Nghiên cứu ứng dụng polymer sinh học chitosan để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải thủy sản

Nội dung đề tài:Nghiên cứu các tài liệu tổng quan về nước thải thủy sản và các chất đông keo tụ được sử dụng trong xử lý nước thải thủy sản.. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC-MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG POLYMER SINH HỌC CHITOSAN ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI THỦY SẢN

Người hướng dẫn: ThS Huỳnh Thị Ngọc Châu Sinh viên thực hiện: Phạm Thu Thảo

Mã sinh viên: 1711507210103 Lớp: 17KTMT1

Đà Nẵng, 08/2021

Nhận xét của giáo viênhướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Nhận xét của giáo viên phản biện

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Nội dung đề tài:

Nghiên cứu các tài liệu tổng quan về nước thải thủy sản và các chất đông keo tụ được sử dụng trong xử lý nước thải thủy sản

Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình đông keo tụ bằng chitosan và PAC

Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải thủy sản trước và sau quá trình đông keo tụ thông qua việc phân tích các thông số: độ đục, TSS, BOD5, COD, TN và TP

Đánh giá hiệu quả xử lý của chitosan so với PAC

Phương pháp nghiên cứu:

Thiết lập các điều kiện và các thí nghiệm cho quá trình đông keo tụ bằng máy Jar Test Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải thủy sản trước và sau quá trình đông keo tụ bằng các thí nghiệm phân tích các thông số ô nhiễm trong nước thải thủy sản: độ đục, TSS, BOD5, COD, TN và TP

Kết quả nghiên cứu:

Các điều kiện vận hành thích hợp đối với từng chất đông keo tụ đã được xác định: Môitrường pH của quá trình đông keo tụ thích hơp với PAC là pH = 6 và đối với Chitosan là

pH = 6 Nồng độ chất keo PAC tối ưu là 100mg/l, trong khi đó đối với Chitosan hàmlượng thấp hơn nhiều là 10mg/l

Đối với nước thải thủy sản được nghiên cứu, hiệu suất xử lý TSS là 86,68%, BOD5 là33,61%, COD là 86,94%, TN là 68,13% và TP là 67,19% ở điều kiện pH = 6 và hàmlượng Chitosan = 10 mg/l Khi sử dụng PAC, hiệu suất xử lý TSS là 85,12%, BOD5 là30,1%, COD là 85,91%, TN là 60,53% và TP là 63,53% ở điều kiện pH = 6 và hàm lượngPAC = 100 mg/l

Như vậy sử dụng chất đông keo tụ Chitosan đem lại hiệu quả xử lý cao hơn nhiều so vớiviệc sử dụng chất đông keo tụ PAC trong xử lý nước thải thủy sản (Trong cùng điều kiệnvận hành, liều lượng chitosan nhỏ hơn nhưng hiệu suất xử lý cao hơn)

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Thị Ngọc Châu

Sinh viên thực hiện: Phạm Thu Thảo Mã SV: 1711507210103

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng polymer sinh học chitosan để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải thủy sản.

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Để thực hiện đề tài nghiên cứu, sinhviên được cung cấp các thông tin sau:

- Tính chất nướcthảithủysản

- Những phương pháp xử lý nướ cthải thủy sản

- Những chất đông keo tụ dung trong xử lý nước thải thủy sản

- Điều kiện thực tế tại Phòng thí nghiệm

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1 Giới thiệu

1.1 Mục tiêu đề tài

1.2 Nội dung đề tài

1.3 Phạm vi đề tài và đối tượng nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Chương 2 Tổng quan tài liệu

2.1 Tổng quan về nước thải thủy sản

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản

2.3 Quá trình keo tụ và tạo bông trong xử lý nước thải

2.4 Chitosan trong xử lý nước thải thủy sản

Chương 3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Thí nghiệm đông keo tụ

3.2 Các phương pháp phân tích

Chương 4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 5 Kết luận và kiến nghị

4 Các sản phẩm dự kiến

- Điều kiện tối ưu cho quá trình đông keo tụ bằng PAC và Chitosan

- Kết quả về hiệu quả xử lý nước thải thủy sản của PAC và Chitosan

- So sánh và đánh giá hiệu quả xử lý của Chitosan so với PAC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến

và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè

Trước hết em xin gửi tới các thầy cô Khoa Công nghệ Hoá học – Môi trường Trường Đạihọc Sư Phạm Kỹ Thuật lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Với

sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay em đã có thể hoànthành đề tài "Nghiên cứu ứng dụng polymer sinh học Chitosan để nâng cao hiệu quả xử lýnước thải thuỷ sản"

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Cô giáo - ThS Huỳnh Thị Ngọc Châu

đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này trong thời gianqua

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – ĐàNẵng, quý thầy cô phụ trách Phòng thí nghiệm Công nghệ Hoá học – Môi Trường đã hỗtrợ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ án tốtnghiệp này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có điều kiện bổ sung và hoàn thiện đồ án nhằmnâng cao kiến thức chuyên môn

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu ứng dụng polymer sinh học Chitosan đểnâng cao hiệu quả xử lý nước thải thuỷ sản" là quá trình nghiên cứu của bản thân dưới sựhướng dẫn của ThS Huỳnh Thị Ngọc Châu

Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệutham khảo Các số liệu và kết quả nghiên cứu được đưa ra trong đồ án là trung thực vàkhông sao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ đề tài nghiên cứu nào tương tự Nếu nhưphát hiện rằng có sự sao chép kết quả nghiên cứu đề những đề tài khác bản thân tôi xinchịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Phạm Thu Thảo

