Luận án Tiến sỹ Nông nghiệp Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

Các gi i pháp công ngh x lỦ vi hi u khí các ch t Nit vô c đi n hình lƠ công ngh Anammox Anaerobic ammonium oxidation, công ngh Sharon Single reactor system for Hing-rate Ammonium Removal

2.3.5 Nhơn sinh kh i vi sinh v t b ng k thu t lên men chìm 53

3.1 Hi n tr ng n c th i nhƠ máy ch bi n tinh b t s n t nh Ninh Bình 62

3.2.Phơn l p tuy n ch n vi sinh v t x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n 66

3.2.1 Vi sinh v t chuy n hóa h p ch t Cacbon (tinh b t, xenlulo) 67

3.2.3 Vi sinh v t chuy n hóa Phosphat h u c vƠ đ ng hóa Phospho 70

3.2.4 nh danh vƠ xác đ nh đ an toƠn c a các vi sinh v t nghiên c u 73

3.3 Nghiên c u s n xu t ch ph m x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n 83

3.3.2 Nhơn sinh kh i các vi sinh v t tuy n ch n b ng ph ng pháp lên men chìm 85

3.3.3 Nhơn sinh kh i vi sinh v t trên giá th r n 99

3.5.3.Xác đ nh kh n ng t n t i c a các vi sinh v t nghiên c u trong bùn th i

DANH M C CH VI T T T

ADN Axit Deoxyribonucleic

Anammox Anaerobic ammonium oxidizers

AOB Ammonia-Oxidizing-Bacteria (vi khu n oxi hóa ammonium)

ARN Axit Ribonucleic

BOD Biochemical Oxygien Demand (Nhu c u oxy sinh hóa)

BTNMT B TƠi nguyên Môi tr ng

CBTBS Ch bi n tinh b t s n

CFU Colony Forming Unit (đ n v hình thƠnh khu n l c)

COD Chemical Oxygien Demand (Nhu c u oxy hóa h c)

CIRAT Centre International Research Agriculture and Development

(Trung tơm h p tác nghiên c u phát tri n nông nghi p)

PCR Polymerase Chain Reaction (ph n ng chu i trùng h p)

PTNT Phát tri n nông thôn

QCVN Quy chu n Vi t Nam

rADN Ribosomal axit Deoxyribonucleic

rARN Ribosomal axit Ribonucleic

SBR Sequencing Batch Reactor (B hi u khí gián đo n)

SS Suspended Solid (Ch t r n l l ng)

TBS Tinh b t s n

TCVN Tiêu chu n Vi t Nam

TNHH MTV Trách nhi m h u h n M t thƠnh viên

TNMT TƠi nguyên môi tr ng

TSA Tripticase Soya Agar

TSS Total suspended solids (t ng ch t r n l l ng)

TTSA Thailand tapioca starch Organization (Hi p h i tinh b t s n Thái

DANH M C B NG

1.1 S n xu t s n m t s đ a ph ng c a Vi t Nam n m 2014 7 1.2 L ng tinh b t s n xu t kh u c a Vi t Nam theo th tr ng n m 2015 8 1.3 ThƠnh ph n tính ch t n c th i t s n xu t tinh b t s n 11 1.4 Ch t l ng n c th i t s n xu t tinh b t s n (ch a x lỦ) 12

3.1 Hi n tr ng n c n c th i ch bi n tinh b t s n tr c vƠ sau x lỦ k

khí t i nhƠ máy c a công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình, n m

2012

63

3.2 Ch t l ng n c th i ch bi n tinh b t s n sau x lỦ hi u khí vƠ tách

l c ch t r n l l ng t i nhƠ máy công ty TNHH MTV Elmaco Ninh

Bình, n m 2012

65

3.3 M t s nhóm vi sinh v t có ích trong n c th i ch bi n tinh b t s n

t i nhƠ máy c a công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình, n m 2012 66

3.4 Kh n ng chuy n hóa h p ch t cacbon c a các vi sinh v t phơn l p 67

3.6 Kh n ng x lỦ BOD5 vƠ COD trong n c th i ch bi n tinh b t s n

3.7 Kh n ng chuy n hóa amoni c a vi sinh v t phơn l p 70 3.8 Kh n ng x lỦ Nts trong n c th i CBTBS c a vi sinh v t phơn l p 70 3.9 Kh n ng chuy n hóa Phosphat h u c c a vi sinh v t phơn l p 71 3.10 Kh n ng đ ng hóa Phospho c a vi sinh v t phơn l p 71 3.11 Kh n ng x lỦ Pts trong n c th i CBTBS c a vi sinh v t phơn l p 72 3.12 Ho t tính sinh h c c a các vi sinh v t tuy n ch n 72 3.13 c đi m sinh h c vƠ sinh hóa c a x khu n SHX.12 74 3.14 Kh n ng s d ng ngu n hydratcacbon c a vi khu n SHV.22 75 3.15 Kh n ng s d ng ngu n hydratcacbon c a ch ng vi khu n SHV.OA7 77 3.16 M c đ an toƠn c a các vi sinh v t nghiên c u 83 3.17 Kh n ng t n t i c a vi sinh v t trong đi u ki n đ n l vƠ t h p 84 3.18 Ho t tính sinh h c c a vi sinh v t nghiên c u trong đi u ki n đ n l

3.19 Sinh kh i vi sinh v t nghiên c u trong các môi tr ng lên men 89 3.20 Sinh kh i vi sinh v t nghiên c u các t l ti p gi ng khác nhau 90 3.21 Sinh kh i vi sinh v t nghiên c u các t c đ c p khí khác nhau 91

3.22 Mi n kh o sát y u t đi u ki n lên men thu sinh kh i c a các ch ng vi

3.23 Phơn tích ph ng sai Anova c a mô hình đ i v i S.fradiae SHX.12 94 3.24 Phơn tích ph ng sai Anova c a mô hình đ i v i B.velezensis SHV.22 94 3.25 Phơn tích ph ng sai Anova c a mô hình đ i v i N.europea

3.33 Hi u qu x lỦ Nts, Pts c a ch ph m MIC-CAS 02 qui mô 80 lít 105 3.34 nh h ng c a oxy hòa tan (DO) đ n hi u su t x lỦ 107 3.35 K t qu phơn tích ch t l ng n c sau x lỦ qui mô 200 lít v i ch

3.1 S đ h th ng x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n t i nhƠ máy c a

3.2 Khu n l c vƠ bƠo t chu i c a ch ng x khu n SHX.12 73

3.5 V trí phơn lo i c a ch ng SHX.12 v i các loƠi có quan h h hƠng

3.18 S đ t o ch ph m vi sinh v t x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n 102 3.19 nh h ng c a th i gian l u n c đ n hi u su t x lỦ 108 3.20 nh h ng c a l ng ch ph m b sung đ n hi u qu x lỦ COD 109 3.21 S đ qui trình s d ng ch ph m vi sinh v t x lỦ n c th i biogas

M U

Cơy s n (Manihot esculenta Crantz) m t trong s lo i cơy l ng th c quan

tr ng đ c bi t các n c đang phát tri n vì d tr ng, không kén đ t vƠ cho thu

ho ch v i n ng su t cao Hi n nay, do nhu c u v tinh b t s n t ng cao đ ph c v nguyên li u cho các ngƠnh công nghi p nh ch bi n th c ph m, công nghi p gi y, công nghi p d t, nhiên li u sinh h cầnên các n c tr ng s n trong đó có Vi t Nam

t p trung vƠo s n xu t tinh b t s n đ đáp ng nhu c u trong n c vƠ xu t kh u

Các c s , nhƠ máy ch bi n tinh b t s n (CBTBS) tuy đáp ng nhu c u tiêu dùng c a xƣ h i nh ng do ch t p trung đ u t đ nơng cao n ng su t vƠ ch t

l ng c a s n ph m, v n đ qu n lỦ vƠ ki m soát l ng n c th i ra trong quá trình s n xu t ch a đ c đ u t đ ng b , h th ng x lỦ n c th i không x lỦ tri t đ d n đ n các ch tiêu lỦ hóa sinh h c đ u v t ng ng cho phép, gơy ô nhi m nghiêm tr ng môi tr ng Th c t đƣ có c s nhƠ máy b đình ch s n xu t

vƠ ph i nơng c p xơy d ng c i t o h th ng x lỦ n c th i đ kh c ph c h u qu theo quy t đ nh 1788/Q TTg ngƠy 1/10/2013 c a Th t ng Chính ph v x lỦ tri t đ các c s gơy ô nhi m môi tr ng

Hi n t i, có r t nhi u ph ng pháp x lỦ n c th i, tuy nhiên bi n pháp h u

hi u nh t đ x lỦ n c th i lƠ bi n pháp sinh h c vì hi u qu tri t đ , không gơy tái

ô nhi m vƠ chi phí đ u t th p (Chu Th Th m vƠ cs, 2006) Bi n pháp sinh h c x

lỦ n c th i b ng vi sinh v t lƠ ph ng pháp có nhi u u đi m vƠ đ c ng r ng

ph bi n nhi u n c trên th gi i Ph ng pháp vi sinh v t không ch gi i quy t

đ c tình tr ng ô nhi m môi tr ng n c mƠ còn không gơy h i đ n môi tr ng xung quanh, giúp n đ nh cơn b ng sinh thái vƠ giá thƠnh x lỦ khá phù h p v i các n c đang phát tri n Do đó v n đ s d ng vi sinh v t có ích trong t nhiên lƠ

đi u c n quan tơm vƠ nghiên c u đ gi i quy t v n đ ô nhi m môi tr ng n c

Theo Hu nh Ng c Ph ng Mai (2006) trung bình đ s n xu t đ c m t t n tinh b t s n trong ngƠy ph i s d ng 12-20m3 n c, do đó l u l ng n c th i phát sinh trong ch bi n tinh b t s n lƠ r t l n, m c đ ô nhi m cao Trong n c th i ch

bi n tinh b t s n th ng có thƠnh ph n ch t r n l l ng cao do b t vƠ x c s n sót

l i, nhu c u oxy sinh hóa (BOD) vƠ nhu c u oxy hóa h c (COD) có n ng đ cao hƠng ch c ngƠn mg/l gơy khó kh n cho quá trình x lỦ sinh h c c bi t các ch t

nh a vƠ hƠm l ng nh t đ nh h p ch t xyanua có trong n c th i ch bi n tinh b t

s n còn lƠm cho n c th i có mƠu đen, gơy mùi khó ch u vƠ c ch nhi u lo i vi sinh v t có ích Vì v y, nghiên c u các ch ng vi sinh v t thích nghi v i môi tr ng

gi m hƠm l ng BOD, COD vƠ ch t h u c trong n c th i, tuy nhiên v n ch a

có gi i pháp hi u qu trong vi c t o ch ph m vi sinh v t cho x lỦ n c th i sau CBTBS ho c s d ng k t h p ch ph m vi sinh v t v i các gi i pháp khác đ nơng cao hi u qu x lỦ n c th i CBTBS, do v y ch t l ng n c th i ra môi tr ng

ch a đ m b o yêu c u theo quy chu n 40/2011 c a B TNMT

Xu t phát t lỦ do trên, đ tƠi: “Nghiên c u t o ch ph m vi sinh v t x lý

n c th i ch bi n tinh b t s n” có Ủ ngh a c p thi t góp ph n x lỦ tri t đ n c

- H th ng x lỦ n c th i c a nhƠ máy ch bi n tinh b t s n thu c công ty TNHH

MTV Elmaco Ninh Bình

ụ ngh a khoa h c vƠ th c ti n

- V khoa h c: Lu n án đƣ tuy n ch n đ c các ch ng vi sinh v t có ho t tính sinh

h c cao, thích nghi v i môi tr ng n c th i ch bi n tinh b t s n, vƠ đ c áp d ng

trong s n xu t ch ph m vi sinh v t x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n Góp ph n cung c p thêm t li u ph c v gi ng d y vƠ nghiên c u ng d ng vi sinh v t trong

x lỦ n c th i b ng con đ ng sinh h c

- V th c ti n: ng d ng ch ph m vi sinh v t trong h th ng x lỦ n c th i c a nhƠ máy ch bi n tinh b t s n Elmaco Ninh Bình, góp ph n x lỦ tri t đ ô nhi m môi tr ng c a c s s n xu t tinh b t s n

