Xây dựng quy trình tiền xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin chintosan từ phế liệu tôm trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Tng quan v chitin-chitosan 1 1.1.1 Ngun gc và s tn ti chitin-chitosan trong t nhiên 1 1.1.2 Cu trúc hóa hc và tính cht ca chitin-chitosan 1 1.1.2.1 Cu trúc hóa hc ca chitin và chitosan 2 1.1.2.2 Tính cht ca chitin 3 1.1.2.3 Tính cht ca chitosan 3 1.1.3 Mt s quy trình sn xut chitin-chiosan 5 1.1.3.1 Sn xut chitin-chitosan bc 6 1.1.3.2 Sn xut chitin-chitosan b sinh hc kt hp vi hóa hc 11 1.1.4 Mt s ng dng ca chitin-chitosan 14 1.1.4.1 ng dng chitin-chitosan trong công nghip thc phm 14 1.1.4.2 ng dng chitin-chitosan trong nông nghip và thy sn 15 1.1.4.3 ng dng chitin-chitosan trong y hc và công ngh sinh hc 16 1.1.4.4 ng dng chitin-chitosan trong x ng 17 1.2 Tng quan tình hình nghiên cu thu tài 18 1.2.1 Tình hình nghiên cc 18 1.2.2 Tình hình nghiên cu trên th gii 23 1.3 Tính cp thit c tài 28  lý thuyt v o t 29  khoa hc ca quá trình keo t 29 1.4.1.1 Phân loi tp chc 29 1.4.1.2 Cu to ht keo và tính bn ca h keo 30  keo t  to bông 32 1.4.2 Mt s cht keo t ph bin 37 1.4.3 Các polymer nhôm, st 38 1.4.4 Cht tr keo t - to bông 40 1.4.5 Mt s yu t n quá trình keo t 43  lý thuyt cch thc nghim 45 1.6 Mc tiêu c tài 48 1.7 Phm vi nghiên cu 48 CHƢƠNG 2 : ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ng nghiên cu, hóa cht và dng c 49 ng nghiên cu 49 2.1.2 Hóa cht s dng 49 2.1.3 Thit b và dng c thí nghim 49 2.1.3.1 Thit b 49 2.1.3.2 Dng c 50 2.2 Ni dung nghiên cu 50 u 51 2.3.1 Kho sát quy trình sn xut chitin-chitosan 51 2.3.2 Phân tích các ch tiêu ô nhim 51  51 2.3.2.2 Phân tích TSS 51  c 52 2.3.2.4 Phân tích COD 52 2.3.2.5 Phân tích BOD 5 53 ng phosphorus 54 2.3.2.7 Phân tích TKN 56 ng chloride 58 2.3.3 Thí nghim t 59 2.3.3.1 Thit k thc nghim 59 2.3.3.2 Thí nghim Jartest 62 2.3.4 Th nghim mô hình 63 2.3.4.1 Ly mc thi 63 2.3.4.2 Chun b hóa cht 63 2.3.4.3 Các thông s thit k ca mô hình 64 2.3.4.4 Vn hành mô hình 68 2.3.4.5 Thu mc sau x lý 69 2.3.5 X lý s liu 69 i vi kt qu phân tích các ch tiêu 69 2.3.5.2 i vi mô hình hi quy cp hai 69 CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kt qu kho sát quy trình sn xut chitin-chitosan 70 3.1.1 Quy trình sn xut chitin 70 3.1.2 Danh mc, n các hóa cht s dng trong quá trình sn xut 72 3.2 Kt qu phân tích các ch u vào cc thi 73 3.2.1 Kt qu phân tích các ch tiêu ca mu S1 73 3.2.2 Kt qu phân tích các ch tiêu ca mu S2 74  xut quy trình tin x lý sinh hc thi 76  xut quy trình 76 3.3.2 Thuyt minh quy trình 77 3.4 Thí nghim t 78 3.4.1 Kt qu ti vi mu S1 78 3.4.1.1 Kt qu thí nghim Jartest 78 3.4.1.2 Xây dng mô hình hi quy cp 2 79 3.4.1.3 Kt qu t 80 3.4.2 Kt qu ti vi mu S2 84 3.4.2.1 Kt qu thí nghim Jartest 84 3.4.2.2 Xây dng mô hình hi quy cp 2 85 3.4.2.3 Kt qu t 86 3.5 Kt qu th nghim trên mô hình 90 3.5.1 Kt qu u ra cc thi 90 i vi mu S1 90 i vi mu S2 90 u qu x lý ca quy trình 91 KT LUN  KIN NGH 94 TÀI LIU THAM KHO PH LC DANH MỤC BẢNG Bng 1.1 Ch  kh protein t các ngun ph liu khác nhau 7 Bng 1.2 Ch  kh khoáng t các ngun ph liu khác nhau 8 Bu kin ty màu trong công ngh sn xut chitin 9 Bu kin deacetyl vi các ngun chitin khác nhau 10 Bng 1.5 Mt s ng dng chính ca chitosan và dn xut trong thc phm 14 Bng 1.6 Mt s ng dng chính ca chitosan và dn xut trong nông nghip 15 Bng 1.7 Hiu qu ca b sung chitosan vào th 15 Bng 1.8 Mt s ng dng chính ca chitin và