MỤC LỤC

iii

Nhận xét của giáo viênhướng

dẫn Nhận xét của giáo viên phản

biện TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Mục tiêu đề tài 1

1.2 Nội dung đề tài 1

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

1.5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp 1

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

2.1 Tổng quan về nước thải thuỷ sản 2

2.1.1 Nguồn phát sinh nước/chất thải sản xuất 2

2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản 3

2.1.3 Tác động của nước thải thuỷ sản đến môi trường 4

2.2 Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản 5

2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học 5

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa lý 5

2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 6

2.2.4 Vi sinh xử lý nước thải thủy sản 6

2.3 Qúa trình keo tụ và tạo bông trong xử lý nước thải 9

2.3.1 Giới thiệu về phương pháp đông keo tụ 9

2.3.2 Khái niệm keo tụ tạo bông 9

2.3.3 Mục đích 10

MỤC LỤC

iii

2.3.4 Các loại chất đông keo tụ 10

2.3.5 Chất đông keo tụ kim loại 10

2.3.6 Chất đông keo tụ tiền trùng hợp 11

2.3.7 Polymer 12

2.3.8 Cơ chế của quá trình đông keo tụ 13

2.3.9 Đông keo tụ 14

2.3.10 Keo tụ 14

2.3.11 Lắng đọng 14

2.3.12 Xử lý bằng Polyaluminum Chloride (PAC) 14

2.3.13 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông 15

2.4 Chitosan trong xử lý nước thải thủy sản 16

2.4.1 Khái niệm chitosan 17

2.4.2 Nguồn gốc của chitosan 17

2.4.3 Tính chất của chitosan 19

2.4.4 Chitosan là chất đông tụ sinh học 19

2.4.5 Ứng dụng của chitosan 20

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN 25

3.1 Thí nghiệm đông keo tụ 25

3.1.1 Nước thải 25

3.1.2 Chất đông keo tụ: Chitosan và PAC 25

3.2 Phương pháp nghiên cứu 25

3.2.1 Hóa chất - Dụng cụ- Thiết bị 26

3.3 Phương pháp phân tích 29

3.3.1 pH 29

3.3.2 DO 30

3.3.3 Độ đục 30

3.3.4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 31

3.3.5 Xác định COD 32

3.3.6 Photơho tổng 33

3.3.7 Nitơ tổng 35

3.3.8 BOD5 35

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

MỤC LỤC

iii

4.1 Hiệu quả xử lý của các chất đông keo tụ 38

4.1.1 Chitosan 38

4.1.2 PAC 41

4.2 So sánh hiệu quả xử lý giữa các chất đông keo tụ: Chitosan, PAC 44

4.2.1 pH = 6 44

4.2.2 Kết luận Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 49

5.2 Kiếnnghị 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Danh sách bảng:

Bảng 2.1 Thành phần tính chất của nước thải chế biến thuỷ sản 4

Bảng 2.2 Bảng so sánh 2 chất đông keo tụ Chitosan và PAC 13

Bảng 2.3 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ 16

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải thủy sản 7

Bảng 4.1 Đặc điểm nước thải thủy sản sử dụng trong nghiên cứu 38

Bảng 4.2 Hiệu xuất xử lý của chitosan và PAC ở điều kiện đông keo tụ 47

Danh sách hình vẽ: Hình 2.1.Dây chuyền chế biến thủy sản 3

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải thủy sản 7

Hình 2.3 Hóa chất phèn nhôm 10

Hình 2.4 Hóa chất phèn sắt 11

Hình 2.5 Cơ chế quá trình đông keo tụ 13

Hình 2.6 Quá trình chiếc tách chitin 18

Hình 2.7: Cơ cấu hóa học của Chitosan 20

Hình 3.1 Lấy mẫu nước thải 25

Hình 3.2 Máy jar-test 26

Hình 3.3 Hoá chất PAC 27

Hình 3.4 Hoá chất Chitosan 27

Hình 3.5 Dung dịch chitosan sau khi pha 27

Hình 3.6 Pipet các loại 28

Hình 3.7 Ống nghiệm 28

Hình 3.8 Ống đong 28

Hình 3.9 Bóp cao su 28

Hình 3.10 Bình tam giác 28

Hình 3.11 Cốc thuỷ tinh 28

Hình 3.12 Máy jar - test 29

Hình 3.13 Tủ sấy 29

Hình 3.14 Thiết bị hút ẩm 29

Hình 3.15 Cân phân tích 29

Hình 3.16 Máy đo pH 30

Hình 3.17 Máy đo DO 30

Hình 3.18 Độ đục của nước thải 31

Hình 3.19 Quá trình lọc SS 32

Hình 3.20 Khối lượng SS đầu và saukhi lọc và sấy 32

Hình 3.21 Phân tích COD 33

Hình 3.22 Phân tích TP 34

Hình 3.23 Phân tích BOD5 36

Hình 4.1 Độ đục thay đổi theo nồng độ chitosan 38

Hình 4.2 TSS thay đổi theo nồng độ chitosan 39

Hình 4.3 COD thay đổi theo nồng độ chitosan 39

Hình 4.4 BOD thay đổi theo nồng độ chitosan 40

Hình 4.5 TP thay đổi theo nồng độ chitosan 40

Hình 4.6 TN thay đổi theo nồng độ chitosan 41

Hình 4.7 Độ đục thay đổi theo nồng độ PAC 41

Hình 4.8 TSS thay đổi theo nồng độ PAC 42

Hình 4.9 COD thay đổi theo nồng độ PAC 42

Hình 4.10 BOD5 thay đổi theo nồng độ PAC 43

Hình 4.11 TP thay đổi theo nồng độ PAC 43

Hình 4.12 TN thay đổi theo nồng độ PAC 44

Hình 4.13 Độ đục của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 44

Hình 4.14 Hàm lượng TSS của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 45

