan p ƣơng p áp p ân lập vi sinh vật [2] ....................................................... 26

1.4.1.

Khái niệm ................................................................................................................ 26

1.4.2.

Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết ...................................................... 26

1.4.3.

Giữ và bảo quản giống ............................................................................................ 27

CHƢƠNG 2.

VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 29

2.1.

Thờ g an và địa đ ểm th c hiện đề tài ......................................................................... 29

2.2.

Vật liệu – thiết bị - hóa chất .......................................................................................... 29

2.2.1.

Vật liệu ..................................................................................................................... 29

2.2.2.

Thiết bị, dụng cụ....................................................................................................... 29

2.2.3.

Hóa chất ................................................................................................................... 29

2.3.

Bố trí thí nghiệm : Các bước thí nghiệm được trình bày tóm tắt theo sơ đồ sau ............. 30

2.4.

Ph

2.4.1.

ng ph p nghi n ứu th c nghiệm............................................................................. 31
Phương pháp lấy mẫu .............................................................................................. 31

I


Đồ án tốt nghiệp

2.4.2.

Phương pháp phân lập và tuyển chọn các chủng VK có khả năng phản nitrate .... 31

2.4.3.

Các thử nghiệm sinh hóa đối với các chủng VK phân lập [8] ................................. 34

2.4.4.
Bố trí thí nghiệm thử nghiệm khảo sát khả năng khử nitrate và khử nitrate của các
chủng VK phân lập được.......................................................................................................... 38
CHƢƠNG 3.
3.1.

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN.............................................................................. 46

Kết quả phân lập và tuyển chọn các chủng có khả năng phản nitrate: ....................... 46

3.1.1.

Tăng sinh VK phản nitrate từ nước thải CBTS trên môi trường Giltay NO3- và NO246

3.1.2.

Phân lập và làm thuần vi khuẩn từ nước thải CBTS:............................................... 47

3.1.3.

Tăng sinh VK phân lập được trên môi trường Giltay Nitrate và Giltay Nitrite:...... 49

3.1.4.

Kết quả thử nghiệm sinh hóa đối với các chủng VK phân lập: ................................ 53

3.2. Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrite sau 48 giờ đối với những chủng được
tuyển chọn ................................................................................................................................... 55
3.2.1.

Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrite của chủng 7.5 trong 48 giờ. ....... 55

3.2.2.

Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrite sau 48 giờ đối với chủng 7.1....... 57

3.3. Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrate sau 48 giờ đối với những chủng
được tuyển chọn. ......................................................................................................................... 60
3.3.1.

Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrate sau 48 giờ của chủng 7.5 ........... 60

3.3.2.

Kết quả định lượng N trong mô hình khử Nitrate sau 48 giờ của chủng 7.1 ........... 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................................... 68

1.

Kết luận ................................................................................................................................ 68

2.

Kiến nghị .............................................................................................................................. 69

II


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC VIÊT TẮT
CBTS

Chế biến thủy sản

G

Giltay

HK

Hiếu khí

HKGT

Hiếu khí giá thể

KK

Kị khí

KKGT

Kị khí giá thể

MT

M i tr ờng

N

Nit

NH4+

Amoni

NO2-

Nitrite

NO3-

Nitrate

VK

Vi khuẩn

VSV

Vi sinh vật

III


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

S đồ quy trình công nghệ CBTS đ ng lạnh .............................................. 5

Hình 1.2.

S đồ quy trình công nghệ xử l n

Hình 1.3.

Chu trình N trong t nhiên ....................................................................... 11

Hình 1.4.

Chu trình N thu g n do VK th c hiện ...................................................... 13

Hình 1.5.

Quá trình khử nitrate dị hóa và khử nitr te đồng hóa trong chu trình N

c thải CBTS điển hình ................... 11

của VK nhân th c ......................................................................................................... 15
Hình 1.6.

C

hế quá trình khử nitrate dị hóa (hô hấp kỵ khí) ................................ 16

Hình 1.7.

C

hế quá trình khử nitrate dị hóa amôn hóa ......................................... 17

Hình 1.8.

Hình thái khuẩn lạc Pseudomonas stutzeri ............................................... 21

Hình 1.9.

Hình thái tế bào và khuẩn lạc Paracoccus denitrificans .......................... 22

Hình 1.10. Hình thái tế bào Thiobacillus denitrificans .............................................. 24
Hình 2.1.

S đồ tóm tắt bố trí

Hìn 2.2

Mô hình khảo sát khả n ng hu ển hóa N ở

Hình 3.1.

Động h c chuyển hóa N của chủng 7.5 trong mô hình chuyển hóa

c thí nghiệm ................................................. 31
điều kiện khác nhau. .... 39

nitrite .......................................................................................................... 53
Hình.3.2.

Động h c chuyển hóa N của chủng 7.1 trong mô hình chuyển hóa
nitrite .......................................................................................................... 56

Hình 3.3.

Động h c chuyển hóa N của chủng 7.5 trong mô hình chuyển hóa
nitrate ......................................................................................................... 58

Hình 3.4.

