Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát các điều kiện thích hợp của chủng vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ ứng dụng xử lý 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

KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP CỦA
CHỦNG VI KHUẨN PHÂN HỦY HỢP CHẤT HỮU CƠ
ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Huỳnh Văn Thành
Sinh viên thực hiện
MSSV: 1151110252

: Nguyễn Hồng Nhựt
Lớp: 11DSH03

TP. Hồ Chí Minh, 2015


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Đồ án tốt nghiệp “Khảo sát các điều kiện thích hợp của chủng vi khuẩn phân
hủy hợp chất hữu cơ ứng dụng xử lý nước thải chế biến thủy sản” là kết quả nghiên
cứu của riêng tôi cùng với sự hướng dẫn khoa học của thầy Ths. Huỳnh Văn Thành –

Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Trường Đại học Công Nghệ
Tp.Hồ Chí Minh.
Những kết quả có được trong đồ án này là hồn tồn khơng sao chép từ đồ án tốt
nghiệp của người khác dưới bất kỳ hình thức nào. Các số liệu sử dụng trong đồ án này
là hoàn tồn trung thực. Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn về đồ án tốt nghiệp của
mình.
TP.HCM, ngày 19 tháng 08 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Nhựt


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho con đường học tập của em. Gia đình ln bên cạnh động viên và là
chỗ vựa vững chắc cho em suốt những năm học qua.
Để hoàn thành tốt đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Huỳnh Văn
Thành đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình xây dựng, hoàn thiện đề
cương sơ bộ cho đến khi hoàn thành đồ án.
Em cũng xin cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố
Hồ Chí Minh cùng quý thầy cô Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Mơi trường
đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức bổ ích, kinh nghiệm quý báu từ lĩnh vực
chuyên môn đến cuộc sống làm nền tảng vững chắc cho em trong suốt thời gian học
tập tại trường và tạo điều kiện thuận lợi cho em cho em hoàn thành đồ án này.
Xin cảm ơn đến tất cả các bạn của em đã luôn bên cạnh động viên và hỗ trợ tôi
trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
Cuối cùng, em xin cảm ơn các thầy cô trong Hội đồng phản biện đã dành thời
gian đọc và nhận xét đồ án này. Em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành công đến quý

thầy cô.
TP.HCM, ngày 19 tháng 08 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Nhựt


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ ......................... viii
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
1.

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

2.

Mục đích của nghiên cứu ...................................................................................... 2

3.

Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................ 2

4.

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 2

5.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................... 3

6.

Ý nghĩa của đề tài .................................................................................................. 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................... 5
1.1.

Tổng quan về công nghiệp chế biến thủy sản và nước thải chế biến thủy sản
............................................................................................................................... 5
1.1.1.

Tổng quan về cơng nghiệp chế biến thủy sản ............................................. 5

1.1.2.

Quy trình chế biến thủy sản ......................................................................... 6

1.1.3.

Thành phần tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản .......................... 8

1.1.4.

Nguồn gốc phát sinh và tác động môi trường của các chất ô nhiễm trong

ngành chế biến thủy sản ............................................................................................ 8
1.1.4.1.Chất thải rắn ............................................................................................... 9
1.1.4.2.Chất thải lỏng ............................................................................................. 9
1.1.4.3.Khí thải ....................................................................................................... 9
1.1.4.4.Tiếng ồn, nhiệt độ ...................................................................................... 9
1.1.5.

Tác động của ngành chế biến thủy sản đến môi trường sinh thái ............ 10

1.1.5.1.Tác động của nước thải đến môi trường .................................................. 10
i


Đồ án tốt nghiệp

1.1.5.2.Tác động của khí thải đến mơi trường ..................................................... 11
1.2.

Tổng quan phương pháp xử lý nước thải thủy sản
1.2.1.

Các quá trình xử lý nước thải .................................................................... 12

1.2.1.1.Khối xử lý cơ học ..................................................................................... 13
1.2.1.2.Khối xử lý hoá học ................................................................................... 13
1.2.1.3.Khối xử lý sinh học .................................................................................. 14
1.2.1.4.Khối khử trùng ......................................................................................... 17
1.2.1.5.Khối xử lý cặn .......................................................................................... 18
1.2.2.

Các quy trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện

hiếu khí .................................................................................................................... 18
1.2.2.1. Các quy trình xử lý ................................................................................. 18
1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học................................................................................................................. 25
1.3.

Tổng quan về quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ ...................................... 28
1.3.1.

Chất hữu cơ và hợp chất chứa Nitơ trong nước thải ................................ 28

1.3.2.

Các hợp chất chứa Nitơ ............................................................................. 28

1.3.3.