óng góp m i c a đ tƠi lu n án

- Lu n án đƣ phơn l p, l a ch n đ c 3 ch ng vi sinh v t t ngu n n c th i vƠ bùn

th i c a c s s n xu t tinh b t s n g m Streptomyces fradiae SHX.12, Bacillus

velezensis SHV.22, Nitrosomonas europea SHV.OA7 có kh n ng chuy n hóa các

h p ch t ô nhi m vƠ thích nghi v i môi tr ng n c th i ch bi n tinh b t s n Các

ch ng vi sinh v t đ c nghiên c u lƠ các ch ng đa ho t sinh h c Ch ng

Streptomyces fradiae SHX.12 v a có kh n ng chuy n hóa tinh b t v a có kh n ng chuy n hóa xenlulo Ch ng Bacillus velezensis SHV.22 v a có kh n ng khoáng hóa Phosphat h u c v a có kh n ng đ ng hóa vƠ d tr PO43-trong t bƠo

- Lu n án nghiên c u có tính h th ng v ch ph m vi sinh v t bao g m các khơu phơn l p, tuy n ch n vi sinh v t, nghiên c u t i u hóa đi u ki n nhơn sinh kh i,

xơy d ng quy trình công ngh vƠ t o ch ph m MIC-CAS 02 t ba ch ng vi sinh

v t trên đ ng d ng trong x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n

- tƠi lu n án đƣ th nghi m thƠnh công ch ph m MIC-CAS 02 góp ph n x lỦ tri t đ n c th i c a nhƠ máy ch bi n tinh b t s n Elmaco Ninh Bình, ch t l ng

n c th i sau x lỦ đ t giá tr lo i A theo QCVN 40: 2011/BTNMT

CH NG 1: T NG QUAN TẨI LI U

1.1 Tinh b t s n vƠ n c th i ch bi n tinh b t s n

1.1.1.Tinh b t s n vƠ qui trình ch bi n

S n (Manihot esculenta Crantz) m t lo i cơy l ng th c quan tr ng m t s

qu c gia, hi n đ c tr ng t i h n 100 n c trên th gi i, trong đó t p trung nhi u các qu c gia có khí h u nhi t đ i vƠ c n nhi t đ i chơu Phi, chơu Á vƠ Nam M (hình 1.1)

Hình 1.1 Các n c s n xu t s n trên th gi i n m 2014

Ngu n: FAO, 2015

N m 2014, Nigeria lƠ n c s n xu t s n l n nh t th gi i (54,83 tri u t n),

th hai lƠ Thái Lan (30,02 tri u t n), th ba lƠ Indonesia (23,45 tri u t n) vƠ Brazil

đ ng th t (23,24 tri u t n)

S n l ng s n toƠn th gi i trong nhi u n m tr l i đơy duy trì t ng đ i n

đ nh m c s n l ng 230 tri u t n s n/n m Chơu Á, đóng góp h n m t n a s n

l ng s n toƠn c u v i s n l ng s n hƠng n m t ng 5 % cao h n so v i chơu Phi

(3,5 %), trong đó n ng su t t ng hƠng n m đ t 3,1 % vƠ di n tích tr ng hƠng n m

t ng 1,8 % (CIAT, 2014) N c có n ng su t s n cao nh t th gi i n m 2014 lƠ n

đ t 35,66 t n/ha (hình 1.1) Theo FAO (2015) t n m 2001 s n l ng s n toƠn

c u đƣ t ng lên hƠng n m m c 3,4 % vƠ đ t 270,3 tri u t n trong n m 2014 (hình

1.2)

Ngu n:FAO,2015

Hình 1.2 S n l ng s n trên th gi i t 2001-2014

S n lƠ m t thƠnh ph n quan tr ng trong b a n c a h n m t t ng i thu c các n c nghèo trên th gi i T ch c Nông l ng Liên h p qu c (FAO) x p s n lƠ cơy l ng th c quan tr ng các n c đang phát tri n sau lúa g o, ngô vƠ lúa mì

T i chơu Phi, s n chi m t tr ng cao trong c c u l ng th c v i m c tiêu th bình quơn kho ng 96 kg/ng i/n m

Tinh b t s n lƠ s n ph m ch bi n t c s n đ c s d ng tr c ti p lƠm

l ng th c, đ ng th i lƠ ngu n nguyên li u quan tr ng trong s n xu t công nghi p

vƠ đ c bi t lƠ công nghi p nhiên li u sinh h c, do v y cơy s n không ch quan tr ng

đ i v i các h gia đình nông dơn, mƠ còn đ i v i các n n kinh t c a nhi u qu c gia đang phát tri n NgƠnh công nghi p ch bi n tinh b t s n ông Nam Á hi n t i đang t o ra hƠng t đô la m i n m nh xu t kh u, trong đó Thái Lan hi n đang lƠ

n c đ ng đ u th gi i v xu t kh u tinh b t s n v i s l ng đ t 3,9 tri u t n tinh

b t s n trong n m 2014 (Boonmee Wattanaruangrong, 2015)

T i Thái Lan, tinh b t s n đ c ch bi n theo c công ngh truy n th ng vƠ

hi n đ i, trong đó công ngh truy n th ng đ c s d ng trong các nhƠ máy s n xu t quy mô nh , có th tách tinh b t t c s n t i b ng cách nghi n vƠ ngơm s n d i

n c, s n ph m t o ra th ng kém ch t l ng Công ngh ch bi n hi n đ i đ c áp

d ng trong các nhƠ máy có quy mô l n vƠ trung bình v i nhi u các công đo n chi t

su t k t h p v i x lỦ b t b ng SO2cho t l thu h i tinh b t cao, l ng tinh b t th t

thoát theo bƣ đ c h n ch t i m c th p nh t Hi n t i Thái Lan các nhƠ máy ch

bi n tinh b t s n v i công ngh hi n đ i đang d n d n thay th nh ng nhƠ máy quy

mô nh (TTSA, 2015)

Indonesia lƠ n c s n xu t tinh b t s n l n th ba trên th gi i Công nghi p

ch bi n tinh b t s n Indonesia đ c b t đ u t nh ng n m 1980 Tinh b t s n

qu c gia nƠy đ c s d ng lƠm nguyên li u cho công nghi p d t may, công nghi p

gi y vƠ m t s ngƠnh khác (Rety Setyawaty vƠ cs, 2011)

n , s n xu t tinh b t s n t p trung ch y u bang Kerala vƠ Tamil Nadu, cung c p h n 80% nhu c u c n c M c dù n lƠ m t trong 10 qu c gia

s n xu t s n l n nh t th gi i, m i n m s n xu t kho ng 9 tri u t n s n, song v i dơn s đông, nhu c u tiêu dùng l n, nên n c nƠy hƠng n m v n ph i nh p kh u tinh b t s n vƠ các s n ph m khác t s n (Srinivas Tavva vƠ cs, 2015)

Trung Qu c, n c s n xu t ethanol l n th ba trên th gi i, sau M vƠ Brazil Vì không ph i lƠ qu c gia tr ng nhi u s n, đ đáp ng nhu c u s d ng tinh

b t s n ngƠy cƠng cao, trong n m 2014 Trung Qu c ph i nh p kh u 9,4 tri u t n s n lát vƠ 1,9 tri u t n tinh b t s n (Jin Shu-ren, 2015) Công ngh ch bi n tinh b t s n

c a Trung Qu c đ c đánh giá đ t trình đ phát tri n cao v i đ c đi m t y tr ng không dùng SO2, ho c ch s d ng v i s l ng không đáng k

N m 2014, Vi t Nam đ ng th b y v s n l ng s n trên th gi i (đ t 10,21 tri u t n), n ng su t đ t 18,5 t n/ha (hình 1.1), nh ng lƠ n c xu t kh u tinh b t s n

đ ng th hai trên th gi i sau Thái Lan S n xu t s n lƠ ngu n thu nh p quan tr ng

c a các h dơn nghèo do s n d tr ng, ít kén đ t, ít v n đ u t , phù h p sinh thái vƠ

đi u ki n kinh t nông h

n nay, c n c đƣ hình thƠnh các vùng nguyên li u s n t p trung, tr ng

kh p các vùng t mi n núi phía B c t i mi n Trung, Tơy Nguyên vƠ mi n ông Nam b v i t ng di n tích đ t trên 500 ngƠn ha (b ng 1.1) Th i gian g n đơy, m t

s doanh nghi p đƣ đ u t sang c LƠo đ m r ng vùng nguyên li u ph c v cho công nghi p ch bi n tinh b t

N m 2014, đ a ph ng có s n l ng s n cao nh t n c lƠ Tơy Ninh đ t 1.603,4 nghìn t n, th hai lƠ Gia Lai đ t 1.114,2 nghìn t n, th ba lƠ k L k v i s n l ng

s n đ t 642,2 nghìn t n vƠ Kon Tum đ ng th t v s n l ng s n đ t 566,2 nghìn

t n (b ng 1.1) Tơy Ninh c ng có s l ng c s ch bi n s n vƠ tinh b t s n cao

nh t n c, kim ng ch xu t kh u chi m kho ng 40% t ng kim ng ch xu t kh u c

n c Bên c nh đó, Tơy Ninh luôn đi đ u v công ngh , v thi t b s n xu t tinh b t

s n

N ng su t s n c a Vi t Nam hi n nay đ ng trong nhóm 10 qu c gia n ng su t

cao trên th gi i S li u trong b ng 1.1 cho th y n m 2014 vùng thơm canh t t nh Tơy Ninh đƣ cho n ng su t 31,8 t n/ha, nh ng n ng su t bình quơn c n c m i

ch đ t 18,5 t n/ha, th p h n so v i m t s n c trong khu v c ( n đ t trên 35

t n/ha, Thái Lan trên 22 t n/ha)

B ng 1.1 S n xu t s n m t s đ a ph ng c a Vi t Nam n m 2014

(1000 ha)

N ng su t (t n/ha)

S n l ng (1000 t n)

