Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải của các dây chuyền chế biến rau quả xuất khẩu bằng công nghệ sinh học

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÁC
DÂY TRUYỀN CHẾ BIẾN RAU QUẢ XUẤT
KHẨU BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ:
ĐÀO THỊ THANH HẢI

Người hướng dẫn khoa học: TS. TĂNG THỊ CHÍNH

HÀ NỘI - 2008


Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi.
Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Tác giả luận văn

Đào Thị Thanh Hải

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn Viên Công nghệ môi trường, Trung tâm đào
tạo sau đại học - Trường đại học Bách khoa Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi hồn thành luận văn thạc sỹ.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Tăng Thị Chính đã hướng
dẫn chu đáo, tận tình cho tơi trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài.
Tôi xin trân thành cảm ơn Th.S. Nguyễn Thị Hoà, KS. Hoàng Thị
Dung, KS. Trần Hà Ninh, cùng tập thể cán bộ nhân viên Viện Công nghệ mơi
trường đã nhiệt tình giúp đỡ tơi trong thời gian qua.
Trong thời gian học tập và nghiên cứu đề tài, tơi nhận được sự giúp đỡ
nhiệt tình của Đảng uỷ, Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trường Cao đẳng
Cộng đồng Hà Tây.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã nhiệt tình
giúp đỡ và động viên tơi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Với tấm lịng biết ơn, tơi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp đỡ quý
báu trên!
Tác giả luận văn

Đào Thị Thanh Hải

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải

Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD (Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxi sinh hoá

COD (Chemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy hố học

DO (Dissolve Oxygen)

Oxy hồ tan

T-N

Tổng Nitơ

T-P

Tổng Phốt pho

MLSS

Nồng độ bùn hoạt tính

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

SS

Chất rắn lơ lửng

SV30 (Solid value 30)

Bùn lắng sau 30 phút

SVI

Thể tích của một đơn vị khối
lượng bùn

VSV

Vi Sinh Vật

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hoá học trong nước ép quả dứa

9

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý COD

41

của các chủng VSV tuyển chọn
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đầu vào đến khả năng xử lý COD

42

của các chủng vi sinh vật tuyển chọn
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến hoạt động xử lý của các

44

chủng vi sinh vật tuyển chọn.
Bảng 3.4. Điều kiện tiến hành thí nghiệm trong thiết bị bùn

46

hoạt tính AS – 20PS
Bảng 3.5. Chế độ thí nghiệm xử lý nước thải nhà máy chế biến dứa

46

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng xử lý COD của các

56

chủng VSV ở quy mô pilot
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của SV30 đến khả năng xử lý COD ở quy mô

58

Pilot
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng SS ở quy mô pilot

61

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên chỉ số tổng photpho và tổng

63

Nitơ của hệ thống ở quy mô Pilot

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải công ty

17

thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao
Hình 1.2. Sự thay đổi các chât sinh học trong quá trình BOD

19

Hình 1.3. Sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

24

Hình 1.4. Nước thải sau khi xử lý với thể tích 200 ml/bình

29

Hình 2.1.Hệ thiết bị xử lý AS-20PS

36

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí mơ hình xử lý nước thải chế biến dứa

37

tại pilot của Viện Cơng nghệ mơi trường.
Hình 3.1. Tính đối kháng của 2 chủng vi Khuẩn và 2 chủng

40

nấm men tuyển chọn
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiu qu x lý

47

Hình 3.3. Quan hệ giữa tốc độ khử COD và tải lượng COD

49

Hỡnh 3.4. SVI cỏc chế độ thì nghiệm khác nhau

52

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến SVI

53

Hình 3.6. Bể xử lý nước thải quy mơ pilot tại Viện CNMT

55

Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý COD

57

ở quy mơ pilot
Hình 3.8. Ảnh hưởng của chỉ số bùn SV30 đến khả năng xử

60

lý COD ở quy mơ pilot
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên giá trị SS ở quy mơ pilot

62

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các chỉ số tổng nitơ và

64

tổng photpho của hệ thống ở quy mô pilot

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các chữ viết tắt

i

Danh mục các bảng

ii

Danh mục các hình

iii

Mục lục

iv

Đặt vấn đề

1

Chương I. Tổng quan tài liệu

3

1.1.

Tình hình sản xuất và chế biến rau quả

1.2.

Phân loại nước thải và thành phần của nước thải nhà máy chế biến 4

3

rau quả
1.2.1. Phân loại nước thải

4

1.2.2. Các tiêu chí đánh giá chất lượng nước thải

6

1.2.3. Thành phần của nước thải nhà máy chế biến rau quả

8

1.3.