Hình 4.15 Hàm lượng COD của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 45

Hình 4.16 Hàm lượng BOD5 của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 46

Hình 4.17 Hàm lượng TP của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 46

Hình 4.18 Hàm lượng TN của nước thải sau quá trình đông keo tụ bởi 2 chất đông keo tụ ở điều kiện pH = 6 47

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DO (Dissolved Oxygen) Oxy hòa tan trong nước

TSS (Total Suspended Solids) Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửngCOD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa

TP (Total Phosphorus) Hàm lượng photpho tổng

TN (Total Nitrogen) Hàm lượng nitơ tổng

1 Sinh viên thực hiện: Phạm Thu Thảo Giáo viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Thị Ngọc Châu

Tên

đề tài : Nghiên cứu ứngdụngpolymer sinh học Chitosan để nâng cao hiệu quả xử lý nước thảithuỷsản

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát hiệu quả xử lý của polymer sinh học chitosan sovới chất đông tụ PAC và xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình đông keo tụ trong xử

lý nước thải thủy sản Từ đó đánh giá khả năng ứng dụng chitosan để nâng cao hiệu quả

xử lý nước thải thủy sản

1.2 Nội dung đề tài

Nghiên cứu các tài liệu tổng quan về nước thải thủy sản và các chất đông keo tụ được sử dụng trong xử lý nước thải thủy sản

Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình đông keo tụ bằng chitosan và PAC

Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải thủy sản trước và sau quá trình đông keo tụ thông qua việc phân tích các thông số: độ đục, TSS, BOD5, COD, TN và TP

Đánh giá hiệu quả xử lý của chitosan so với PAC

1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Nước thải thủy sản được lấy từ Trạm xử lý nước thải Sơn Trà, Quận Sơn Trà, Thành phố

Đà Nẵng và được phân tích trong Phòng Thí nghiệm Công nghệ Môi trường, Trường Đạihọc Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Thiết lập các điều kiện và các thí nghiệm cho quá trình đông keo tụ bằng máy Jar Test Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải thủy sản trước và sau quá trình đông keo tụ bằng các thí nghiệm phân tích các thông số ô nhiễm trong nước thải thủy sản: độ đục, TSS, BOD5, COD, TN và TP

1.5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 3: Phương pháp luận

Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Tổng quan về nước thải thuỷ sản

Nước ta có hệ thống sông ngòi dày đặc, với đường bờ biển trải dài từ Bắc đến Namkhoảng 3200 km cùng hàng ngàn đảo lớn nhỏ thuận lợi cho phát triển nuôi trồng, đánh bắtthủy hải sản và chế biến thủy sản Sản lượng thủy sản khai thác được khoảng 1 triệutấn/năm Sản lượng sản phẩm chế biến khoảng 700 – 800 nghìn tấn Phần lớn lượng hảisản khác thác được chủ yếu chế biến đông lạnh, hoặc chế biến các sản phẩm ăn liền…Việc chế biến thủy sản thải ra môi trường gây ô nhiễm nguồn nước Vì vậy nước thải chếbiến thủy sản cần phải được xử lý trước khi thải ra môi trường

Chế biến thủy sản bao gồm các ngành nghề như:

+ Sơ chế, phi lê cá, tôm, cua và các loại thủy sản khác

+ Chế biến thủy sản, chế biến tôm đông lạnh, cá…

+ Sản xuất bột cá…[1]

2.1.1 Nguồn phát sinh nước/chất thải sản xuất

Nguồn gốc chủ yếu từ các doanh nghiệp chế biến thủy sản, phần lớn đều được tập trung ởmột số vị trí như hạ lưu các con sông với mật độ dày đặc và sản lượng chế biến lớn Bêncạnh đó là công nghệ chế biến còn thô sơ, đối với các doanh nghiệp xuất khẩu sản phẩmthô thì chỉ sử dụng khoảng 60% cho xuất khẩu, còn lại thì vứt bỏ hoặc sử dụng khônghiệu quả dễ gây ô nhiễm môi trường

Nước thải thủy sản thu được từ quá trình chế biến tôm, mực, sò tôm, đầu tôm, vỏ sò, maimực, nội tạng…phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyênliệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh nhà xưởng,thiết bị, dụng cụ chế biến,nước vệ sinh cho công nhân

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là dễ bị phân hủy Trongnước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo…Trong hai thành phần này,chất béo khó bị phân hủy bởi vi sinh vật, khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độoxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ.Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển củatôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảmkhả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt

và công nghiệp

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước đượcánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu,…đồngthời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông,cản trở sự lưu thông nước và tàu bè,…

Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đếnmức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy Nếu nồng độoxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủyvực Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dướikhông có ánh sáng Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ Tất cảcác 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 [2]

Hình 2.1.Dây chuyền chế biến thủy sản[3]

2.1.2 Thành phần và tính chất của nước thải thủy sản

Thành phần nước thải chế biến thủy sản trong quá trình sản xuất có chứa các chất hữu cơ,chất rắn lơ lửng, các chất cặn bã, vi sinh vật và dầu mỡ Trong nước thải sinh hoạt chủyếu là cặn bã, các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, vi sinh và các chất dinh dưỡng.Ngoài

ra còn có một lượng nhỏ chất thải sinh hoạt, bao bì, dây niềng hư hỏng hoặc đã qua sửdụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị

Thành phần tính chất của nước thải thủy sản trong quá trình sản xuất thể hiện cụ thể ởbảng sau:

STT Chỉ tiêu Đơn vị Thông số đầu

vào

QCVN 11: 2015/BTNMTCột A Cột B

2.1.3 Tác động của nước thải thuỷ sản đến môi trường

Nước thải chế biến thủy sản có hàm lượng chất ô nhiễm cao nếu không xử lý sẽ ảnhhưởng đến nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực

+ Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải thủy sản có thể ngấm xuống đất và gây

ô nhiễm nguồn nước ngầm Các nguồn nước ngầm chứa các chất dinh dưỡng, hữu

cơ khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt

+ Đối với nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thủy sản

sẽ làm suy thoái chất lượng nước tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật.Nồng độ các chất Nitơ, Photpho cao gây nên hiện tượng tảo nở hoa dẫn đến hiện tượngthiếu oxy trong nước do tảo lấy oxy để phát triển quá nhiều Đồng thời do sự phát triểnrầm rộ của tảo sẽ tạo thành lớp màng ngăn không cho ánh sáng vào nước, gây ảnh hưởngđến hoạt động sống của các loài thủy sinh như thực vật không có ánh sáng để quang hợp.Khi tảo chết đi sẽ làm Nitơ, Photpho quay trở lại vào nguồn nước, làm thay đổi nồng độNitơ, Photpho đột ngột gây ra sự tự ô nhiễm của nguồn nước

Các loài vi sinh vật gây bệnh và trứng giun sán từ trong nội tạng của nguyên liệu thủy sảnkhi được thải ra môi trường sẽ gây bệnh trực tiếp lên các loài động – thực vật thủy sinhtrong nguồn nước sông Hàn Đồng thời nếu con người ăn phải các loài động – thực vậtthủy sinh sẽ bị mắc các bệnh về đường ruột.

Ngoài ra do chính quá trình phân giải chất hữu cơ của các vi sinh vật hiếu khí cũng sinh rakhí CH4, CO2, NH3 Đây chính là nguyên nhân gây ra mùi hôi khó chịu trong không khí.Đối với nước ngầm ở gần mặt đất, nước thải thủy sản thấm xuống đất và gây ô nhiễmnước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng, vi trùng rất khó

xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt.[4]

Ô nhiễm không khí: mùi hôi phát sinh từ việc lưu trữ các phế thải trong quá trình sảnxuất, khí thải từ các máy phát điện dự phòng Trong các nguồn ô nhiễm không khí, mùi làvấn đề chính đối với các nhà máy chế biến thủy sản

Các chất rắn lơ lửng làm nước đục hoặc có màu, hạn chế lượng ánh sáng chiếu vào trongnước, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các loài thực vật thủy sinh trong nước,đồng thời làm ảnh hưởng đến hoạt động sống của các loài động vật thủy sinh như cá, tôm

và các loài phù du trong nước, …[5]

2.2. Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản

trình xử lý cơ học có thể sử dụng thoáng gió động tụ sinh học, thoáng gió sơ bộ hiệu quả

xử lý có thể đạt đến 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50% theo BOD.[6]

đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với phương pháp xử lý sinh học, hóa học, sinh họctrong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh.

Những phương pháp hóa lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, đông tụ,tuyển nổi, hấp thụ, trao đổi ion, thẩm lọc ngược và siêu lọc, keo tụ.[6]

2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phânhủy các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ vàmột số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vìthế sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vậtgọi là quá trình oxy hóa sinh hóa

+ Xử lý nưởc thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

+ Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

+ Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

Trong các công trình này ngoài việc oxy hoá các chất hữu cơ cacbon, còn diễn ra quátrình Nitrat hoá (trong điều kiện hiếu khí), khử Nitrat (trong điều kiện thiếu khí – anoxic)

và hấp thụ phốt pho trong bùn Các công trình điển hình là các Aerotank hệ Bardenpho,kênh oxy hoá tuần hoàn, Aerotank hoạt động theo mẻ SBR,…Thời gian nước thải lưu lạitrong các công trình này thường 15 đến 20 giờ

Sau quá trình xử lý, BOD trong nước thải thường giảm trên 90%, nitơ tổng số giảm 80%,phốt pho tổng có thể giảm

Phương pháp sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứachất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phương pháp này thường được áp dụngsau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.[6]

2.2.4 Vi sinh xử lý nước thải thủy sản

Hiện nay sử dụng những loại vi sinh xử lý nước thải là một trong những phương phápmang lại hiệu quả cao trong công việc Một trong những tác dụng của vi sinh xử lý nướcthải thủy sản như:

+ Cải thiện cũng như phục hồi hệ thống bể xử lý một cách hiệu quả

+ Giúp kiểm soát được mùi hôi tanh

+ Giảm hiệu quả trong vấn đề tích tụ bùn[7]

Hình 2.2 Quy trình xử lý nước thải thủy sản[8]

Nước thải từ các nguồn của nhà máy được dẫn vào mương tách mỡ có đặt thiết bị lược rácthô, nhằm giữ lại các chất thải rắn có trong nước thải như: xương, da, cá vụn Các chất

thải rắn bị giữ lại tại thiết bị lược rác, được lấy định kỳ để tái sử dụng (bán cho các nhàmáy chế biến bột cá) hoặc đổ bỏ.