Các quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ .................................................. 29

1.3.3.1.Q trình amơn hố protein ..................................................................... 29
1.3.3.2.Q trình amon hóa ure. .......................................................................... 33
1.3.3.3.Q trình khử nitrate. ............................................................................... 33
1.3.3.4.Vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy protein ..................................... 35
1.3.3.5.Một số chủng vi sinh vật hiếu khí phân hủy hợp chất hữu cơ ................ 36
1.3.3.6.Phân hủy phospho .................................................................................... 40
CHƯƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................ 42
2.1. Thời gian và địa điểm............................................................................................ 42
2.2. Vật liệu – Hóa chất – Dụng cụ và thiết bị ........................................................... 42

2.2.1. Vật liệu ........................................................................................................... 42
ii


Đồ án tốt nghiệp

2.2.2. Hóa chất ........................................................................................................ 42
2.2.3. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................ 42
2.3. Bố trí thí nghiệm .................................................................................................... 43
2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 45
2.4.1. Nhân giống và giữ giống vi khuẩn phân hủy hợp chất hữu cơ .................... 45
2.4.1.1. Nhân giống .............................................................................................. 45
2.4.1.2. Giữ giống................................................................................................. 45
2.4.2. Khảo sát khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ của chủng vi khuẩn ............. 45
2.4.2.1. Thí nghiệm khảo sát khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ của chủng vi
khuẩn .................................................................................................................. 45
2.4.2.2. Thí nghiệm khảo sát khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ của bùn hoạt
tính ....................................................................................................................... 46
2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng mật độ vi sinh của chủng vi khuẩn .............................. 46
2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của oxy hòa tan đến khả năng phân hủy chất hữu cơ 47
2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối ........................................................ 48
2.4.6. Khảo sát ảnh hưởng của giá thể bám dính ................................................... 49
2.4.7. Mơ hình Bioreactor quy mơ phịng thí nghiệm ............................................ 50
2.5. Phương pháp phân tích ........................................................................................ 52
2.5.1. Phương pháp lấy mẫu ................................................................................... 52
2.5.2. Phương pháp dựng đường chuẩn .................................................................. 52
2.5.2.1. Phương pháp dựng đường chuẩn nitrate ................................................ 52
2.5.2.2. Phương pháp dựng đường chuẩn nitrite ................................................. 53
2.5.2.3. Phương pháp dựng đường chuẩn amoni ................................................. 54
2.5.2.4. Phương pháp đường chuẩn phospho ...................................................... 55

2.5.3. Các phương pháp phân tích hóa học (định lượng)....................................... 56
2.5.3.1. Phương pháp định lượng N-NO3- ........................................................... 56
2.5.3.2. Phương pháp định lượng N-NO2- ........................................................... 57
iii


Đồ án tốt nghiệp

2.5.3.3. Phương pháp định lượng N-NH4+........................................................... 57
2.5.3.4. Phân tích chỉ tiêu COD theo phương pháp ............................................. 58
2.5.3.5. Phương pháp xác định BOD ................................................................... 60
2.5.3.6. Phương pháp xác định P ........................................................................ 61
2.5.3.7. Phương pháp xác định Nitơ Kjeldahl .................................................... 62
2.5.3.8. Phương pháp phân tích Cl- ...................................................................... 64
2.5.3.9. Phương pháp định lượng oxy hòa tan (DO) ........................................... 65
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 67
3.1. Kết quả dựng đường chuẩn.................................................................................. 67
3.1.1. Đường chuẩn nitrate ..................................................................................... 67
3.1.2. Đường chuẩn nitrite. ..................................................................................... 68
3.1.3. Đường chuẩn amoni. ..................................................................................... 69
3.1.4. Đường chuẩn phospho .................................................................................. 70
3.2. Khảo sát khả năng phân hủy chất hữu cơ của chủng vi khuẩn và bùn hoạt tính
............................................................................................................................. 71
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của mật độ vi khuẩn đến khả năng phân hủy hợp chất
hữu cơ............................................................................................................................. 74
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan đến khả năng phân hủy chất
hữu cơ của chủng vi khuẩn ........................................................................................ 76
3.5. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaCl đến quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ ..
............................................................................................................................. 78
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của giá thể bám dính đến khả năng phân hủy chất hữu cơ

của chủng vi khuẩn....................................................................................................... 81
3.7. Chạy thích nghi mơ hình Bioreactor quy mơ phịng thí nghiệm ..................... 82
CHƯƠNG IV – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 86
4.1. Kết luận .................................................................................................................. 86
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 86
iv


Đồ án tốt nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 88
PHỤ LỤC

v


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand)

C/N

Carbon/Nitrogen

CBTS

Chế biến thủy sản

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

DO

Oxy hịa tan (Dissolved Oxygen)