Ảnh hưởng của nước thải giàu hữu cơ tới môi trường và các
phương pháp xử lý

12

1.3.1. Ảnh hưởng của nước thải giàu hữu cơ tới môi trường

12

1.3.2. Các phương pháp xử lý nước thải giàu hữu cơ

13

1.3.2.1. Phương pháp cơ học

13

1.3.2.2. Phương pháp hoá học

14

1.3.2.3. Phương pháp hoá lý

14

1.3.2.4. Phương pháp sinh học

14

1.4. Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý sinh học

18

1.5. Các vi sinh vật ứng dụng trong công nghệ xử lý nước thải

21

1.5.1. Các nhóm vi sinh vật sử dụng trong quá trình xử lý nước thải

21

1.5.2. Đặc điểm của một số nhóm vi sinh vật chính trong q trình
xử lý nước thải

21

1.5.2.1. Vi khuẩn

21

1.5.2.2. Nấm men

23

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

1.5.2.3. Các vi sinh vật khác

23

1.5.3. Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong xử lý nước thải

24

1.5.3.1. Q trình hiếu khí khơng bắt buộc

24

1.5.3.2. Q trình yếm khí

25

1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng của VSV

26

1.5.4.1. Yếu tố nhiệt độ

26

1.5.4.2. Yếu tố pH

26

1.5.4.3. Nguồn Cacbon

26

1.5.4.4. Nguồn nitơ

27

1.6. Một số kết quả nghiên cứu xử lý nước thải của quá trình sản
xuất dứa

28

Chương II. vật liệu và phương pháp nghiên cứu

30

2.1. Vật liệu

30

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

30

2.1.2. Dụng cụ và hoá chất

30

2.1.2.1. Dụng cụ

30

2.1.2.2. Hố chất

31

2.1.3. Mơi trường

31

2.2. Phương pháp nghiên cứu

31

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu nước thải

31

2.2.2. Phương pháp xác định nhu cầu oxi hoá học

31

2.2.3. Phương pháp xác định nitơ tổng số

32

2.2.4. Phương pháp xác định photpho tổng số

33

2.2.5. Phương pháp xác định giá trị SV30

34

2.2.6. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả
năng xử lý nước thải của các chủng VSV

Luận văn thạc sỹ - 2008

35

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

2.2.7. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng
xử lý nước thải của các chủng VSV

35

2.2.8. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nitơ đến
quá trình xử lý nước thải dứa

35

2.2.9. Xử lý nước thải chế biến dứa bằng phương pháp bùn hoạt
tính hiếu khí

36

2.2.10. Phương pháp xử lý nước thải hiếu khí bằng hệ thống pilot
của Viện Cơng nghệ mơi trường

37

Chương III. Kết quả và thảo luận

39

3.1. Tính đối kháng của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn

39

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý COD của các chủng
VSV tuyển chọn

40

3.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ tới quá trình xử lý COD
của các chủng VSV tuyển chọn

41

3.2.2. Ảnh hưởng của pH đầu vào đến quá trình xử lý COD của các
vi sinh vật tuyển chọn

42

3.2.3. Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến khả năng xử lý COD của các
chủng vi sinh vật tuyển chọn

43

3.3. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến dứa bằng phương pháp
bùn hoạt tính hiếu khí quy mơ bình 20 lít

44

3.3.1. Ảnh hưởng của COD đầu vào và tải lượng đến hiệu quả xử lý
COD

47

3.3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến khả năng lắng của bùn hoạt
tính

50

3.4. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến dứa bằng phương pháp hiếu
khí ở quy mơ 750 lít

54

3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hả năng xử lý COD của các chủng
vi sinh vật tuyển chọn

55

3.4.2. Mối quan hệ giữa chỉ số SV30 và mức giảm COD trong quá
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

trình xử lý nước thải ở quy mô Pilot

58

3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổng chất rắn lơ lửng SS

60

3.4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên chỉ số tổng photpho và tổng nitơ

62

Chương IV. Kết luận và kiến nghị

66

4.1. Kết luận

66

4.2. Kiến nghị

67

Tài liệu tham khảo

68

Phụ lục

73

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Với sự tiến bộ vượt bậc về khoa học kỹ thuật trên thế giới, đời sống của
con người ngày càng được cải thiện và nhu cầu của con người về vật chất và
tinh thần ngày càng tăng cao. Bên cạnh sự phát triển chóng mặt của các ngành
cơng nghệ viễn thơng, tin học... thì ngành cơng nghệ chế biến thực phẩm cũng

phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống. Tuy nhiên bên cạnh
những thành tựu đạt được như sản lượng tăng, số lượng mặt hàng ngày càng
phong phú, chất lượng hàng hóa ngày một cải thiện thì một vấn đề bức xúc đó
là xử lý nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm.
Khác với các ngành công nghiệp khác, đặc thù của nước thải của các nhà
máy chế biến thực phẩm có hàm lượng chất hữu cơ cao. Nếu thải trực tiếp ra
môi trường không qua xử lý sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường và ảnh
hưởng tới sức khoẻ của cộng đồng.
Cũng như các nhà máy chế biến thực phẩm khác, nước thải của các nhà
máy chế biến đồ hộp rau quả có hàm lượng chất hữu cơ rất cao như các loại
đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza, … đây là nguồn dinh dưỡng thích
hợp cho nhiều loại vi sinh vật phát triển.
Sự phát triển của các lồi vi sinh vật trong mơi trường nước thải khơng
có sự kiểm sốt của con người thường diễn ra trong điều kiện thiếu khí, nên
chúng thường sinh ra các sản phẩm trung gian như: SH2, CH4, NH4+… là
những hợp chất độc hại cho môi trường sống. Do vậy, nước thải thực phẩm
cần phải được xử lý trước khi thải ra mơi trường tự nhiên. Có nhiều phương
pháp xử lý nước thải khác nhau như: phương pháp cơ học, hoá lý, hoá học và
sinh học. Tuy nhiên, đối với nước thải thực phẩm thì phương pháp sinh học là
có hiệu quả hơn cả, các vi sinh vật phân hủy rất nhanh các hợp chất hữu cơ,
các sản phẩm tạo ra sau quá trình xử lý đạt mức an tồn cao khơng độc hại
cho con người và mơi trường xung quanh.
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