Th ng kê c a h i quan c a kh u Chi Ma, m i ngƠy kho ng 300-500 t n tinh

b t s n đ c xu t kh u sang Trung Qu c, n m 2013 xu t kh u s n vƠ các s n ph m

t s n đ t 3,1 tri u t n v i kim ng ch 1,1 t đô la M (Trung tơm Thông tin Phát tri n Nông nghi p Nông thôn, 2014)

Theo th ng kê c a B Nông nghi p vƠ PTNT, trong quỦ I n m 2015, s n l ng

xu t kh u s n vƠ các s n ph m t s n đ t giá tr 420 tri u USD, t ng 24 % v l ng

vƠ t ng 22,7 % v giá tr so v i cùng k n m 2014 (www.omard.gov.vn) Ch tính riêng v tinh b t s n, l ng xu t kh u c n m 2015 đƣ đ t 1,3 tri u t n (B ng 1.2)

B ng 1.2 L ng tinh b t s n xu t kh u c a Vi t Nam theo th tr ng n m 2015

( n v tính: t n)

Th tr ng Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 7 C n m T l (%) Trung qu c 243.930 161.820 118.581 108.106 121.781 1.148.256 87,26 Singapore 8.643 4.655 2.695 504 720 36.880 2,80 Philippines 6.856 5.014 4.786 4.047 4.537 32.587 2,48 Bangladesh 4.848 4.120 3.881 1.285 2.585 24.703 1,88 Malysia 2.354 4.518 1.967 3.063 1.925 19.608 1,49

n 1.482 1.846 371 663 114 5.852 0,44 Indonesia 1.095 510 1.036 824 187 5.272 0,40

T ng c ng 275.670 188.119 138.045 123.281 136.786 1.315.969 100

(Ngu n: AgroMonitor, 2015 )

N m 2015, th tr ng xu t kh u chính c a Vi t Nam lƠ Trung Qu c, chi m

87,26 % kim ng ch Ti p theo lƠ Singapore chi m 2,8 %; Ơi Loan 1,32 % vƠ m t

ph n r t nh b t đ u đ n đ c Nh t B n (AgroMonitor, 2015)

Theo Trung tơm S n xu t s ch Vi t Nam (2010), hi n t i trong c n c t n

t i ba quy mô s n xu t tinh b t s n đi n hình g m qui mô nh (h vƠ liên h ), qui

mô v a vƠ qui mô l n Quy mô nh (công su t 0,5-10 t n tinh b t s n ph m/ngƠy),

ch y u công ngh th công, thi t b t t o ho c do các c s c khí đ a ph ng ch

t o Hi u su t thu h i vƠ ch t l ng tinh b t s n không cao Qui mô v a (công su t

d i 50 t n tinh b t s n ph m/ngƠy), đa ph n s d ng thi t b ch t o trong n c

nh ng có kh n ng ho t đ ng n đ nh vƠ ch t l ng s n ph m không thua kém các

c s nh p thi t b c a n c ngoƠi Qui mô l n (công su t trên 50 t n tinh b t s n

ph m/ngƠy), v i công ngh , thi t b nh p t Chơu Ểu, Trung Qu c, Thái Lan Công ngh tiên ti n, hi u su t thu h i s n ph m vƠ ch t l ng s n ph m cao h n, l ng

n c s d ng ít n c

Tr c n m 1990, qui mô s n xu t tinh b t s n Vi t Nam ph n l n lƠ các h gia đình nh , ngoƠi m t s đ n v c a nhƠ n c có quy mô l n h n ( ng Thanh

HƠ vƠ cs, 1996; Ơo Huy Chiên, 1997), ch y u s n xu t tinh b t khô vƠ t ph c

v cho lƠm bánh mì, bánh ng t, r u vƠ s n xu t bánh k o Sau n m 1990, cùng

v i s kh i đ ng c a th tr ng trong n c, m t s nhƠ máy ch bi n tinh b t s n quy mô l n hi n đ i đƣ đ c xơy d ng t i phía Nam vƠ ph n l n đ c liên doanh

v i công ty đa qu c gia c a Nh t B n, HƠn Qu c vƠ Ơi Loan nh Vedan, Ajinomotoầ(Henry vƠ cs, 1995)

Theo Nguy n V n L ng (2015) ch t ch hi p h i s n Vi t Nam, hi n nay c

n c có kho ng 100 nhƠ máy ch bi n tinh b t s n có quy mô công nghi p So v i

5 n m tr c đƣ t ng g p đôi v s l ng nhƠ máy vƠ g p 3 v công su t M i n m, các nhƠ máy nƠy s n xu t đ c 1,8 đ n 2 tri u t n tinh b t s n Bên c nh các nhƠ máy s n xu t tinh b t s n, Vi t Nam đang có 7 nhƠ máy s n xu t ethanol t nguyên li u s n đ c xơy d ng v i t ng công su t thi t k 502.000 t n ethanol/n m

T vai trò lƠ cơy l ng th c, cơy s n đƣ vƠ đang chuy n đ i nhanh chóng thƠnh cơy công nghi p, cơy nguyên li u cho s n xu t nhiên li u sinh h c Theo Trung tơm S n

xu t s ch Vi t Nam (2010), các c s s n xu t tinh b t s n Vi t Nam áp d ng các

k thu t, công ngh ch y u sau:

- Ch bi n tinh b t s n theo ph ng pháp th công: T t c các khơu trong

quá trình ch bi n s n t r a, g t v , n o, mƠi, l c vƠ r a b t đ u đ c ti n hƠnh

th công Ph ng pháp th công áp d ng qui mô h gia đình, cho n ng su t th p

vƠ ch t l ng kém K thu t s n xu t đ n gi n vƠ gián đo n

- Ch bi n tinh b t s n theo ph ng pháp bán c gi i: Ngo i tr khơu r a,

g t v vƠ tách tinh b t ti n hƠnh th công Quá trình n o/mƠi đ c ti n hƠnh b ng

máy mƠi B t nhƣo thu đ c qua sƠng h th ng g m l c thô, l c m n vƠ l c tinh Quá trình l ng đ c ti n hƠnh trong b l ng ho c bƠn l ng (l ng tr ng l c) Ph ng pháp bán c gi i áp d ng qui mô s n xu t nh , ch t l ng s n ph m, hi u su t thu

h i tinh b t th p, lao đ ng v t v vƠ khó đ m b o v sinh công nghi p

- Ch bi n tinh b t s n theo ph ng pháp hi n đ i: Quá trình s n xu t đ c

t đ ng hóa hoƠn toƠn, t khi ti p nh n c đ n khi s y, hoƠn thi n s n ph m ph i

đ c ti n hƠnh trong th i gian ng n nh t có th đ c, đ gi m thi u quá trình oxy hoá, bi n đ i hƠm l ng tinh b t sau thu ho ch vƠ trong ch bi n Trong quá trình

s n xu t tinh b t s n s d ng ph ng pháp trích ly ơy lƠ ph ng pháp s d ng thi t b ly tơm đ th c hi n quá trình tách, ph ng pháp nƠy cho ch t l ng s n

ph m cao, n ng su t l n, đ m b o v sinh công nghi p

Tr c đơy Vi t Nam, ch bi n tinh b t s n th công vƠ bán th công đ c

áp d ng h gia đình, c s lƠng ngh v i qui mô nh ch vƠi t s n/ngƠy Trong vòng 15 n m qua, các ho t đ ng ch bi n tinh b t t i các lƠng ngh đƣ đ c c gi i hóa t dơy chuy n r a c , nghi n, tách bƣ, l cầ N ng su t t ng lên vƠ quy mô l n

h n do áp d ng c khí hóa (CIAT, 2011) Ch bi n tinh b t s n theo ph ng pháp

hi n đ ch y u b ng công ngh nh p t n c ngoƠi Các nhƠ máy hi n nay ch

y u đ c đ u t t 10-15 n m tr c, công ngh vƠ thi t b ch y u c a Trung Qu c, Thái lan

1.1.2 N c th i ch bi n tinh b t s n

Trong s n xu t tinh b t s n ph i s d ng m t l ng n c l n t r a nguyên

li u đ n quá trình k t l ng vƠ lƠm s ch tinh b t L ng n c ph c v cho s n xu t

ch y u đ c khai thác t ngu n n c ng m m c tiêu th kho ng 3,5-12,0 m3/t n

c t i qui mô nông h vƠ 3-5 m3/t n c t i t i các nhƠ máy qui mô l n (Hu nh

Ng c Ph ng Mai, 2006) Trong t ng l ng n c th i ch bi n tinh b t s n kho ng

10% phát sinh t n c r a c vƠ 90% t công đo n ly tơm, l c, kh ầchi m kho ng

80-90% l ng n c tiêu th ThƠnh ph n các lo i n c th i c th nh sau:

- N c th i trong quá trình r a c , c t v có ch a bùn, đ t, cát, m nh v , HCN t o

ra do phơn h y phazeolutanin trong v th t nh xúc tác c a men xyanoazaầ N c

s d ng trong công đo n r a c tr c khi l t v đ lo i b các ch t b n bám trên b

m t c , không lƠm nh h ng mƠu c a tinh b t

- N c th i trong quá trình nghi n c , l c thô có nhi u tinh b t, protein vƠ khoáng

ch t tách ra trong quá trình nghi n thô

- N c th i trong quá trình tách d ch có n ng đ ch t h u c (BOD), ch t r n l

l ng (SS) cao NgoƠi ra trong n c th i nƠy còn ch a các d ch bƠo có tanin, men vƠ nhi u ch t vi l ng có m t trong c s n

L u l ng n c th i l n có pH th p, n ng đ ch t h u c , vô c cao, đ c

bi t lƠ các h p ch t ch a N, P cùng v i các ch t ch a xyanua (CN-) có ngu n g c

t v s n vƠ lõi c s n lƠ ngu n gơy ô nhi m chính đ i v i môi tr ng, nh h ng

x u đ n s c kh e c ng đ ng (Trung tơm S n xu t s ch Vi t Nam, 2010) ThƠnh

ph n chính c a n c th i ch bi n tinh b t s n trong t ng công đo n c a quá trình

s n xu t đ c t ng h p trong b ng 1.3 v m t c m quan n c th i s n xu t tinh b t

s n có mƠu tr ng, mùi chua vƠ đ đ c cao

COD (mg/l)

(D ng c Ti n, Tr n Hi u Nhu , Nguy n Kim Thái, 1991)

ThƠnh ph n n c th i ph thu c vƠo quy mô s n xu t, trình đ công ngh vƠ

h th ng thi t b x lỦ n c th i, qui trình v n hƠnh vƠ quan tr c môi tr ng S

li u quan tr c c a Trung tơm S n xu t s ch Vi t Nam (2010), đ i v i n c th i t

s n xu t tinh b t s n ch a x lỦ (b ng 1.4) cho th y m c ô nhi m r t cao, c n đ c

x lỦ nh m đáp ng tiêu chu n c a môi tr ng v n c th i theo qui chu n Vi t

Nam

SS mg/l 1.200-2.600 330-4.100 50 100

CN- mg/l 3,4-5,8 19-36

(Ngu n: Trung tâm S n xu t s ch Vi t Nam, 2010)