Động h c chuyển hóa N của chủng 7.1 trong mô hình chuyển hóa
nitrate ......................................................................................................... 62

IV

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Các thông số ô nhi m tiêu biểu củ n

Bảng 1.2. Tải l ợng ô nhi m n

c thải CBTS Việt Nam ................. 4

c thải của một số nhà máy CBTS ........................... 4

Bảng 1.3. Nồng độ ô nhi m trung bình trong n

c thải của một số loại hình CBTS . 6

Bảng 1.4. Tiêu chuẩn về hàm l ợng nitrate và nitrite trong n
chức

c uống ở mốt số tổ

................................................................................................................... 10

Bảng 1.5. Nồng độ methanol sử dụng để khử nitrate hoặc nitrite hoàn toàn ............ 18
Bảng 1.6

Tóm tắt đặc tính hình thái và sinh lý, sinh hóa của các vi khuẩn phản

nitrate tiềm n ng ............................................................................................................ 25

Bảng 2.1. Độ đụ m i tr ờng v l ợng khí sinh ra của các m u m i tr ờng sau
khi t ng sinh VK ph n lập ............................................................................................. 32
Bảng 2.2. Ph

ng ph p định tính nồng độ nitrite trong m u .................................... 33

Bảng 2.3. Ph

ng ph p định tính nồng độ nitrate ..................................................... 33

Bảng 2.4. Ph

ng ph p định tính nồng độ amoni: .................................................... 33

Bảng 2.5. Trình t tiến h nh định l ợng NO3-........................................................... 41
Bảng 2.6. Trình t tiến h nh định l ợng NO2-........................................................... 42
Bảng 2.7. Trình t tiến h nh định l ợng NH4+ .......................................................... 44
Bảng 3.1

Kết quả định tính N s u 5 ng

t ng sinh n

c thải CBTS trên môi

tr ờng Giltay ................................................................................................................. 46
Bảng 3.2

Kết quả phân lập VSV từ n

Bảng 3.3

Kết quả định tính tr n m i tr ờng Giltay Nitrite sau 5 ngày .................... 49

Bảng 3.4

Kết quả định tính tr n m i tr ờng Giltay Nitrate sau 5 ngày.................... 49

c thải CBTS ............................................... 48

Bảng 3.5. Kết quả thừ nghiêm sinh hóa của các chủng VK phân lập........................ 51
Bảng 3.6. Kết quả định l ợng N trong mô hình khử Nitrite của chủng 7.5 sau 48
giờ

................................................................................................................... 52

Bảng 3.7. Kết quả định l ợng N trong mô hình khử nitrite của chủng 7.1 sau 48
giờ

................................................................................................................... 55

V


Đồ án tốt nghiệp

Bảng 3.8. Kết quả định l ợng N trong mô hình khử nitrate của chủng 7.5 sau 48
giờ

................................................................................................................... 58

Bảng 3.9. Kết quả định l ợng N trong mô hình khử nitrate của chủng 7.5 sau 48
giờ

................................................................................................................... 61

VI


Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề:
Ngành công nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành kinh tế mũi
nh n củ n

t , đóng góp đ ng kể ho GDP n

t Đ

ũng l ng nh hế biến

có số l ợng doanh nghiệp nhiều nhất trong công nghiệp chế biến, m ng đến việc
làm cho nhiều ng ời dân Bên cạnh những lợi ích về kinh tế và xã hội, ngành CBTS
ũng g

r nhiều vấn đề về m i tr ờng nh

nhi m không khí, ô nhiềm đất, ô

nhi m chất thải rắn… v nghi m tr ng h n ả là ô nhi m nguồn n
này làm ảnh h ởng rất l n đối v i cuộc sống củ
đến hệ sinh thái gần khu v
N

n

Chính điều

on ng ời , ũng nh ảnh h ởng

c thải đ ợc thải ra.

c thải của công nghiệp CBTS chứa các thành phần ô nhi m hữu

nguồn gốc từ động vật, nh protein v lipi
l ợng BOD, COD và Nitrate khá cao. V i

Ngo i r , n

c thải này còn có hàm

ng ph p xử l hó l , ph

ng

pháp xử lý hóa h ,… ó thể xử lý hiệu quả đ ợ COD v BOD nh ng v n h

xử

lý triệt để đ ợ l ợng Nitr te ó trong n
Hiện n ,

ph

ph

ó

c thải.

ng ph p sinh h c trong xử l n

c thải sau chế biến đ ợc

các doanh nghiệp CBTS quan tâm và áp dụng rất nhiều N
l ợng chất hữu

o,

phân hủy sinh h c b i các vi sinh vật. Sử dụng ph

pháp sinh h c trong xử l n
ph

c thải CBTS chứa

c thải có thể khắc phụ đ ợc một vấn đề mà các

ng ph p xử lý hóa lý, hóa h

th ờng gặp phải là vấn đề tái ô nhi m sau xử lý.