2

Hiện nay, ở Việt Nam các nhà máy chế biến đồ hộp rau quả cũng đã xây
dựng hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên hiệu quả xử lý nước thải tại các nhà
máy này chưa cao. Có thể do cơng nghệ xử lý chưa thật sự phù hợp hoặc do
các chủng vi sinh vật sử dụng để xử lý chưa phù hợp. Do vậy, cần có các
nghiên cứu để tìm ra những biện pháp xử lý tốt nhất để đảm bảo nước thải sau
khi xử lý thải ra môi trường đạt được các chỉ tiêu cho phép.
Nhằm mục đích thúc đẩy nhanh q trình xử lý sinh học nước thải trong
các hệ thống xử lý nước thải chế biến rau quả đặc biệt là nước thải chế biến
dứa, góp phần làm sạch và nâng cao chất lượng nước thải, chúng tôi chọn đề
tài: “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải của các dây truyền chế biến
rau quả xuất khẩu bằng công nghệ sinh học”.
Luận văn tập trung giải quyết những vấn đề chính sau:
- Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến dứa bằng phương pháp xử lý hiếu khí
sử dụng các chủng vi sinh vật tuyển chọn để nâng cao hiệu quả xử lý.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật và hiệu quả xử lý COD,
BOD của nước thải chế biến dứa: nhiệt độ, độ pH, nguồn nitơ đến khả năng
xử lý nước thải dứa của các chủng vi sinh vật tuyển chọn.
- Đánh giá hiệu quả xử lý COD của nước thải chế biến dứa thiết bị thí
nghiệm bùn hoạt tính AS – 20PS có sử dụng các chủng VSV đã tuyển
chọn.
- Đánh giá hiệu quả xử lý COD của nước thải chế biến dứa trong hệ thống
pilot của Viện Cơng nghệ mơi trường có sử dụng các chủng VSV đã tuyển
chọn.

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải

Đại học Bách khoa Hà Nội

3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN RAU QUẢ
Nước ta là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nên có khí hậu phù
hợp cho việc trồng rất nhiều loại rau quả. Ở nước ta hiện nay đã hình thành rất
nhiều vùng trồng cây rau, cây ăn quả chuyên canh cho sản lượng cao, chất
lưọng tốt không những chỉ phục vụ nhu cầu ăn tươi mà còn phục vụ hoạt động
xuất khẩu đem lại nguồn lợi kinh tế lớn cho đất nước.
Trong thời gian qua, nhất là kể từ đầu thấp kỷ 90, diện tích rau, hoa quả
của Việt Nam phát triển nhanh chóng và ngày càng có tính chuyên canh cao.
Tính đến năm 2004, tổng diện tích trồng rau, đậu trên cả nước đạt trên 600
nghìn hécta, gấp hơn 3 lần so với năm 1991. Bên cạnh rau, diện tích cây ăn
quả cũng tăng nhanh trong thời gian gần đây. Tính đến năm 2004, diện tích
cây ăn quả đạt trên 550 nghìn hécta.
Do rau quả ln có tính chất mùa vụ nên đồng thời với việc hình thành
và phát triển các khu chuyên canh cây ăn quả thì sẽ cần có một hệ thống nhà
máy chế biến rau quả phục vụ xuất khẩu. Phần lớn các sản phẩm rau quả được
xuất khẩu dạng tự nhiên bảo quản lạnh. Nhưng đối với dứa thì sản phẩm rất
đa dạng và thường xuất khẩu dạng đồ hộp: mứt dứa, dứa nước đường....
Dứa có xuất xứ từ phía Nam châu Mỹ và được đưa vào trồng từ rất lâu
đời ở Colombia. Hiện nay dứa được trồng ở hơn 70 nước trên thế giới nhưng
chủ yếu tập trung ở châu Á. Trên thế giới có rất nhiều giống dứa nhưng có thể
chia thành ba nhóm chính [5]: Nhóm Tây Ban Nha (Spanish), nhóm Hồng
hậu (Queen), nhóm smooth cayenne hay gọi tắt là cayenne là giống dứa được
trồng nhiều nhất để phục vụ cho ngành chế biến dứa đồ hộp. Dứa cayenne trái
to (1,5 -4,5kg/quả) có mắt nơng vỏ vàng cam, thịt vàng, ít xơ, nhiều nước và
vị hơi chua rất thích hợp cho chế biến nước giải khát và các loại đồ hộp dứa