NgoƠi thƠnh ph n ch t h u c BOD, COD trong n c th i ch bi n tinh b t

s n còn ch a các h p ch t ch a Nit , Phospho Theo báo cáo c a Vi n Nghiên c u

Thi t k Ch t o máy Nông nghi p (2005), hƠm l ng các h p ch t ch a Nit vƠ

Phospho cao h n r t nhi u so v i tiêu chu n cho phép (b ng 1.5)

B ng 1.5 ThƠnh ph n n c th i nhƠ máy ch bi n tinh b t s n

(Ngu n: Báo cáo D án c p nhà n c (KC.05.11-2005),

Vi n Nghiên c u Thi t k Ch t o máy Nông nghi p)

Các thƠnh ph n h u c nh tinh b t, protein, xenluloza, pectin, đ ng có trong

nguyên li u c s n t i lƠ nguyên nhơn gơy ô nhi m cao cho các dòng n c th i c a nhƠ máy s n xu t tinh b t s n

1.1.3 Ọ nhi m môi tr ng do n c th i ch bi n tinh b t s n

M c dù tinh b t s n có kim ng ch xu t kh u l n, đóng vai trò quan tr ng trong vi c phát tri n n n kinh t , xƣ h i cho đ t n c, nh ng tác đ ng tiêu c c c a ngƠnh s n xu t tinh b t s n đ n môi tr ng c ng r t l n Ch t l ng n c th i c a ngƠnh ch bi n tinh b t s n n u không đ c x lỦ s gơy nh h ng x u đ n ch t

l ng môi tr ng Theo FAO (2001) vƠ Trung tơm S n xu t s ch Vi t Nam (2010) các ch t ô nhi m trong n c th i ch bi n tinh b t s n bao g m:

 pH quá th p s lƠm m t kh n ng t lƠm s ch c a ngu n ti p nh n do các loƠi vi sinh v t có trong t nhiên trong n c b kìm hƣm phát tri n NgoƠi ra, khi

n c th i có tính axít s có tính n mòn, lƠm m t cơn b ng trao đ i ch t t bƠo, c

s ng th y sinh, đ c bi t lƠ h vi sinh v t c a ngu n ti p nh n N ng đ oxy hòa tan

d i 50% còn có kh n ng gơy nh h ng đ n s phát tri n c a tôm, cá Khi x y ra

hi n t ng phơn h y y m khí v i hƠm l ng BOD quá cao s gơy th i ngu n n c

vƠ gi t ch t h th y sinh, gơy ô nhi m không khí xung quanh vƠ phát tán trên ph m

vi r ng theo chi u gió

 Ch t r n l l ng (SS) c ng lƠ tác nhơn gơy nh h ng tiêu c c t i tƠi nguyên

th y sinh đ ng th i gơy m t c m quan, b i l ng lòng h , sông, su i Ọ nhi m x y

ra khi n c th i ch bi n s n th m vƠo lòng đ t ho c ch y vƠo sông, su i Okafor vƠ

 Xyanua (HCN) t n t i trong n c th i s n xu t tinh b t s n, ph n ng v i s t

t o thƠnh s t xyanua có mƠu xám N u không đ c tách nhanh, HCN s nh h ng

t i mƠu c a tinh b t vƠ mƠu c a n c th i trong n c xyanua t n t i d ng

mu i CN- vƠ HCN Khi vƠo c th , xyanua k t h p v i enzym xitochrom lƠm men nƠy c ch kh n ng c p oxy cho h ng c u, gơy ng đ c cho ng i vƠ đ ng v t thu sinh Nhi u qu c gia đƣ đ a ra m t gi i h n cho phép n ng đ xyanua kho ng 0,2 mg/l đ c phép x th i vƠo l u v c n c t nhiên (Y.B Patil vƠ cs, 2000)

Ehiagbonare vƠ cs (2009) đƣ nghiên c u tác đ ng c a n c th i tinh b t s n

đ i v i môi tr ng vƠ cho th y chúng có tác đ ng tiêu c c đ n cơy tr ng, không khí, đ ng v t nuôi, đ t vƠ n c Ọ nhi m lƠ vì x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n

đ c th c hi n không đúng vƠ n c th i đ c tích l y qua th i gian

Vi t Nam, các c s ch bi n tinh b t s n qui mô nh ch y u t p trung thƠnh lƠng ngh v i trang thi t b l c h u, h u nh không có h th ng x lỦ n c

th i riêng vƠ đúng k thu t Các c s s n xu t v i qui mô l n tuy đa s có trang

hi n vi c x lỦ n c th i c a nhƠ máy nƠy v n ch a đ t yêu c u Chính vì v y ngoƠi mùi hôi th i khó ch u cho c vùng, n c th i c a nhƠ máy t su i nh T m Vông, LƠng Ng n đ ra su i Hang Lu n lƠm con su i b ô nhi m n ng Su i Hang Lu n lƠ

n i đ p đ p th y l i Hang Lu n, cung c p n c t i tiêu cho 26 ha các thôn Ba

Lu n, ng Hen c a V Linh vƠ 60 ha ru ng c a xƣ V nh Kiên Vì v y trong v đông xuơn 2005 có 1834 m2

ru ng c athôn T m Vông, 11.288 m2 c athôn LƠng

Ng n không th c y đ c S di n tích lúa còn l i b nh h ng đ n s sinh tr ng,

phát tri n (C ng thông tin đi n t B TNMT ngƠy 15/4/2005) NhƠ máy ch bi n tinh b t s n Yên Bình, t nh Yên Bái lƠ m t trong nhi u đ n v doanh nghi p ph i hoƠn thi n vi c nơng c p, c i t o h th ng x lỦ n c th i, gi m công su t s n xu t,

đ ng th i có các gi i pháp khác đ gi m thi u ô nhi m môi tr ng tuơn theo Quy t

đ nh s 1788/Q -TTg ngƠy 01 tháng 10 n m 2013 c a Th t ng Chính ph v x

lỦ tri t đ các c s gơy ô nhi m môi tr ng nghiêm tr ng đ n n m 2020 (Quy t

đ nh TTCP, 2013)

T i Th a Thiên Hu , n c th i gơy ô nhi m môi tr ng c a nhƠ máy tinh b t

s n Phong i n đƣ khi n nhi u ng i dơn xƣ Phong An, huy n Phong i n thi t h i

v s n xu t nông nghi p (C ng thông tin đi n t báo tin t c ngƠy 8/11/2013) V đông xuơn n m 2013, n c th i c a nhƠ máy đƣ khi n ng i dơn thôn Th ng An,

xƣ Phong An thi t h i 11,8 ha lúa v i m c đ t 30-70 %, có n i lƠ 100 %

M i g n đơy trong n m 2015 theo thông tin ngƠy 26/8 trên Báo tin t c, C nh sát phòng, ch ng t i ph m v môi tr ng, công an t nh Tơy Ninh đƣ l p biên b n,

b t qu tang nhƠ máy s n xu t tinh b t s n có công su t kho ng 300 t n c s n

t i/ngƠy, thu c Công ty H u c, đ a ch p Tơn Kiên, xƣ Tơn HƠ, huy n Tơn Chơu, t nh Tơy Ninh x n c th i tr c ti p ra su i N c c, ch y ra sông VƠm C ông N c có mƠu đen s m, mùi hôi th i n ng n c lƠm cho ngu n n c b ô nhi m nghiêm tr ng

S n xu t tinh b t s n lƠ m t ngƠnh s n xu t có nhu c u n c l n, n c th i

có đ ô nhi m cao đ n r t cao Theo Nguy n Th S n vƠ cs (2006), ch v i s n

l ng kho ng 500 ngƠn t n tinh b t, hƠng n m các c s s n xu t tinh b t trên

ph m vi c n c th i vƠo môi tr ng kho ng 3 tri u m3 n c th i v i t i l ng COD kho ng 30.000 t n, trong đó BOD5 kho ng 18.000 t n N c th i có đ ô nhi m cao trong s n xu t tinh b t không đ c x lỦ đƣ góp ph n gơy ô nhi m môi

tr ng

1.2 X lý n c th i ch bi n tinh b t s n

Các nghiên c u v x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n trên th gi i không nhi u, đa s lƠ các nghiên c u x lỦ n c th i cho các ngƠnh khác

T i Brazil, công ngh x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n ch y u s d ng

h th ng các h sinh h c bao g m h k khí, h tùy nghi vƠ h hi u khí Tuy nhiên,

hi u qu x lỦ n c th i t i các nhƠ máy áp d ng công ngh nƠy không cao

Lucilene Beatriz Pissinatto vƠ cs (2004) đƣ ti n hƠnh th nghi m b sung các ch ng

vi sinh v t có ho t tính cao vƠo các h th ng h x lỦ tùy nghi vƠ hi u khí, m c đích nơng cao s l ng vi sinh v t x lỦ nh m nơng cao hi u qu x lỦ n c th i Thí nghi m đ c ti n hƠnh t i h th ng x lỦ n c th i c a nhƠ máy ch bi n tinh b t

s n trong khu công nghi p Amidos Yamakawa M i ngƠy, nhƠ máy nƠy ch bi n

400.000 t n c , th i ra h n 2000 m3 n c th i T h p các ch ng vi sinh v t đ c

ho t hóa, nhơn gi ng trong môi tr ng có ch a r m t D ch nuôi c y vi sinh v t sau

đó đ c b sung vƠo b x lỦ v i t l 1:52500 (40 lít/ngƠy) K t qu x lỦ cho th y hƠm l ng BOD vƠ COD gi m h n 85% so v i lúc ch a b sung vi sinh v t, ch s BOD trong n c sau x lỦ th p h n 40 mg/l, đ t yêu c u x th i

Công ngh x lỦ n c th i ch bi n s n áp d ng theo công ngh c a n , các ch t h u c trong n c th i s đ c phơn h y y m khí các b ph n ng sinh

h c (UASB, EGSB, CSTRầ) đ thu h i khí sinh h c sau đó đ c phơn h y ti p các h th ng h sinh thái (hi u khí, tùy nghi hay bay h iầ) N c sau x lỦ có th tái s d ng hay dùng đ t i cơy V i ph ng pháp nƠy c n m t di n tích m t h

l n vƠ khu x lỦ g n n i canh tác Ví d nhƠ máy c n s n R jburi có t ng di n tích

m t h lên t i 94.256 m2, th i gian l u th y l c t i các h nƠy lƠ 175 ngƠy, nh ng

bù l i chi phí x lỦ n c th i s r t th p (CDM-PDD, 2012)

Nhóm tác gi Nitinard Chaleomrum vƠ cs (2014) thu c tr ng đ i h c Mahasarakham c a Thái Lan c ng đƣ nghiên c u x lỦ n c th i ch bi n tinh b t

s n nh m s n xu t polyhydroxyalkanoate (PHA) v i s hi n di n c a vi khu n

Bacillus tequilensis MSU 112 trong h th ng x lỦ SBR (Sequencing Batch

Reactor) cho th y n ng đ COD trong n c th i tinh b t s n lƠ 4.000 mg/l thì hƠm

l ng PHA s n sinh cao nh t N ng su t PHA, vƠ hi u qu lo i b N, P ra kh i

n c th i t ng ng 3.346 mg/lít, 20,6% vƠ 27,7%, trong khi n ng đ COD lƠ

5.000 mg/lít thì hi u qu lo i b COD cao nh t đ t 94,8% K t qu ti t l h th ng

SBR x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n v i s hi n di n c a B.tequilensis MSU