Nhiều chủng VSV có khả n ng th m gi v o hu tr nh nito trong n
chuyển hóa các hợp chất N nh

ng

c,

mon, nitrite, nitr te để phục vụ cho quá trình trao

đổi chất, tổng hợp nên các thành phần cấu trúc của tế

o ũng nh tổng hợp các

chất cần ho qu tr nh sinh tr ởng và phát triển của chúng. D

v o đó, nhiều

chủng VSV có khả n ng hu ển hó N đ ợc sử dụng trong nhiều lĩnh v

nh

ng

nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp th c phẩm, đặc biệt là công nghiệp chế
biến thủy sản. Để ó đ ợc những ứng dụng trên, việc phân lập và tuyển ch n các
chủng VSV mong muốn là một phần quan tr ng trong việc nghiên cứu ũng nh tạo
ra chế phẩm sinh h c có giá trị ứng dụng vào xử l n

1

c thải.


Đồ án tốt nghiệp

Từ những

sở trên, th c hiện đề tài “P ân lập và tuyển chọn vi khuẩn

phản nitrate chịu mặn xử lý n tơ trong nƣớc thải chế biến thủy sản” v i mong
muốn sẽ ch n đ ợc các chủng vi khuẩn có khả n ng xử lý hiệu quả nhất, để kết hợp
tạo nên một chế phẩm sinh h c phù hợp v i n

c thải chứa nguồn N cao, góp phần

nâng cao hiệu quả xử lý và bảo vệ m i tr ờng trong ngành CBTS.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Phân lập và tuyển ch n các chủng VK có khả n ng xử lý nitrate và nitrite
trong điều kiện có nồng độ muối cao từ n

c thải từ công ty CBTS.

3. Nội dung nghiên cứu
-

Phân lập và tuyển ch n các chủng VK có khả n ng xử lý nitrate và nitrite
trong điều kiện có nồng độ muối cao từ n

c thải chế biến thủy sản.

-

Định l ợng khả n ng xử lý nitrite của các chủng vi khuẩn tuyển ch n

-

Định l ợng khả n ng xử lý nitrate của các chủng vi khuẩn tuyển ch n.

4. Ý ng ĩa đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
Phân lập đ ợc chủng VSV có khả n ng xử lý N-Nitr te đạt hiệu quả cao, có
thể ứng dụng trong nhiều lĩnh v c.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tạo thêm một số chế phẩm sinh h c ứng dụng trong xử l n
sản, góp phần bảo vệ m i tr ờng n
5. P ƣơng p áp ng
Ph
-

c thải thủy

c.

n ứu

ng ph p tổng hợp tài liệu:
Thu thập, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, tài liệu internet có liên quan

đến đề tài.

Ph
-

L a ch n, tổng hợp các tài liệu li n qu n đến mục tiêu đề r trong đề tài.
ng ph p th c nghiệm:
Phân lập các VK có khả n ng phản nitrate từ n

2

c thải nhà máy CBTS.


Đồ án tốt nghiệp

-

Ph

ng ph p định tính khả n ng khử nitrate, nitrite của các VK phân lập

đ ợc.
-

Th c hiện một số th c nghiệm sinh hó nh : nhuộm gram, OF, MR-VP,
In ol, C t l se, i động đối v i các chủng phân lập đ ợc, từ đó tu ển
ch n chủng VK mong muốn, loại VSV không mong muốn.

-

Th c hiện bố trí thí nghiệm khảo sát khả n ng phản nitrate của chủng VK
đã tu ển ch n

Ph

ng ph p thu thập và xử lý số liệu:

-

Ghi nhận số liệu từ các thí nghiệm khảo sát theo từng thời điểm.

-

Xử lý số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel.

-

Xử lý thống kê bằng phần mêm Statgraphic Centurion XV. Các số liệu
s u đó đ ợ ph n tí h ANOVA v đ ợc trắc nghiệm phân hạng LSD v i
mứ

nghĩ

, 5

3


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan nƣớc thải chế biến thủy sản (CBTS)
N

c thải nh m

CBTS đ ợ đặ tr ng ởi h m l ợng ô nhi m chất hữu

v N cao. Nồng độ BOD ≥ 1000mg/l và tổng N ≥ 120mg/l. Tỉ lệ COD/BOD5
nằm trong khoảng 1,1 - 1,3, cho phép xử l n

c thải theo ph

ng ph p sinh h c

đạt hiệu quả cao.
Bảng 1.1 Các thông số ô nhi m tiêu biểu củ n
STT
1
2
3
4
5
6
7

CHỈ TIÊU

ĐƠN VỊ
pH
COD
mg/l
BOD
mg/l
SS
mg/l
Dầu mỡ ĐTV
mg/l
Nit tổng
mg/l
Photpho tổng
mg/l
Bảng 1.2. Tải l ợng ô nhi m n

GIÁ TRỊ
QCVN 11:2008, Cột B
6–8
5,5 – 9
1500 – 2800
80
1000 – 1800
50
388 – 452
100
150 – 250
20
120 – 160
60

6 – 10
c thải của một số nhà máy CBTS

Công suất

TT

Tên ơ sở công nghiệp

1

Cty XNK thủy sản Việt

c thải CBTS Việt Nam

(TSP/ngày)

Tải lƣợng ô nhiễm
BOD5 COD
SS

N

P

12 -15

484

3300

3960

198

21

25 – 30

396

2700

3240

162

19

6–9

380

1100

1425

110

23

Nam (SEAPRODEX)
2

Cty chế biến hàng xuất
khẩu Q3 (EPCO)