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

4

khác. Nhóm dứa này được trồng phổ biến ở các vùng dứa lớn của thể giới
(Thái Lan, Philipin, Mỹ, ...). Theo thống kê của tổ chức nông lương thế giới
(FAO), khoảng những năm năm mươi của thế kỷ trước sản lượng dứa trên thế
giới mới chỉ là 1.500.000 tấn thì đến năm 2001 sản lượng dứa trên thế giới đã
đạt gần 14 triệu tấn/năm. Những nước sản xuất dứa chính là Thái Lan
2.311.332 tấn/năm, Philipin 1.520.715 tấn/năm, Brazil 1.505.493tấn/năm, Ấn
Độ 1.535.000 tấn/năm,… [43].
Trong những năm gần đây, nền sản xuất nông nghiệp Việt Nam đã đạt
được nhiều thành tích to lớn, là một trong những nước đứng đầu thế giới về
kim ngạch xuất khẩu gạo, cà phê và hạt tiêu. Trong năm 2006, kim ngạch xuất
khẩu hàng rau quả của nước ta đạt 259,08 triệu USD, tăng 10,02% so với năm
2005 và tăng 44,86% so với năm 2004. Bên cạnh việc tăng cường phát triển
các cây công - nông nghiệp mũi nhọn, nước ta cũng đang rất cố gắng phát
triển các cây công nghiệp khác nhằm đa dạng hố các sản phẩm nơng nghiệp.
Dứa cũng là một trong những cây trồng đang được nhà nước quan tâm phát
triển. Hiện nay, cả nước ta đã xây dựng 9 dây chuyền chế biến dứa miếng
đóng hộp với tổng công suất 42.000 tấn/năm, 6 dây truyền chế biến nước dứa
cô đặc với tổng công suất 26.000 tấn/năm.
Các nhà máy chế biến rau quả hiện nay ở nước ta nhìn chung đều nhập
thiết bị và cơng nghệ tiên tiến, do vậy các sản phẩm sản xuất ra đều đạt tiêu
chuẩn xuất khẩu. Tuy nhiên, do chưa có đủ nguồn nguyên liệu nên hầu hết

các nhà máy mới chỉ sản xuất được một phần công suất thiết kế.
1.2. PHÂN LOẠI NƯỚC THẢI VÀ THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY CHẾ BIẾN RAU QUẢ.
1.2.1. Phân loại nước thải [13]
Trên toàn cầu, nước là một tài nguyên phong phú nhưng nước chỉ hữu
dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

5

theo yêu cầu. Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu
dụng với đa số các mục đích của con người do độ mặn, địa điểm hoặc do dạng
tồn tại.
Nước sạch rất cần thiết cho hoạt động sống của con người. Con người
khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh
hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng
và các chất thải khác. Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn
nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, Nguồn nước
sạch trên trái đất ngày càng cạn kiệt do đó cần phải xử lý nước thải để có thể
tái sử dụng.
Theo các quy định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước
là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lý, hoá, sinh học và nhiệt không
đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng đối với mơi trường ban đầu đến mức
có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bình thường của một loại
sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu.

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra
chúng và được phân loại thành:
 Nước thải sinh hoạt: gồm nước thải từ các khu vực dân cư, khu vực
cơ quan bệnh viện, khách sạn, trường học, khu vui chơi giải trí. Đặc trưng của
nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào từng khu vực dân cư nhất định. Đặc biệt
nguy hại và khó xử lý nhất là nước thải bệnh viện. Nhìn chung nước thải sinh
hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (cacbonhydrat, protein,
tinh bột…), chất dinh dưỡng đối với sinh vật (nitơ, photpho), các vi sinh vật
và các chất có mùi khó chịu (H2S, NH3), mầm bệnh, các chất rắn lơ lửng,…
 Nước thải nông nghiệp: nước thải khu vực nơng nghiệp thường có
nồng độ chất thải thấp. Trong q trình sản xuất nơng nghiệp, nước thải
thường thực hiện quá trình tự làm sạch. Tuy nhiên ở nhiều vùng do lạm dụng
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

6

phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và nguồn phân chuồng không
qua ủ làm cho nguồn nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại, mầm
bệnh…Các chất thải này làm cho nước thải nơng nghiệp rất khó xử lý và cần
có thời gian dài để phân huỷ các hợp chất hoá học.
 Nước thải công nghiệp: Thành phần nước thải công nghiệp đặc trưng
cho từng ngành công nghiệp khác nhau với mức độ độc hại và khả năng xử lý
khác nhau. Nhìn chung, nguồn nước thải cơng nghiệp thường đồng nhất hơn
nước thải sinh hoạt nhưng lại chứa nhiều chất thải nguy hại cho mơi trường
như các hóa chất độc hại (kim loại nặng: Pb, Hg, Cr, Cd…), các chất hữu cơ