Sau đó nước thải tự chảy vào bể tiếp nhận Từ đây nước thải được bơm chìm nước thảibơm lên thiết bị lược rác tinh, tách các chất thải rắn có kích thước nhỏ trước khi tự chảyxuống bể điều hòa Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ônhiễm trong nước thải trước khi đưa vào các công trình đơn vị phía sau Thiết bị thổi khíđược cấp vào bể nhằm xáo trộn để tránh hiện tượng kỵ khí và giải phóng một lượng lớnchlorin dư phát sinh từ công tác vệ sinh nhà xưởng

Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên bể keo tụ tạo bông, đồng thời tiến hành châmPAC và polymer nhằm thực hiện quá trình keo thụ tạo bông Sau đó nước thải tự chảy qua

hệ thống tuyển nổi, tại đây hỗn hợp khí và nước thải được hòa trộn tạo thành các bọt mịndưới áp suất khí quyển, các bọt khí tách ra khỏi nước đồng thời kéo theo các váng dầu nổi

và một số cặn lơ lửng Lượng dầu mỡ được tách khỏi nước thải nhờ thiết bị gạt tự độngđược dẫn về bể chứa bùn Bể tuyển nổi kết hợp quá trình tuyển nổi và keo tụ đạt hiệu quảloại bỏ SS và dầu mỡ rất cao (có thể đạt > 90%) hiệu quả loại bỏ photpho của toàn hệthống cũng được cải thiện nhờ công trình này

Tiếp theo, nước thải được dẫn qua bể xử lý kỵ khí đây là công trình xử lý với ưu điểmkhông sử dụng oxy, bể kị khí có khả năng tiếp nhận nước thải với nồng độ rất cao Nướcthải có nồng độ ô nhiễm cao sẽ tiếp xúc với lớp bùn kị khí và toàn bộ các quá trình sinhhóa sẽ diễn ra trong lớp bùn này, bao gồm quá trình thủy phân, acid hóa, acetate hóa vàtạo thành khí methane, và các sản phẩm cuối cùng khác

Tuy nhiên, sau khi qua bể kị khí, nồng độ các chất hữu cơ và các chất khác vẫn còn caohơn tiêu chuẩn nguồn tiếp nhận theo quy định hiện hành của pháp luật nên nước thải sẽtiếp tục được xử lý sinh học ở cấp bậc cao hơn

Nước thải từ bể kỵ khí sẽ được đưa sang bể xử sinh học hiếu khí, trong bể không khí đượccấp liên tục để đảm bảo cho vi sinh vật sống, phát triển và oxy hóa các chất hữu cơ cótrong nước thải

Để đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt quy chuẩn, nước thải sẽ được tiếp tục dẫn qua

bể xử lý cuối cùng trong hệ thống xử lý sinh học Bể sinh học thiếu khí, bể này có chứcnăng xử lý hoàn thiện các hợp chất nitơ, photpho có trong nước thải, trong bể được lắpđặtvật liệu lọc bằng nhựa PVC đặt ngập trong nước, lớp vật liệu này có độ rỗng và diện tíchtiếp xúc lớn giữ vai trò làm giá thể cho vi sinh vật dính bám

Nước thải được phân phối từ dưới lên tiếp xúc với màng sinh vật, tại đây các hợp chấthữu cơ, nitơ (quá trình khử Nitrate) được loại bỏ bởi lớp màng vi sinh này Sau một thờigian, chiều dày lớp màng vi sinh vật dày lên ngăn cản oxy không khuếch tán vào các lớpbên trong Do không có oxy, vi khuẩn yếm khí phát triển tạo sản phẩm phân hủy yếm khícuối cùng là CH4 và CO2 làm tróc lớp màng ra khỏi vật cứng rồi bị nước cuốn trôi Trên

bề mặt vật liệu lại hình thành lớp màng mới, hiện tượng này lặp đi lặp lại tuần hoàn vànước thải được khử BOD5 và các chất dinh dưỡng triệt để.Nước thải sau khi ra khỏi bểbùn hoạt tính dính bám chảy tràn qua bể lắng Tại đây, xảy ra quá trình lắng tách pha vàgiữ lại phần bùn (vi sinh vật) Bùn sau khi lắng được bơm tuần hoàn về bể thiếu khí nhằmduy trùy nồng độ vi sinh vật trong bể Phần bùn dư được bơm về bể chứa bùn, bùn đượclưu trữ và đươc đơn vị có chức năng thu gom xử lý định kỳ.[8]

2.3. Qúa trình keo tụ và tạo bông trong xử lý nước thải

2.3.1 Giới thiệu về phương pháp đông keo tụ

Trong nước thường tồn tại rất nhiều các dạng chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, chất rắn

lơ lửng, cặn bẩn chúng tồn tại ở trạng thái khác nhau Các phương pháp xử lý nước thảiđược áp dụng chỉ có thể xử lý những chất có kích thước lớn hoặc chất lắng chưa thể xử lýtriệt để tuy nhiên gần đây công nghiệp đã áp dụng công nghệ xử lý keo tụ kết bôngphương pháp này có thể xử lý được các chất ở dạng huyền phù kích thước rất nhỏ kết hợpvới hóa chất tạo kết dính giữa các hạt chất với nhau tạo thành bông keo kích thước lớn dễdàng xử lý

2.3.2 Khái niệm keo tụ tạo bông

Keo tụ: Là sự phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm một chất phảnứng gọi là keo tụ

Tạo bông: Là sự kết dính các hạt “đã phá vỡ độ bền” thành cục bông nhỏ, sau đó thànhcụm to hơn và lắng được.Quá trình này có thể cái thiện bằng cách thêm vào chất phản ứnggọi là tác nhân kết bông hay chất phụ gia kết bông

Keo tụ tạo bông là một quy trình trong xử lý nước cấp và nước thải, quy trình này sử dụnghoá chất để tách các chất ô nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống

Quá trình keo tụ tạo bông là công nghệ loại bỏ các chất ô nhiễm nhờ quá trình làm giảm điện tích Zeta trên bề mặt hạt keo trong nước Các hóa chất thường dùng trong keo tụ tạo bông là các ion kim loại hóa trị III như Aluminium chloride, Ferrous chloride, PAC,…trong đó PAC là được dùng rộng rãi hơn cả vì hiệu suất cao và dễ lưu trữ, sử dụng.[9]