3

XNXK

thủy

hải

sản

4
5
6

Seaspimex
XN đ ng lạnh Nhà Bè
XN CBTSXK Cần Th
Cty XNK thủy sản An Giang

3,5 - 5
3–6
8 - 12

53
200
1028

360
682
900

423
900
-

22
30
40

5
8
10

7
8
9
10

Cty CBTSXK Nha Trang
Cty Animex Đ Nẵng
XN đ ng lạnh Huế
Cty XNKTS Quảng Ninh

4–6
1–2
2–3
4–6

420
351
-

533
460
428
-

810
630
717
1347

54
189

17
47

4


Đồ án tốt nghiệp

1.1.1. Nguồn phát sinh và đặc tính nước thải CBTS
1.1.1.1. Nguồn phát sinh
Trong sản xuất thủy sản, n
tổng l ợng n

c thải ở các khâu chế biến chiếm 85% - 90%

c thải, 10 % - 15% còn lại l n

c thải sinh hoạt của công nhân

trong nhà máy. Nguồn gây ô nhi m ở khâu chế biến
-S

ản :

hế nguyên liệu: rửa, phân loại, mổ, rã đ ng…

- Các quá trình chế biến: ng m, t h x

ng, ắt khúc, phile, làm sạch, luộ …

- Quá trình vệ sinh thiết bị, nh x ởng và vệ sinh của công nhân.
C

c sản xuất

ản ó ph t sinh n

c thải tại nh m

CBTS đ ợc thể

hiện trên hình 1.1.

Hình 1.1 S đồ quy trình công nghệ CBTS đ ng lạnh (Lê Minh Nguyệt, 2003)

5


Đồ án tốt nghiệp

Ngoài các nguồn gây ô nhi m trên thì các hoạt động đóng hộp nh kh u rót
n

c sốt, n

c muối, dầu gia vị ũng góp phần gây ô nhi m đ ng kể Đối v i hoạt

động sản xuất bột cá và dầu cá thì nguồn gây ô nhi m l n

c máu từ khâu bốc dỡ,

bảo quản cá, ép cá và thời điểm dòng thải đậm đặc nhất l kh u l t m n
tụ các thiết bị

ng ng

đặc.

Bảng 1.3. Nồng độ ô nhi m trung bình trong n

c thải của một số loại hình CBTS

Chỉ tiêu đ nh giá ô nhi m
Loại hình chế biến

pH

SS

BOD

COD

NTS

PTS

Đ ng lạnh

7,3

350

800

1100

90

20

Đồ hộp

7,1

100

478,8

775,6

24,84

11,82

Surimi (sản phẩm n liền)

7,8

586

3120

4890

125

11,32

N c mắm

7,5

75

20

40

-

-

M c khô, tôm khô các loại

7,5

250

100

150

20

6

Agar

6,7

136,6

217,8

413,8

9,7

27,5

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng M i tr ờng, Cục thùy sản, 2007)
1.1.1.2. Đặc tính nước thải CBTS
N

c thải là một trong những vấn đề m i tr ờng l n nhất của ngành CBTS

hiện nay, v i đặ tr ng ởi ô nhi m về màu, mùi, chất rắn l lửng, chất hữu
và VK gây bệnh, v.v.. Các chất thải ó đặc tính d
đ ờng đi ủa dòng thải N

o

n hỏng và d thất thoát theo

c thải trong CBTS ó h m l ợng chất hữu

ov

trong đó ó ầu, protein, chất rắn l lửng và chứ l ợng photphat và nitrate cao.
Dòng thải từ CBTS còn chứa những m u vụn thịt, x

ng ngu n liệu chế biến,

máu, chất béo, các chất hoà tan từ nội tạng ũng nh những chất tẩy rửa và các tác
nhân làm sạ h kh
củ n
ph

Trong đó ó nhiều hợp chất khó phân hủy. Mứ độ ô nhi m

c thải tùy thuộc vào s có mặt của một số yếu tố, nh ng qu n tr ng nhất là

ng ph p hế biến và loài thủy sản đ ợc chế biến sau :
Nhìn chung, hầu hết n

c thải củ

điểm

6

nh m

CBTS đều có chung đặc


Đồ án tốt nghiệp

-

Có h m l ợng các chất hữu
BOD5 th ờng l n,

ạng d phân huỷ sinh h c cao. Giá trị

o động trong khoảng 300 – 2000 mg/l, giá trị COD

nằm trong khoảng 500 – 3000 mg/l.
-

H m l ợng l n các protein và chất inh

ỡng, thể hiện ở 2 thông số tổng

Nit (5 – 200 mg/l) và tổng Photpho (10 – 100 mg/l).
-

H m l ợng chất rắn l lửng cao từ 200 – 1000 mg/l.