khó phân hủy sinh học (phenol, các chất hoạt động bề mặt…), các chất hữu cơ
độc, mầm bệnh, nhiệt lượng… Nhưng riêng đối với ngành công nghiệp thực
phẩm, thành phần nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ như: protein, lipit,
tinh bột, đường, xenluloza, axit hữu cơ… Đây chủ yếu là các hợp chất hữu cơ
dễ phân giải, chúng là nguồn dinh dưỡng của các loài vi sinh vật.
Để tránh làm ô nhiễm môi trường, nước thải phải được xử lý trước khi
thải ra môi trường để đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng nước thải. Tiêu
chuẩn về chất lượng nước thải sau xử lý được quy định theo từng quốc gia. Vì
vậy cần thiết phải có một hệ thống xử lý nước thải thích hợp với đặc trưng
của từng loại nước thải khác nhau.
1.2.2. Các tiêu chí đánh giá chất lượng nước thải
Để đánh giá chất lượng nước thải, người ta sử dụng nhiều tiêu chí,
trong đó có các tiêu chí chính:
- Độ pH: Là thước đo tính axit hoặc kiềm của dung dịch nước, nước
trung tính có độ pH là 7. Tuy nhiên phần lớn sự sống thích hợp với pH trong
khoảng 6 - 8,5.
- Chất rắn lơ lửng( SS): Là các chất rắn hữu cơ hoặc vô cơ không tan
tạo ra các huyền phù lơ lửng trong nước, các chất này thường có kích thước
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

7

nhỏ. Chất rắn lơ lửng làm cho nước thải có độ đục, khơng trong suốt. Các chất
lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxi để phân huỷ làm giảm DO của nguồn nước.
Một phần các chất lơ lửng sẽ bị lắng xuống khi lưu lượng dòng chảy giảm

làm đầy các bể chứa. Đơn vị đo hàm lượng chất rắn lơ lửng là mg/l.
- DO, COD:
+ DO (Dissolve oxygen): Phản ảnh hàm lượng oxi hoà tan trong
nước. Ở điều kiện lý tưởng oxi có thể hồ tan trong nước đến 31mg/l còn ở
nhiệt độ và áp suất bình thường, lượng oxi hồ tan trong nước nằm trong
khoảng 8 – 15mg/l. Lượng oxi hoà tan là nguồn oxi cho các sinh vật, vi sinh
vật và thực vật sống trong nước sinh sống. Nước có hàm lượng oxi hồ tan
thấp thường là nước ơ nhiễm.
+ COD (Chemical Oxygen Demand) - Nhu cầu oxi hoá học là
lượng oxi cần thiết để oxi hố các chất hữu cơ hồ tan trong nước bằng hai
chất oxi hoá mạnh là Kali permanganate hoặc Kali bicromat trong môi trường
axit mạnh. Chỉ số COD càng cao cho thấy mức độ ô nhiễm càng nặng.
- COD (Biochemical oxygen Dermand) – Nhu cầu oxi sinh hoá là lượng
oxi cần thiết để oxi hoá các chất hữu cơ có khả năng thối biến sinh học trong
mẫu nước thải bằng sự chuyển hố hố sinh hiếu khí, nhu cầu này liên quan
đến 3 loại chất trong nước thải: Các chất hữu cơ được xem như là nguồn
cacbon của VSV hiếu khí; các hợp chất nitrit, amoni và các hợp chất hữu cơ
chứa nitơ được xem như nguồn dinh dưỡng của một số loại vi khuẩn; các chất
hoá học mang tính khử như Fe2+, S032- và S2- bị oxi hố bởi oxi hồ tan trong
nước.
- Chỉ số Nitơ (N): Các chất hữu cơ có chứa nitơ trong nước được phân
giải thành NH3, chất này tan trong nước tạo ra NH4+. Khi có oxi và các vi
khuẩn tự dưỡng, NH3 được oxi hố thành các oxít của nitơ có tính độc với cơ
thể người và động vật. Một oxít nitơ có hố trị cao nhất hồ tan trong nước
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

8

tạo thành HNO3. HNO3 sẽ tạo ra các ion NO3-. Các chỉ số nitơ gồm: các ion
dạng hữu cơ amoni NH4+; các dạng oxi hoá nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Các
ion này tạo điều kiện cho rêu, tảo phát triển khi có ánh sáng. Chỉ số nitơ càng
cao cho biết nước càng ô nhiễm. Các hợp chất của nitơ hiện diện trong nước
tạo ra mùi khai (NH3) và mùi tanh của các amin.
- Chỉ số photpho (P): là các hợp chất làm nhiệm vụ cung cấp năng
lượng cho các tế bào sống dưới dạng các hợp chất ATP, các hợp chất photpho
hoà tan trong nước dưới dạng các ion H2PO4-, HPO42-, PO43-. Tổng photpho có
trong nước là tổng hàm lượng của các hợp chất photpho hữu cơ và vô cơ. Chỉ
số photpho càng cao càng tạo điều kiện sống cho các VSV sinh trưởng phát
triển và làm cho nước càng dễ bị ô nhiễm.
- Chỉ số Sulfua (S ): Các hợp chất lưu huỳnh hiện diện trong nước thải
dưới dạng S042- và bị phân huỷ để trở thành H2S, chất này tạo ra mùi thối của
nước thải.
- Chỉ số vi sinh vật: Coliorm và Fecal Coliform là nhóm các vi sinh vật
dùng để chỉ thị khả năng có sự hiện diện của các sinh vật gây bệnh. Có 2
phương pháp để xác định Coliform và E. Coli:
Số có xác suất cao nhất – MPN: Most Probable Number.
Đếm khuẩn lạc – CUF: Clony forming Unit.
Ngoài ra còn một số các chỉ tiêu khác nữa được dùng trong đánh giá
chất lượng nước thải: Chỉ số phóng xạ… Tuỳ theo tính chất của từng loại
nước thải cũng như chất lượng nước sau xử lý mà sử dụng các chỉ số khác
nhau trong từng trường hợp.
1.2.3. Thành phần của nước thải nhà máy chế biến rau quả
Như chúng ta đã biết rau quả có chứa thành phần dinh dưỡng cao, đặc
biệt là ở các loại quả trong đó chủ yếu là các chất hữu cơ có khả năng hồ tan
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

