Nghiên cứu quá trình xử lý COD và AMMONI trong nước thải sản xuất nước tương bằng bùn hoạt tính lơ lửng

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM KHOA MOÂI TRÖÔØNG VAØ COÂNG NGHEÄ SINH HOÏC ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi: NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ COD VAØ AMMONIUM CUÛA NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG BAÈNG BUØN HOAÏT TÍNH LÔ LÖÛNG Chuyeân ngaønh : MOÂI TRÖÔØNG Maõ ngaønh : 108 GVHD : Th.s Leâ Coâng Nhaát Phöông SVTH : Phaïm Thò Höông LÔÙP : 02MT6 MSSV : 02DHMT098 TP. HOÀ CHÍ MINH, THAÙNG 12 NAÊM 200 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM ÑAÏI HOÏC KTCN TPHCM ÑOÄC LAÄP - TÖÏ DO – HAÏNH PHUÙC --------------- KHOA:Moâi Tröôøng Vaø Coâng Ngheä Sinh Hoïc NHIEÄM VUÏ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP BOÄ MOÂN:Moâi Tröôøng HOÏ VAØ TEÂN:PHAÏM THÒ HÖÔNG MSSV: 02DHMT098 NGAØNH : MOÂI TRÖÔØNG LÔÙP : 02MT6 1. Ñaàu ñeà ñoà aùn toát nghieäp: . . . 2. Nhieäm vuï (yeâu caàu veà noäi dung vaø soá lieäu ban ñaàu): . . . . . . . 3. Ngaøy giao Ñoà aùn toát nghieäp:01/10/2006 4. Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï : 21/12/2006 5. Hoï teân ngöôøi höôùng daãn Phaàn höôùng daãn 1/. …………………………………………. 2/. …………………………………………. Noäi dung vaø yeâu caàu LVTN ñaõ ñöôïc thoâng qua Boä moân. Ngaøy thaùng naêm 2006 CHUÛ NHIEÄM BOÄ MOÂN NGÖÔØI HÖÔÙNG DAÃN CHÍNH (Kyù vaø ghi roõ hoï teân) (Kyù vaø ghi roõ hoï teân) PHAÀN DAØNH CHO KHOA, BOÄ MOÂN Ngöôøi duyeät (chaám sô boä):. Ñôn vò:. Ngaøy baûo veä:. Ñieåm toång keát:. Nôi löu tröõ ñoà aùn toát nghieäp: NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN Ñieåm soá baèng soá Ñieåm soá baèng chöõ TP.HCM, ngaøy thaùng naêm 2006 GVHD LÔØI CAÛM ÔN! Trong suoát gaàn 5 naêm hoïc taïi tröôøng ÑH Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Thaønh Phoá Hoà Chí Minh, em ñaõ ñöôïc quyù thaày coâ khoa moâi tröôøng trang bò moät haønh trang vaøo ñôøi quyù baùu. Em xin chaân thaønh caøm ôn quyù thaày coâ ñaõ heát loøng giaûng daïy, truyeàn ñaït nhöõng kieán thöùc höõu ích trong suoát quaù trình hoïc taäp cuõng nhö ñoäng vieân goùp yù kieán giuùp em hoaøn thaønh toát ñoà aùn toát nghieäp tröôùc khi trôû thaønh moät kó sö moâi tröôøng thöïc thuï. Em xin baøy toû loøng bieát ôn saâu saéc ñeán thaày höôùng daãn Th.s Leâ Coâng Nhaát Phöông vaø coâ Th.s Leâ Thò Aùnh Hoàng ñaõ taän tình höôùng daãn ñeå em laøm quen vôùi thöïc teá trong quaù trình nghieân cöùu moâ hình. Ñoàng thôøi thaày coâ ñaõ ñoùng goùp nhieàu yù kieán thieát thöïc trong suoát quaù trình thöïc hieän laøm ñoà aùn ôû Vieän. Trong quaù trình thöïc hieän caùc nghieân cöùu trong phoøng hoaù hoïc, em cuõng nhaän ñöôïc raát nhieàu söï quan taâm, chæ baûo aân caàn, nhieät tình giaûng daïy cuûa caùc anh chò trong Phoøng Quaûn Lyù Moâi Tröôøng Vaø Coâng Ngheä Sinh Hoïc cuûa Vieän. Cuoái cuøng, xin göûi lôøi tri aân ñeán cha, meï, anh chò trong gia ñình. Hoï laø ngöôøi ñoäng vieân, theo doõi töøng böôùc ñi cuûa toâi trong suoát thôøi gian toâi xa nhaø. Ñoàng thôøi toâi xin caûm ôn ñeán caùc baïn cuøng lôùp vaø caùc baïn cuøng thöïc taäp nghieân cöùu vôùi toâi trong suoát thôøi gian qua. Moät laàn nöõa toâi xin caûm ôn taát caû moïi ngöôøi! Tp. HCM, ngaøy 20 thaùng 12 naêm 2006 SVTH Phaïm Thò Höông MUÏC LUÏC CHÖÔNG 1: MÔÛ ÑAÀU Cô sôû hình thaønh ñeà taøi 1 Muïc tieâu ñeà taøi. 1 Noäi dung nghieân cöùu. 2 Phaïm vi ñeà taøi. 2 Phöông phaùp nghieân cöùu. 3 Phöông phaùp luaän. 3 Phöông phaùp thöïc teá. 3 Phöông phaùp xöû lyù soá lieäu. 4 Tính môùi cuûa ñeà taøi. 4 1.6.1 YÙ nghóa khoa hoïc. 4 1.6.2 YÙ nghóa thöïc tieãn. 5 CHÖÔNG 2 : TOÅNG QUAN CAÙC VAÁN ÑEÀ CHÍNH LIEÂN QUAN ÑEÁN ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU 2.1 Toång quan veà ngaønh cheá bieán thöïc phaåm ôû Vieät Nam. 6 2.1.1 Hieän traïng oâ nhieãm nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm ôû Vieät Nam. 6 2.1.2 Thaønh phaàn, tính chaát nöôùc thaûi cuûa ngaønh cheá bieán thöïc phaåm. 6 2.1.3 Tình hình nghieân cöùu vaø öùng duïng VSV trong xöû lyù nöôùc thaûi treân theá giôùi vaø trong nöôùc. 7 2.1.3.1 Treân theá giôùi. 7 2.1.3.2 Taïi vieät nam. 8 2.2 Toång quan veà ngaønh cheá bieán saûn xuaát nöôùc töông. 9 2.2.1 Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa nöôùc töông. 9 2.2.1.1 Acid amin. 9 2.2.1.2 Ñöôøng. 10 2.2.1.3 Acid höõu cô. 10 2.2.1.4 Chaát maøu. 10 2.3 Caùc phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông hieän nay. 10 2.3.1 Giôùi thieäu moät soá quy trình coâng ngheä saûn xuaát nöôùc töông. 11 2.3.2 Cô sôû khoa hoïc cuûa phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông 14 2.4 Chæ tieâu ñaùnh giaù chaát löôïng nöôùc töông. 14 2.4.1 Chæ tieâu caûm quan. 14 2.4.2 Chæ tieâu hoaù hoïc. 15 2.4.3 Chæ tieâu vi sinh vaät. 15 2.4.4 Haøm löôïng kim loaïi naëng trong nöôùc töông. 16 2.5 Nguyeân lieäu saûn xuaát nöôùc töông. 16 2.5.1 Ñaäu naønh, caáu truùc haït. 16 2.5.2 Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa ñaäu naønh. 17 CHÖÔNG 3 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ SINH HOÏC NÖÔÙC THAÛI CHEÁ BIEÁN THÖÏC PHAÅM 3.1 Phaân loaïi nöôùc thaûi theo nguoàn goác gaây oâ nhieãm. 18 3.2 Caùc phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm. 18 3.2.1 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi baèng beå buøn hoaït tính hieáu khí (Aerotank) 19 3.2.2 Xöû lyù nöôùc thaûi hieáu khí baèng maøng loïc sinh hoïc. 22 3.2.3 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi thieáu khí. 24 3.2.4 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi kò khí. 25 3.2.5 Xöû lyù nöôùc thaûi baèng ao hoà. 28 CHÖÔNG 4 : NGHIEÂN CÖÙU MOÂ HÌNH XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG BAÈNG BUØN HOAÏT TÍNH LÔ LÖÛNG 4.1 Vai troø cuûa VSV trong quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi oâ nhieãm baån höõu cô baèng phöông phaùp buøn hoaït tính. 29 4.1.1 Thaønh phaàn VSV trong buøn hoaït tính. 29 4.1.2 Söï oxy hoaù vaø laøm saïch caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi bôûi caùc VSV trong buøn hoaït tính. 32 4.1.3 Söï khöû nitrat dò hoaù trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi thieáu khí. 32 4.1.4 Söï tröông nôû buøn bôûi caùc vsv daïng sôïi. 33 4.1.5 Söï keát laéng cuûa buøn hoaït tính vaø chæ soá theå tích buøn (SVI). 34 4.1.6 Taêng cöôøng sinh hoïc trong xöû lyù nöôùc thaûi. 35 4.1.6.1 Boå sung vaø caân ñoái caùc thaønh phaàn dinh döôõng. 35 4.1.6.2 Boå sung nguoàn gioáng vsv töï nhieân vaø hoài löu buøn. 36 4.1.6.3 Boå sung caùc gioáng VSV höõu hieäu. 36 4.2 Buøn hoaït tính. 36 4.3 Moâ hình thí nghieäm. 38 CHÖÔNG 5 : CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH CHÆ TIEÂU HOAÙ HOÏC, VS VAØ KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU Phaàn I : Cô Sôû Lyù Thuyeát 5.1 Caùc phöông phaùp phaân tích chæ tieâu hoaù hoïc. 43 5.1.1 Ammonium. 43 5.1.2 COD. 45 5.2 Caùc phöông phaùp phaân tích vi sinh. 47 5.2.1 Phöông phaùp phaân laäp gioáng VSV. 47 5.2.2 Phöông phaùp baûo quaûn gioáng VSV. 50 5.2.3 Phöông phaùp nghieân cöùu hình thaùi teá baøo vi sinh. 51 5.2.4 Phöông phaùp kieåm tra soá löôïng vi sinh. 52 Phaàn II : Keát Quaû Nghieân Cöùu 5.3 Thí nghieäm 1 : Giai ñoaïn chaïy thích nghi. 54 5.4 Thí nghieäm 2 : Chaïy moâ hình tónh theo thôøi gian löu nöôùc taêng daàn. 63 5.4.1 Giai ñoaïn chaïy nöôùc töông pha. 63 5.4.2 Giai ñoaïn chaïy nöôùc töông hoät xay nhuyeãn. 65 5.5 Thí nghieäm 3 : Chaïy moâ hình heä thoáng. 67 5.5.1 Giai ñoaïn chaïy nöôùc töông pha. 67 5.5.2 Giai ñoaïn chaïy nöôùc töông hoät xay nhuyeãn. 71 CHÖÔNG 6 : KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ 6.1 Keát luaän. 