ĐC

Đối chứng

MT

Mơi trường

N2

Khí nitơ

NB

Nutrient broth

NH4+

Amonium

NO2-

Nitrite

NO3-

Nitrate

PDA

Axit phenoldisulfonic

STT

Số thứ tự

TN

Thí nghiệm

TN

Thí nghiệm

VK

Vi khuẩn

VSV

Vi sinh vật

vi


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Khử nitrate đồng hóa và khử nitrate dị hóa trong chu trình N của vi khuẩn.. 34
Bảng 1.2. Một số vi sinh vật tham gia q trình amon hóa protein ............................. 35
Bảng 2.1. Các thơng số mơ hình bioreactor xây dựng từ thí nghiệm ........................... 50
Bảng 2.2. Trình tự tiến hành dựng đường chuẩn nitrate ............................................... 53
Bảng 2.3. Tiến trình dựng đường chuẩn nitrite ............................................................. 54
Bảng 2.4. Tiến trình dựng đường chuẩn amoni ............................................................ 55
Bảng 2.5. Tiến trình dựng đường chuẩn phospho ........................................................ 56
Bảng 2.6. Trình tự tiến hành phân tích COD ................................................................ 59
Bảng 2.7. Thể tích mẫu đem vơ cơ hóa ........................................................................ 63
Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của dung dịch chuẩn ....................................................... 67
Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang của dung dịch chuẩn ....................................................... 68
Bảng 3.3. Độ hấp thụ quang của dung dịch chuẩn ....................................................... 69
Bảng 3.4. Độ hấp thụ quang của dung dịch chuẩn ....................................................... 70
Bảng 3.5. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào của mẫu nước thải ......................... 71
Bảng 3.6. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đầu vào của bùn hoạt tính ............................ 71

vii


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ

Trang
Hình 1.1.

Sơ đồ quy trình chung chế biến thủy sản ..................................................... 07

Hình 1.2.

Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống ............................................. 18

Hình 1.3.

Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc ....................................... 19

Hình 1.4.

Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài................................... 20

Hình 1.5.

Bể Aerotank thơng khí cao có khuấy trộn hồn chỉnh................................. 20

Hình 1.6.

Bể Oxytank ................................................................................................... 21

Hình 1.7.

Mương oxy hóa............................................................................................. 22

Hình 1.8.

Bể lọc sinh học ............................................................................................. 23

Hình 1.9.

Đĩa quay sinh học ......................................................................................... 23

Hình 1.10. Bể SBR ......................................................................................................... 25
Hình 1.11. Chuỗi phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ ................................................ 29
Hình 1.12. Quá trình phân hủy protein........................................................................... 30
Hình 1.13. Quá trình phân giải protein ngoại bào ......................................................... 31
Hình 1.14. Quá trình hoạt động protease nội bào .......................................................... 32
Hình 1.15. Bacillus subtilis............................................................................................. 37
Hình 1.16. Micrococcus.................................................................................................. 38
Hình 1.17. Penicillium camemberti ................................................................................ 39
Hình 1.18. Pseudomonas ................................................................................................ 40
Hình 2.1.

Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm .................................................................... 44

Hình 2.2.

Sera O2 Test Kit – Germany ......................................................................... 65

Hình 2.3.

Bảng so màu của Sera O2 Test Kit – Germany ............................................ 66

Hình 3.1.

Biểu đồ xác định phương trình đường chuẩn nitrate ................................... 67

Hình 3.2.

Biểu đồ xác định phương trình đường chuẩn nitrite .................................... 68

Hình 3.3.

Biểu đồ xác định phương trình đường chuẩn amoni ................................... 69
viii


Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.4.

Biểu đồ xác định phương trình đường chuẩn phospho ................................ 70

Hình 3.5.

Động học chuyển hóa N-NH4+ theo thời gian.............................................. 72

Hình 3.6.

N-NH4+ sinh ra theo thời gian ...................................................................... 72

Hình 3.7.

Biến đổi COD theo thời gian ........................................................................ 73

Hình 3.8.

Động học chuyển hóa N-NH4+ theo thời gian.............................................. 74

Hình 3.9.

Biến đổi COD của mật độ vi khuẩn theo thời gian ...................................... 75

Hình 3.10. Biến đổi N-NH4+ của số vịng lắc theo thời gian ......................................... 76
Hình 3.11. Biến đổi Oxy hịa tan theo số vịng lắc ........................................................ 77
Hình 3.12. Biến đổi COD của số vịng lắc theo thời gian ............................................. 77
Hình 3.13. Động học biến đổi N-NH4+ của các nồng độ muối theo thời gian .............. 79
Hình 3.14. Biến đổi COD của các nồng độ muối theo thời gian ................................... 80
Hình 3.15. Biến đổi hàm lượng N-NH4+ theo thời gian ................................................. 81
Hình 3.16. Biến đổi hàm lượng COD theo thời gian ..................................................... 82
Hình 3.17. Biến đổi N-NH4+ theo thời gian .................................................................. 83
Hình 3.18. Biến đổi P-PO43- và Hiệu quả xử lý P-PO43- theo thời gian ....................... 84
Hình 3.19. Biến đổi COD và Hiệu quả xử lý COD theo thời gian ................................ 84