9

mạnh trong nước như: Các loại đường, các axit hữu cơ, chất xơ, các vitamin,
các chất khoáng đa lượng và vi lượng … Thành phần và hàm lượng của các
chất dinh dưỡng trong rau quả phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: loại rau quả,
giống, mùa vụ, điều kiện canh tác... Nhưng nhìn chung, rau quả chứa rất
nhiều chất dinh dưỡng là điều kiện rất thuận lợi cho VSV sinh trưởng và phát
triển.
Bảng 1.1. Thành phần hoá học trong nước ép quả dứa [4]
Thành phần hoá học

Thành phần hoá học

Nước (%)

72 – 78

Muối khoáng (%)

0,25

Axit hữu cơ (%)

0,3 - 0,8

Chất tro (%)

0,4 -0,6

Đường (%)

8 – 15

Vitamin A(mg%)

0,06

Protein (%)

0,25 – 0,5

Vitamin B1(mg%)

0,09

Xenluloza (%)

0,4 – 0,8

Vitamin B2(mg%)

0,04

Vitamin C (mg%)

24 – 26

Sắt (mg%)

0,3 - 0,5

Vitamin PP (mg%)

0,2

Caroten (mg%)

0,3 - 0,5

Photpho (mg%)

11 – 17

Bromelin (mg%)

0,3 - 0,5

Trong quá trình sản xuất, chế biến các hợp chất này tan vào nước rửa
nguyên liệu, nước tẩy rửa thiết bị, nhà xưởng. Do đó nước thải của nhà máy
chế biến rau quả có hàm lượng các chất hữu cơ hồ tan rất cao. Đây là nguồn
dinh dưỡng phong phú và dễ sử dụng của hầu hết các loại VSV.
Nước thải của nhà máy chế biến rau quả chủ yếu là tập hợp nước được
thải ra sau các công đoạn sản xuất. Trong đó có các cơng đoạn:
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

10

- Nước thải của quá trình rửa và vận chuyển nguyên liệu: Rau quả
được vận chuyển từ nhà kho đến xưởng sản xuất có thể bằng các băng truyền
hoặc xe goòng. Nhưng hầu hết được vận chuyển trong băng tải là các máng
nước. Khi đó rau quả được ngâm trong máng nước vừa có tác dụng rửa, làm
sạch vừa có tác dụng vận chuyển. Nước thải của công đoạn này chiếm một tỷ lệ
lớn trong tổng lượng nước thải của một nhà máy chế biến rau quả. Trong đó
chứa rất nhiều các vi sinh vật, bụi bẩn và một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng từ
các rau quả dập nát bị lẫn, bị hoà tan vào trong quá trình vận chuyển.
- Nước rửa được thải sau quá trình sơ chế (cắt, gọt và xử lý nguyên
liệu): Đối với rau quả, trong sản xuất luôn phải xử lý nguyên liệu trước khi
chế biến để loại bỏ những phần khơng có giá trị sử dụng trong chế biến như:
vỏ, hạt, lõi hay các phần rau quả bị giập nát, hư hỏng không đảm bảo chất
lượng. Sau xử lý, rau quả được đem rửa lại để loại bỏ lần cuối các tạp chất
bám trên bề mặt nguyên liệu. Trong q trình đó, một lượng rất lớn các tạp
chất như các mảnh nguyên liệu vụn, các hợp chất hoà tan được dịng nước rửa
cuốn đi. Vì vậy mà nước thải ra ở cơng đoạn này có hàm lượng các chất dinh
dưỡng hoà tan rất cao: các loại đường tan, các axit hữu cơ, vitamin….là
nguồn dinh dưỡng rất phong phú và đa dạng cho các loại vi sinh vật sinh
trưởng và phát triển trong đó.
- Nước dùng để pha chế, bổ sung trong q trình chế biến: Nước ở
cơng đoạn này hầu hết trở thành thành phần của sản phẩm sau sản xuất. Tỷ lệ
thải bỏ rất thấp, gần như khơng có.