75 6.2 Kieán nghò. 76 Phuï luïc. Taøi lieäu tham khaûo. DANH MUÏC CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT BOD : Biochemical Oxygen Demand: Nhu caàu oxy sinh hoaù, mg/l COD : Chemical Oxygen Demand : Nhu caàu oxy hoaù hoïc, mg/l DO : Dissolved Oxygen : Noàng ñoä oxy hoaø tan, mg/l SS : Suspended Solid : Chaát raén lô löûng, mg/l VS : Volative Solid : Chaát raén bay hôi, mg/l SVI : Slugde Volume Index : Chæ soá theå tích buøn, mg/l MLSS : Mixed Liguor Suspended Solid : Chaát raén lô löûng trong buøn loûng, mg/l MLVSS : Mixed Liquor Volatile Suspended Solid : Chaát raén lô löûng bay hôi trong buøn loûng, mg/l F/M : Foot/ Microganism Ratio : Tæ leä thöùc aên cho vi sinh vaät RBC : Rotating Biological Contactors : Beå loïc sinh hoïc tieáp xuùc quay SBR : Sequence Batch Reactors : Beå aerotank hoaït ñoäng theo meû UASB : Upflow Anaerobic Slude Blanket : Beå phaûn öùng kò khí XLNT : Xöû lyù nöôùc thaûi VSV : Vi sinh vaät TCVN : Tieâu chuaån Vieät Nam DANH MUÏC CAÙC BAÛNG BIEÅU Baûng 1 : Caùc thoâng soá vaø phöông phaùp phaân tích. 4 Baûng 2 : Chæ tieâu caûm quan. 14 Baûng 3 : Chæ tieâu hoaù hoïc. 15 Baûng 4 : Caùc chæ tieâu vi sinh. 16 Baûng 5 : Caùc vi khuaån thöôøng gaëp trong buøn hoaït tính. 31 Baûng 6 : Caùc böôùc tieán haønh döïng ñöôøng chuaån Ammonium. 44 TN1 : Giai ñoaïn chaïy thích nghi Söû duïng vi sinh töï nuoâi caáy Baûng 7 : Keát quaû nghieân cöùu xöû lyù COD. 54 Baûng 8 : Keát quaû nghieân cöùu khöû Ammonium. 55 Söû duïng vi sinh do phoøng VS cuûa Vieän cung caáp Baûng 9 : Keát quaû nghieân cöùu xöû lyù COD vaø Ammonium. 57 Baûng 10 : Keát quaû nghieân cöùu xöû lyù COD khi giaûm taûi troïng. 59 Baûng 11 : Keát quaû nghieân cöù khöû Ammonium khi giaûm taûi troïng. 59 Baûng 12 : Keát quaû nghieân cöùu xöû lyù COD khi taêng taûi troïng. 61 Baûng 13 : Keát qua nghieân cöùu khöû Ammonium khi taêng taûi troïng. 61 TN2 : Chaïy moâ hình tónh theo thôøi gian löu nöôùc taêng daàn Söû duïng vi sinh do phoøng VS cuûa Vieän cung caáp a. Giai ñoaïn nöôùc töông pha Baûng 14 : Keát quaû soá lieäu moâ hình tónh saép xeáp theo thôøi gian löu nöôùc taêng daàn.. 63 b. Giai ñoaïn töông hoät xay nhuyeãn pha Baûng 15: Keát quaû soá lieäu moâ hình tónh saép xeáp theo thôøi gian löu nöôùc taêng daàn giai ñoaïn töông hoät xay pha. 65 TN3 : Chaïy moâ hình heä thoáng Giai ñoaïn nöôùc töông pha Söû duïng vi sinh töï nuoâi caáy Baûng 16 : Keát quaû toùm taét thí nghieäm thöïc hieän treân moâ hình buøn hoaït tính hieáu khí. 67 Söû duïng vi sinh do phoøng VS cuûa Vieän cung caáp Baûng 17 : Keát quaû toùm taét thí nghieäm thöïc hieän treân moâ hình buøn hoaït tính hieáu khí. 69 Giai ñoaïn töông hoät xay nhuyeãn pha Söû duïng taäp hôïp vi khuaån hieáu khí (VS töï nuoâi caáy + VS do phoøng cung caáp) Baûng 18 : Keát quaû toùm taét thí nghieäm thöïc hieän treân moâ hình buøn hoaït tính hieáu khí. 71 Baûng 19 : Keát quaû xaùc ñònh haøm löôïng ss coù trong beå aerotank cuûa moâ hình khi söû duïng taäp hôïp vi khuaån hieáu khí. 73 DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ, ÑOÀ THÒ Hình 1 : Sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp hoaù giaûi. 11 Hình 2 : Sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông töø ñaäu naønh baèng phöông phaùp leân men. 12 Hình 3 : Sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp leân men cuûa coâng ty nöôùc töông Kikoman. 13 Hình 4 : Caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi cô baûn. 19 Hình 5 : Sô ñoà coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp loïc sinh hoïc. 23 Hình 6 : Sô ñoà beå Aerotank hoãn hôïp. 25 Hình 7 : a – beå töï hoaïi, b – beå leân men sinh metan 2 voû. 26 Hình 8 : Sô ñoà choïn loïc VSV trong vuøng hoaït tính. 30 Hình 9 : Sô ñoà moâ hình nghieân cöùu. 38 Hình 10 : Maøu saéc cuûa maãu khi cho thuoác thöû Nestler. 44 Hình 11 : Chæ thò chueån töø maøu xanh lam sang maøu naâu ñoû. 47 KEÁT QUAÛ CHAÏY MOÂ HÌNH THÍ NGHIEÄM TN1 : Giai ñoaïn chaïy thích nghi Söû duïng VS töï nuoâi caáy Hình 12 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû khöû Ammonium theo ngaøy khi boå sung vi sinh.. 55 Hình 13 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû khöû Ammonium theo ngaøy khi khoâng boå sung vi sinh.. 56 Söû duïng VS do phoøng vi sinh cuûa Vieän cung caáp Hình 14 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû xöû lyù COD theo ngaøy khi boå sung vi sinh.. 57 Hình 15 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû xöû lyù COD theo ngaøy khi khoâng boå sung vi sinh.. 58 Hình 16 : Bieåu ñoà bieåu dieãn hieäu suaát khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh.. 58 Hình 17 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû xöû lyù COD khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh. 60 Hình 18 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû khöû Ammonium khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh.. 60 Hình 19 : Bieåu ñoà bieåu dieãn hieäu quaû khöû ammonium khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh. 62 Hình 20 : Bieåu ñoà bieåu dieãn giaù trò pH khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh. 62 TN2 : Chaïy moâ hình tónh theo thôøi gian löu nöôùc taêng daàn a. Giai ñoaïn nöôùc töông pha Hình 21 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû khöû COD khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh . 64 Hình 22 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû khöû Ammonium khi boå sung vi sinh vaø khoâng boå sung vi sinh. 64 b. Giai ñoaïn töông hoät xay nhuyeãn pha Hình 23 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû xöû lyù COD theo thôøi gian löu nöôùc. 66 Hình 24 : Ñoà thò bieåu dieãn hieäu quaû khöû Ammonium theo thôøi gian löu nöôùc. 66 TN3 : Chaïy moâ hình heä thoáng Giai ñoaïn nöôùc töông pha Söû duïng VS töï nuoâi caáy Hình 25 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû khöû Ammonium theo thôøi gian löu nöôùc.. 68 Söû duïng VS do phoøng Vi sinh cuûa Vieän cung caáp Hình 26 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû xöû lyù COD theo soá laàn phaân tích .. 70 Hình 27 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû khöû Ammonium theo soá laàn phaân tích.. 70 Giai ñoaïn töông hoät xay nhuyeãn pha Söû duïng taäp hôïp vi khuaån hieáu khí (VS töï nuoâi caáy + VS do phoøng cung caáp ) Hình 28 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû xöû lyù COD theo soá ngaøy phaân tích .. 72 Hình 29 : Ñoà thò bieåu dieãn bieán thieân hieäu quaû khöû Ammonium theo soá ngaøy phaân tích.. 73 Hình 30 : Ñoà thò bieåu dieãn löôïng buøn sinh ra theo thôøi gian vaän haønh moâ hình nghieân cöùu.. 74 LÔØI MÔÛ ÑAÀU Q uaù trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính thöïc chaát laø vieäc öùng duïng vaø thuùc ñaåy caùc quaù trình phaân huyû caùc thaønh phaàn oâ nhieãm nhö quaù trình keát laéng cuûa quaàn theå vi sinh vaät coù maët trong moâi tröôøng nöôùc. Buøn hoaït tính bao goàm vi khuaån, naám sôïi, taûo, ñoäng vaät nguyeân sinh vaø metazoa. Trong ñoù vi khuaån vaø naám sôïi ñoùng vai troø quyeát ñònh haøng ñaàu ñeán hieäu qua xöû lyù do chieám öùu theá veà soá löôïng, khaû naêng phaân huyû, toác ñoä sinh tröôûng cuõng nhö hoaït tính keo laéng. Tuy nhieân buøn hoaït tính ñöôïc taïo thaønh moät caùch töï nhieân trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi khoù hoäi tuï ñuû nhöõng vi sinh vaät coù phöùc heä enzym phaân huyû vaø hoaït tính keát laéng höõu hieäu. Vì vaäy nhieàu nhaø khoa hoïc ñaõ quan taâm nghieân cöùu thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa buøn hoaït tính, phaân laäp, tuyeån choïn, taïo môùi caùc chuûng vi khuaån coù khaû naêng phaân huyû vaø keát laéng buøn höõu hieäu ñeå boå sung vaøo buøn hoaït tính nhaèm naâng cao hieäu quaû xöû lyù. TOÙM TAÉT NOÄI DUNG ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP Ñoà aùn naøy thöïc hieän nhaèm ñöa ra phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi thöïc phaåm noùi chung vaø nöôùc thaûi saûn xuaát Nöôùc Töông noùi rieâng. Nhaèm caûi thieän chaát