ix


Đồ án tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam với hệ thống sơng ngịi dày đặc và đường bờ biển dài 3260km nên rất
thuận lợi để phát triển nghề đánh bắt và nuôi trồng thủy sản tạo ra nguồn cung nguyên
liệu dồi dào cho ngành chế biến thủy sản phục vụ nhu cầu trong và ngồi nước.
Cơng nghiệp chế biến thủy sản là một trong những ngành phát triển khá mạnh ở

nước ta trong những năm gần đây. Chế biến thủy sản là một trong những ngành kinh tế
mũi nhọn góp phần tăng trưởng GDP cho quốc gia, tạo công ăn việc làm cho người lao
động, nâng cao giá trị xuất khẩu của sản phẩm... Bên cạnh những lợi ích do ngành chế
biến thủy sản đem lại thì đây cũng là ngành sản xuất gây ô nhiễm nặng nề cho môi
trường đặc biệt là môi trường nước.
Nước thải của ngành công nghiệp chế biến thủy sản giàu protein, chứa lượng lớn
nitơ, phostpho… Hàm lượng protein cao trong nước thải làm ảnh hưởng mơi trường
khơng khí do q trình phân hủy sinh khí H2S. Hợp chất của nitơ, phostpho được gọi là
thành phần dinh dưỡng và là đối tượng gây ô nhiễm nghiêm trọng. Khi thải 1 kg nitơ
dưới dạng hợp chất hóa học vào mơi trường nước sẽ sinh ra được 20kg COD, tương tự
như nitơ, phostpho khi thải ra môi trường 1kg sẽ sinh ra 138 kg COD dưới dạng tảo
chết. [2]
Đối với nước thải giàu chất hữu cơ phương pháp xử lý sinh học đã và đang
chứng minh được hiệu quả xử lý hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý, góp phần tiết
kiệm năng lượng, hóa chất và trên hết chất thải được xử lý, phân hủy theo chu trình
sinh học tự nhiên. Đối với nước thải chế biến thủy sản, việc áp dụng phương pháp xử
lý sinh học càng thích hợp vì có hàm lượng hữu cơ cao, dễ phân hủy sinh học bởi vi
sinh vật. Một số vi sinh vật trong nước có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa
nitơ là thành phần chủ yếu của nước thải thủy sản, đặc biệt là vi khuẩn thuộc chi
Bacillus. Các chủng vi sinh vật này đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
1


Đồ án tốt nghiệp

nhau như: công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp thực phẩm... đặc biệt là trong
lĩnh vực xử lý nước thải chứa nhiều protein như nước thải thủy sản.
Xuất phát từ nhận thức trên đề tài “Khảo sát các điều kiện thích hợp của
chủng vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ ứng dụng xử lý nước thải chế biến thủy
sản” đã hình thành với mong muốn tạo được các chế phẩm sinh học phù hợp với nước

thải thủy sản, bổ sung vào hệ thống xử lý nâng cao hiệu quả xử lý ơ nhiễm, góp phần
bảo vệ môi trường và cải thiện tài nguyên nước ngày càng trong sạch hơn.
2. Mục đích của nghiên cứu
Ứng dụng chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ vào xử lý
nước thải chế biến thủy sản quy mơ phịng thí nghiệm.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-

Khảo sát khả năng phân hủy chất hữu cơ của chủng vi khuẩn trong môi trường
nước thải chế biến thủy sản.

-

Khảo sát mật độ thích hợp của chủng vi khuẩn amon hóa bổ sung vào nước thải
chế biến thủy sản.

-

Khảo sát ảnh hưởng oxy hịa tan của chủng vi khuẩn amon hóa trong xử lý nước
thải chế biến thủy sản.

-

Khảo sát khả năng chịu muối của chủng vi khuẩn amon hóa trong xử lý nước
thải chế biến thủy sản.

-

Khảo sát ảnh hưởng của giá thể bám dính đối với hiệu quả xử lý nước thải chế
biến thủy sản.

-

Chạy mơ hình xử lý nước thải thủy sản Bioreactor quy mơ phịng thí nghiệm.

4. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp tổng hợp tài liệu:
 Nghiên cứu, thu thập tài liệu tham khảo, tài liệu internet liên quan đến đề
tài.
 Tổng hợp, lựa chọn các tài liệu thu thập theo mục tiêu đề ra.
2


Đồ án tốt nghiệp

-

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
 Phương pháp định lượng NH4+, NO2- ,NO3- và PO43- trong môi trường xử
lý.
 Phương pháp xác định mật độ tế bào vi sinh vật.
 Phương pháp định lượng nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy
sinh học (BOD) trong mẫu nước thải trước và sau xử lý.
 Khảo sát ảnh hưởng của giá thể bám dính, mật độ vi khuẩn, nồng độ
muối và nồng độ oxy hòa tan để đạt hiệu quả xử lý tối ưu.
 Dựa trên các thơng số thí nghiệm tiến hành chạy mơ hình xử lý nước thải
thủy sản Bioreactor quy mơ phịng thí nghiệm.