- Nước dùng để thanh trùng, gia nhiệt…: Các cơng đoạn này sử dụng
nước tuần hồn trong hệ thống ống và nước này hầu hết được sử dụng lại
nhiều lần nên cũng khơng tính nhiều đến khả năng nước được thải ra ở các
công đoạn này.
- Nước thải sau khi rửa thiết bị, nhà xưởng…: Trên thiết bị, dụng cụ
sản xuất và nhà xưởng sau sản xuất ln cịn bám dính một lượng chất hữu cơ
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

11

nhất định từ nguyên liệu. Mà như chúng ta biết, trong điều kiện không vô
trùng thì ở đâu có dinh dưỡng hữu cơ thì ở đó có VSV. Một u cầu vơ cùng
quan trọng và khắt khe của chế biến thực phẩm là tính an tồn và đảm bảo vệ
sinh trong tất cả các cơng đoạn chế biến đặc biệt là các sản phẩm đồ hộp xuất
khẩu. Thời hạn bảo quản sản phẩm càng dài thì u cầu về mặt vệ sinh, an
tồn về mặt vi sinh càng cao. Vì vậy, một lượng lớn nước được dùng để phục
vụ cho công đoạn tẩy rửa thiết bị, nhà xưởng trước và sau khi một ca sản xuất
được thực hiện… Nước thải ra ở công đoạn này chứa tương đối nhiều các
chất dinh dưỡng được loại bỏ từ máy, dụng cụ, nhà xưởng …và một lượng
các chất tẩy rửa. Đối với nhà máy rau quả thì chất tẩy thường được dùng là
nước tẩy rửa thông thường (xút, axit).
Trong các q trình này, chỉ có một phần nước được tái sử dụng còn
phần lớn phải thải bỏ. Như vậy nước thải nhà máy chế biến rau quả có thể có
các dạng vật lý sau:
- Các chất rắn khơng tan trong nước có kích thước và tỷ trọng lớn dễ

lắng và dễ lọc: cát, đất, sạn, mảnh nguyên liệu …
- Các chất rắn có kích thước nhỏ tạo huyền phù lơ lửng trong nước: các
mảnh xơ xenluloza, phấn và lông tách ra từ vỏ …
- Các chất vô cơ và hữu cơ hoà tan trong nước: các loại đường, các chất
khống, …
- Các chất có tỷ trọng nhỏ nổi trên mặt nước: mảnh lá nhỏ, các thành
phần dầu, bụi lông bay ra từ nguyên liệu.
Lượng nước thải càng lớn và nhiều các thành phần thải thì càng cần
thiết phải được xử lý trước khi thải ra môi trường để tránh nước thải trở thành
nguồn lây nhiễm cho sản phẩm thực phẩm và không gây ô nhiễm môi trường
xung quanh.
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

12

1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC THẢI GIÀU HỮU CƠ TỚI MÔI
TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ [13, 18, 41, 42]
1.3.1. Ảnh hưởng của nước thải giàu hữu cơ tới môi trường [13, 18, 41, 42]
Nước thải của các nhà máy chế biến rau quả có hàm lượng các chất hữu
cơ dễ phân huỷ rất cao: các loại đường, các axit hữu cơ, chất xơ, các vitamin,
khoáng chất … là nguồn dinh dưỡng tốt cho các loại vi sinh vật phát triển. Vì
vậy nếu nước thải này không được xử lý trước khi thải ra môi trường sẽ gây
ra rất nhiều tác động xấu đến môi trường sống cũng như sức khoẻ của con
người:
- Do trong nước thải chế biến rau quả chứa một lượng lớn các chất hữu

cơ dễ phân huỷ bằng con đường sinh học (các loại đường, một lượng nhỏ
protein và chất béo…). Nên nếu thải thẳng vào nguồn nước, quá trình phân
hủy sinh học sẽ làm cạn kiệt oxy ḥoà tan của nguồn nước từ đó làm ảnh
hưởng đến hoạt động sống của quần thể sinh vật hiếu khí ở khu vực nguồn
nước chảy qua.
- Khi hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải quá lớn và lượng oxi hoà
tan trong nước khơng đủ cho q trình phân huỷ hiếu khí thì oxi hồ tan của
nguồn nước cạn kiệt. Khi đó q trình phân huỷ sinh học yếm khí sinh ra
nhiều khí thải độc hại làm ơ nhiễm khơng khí và gây mùi khó chịu như khí:
SH2, CH4, C02, …
- Sản phẩm của phân giải yếm khí là các chất khí khi nổi lên trên mặt
nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân huỷ, đồng thời các bọt khí vỡ tung và
bay vào khí quyển. Chúng sẽ làm ơ nhiễm nguồn nước xung quanh nhà máy
và khơng khí xung quanh, lâu ngày sẽ ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm. Khi
đó sẽ gây ảnh hưởng nguy hại và lâu dài đến chất lượng hoạt động sống của
cả một khu vực dân cư gần nhà máy.

Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

13

- Nếu khơng kiểm sốt được sự phát triển của hệ vi sinh trong nước thải
sẽ dẫn đến khả năng phát triển của một số loài vi sinh vật gây bệnh. Các VSV
này khi phát triển đến một mức độ nào đó có thể gây bùng phát các ổ dịch
bệnh truyển nhiễm.