löôïng nöôùc thaûi ñaàu ra cuûa nöôùc thaûi sau khi thaûi vaøo moâi tröôøng ñaït tieâu chuaån cho pheùp. Nghieân cöùu ñöôïc thöïc hieän treân moâ hình moâ phoûng coâng ngheä ñeå nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù COD vaø hieäu suaát khöû Ammonium nhôø vi sinh vaät trong nöôùc thaûi cuûa ngaønh. Do ñeà taøi mang tính môùi neân trong quaù trình nghieân cöùu löïa choïn coâng ngheä xöû lyù gaëp nhieàu khoù khaên. Ñeå keát quaû nghieân cöùu mang tính khaû thi cao, moâ hình nghieân cöùu söû duïng maãu nöôùc thaûi nhaân taïo. Coù theå toùm löôïc noäi dung ñoà aùn nhö sau: CHÖÔNG 1 : Neâu cô sôû hình thaønh ñeà taøi, muïc tieâu vaø noäi dung nghieân cöùu. CHÖÔNG 2 : Hieän traïng oâ nhieãm cuûa ngaønh cheá bieán thöïc phaåm, thaønh phaàn tính chaát cuûa Nöôùc Töông vaø nghieân cöùu, öùng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù nöôùc thaûi treân Theá Giôùi vaø ôû Vieät Nam. CHÖÔNG 3: Toùm taét caùc phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm. CHÖÔNG 4 : Vai troø VSV trong quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi; tìm hieåu veà thaønh phaàn taïo leân buøn hoaït tình; moâ hình nghieân cöùu söû duïng trong ñoà aùn. CHÖÔNG 5 : Caùc phöông phaùp phaân tích chæ tieâu hoaù hoïc, vi sinh trong quaù trình nghieân cöùu. Keát quaû nghieân cöùu CHÖÔNG 6 : Keát luaän, kieán nghò TAØI LIEÄU THAM KHAÛO PHUÏ LUÏC CHÖÔNG 1 MÔÛ ÑAÀU Cô Sôû Hình Thaønh Ñeà Taøi Hieän nay oâ nhieãm nöôùc thaûi ñang laø vaán ñeà caáp thieát ñöôïc caû theá giôùi vaø caû nöôùc quan taâm. Trong töông lai seõ thieáu nguoàn nöôùc saïch neáu nhö ta söû duïng quaù laõng phí vaø chöa coù bieän phaùp quaûn lyù, xöû lyù chuùng moät caùch hôïp lyù. Ñöùng tröôùc vaán naïn naøy, caùc nhaø khoa hoïc khoâng ngöøng nghieân cöùu ñeå tìm ra caùc giaûi phaùp ñeå khaéc phuïc cuõng nhö haïn cheá nhöõng taùc ñoäng do nöôùc thaûi gaây ra. Coù theå noùi raèng vi sinh vaät ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc laøm saïch nöôùc thaûi noùi chung vaø nöôùc thaûi saûn xuaát nöôùc töông noùi rieâng. Do ñoù, vieäc nghieân cöùu phaân laäp vi sinh vaät höõu hieäu coù hoaït tính cao ñeå phaân huyû vaø loaïi boû caùc chaát gaây oâ nhieãm trong nöôùc thaûi nhaèm giaûm thieåu oâ nhieãm moâi tröôøng laø raát caàn thieát. Ngaønh saûn xuaát vaø cheá bieán nöôùc töông laø moät ngaønh môùi ñoái vôùi nöôùc ta. Vì vaäy vaán ñeà xöû lyù nöôùc thaûi cuûa ngaønh cuõng caàn ñöôïc quan taâm vaø ñaàu tö. Chính vì theá, vieäc nghieân cöùu tìm ra giaûi phaùp xöû lyù oâ nhieãm nöôùc thaûi cuaû ngaønh laø nhieäm vuï haøng ñaàu cuûa caùc Ban ngaønh vaø ñoaøn theå. Muïc Tieâu Ñeà Taøi Ñeå baûo veä moâi tröôøng cuøng vôùi vieäc phaùt trieån ngaønh cheá bieán vaø saûn xuaát nöôùc töông theo höôùng saïch hôn. Hôn nöõa quaù trình nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù Ammonium vaø COD baèng coâng ngheä buøn hoaït tính chính laø cô sôû nhaèm xaây döïng giaûi phaùp xöû lyù oâ nhieãm moâi tröôøng do ngaønh taïo ra. Ngoaøi ra, ñeà taøi coøn nhaèm muïc tieâu cuûng coá kieán thöùc ñaõ ñöôïc tieáp thu ôû tröôøng trong suoát 4 naêm ñaïi hoïc. Goùp phaàn nhoû beù vaøo vieäc giöõ gìn moâi tröôøng xanh – saïch – ñeïp. Noäi Dung Nghieân Cöùu Toång quan vaø hieän traïng oâ nhieãm cuûa ngaønh cheá bieán thöïc phaåm ôû Vieät Nam Tình hình nghieân cöùu vaø öùng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù nöôùc thaûi treân theá giôùi vaø trong nöôùc Toång quan veà ngaønh cheá bieán saûn xuaát nöôùc töông vaø caùc phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông hieän nay Nghieân cöùu moâ hình xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát nöôùc töông baèng buøn hoaït tính lô löûng Phaân laäp vi sinh vaät töø nöôùc thaûi vaø buøn loûng cuûa cô sôû cheá bieán vaø saûn xuaát nöôùc töông. Söû duïng vi sinh vaät ñaõ phaân laäp ñöôïc boå sung vaøo trong nöôùc thaûi ñeå xöû lyù nöôùc thaûi ñoù. Phaân tích caùc maãu ñoái chöùng theo giôø ñeå nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi coù vi sinh vaø khoâng coù vi sinh. Phaïm Vi Ñeà Taøi Moâ hình ñöôïc söû duïng trong ñoà aùn taäp trung chuû yeáu vaøo quùa trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng coâng ngheä buøn hoaït tính döôùi daïng moâ phoûng coù kích thöôùc nhoû. Quaù trình nghieân cöùu chæ phaân tích caùc chæ tieâu pH, SS, COD vaø N-NH4 chöù khoâng coù ñieàu kieän laøm BOD5, MLVSS vaø SVI. Nguoàn nöôùc thaûi phuïc vuï cho ñoà aùn laø maãu nhaân taïo töø nöôùc töông. Caùc chæ tieâu veà nöôùc thaûi ñöôïc phaân tích: pH, SS, COD, N-NH4. Phöông Phaùp Nghieân Cöùu 1.5.1 Phöông phaùp luaän Muoán coâng trình xöû lyù coù hieäu quaû, tröôùc khi duïng moâ hình ta phaûi tìm hieåu: Tính chaát cuûa doøng chaûy vaøo heä thoáng xöû lyù ( lyù, hoaù, sinh) Thaønh phaàn cuûa doøng chaûy vaøo heä thoáng xöû lyù Cô sôû cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi Öôùc löôïng hieäu quaû cuûa caùc quaù trình xöû lyù hoaëc caùc thoâng soá ñoäng hoïc cuûa töøng quùa trình. Ñeå caùc soá lieäu treân coù tính khaû thi, caàn coù thôøi gian khaûo saùt laâu daøi. 1.5.2 Phöông phaùp thöïc teá Phöông phaùp tham khaûo: tính chaát, thaønh phaàn nöôùc thaûi, ñaëc ñieåm lyù, hoaù, sinh cuûa nöôùc thaûi ñaàu vaøo. Phöông phaùp xaây döïng moâ hình moâ phoûng ôû quy moâ phoøng thí nghieäm, vaän haønh moâ hình ñeå xöû lyù nöôùc thaûi. Bieát söû duïng caùc maùy ño phaân tích caùc chæ tieâu caàn phaân tích. Nghieân cöùu thöïc nghieäm caùc thoâng soá ñoäng hoïc, thoâng soá vaän haønh treân moâ hình ñeå tìm ra keát quaû toát nhaát. Phöông phaùp phaân tích: caùc thoâng soá ñöôïc phaân tích theo phöông phaùp chuaån (APHA, AWWA, TCVN 5945-1995). Caùc thoâng soá ño vaø phöông phaùp phaân tích ñöôïc trình baøy trong baûng sau: Baûng 1: Caùc thoâng soá vaø phöông phaùp phaân tích Thoâng soá Phöông phaùp phaân tích pH Maùy ño pH COD Phöông phaùp ñun hoaøn löu hôû N-NH4 Phöông phaùp so maøu vôùi thuoác thöû Nesler SS(MLSS) Saáy, caân phaân tích, loïc, saáy, caân NO3- Maùy quang phoå keá PO42- Maùy quang phoå keá 1.5.3 Phöông phaùp xöû lyù soá lieäu Caùc soá lieäu ñöôïc theå hieän treân caùc baûng bieåu Soá lieäu ñöôïc quaûn lyù vaø xöû lyù baèng tröông trình Microsoft Excel/ microsoft Office 2003. Vaên baûn soaïn thaûo ñöôïc söû duïng treân chöông trình Microsoft Word/ Microsoft Office 2003. Caùc baûng veõ ñöôïc söû duïng treân chöông trình AutoCad 2004. Tính Môùi Cuûa Ñeà Taøi 1.6.1 YÙ nghóa khoa hoïc Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy coù theå xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát nöôùc töông baèng phöông phaùp buøn hoaït tính. Ñoái vôùi nhöõng loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng chaát höõu cô cao thì coù theå xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc. Tuyø töøng loaïi nöôùc thaûi, muïc ñích xöû lyù maø ta coù theå löïa choïn caùc beå xöû lyù khaùc nhau. 1.6.2 YÙ nghóa thöïc tieãn Ta coù theå töï phaân laäp vi sinh ñeå söû duïng cho muïc ñích xöû lyù. Vi sinh vaät coù khaû naêng xöû lyù COD vaø Ammonium cao nhöng ñieàu kieän moâi tröôøng khoâng hôïp lyù seõ daãn ñeán taùc ñoäng ngöôïc laïi. Söû duïng beå hieáu khí sinh hoïc Aerotank ñeå xöû lyù Ammonium trong nöôùc töông coù khaû naêng xöû lyù cao. CHÖÔNG 2 TOÅNG QUAN CAÙC VAÁN ÑEÀ CHÍNH LIEÂN QUAN ÑEÁN ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU 2.1 Toång Quan Veà Ngaønh Cheá Bieán Thöïc Phaåm Ôû Vieät Nam 2.1.1 Hieän traïng oâ nhieãm nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm ôû Vieät Nam Nhöõng naêm gaàn ñaây, toác ñoä ñoâ thò hoaù vaø vieäc phaùt trieån nhanh choùng caùc KCN taäp trung trong caû nöôùc ñaõ ñaët ra cho caùc ngaønh caáp thoaùt nöôùc nhöõng thaùch thöùc lôùn. Coù nhieàu nguyeân nhaân daãn ñeán tình traïng oâ nhieãm nöôùc. Nhöng vieäc xuaát hieän caùc KCN, caùc cô sôû saûn xuaát vöøa vaø nhoû