-

Phương pháp thu thập và xử lí số liệu:
 Ghi nhận kết quả thí nghiệm khảo sát theo từng thời điểm cụ thể.
 Xử lí số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel.
 Xử lí thống kê số liệu bằng phần mềm Statgraphics Centurion XV. Các
số liệu sau đó được phân tích ANOVA và được trắc nghiệm phân hạng
LSD với mức ý nghĩa 0,05.

5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu:
 Vi khuẩn có khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ được lấy từ Trung tâm
thí nghiệm Khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực phẩm – Môi trường,
Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM.

-

Phạm vi nghiên cứu:
 Khảo sát các điều kiện thích hợp của chủng vi khuẩn phân hủy chất hữu
cơ ứng dụng trong xử lý nước thải chế biến thủy sản.

3


Đồ án tốt nghiệp

6. Ý nghĩa của đề tài
-

Ý nghĩa khoa học:
Giúp bổ sung thêm một số chủng vi khuẩn có hoạt tính protease mạnh có thể
ứng dụng vào các nghiên cứu mới trong các lĩnh vực xử lý môi trường.

-

Ý nghĩa thực tiễn:
Bổ sung chủng vi khuẩn phân hủy hợp chất hữu cơ vào quy trình xử lý nước thải
rút ngắn thời gian phân hủy hợp chất hữu cơ tăng hiệu quả xử lý nước thải
ngành chế biến thủy sản nói riêng và xử lý mơi trường nước nói chung.

4


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về công nghiệp chế biến thủy sản và nước thải chế biến thủy sản

1.1.1. Tổng quan về công nghiệp chế biến thủy sản
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ướt cũng như chịu sự chi
phối của các yếu tố như gió mưa, địa hình, thảm thực vật nên tạo điều kiện hình thành
dịng chảy với hệ thống sơng ngịi dày đặc, tổng chiều dài các con sơng khoảng
141.000 km. Theo thống kê của Bộ thủy sản thì hiện nay Việt Nam có hơn 1.470.000
ha mặt nước sơng ngịi có thể dùng cho ni trồng thủy sản. Song song đó, nước ta có
bờ biển kéo dài từ Bắc tới Nam với rất nhiều vịnh, đảo kết hợp với sơng ngịi, ao hồ là
nguồn lợi lớn cho phát triển ngành nuôi trồng thủy sản. Biển Đông dồi dào phù sa kết

hợp với hai dịng hải lưu nóng ấm hình thành biển Việt Nam phong phú nguồn lợi thủy
hải sản, sản lượng đánh bắt mỗi năm có thể lên tới hàng triệu tấn.
Cùng với nghề nuôi trồng, khai thác thủy hải sản thì ngành chế biến thủy sản
cũng góp phần đáng kể trong thành tựu của ngành thủy sản Việt Nam. Nguồn ngoại tệ
cơ bản của ngành đem lại cho đất nước là từ chế biến thủy sản. Quá trình phát triển và
xây dựng tiềm lực chế biến thủy sản có thể khái quát qua hai thời kỳ sau:
-

Từ năm 1976 đến năm 1989: Thời kỳ hoạt động sản xuất của ngành chế biến
thủy sản ở trong tình trạng sa sút kéo dài. Dạng công nghệ chế biến thủy sản chủ
yếu là nước mắm và sản phẩm khơ với trình độ công nghệ lạc hậu, thủ công.

-

Từ năm 1990 đến nay: Công nghiệp chế biến thủy sản không chỉ phát triển về số
lượng mà còn nâng cao về chất lượng với việc tăng cường đổi mới thiết bị công
nghệ, áp dụng các chương trình quản lý sản xuất nhằm đáp ứng các yêu cầu cao
về chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm và đa dạng hóa sản phẩm. Từ đó làm
cơ sở cho mở rộng thị trường xuất khẩu và nâng cấp giá trị sản phẩm thủy sản.
[18]