-

pH th ờng nằm trong gi i hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷ đạm
và thải amoniac.
trong n

Ngoài ra, các thành phần chất hữu

c thải thủy sản khi phân huỷ

tạo ra các sản phẩm trung gian là các axit béo không no nên tạo mùi rất khó chịu và
đặ tr ng, gây ô nhi m về mặt cảm quan và ảnh h ởng tr c tiếp đến sức khoẻ công
nhân làm việc.
1.1.1.3. Tác động của nước thải CBTS đến môi trường nước
Nh đã tr nh

,n

c thải CBTS ó h m l ợng các chất ô nhi m cao, nếu

kh ng đ ợc xử lý sẽ gây ô nhi m nghiêm tr ng nguồn n

c mặt v n

c ngầm

xung quanh.
Đối v i nguồn n

c ngầm tầng n ng, n

và gây ô nhi m mạ h n
nguồn n

c thải CBTS có thể thấm xuống đất

c ngầm. Các chất hữu

v VSV g

c ngầm nhi m gây cản trở cho việc xử l th nh n

ệnh có trong

c sạch cung cấp cho

sinh hoạt.
Đối v i các nguồn n
làm suy thoái chất l ợng n
n

c mặn, các chất ô nhi m ó trong n
,t

động xấu đến m i tr ờng và thủy sinh vật. Trong

c thải CBTS chứa các chất nh

onh

r t, protein, hất béo...là các chất hữu

bị phân hủy, nên khi xả vào nguồn n

c t nhiên sẽ làm giảm nồng độ oxy

hòa tan vốn có, do VSV sử dụng để phân hủy các chất hữu
Nồng độ ox hò t n

chất l ợng n

ó trong n

c thải.

i 50% bão hòa gây ảnh h ởng xấu t i s phát triển của các

loài thủy sinh và làm giảm khả n ng t làm sạch của nguồn n
n

c thải CBTS sẽ

c, d n đến giảm

c cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Ngoài ra, các chất l lững trong

c thải CBTS l m ho n

đục hoặ

ó m u ng n ản ánh sáng chiếu sâu vào

7


Đồ án tốt nghiệp

lòng thủy v c, ảnh h ởng t i quá trình quang hợp của tảo, rong r u

g

t

động

đến tài nguyên thủ sinh, đồng thời gây mất mỹ qu n ho òng n

tiêu c

gây bồi lắng lòng sông, cản trở s l u th ng tr n l u v c. Về mặt vi sinh, n

c và
c thải

CBTS chứa nhiều VK gây bệnh và trứng giun sán là những tác nhân gây nên dịch
bệnh ở ng ời nh : ệnh lỵ, th

ng h n, ại liệt, nhi m khuẩn đ ờng tiết niệu và

tiêu chảy cấp tính…
Trên hết l t

động của các hợp chất N v photpho nh g

ỡng trong hệ sinh th i n
n

,l mn
-

c, làm cạn kiệt ox trong n

,g

hiện t ợng phì

độc v i hệ sinh vật

c ngầm ô nhi m nitrate, ảnh h ởng t i sức khỏe cộng đồng.

Hiện t ợng ph

ỡng trong n

l

o

thừa chất inh

ỡng d n t i s

phát triển bùng nổ của các loài tảo và VSV, còn g i là hiện t ợng tảo nở hoa.
Khi đó mật độ thuỷ sinh vật trong hồ rất

đặ l m ho n

ó độ màu và

độ đục cao. Ngoài ra khi một l ợng l n tảo chết đi sẽ cần l ợng oxy l n
t

ng ứng để phân huỷ d n đến h m l ợng ox hò t n trong n

kiệt, làm chết các sinh vật sống trong n
-

Theo tài liệu « H

c bị cạn

c.

ng d n về chất l ợng n

c uống » của Tổ chức Y tế thế

gi i ũng nh Ti u huẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không xem amoni là chất gây
hại cho sức khỏe on ng ời mà xếp amoni vào nhóm các chất g
xấu về mặt cảm quan (mùi, vị) trong n
cản trở trong công nghệ xử l n

t

động

c. Bên cạnh đó, moni òn l

ếu tố

c cấp. Thứ nhất : nó làm giảm tác dụng của

clo là tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng ở

nh m

n

c Việt Nam, do

phản ứng v i clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả
kém lo h n
(hữu

lần. Thứ hai : amoni cùng v i một số vi l ợng trong n

, phốt pho, sắt, m ng n…) l “thứ

n” để VK phát triển, gây hiện

t ợng “kh ng ổn định sinh h ” ủa chất l ợng n
bị đụ , đóng ặn trong hệ thống d n, chứ n

c

c sau xử l
N

N

c có thể

c bị xuống cấp về các

yếu tố cảm quan.
-

Khi nồng độ moni trong n

c cao sẽ rất d dàng tạo r nitrite Trong

thể

động vật, nitrite và nitrate có thể biến thành N-nitroso - là tiền chất có tiềm

8


Đồ án tốt nghiệp

n ng g

ung th

Mặc dù bằng chứng dịch t h

v i con ng ời. Ủ

h

n h u Âu qu định mức tối đ

đầ đủ về tác hại đối
ủ nitr te trong n

c

uống là 50 mg/l, Mỹ là 45 mg/l, Tổ chức sức khoẻ thế gi i: 100 mg/l, tiêu
chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) đã đề ra mức gi i hạn 3 v 5 mg/l đối v i nitrite
v

nitr te t

ng ứng nhằm ng n ngừa bệnh mất sắc tố máu

(meth emoglo in emi ) đối v i trẻ s sinh

i 3 tháng tuổi v ung th tiềm

t ng Độc tính củ nitrite đ ợc mô tả nh s u (Sharat và cộng s , 1994)
Chứng máu Methaemo- globinaemia (hội chứng xanh xao trẻ em) :
Trong

thể, nitrite (hoặ nitr te

i tác dộng của một số VK đuờng ruột

chuyển thành nitrite) kết hợp v i hồng cầu (hemoglo in) trong m u s u đó hu ển
thành

methemoglobin,

cuối

cùng

chuyển

thành

methemoglobinamin.