laïi caøng laøm cho moâi tröôøng nöôùc trôû neân traàm troïng hôn. Toaøn boä nöôùc thaûi cuûa caùc cô sôû saûn xuaát naøy ñeàu ñöôïc tieâu thoaùt moät caùch töï nhieân ra nhöõng vuøng truõng hôn taïo neân nhöõng ao nöôùc thaûi loä thieân, gaây oâ nhieãm caû moät vuøng roäng lôùn. Trong khi ñoù, haàu heát caùc ñoâ thò ôû nöôùc ta ñeàu chöa coù traïm XLNT tröôùc khi ñoå ra soâng hoà, neáu coù vaãn chöa ñöôïc vaän haønh ñuùng vì chi phí xöû lyù cao. Vì vaäy, caùc keânh raïch, soâng ôû nöôùc ta ñang trong tình traïng oâ nhieãm nghieâm troïng maø chöa coù caùch naøo phuïc hoài ñöôïc. Thay vaøo ñoù nguoàn nöôùc ngoït cung caáp cho sinh hoaït ngaøy caøng bò haïn heïp. 2.1.2 Thaønh phaàn, tính chaát nöôùc thaûi cuûa ngaønh cheá bieán thöïc phaåm ÔÛ Vieät Nam coù nhieàu saûn phaåm leân men: röôïu, bia, muoái chua rau quaû … Nhöng coù moät loaïi saûn phaåm thoâng duïng thöôøng thaáy treân caùc baøn aên laø saûn phaåm gia vò “nöôùc töông”. Saûn phaåm coù theå noùi laø moät loaïi gia vò khoâng theå thieáu trong ñôøi soáng ngöôøi Vieät Nöôùc töông giaøu acid amin vaø coù muøi vò ñaëc tröng neân khi duøng trong böõa aên vöøa coù lôïi cho söùc khoeû vöøa taïo theâm vò ngon cho moùn aên. Ngoaøi ra nöôùc töông laø loaïi gia vò coù ñoä ñaïm vaø ñoä muoái töông ñoái cao. Chuû yeáu ñöôïc saûn xuaát töø hai phöông phaùp: phöông phaùp leân men vaø phöông phaùp hoaù giaûi. Ôû nöôùc ta coâng ngheä saûn xuaát nöôùc töông raát thuû coâng vaø coøn theo kinh nghieäm laø chuû yeáu. Vì vaäy maø nöôùc thaûi cuûa nöôùc töông coù haøm löôïng höõu cô cao vaø thöôøng sinh ra muøi hoâi nhö: phenol, amoniac, axit sunfuaric… trong quaù trình saûn xuaát nöôùc töông coù söï tham gia caùc vi sinh vaät: naám moác, naám men, vi khuaån. Ngoaøi taùc duïng leân men trong quaù trình saûn xuaát, vi khuaån coøn coù taùc duïng taïo höông cho saûn phaåm. Beân caïnh maët coù ích cuûa quaù trình sinh tröôûng cuûa vi sinh vaät, ngöôøi ta coøn quan taâm ñeán söï xaâm nhieãm cuûa nhöõng vi sinh vaät laï coù khaû naêng gaây muøi khoù chòu cho thöïc phaåm. Vì vaäy, nöôùc thaûi cuûa nöôùc töông sau khi thaûi ra ngoaøi coù muøi hoâi thoái cuûa acid amin vaø coù haøm löôïng COD cao. 2.1.3 Tình hình nghieân cöùu vaø öùng duïng VSV trong xöû lyù nöôùc thaûi treân theá giôùi vaø trong nöôùc 2.1.3.1 Treân theá giôùi Nhieàu vi khuaån taïo boâng nhö Zoogloea ñaõ ñöôïc phaân laäp. Kiuchi vaø coäng söï ñaõ phaân laäp 92 chuûng vi khuaån töø buøn hoaït tính vaø choïn loïc 12 chuûng coù khaû naêng taïo boâng. Kato vaø coäng söï cuõng phaân laäp 140 chuûng vi khuaån buøn hoaït tính vaø choïn ñöôïc 8 – 12 chuûng keát boâng treân caùc moâi tröôøng coù thaønh phaàn khaùc nhau. Fujita vaø nhieàu nhaø nghieân cöùu khaùc ôû nhaät baûn ñaõ nghieân cöùu söï taïo haït cuûa naám Aspergillus trong quaù trình nuoâi laéc, ñaùnh giaù sinh khoái haït vaø söû duïng haït ñeå xöû lyù nöôùc thaûi tinh boät, nghieân cöùu caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu suaát xöû lyù nöôùc thaûi tinh boät cuûa haït naám. Tuy nhieân cho ñeán nay vieäc söû duïng haït naám ñeå xöû lyù nöôùc thaûi trong heä thoáng lieân tuïc vaãn ñang ñöôïc aùp duïng raát haïn cheá. Moät trong nhöõng lyù do chaäm ñöôïc aùp duïng trong saûn xuaát laø vì haït naám thöôøng ñoøi hoûi phaùt trieån ôû pH thaáp, vieäc taïo haït ñoøi hoûi cheá ñoä laéc khaù phöùc taïp vaø ôû daïng haït chuùng laïi keùm öu theá trong vieäc caïnh tranh dinh döôõng vôùi vi khuaån moâi tröôøng nöôùc thaûi neân khoù aùp duïng trong quaù trình xöû lyù lieân tuïc. 2.1.3.2 Taïi Vieät Nam Trong khoaûng möôøi naêm trôû laïi ñaây, vaán ñeà nghieân cöùu vaø öùng duïng vi sinh vaät trong xöû lyù chaát thaûi noùi chung ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø khoa hoïc vaø coâng ngheä quan taâm. Trung taâm Coâng Ngheä Sinh Hoïc – Ñaïi Hoïc Quoác Gia Haø Noäi ñaõ nghieân cöùu thaønh phaàn vi sinh vaät trong cheá phaåm EM cuûa Nhaät Baûn, keát hôïp vôùi caùc chuûng xaï khuaån ñeå taïo ra cheá phaåm EMUNI öùng duïng trong xöû lyù chaát thaûi laøm phaân boùn höõu cô vi sinh. Taïi Vieän Coâng Ngheä Sinh Hoïc – Vieän Khoa Hoïc Vaø Coâng Ngheä Vieät Nam, Lyù Kim Baûng vaø coäng söï ñaõ phaân laäp tuyeån choïn vi khuaån vaø xaï khuaån chòu nhieät phaân huyû xenluloza taïo cheá phaåm Micromic 3 ñeå boå sung vaøo heä thoáng xöû lyù raùc thaûi sinh hoaït laøm taêng tyû leä buøn höõu cô vaø ruùt ngaén thôøi gian uû. Taïi Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi ñaõ nghieân cöùu phaân laäp tuyeån choïn naám sôïi phaân giaûi xenluloza duøng trong xöû lyù raùc höõu cô, Vieän Coâng Ngheä Sinh Hoïc Noâng Nghieäp – Tröôøng Ñaïi Hoïc Noâng Nghieäp I ñaõ nghieân cöùu saûn xuaát cheá phaåm EM duøng khöû muøi hoâi vaø veä sinh chuoàng traïi chaên nuoâi. Ñoái vôùi nöôùc thaûi, töø 1984 – 1985, Kieàu Höõu Aûnh vaø coäng söï (boä moân Vi sinh Vaät Hoïc – Ñaïi Hoïc Quoác Gia Haø Noäi) ñaõ nghieân cöùu khu heä vi khuaån sinh metan trong caùc heä xöû lyù kò khí vaø moät soá ñieàu kieän aûnh höôûng ñeán hieäu suaát xöû lyù. Leâ Gia Hy vaø coäng söï (Vieän Coâng Ngheä Sinh Hoïc) naêm 1995 ñaõ nghieân cöùu taïo buøn hoaït tính nhaân taïo coù hieäu quaû xöû lyù cao hôn buøn hoaït tính töï nhieân baèng caùch suïc khí hoãn hôïp moät soá nöôùc thaûi khaùc roài ñeå laéng… Tuy nhieân cho ñeán nay vaãn chöa coù cô sôû naøo ôû trong nöôùc cung caáp cheá phaåm vi sinh vaät öùng duïng trong thöïc teá xöû lyù nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm giaøu tinh boät baèng phöông phaùp buøn hoaït tính hieáu khí. 2.2 Toång Quan Veà Ngaønh Cheá Bieán Saûn Xuaát Nöôùc Töông 2.2.1 Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa nöôùc töông Nöôùc töông vöøa laø moät chaát ñieàu vò kích thích tieâu hoùa ñeå aên ngon mieäng ñoàng thôøi laø moät thöïc phaåm cung caáp cho ta moät löôïng ñaïm nhaát ñònh. Khi ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa nöôùc töông veà phöông dieän hoùa hoïc, tröôùc heát ngöôøi ta chuù ñeán löôïng ñaïm toaøn phaàn vì ñaây chính laø chaát dinh döôõng coù giaù trò nhaát trong nöôùc töông. Tieáp theo caàn xem ñeán löôïng ñaïm amin ñoái vôùi ñaïm toaøn phaàn. Tæ leä ñaïm amin ñoái vôùi ñaïm toaøn phaàn cho ta bieát möùc ñoä thuûy phaân cuûa protid trong nöôùc töông, tæ leä naøy caøng cao caøng toát. Trung bình tæ leä naøy trong nöôùc töông leân men cuûa ta khoaûng 50 – 55%, coøn trong nöôùc töông thuûy phaân acid thöôøng ñaït tôùi 60 – 70%. Haøm löôïng ñaïm amin cao laøm giaù trò cuûa muøi vò nöôùc töông ñöôïc taêng leân. Thaønh phaàn hoùa hoïc trung bình cuûa nöôùc töông bao goàm chaát hoøa tan 32,5 – 38,7% Ñaïm toaøn phaàn : 1,5% - 2% Ñaïm amin : 0,85% - 1,31% Ñöôøng : 1,45% - 5,3% Chaát beùo: 1,7% - 2,5% Muoái: 20% - 25% Ñoä acid: 0,6% - 0,9% 2.2.1.1 Acid amin Trong nöôùc töông coù nhieàu acid amin: Arginin, Methionin, Cystein, Leucin, Serin, Lysin, Histidin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan, Tyrosin, Valin, Acid Glutamic, Acid Aspartic. Nhöõng acid amin naøy cuøng vôùi di, tri, tetra peptid laøm cho nöôùc töông coù vò ñaïm ngoït vaø thôm muøi thòt. Nöôùc töông saûn xuaát theo phöông phaùp leân men haàu nhö giöõ ñöôïc taát caû caùc acid amin coù trong nöôùc töông. Coøn nöôùc töông saûn xuaát theo phöông phaùp hoùa giaûi thì coù tæ leä ñaïm amin treân ñaïm toaøn phaàn cao hôn nöôùc töông leân men neân muøi vò coù khaù hôn. Tuy nhieân, trong nöôùc töông hoùa giaûi, moät soá acid amin quyù bò phaân huûy tröôùc heát laø tryptophan, sau ñoù ñeán lysin, cystein, arginin. Neáu phaân giaûi baèng acid quaù ñoä thì moät soá acid amin bò phaân huûy thaønh caùc chaát coù muøi hoâi nhö: phenol, NH2, H2S… 2.2.1.2 Ñöôøng Trong nöôùc töông coù caùc loaïi ñöôøng glucoza, fructoza, maltoza, pentoza, destrin. Ñöôøng coù vai troø quan troïng trong vieäc hình thaønh maøu saéc nöôùc töông. 