5


Đồ án tốt nghiệp

Qua các giai đoạn ngành thủy sản liên tục hoàn thành vượt mức toàn diện các
chỉ tiêu kế hoạch Nhà nước giao với tốc độ tăng trưởng trung bình năm từ 5-8% sản
lượng khai thác và 10-25% về giá trị kim ngạch xuất khẩu. Ngành thủy sản hiện tại
chiếm 4% GDP, 8% xuất khẩu và 9% lực lượng lao động (khoảng 3,4 triệu người) của

cả nước. Nhóm hàng chủ đạo trong xuất khẩu thủy sản của Việt Nam là cá tra, cá basa,
tôm và các động vật thân mềm như mực, bạch tuộc, nghêu, sò,… Trong vòng 20 năm
qua ngành thủy sản ln duy trì tốc độ tăng trưởng ấn tượng từ 10-20%.
Theo Tổng cục Thống kê, ước tính giá trị sản xuất thủy sản năm 2014 (tính theo
giá so sánh 2010) ước đạt gần 188 nghìn tỷ đồng, tăng 6,5% so với cùng kỳ năm 2013.
Trong đó, giá trị ni trồng thủy sản ước đạt hơn 115 nghìn tỷ đồng (chiếm 61,2%) và
giá trị khai thác thủy sản ước đạt hơn 73 nghìn tỷ đồng. 7,92 tỷ là con số ấn tượng về
xuất khẩu của ngành thủy sản trong năm 2014, tăng 18,4% so với năm 2013. Trong đó,
Hoa Kỳ tiếp tục là thị trường nhập khẩu thủy sản hàng đầu của Việt Nam, chiếm
21,81% tổng giá trị xuất khẩu của tồn ngành. Mặt hàng tơm năm nay tăng trưởng cao
so với cùng kỳ năm 2013, chiếm khoảng một nửa kim ngạch xuất khẩu của ngành thủy
sản, với giá trị xuất khẩu gần 4 tỷ USD, tăng 5,8%. Hết năm 2014, khối lượng xuất
khẩu cá tra ước đạt 750 nghìn tấn với kim ngạch xuất khẩu khoảng 1,70 - 1,75 tỷ USD.
[20]
1.1.2. Quy trình chế biến thủy sản
Hải sản được thu mua lựa chọn những loại có đủ tiêu chuẩn chế biến. Các cơ sở
chế biến khác nhau thường sử dụng công nghệ chế biến khác nhau. Cơ sở chế biến ở
quy mô tiểu thủ công nghiệp sử dụng công nghệ chế biến đơn giản, công nghệ chế biến
khô. Các công ty lớn sử dụng công nghệ hiện đại thành phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
Tùy theo quy mơ của các cơ sở sản xuất, tính chất ngun liệu, tính chất sản phẩm, dây
chuyền cơng nghệ chế biến hải sản ở mỗi cơ sở khác nhau.
Tuy nhiên nhìn chung các cơng nghệ chế biến ở Việt Nam đều tuân theo quy
trình chế biến như Hình 1.1:
6


Đồ án tốt nghiệp

Tơm, cá, mực, nghêu, sị
Tiếp nhận ngun liệu

Nước

Sơ chế: tách đầu tôm,
mực; vảy, ruột cá…

Chất thải rắn

Rửa sạch, xử lý vi sinh

Nước thải

Muối đá

Nước thải lẫn muối
Cấp đơng

Lọc cỡ, phân cỡ
Xếp khn
Cấp đơng
Ra khn

Bao bì
Cấp đơng

Bảo quản lạnh
Cấp đơng

Xuất khẩu hoặc tiêu thụ trong nước
Cấp đơng

Hình 1.1 : Sơ đồ quy trình chung chế biến thủy sản
(Nguồn: Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy sản Việt Nam, (2013))
7


Đồ án tốt nghiệp

Lượng nước từ các công nghệ chế biến rất khác nhau, phụ thuộc vào lượng nước
cấp, quy trình cơng nghệ, phương pháp chế biến và tình trạng máy móc. Lượng nước
thải từ các cơng ty dao động rất lớn, ở Việt Nam lượng nước thải tính trên 1 tấn sản
phẩm dao động từ 30-200m3.[17]
Ngành chế biến thủy sản đã sử dụng một số lượng nước rất lớn trong q trình
chế biến đồng thời thải ra mơi trường một lượng nước thải cùng với các chất rắn.
1.1.3. Thành phần tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản
Đặc điểm của ngành chế biến thuỷ hải sản là có lượng chất thải lớn. Các chất
thải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát theo đường thâm nhập vào dòng nước
thải.
Thành phần nước thải thuỷ sản cũng khá phức tạp và đa dạng bắt nguồn từ 3 loại
nước thải: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt,
trong đó nước thải sản xuất có mức độ ơ nhiễm cao hơn cả tuỳ theo đặc tính của
ngun liệu sử dụng mà có tính chất khác nhau. Nước thải sản xuất chế biến thuỷ sản
chứa chủ yếu là chất hữu cơ có nguồn gốc từ động vật thành phần là protein và chất
béo.
Nước thải của các xí nghiệp chế biến thuỷ sản nói chung có hàm lượng COD
dao động từ 1600 - 2300 mg/l, hàm lượng BOD5 từ 1200 - 1800 mg/l. Trong nước,
thường chứa các vụn thủy sản và các vụn này rất dễ lắng. Hàm lượng chất rắn lơ lửng
cao từ 200 - 1000 mg/l. Hàm lượng nitơ tổng là 50 - 120 mg/l và photpho tổng là 10 100 mg/l. pH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có q trình phân huỷ đạm và
thải amoniac. [4]
1.1.4. Nguồn gốc phát sinh và tác động môi trường của các chất ô nhiễm trong

ngành chế biến thủy sản
Các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu trong công ty chế biến đông lạnh thường được
phân chia thành 3 dạng: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí. Trong q trình
8


Đồ án tốt nghiệp

sản xuất còn gây ra các nguồn ô nhiễm khác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây
cháy nổ.
1.1.4.1.