112 lƠ cách ti p c n đ y h a h n cho vi c s n xu t PHA giúp ích trong vi c tái t o

nh a sinh h c ng d ng trong cu c s ng

Vi t Nam, x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n b ng ao, h sinh h c vƠ cánh đ ng tr ng cơy th y sinh lƠ ph ng pháp đ n gi n nh t đƣ vƠ đang đ c ng

d ng ƣ có m t s công trình nghiên c u trong n c nghiên c u gi i quy t v n đ

ô nhi m trong quá trình ch bi n tinh b t s n vƠ x lỦ n c th i ch bi n tinh b t

s n K t qu nghiên c u c a Lê Th Kim Cúc (2006) v mô hình tái s d ng n c

th i vùng ch bi n tinh b t t i Tơn Hóa, Qu c Oai, HƠ N i đ ph c v s n xu t nông nghi p, k t qu r t phù h p v i đi u ki n s n xu t ch bi n, đi u ki n kinh t

vƠ trình đ qu n lỦ c a đ a ph ng Trong thí nghi m theo dõi các ch tiêu sinh

tr ng c a cơy lúa nh : Chi u cao cơy, s nhánh vƠ s bông trên 1 khóm, cho th y

n ng su t các ô ru ng t i b ng n c th i đƣ qua x lỦ đ u có xu h ng cao h n

so v i đ i ch ng (t i b ng n c th ng), n ng su t cao nh t các ô t i 100%

n c th i đƣ x lỦ, đ t 9,2 t n/ha

V i đ c trung n c th i ch bi n tinh b t s n ch a hƠm l ng h u c cao

đ n r t cao, nên h ng x lỦ lƠ áp d ng các ph ng pháp x lỦ sinh h c

Ph ng pháp sinh h c x lỦ n c th i trong đi u ki n t nhiên có t r t s m,

vƠ đƣ đ c s d ng r ng rƣi trên th gi i các n c nh c, Pháp, B , HƠ Lanầ

v i k t qu đƣ đ c ghi nh n Hi n nay ph ng pháp nƠy v n đ c áp d ng vƠ r t phù h p cho các n c đang phát tri n, vì không yêu c u k thu t cao, v n đ u t ít, chi phí v n hƠnh th p, có th tri n khai trên ph m vi r ng l n, phơn tán Theo Miloở RozkoởnỦ vƠ cs (2014) ph ng pháp nƠy s d ng các ao h sinh h c (k khí, tùy nghi,

hi u khí), quy trình ch y trƠn, th m th u qua đ t (các cánh đ ng t i, bƣi l c tr ng cơy)

H k khí (đ sơu trên 2 m), các ch t h u c đ c phơn h y ch y u nh vi khu n k khí vƠ sinh metan Lo i h nƠy có th dùng đ x lỦ n c th i có n ng đ các ch t h u c cao H hi u khí (đ sơu 1-1,5 m), oxy t không khí khu ch tán t nhiên vƠo n c qua b m t ho c k t h p v i lƠm thoáng, s c khí nhơn t o, ánh sáng

m t tr i c ng xuyên qua l p n c giúp cho t o phát tri n vƠ th i oxy vƠo n c t o

đi u ki n cho các vi sinh v t hi u khí ho t đ ng H tùy nghi (đ sơu 1,5-2m)

th ng x y ra c quá trình phơn h y hi u khí vƠ k khí Lo i h nƠy đ c s d ng nhi u h n hai lo i h k khí vƠ hi u khí

S d ng ph ng pháp cánh đ ng t i, n c th i đ c t i lên đ t canh tác

M t ph n đ c cơy s d ng, ph n còn l i s ch y vƠo h th ng tiêu n c ho c

ng m vƠo m ch n c ng m Ph ng pháp nƠy x lỦ th ng không đ c tri t đ vƠ

v n còn nguy c ô nhi m ti m n Ph ng pháp bƣi l c tr ng cơy thông qua các quá trình lỦ, hóa vƠ sinh h c t nhiên c a h đ t-n c-sinh v t, các ch t th i l l ng trong n c đ c th m vƠ gi l i trong đ t, sau đó đ c các vi sinh v t phơn h y vƠ chuy n thƠnh ch t dinh d ng cung c p cho cơy tr ng X lỦ n c b ng bƣi l c nƠy

có th đ t đ c ba m c đích lƠ x lỦ n c ô nhi m, tái s d ng các ch t dinh d ng

có trong n c sau khi x lỦ dùng đ t i cho cơy tr ng trong s n xu t nông nghi p,

b sung n c s ch cho các túi n c ng m

1 2.2 Ph ng pháp x lý sinh h c trong đi u ki n nhơn t o

1 2.2.1 Ph ng pháp x lý hi u khí

Ph ng pháp x lỦ hi u khí lƠ các quá trình công ngh trong đó xác l p ra

đi u ki n hi u khí đ h vi sinh v t hi u khí oxy hoá các h p ch t h u c ô nhi m,

b ng cách c p khí vƠo b x lỦ (Pipeline, 1996) M t s gi ng vi sinh v t ng d ng nhi u trong các công trình x lỦ hi u khí lƠ: Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus,

Streptomyces, Aspergillus…Trong đi u ki n môi tr ng có oxy, các vi sinh v t s

d ng oxy lƠm ch t nh n H+ vƠ electron, có th oxy hoá hoƠn toƠn các c ch t dinh

d ng đ n s n ph m cu i cùng lƠ CO2 vƠ H2O (Pipeline, 1996) Do v y, u th n i

b t c a quá trình phơn hu hi u khí lƠ ch t l ng x lỦ tri t đ (n ng l c x lỦ lo i

b h p ch t h u c có th đ t t i 95%) Tuy nhiên, vi c cung c p đ oxy cho các vi sinh v t hi u khí trong các công trình hi u khí nhơn t o lƠ v n đ công ngh then

ch t vƠ có nh h ng r t l n đ n giá thƠnh x lỦ M t s công trình x lỦ hi u khí nhơn t o đi n hình lƠ:

B Aeroten

Aeroten lƠ h th ng x lỦ nhơn t o xác l p ra đi u ki n hi u khí cho h vi sinh v t hi u khí sinh tr ng vƠ phát tri n, đ chúng oxy hóa các h p ch t h u c ,

vô c trong n c th i h th ng nƠy, vi sinh v t phát tri n vƠ hình thƠnh các bông bùn tr ng thái l l ng trong b sinh h c (th ng đ c g i lƠ bùn ho t tính) H vi sinh v t trong h th ng nƠy lƠ t p h p c a nhi u loƠi vi sinh v t khác nhau, trong đó

m t s gi ng vi khu n th ng g p lƠ Pseudomonas, Bacillus, Achromobacter,

Flavobacterium, Mycobacterium, Nitrosomonas, Nitrobacter, Sphaerotilus,

Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix… ngoƠi ra còn có n m, đ ng v t nguyên sinh (Lê

Xuơn Ph ng, 2008) Ph thu c vƠo m c tiêu công ngh c th , h th ng x lỦ aeroten đ c thi t k vƠ xơy d ng d i nhi u d ng khác nhau nh : hi u khí tích

c c, hi u khí gi m d n hay hi u khí nhi u ng n, hi u khí nhi u b c

Hi u qu ho t đ ng c a các h th ng x lỦ hi u khí ph thu c vƠo hƠng lo t thông s công ngh khác nhau nh : n ng đ oxy hòa tan trong môi tr ng (th ng yêu c u duy trì liên t c hƠm l ng oxy hòa tan trong n c ng ng không d i 4 mg/l), n ng l c phơn h y c a h vi sinh v t hi u khí (qua hƠm l ng bùn ho t tính

vƠ tu i c a bùn), thƠnh ph n vƠ t l cơn đ i gi a các c u t dinh d ng cho vi sinh

v t (qua ch s BOD, BOD/COD, t l C:N:P phù h p ), nhi t đ vƠ pH môi

l n lƠ có th x lỦ tri t đ các ch t h u c trong n c t i s n ph m cu i cùng lƠ

CO2vƠ H2O Gi i pháp aeroten trong x lỦ n c th i đ c l a ch n áp d ng h t s c

ph bi n nhi u n c trên th gi i, d i d ng gi i pháp x lỦ đ c l p hay ph i h p

v i gi i pháp x lỦ vi hi u khí vƠ k khí khác trong các h th ng x lỦ ph i h p

L c sinh h c (Biofilter)

Nguyên t c ho t đ ng c a h th ng l c sinh h c lƠ khai thác n ng l c trao

đ i ch t c a các loƠi vi sinh v t, ch y u lƠ vi khu n, sinh tr ng bám dính (g n

k t) hình thƠnh l p mƠng sinh h c trên b m t v t li u l c Trong môi tr ng hi u khí, do đ c đi m c u trúc l p mƠng phía ngoƠi s đ c cung c p oxy hòa tan t t

h n, chuy n vƠo l p gi a hi u qu cung c p oxy hòa tan gi m d n vƠ l p trong cùng lƠ đi u ki n k khí Nh v y, h th ng l c sinh h c có đ c tính khai thác đ c

đ ng th i n ng l c phơn hu ch t ô nhi m c a c các vi sinh v t hi u khí (phơn b

l p mƠng phía ngoƠi), vi sinh v t hô h p tu nghi (phơn b l p mƠng gi a) vƠ h

vi sinh v t y m khí (phơn b l p mƠng phía trong cùng)

H th ng l c sinh h c đ c thi t l p đ u tiên t i tr i th c nghi m Lawrence, bang Matsachuset, M n m 1891 n n m 1940 n c nƠy đƣ có 60% h th ng

x lỦ n c th i áp d ng công ngh l c sinh h c N m 1946, ph ng pháp l c sinh

h c đƣ đ c tri n khai ph bi n t i nhi u qu c gia, đ c bi t lƠ sau khi ra đ i các v t

li u l c polymer Công ngh l c sinh h c ti p t c đ c phát tri n, ng d ng r ng rƣi

vƠ ngƠy cƠng đ c a chu ng trên th gi i (Markus Schmid vƠ cs, 2003)

Colin X vƠ cs (2007), s d ng l c sinh h c v i giá th b ng tre đ x lỦ y m khí n c th i c a c s ch bi n tinh b t s n qui mô nh Colombia cho th y đƣ

lo i b 87% COD, 67% t ng ch t r n l l ng (TSS)