2.2.1.3 Acid höõu cô Caùc acid höõu cô coù trong nöôùc töông coù quan heä maät thieát vôùi nhau taïo höông vò ñaëc tröng cuûa nöôùc töông. Trong ñoù nhieàu nhaát laø acid lactic, chieám khoaûng 1,6%. Noù taùc duïng vôùi röôïu taïo thaønh hôïp chaát lactat phenol cho muøi thôm hoa quaû. Ngoaøi ra, trong nöôùc töông coøn coù acid acetic 0,2%, acid sucinic 0,087% - 0,16%, acid formic 0,05%. Muoái cuûa caùc acid naøy tham gia taïo vò cuûa nöôùc töông. 2.2.1.4 Chaát maøu Maøu cuûa nöôùc töông chuû yeáu do ñöôøng keát hôïp vôùi acid amin taïo neân. Maøu cuûa nöôùc töông leân men ñöôïc hình thaønh daàn daàn töø maøu vaøng cuûa moác ñeán ma._.øu naâu nhaït cuoái cuøng laø maøu naâu ñaäm. Söï hình thaønh maøu cuûa nöôùc töông phuï thuoäc vaøo noàng ñoä ñöôøng, acid amin vaø nhieät ñoä. Maøu saéc cuûa nöôùc töông raát caàn thieát. Tuy nhieân, neáu taêng cöôøng phaûn öùng giöõa acid amin vôùi ñöôøng thì khoâng coù lôïi vì melanoid laø chaát maø cô theå khoù haáp thu vaø khi noàng ñoä cuûa noù cao seõ laøm giaûm höông vò cuûa saûn phaåm. Maët khaùc, quaù trình hình thaønh saûn phaåm maøu naøy gaây toån thaát lôùn acid amin. Ñeå haïn cheá quaù trình naøy ta choïn nguyeân lieäu coù haøm löôïng ñöôøng thaáp, traùnh naâng cao nhieät ñoä vaø keùo daøi thôøi gian thuûy phaân. 2.3 Caùc Phöông Phaùp Saûn Xuaát Nöôùc Töông Hieän Nay Nöôùc chaám laø teân goïi chung cho taát caû caùc loaïi gia vò coù ñaïm vaø ñoä muoái töông ñoái cao. Tuy mang nhieàu teân goïi khaùc nhau: magi, xì daàu, xaùng xaùu, nöôùc töông leân men, nöôùc töông hoaù giaûi…nhöng ñeàu ñöôïc saûn xuaát töø hai phöông phaùp: phöông phaùp leân men vaø phöông phaùp hoaù giaûi. Veà nguyeân lieäu taát caû ñeàu saûn xuaát töø nguyeân lieäu giaøu ñaïm, trong ñoù chuû yeáu laø caùc haït coù daàu. Moãi phöông phaùp ñeàu coù öu nhöôïc ñieåm cuûa noù. Tuyø phong tuïc taäp quaùn cuûa töøng vuøng, töøng quoác gia maø choïn phöông phaùp xöû lyù khaùc nhau. 2.3.1 Giôùi thieäu moät soá quy trình coâng ngheä saûn xuaát nöôùc töông Hình1: Quy trình saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp hoaù giaûi Thuyû phaân Baùnh daàu Nghieàn Thuyû phaân Trung hoaø Loïc Phoái cheá Thanh truøng Saûn phaåm NaC03 Hình 2: Quy trình coâng ngheä saûn xuaát nöôùc töông töø ñaäu naønh baèng phöông phaùp leân men Ñaäu naønh Röûa saïch naáu Ñeå nguoäi Troän Traûi moûng Leân moác Troän Uû aám Trích ly Pha ñaáu thaønh phaåm Thanh truøng Naám moác Saûn phaåm Nhaân gioáng Nhaân gioáng Boät mì Nöôùc muoái Nöôùc Hình 3: Quy trình coâng ngheä saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp leân men cuûa coâng ty nöôùc töông Kikoman Ñaäu naønh Kikoman Aspergillus Boät mì Troän Haáp Haáp Uû moác Troän Uû chín Neùn Nöôùc töông thoâ Loïc Kieåm tra Thanh truøng Saûn phaåm Baùnh ñaäu 2.3.2 Cô sôû khoa hoïc cuûa phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông Ñoái vôùi phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông leân men, cô sôû khoa hoïc cuûa noù laø lôïi duïng heä men cuûa vi sinh vaät phaùt trieån treân nguyeân lieäu giaøu ñaïm nuoâi chuùng, ñeå roài thuyû phaân protein coù trong nguyeân lieäu thaønh nöôùc töông. Do vaäy trong quaù trình saûn xuaát phaûi nuoâi moác cho toát, ñeå coù nhieàu men thuyû phaân trieät ñeå protein coù trong nguyeân lieäu, naâng cao hieäu suaát lôïi duïng nguyeân lieäu, haï giaù thaønh saûn phaåm. Ñoái vôùi phöông phaùp saûn xuaát nöôùc töông hoaù giaûi, cô sôû cuûa noù laø duøng hoaù chaát ñeå thuyû phaân protein cuûa nguyeân lieäu thaønh nöôùc töông. Do vaäy trong quaù trình thuyû phaân phaûi baûo ñaûm baûo toát caùc ñieàu kieän nhieät ñoä vaø thôøi gian ñeå phaûn öùng tieán haønh trieät ñeå, naâng cao hieäu suaát söû duïng nguyeân lieäu, haï giaù thaønh saûn phaåm. 2.4 Caùc Chæ Tieâu Ñaùnh Giaù Chaát Löôïng Nöôùc Töông Theo tieâu chuaån cuûa nhaø nöôùc TCVN 1763 – 75, chaát löôïng nöôùc töông saûn xuaát theo phöông phaùp leân men baèng enzym vi sinh vaät phaûi ñaït caùc yeâu caàu sau: Nöôc töông phaûi ñöôïc saûn xuaát theo ñuùng quy trình coâng ngheä ñaõ ñöôïc nhaø nöôùc coù thaåm quyeàn duyeät y, phaûi duøng chuûng loaïi moác khoâng coù ñoäc do cô quan coù thaåm quyeàn cung caáp. 2.4.1 Chæ tieâu caûm quan Baûng 2: Chæ tieâu caûm quan Teân chæ tieâu Loaïi ñaëc bieät Loaïi 1 Loaïi 2 Ñoä trong Khoâng vaån ñuïc Maøu Maøu naâu ñaäm hay maøu caùnh giaùn Vò Ngoït ñaäm, sau khi neám khoâng coù caûm giaùc kheù coå, khoâng ñaéng, chua hay caùc vò khoâng thích hôïp khaùc Dòu ngoït, sau khi neám khoâng coù caûm giaùc kheù coå, khoâng ñaéng, chua hay coù caùc vò khoâng thích hôïp khaùc Muøi Thôm ngon khoâng kheùt, hay caùc muøi khoâng thích hôïp khaùc 2.4.2 Chæ tieâu hoaù hoïc Baûng 3 : Chæ tieâu hoùa hoïc Teân chæ tieâu Loaïi ñaëc bieät Loaïi 1 Loaïi 2 1. Haøm löôïng nitô toaøn phaàn, g/l 2. Haøm löôïng nitô formol, g/l 3. Haøm löôïng nitô amoniac, g/l 4. Haøm löôïng NaCl, g/l 5. Haøm löôïng acid, tính theo soá ml NaOH 0.1N duøng ñeå trung hoaø 1ml maãu hay pH >= 20 >=10 <=3 230 – 250 <=1.8 4.2 >=16 >=8 <=2,5 230 – 250 <=1.6 4.6 >= 12 >=6 <=2 230 – 250 <=1.3 5 – 5.5 2.4.3 Caùc chæ tieâu vi sinh vaät: Theo quy ñònh cuûa boä y teá, ñoái vôùi nöôùc töông, quy ñònh nhö sau:(giôùi haïn cho pheùp trong 1 ml thöïc phaåm). Baûng 4: Caùc chæ tieâu vi sinh Thöù töï Teân vi khuaån Giôùi haïn cho pheùp 1 2 3 4 5 6 7 TSVKHK Coliforms E. coli Cl.perfringens S.aureus Samonella/25ml TS BTNM- NM 104 102 0 10 3 0 10 (TSVKHK: toång soá vi khuaån hieáu khí TSBTNM: toång soá baøo töû naám moác – naám men) 2.4.4 Haøm löôïng kim loaïi trong nöôùc töông quy ñònh nhö sau: Pb <= 2mg/l As <= 2mg/l Zn <=2mg/l Cu <= 10 mg/l 2.5 Nguyeân Lieäu Saûn Xuaát Nöôùc Töông 2.5.1 Ñaäu naønh, caáu truùc haït Haït ñaäu naønh coù nhieàu hình daïng: troøn, baàu duïc ( daïng phoå bieán), troøn daøi, troøn deït. Caáu truùc haït ñaäu naønh goàm 3 thaønh phaàn: voû haït, phoâi vaø töû dieäp. Voû laø lôùp ngoaøi cuøng cuûa haït ñaäu naønh. Voû haït ñaäu naønh coù nhieàu maøu saéc vaø laø moät yeáu toá cho vieäc xaùc ñònh gioáng ñaäu naønh. Maøu voû ñöôïc quy ñònh bôûi haøm löôïng saéc toá vaø laø söï toå hôïp cuûa 4 maøu cô baûn: vaøng, xanh, naâu vaø ñen. Saéc toá chính ñöôïc ghi nhaän laø Anthociamin. Thöôøng haït ñaäu coù voû maøu vaøng vaø maøu traéng laø loaïi toát hôn neân ñöôïc öa chuoäng hôn. Voû haït baûo veä phoâi maàm choáng laïi naám vaø vi khuaån. Voû haït mau ngaám nöôùc vaø deã bong ra khi ñöôïc ngaâm vaøo nöôùc. Phoâi laø reã maàm, laø phaàn sinh tröôûng cuûa haït khi haït leân maàm Töû dieäp goàm 2 laù maàm tích tröõ döôõng lieäu cuûa haït. Noù chieám phaàn lôùn khoái löôïng cuûa haït. Töû dieäp chöùa haàu heát chaát ñaïm vaø chaát beùo cuûa haät ñaäu naønh. Töû dieäp coù maøu xanh tröôùc khi haït chín vaø coù maøu vaøng khi haït chín. Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa ñaäu naønh Ñaäu naønh coù giaù trò thöïc phaåm raát cao. Khoâng nhöõng noù nhieàu chaát ñaïm maø coøn nhieàu chaát beùo so vôùi caùc loaïi ñaäu khaùc. Chaát ñöôøng, boät(%) : 23% Chaát ñaïm( %) : 38,8% Chaát beùo ( %) : 18,6% Trong ñaäu töông haøm löôïng chaát ñaïm dao ñoäng 29,6 – 50,3% trung bình laø 36 – 40%. Theo Tadocoro vaø Joshimura, chaát ñaïm cuûa ñaäu töông goàm coù globulin 85 – 95% ngoaøi ra coøn coù moät ít albumin vaø prolamin. Giaù trò dinh döôõng cuûa protein ñaäu töông raát cao. Theo nhieàu taùc giaû, thaønh phaàn protit cuûa ñaäu töông gaàn gioáng protit cuûa söõa. Ngoaøi caùc aminoacid khoâng theå thay theá ñöôïc, protit cuûa ñaäu töông coøn chöùa 19,46% acid glutamic, acid aspartic 3,89%, xystin 1,12%, glucocon 0,97%. Chaát beùo trong ñaäu töông dao ñoäng trong khoaûng 13,5 – 24,2% trung bình 18%. Chaát beùo trong ñaäu töông chöùa khoaûng 6,4 – 15,1% acid beùo no vaø 80 – 93,6% acid beùo khoâng no. Haøm löôïng chaát beùo trong ñaäu töông tyû leä nghòch vôùi haøm löôïng protit. Neáu loaïi ñaäu nhieàu protit thì chaát beùo ít, ngöôïc laïi chaát beùo nhieàu thì protit ít. Gluxid trong ñaäu töông chieám khoaûng 22- 35,5%, trong ñoù 1 -2 % laø tinh boät. Chaát tro khoaûng 4,5 – 6,8% Trong ñaäu naønh, ngoaøi chaát ñaïm, chaát beùo, ñöôøng boät vaø tro coøn coù moät soá loaïi men nhö: urease, lipase, lipoxydase, protease, vaø sinh toá nhö A,B,D, E. Trong thôøi gian naûy maàm coøn coù sinh toá C. CHÖÔNG 3 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ SINH HOÏC NÖÔÙC THAÛI CHEÁ BIEÁN THÖÏC PHAÅM 3.1 Phaân Loaïi Nöôùc Thaûi Theo Nguoàn Goác Gaây OÂ Nhieãm Thoâng thöôøng nöôùc thaûi ñöôïc phaân loaïi theo nguoàn goác phaùt sinh ra chuùng. Ñoù cuõng laø cô sôû cho vieäc löïa choïn bieän phaùp giaûi quyeát hoaëc coâng ngheä xöû lyù. Theo caùch phaân chia naøy thì coù hai nhoùm nöôùc thaûi laø nöôùc thaûi sinh hoaït vaø nöôùc thaûi saûn xuaát. Nöôùc thaûi sinh hoaït laø nöôùc thaûi ra töø caùc hoä gia ñình, beänh vieän, khaùch saïn, tröôøng hoïc, cô quan, chöùa caùc thaønh phaàn chaát thaûi trong quaù trình sinh hoaït cuûa con ngöôøi goïi chung laø nöôùc thaûi sinh hoaït hoaëc nöôùc thaûi khu daân cö. Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa nöôùc thaûi ñoù laø chuùng chöùa haøm löôïng lôùn caùc chaát höõu cô deã phaân huyû sinh hoïc (cacbonhydrat, protein, lipid…) vaø caùc chaát dinh döôõng (photphat, nitô…). Nöôùc thaûi saûn xuaát laø nöôùc thaûi ra töø caùc cô sôû saûn xuaát coâng nghieäp, tieåu thuû coâng nghieäp, giao thoâng vaän taûi… nöôùc thaûi coâng nghieäp khoâng coù ñaëc ñieåm chung maø phuï thuoäc vaøo töøng ngaønh saûn xuaát. Rieâng nöôùc thaûi coâng nghieäp thöïc phaåm chöùa nhieàu caùc hôïp chaát höõu cô hoaø tan hoaëc ôû traïng thaùi lô löûng. Nöôùc thaûi loaïi naøy gaây oâ nhieãm naëng ñoái vôùi moâi tröôøng. 3.2 Caùc Phöông Phaùp Xöû Lyù Sinh Hoïc Nöôùc Thaûi Cheá Bieán Thöïc Phaåm Döïa vaøo nhu caàu oxy trong quaù trình xöû lyù maø caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi baèng bieän phaùp sinh hoïc coù theå ñöôïc phaân chia thaønh caùc phöông phaùp xöû lyù hieáu khí, phöông phaùp xöû lyù kò khí vaø caùc phöông phaùp xöû lyù thieáu khí. Coù theå toùm taét caùc phöông phaùp naøy ôû hình 3.2 nhö sau: Buøn hoaït tính Caùc phöông phaùp sinh hoïc xöû lyù nöôùc thaûi Hieáu khí (Aerobic) Thieáu khí (Anoxic) Kò khí (Anaeroboc) Ñóa quay sinh hoïc Loïc nhoû gioït Ao hoà oån ñònh nöôùc thaûi Khöû Nitrat Beå phaân huyû kò khí Beå buøn kò khí chaûy ngöôïc Hình 4: Caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi cô baûn 3.2.1 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi baèng beå buøn hoaït tính hieáu khí (Aerotank) Xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính hieáu khí laø quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi trong beå coù suïc khí bôûi caùc vi sinh vaät coù maët trong buøn hoaït tính. Buøn hoaït tính ñöôïc ñònh kyø hoài löu vaøo beå suïc khí sau khi ñöôïc taùch ra taïi beå laéng. Ñeå ñaûm baûo coù oxy thöôøng xuyeân vaø troän ñeàu vôùi nöôùc thaûi vaø buøn hoaït tính, ngöôøi ta cung caáp oxy baèng heä thoáng khuaáy troän, heä thoáng thoåi baèng khoâng khí hoaëc cung caáp oxy tinh khieát. Coâng ngheä naøy döïa treân cô sôû cuûa heä thieát bò “ beå hieáu khí – beå laéng thöù caáp”. Nguyeân lyù cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính hieáu khí laø heä sinh vaät trong beå ñöôïc cung caáp oxy vaø moät soá chaát dinh döôõng boå sung. Caùc loaïi vi sinh vaät söû duïng chaát höõu cô trong nöôùc thaûi vaø chuyeån hoaù chuùng thaønh vi sinh vaät môùi, CO2, nöôùc vaø chaát khoaùng. Theo doøng nöôùc thaûi töø beå hieáu khí ñeán beå laéng vi sinh vaät seõ taïo boâng vaø keát laéng trong buøn hoaït tính. Töø beå laéng moät phaàn buøn hoaït tính ñöôïc hoài löu laïi beå hieáu khí ñeå duy trì vaø taêng cöôøng hoaït tính cuûa vi sinh vaät, löôïng buøn hoaït tính dö ñöôïc ñöa vaøo beå neùn vaø taùch buøn. Phöông phaùp buøn hoaït tính hieáu khí aùp duïng cho nöôùc thaûi coù haøm löôïng BOD5 trung bình 150 – 1000 mg/l vaø coù khaû naêng giaûm ñöôïc 90 – 95% haøm löôïng BOD5. Ñeán nay ñaõ coù nhieàu phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính khaùc nhau ñöôïc hình thaønh vaø öùng duïng treân cô sôû thay ñoåi caáu taïo cuûa beå vaø phöông caùch cung caáp oxy. Coù theå neâu caùc phöông phaùp sau: Beå hieáu khí khuaáy troän hoaøn toaøn (Completely Mixed Tank) Nöôùc thaûi vaø buøn hoaït tính ñöôïc khuaáy troän hoaøn toaøn trong beå suïc. Noàng ñoä chaát thaûi cuõng nhö möùc ñoä söû duïng oxy ôû moïi phaàn cuûa beå hieáu khí ñeàu gioáng nhau. Loaïi beå naøy thöôøng ñöôïc aùp duïng khi nöôùc chaûy lieân tuïc vaøo beå coù khuaáy troän. Nöôùc thaûi sau khi laéng vaø buøn hoài löu ñöôïc ñöa vaøo beå suïc sao cho chaát höõu cô vaø oxy hoaø tan ñoàng ñeàu theo chieàu daøi cuûa beå. Thôøi gian nöôùc thaûi löu trong beå töø 3 – 5 giôø, taûi troïng khoaûng 0,8 – 2kg BOD5/m3/ngaøy, löôïng buøn hoài löu töø 15 – 50%. Haøm löôïng buøn 2500 – 4000mg/l, thôøi gian löu buøn töø 5 – 15 ngaøy. Hieäu quaû xöû lyù BOD laø 85 – 90%. Beå hieáu khí theo doøng chaûy nuùt (Plug Flow Tank) Buøn hoaït tính hoài löu troän cuøng vôùi nöôùc thaûi ñaàu vaøo beå suïc khí. Doøng chaûy cuûa nöôùc thaûi vaø buøn hoaït tính qua beå hieáu khí chaûy theo caùc vaùch ngaên. Nhu caàu söû duïng cô chaát vaø oxy giaûm daàn theo chieàu daøi cuûa doøng chaûy. Khoâng khí cho vaøo ñoàng ñeàu theo suoát chieàu daøi cuûa beå hieáu khí. Trong quaù trình laøm thoaùng khí xaûy ra söï haáp thuï, keát boâng vaø oxy hoaù caùc chaát höõu cô nhôø vi sinh vaät. Buøn hoaït tính ñöôïc taùch ra ôû beå laéng thöù caáp. Thôøi gian nöôùc thaûi löu trong beå suïc laø 4 – 8 giôø, löôïng buøn hoài löu 15 – 50%. Taûi troïng khoaûng 0,3 – 0,6 kg BOD5/m3/ngaøy vôùi haøm löôïng buøn khoaûng 1500 – 3000mg/l, thôøi gian löu buøn töø 5 – 15 ngaøy. Hieäu suaát xöû lyù BOD khoaûng 85- 95%. Beå hieáu khí laøm thoaùng theo baäc (Step Feed Tank) Ñaây laø phöông phaùp caûi tieán cuûa phöông phaùp xöû lyù baèng buøn hoaït tính thoâng thöôøng. Nöôùc thaûi sau khi laéng qua beå laéng sô caáp cho vaøo beå suïc ôû nhieàu ñieåm töông öùng, nhö vaäy nhu caàu oxy giaûm daàn. Vôùi bieän phaùp laøm thoaùng keùo daøi thôøi gian löu cuûa beå suïc ñuû ñeå oxy hoaù löôïng lôùn caùc chaát höõu cô vaø taïo ra löôïng sinh khoái lôùn. Löôïng buøn 2000 – 3500mg/l, thôøi gian löu nöôùc 3 – 5 giôø, taûi troïng 0,5 – 0,9 kg BOD5/m3/ngaøy. Thôøi gian löu buøn töø 5 – 15 ngaøy, löôïng buøn hoài löu 25 – 75%. Khaû naêng khöû BOD khoaûng 86 – 95%. Quaù trình oån ñònh tieáp xuùc (Contact – Stabilization Process) Quaù trình naøy goàm 2 beå rieâng bieät, moät beå oån ñònh buøn hoaït tính vaø beå kia laø beå xöû lyù nöôùc thaûi ñeå buøn hoaït tính vaø nöôùc thaûi tieáp xuùc nhanh trong beå xöû lyù. Sau beå suïc khí nöôùc thaûi qua beå laéng thöù caáp vaø buøn hoài löu ñöa veà beå oån ñònh. Nhu caàu laøm thoaùng khí chæ baèng 50% so vôùi coâng ngheä xöû lyù buøn hoaït tính coå ñieån. Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi maø chaát höõu cô chuû yeáu ôû traïng thaùi lô löûng hoaëc daïng keo, thôøi gian löu nöôùc trong beå oån ñònh 1,5 – 5 giôø, trong beå tieáp xuùc 20 – 40 phuùt, löôïng buøn hoài löu 25 – 50%, thôøi gian löu buøn 5 – 15 ngaøy. Haøm löôïng buøn trong beå tieáp xuùc laø töø 1000 – 3000mg/l, löôïng buøn trong beå oån ñònh laø 4000 – 10000 mg/l. taûi troïng töø 0,6 – 0,75 kg BOD5/m3/ngaøy. Hieäu quaû xöû lyù laø 80 – 90%. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng beå buøn hoaït tính ñaëc bieät (Oxy Tank) Söû duïng oxy tinh khieát thay cho vieäc cung caáp oxy khoâng khí baèng caùch thoåi khí seõ taêng cöôøng quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi baèng bieän phaùp sinh hoïc, ruùt ngaén thôøi gian löu nöôùc thaûi trong heä thoáng. Song khoù khaên nhaát laø ôû thieát bò cuûa heä thoáng xöû lyù sao cho söû duïng ñöôïc trieät ñeå löôïng oxy cung caáp. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà naøy ngöôøi ta ñaõ thieát keá loaïi thieát bò kín ñeå xöû lyù nöôùc thaûi nhöng ñònh kì giaûi phoùng löôïng CO2 tích luyõ trong moâi tröôøng nuoâi. Vieäc söû duïng oxy tinh khieát ñaõ laøm taêng toác ñoä oxy hoaù caùc chaát höõu cô trong heä thoáng xöû lyù sinh hoïc daãn ñeán taêng taûi löôïng xöû lyù chaát höõu cô, vì theá maø traùnh ñöôïc vieäc phaûi pha loaõng ôû moät soá loaïi nöôùc thaûi coù möùc ñoä oâ nhieãm höõu cô cao tröôùc khi xöû lyù hieáu khí. Ñoàng thôøi noù cho pheùp taêng haøm löôïng buøn hoaït tính trong beå xöû lyù. Baèng bieän phaùp ñoù seõ taêng cöôøng quaù trình phaân giaûi caùc chaát coù söï tham gia cuûa caùc enzym ngoaïi baøo naèm trong voû nhaày cuûa teá baøo hoaëc trong caùc buùi buøn hoaït tính. Ñieàu ñaùng chuù yù laø sô ñoà doøng chaûy trong beå hieáu khí söû duïng oxy tinh khieát thöïc teá khoâng khaùc caùc moâ hình laøm saïch nöôùc thaûi hieáu khí khaùc. Coâng ngheä laøm thoaùng theo chieàu saâu Coâng ngheä laøm thoaùng theo chieàu saâu laø moät trong nhöõng loaïi coâng ngheä môùi ñaõ ñöôïc ñeà caäp. Thöïc chaát cuûa coâng ngheä naøy cuõng laø coâng ngheä buøn hoaït tính. Nhôø quaù trình trao ñoåi khí vôùi chaát loûng xaûy ra vôøi cöôøng ñoä cao vaø keùo daøi neân tieát kieäm ñöôïc löôïng khí cung caáp. 3.2.2 Xöû lyù nöôùc thaûi hieáu khí baèng maøng loïc sinh hoïc Loïc nöôùc thaûi qua ñaát treân caùc caùnh ñoàng laø moät daïng xöû lyù nöôùc thaûi baèng maøng loïc sinh hoïc coá ñònh sôùm nhaát. Caùc vi sinh vaät baùm treân beà maët cuûa caùc haït buøn ñaõ söû duïng vaø laøm saïch caùc chaát gaây oâ nhieãm coù trong nöôùc thaûi. Trong phöông phaùp xöû lyù nöôùc baèng maøng loïc sinh hoïc coá ñònh, caùc vi sinh vaät laøm saïch nöôùc thaûi baùm vaøo chaát maøng coá ñònh hoaëc ñóa quay. Coù nhieàu daïng loïc sinh hoïc coá ñònh nhöng phoå bieán nhaát laø loïc sinh hoïc nhoû gioït vaø ñóa quay sinh hoïc Loïc sinh hoïc (beå loïc, thaùp loïc, ñóa loïc) Beå laéng thöù caáp Beå laéng sô caáp Khoâng khí Nöôùc ra NT vaøo Xaû buøn caën Xaû buøn Hình 5 : Sô ñoà coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp loïc sinh hoïc a. Beå loïc sinh hoïc nhoû gioït (SBF – Strickling Biological Filter) Heä thoáng loïc sinh hoïc nhoû gioït laø heä thoáng loïc sinh hoïc ñöôïc tìm ra laàn ñaàu tieân taïi traïm thöïc nghieäm Lawrence ôû Matsachusetts naêm 1891. Ngay töø nhöõng naêm 40 cuûa theá kyû 20 ôû Myõ ñaõ coù 60% heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi söû duïng heä thoáng loaïi naøy. Naêm 1946 hoäi ñoàng nghieân cöùu quoác gia cuûa Myõ ñaõ duøng caùc coâng thöùc toaùn hoïc ñeå thieát keá heä thoáng loïc nhoû gioït. Söï phaùt trieån coâng ngheä saûn xuaát caùc loaïi polyme ñaõ giuùp taêng nhanh heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp xöû lyù naøy. Heä thoáng loïc sinh hoïc nhoû gioït bao goàm beå loïc coù caáu taïo hình truï chöùa vaät lieäu loïc, heä thoáng phaân phoái nöôùc ñaûm baûo töôùi ñeàu treân toaøn boä beà maët beå loïc vaø chaûy töø töø qua caùc vaät lieäu loïc coù maøng sinh hoïc coá ñònh, heä thoáng thu vaø daãn nöôùc sau khi loïc heä thoáng daãn vaø phaân phoái khí vaøo beå töø döôùi leân treân . Tröôùc ñaây vaät lieäu loïc thöôøng ñöôïc söû duïng laø ñaù (ñöôøng kính 25 – 100mm), beå loïc cao khoaûng 1 – 2,5m, song nhöõng naên gaàn ñaây vaät lieäu loïc thöôøng laø caùc chaát toång hôïp vaø chieàu cao cuûa beå coù theå leân tôùi 12 – 18m. Ngöôøi ta ñaõ thieát keá maùy phaân taùn nöôùc thaûi vaøo beå vaø tuyø thuoäc vaøo chaát löôïng nöôùc thaûi maø thay ñoåi löu löôïng vaø thôøi gian löu trong beå nöôùc. Vôùi heä vi sinh vaät baùm vaøo giaù theå laø caùc vaät lieäu loïc nhö ñaù granit, voøng goám, caùc loaïi nhöïa plastic. Quaù trình oxy hoaù dieãn ra raát nhanh do vaäy heä thoáng naøy ruùt ngaén ñöôïc thôøi gian xöû lyù ñoàng thôøi coù theå xöû lyù coù hieäu quaû nöôùc caàn xöû lyù baèng caùc quaù trình nitrat hoaù vaø khöû nitrat. Tuy vaäy nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø khoâng khí ñaàu ra thöôøng coù muøi hoâi vaø nhieàu ruoài muoãi. Beân caïnh ñoù, hieän töôïng taéc ngheõn coù theå xaûy ra do maøng loïc quaù daøy. Hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc nhoû gioït phuï thuoäc vaøo vieäc löïa choïn vaät lieäu loïc vaø heä vi sinh vaät baùm vaøo maøng loïc. b. Ñóa quay sinh hoïc (RBC – Rotating Biological Contactors) RBC bao goàm moät heä thoáng ñóa plastic troøn moûng ñöôïc saép xeáp vôùi nhau vaø ñöôïc ngaâm chìm 40% dieän tích ñóa vaøo beå coù chöùa nöôùc thaûi chaûy qua. Truïc quay naèm ngang vaø caùc ñóa ñöôïc quay troøn trong moâi tröôøng nöôùc thaûi vôùi toác ñoä 1voøng/phuùt. Vi sinh vaät taïo thaønh maøng sinh hoïc coá ñònh treân maët caùc ñóa, khi caùc ñóa quay vaøo nöôùc thaûi, caùc chaát höõu cô trong nöôùc bò vi sinh vaät haäp thuï vaø phaân huyû. Khi maøng quay ra khoûi maët nöôùc oxy töø khoâng khí seõ ñöôïc haáp thuï vaø giöõ cho vi sinh vaät phaùt trieån hieáu khí. Phöông phaùp RBC khoâng ñoøi hoûi dieän tích roäng, trang thieát bò ñôn giaûn, khaû naêng taûi troïng cao, ñaëc bieät laø quaù trình nitrat hoaù dieãn ra thuaän lôïi. Ñóa quay sinh hoïc ñöôïc aùp duïng ñaàu tieân ôû Ñöùc töø nhöõng naêm 60 cuûa theá kyû tröôùc. Ôû Myõ vaø Canada 70% heä thoáng RBC ñöôïc söû duïng ñeå loaïi caùc chaát höõu cô, 25% ñeå loaïi nitô lieân keát. Heä thoáng ñóa quay thöôøng bao goàm caùc ñóa troøn polystyren vaø polyvinyl clorit. Töông töï nhö beå loïc sinh hoïc nhoû gioït, 1 lôùp maøng sinh hoïc hình thaønh vaø baùm chaët vaøo beà maët ñóa quay. 3.2.3 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi thieáu khí (Anoxic) Khi haïn cheá hoaëc ngöøng suïc khí cho beå buøn hoaït tính – ñieàu kieän thieáu oxy phaân töû hoaø tan – moät soá vi sinh vaät coù khaû naêng laáy oxy lieân keát trong nitrat hay sulfat nhôø khaû naêng khöû cuûa chuùng ñeå tieáp tuïc sinh tröôûng vaø phaùt trieån. Khi söï khöû nitrat xaûy ra, caùc chaát höõu cô seõ ñöôïc oxy hoaù vaø nitô phaân töû ñöôïc giaûi phoùng töø nitrat seõ thoaùt vaøo khoâng khí. Vì vaäy ñoái vôùi caùc nöôùc thaûi oâ nhieãm baån chöùa nhieàu nitô caàn phaûi xöû lyù, ngöôøi ta thöôøng keát hôïp caùc coâng ñoaïn hieáu khí vaø thieáu khí trong cuøng moät heä xöû lyù – beå Aerotank hoãn hôïp. Hieáu khí Thieáu khí Hieáu khí Thieáu khí Laéng Xaû buøn dö Tuaàn hoaøn buøn Nöôùc vaøo Nöôùc ra Hình 6 : Sô ñoà beå aerotank hoãn hôïp Heä thoáng naøy vöøa taän duïng ñöôïc chaát höõu cô cho quaù trình khöû nitrat vöøa taän duïng ñöôïc oxy cho quaù trình oxy hoaù chaát höõu cô. 3.2.4 Phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi kò khí (Anaerobic Treatment) Naêm 1890 – 1891, Scott Monerief cho xaây döïng ôû nöôùc Anh moät beå vôùi khoaûng troáng ôû beân döôùi vaø moät lôùp ñaù ôû beân treân. Nöôùc thaûi cuûa ngöôøi ñöôïc ñöa vaøo khoaûng troáng sau ñoù ñi leân qua lôùp ñaù soûi. Ñoù laø öùng duïng ñaàu tieân cuûa loïc kò khí. Töø ñoù ñeán nay nhieàu coâng trình nghieân cöùu veà quaù trình kò khí ñaõ ñöôïc phaùt trieån ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coù noàng ñoä höõu cô cao. Beå töï hoaïi (Septic Tank) Hoá xí töï hoaïi laø kieåu leân men kò khí laâu ñôøi nhaát, beå töï hoaïi vöøa ñeå laéng sô boä vöøa ñeå leân men caën. Khi nöôùc chaûy qua beå vôùi toác ñoä chaäm thì caën laéng xuoáng ñaùy vaø baét ñaàu leân men kò khí phaân huyû caùc chaát höõu cô. Caùc boït khí taïo ra laïi noåi leân maët nöôùc keùo theo ít caën lô löûng leân tôùi maët nöôùc vaø khi boït vôõ ra thì caën laïi baét ñaàu laéng xuoáng. Keát quaû taïo thaønh moät maøng daøy ôû maët nöôùc do nhieàu haït caën baùm theo boït nöôùc noåi leân (Hình 7 a). Quaù trình laéng vaø leân men caën