Do vậy trước khi thải ra môi trường, nước thải cần phải được xử lý
bằng các biện pháp khác nhau để đảm bảo không gây tác động xấu đến môi
trường cũng như sức khoẻ con người.
1.3.2. Các phương pháp xử lý nước thải giàu hữu cơ [ 13,18,41,42]
Trên thực tế, có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau như:
Phương pháp cơ học, phương pháp lý học, phương pháp hoá học và phương
pháp sinh học. Với nguyên tắc là làm giảm nồng độ các chất độc hại trong
nước thải xuống bằng hoặc thấp hơn tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra môi
trường. Tuỳ theo thành phần nước thải, yêu cầu nước thải đầu ra mà người ta
có thể sử dụng từng phương pháp hay kết hợp nhiều phương pháp.
Với thành phần của nước thải chế biến rau quả nói chung, thành phần
gây ô nhiễm trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ như: đường,
xenluloza, axit hữu cơ, các vitamin tan trong nước…đây chủ yếu là các hợp
chất hữu cơ dễ phân giải, chúng là nguồn dinh dưỡng của nhiều loài vi sinh
vật. Dựa vào khả năng phân huỷ rất nhanh các hợp chất hữu cơ của các loài vi
sinh vật, các nhà khoa học thường kết hợp giữa các phương pháp: phương
pháp xử lý cơ học, hoá học và phương pháp xử lý sinh học để xử lý nước thải
của các nhà máy chế biến thực phẩm.
1.3.2.1. Phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học thường là giai đoạn xử lý cấp một (giai đoạn xử lý
sơ bộ) dùng để loại các vật rắn nổi có kích thước lớn và các tạp chất rắn
không tan trong nước. Các chất này có thể ở dạng vơ cơ hoặc hữu cơ (mảnh
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải


Đại học Bách khoa Hà Nội

14

nguyên liệu vụn, các mảnh phế thải rắn, túi nilông, giấy, …). Các phương
pháp xử lý cơ học thường dùng: lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng, cyclon
thủy lực, lọc qua lớp cát.
Đối với nhà máy chế biến rau quả, thường dùng phương pháp xử lý cơ
học là lọc qua song chắn, lưới chắn hoặc lắng để tách tạp chất rắn không tan
trong nước.
1.3.2.2. Phương pháp hố học
Phương pháp hóa học cùng với phương pháp hóa lý được dùng để thu
hồi các chất hoặc khử các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch
sinh học sau này.
Phương pháp hóa học dựa trên cơ sở là các phản ứng hóa học, các q
trình lý hóa diễn ra giữa chất ơ nhiễm với các hóa chất bổ sung vào. Các phản
ứng xảy ra có thể là phản ứng oxy hóa khử, các phản ứng tạo chất kết tủa
hoặc các phản ứng phân hủy. Phương pháp hóa học gồm: phương pháp trung
hịa, phương pháp oxy hóa-khử, phương pháp điện hóa học.
Thơng thường các nhà máy chế biến rau quả có hàm lượng axit tương
đối cao do các axit hữu cơ hoà tan từ nguyên liệu vào trong nước rửa và chế
biến. Vì vậy, nếu cần thiết người ta sẽ phải trung hoà nước thải trước khi xử
lý sinh học để đảm bảo hiệu quả của hệ thống xử lý.
1.3.2.3. Phương pháp hố lý
Phương pháp hóa lý để xử lý nước thải công nghiệp được dựa trên cơ
sở ứng dụng các quá trình: Keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược,
tuyển nổi, trích ly, chưng bay hơi.
1.3.2.4. Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học là phương pháp phổ biến và kinh tế nhất để xử
lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao. Các quá trình xử lý sinh học sử
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải

Đại học Bách khoa Hà Nội

15

dụng để phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành hai
loại chính: Q trình hiếu khí và q trình yếm khí. Trong các hệ thống hiếu
khí, các vi sinh vật oxi hố các hợp chất hữu cơ và vơ cơ. Cịn trong các hệ
thống yếm khí khơng cần cung cấp oxy, vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ
thơng qua q trình lên men [33].
Tuỳ theo hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải và các điều kiện
khác như: lưu lượng dịng thải, thành phần và tính chất nước thải, mặt bằng
xây dựng kinh phí cho phép, các điều kiện địa lý thuỷ văn, địa chất của nguồn
nước, nơi tiếp nhận nước thải, mức độ cần thiết xử lý nước thải mà có thể lựa
chọn các phương pháp khác nhau như: lên men yếm khí, xử lý hiếu khí bằng
lọc sinh học hoặc bùn hoạt tính [20].
Trong thực tế người ta thường kết hợp cả hai phương pháp xử lý yếm
khí và hiếu khí trong một cơng nghệ xử lý nước thải. Các phương pháp yếm
khí được sử dụng chủ yếu trong quá trình xử lý nước thải cơng nghiệp có hàm
lượng chất hữu cơ cao (BOD5 = 1500 – 5000 mg/l), xử lý bùn, cặn, bã thải rắn
nhờ các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ.
*Phương pháp xử lý hiếu khí bằng cấp khí cưỡng bức (Bể Aeroten)
[18,19]
Bể Aeroten là hệ thống xử lý bằng cấp khí nhân tạo. Trong q trình xử
lý, các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại ở trạng thái huyền phù.
Quá trình xử lý nước thải được thực hiện trong bể oxy hố có cấp khí. Việc
sục khí ở đây đảm bảo cho hai yêu cầu của q trình:
- Đảm bảo độ oxy hồ tan cao, cung cấp đủ khí cho vi sinh vật sinh
trưởng và thực hiện q trình oxy hố các chất hữu cơ.

- Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước xử lý, tạo ra
hỗn hợp huyền phù, giúp sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu
Luận văn thạc sỹ - 2008

Đào Thị Thanh Hải