ánh giá hi u qu s lỦ n c th i tinh b t s n b ng công ngh l c sinh h c trên các lo i v t li u l c x d a, than đá, nh a PVC vƠ nh a Bio-Ball BB-15, tác

gi Nguy n Th Thanh Ph ng vƠ cs (2010) đƣ cho th y c 4 mô hình l c sinh h c

hi u khí đ u có kh n ng x lỦ hƠm l ng h u c vƠ N v i hi u qu cao COD, N

gi m 90-98%; 61-92% t i tr ng h u c dao đ ng t 0,5; 1; 1,5 vƠ 2 kg COD/m3

ngƠy Trong khi đó Nguy n Th Thu Hi n (2012) đƣ ng d ng thƠnh công mô hình công ngh b l c sinh h c ng p n c (Submerged Biofilter ậSBF) trong x lỦ n c

th i m nuôi cá bi n Ch t l ng n c ra kh i b l c SBF đ c duy trì t t trong

su t th i gian v n hƠnh v i t i l ng c ch t h u c t th p đ n cao

c trung gian, lƠm cho quá trình nƠy luôn đi kèm v i vi c tích t các ch t h u c trung gian, ch không th chuy n hóa hoƠn toƠn đ n s n ph m cu i lƠ CO2 vƠ H2O

nh v i tr ng h p h vi sinh v t hi u khí S n ph m chuy n hóa sinh h c k khí

cu i cùng lƠ m t h n h p khí (đ c g i lƠ khí sinh h c hay biogas) bao g m CH4

(chi m t l l n nh t), C2H6, CO2ầ ngoƠi ra còn có H2S Khí CH4 chi m t i 65% nên quá trình nƠy còn g i lƠ lên men metan vƠ qu n th vi sinh v t đ c g i tên chung lƠ các vi sinh v t sinh metan Ph n vƠ ch t l ng khí sinh h c t o thƠnh ph thu c vƠo n ng đ h p ch t h u c trong n c th i, vƠo nhi t đ môi tr ng, pH,

th i gian x lỦ (Gruisasola vƠ cs, 2008)

ơy lƠ m t quá trình ph c t p vƠ c ch c a nó ch a đ c bi t m t cách đ y

đ vƠ rõ rƠng Có th coi quá trình x lỦ k khí g m 3 pha: pha ban đ u lƠ phơn

h y, pha th hai lƠ pha chuy n hóa axit, pha th ba lƠ pha ki m

Trong pha axit, các vi sinh v t t o thƠnh axit g m c vi sinh v t k khí vƠ vi sinh v t tùy ti n Chúng chuy n hóa các s n ph m phơn h y trung gian thƠnh các axit h u c b c th p, cùng các ch t h u c khác nh axit h u c , axit béo, r u, các

axit amin, glyxerin, axeton, H2S, CO2, H2

Trong pha ki m, các vi sinh v t sinh metan m i ho t đ ng Chúng lƠ các vi sinh v t k khí c c đoan, chuy n hóa các s n ph m c a pha axit thƠnh CH4 vƠ CO2

Các ph n ng pha nƠy chuy n pH c a môi tr ng sang ki m

Theo Kulwarang Suwanasri vƠ cs (2015) x lỦ n c th i k khí đƣ đ c phát tri n đ s n xu t khí sinh h c trong các nhƠ máy ch bi n tinh b t s n Thái Lan t

n m 1984 Lúc đ u, h u h t các nhƠ máy đ u không quan tơm đ n đ u t s n xu t khí sinh h c do chi phí đ u t cao Tuy nhiên, đi u nƠy đƣ thay đ i hoƠn toƠn khi

vi c gi i thi u các bi n pháp m i vƠ chi n l c nh h tr tƠi chính, u đƣi v thu ,

vƠ pháp lu t v môi tr ng c a chính ph đ c th c thi

M t s h th ng x lỦ khai thác n ng l c h vi sinh v t k khí đi n hình lƠ:

B x lý k khí UASB (upflow anaerobic sludge blanket)

N c th i đ c đ a vƠo h th ng theo dòng h ng ng c lên vƠ đi qua l p bùn k khí H vi sinh v t k khí trong l p bùn s phơn hu h p ch t h u c theo 3

giai đo n, s n ph m cu i cùng lƠ m t h n h p khí, trong đó 2/3 lƠ khí metan (Lê Xuơn Ph ng, 2008) Gi i pháp công ngh nƠy r t ph bi n vƠ thích h p v i n c

th i có hƠm l ng h p ch t h u c cao (COD lên t i vƠi nghìn mg/l) Tuy nhiên,

b n ch t c a quá trình phơn hu k khí lƠ quá trình oxy hoá không tri t đ nên hƠm

l ng h p ch t h u c trong n c sau x lỦ v n cao, do v y sau x lỦ UASB ph i

ti p t c x lỦ hi u khí thì n c th i đ u ra m i đ t tiêu chu n cho phép th i ra ngoƠi môi tr ng (Tr n V n Nhơn vƠ cs, 2009)

Qua k t qu nghiên c u x lỦ n c th i ch bi n tinh b t s n thu biogas b ng

h th ng UASB, Nguy n Th S n vƠ cs (2006) cho th y khi pH dòng ch y đ c

đi u ch nh lên 5,5-6,0 hi u qu x lỦ vƠ hi u qu khí hóa t ng rõ r t (t 0,32 lít/g lên 0,44 lít/g COD chuy n hóa) Th i gian l u c a n c th i trong h th ng c ng

nh h ng không nh t i t i tr ng COD vƠ hi u qu khí hóa Th i gian l u 3 ngƠy cho h s khí hóa cao nh t (0,55 lít/g COD), tuy nhiên l ng biogas thu đ c vƠ t i

tr ng COD c a h th ng t ng khi l u l ng dòng vƠo t ng, t i tr ng COD th i gian l u 2 ngƠy lƠ 5,49 g/l/ngƠy vƠ 1,75 ngƠy lƠ 6,05 g/l/ngƠy ng d ng thƠnh công h th ng x lỦ k khí (UASB) công su t 10 m3/ngƠy đêm t i nhƠ máy tinh b t

s n KMC Bình Ph c, tác gi Hu nh Ng c Ph ng Mai (2006) đƣ cho bi t sau 73 ngƠy v n hƠnh h th ng UASB v i t i tr ng h u c trong kho ng 6,2-7,4 kg

COD/m3ngƠy đêm, hi u qu x lỦ COD dao đ ng trong kho ng 72-82% L ng khí sinh ra dao đ ng trong kho ng 260-350 lít khí biogas (> 60% metan) cho 1kg COD

b kh Tác gi c ng cho r ng h th ng x lỦ k khí th c s có hi u qu đ i v i

nh ng lo i n c th i ch a hƠm l ng ch t h u c cao Tuy nhiên, sau h th ng x

lỦ k khí bao gi c ng c n b c x lỦ tri t đ ti p theo đ gi m thi u n ng đ ch t

h u c vƠ ch t dinh d ng đ n m c th p nh t, đ t tiêu chu n x th i n c th i công

nghi p hi n hƠnh t i Vi t Nam

H m khí sinh h c (biogas)

ơy lƠ h th ng x lỦ n c th i có đ ô nhi m cao vƠ đ c áp d ng r t ph

bi n, đ c bi t lƠ đ i v i n c th i giƠu ch t h u c B n ch t công ngh c a h

th ng nƠy lƠ khai thác n ng l c phơn hu h p ch t h u c c a h vi sinh v t k khí

có trong l p bùn đáy u th đi n hình c a h m khí sinh h c lƠ chi phí v n hƠnh r t

th p vì không ph i c p khí, nh ng n c th i sau x lỦ v n còn b ô nhi m vƠ c n

ph i đ c x lỦ ti p t c b ng gi i pháp x lỦ hi u khí, cho đ n khi đ t ng ng yêu

l i nhu n kinh t cho nhƠ máy vƠ gi m thi u đ c ô nhi m môi tr ng (TTSA,

2015)

Trong nghiên c u c a Ph m ình Long vƠ cs (2014), đƣ thu h i khí biogas

t n c th i ch bi n tinh b t s n b ng ph ng pháp lên men k khí, nh m m c đích giúp các nhƠ máy ch bi n tinh b t s n xác đ nh l ng biogas có th thu h i t quá trình x lỦ k khí n c th i tinh b t s n, qua đó giúp nhƠ máy ti t ki m m t

ph n n ng l ng, gi m ô nhi m môi tr ng đ ng th i gi m phát th i khí nhƠ kính

N m 2007-2008, Bùi Trung vƠ cs thu c Vi n Công ngh Hóa h c, đƣ ti n hƠnh kh o sát kh o sát hi n tr ng vƠ đánh giá m c đ x lỦ ô nhi m t i m t s c

s s n xu t tinh b t s n Tơy Ninh vƠ đƣ xơy d ng đ c quy trình x lỦ n c th i theo công ngh x lỦ y m khí v i công su t 600 m3/ngƠy Công trình t n thu đ c ngu n khí biogas, ti t ki m chi phí xơy d ng, phù h p v i các đi u ki n xơy d ng

c a các nhƠ máy ch bi n tinh b t s n t i Vi t Nam

1.2.2 3 Ph ng pháp x lý thi u khí (vi hi u khí)

Trong n c th i th ng ch a l ng Nit d i d ng NH4+, NO2-, NO3- n u không đ c x lỦ s gơy ra hi n t ng phú d ng lo i tr đ c các thƠnh ph n

ô nhi m nƠy, cùng v i ho t tính kh nitrat đ ng hóa c a các vi sinh v t d d ng,

ng i ta th ng c n ph i khai thác đ ng th i n ng l c trao đ i ch t c a các vi khu n ph n nitrat hoá trong môi tr ng nh ng vi sinh v t ph n nitrat hóa đi n hình sinh tr ng vƠ phát tri n, đ chúng kh d hóa m nh m vƠ hi u qu l ng

NO2-, NO3- thƠnh s n ph m cu i cùng lƠ N2, h th ng x lỦ ph i xác l p đ c đi u

ki n môi tr ng ch có r t ít oxy hòa tan (đi u ki n vi hi u khí) Các gi i pháp công

ngh x lỦ vi hi u khí các ch t Nit vô c đi n hình lƠ công ngh Anammox

(Anaerobic ammonium oxidation), công ngh Sharon (Single reactor system for

Hing-rate Ammonium Removal Over Nitrite), công ngh Sharon-Anammox, công ngh Canon (Completely autotrophic nitrogien removal over nitrite), công ngh

Oland (Oxygien-limited autotrophic nitrificationậdenitrification)

ng d ng ph ng pháp x lỦ vi hi u khí tác gi Lê Công Nh t Ph ng vƠ cs

(2012) đƣ nghiên c u x lỦ ammonium trong n c th i gi t m b ng quá trình nitrit

m t ph n/Anammox trong m t b ph n ng, s d ng giá th poly acrylic vƠ s i bông t m K t qu cho th y mô hình ho t đ ng hi u qu v i hi u su t x lỦ đ t 92%

t i tr ng 0,04 kg N-NH4/m3 ngƠy vƠ 87,8% t i tr ng 0,14 kg N-NH4/m3ngƠy

1.2.2 4 H th ng x lý sinh h c n c th i ph i h p

Trong th c ti n ng d ng, đ x lỦ tri t đ vƠ hi u qu các ch t ô nhi m trong n c th i, ng i ta th ng khai thác ng d ng ph i h p nhi u gi i pháp công ngh v i nhau, bao g m: c h c (l c tách rác, l ng cát, l ng phơn ly bùn ho t tínhầ), x lỦ sinh h c nh vi sinh v t, x lỦ hóa h c-hóa lỦ (tr l ng, keo t , kh trùng)ầ M c tiêu khai thác n ng l c x lỦ c a vi sinh v t th ng đ c tri n khai

trong các h th ng có phơn chia tách bi t, ho c phơn vùng đ c tính ch c n ng, đ xác l p môi tr ng ho t đ ng hi u qu đ ng th i cho c ba nhóm vi sinh v t: h vi sinh v t hi u khí, h vi sinh v t k khí vƠ h vi sinh v t vi hi u khí phát tri n, đ chúng phơn h y chuy n hóa các thƠnh ph n ô nhi m t ng ng mong mu n