Chất thải rắn

Chất thải rắn thu được từ q trình chế biến tơm, mực, cá, sị, đầu vỏ tơm, vỏ sị,
mai mực, nội tạng… thành phần chính của phế thải sản xuất các sản phẩm thủy sản chủ
yếu là các chất hữu cơ giàu đạm, canxi, phospho. Toàn bộ phế liệu này được tận dụng
để chế biến các sản phẩm phụ hoặc đem bán làm thức ăn gia súc, gia cầm hoặc thủy
sản.
Ngồi ra cịn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hư hỏng
hoặc đã qua sử dụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị.
1.1.4.2.

Chất thải lỏng

Nước thải trong công ty máy chế biến đông lạnh phần lớn là nước thải trong quá trình
sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và
nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến và nước vệ sinh cho công nhân. Lượng nước thải
và nguồn gây ơ nhiễm chính là do nước thải trong q trình sản xuất.
1.1.4.3.

Khí thải

Khí thải sinh ra từ cơng ty có thể là khí thải clo sinh ra trong q trình khử trùng
thiết bị, nhà xưởng chế biến và khử trùng nguyên liệu bán thành phẩm. Mùi tanh từ
mực, tôm nguyên liệu, mùi hôi tanh từ nơi chứa phế thải, vỏ sị, cống rãnh. Bụi sinh ra
trong q trình vận chuyển bốc dỡ nguyên liệu. Hơi tác nhân lạnh có thể bị rò rỉ NH 3
và hơi xăng dầu từ các bồn chứa nhiên liệu, máy phát điện và nồi hơi.
1.1.4.4.

Tiếng ồn, nhiệt độ

Tiếng ồn xuất hiện trong công ty chế biến thủy sản chủ yếu do hoạt động của
các thiết bị lạnh, cháy nổ, phương tiện vận chuyển…
Trong phân xưởng chế biến của các công ty thủy sản nhiệt độ thường thấp và
ẩm hơn so khu vực khác. [4]
9


Đồ án tốt nghiệp

1.1.5. Tác động của ngành chế biến thủy sản đến môi trường sinh thái
1.1.5.1.

Tác động của nước thải đến mơi trường

Nước thải chế biến thủy sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được
xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực.
Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thủy sản có thể thấm xuống đất và
gây ô nhiễm nước ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và

vi khuẩn rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt. Đối với nguồn nước
mặt, các chất ơ nhiễm có trong nước thải chế biến thủy sản sẽ làm suy thối chất lượng
nước, tác động xấu đến mơi trường và vi sinh vật thủy sinh cụ thể như sau:
 Các chất hữu cơ
Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là dễ bị phân
hủy. Trong nước thải chứa các chất như cacbohyrate, protein, chất béo… khi thả
vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật
sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ.
Nồng độ oxy hịa tan dưới 50% bão hịa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát
triển của tôm, cá. Oxy hịa tan giảm khơng chỉ gây suy thối tài nguyên thủy sản
mà còn làm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng
nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.
 Tác động của chất rắn lơ lửng.
Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu nó hạn chế độ sâu tầng
nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của
tảo, rong, rêu… chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài
nguyên thủy sinh đồng thời gây hại về mặc cảm quan ( tăng độ đục nguồn nước)
và gây bồi lắng dịng sơng, cản trở sự lưu thơng nước và tàu bè…
 Tác động của các chất dinh dưỡng (N,P).
Nồng độ các chất nitơ, phospho cao gây hiện tượng phát triển bùng nổ các loài
tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây hiện tượng thiếu oxy.
10


Đồ án tốt nghiệp

Nếu nồng độ oxy giảm đến 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng đến
chất lượng nước của thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành
lớp màng khiến cho mặt nước khơng đủ ánh sáng, q trình quang hợp của thực
vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất

lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thủy sinh, nghề nuôi trồng thủy sản, du lịch và
cấp nước.
Amonia rất độc cho tôm cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ amonia làm chết tôm
cá từ 1,2 – 1,3mg/L. Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều
quốc gia yêu cầu nồng độ amonia không vượt quá 1mg/L.
 Vi sinh vật.
Các vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn
nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm
bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho con người
như bệnh lị, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu và tiêu chảy cấp
tính. [9]
1.1.5.2.