2.3.4 Các loại chất đông keo tụ

Theo phân loại các chất đông keo tụ của Bratby và Tzoupanos (Bratby, 2006; Tzoupanos

&Zouboulis, 2008), chất đông keo tụ được phân thành 3 loại: chất đông keo tụ kim loại(phèn nhôm, phèn sắt…), chất đông keo tụ tiền polymer (PAC, PAS…) và chất đông keo

tụ polymer (chitosan, alginate,…).[10]

2.3.5 Chất đông keo tụ kim loại

♦ Dùng phèn nhôm:

Hình 2.3 Hóa chất phèn nhômKhi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân li tạo ion Al3+ bị thủy phân tạo thànhAl(OH)3.Ngoài Al(OH)3 là nhân tố quyết định đến hiệu quả keo tụ tạo thành còn giảiphóng ra các ion H+ Các ion H+ này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước (đượcđánh giá bằng HCO3 ) Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ trung hòaion H+ thì cần phải kiềm hóa nước Chất dùng để kiềm hóa thông dụng là vôi (CaO), sođa(Na2CO3), hoặc xút (NaOH)

Al3+ + 3H2O  Al (OH)3 + H+

Khi sử dụng phèn nhôm cần lưu ý :

+ pH hiệu quả tốt nhất với phèn nhôm là khoảng 5,5 – 7,5;

+ Nhiệt độ của nước thích hợp khoảng 20 – 40oC;

+ Ngoài ra, cần chú ý đến: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ,liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng…

♦ Dùng phèn sắt:

Hình 2.4 Hóa chất phèn sắtPhèn sắt chia làm hai loại là phèn sắt II và phèn sắt III Phèn Fe(II) khi cho vào nước phân

li thành ion Fe2+ và bị thủy phân thành Fe(OH)2 Phèn Fe(III) khi cho vào nước phân lithành ion Fe3+ và bị thủy phân thành Fe(OH)3

Phản ứng thủy phân:

Fe2+ + 2H2O  Fe(OH)2 + 2H+

Fe2+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+

Ưu điểm của phèn sắt đối với phèn nhôm

+ Liều lượng phèn Fe dùng để kết tủa chỉ bằng 1/3 – 1/2 lượng phèn Al

+ Phèn Fe ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn pH rộng

Nhược điểm của phèn Fe đối với phèn Al: Gây ăn mòn đường ống mạnh

2.3.6 Chất đông keo tụ tiền trùng hợp

♦ Dùng Poly Aluminium Chloride (PAC)

Một trong những chất keo tụ thế hệ mới, tồn tại dưới dạng polymer vô cơ là polymernhôm clorua (poly aluminium chloride), thường viết tắt là PAC (hoặc PACl) Hiện nay, ởnhiều nước người ta đã sản xuất PAC với lượng lớn và sử dụng rộng rãi để thay thế phènnhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và đặc biệt là xử lí nước thải

Tính chất: PAC có công thức tổng quát là [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m <φ<=10,n<φ<= 5) PAC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước

và kèm tỏa nhiệt, dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm

2.3.7 Polymer

Polymer (hay còn gọi là đại phân tử) là các phân tử được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn

là các monomer Polymer thường có dạng mạch thẳng với nhiều hình dạng khác nhau.Polymer sinh học là các đại phân tử có nguồn gốc từ sinh vật (alginate, agar, chitosan…).Trong số các polymer này, chitosan có nhiều đặc tính nổi trội được sử dụng trong quátrình đông keo tụ để xử lý nước thải

So sánh hiệu quả xử lý của 3 loại chất đông keo tụ

Ưu điểm

Dễ phân huỷ sinh học

Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc

Không gây ô nhiễm thứ cấp

Hiệu quả keo tụ và lắng trong

Rẻ và hiệu quả caoGiá thành cao Do hóa chất PAC có hiệu quảNhược

điểm

rất mạnh ở liều lượng thấp nên việc cho quá nhiều hóachất PAC sẽ làm hạt keo tanra

Thời gian

phản ứng

Cả PAC và Chitosan đều có thời gian phản ứng như nhau: 5 phút (khuấy nhanh), 15 phút (khuấy chậm), 30 phút (lắng)

Bảng 2.2 Bảng so sánh 2 chất đông keo tụ Chitosan và PAC

2.3.8 Cơ chế của quá trình đông keo tụ

Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn

(δ > 1.10-2), còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được Ta có thể tăng kíchcỡcác hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để cóthể lắng được Muốn vậy, trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, thứ đến là liên kếtchúng lại với nhau

Xử lý bằng phương pháp đông keo tụ là cho vào trong nước một loại hoá chất gọi là chấtkeo tụcó thể đủ làm cho những hạt rất nhỏ liên kết với nhau thành những hạt lớn lắngxuống Thông thường quá trình keo tụ tạo bông xảy ra qua hai giai đoạn:

+ Bản thân chất keo tụ phát sinh thuỷ phân, quá trình hình thành dung dịch keo, vàngưng tụ

+ Trung hoà hấp phụ lọc các tạp chất trong nước

Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước (keo sắt, protein …) sẽ hút các iondương tạo ra hai lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài Lớp ion dương bên ngoàiliên kết lỏng lẻo nên có thể dể dàng bị trượt ra Như vậy điện tích âm của hạt bị giảmxuống Thế điện động hay thế zeta bị giảm xuống

Hình 2.5 Cơ chế quá trình đông keo tụ [11]

Cơ chế của quá trình keo tụ là làm mất đi sự ổn định của dung dịch keo có trong nước quacác bước:

+ Nén lớp điện tích kép được hình thành giữa pha rắn và lỏng: giảm điện thế bề mặt bằng hấp phụ và trung hoà điện tích

+ Hình thành các cầu nối giữa các hạt keo

+ Bắt giữ các hạt keo vào bông cặn

Mục tiêu đề ra là giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao của hàng rào năng lượng đến giá trịgiới hạn, sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách cho thêm vào các ion có điệntích dương để phá vỡ sự ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hoà điện tích Khảnăng dính kết tạo bông keo tụ tăng lên khi điện tích của hạt giảm xuống và keo tụ tốt nhấtkhi điện tích của hạt bằng không Chính vì vậy lực tác dùng lẫn nhau giữa các hạt mangđiện tích khác nhau giữ vai trò chủ yếu trong keo tụ Lực hút phân tử tăng nhanh khi giảmkhoảng cách giữa các hạt bằng cách tạo nên những chuyển động khác nhau được tạo ra doquá trình khuấy trộn

2.3.9 Đông keo tụ

Bước đầu tiên làm mất ổn định điện tích của hạt Hầu hết các hạt hòa tan trong nước cóđiện tích âm và chúng có xu hướng đẩy nhau Các chất đông tụ có điện tích trái dấu vớiđiện tích của chất rắn lơ lửng hoặc chất keo được thêm vào huyền phù hoặc dung dịch đãcho để trung hòa các điện tích âm trên chất rắn phân tán không lắng được Sau đó, xuấthiện các bông cặn hoặc kết tủa có thể nhìn thấy được

Sau khi thêm chất đông tụ, sự mất ổn định có thể đạt được bằng một hoặc sự kết hợp củahai hoặc nhiều cơ chế sau: (i) nén hai lớp điện, (ii) hấp phụ và trung hòa điện tích, (iii)hình thành kết tủa, (iv) ) hấp phụ và cầu nối giữa các hạt [12][13]

2.3.10.Keo tụ

Trong bước này, các hạt mất ổn định được tạo ra để xích lại gần nhau, tiếp xúc với nhautạo thành các tập hợp lớn, có thể tách ra dễ dàng hơn nhờ lực hấp dẫn

2.3.11.Lắng đọng

Các tập hợp lớn kết tủa xuống đáy Các tập hợp càng lớn, chúng giải quyết càng nhanh

2.3.12.Xử lý bằng Polyaluminum Chloride (PAC)

Các hoá chất sử dụng trong quá trình đông keo tụ: Hiện nay, trên thị trường có nhiềumuối nhôm hoặc muối sắt làm chất đông tụ là Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl,

Fe2(SO4)3.2H2O, FeCl3

Muối sắt có một số ưu điểm hơn muối nhôm:

+ Hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nước thấp

+ Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn

+ Bông bền và thô hơnà lắng nhanh và dễ hơn

+ Có thể ứng dụng cho nước có khoảng nồng độ muối rộng hơn

+ Có khả năng khử mùi độc và vị lạ do có mặt của H2S

Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm:

+ Tính axit mạnh, làm ăn mòn thiết bị

+ Bề mặt các bông ít phát triển hơn

2.3.13.Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông

Nhiệt độ:

+ Là yếu tố đầu tiên mà chúng ta có thể kể đến là nhiệt độ Khi nhiệt độ nước tăng,

sự chuyển động hỗn loạn của các hạt keo tăng lên, làm tăng số lần va chạm và dẫnđến hiệu quả kết dính hạt keo tăng lên

+ Trong thực tế cũng đã chứng minh rằng: khi nhiệt độ tăng thì lượng phèn cần keo

tụ giảm Bên cạnh đó, thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm

+ Nhiệt độ thích hợp cho quá trình keo thụ bằng phèn nhôm 20 – 400C, tốt nhất là

35 – 450C

+ Đối với Phèn Fe khi thủy phân ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ củanước ở 00C vẫn có thể dùng phèn Fe làm chất keo tụ

pH:

+ Đối với phèn Al:

Khi pH <φ< 4,5 thì không xảy ra phản ứng thủy phân

Khi pH > 7,5 làm cho muối kiềm kém tan và hiệu quả keo tụ bị hạn chế P

Phèn nhôm đạt hiệu quả cao nhất khi pH = 5,5 – 7,5

+ Đối với phèn Fe:

Phản ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 – 6,5

Ở pH <φ< 3 thì Fe(III) không bị thủy phân, SiO2 keo tụ do ion Fe(III).Ở pH cao hơn, chỉ cần liều lượng Fe(III) thấp có thể keo tụ SiO2

Nồng độ chất keo tụ và trợ keo tụ: Tùy vào bản chất, tính chất keo tụ mà có hiệu quả keo tụ khác nhau

Tốc độ khuấy: Tốc độ khuấy cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ, Tốc độ khuấyquá nhỏ sẽ hạn chế tiếp xúc các hạt keo với nhau Tuy nhiên tốc độ quá lớn cũngảnh hưởng không tốt đến quá trình keo tụ [8]

Tên hóa chất Công thức Trọng lượngphân tử Trọng lượng riêng, Ib/ft3Phèn nhôm AlAl2(SO4)3.18H2O

2(SO4)3.18H2O 666,7594,3 60.7560.75 78.80 (49%)78.80 (49%)Ferric chloride FeCl3 162,1 84 93Ferric sulfate Fe Fe2(SO4)3

2(SO4)3.3 H2O 400454 70.72Ferric sulfate

(copperas) FeSO4.7 H2O 278,0 62 66

Vôi Ca(OH)2 56 theo CaO 35 50

Bảng 2.3 Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình keo tụ[14] Ngoài ra còn có một số chất keo tụ thường được sử dụng như :