H th ng x lỦ sinh h c n c th i ph i h p đ c xem lƠ d ng công ngh x

lỦ n c th i vi sinh đ c tri n khai xơy d ng r ng rƣi trên th gi i V i đ c tr ng công ngh lƠ xơy d ng các b x lỦ ch c n ng tách bi t nhau vƠ vi c đ m b o, duy trì n ng đ oxy hòa tan cho vi sinh v t hi u khí phát tri n trong b x lỦ hi u khí

đ c th c hi n nh áp d ng các gi i pháp c p khí c ng b c (b ng khu y tr n s c khí trên b m t, hay ph bi n h n lƠ s d ng máy nén khí đ nén r i s c phơn tán khí vƠo đáy b qua các thi t b phơn tán khí t ng ng) H th ng x lỦ n c th i

ph i h p nh mô t trên có u đi m l n lƠ đ n gi n trong l p đ t, v n hƠnh, b o

d ng vƠ có hi u qu x lỦ cao Song các h th ng nƠy l i có yêu c u l n v di n tích đ xơy d ng nhi u b x lỦ ch c n ng riêng tách bi t nhau vƠ chi phí chung cho quá trình x lỦ v n luôn lƠ áp l c đ i v i nhƠ đ u t vƠ luôn đ t ra nhu c u c i thi n

ch t l ng c ng nh hi u qu công ngh

N c th i t các nhƠ máy tinh b t s n đ c x tr c ti p vƠo sông tr c khi

đ c x lỦ lƠ m t ngu n ô nhi m, đƣ gơy ra các v n đ v môi tr ng cho ng i dơn Indonesia gi i quy t v n đ nƠy các nhƠ nghiên c u đƣ phát tri n tích h p quá trình s n xu t vƠ tinh ch khí sinh h c t n c th i tinh b t s n k t h p v i vi

t o K t qu cho th y l ng khí sinh h c t ng lên sau khi n c th i đ c b sung vi

t o vƠ n m men L ng khí sinh h c t vi t o vƠ n c th i tinh b t s n lƠ 726,43 ml/g t ng r n, l ng khí sinh h c không có vi t o lƠ 189 ml/g t ng r n (Budiyono

vƠ cs, 2012)

Nghiên c u c a Kathia R KunzlervƠ cs (2013) đƣ ph i h p h th ng x lỦ

k khí v i l c sinh h c có t l chi u dƠi vƠ đ ng kính khác nhau trong x lỦ n c

th i ngƠnh công nghi p tinh b t s n Bzaril cho th y hai h th ng đ c s d ng có

t l đ ng kính vƠ chi u dƠi lƠ 1:6 vƠ 1:3, t i tr ng h u c đ c áp d ng cho các h

th ng lƠ 0,519, 1,156, 1,471, 3,049, 4,347, 4,708 vƠ 5.601g/l/d không có s khác

bi t v hi u qu lo i b COD, TSS

Theo Tr ng V n Lung vƠ c ng s (2003) tr ng i h c Khoa h c Hu thì

s d ng ph ng pháp keo t b ng Al2(SO4)3đ x lỦ s b n c th i CBTBS đƣ lo i

đ c 38% ch t r n không hoƠ tan, 28-36% ch t l l ng Ti p theo dùng ph ng pháp

vi sinh v t k khí sau 25 ngƠy có th gi m 94,8% ch t r n l l ng, 86,9% ch t r n

t ng s , 91% BOD5 vƠ 87,6% COD so v i n c th i ch a x lỦ NgoƠi ra, ti p t c s

d ng bèo tơy (bèo Nh t B n) đ x lỦ lƠm SS gi m 1,16%, BOD5gi m 3,82%, COD

gi m 3,52% so v i lúc đ u Nh v y, dùng bèo đ x lỦ b c 3 cho hi u qu r t t t

Tóm l i, có r t nhi u ph ng pháp x lỦ n c th i khác nhau có th áp d ng

đ x lỦ n c th i ngƠnh công nghi p ch bi n tinh b t s n Tùy vƠo qui mô, n ng

l c c ng nh c s h t ng k thu t, kh n ng kinh phí cho phép mƠ l a ch n

ph ng pháp x lỦ cho phù h p

1.3 Ch ph m vi sinh v t x lý n c th i

1.3.1 Quá trình chuy n hóa v t ch t c a vi sinh v t trong n c th i

N c th i m i ra kh i dơy truy n s n xu t thì m t đ vi sinh v t th ng không nhi u Sau m t th i gian, nh ng nhóm vi sinh v t thích nghi đ c v i đ c

tr ng c a n c th i s phát tri n m nh, s l ng vƠ s loƠi d n phong phú h n

Trong n c th i có ch a nhi u nhóm vi sinh v t nh nhóm vi khu n phơn gi i

đ ng Clostridium, Cytophaga sp., các vi khu n gơy th i Proteus vulgaris, B.cereus, các vi khu n oxy hóa l u hu nh Thiobacillus, Beggiatoa, vi khu n ph n nitrat hóa

Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans… (Chu Th Th m vƠ cs, 2006)

Quá trình lƠm s ch n c do các VSV bao g m ba giai đo n sau:

C ba giai đo n nƠy có m i liên quan r t ch t ch v i nhau lƠm n ng đ các

ch t gơy ô nhi m trong n c gi m d n

Tinh b t và quá trình chuy n hoá tinh b t nh vi sinh v t

Tinh b t-(C6H10O5)n-m t lo i polysacarit ch y u trong h t, trong c , trong

qu Tinh b t khi g p thu c th i t s có mƠu t nơu đ đ n xanh Tinh b t đ c

c u t o b i hai thƠnh ph n có c u trúc khác nhau: amylose vƠ amylopectin

Hình 1.3 C u trúc phơn t tinh b t

Amylose lƠ lo i có c u t o xo n, m i vòng xo n g m 6 g c glucose Tr ng

l ng phơn t c a amylose vƠo kho ng 10.000-100.000 dalton (Lê Xuơn Ph ng,

VSV phơn gi i tinh b t có kh n ng ti t ra môi tr ng h enzym amilaza bao

g m 4 enzym: -amilaza (còn g i lƠ endoamilaza), -amilaza, amilo 1,6 glucosidaza

vƠ glucoamilaza D i tác đ ng c a 4 lo i enzym nƠy, phơn t tinh b t đ c phơn

gi i thƠnh đ ng glucoza

ng d ng vi sinh v t sinh enzym thu phơn tinh b t đ c nhi u nhƠ khoa

h c nghiên c u N m 2010, Trung Qu c tác gi Zhou G vƠ cs đƣ nghiên c u s

d ng vi sinh v t đ x lỦ n c th i ch a tinh b t, đ u tiên lƠ s d ng h vi sinh v t

k khí, sau đó s d ng h vi sinh v t h u hi u (EM) hi u khí vƠ tu nghi đ x lỦ

ti p, k t qu lo i tr đ c t i 99 % COD trong n c th i (Zhou G vƠ cs, 2010)

Nit và quá trình chuy n hóa h p ch t Nit trong n c th i

Theo Soratikou vƠ cs (1999), h p ch t Nit trong n c th i t n t i d i các

d ng chính lƠ các h p ch t Nit h u c (protein, peptid, acid amin) vƠ Nit vô c

(NH4+, NO2-, vƠ NO3-) Quá trình chuy n hoá sinh h c ngu n Nit h u c trong t nhiên nh vi khu n, m t ph n l ng Nit nƠy đ c đ ng hóa quay tr l i thƠnh

ngu n Nit h u c trong c u trúc t bƠo (h p thu d i d ng các acid amin, hay nh

n ng l c kh nitrat đ ng hóa các mu i NH4+ vƠ NO3- lƠm ngu n dinh d ng Nit ,

đ t ng h p t bƠo, hay n ng l c t d ng amin có nhi u loƠi vi sinh v t), ph n còn l i trong đi u ki n hi u khí cu i cùng th ng d n t i tích t mu i nitrat (do quá trình oxy hóa-kh sinh h c đ thu nh n n ng l ng c a các vi khu n nitrit vƠ vi

khu n nitrat hoá, v i hai gi ng đi n hình lƠ vi khu n Nitrosomonas, vi khu n

Nitrobacter) Ti p theo, nh quá trình phơn hu sinh h c thi u khí ho c k khí (do

quá trình oxy hóa-kh sinh h c đ thu nh n n ng l ng c a các loƠi vi khu n ph n

nitrat hóa) các mu i nitrat nƠy có th chuy n hóa đ n s n ph m cu i cùng lƠ N2

Quá trình amon hóa protein

Quá trình amon hóa protein lƠ quá trình phơn hu vƠ chuy n hóa protein (c ng nh các s n ph m th y phơn trung gian c a protein) thƠnh NH4

Quá trình chuy n hoá sinh h c protein thƠnh acid amindo nhi u vi sinh v t

hi u khí vƠ k khí có n ng l c sinh t ng h p h enzym proteaza ngo i bƠo gơy ra (Lê Xuơn Ph ng, 2008), theo s đ c ch :

Protein polypeptid peptid acid amin

Quá trình chuy n hoá ti p theo, các acid amin nƠy m t ph n s đ c vi sinh

v t h p thu lƠm ngu n v t li u c u trúc Nit đ sinh tr ng vƠ phát tri n, còn m t

ph n s b chuy n hóa theo c ch kh amin hóa (trong tr ng h p vi sinh v t s

d ng ngu n acid amin nƠy lƠm v t li u ch đ thu nh n m ch khung cacbon vƠo

m c tiêu chuy n hóa ti p t c đ thu n ng l ng sinh h c, ho c đ thu nh n v t li u

c u trúc nên các thƠnh ph n khác không ch a Nit trong t bƠo nh glucid, lipidầ)

K t qu lƠ quá trình kh amin hóa (dezamin) các acid amin đƣ d n đ n xu t hi n vƠ tích t d n NH3 t do, hay d i d ng NH4

+trong môi tr ng

Quá trình nirat hóa

Quá trình nitrat hóa lƠ quá trình oxy hóa ti p t c Nit amon, đ u tiên t o thƠnh nitrit vƠ sau đó t o thƠnh nitrat Quá trình nitrat hóa bao g m 2 giai đo n chính lƠ oxy hóa mu i amon thƠnh NO2- (nitrit hóa), giai đo n oxy hóa nitrit thƠnh