cuøng dieãn ra trong moät ngaên beå cho neân hieäu quaû laéng vaø hieäu quaû leân men ñeàu thaáp. Quaù trình leân men nhö vaäy thöôøng khoâng leân men ñeán cuøng maø thöôøng chæ döøng laïi ôû giai ñoaïn leân men acid. Vi khuaån vaø caùc saûn saåm trao ñoåi chaát ñeàu coù theå troâi trong nöôùc. Thôøi gian löu beå thöôøng töø 2 – 4 ngaøy vaø thôøi gian löu caën töø 6 thaùng ñeán 1 naêm. Beå laéng 2 voû vaø beå laéng trong keát hôïp leân men (Imhoff Tank) biogas Ra a b biogas Ra Vaøo Buøn Laéng Vaøo laéng Buøn Phaân huyû Ñaëc ñieàm cuûa nhöõng loaïi beå naøy thöôøng laø ngaên laéng caùch ly vôùi ngaên leân men (hình 7 b). Nöôùc thaûi ñi qua ngaên laéng vaø caën lô löûng laéng xuoáng qua khe hôû seõ leân men ôû ngaên döôùi. Vì hai ngaên ñöôïc taùch rieâng cho neân khaéc phuïc ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm xaûy ra vôùi beå töï hoaïi. Ôû ngaên leân men kò khí ñeàu toàn taïi vi khuaån taïo acid vaø taïo metan. Khí taïo ra ñöôïc thoaùt qua beà maët töï do giöõa maùng laéng vaø töôøng beå. Do vaäy söï phaùt trieån cuûa vi khuaån trong beå laéng 2 voû toát hôn. Saûn phaåm cuûa vi khuaån taïo acid coøn löu laïi laâu trong caën ôû ngaên leân men ñuû ñeå vi khuaån taïo metan phaùt trieån. Do ñoù löôïng khí metan taïo ra cuõng ñaùng keå. Thôøi gian nöôùc löu laïi ôû ngaên laéng khoaûng 1,5 giôø nhö ôû nhöõng loaïi beå laéng khaùc. Thôøi gian caën leân men trong beå töø 6 – 12 thaùng. Caën sau khi leân men coù chaát löôïng toát vaø deã khöû nöôùc ôû saân phôi buøn. Hình 7: a - beå töï hoaïi, b – beå leân men sinh metan hai voû Beå xöû lyù kò khí Nhieàu naêm tröôùc ñaây kieåu xöû lyù nöôùc thaûi kò khí thoâng thöôøng (common anaerobic suspended – growth proccess) laø quaù trình phaân huyû kò khí ñaûo troän hoaøn toaøn. Quaù trình phaân huyû kò khí ñaûo troän hoaøn toaøn raát quan troïng trong vieäc xöû lyù caùc chaát thaûi ñaëc bieät laø nöôùc thaûi coù ñoä oâ nhieãm cao. Ngaøy nay ngöôøi ta quan taâm nhieàu ñeán heä thoáng xöû lyù UASB, ñaëc bieät trong lónh vöïc xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp thöïc phaåm. Trong quaù trình xöû lyù kò khí UASB, nöôùc thaûi ñöôïc ñöa vaøo ñaùy beå phaûn öùng. Nöôùc thaûi chaûy qua moät lôùp ñeäm buøn sinh hoïc. Khi nöôùc thaûi tieáp xuùc vôùi lôùp buøn sinh hoïc seõ dieãn ra quaù trình phaân giaûi. Khí taïo thaønh trong ñieàu kieän kò khí (chuû yeáu laø metan vaø cacbondioxit) gaây ra hieän töôïng tuaàn hoaøn. Ñieàu ñoù laïi giuùp cho söï hình thaønh vaø duy trì ñeäm buøn sinh hoïc noùi treân. Khí töï do ñöôïc huùt vaøo voøm thu khí ñöôïc ñaët ôû ñænh cuûa beå phaûn öùng. Nöôùc thaûi ñaõ ñöôïc xöû lyù cuøng vôùi moät phaàn buøn daâng traøn sang moät khoang laéng, ôû ñoù caùc chaát raén laéng xuoáng taïo thaønh buøn vaø nöôùc trong ñöôïc taùch ôû treân. Phaàn buøn laéng ñöôïc daãn quay trôû laïi heä thoáng ñeäm buøn. Beå giöõ ñeäm buøn trong moät heä thoáng treo, vaän toác cuûa doøng chaûy ngöôïc leân khoaûng 0,6 – 0,9 m/h. Xöû lyù baèng phöông phaùp naøy khoâng nhöõng thu ñöôïc nöôùc ñaït tieâu chuaån thaûi ra thuyû vöïc maø coøn thu ñöôïc löôïng khí sinh hoïc giaøu metan laøm chaát ñoát hoaëc nguyeân lieäu. Gaàn ñaây treân cô sôû phöông phaùp UASB ñaõ caûi tieán thaønh phöông phaùp UAFP (Unflow Anaerobic Filter Proccess) – phöông phaùp loïc kò khí chaûy ngöôïc. Khaùc UASB, UAFP söû duïng caùc giaù theå nhaân taïo daïng haït hoaëc baûn giaù theå coù beà maët tieáp xuùc lôùn ñeå vi khuaån kò khí baùm dính vôùi maät ñoä cao. Nhôø ñoù maø caùc thaùp kieåu môùi ñaït ñöôïc hieäu quaû cao hôn nhieàu so vôùi thaùp xöû lyù thoâng thöôøng. 3.2.5 Xöû lyù nöôùc thaûi baèng ao hoà Xöû lyù nöôùc thaûi baèng ao hoà sinh hoïc laø phöông phaùp xöû lyù truyeàn thoáng coù coâng ngheä thaáp vaø giaù thaønh reû nhöng laïi laø phöông phaùp xöû lyù coù nhieàu hieäu suaát cao. Quaù trình xöû lyù dieãn ra gioáng nhö caùc quaù trình trong töï nhieân, tuy nhieân phöông phaùp naøy ñoøi hoûi thôøi gian xöû lyù daøi vaø dieän tích ñaát söû duïng lôùn. Coù 3 kieåu ao hoà sinh hoïc chính vaø chuùng thöôøng saép xeáp theo trình töï caùc loaïi ao hoà coù khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi theo nhöõng yeâu caàu tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc ra. Ao kò khí Saâu 2 – 5m noù tieáp nhaän nöôùc thaûi thoâ coù ñoä nhieãm baån cao, taûi troïng BOD5 cao (100 – 400kg/m3/ngaøy) khoâng coù oxy hoaø tan, chaát huyeàn phuø laéng xuoáng ñaùy beå vaø ôû ñoù dieãn ra quaù trình phaân huyû kò khí ôû nhieät ñoä cao hôn 15°C. Ao kò khí tuyø tieän (Facultative Ponds) Saâu 1 – 2m tieáp nhaän nöôùc thaûi thoâ (ao kò khí baét buoäc sô caáp) hay nöôùc thaûi ñaõ laéng (ao kò khí tuyø tieän thöù caáp). Lôùp nöôùc treân laø vuøng hieáu khí, lôùp nöôùc döôùi laø vuøng kò khí – nôi xaûy ra quaù trình xöû lyù kò khí. Söï coù maët cuûa taûo vaø khaû naêng quang hôïp taïo oxy laøm cho moâi tröôøng dieãn ra quaù trình phaân huyû kò khí vaø hieáu khí giöõa ñeâm vaø ngaøy. Ao xöû lyù boå sung Saâu 1 – 2m tieáp nhaän nöôùc ñaàu ra cuûa beå kò khí tuyø tieän ñeå tieáp tuïc xöû lyù caùc loaïi VSV gaây beänh vaø caùc chaát dinh döôõng tôùi möùc ñoä cho pheùp nhôø thöïc vaät noåi laø chuû yeáu ñeå ñieàu chænh chaát löôïng nöôùc ñaàu ra cuoái cuøng. Nhö vaäy, coù raát nhieàu phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi khaùc nhau coù theå aùp duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi cheá bieán thöïc phaåm. Tuyø thuoäc vaøo quy moâ, thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa nöôùc thaûi nhieãm baån höõu cô caàn xöû lyù cuõng nhö ñieàu kieän cô sôû haï taàng kyõ thuaät, yeâu caàu cuûa nôi tieáp nhaän nguoàn xaû vaø khaû naêng kinh phí cho pheùp maø ngöôøi ta löïa choïn phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc naøo cho phuø hôïp. CHÖÔNG 4 NGHIEÂN CÖÙU MOÂ HÌNH XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG BAÈNG BUØN HOAÏT TÍNH LÔ LÖÛNG 4.1 Vai Troø Cuûa VSV Trong Quaù Trình Laøm Saïch Nöôùc Thaûi OÂ Nhieãm Baån Höõu Cô Baèng Phöông Phaùp Buøn Hoaït Tính 4.1.1 Thaønh phaàn vi sinh vaät trong buøn hoaït tính Buøn hoaït tính laø daïng huyeàn phuø cuûa caùc vi sinh vaät trong nöôùc thaûi döôùi daïng caùc buùi nhoû maøu naâu thaãm, coù kích thöôùc töø vaøi chuïc ñeán vaøi traêm micromet. Buøn hoaït tính goàm caùc vi sinh vaät coù thaønh phaàn nhö vi khuaån, naám moác, naám men, xaï khuaån, caùc nguyeân sinh ñoäng vaät (protozoa), caùc loaøi giaû tuùc... lieân keát vôùi nhau bôûi caùc chaát nhaày coù thaønh phaàn laø polyme ngoaïi baøo, bôûi caùc töông taùc hoaù hoïc vôùi caùc cation hoaù trò 2 nhö Ca2+. Caùc vi khuaån töï do protozoa vaø caùc ñoäng vaät cao hôn soáng xen keõ trong caùc lôùp nöôùc giöõa caùc boâng buøn. Khi quan saùt döôùi kính hieån vi thì nhaän thaáy noù bao goàm 70% laø cô theå sinh vaät soáng vaø khoaûng 30% laø caùc chaát voâ cô. Cô theå sinh vaät soáng cuøng vôùi caùc chaát voâ cô queän laïi vôùi nhau taïo thaønh daïng keo tuï – moät quaàn theå sinh vaät ñöôïc bao boïc bôûi moät maøng nhaày xung quanh. Thoâng thöôøng caùc vi sinh vaät trong buøn hoaït tính ñöôïc tích tuï vaø phaùt trieån thaønh nhöõng vi sinh vaät coù saün trong nguoàn nöôùc thaûi hay ñöôïc du nhaäp töø ñaát vaø khoâng khí xung quanh heä thoáng xöû lyù. Quaù trình choïn loïc töï nhieân dieãn ra khaù phöùc taïp vaø caàn nhieàu thôøi gian môùi coù theå taïo ra moät quaàn theå vi sinh vaät buøn hoaït tính thích hôïp. Quaù trình naøy coù theå ñöôïc toùm taét treân hình 8. Theo Bukov (1987) vaø moät soá taùc giaû khaùc thì trong buøn hoaït tính coù raát nhieàu vi sinh vaät khaùc nhö: Arthrobavter, Bacterium, corynebacterium, Desulfotomacullum, Jlavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocadia, Pseudomonas, Sacinar, Steptomyces, Zoogloea, hai vi khuaån chuyeån hoaù amoân laø Nitrosomonas vaø Nitrobact._.