chitosan trong y hc 16 Bng 1.9 Mt s ng dng ca chitin và chitosan trong x ng 17 Bng 1.10 Mt s ch ng cc thi sn xut chitin-chitosan 18 Bng 1.11 Các yu t n hiu qu thu hi protein 24 Bng 1.12 Bng thit k thc nghim và kt qu 24 Bng các acid amin trong cc 25 Bng 1.14 Phân loc tp cht 29 Bng hóa cht cn thi phân tích COD 53 Bng 2.2 Cách lng mu cn thit trong phân tích BOD 5 54 Bng hóa cht cn thi dng chun phân tích phosphorus 56 Bng 2.4 Ma trn quy hoch trc giao cp hai, ba yu t 59 Bng 2.5 Bng thit k quy hoch thc nghii vi mu S1 60 Bng 2.6 Bng k hoch thí nghii vi mu S1 61 Bng 2.7 Bng thit k quy hoch thc nghii vi mu S2 61 Bng 2.8 Bng k hoch thí nghii vi mu S2 62 Bng 3.1 Danh mc, n các hóa cht s dng trong quá trình sn xut 72 Bng 3.2 Kt qu phân tích các ch u vào ca mu S1 73 Bng 3.3 Giá tr các thông s ô nhim theo QCVN 24:2009 ct B 73 Bng 3.4 Kt qu phân tích các ch u vào ca mu S2 74 Bng 3.5 Kt qu thí nghii vi mu S1 78 Bng 3.6 So sánh hiu sut keo t mu S1 theo thc nghim và theo mô hình 79 Bng 3.7 Kt qu thí nghii vi mu S2 84 Bng 3.8 So sánh hiu sut keo t mu S2 theo thc nghim và theo mô hình 85 Bng 3.9 Kt qu phân tích ch u ra ca mu S1 90 Bng 3.10 Kt qu phân tích ch u ra ca mu S2 90 Bng 3.11 Hiu qu x lý sau quá trình keo t 92 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cu trúc hóa hc ca chitin (a) và chitosan (b) 2 Hình 1.2 S sp xp ca chui polymer ca chitin  , chitin  , chitin  2  các dn xut ca chitin-chitosan 4  tng quát quá trình sn xut chitin-chitosan 5 Hình 1.5 Quy trình sn xut chitin và chitosan c 6 Hình 1.6 Quy trình s dng Flavourzyme trong công ngh sn xut chtin 11 Hình 1.7 Quy trình sn xut chitin ci tin t ph liu tôm có kt hp x lý enzyme protease và thu hi protein và astaxanthin 12 Hình 1.8 Quy trình sn xut chtin kt hp x  bng acid formic 13 Hình 1.9 Quy trình sn xut chitin bc 13 Hình 1.10 Quy trình x c thi chitin ca Công ty Ngc Lân 19 Hình 1.11 Quy trình x c thi chitin cng Sông Mã 22 Hình 1.12 Quy trình x c thi chitin 27 a các ht vt chc 31 Hình 1.14 Cu to ht keo và s i th dzeta 32 Hình 1.15 Hiu qu c hp ph - n tích các ion trái du 35 Hình 1.16 Mô t quá trình t hp ph - bc cu 36 Hình 1.17 PAC dng bt 39 Hình 1.18 Cu trúc Keggin ca PAC 40 Hình 1.19 Cht tr lng PAA dng cationit C1492 43  thí nghiu trúc có tâm cp hai, ba yu t 46 Hình 2.1 Thit b Jartest 63 Hình 2.2 Mô hình b u hòa 64 Hình 2.3 Mô hình b keo t 65 Hình 2.4 Mô hình b to bông 66 Hình 2.5 Mô hình b lng 67 Hình 3.1 Quy trình sn xut chitin t SXTN ca ThS. Trn An Xuân 70 Hình 3.2 So sánh các ch tiêu ca mu S1 so vi QCVN 24:2009 ct B 74 Hình 3.3 So sánh các ch tiêu ca mu S2 so vi QCVN 24:2009 ct B 75 Hình 3.4 Quy trình tin x lý sinh hc thi sn xut chitin-chitosan 76 Hình 3.5  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh PAA = 1,5mL (mu S1) 81  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh PAC = 3 mL (mu S1) 82  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh pH = 8,5 (mu S1) 83 c gia mc thc x lý (trái) và sau khi keo t (phi) 86  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh PAA = 1,5mL (mu S2) 87  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh PAC = 6 mL (mu S2) 88  th và hình ching ca mô hình hi quy biu din m quan gin hiu sut keo t, c nh pH = 8,5 (mu S2) 89 u ra ca mu S1 so vi QCVN 24:2009 ct B 91 u ra ca mu S2 so vi QCVN 24:2009 ct B 91 Hình 3.14 So sánh các ch u vào u ra ca mu S1 92 Hình 3.15 So sánh các ch u ra ca mu S2 93 