NO3- (nitrat hóa) vƠ quá trình nƠy đ c th c hi n ch y u b i hai nhóm vi khu n t

d ng có n ng l c chuy n hóa vƠ s d ng đ c ngu n n ng l ng thoát ra t quá trình oxy hóa vô c amon vƠ nitrit

Giai đo n 1: giai đo n nitrit hóa

B c đ u tiên c a quá trình nitrat hoá, vi khu n s oxy hoá amoni thƠnh nitrit theo ph ng trình:

NH3 + 1,5O2 NO2- + H+ + H2O

Trong đó, Nitrosomonas lƠ chi ph bi n nh t đ c phát hi n tham gia giai

đo n nƠy, sau đó đ n Nitrosococcus, Nitrosospira vƠ Nitrospira NgoƠi ra,

Nitrosolobus vƠ Nitrosovibrio c ng có th oxy hóa anoni (Leininger S vƠ cs, 2006) Chúng đ u lƠ vi khu n gram ơm, sinh ra các enzym hydroxylamine oxidoreductase (HAO) vƠ ammonia monooxygienase (AMO) đ oxy hóa amoni thu n ng l ng

(Patrick Chain vƠ cs, 2003) Nh ng vi khu n nƠy còn có kh n ng ho t đ ng t t trong môi tr ng có hƠm l ng nitrit cao, mƠ đ i v i vi sinh v t khác thì b c ch

(Ran Y., Kartik C., 2010)

i u đáng chú Ủ n a lƠ trong quá trình nitrit hóa, c ch t NH3 ch không

ph i lƠ NH4+, b i v y quá trình oxy hóa amon x y ra m nh nh t pH trung tính 8,5 ho c ki m khi amoniac d ng không ion hóa (NH3) nhi u h n (Andren D.E.,

7,5-Awwa, 1995)

Giai đo n 2: giai đo n nitrat hóa

ó lƠ giai đo n oxy hóa nitrit thƠnh nitrat do enzym nitritoxydase vƠ cytochrom oxydase xúc tác

NO2- + 0,5O2 NO3

-Nitrobacter lƠ chi ph bi n nh t đ c phát hi n th c hi n giai đo n nƠy NgoƠi ra còn có các vi sinh v t t d ng khác c ng có kh n ng oxy hoá nitrit thƠnh

nitrat nh : Nitrococcus, Nitrospira… (Watson S.W., 1991) Nhìn chung, vi khu n

nitrat hóa có th phát tri n đ c trong đi u ki n hi u khí, vƠ c trong môi tr ng

h n ch oxy Các ch ng vi khu n Nitrobacter có th phát tri n trong môi tr ng t p

d ng ho c d d ng, nh ng các ch ng Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina th ng

l i không phát tri n đ c trên môi tr ng d d ng cacbon

Theo Philips S vƠ cs (2002), vi khu n oxy hóa amoni (AOB) sinh ra n ng

l ng l n h n vi khu n oxy hóa nitrit (NOB) trong quá trình oxy hóa nên có t c đ

t ng tr ng t t h n Các vi khu n nƠy ho t đ ng đ c trong môi tr ng có hƠm

l ng oxy hòa tan th p vƠ Nitrosomonas có pH t i u lƠ 8,1, Nitrobacter lƠ 7,9

(Grunditz C., 2001)

Quá trình ph n nitrat hóa

LƠ quá trình chuy n hóa NO3-thƠnh N2đ bù tr l i Nit cho không khí đ c

g i lƠ quá trình ph n nitrat hóa (Scott C K., 1993) Trong t nhiên có 2 d ng kh

nitrat:

Quá trình đ ng hóa (amon hóa nitrat): lƠ quá trình kh nitrat thƠnh NH4+

Quá trình nƠy x y ra m t s vi khu n nh Bacillus, E coli, Aerobacter vƠ nhi u loƠi vi sinh v t khác Quá trình x y ra trong đi u ki n hi u khí vƠ có ch c n ng cung c p amon cho t bƠo dùng t ng h p acid amin

Quá trình d hóa (ph n nitrat hóa): lƠ quá trình kh NO3- ho c NO2- thƠnh Nit phơn t , ch di n ra trong đi u ki n vi hi u khí vƠ đi u ki n k khí d i s tác

đ ng c a các enzym nitrat reductase, nitrit reductase, nitrioxit reductase vƠ nitrousoxit reductase (Kh Elbanna vƠ cs, 2012), theo s đ chuy n hóa sau:

Quá trình ph n nitrat hóa đ c th c hi n v i s tham gia c a các vi khu n

Pseudomonas, Azospirillum, Alcaligienes, Rhodopseudomonas, Propionibacterium,

Achromobacter, Micrococcus, Paracoccusầ Bên c nh m t s vi khu n l u hu nh

nh Thiobacillus, Sulfomonas thì vi khu n Rhizobium c ng có kh n ng kh Nit trong tr ng h p môi tr ng thi u oxy, vi khu n nƠy có th oxy hóa nitrat thƠnh

n ng l ng cho c th (Moir J.W.B., 2011) Các vi khu n ph n nitrat hóa có vai trò quan tr ng trong x lỦ n c th i, vì chúng lo i b ngu n Nit liên k t đ c h i đ i

v i môi tr ng sinh thái Trong môi tr ng n c th i, nitrit vƠ nitrat th ng t n t i

d i d ng mu i c a các kim lo i ki m vƠ ki m th Trong quá trình phơn gi i các

mu i kali, natri, canxiầ s kèm theo hình thƠnh các mu i cacbonat vƠ ki m Vì th , quá trình ph n nitrat hóa th ng kèm theo s ki m hóa môi tr ng

Nitrat reductase Nitrit reductase Nitrioxit reductase Nitrousoxit reductase

Phospho và quá trình chuy n hóa h p ch t Phospho trong n c th i

Cùng v i Nit , Phospho lƠ dinh d ng c n thi t cho c th s ng M c dù

Phospho không thu c lo i ch t đ c h i đ i v i con ng i nh ng khi t n t i trong

n c th i n ng đ quá cao khi x tr c ti p ra môi tr ng mƠ không qua x lỦ s gơy ra hi n t ng phú d ng ngu n n c, gơy nh h ng nghiêm tr ng t i môi

tr ng

Trong n c th i, Phospho t n t i c d ng Phospho vô c (orthophosphat

PO43-), polyphosphat, vƠ Phospho h u c (axit nucleic, inositol phosphat, phytinầ),

nh ng ch y u lƠ d ng orthophosphat (Charles P., 2003)

T t các d ng polyphosphat (Phosphat ng ng t m ch th ng PnO3n+1(n+2)-) đ u chuy n hóa v d ng orthophosphat trong môi tr ng n c, quá trình chuy n hóa

đ c thúc đ y b i nhi t đ vƠ trong môi tr ng axit Polyphosphat b phơn h y nhanh nh quá trình th y phơn nh sau:

P3O105- + 2H2O = 2HPO42- + H2PO4

Các Phospho h u c c ng đ c oxy hóa vƠ th y phơn thƠnh d ng orthophosphat Các ion Phosphat trong n c th ng b th y phơn theo 3 b c sau đơy (do H3PO4 có 3 n c phơn ly)

PO43- + 2H2O HPO42- + OH- HPO42- + H2O H2PO4- + OH-

H2PO4- + H2O H3PO4 + OH-

Theo Richard I Sedlak (1991) vi c lo i b Phospho trong n c th i b ng con đ ng sinh h c d a vƠo kh n ng c a vi sinh v t có kh n ng chuy n hóa vƠ tích l y m t l ng l n Phospho d i d ng polyphosphat (h t volutin) trong t bƠo

c a chúng Nh ng vi sinh v t nƠy có kh n ng lo i b các h p ch t axit béo đ n

gi n sinh ra trong đi u ki n k khí vƠ đ ng hóa thƠnh các s n ph m d tr

polyhydroxybutyrate (PHB) trong các t bƠo c a vi sinh v t Quá trình nƠy liên quan đ n vi c gi i phóng Phospho Trong đi u ki n hi u khí, n ng l ng đ c s n sinh nh quá trình oxy hóa c a các s n ph m d tr (PHB) vƠ các polyphosphat

đ c t ng h p vƠ hình thƠnh glycogien vƠ k t qu vi sinh v t h p th m t l ng l n

Phospho vƠ d tr d i d ng h t polyphosphat trong t bƠo, do đó sinh tr ng c a

vi sinh v t đ c t ng lên (Bdrjanovic vƠ cs, 1997)

Phospho không ch cung c p cho ho t đ ng s ng c a vi sinh v t mƠ còn đ c tích l y đ vi sinh v t s d ng khi c n thi t Trong qua trình x lỦ n c th i, n u sau vùng k khí lƠ vùng hi u khí thì vi sinh v t s h p thu vƠ tích l y Phospho trên

m c bình th ng nh m s d ng khi c n thi t (Kong Y vƠ cs, 2005)

Xyanua và s chuy n hóa xyanua nh vi sinh v t

Xyanua (CN-) lƠ anion c a xyanhydric axit có công th c lƠ C=N, m t ch t hóa h c r t đ c h i đ i v i sinh v t s ng (T ch c Y t Th gi i, 2004)

Trong t nhiêu, h p ch t xyanua có th đ c tìm th y trong h n 3.000 loƠi

th c v t, đ ng v t, vi khu n vƠ n m Th c v t s n sinh xyanua nh m t c ch phòng v ch ng l i đ ng v t n c (Randviir vƠ cs, 2015)

Trong s n, xyanua t n t i d i d ng xyanogenic glycoside g m hai ch t lƠ

linamarin vƠ lotaustralin Ch t nƠy b th y phơn t nhiên b i men linamarase t o thƠnh xyanhytric axit (HCN) lƠ ch t gơy đ c cho c th Các gi ng s n ng t ch a

80-110 mg HCN/kg lá t i vƠ 20-30 mg HCN/kg c t i Gi ng s n đ ng ch a

160-240 mg HCN/kg lá t i vƠ 60-150 mg HCN/kg c t i Trong c s n, đ c t xyanua th ng ch t p trung hai đ u, v vƠ lõi c s n Tu theo gi ng, v c , lõi

c , th t c , đi u ki n đ t đai, ch đ canh tác, th i gian thu ho ch mƠ hƠm l ng HCN có khác nhau

Xyanua r t đ c, nh ng may m n lƠ nó l i d b phơn h y b i nhi u tác nhơn

lỦ hóa, xyanua r t d b oxy hóa b i nh ng ch t thông th ng nh clo, n c oxy giƠ, phóc môn, thu c tímầvƠ ngay c v i oxy trong không khí c t xyanua c ng

r t d tan trong n c Xyanua trong th c ph m d dƠng b phá h y b i nhi t đ , d

b c h i bay đi ho c đ c r a s ch b ng n c

Nhi u vi sinh v t đƣ đ c nghiên c u có th chuy n hóa h p ch t xyanua đ n

gi n vƠ ph c t p đ t o thƠnh h p ch t ít đ c h i h n Xyanua c ng có th đ c vi sinh v t s d ng lƠm ch t dinh d ng (ngu n carbon vƠ ngu n nit ) cho s t ng

tr ng c a chúng, vì v y cung c p ngu n carbon bên ngoƠi không còn c n thi t cho