Methemoglobinamin là chất ng n ản việc liên kết và vận chuyển oxy, gây bệnh
thiếu oxy trong máu và sinh ra bệnh máu trắng:
4HbFe2+O2 + 4 NO2- + 2H2O → 4H Fe3+OH- + 4NO3- + O2
Bệnh nhân khi bị ngộ độc nitrite sẽ có những triệu chứng nh nhức đầu, hồi
hộp, hoa mắt, nôn mử … s u đó
n
đe

n đến hôn mê và có thể gây tử vong. Hiện t ợng

đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh n
a đến cuộc sống đặc biệt là trẻ

th ờng xanh xao và d bị

i 6 tháng tuổi.

Ung t ƣ t ềm tàng :
Ở một khía cạnh khác, trong dạ

động vật nitrite kết hợp v i các acid

amin trong th c phẩm làm thành một h chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn
th

ng i tru ền tế bào nguyên nhân gây ra bệnh ung th , qu i th i Những thí

nghiệm cho nitrite vào thứ

n, n

c uống của chuột, thỏ... v i h m l ợng v ợt

ng ỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi,
vòm h ng của vật thí nghiệm. Ở điều kiện pH <4 thì các hợp chất nitroso đ ợc tạo
thành từ amin bậc hai và acid nitro (HNO2) có thể trở nên bền vững h n nhờ tách
loại proton để trở thành nitrosamin:
R2-NH + HNO2 → H2O + R2N-NO (pH<4).

9


Đồ án tốt nghiệp

Các amin bậ

trong m i tr ờng axit yếu ở pH = 3 - 6 v i s có mặt của

ion nitrite chúng d dàng phân huỷ thành aldehyd và amin bậc hai. Sau dó amin bậc
hai tiếp tục chuyển thành nitrosamin.
Do độc tính cao của các hợp chất chứa N (amoni, nitrite, nitrate) nên việc
loại bỏ húng trong n

c thải ó h m l ợng N cao là việc quan tr ng, để loại bỏ

đ ợc mối nguy hại khá l n ho m i tr ờng, đặc biệt là bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
S uđ

l qu định về h m l ợng nitr te v nitrite trong n

c uống của một số tổ

chức
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn về hàm l ợng nitrate và nitrite trong n

c uống ở mốt số tổ

chức
Hàm l ợng NO3- (mg/l)

Tổ chức

Hàm l ợng NO-2(mg/l)
..

WHO

45

TCVN 5501-91

50

0,1

Canada

10

1

EEC

50

0,1

CHLB Đức

50

0,1
(Nguồn:genome)

1.1.1.4. Hệ thống xử l n

c thải cho các nhà máy CBTS

c thải CBTS, quy trình xử l n

c thải thông

dụng th ờng đ ợc áp dụng tại các nhà máy CBTS Việt Nam gồm

ng đoạn

D

v o đặ tr ng ủ n

sau:
-

Tiền xử lý hay xử l s

ộ: Tách rác, lắng cát, cân bằng, tách dầu.

-

Xử l s

-

Xử lý thứ cấp hay xử lý bậc 2: Xử lý hiếu khí trong bể Aeroten.

-

Xử lý bậc 3: Keo tụ, lắng l c, khử trùng.

ấp hay xử lý bậc 1: Xử lý kỵ khí trong bể UASB.

Bùn lắng tụ s u khi đ ợc gom v o ng n hứa bùn sẽ đ ợ đ

qu

ể phân

hủy bùn và cuối ùng đ ợc thải vào bãi rác hoặc dùng bón cây.
Dây chuyền công nghệ xử l n

c thải CBTS điển hình tại các nhà máy sản

xuất thủy sản ở Việt N m đ ợc mô tả ở hình 2.2.

10


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2. S đồ quy trình công nghệ xử l n
1.2.

c thải CBTS điển hình

C u trìn n tơ (N)

1.2.1. Giới thiệu về chu trình N tự nhiên
Chu kỳ N là một qu tr nh m theo đó N đ ợc chuyển đổi qua lại giữa các

dạng hợp chất hóa h c của nó. Chuyển đổi này có thể đ ợc th c hiện cả hai quá
trình sinh h c và phi sinh h c. Quá trình quan tr ng trong chu trình N bao gồm: s
cố định N, khoáng hóa, quá trình nitrate hóa và khử nitrate.

Hình 1.3. Chu trình N trong t nhiên
S chuyển hoá củ N trong m i tr ờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh
h ởng nh : pH, s phân tầng n

c, nhiệt độ, độ mặn...Việc cung cấp N vào các

chu trình vật chất trong t nhiên phụ thuộc nhiều vào quá trình phân huỷ sinh h c

11


Đồ án tốt nghiệp

các hợp chất chứa N trong môi tr ờng. S tr o đổi và phân huỷ sinh khối khác nhau
đ ng kể giữ

n i sống, kích cỡ và hoạt động sống của các quần xã VSV và nấm.