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt QCVN  Quy chun Vit Nam BTNMT  B ng SXTN  Sn xut th nghim COD Chemical Oxygen Demand Nhu cu oxy hóa hc BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cu oxy sinh hóa TSS Total Suspended Solid Tng cht rng TKN Total Kjeldahl Nitrogen T pháp Kjeldahl T p  Nhi phòng w/v Weight/Volume Khng/Th tích rpm round per minute vòng/phút UASB Uplow Anaerobic Sludge Blanket Dòng chc qua lp bùn ym khí KCN  Khu công nghip PAC Poly Aluminium Choloride Poly Aluminium Choloride PAA Polyacrylamide Polyacrylamide RO Reverse Omosis Thm thc AC Activated Carbon Than hot tính Chƣơng 1 : Tổng quan Trang 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về chitin-chitosan 1.1.1 Nguồn gốc và sự tồn tại chitin-chitosan trong tự nhiên S phát trin rt nhanh ca ngành ch bin thy sn ln vào vic nâng cao giá tr xut khu cc ta, hàng triu tn thy sc xut khu   bin các sn phm thy s o ra mt ng ln ph liun ph liu này ch yc xay nh và phi trn làm tht s  s dng hng ph liu và gây ô nhing. Tuy nhiên ngày nay phn lng ph lic s dng làm nguyên liu cho quá trình sn xut chitin-i hiu qu kinh t cao. Chitin - chitosan là mt polysaccharit tn ti trong t nhiên vi sng rt lng th hai sau cellulose). Trong t nhiên chitin tn ti trong c ng vt và thc vt. Chitosan là polymer sinh hc v-acetyl glucosamine, hin din t nhiên trong vách mt s ging n ng vt, chitin là mt thành phn cu trúc quan trng ca các v mt s ng vn th, giáp xác và giun tròn. ng vt bc cao monome ca chitin là mt thành phn ch yu trong mô da nó giúp cho s tái to và gn lin các v da. Trong thc vt chitin có  thành t bào nm h zygenmyctes, các sinh khi nm mc, mt s loi to 1.1.2 Cấu trúc hóa học và tính chất của chitin-chitosan Chitin là polymer h bin trong t nhiên ch sau cellulose. Chitin ng liên kt vi dng phc hp, cacbonat canxi và nhiu hp cht hc tách chit. Chitin là mt polc cu to bi các monosaccharit liên kt vi nhau bng cu ni 1,4  glucosid, có công thc phân t là (C 8 H 13 O 5 N) n . Chitin có cu trúc hóa hc ging cellulose và có th xem là mt dn xut ca cellulose vi nhóm acetamido  cacbon s 2. [6] [6] [...]... 1.12 Quy trình xử lý nước thải chitin [9] Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải từ quá trình sản xuất chitin- chitosan được đưa vào bể microelectrolysis để loại bỏ bớt các chất hữu cơ (COD),bể này còn đóng vai trò như bể điều hòa lưu lượng và chất lượng của dòng chảy Sau đó nước thải được đưa qua bể trung hòa để điều chỉnh pH về khoảng thích hợp cho hệ thống xử lý sinh học Sau khi điều chỉnh pH, nước. .. như trên, nhưng vì hệ thống được xây dựng cho nhà máy sản xuất chitin thuộc KCN Trà Nóc 1, nước thải sau xử lý xả vào cống chung của KCN và được xử lý tiếp ở khu xử lý nước thải tập trung nên đầu ra của quy trình chỉ cần đạt đạt loại B theo QCVN 24-2009 Quy trình xử lý có đơn giản hơn trên và được đề xuất như sau : Nước thải vào Bể gom Bể bazơ Bể acid Bể điều hòa Bể keo tụ/tạo bông Nước đã Bể lắng 1... Bể khử trùng Bùn thải Hình 1.11 Quy trình xử lý nước thải chitin của Công ty Môi trường Sông Mã [11] Trang 22 Chƣơng 1 : Tổng quan Thuyết minh công nghệ Đặc trưng của quá trình sản xuất chitin- chitosan là sản xuất theo giờ và theo mẻ ngâm nguyên liệu, mỗi lần xả nước thải đều kéo theo các vỏ tôm bị bể, vỡ do đó trước khi nước thải đi vào bể thu gom sẽ được qua song chắn rác sau đó nước được chứa tạm... cứu nữa của các nhà khoa học Trung Quốc (Yang YuePing, Xu Xin-hua, Chen