Tác động của khí thải đến mơi trường

Các khí thải có chứa các bụi, các chất khí COx, NOx, SOx… sẽ tác động xấu đến
sức khỏe của công nhân lao động trong khu vực, đây là tác nhân gây bệnh hơ hấp cho
con người nếu hít thở khơng khí ô nhiễm lâu ngày.
Khí clo phát sinh từ khâu vệ sinh chứa hàm lượng chlorine 100 – 200 ppm, chlo
hoạt động còn lại trong nước thải với hàm lượng cao và nồng độ khí clo trong khơng
khí đo được tại chỗ thường cao hơn mức quy định từ 5 – 7 lần.
Clo là loại khí độc gây ảnh hưởng trực tiếp đến mắt, đường hô hấp khi tiếp xúc
ở nồng độ cao có thể gây chết người. Ngồi ra, các sản phẩm phụ là các chất hữu cơ
dẫn xuất của clo có độ bền vững và độc tính cao. Các chất này đều độc hại và có khả
năng tích tụ sinh học.
11


Đồ án tốt nghiệp

Mùi hôi tanh ở khu vực sản xuất tuy khơng có độc tính cấp, nhưng trong điều
kiện phải tiếp xúc với thời gian dài người lao động sẽ có biểu hiện đặc trưng như buồn
nơn, kém ăn, mệt mỏi trong giờ làm việc. [14]
1.2.

Tổng quan phương pháp xử lý nước thải thủy sản
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác

nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất rắn khó tan và những hợp chất
tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể
đưa nước đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng. Tuỳ vào yêu cầu của nước thải đầu ra hoặc
mục đích tái sử dụng nước thải, tuỳ vào thành phần và tính chất nước thải cũng như
yêu cầu về năng lượng, hoá chất mà chúng ta lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp:
 Xử lý bằng phương pháp cơ học.
 Xử lý bằng phương pháp hố lí và hố học.
 Xử lý bằng phương pháp sinh học.
Tuy nhiên đối với yêu cầu của nước thải đầu ra như hiện nay, dây chuyền cơng
nghệ xử lý nước thải địi hỏi áp dụng phối hợp các phương pháp trên. Và đặc biệt,
phương pháp sinh học không phải là một phương pháp riêng lẻ trong bất cứ công nghệ
xử lý nước thải nào, mà đòi hỏi phải đi kèm theo các phương pháp cơ học và hố lí.[4]
1.2.1. Các q trình trong xử lý nước thải
Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật
để phân hủy các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các hợp
chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong
quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng
và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu
cơ nhờ vi sinh vật gọi là q trình oxy hóa sinh hóa. Phương pháp xử lý sinh học có thể
thực hiện trong điều kiện hiếu khí ( với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kị khí
( khơng có oxy).
12

Đồ án tốt nghiệp

Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng làm sạch hoàn toàn các loại nước
thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ. Q trình xử lý sinh học có thể đạt
hiệu suất khử trùng 99.9% ( trong các cơng trình trong điều kiện tự nhiên) theo BOD
tới 90-95%.
Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:
 Chuyển hóa các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan
thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.
 Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ
trong nước thải.
 Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng.
Do kết hợp các phương pháp xử lý: cơ học, hoá học, sinh học... nên một
dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phải đi qua các khối sau.[3]
1.2.1.1.

Khối xử lý cơ học

Tách các chất khơng hồ tan và một phần dạng keo. Trong nước thải thường có
các loại tạp chất rắn kích cỡ khác nhau bị cuốn theo: rơm, cỏ, lá, gỗ, mẫu bao bì, chất
dẻo, giấy, dẽ, dầu mỡ, cát, sỏi...Mục tiêu của khối xử lý này là loại bỏ cặn có kích
thước lớn và những vật liệu thơ có thể làm tắc những thiết bị trong nhà máy. Các cơng
trình trong xử lý cơ học như: song chắn rác, lắng cát, các loại bể lắng, vớt lọc dầu.
1.2.1.2.

Khối xử lý hoá học

Loại bỏ các chất thải rắn có kích thước nhỏ hơn, cũng như

các chất hồ tan

mà phương pháp sinh học, cơ học khơng xử lý được. Sử dụng các phương pháp hoá
học là các phản ứng hố học, các q trình hố lý diễn ra giữa chất bẩn và hoá chất cho
thêm vào. Đó là phản ứng trung hồ, phản ứng oxi hố - khử, phản ứng tạo kết tủa hoặc
phân huỷ các chất độc hại.
Các cơng trình trong khối xử lý hố học ứng dụng các phương pháp biến đổi cơ
học và kết hợp cơ học: keo tụ, hấp thụ, hấp phụ.với các bể tuyển nổi, tháp hấp phụ…
Các cơng trình khối này được đặt sau các cơng trình xử lý cơ học và trước cơng trình
13