Tỷ lệ trung bình của C:N trong sinh khối VSV xấp xỉ 10:1; Th c vật có tỷ lệ C:N là
40+8 : nghĩ l

ó s thiếu hụt N; Động vật duy trì tỷ lệ C:N gần bằng tỷ lệ của

VSV phân huỷ, gây phân hủ nh nh Trong đất, tỷ lệ C:N ổn định nhất là ~10.
Theo Begon (1990), khi một chất ó h m l ợng N < 1.2+ 3% đ ợc bổ sung vào
đất thì bất kỳ ion NH4+ n o ũng đ ợc hấp thụ, còn khi các chất ó h m l ợng N >

8% đ ợc bổ sung bởi các ion NH4+ ó xu h

ng đ ợc giải phóng.

Nit trong m i tr ờng tồn tại ở nhiều dạng hóa h c khác nhau bao gồm N
hữu

nh

moni (NH4+), nitrite (NO2-), nitrate (NO3-), nit

(NO), hoặc nit v

xit (N2O), nitric ôxit

nh khí N (N2). Các quá trình trong chu trình N chuyển đổi N

từ một dạng này sang dạng khác. Một số qu tr nh n

đ ợc tiến hành bởi các VK,

qu qu tr nh đó hoặ để chúng lấ n ng l ợng hoặ để tích tụ N thành một dạng
cần thiết cho s phát triển của chúng. Việc chuyển hóa N hữu
-

gồm 4 gi i đoạn:

Cố định đạm: cố định N phân tử ngoài không khí thành NH3

i tác dụng

của hệ enzyme nitrogenase và hydrogenase kết hợp N2 v i H2. Sinh vật có
khả n ng ố định đạm là VK và vi tảo, đặc biệt là VK sống cộng sinh trong
nốt sần h đậu nh Azoto
-

ter e e v Rhizo i e e

Amoni hóa: thủy phân protein và oxy hóa các axit amin thành NH4+ bằng
enzyme protease do VK Actinomycetes và nấm tạo ra.

-

Nitrate hóa: gồm có nitrite hóa và nitrate hóa. Nitrite hóa: oxy hóa NH3,
NH4+ thành NO2- bởi chủng VK Nitrosomonas; Nitrate hóa: NO2- đ ợc oxy
hóa tiếp do chủng VK Nitrobacter thành NO3-.

-

Khử nitr te : trong điều kiện m i tr ờng ít hoặc không có oxy (ngập úng, cặn
lắng...) sẽ di n ra quá trình khử nitr te Trong đó NO3- đ ợc các VK sử dụng
làm chất nhận điện tử cuối cùng (chất gây oxy hoá) và chuyển hóa thành các
chất trung gi n nh NO2-, NO, N2O và cuối cùng khử thành N2 trả lại cho khí
quyển. Quá trình này xả r

o

VK nh

Bacillus spp ,…

12

Pseudomonas denitrificans,


Đồ án tốt nghiệp

Do mụ ti u đề tài, sinh viên th c hiện đề tài chỉ tìm hiểu sâu về quá trình
phản nitrate, các phần còn lại của chu trình N sẽ hạn chế trình bày.
1.2.2. Quá trình phản nitrate ở tế bào vi khuẩn
Phản nitrate là một trong những quá trình chính củ

hu tr nh N o VK đảm

nhiệm v đ ợc khái niệm là quá trình khử NO3- thành khí N2 theo 4 gi i đoạn
bản sau: NO3- → NO2- → NO (k) → N2O (k) → N2(k), thông qua các phản ứng:
khử nitrate hô hấp, khử nitrite hô hấp, khử NO hô hấp và khử N2O hô hấp Trong đó
NO2-, NO, N2O là các sản phẩm trung gian và mỗi gi i đoạn củ qu tr nh đ ợc xúc
tác bởi 1 hệ enzyme khác nhau. Quá trình khử nitrate dạng này g i l “khử nitrate dị
hó ”

Hình 1.4. Chu trình N thu g n do VK th c hiện (Walter G. Zumft, 1997)
Nh đã tr nh

ở trên , số l ợng VK có thể th c hiện quá trình phản nitrate

hoá khá phong phú. Có ít nhất 14 chủng VK đ ợc biết là có khả n ng phản nitrate
hoá. Ví dụ: Bacillus spp., Pseudomonas spp., Methanomonas denitrificans,
Paracoccus denitrificans, Spirillum, Thiobacillu denitrificans ...

Phần l n VK phản nitrate hoá là VK dị
(met nol, xit

ỡng tức là chúng cần nguồn C hữu

eti , met n, xit itri ) để tổng hợp tế bào, chỉ có một số ít VK

phản nitrate hoá là VK t

ỡng, sử dụng nguồn C v

để tổng hợp tế bào. Ví dụ:

loài Thiobaccillus denitrificans có khả n ng ox ho l u huỳnh nguyên tố lấ n ng
l ợng và sử dụng nguồn C từ CO2 hoà tan hoặc HCO3- để tổng hợp tế bào.