Hai-feng) vào năm 2003 đã áp dụng phương pháp oxy hóa tiếp xúc với không khí trong bình điện phân (micro-electrolysis-contact oxidization) với điện cực Fe – C để tiền xử lý nước thải sản xuất chitin- chitosan từ vỏ tôm, cua trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt... đoạn sau: - Kho chứa vỏ tôm, đầu tôm, cua chưa xử lý - Nước thải từ công đoạn ngâm acid để loại bỏ khoáng ra khỏi giáp xác - Nước thải từ công đoạn ngâm xút để khử protein - Nước thải từ công đoạn deacetyl hóa bằng kiềm đặc - Nước thải từ các công đoạn rửa trung tính - Nước thải sinh hoạt và một ít từ các công đoạn khác Bảng 1.10 Một số chỉ tiêu môi trường của nước thải sản xuất chitin- chitosan [10] STT... nguyên liệu Viêc khử các thành phần phi chitin để sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản có thể thực hiện bằng phương pháp hóa học, phương pháp sinh học hoặc phương pháp hóa học kết hợp với sinh học Tuy nhiên hiện nay các quy trình sản xuất chitin ở quy mô lớn chủ yếu sử dụng phương pháp hóa học Phương pháp hóa học có ưu điểm như nhanh, đơn giản, dễ thực hiện ở quy mô lớn Tuy nhiên phương pháp hóa học cũng... Chƣơng 1 : Tổng quan Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng thời gian xử lý tối ưu là 6 giờ, khi đó lượng COD giảm hơn 30%, nước thải sau đó đi tiếp vào hệ thống xử lý sinh học thì loại bỏ được COD lên đến 80% Toàn bộ quy trình xử lý nước thải từ sản xuất chitin- chitosan theo nghiên cứu này được thể hiện qua hình 1.12 như sau : Nước thải Bùn thải Nguồn tiếp nhận Bể Micro-electrolysic Bể nén bùn Bể lắng bậc... loại bớt nước Nguồn tiếp nhận Bể lắng I Bùn thải Bể ép bùn Bùn Bể UASB Bùn hồi lưu Bể Aerotank Bể khử trùng thải Bể lắng II Bể lọc áp lực Hình 1.10 Quy trình xử lý nước thải chitin của Công ty Ngọc Lân [10] Trang 19 Chƣơng 1 : Tổng quan Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải từ các khu vực sản xuất theo mạng lưới thoát nước riêng chảy vào hố thu trạm xử lý Tại đây, để bảo vệ thiết bị và hệ thống đường... cộng 20.56 Quá trình thu hồi lại lượng protein từ nước thải như trên cũng chính là quy trình tiền xử lý nước thải vì sau quá trình thu hồi ta tận thu được lượng protein có giá trị vào các mục đích khác như chế tạo phân bón, làm thức ăn chăn nuôi, mặt khác nước thải sau khi thu hồi protein sẽ làm giảm hàm lượng chất ô nhiễm (COD, BOD, N), như vậy sẽ giảm được tải trọng cho hệ thống xử lý sinh học phía... được bơm về để điều chỉnh cân bằng pH cho quá trình xử lý Tại bể điều hoà quá trình sục khí cũng diễn ra nhằm trộn đều bể nước, điều hoà chất lượng Các quá trình xử lý sinh học phía sau tương tự như quy trình trên 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Sản xuất chitin theo phương pháp hóa học là quy trình công nghệ đơn giản nhưng có nhược điểm là nước thải ra có giá trị các thông số ô nhiễm ô nhiễm . các dẫn xuất của chitin- chitosan [6] Chƣơng 1 : Tổng quan Trang 5 1.1.3 Một số quy trình sản xuất chitin- chiosan Trong quá trình sn xut chitin cn phi kh các hp cht phi chitin. trúc hóa học của chitin và chitosan Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của chitin (a) và chitosan (b) Cu trúc ca chitin  các dng trên xut phát t ngun chit rút chitin, chitin t tôm và cua. đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin- chitosan Ph liu Kh protein Kh khoáng Ty màu Chitin Deacetyl Chitosan [6] [6] Chƣơng 1 : Tổng quan Trang 6 1.1.3.1 Sản xuất chitin- chitosan