+ Phèn nhôm: NaAlO2 , Al2(OH)5Cl , KAl(SO4)2H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O

+ Phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O

2.4. Chitosan trong xử lý nước thải thủy sản

Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản đang phát triển và đóng góp một phầnkhông nhỏ đối với nền kinh tế nước ta Tuy nhiên bên cạnh thuận lợi mà ta thu được từviệc sản xuất thuỷ hải sản có chất lượng cao, đạt chỉ tiêu an toàn thực phẩm, phục vụ choxuất khẩu và tiêu dùng trong nước còn có mắt bất lợi về lượng phế liệu thải ra quá lớn là

vỏ các loài tôm, cua,… Các loại phế phẩm này đang được dùng để sản xuất thức ăn chănnuôi nhưng giá trị kinh tế đem lại không cao Vì vậy, cần phải có những biện pháp xử línhững phế liệu này nằm tăng hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường do chúng gâyra

Trong các mặt hàng có giá trị kinh tế cao thì các mặt hàng đông lạnh từ giáp xác chiếm 70– 80% công suất chế biến Vì vậy lượng phế liệu từ vỏ giáp xác do nhà máy thải rakhoảng 70.000 tấn/năm Nguồn phế phẩm này chứa một lượng chitin lớn là nguồn nguyênliệu quan trọng để sản xuất ra chitosan và một số sản phẩm có giá trị

Trong thực tế sản xuất hiện nay, vật liệu chính dùng trong bao gói sản phẩm là màng nhựa

PE (polyethylene), PP (polyprothylen) Tuy nhiên, loại bao này rất khó phân huỷ và gây ônhiễm môi trường Để khắc phục nhược điểm của bao bì dẻo, các nhà khoa học đã tạo racác màng bao bì sinh học từ các polymer sinh học, không chỉ giải quyết những vấn đề trên

mà còn cung cấp cho một tiềm năng mới trong ứng dụng sản xuất Các polysaccharide tự

nhiên, đặc biệt là chitosan chiết xuất từ vỏ tôm là sản phẩm có chi phí thấp, khả năngphân huỷ trong môi trường tự nhiên cao và có thể ăn được Do đó, chúng rất thân thiệnvới môi trường cũng như không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ người tiêu dùng.[15]

2.4.1 Khái niệm chitosan

Chitosan là dẫn xuất N-deacetylated của chitin, được xem như là polymer tự nhiên quantrọng nhất Với đặc tính là có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứngdụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm

Giống như cellulose, chitosan là chất xơ song không giống chất xơ thực vật, chitosan cókhả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học

Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính tương thích vềmặt sinh học Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc từ chitin đặc biệt làchitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặc biệt trongcông nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm như là tác nhânkết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định.[16]

2.4.2 Nguồn gốc của chitosan

Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821,trong cặn dịchchiết từ một loại nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine”để ghi nhớ nguồn gốc của

nó Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitinhay “chiton”, tiếng Hy lạp có nghĩa là vỏgiáp, nhưng ông không phát hiện ra sự cómặt của nitơ trong đó Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin

có dạng công thức giốngvới xellulose Trong động vật, chitin là một thành phần cấutrúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễnthể, giáp xácvà giun tròn Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phầnchủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thựcvật chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loạitảo Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên ở dạng rắn Do đó,các phương pháp nhận dạng chitin, xác địnhtính chất, và phương pháp hoá học để biếntính chitin cũng như việc sử dụngvà lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khókhăn

Hình 2.6 Quá trình chiếc tách chitinChitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, cóthể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau.

Chitosanđược xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thựcvật, chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học…

Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và acid mật Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và cótính tương thích về mặt sinh học

Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc từ chitin đặc biệt là chitosan đã đượcchú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp dược,

y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hóa,hay tác nhân ổn định…Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàmlượng, chitin - chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 - 35% so với trọnglượng khô Vìvậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuấtchitin - chitosan

Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, tập trung nhiều trong vỏ các loài thủy sản giáp xác nhưtôm, cua, mai mực… những loài giáp xác là một chất quen thuộc được sử dụng trongngành dược phẩm, thực phẩm chức năng…

Chitosan là một dạng chitin đã bị khử axetyl, nhưng không giống chitin nó lại tan đượctrong dung dịch axit Chitin là polymer sinh học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sauxenluloza Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với xenluloza Cả chitin và chitosan đều

có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và cuộc sống, đặc biệt là trong chế biến và bảo quảnthực phẩm.[16]

2.4.3 Tính chất của chitosan

a Tính chất vật lý của chitosan

+ Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau.+ Chitosan có tính kiềm nhẹ, có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tantrong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH = 6),tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt

+ Nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C

+ Khi hoà tan trong dung dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương,nhờ đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặngnhư: Pb2+, Hg+…

+ Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000- 500.000 Dalton tùy loại Loại PDP cótrọng lượng phân tử trung bình từ 200.000 đến 400.000 hay được dùng nhiều nhấttrong y tế và thực phẩm

+ Do là một polycationic mang điện tích dương (pH) nên chitosan có khả năng bámdính trên các bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate),acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2)

+ Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinhhọc, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể

+ Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạtđộng của một số loại vi khuẩn như E.coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, càrốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài

b Tính chất hoá học của chitosan

+ Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trongcác mắt xích N-acetyl-D-glucosamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắtxích D-glucosamin có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin, vừa là amit Phản ứnghoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế -OH, dẫn xuất thế N-,hoặc dẫn xuất thế O, N-

+ Mặt khác chitin/chitosan là những polimer mà các monomer được nối với nhaubởi các liên kết β-(1-4)-glucoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoáhọc như: acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân.[16]

2.4.4 Chitosan là chất đông keo tụ sinh học