13


Đồ án tốt nghiệp

Hầu hết VK phản nitrate hoá là VK hô hấp kỵ khí tuỳ nghi (trừ Pseudomonas
stutzeri, Paracoccus denitrificans là VK phản nitrate hiếu khí), có thể sử dụng O2
hoặc NO3- làm chất nhận điện tử cuối cùng trong quá trình hô hấp. Có thể giải thích
nh s u:
Khi có mặt O2, VK sẽ sử dụng làm chất nhận điện tử cuối cùng trong quá
trình hô hấp, g i là hô hấp hiếu khí, khi nguồn O2 cạn kiệt VK sử dụng NO3- hoặc
có thể là NO2- nh

hất nhận điện tử cuối cùng cho quá trình hô hấp, g i là hô hấp

kỵ khí C

qu tr nh l t

hế củ

ng t nhau, s khác nhau duy nhất giữa hô hấp

hiếu khí và hô hấp kỵ khí là enzyme xúc tác cho s vận chuyển điện tử. O2 phải
đ ợc loại trừ để tạo điều kiện cho quá trình khử nitrate di n ra. Nếu cả O2 và NO3cùng có mặt thì VSV sẽ u ti n sử dụng O2 làm chất nhận điện tử, do hô hấp hiếu
khí sinh ra nhiều n ng l ợng h n h hấp thiếu khí.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O (Go’ = - 2,870 kJ/1mol Glucose)
5 C6H12O6 + 24 NO3- + 4H+ → 3 CO2+ 12N2 + 42H2O (Go’= - 2,670 kJ/1mol
Glucose)
C6H12O6 + 3 NO3- + 6H+ → 6CO2 + 3 NH4+ + 3H2O (Go’ = -1,870kJ/1mol
Glucose)
Các VSV cần N để tổng hợp protein là thành phần cấu trúc của tế bào và
NH4+ là nguồn N VSV có thể sử dụng tr c tiếp để tổng hợp Trong tr ờng hợp
không sẵn có nguồn NH4+, VSV có khả n ng khử NO3- thành NH4+ để sử dụng. Khi
đó một phần N đã đ ợc chuyển vào trong tế bào, quá trình khử N dạng n

đ ợc

g i l “khử nitr te đồng ho ”
C

1

hế quá trình phản nitrate

Tìm hiểu sâu về quá trình phản nitr te, th

hế của quá trình di n ra theo

hai mụ đí h hính:
-

Tổng hợp n ng l ợng cho quá trình hô hấp kỵ khí, g i là khử nitrate dị hóa.

-

Chuyển hóa NO3- thành NH4+ để tổng hợp nên cấu trúc tế bào, g i là khử
nitr te đồng hóa.

14


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.5. Quá trình khử nitrate dị hóa và khử nitr te đồng hóa trong chu trình N
của VK nhân th c (Walter G. Zumft, 1997)
Khử nitrate dị hóa
Trong khử nitrate dị hóa, xả r đồng thời hai quá trình khử nitrate hóa
(denitrificans) và amôn hóa (ammonification). Cả h i đều chuyển hóa NO3- thành
NO2- v sinh n ng l ợng ở điểm khởi đầu thông qua quá trình hô hấp kỵ khí.
-

Khử nitrate tiếp tục các quá trình khử liên tiếp NO2- → NO (k) → N O (k)
và cuối cùng tạo ra N2, v i s xúc tác của các enzyme khử đ ợc mã hóa tổng

hợp bởi các gen: Nap, Nar (hô hấp khử nitrate), Nir (hô hấp khử nitrite), Nor
(hô hấp khử oxit nitric), Nos (hô hấp khử oxit nito) S u đ
trình khử nitrate dị hóa ở tế bào VK.

15

l s đồ quá


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.6. C

hế quá trình khử nitrate dị hóa (hô hấp kỵ khí)

Trong m i tr ờng kỵ khí O2 vắng mặt, để tiếp tục duy trì s sống VSV buộc
phải t m t

nh n kh

để thay thế O2 th c hiện quá trình hô hấp, và các tác nhân

đó hầu hết là các nguyên tử chứa O2 nh NO3-, SO42+, … Trong m i tr ờng có
nhiều ion NO3- thì qu tr nh đ ợc di n r nh s u:
Ion NO3- đ ợc hấp thụ qua màng ngoài tế

o v đ ợc chuyển hóa thành các

dạng khác nhau tại khoảng không gian ngoại vi bào (periplasm). Ở đ ,
N lần l ợt đóng v i trò nh

oxit ủa

hất nhận điện tử cuối cùng thay cho O2, để tạo nên nấc

th ng điện hóa qua màng sinh chất trong quá trình hô hấp kỵ khí của tế bàoVK .
Sau mỗi phản ứng chuyển hóa, phân tử oxy dần đ ợc lấy ra khỏi

oxit N để phục

vụ cho quá trình hô hấp của tế bào và cuối cùng là tạo ra N2 thải ra bên ngoài.
-

Khử nitrate dị hó

m n hó : qu tr nh n

độc tế bào.

16

òn đ ợc g i là quá trình khử