NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU

Để giảm thiểu ô nhiễm của loại nước thải này, thường dựa vào sự phân hủy các hợp chất hữu cơ của các VSV có trong tự nhiên.. Phần nhiều các hợp chất protein bình thường bao quanh các hạt

  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ

LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD

TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU

     

Tháng 06/2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Tp.HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT HIẾU KHÍ

LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ BOD, COD

TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU

     

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:

hoàn thành tốt khóa luận

Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trường

ThS.Trương Phước Thiên Hoàng, ThS.Huỳnh Vĩnh Khang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực tập và hoàn thành khoá luận

phần cao su Phước Hòa đã nhiệt tình hổ trợ trong quá trình lấy mẫu phục vụ đề tài

tôi, giúp đỡ, động viên, chia sẻ cùng tôi trong thời gian thực tập cũng như trong suốt những năm học vừa qua

Lâm Thủ Đô

TÓM TẮT

 

Nước thải cao su thuộc loại gây ô nhiễm nghiêm trọng do chứa hàm lượng chất

hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường sống của con người Để giảm thiểu ô nhiễm của loại nước thải này, thường dựa vào sự phân hủy các hợp chất

hữu cơ của các VSV có trong tự nhiên Vì vậy đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sử dụng

vi sinh vật hiếu khí làm giảm nồng độ BOD, COD trong chế biến mủ cao su” đã được

thực hiện

Phân lập được 6 chủng vi sinh vật trong nước thải sau bể hiếu khí, 6 chủng vi

sinh vật trong bể kị khí, 9 chủng trong mô hình ĐNNKT

Trong tất cả các chủng chọn ra được 4 chủng (A1, B2, C2, C3) có khả năng phân giải protein trên môi trường có cơ chất cảm ứng casein Chọn các chủng này đem

xử lí nước thải mủ cao su sau khi xử lí qua mô hình ĐNNKT trong vòng 10 ngày

Mỗi nghiệm thức bổ sung 1% dung dịch VSV, khảo sát nồng độ BOD và COD trong 10 ngày Hiệu suất xử lí của các nghiệm thức tương đối cao

SUMMARY

Wastewater from rubber processing contaminates serious contains high concentrations of organic matter, and cause bad odors after anaerobic decomposition that affects aquatic ecosystem organisms, receiving water, and human habitat The active organic matter decomposition of nature microorganisms could be applied to limit contanmination for the kind of wastewater So the project : “Research using aerobic microorganisms capable of reducing BOD, COD in the process of ” was carried

We isolated 6 strains of bacteria in aerobic tank, 6 strains of bacteria in anaerobic tank and 9 strains in wetland system 4 species of them (A1, B2, C2, C3) were the best of capable of protein degradation, the strains selected for use in wastewater treatment has been pre-treated through Wetland System

Each treatment added 1% bacteria solution and surveyed BOD, COD in 10 days Efficiency was relatively high

Keyswords: Wastewater from rubber, Microorganisms, BOD, COD

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt ii

Summary iii

Mục lục iv

Danh sách các từ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Yêu cầu 2

1.3 Nội dung đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về cao su thiên nhiên 3

2.1.1 Lịch sử phát hiện cây cao su 3

2.1.2 Tiến bộ khoa học và công nghiệp cao su trên thế giới 4

2.1.3 Sơ lược về trồng cao su trên thế giới 4

2.1.4 Trạng thái tự nhiên 5

2.1.5 Phân loại cây cao su 6

2.1.6 Tình hình khai thác và chế biến latex cao su Hevea brasiliensis 6

2.1.7 Thành phần và cấu tạo của mủ cao su 7

2.2 Quy trình chế biến mủ cao su 9

2.2.1 Công nghệ chế biến mủ ly tâm 9

2.2.2 Công nghệ chế biến mủ tờ 10

2.2.3 Công nghệ chế biến Cao su cốm 11

2.3 Thành phần và tính chất của nước thải cao su 12

2.3.1 Thành phần hóa học 12

2.3.2 Tính chất đặc trưng của nước thải 13

2.4 Các vấn đề môi trường 15

2.4.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy 15

2.4.1.1 Ô nhiễm nước 15

2.4.1.2 Ô nhiễm không khí 15

2.4.1.3 Chất thải rắn 16

2.4.2 Đánh giá mức ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su 16

2.4.3 Vấn đề tồn tại trong xử lí nước thải chế biến mủ cao su 17

2.5 Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học 17

2.5.1 Hệ VSV trong nước thải 17

2.5.2 Cơ chế và các vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ 18

2.5.2.1 Quá trình phân hủy hiếu khí 18

2.5.2.2 Quá trình phân hủy kị khí 20

2.5.3 Các phương pháp xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học 22

2.5.3.1 Các phương pháp xử lí kị khí 22

2.5.3.2 Các phương pháp xử lí hiếu khí 23

2.5.3.3 Các phương pháp xử lí hiếu khí kết hợp kị khí 25

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

3.1 Thời gian và địa điểm 26

3.2 Vật liệu 26

3.3 Phương pháp thí nghiệm 26

3.3.1 Phương pháp lấy mẫu 26

3.3.2 Phương pháp phân lập 27

3.3.3 Khảo sát đặc điểm sinh hóa VSV phân lập 27

3.3.4Khảo sát khả năng phân giải protein của các chủng VSV 27

3.3.5 Tăng sinh và xác định mật độ tế bào VSV 27

3.3.6 Nghiệm thức xử lí nước thải 28

3.3.7 Phươg pháp phân tích các chỉ tiêu 29

3.3.8 Cách tính hiệu suất xử lí 29

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Kết quả phân lập VSV trong hệ thống xử lí nước thải và mô hình ĐNNKT 30

4.1.1 Kết quả phân lập VSV trong nước thải mủ cao su đã được xử lí qua bể kị khí 30

4.1.2 Kết quả phân lập VSV trong nước thải mủ cao su đã được xử lí qua bể hiếu khí 32 4.1.3 Kết quả phân lập VSV trong mô hình ĐNNKT trước khi xử lí nước thải 35

4.1.4 Kết quả phân lập VSV trong mô hình ĐNNKT sau khi xử lí nước thải 36

4.2 Khảo sát khả năng phân giải protein của các chủng VSV 38

4.3 Xây dựng mô hình xử lí nước thải 39

4.4 Kết quả xử lí nước thải của các chủng đã phân lập 41

4.4.1 Kết quả khảo sát chỉ tiêu màu và mùi 41

4.4.2 Kết quả khảo sát chỉ tiêu BOD của các nghiệm thức sau 10 ngày 42

4.4.3 Kết quả khảo sát chỉ tiêu COD của các nghiệm thức sau 10 ngày 43

4.4.4 Kết quả khảo sát chỉ tiêu pH của các nghiệm thức sau 10 ngày 44

4.4.5 So sánh hiệu suất xử lí của các chủng VSV 44

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Đề nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ĐNNKT: Đất ngập nước kiến tạo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Sản lượng cao su Việt Nam từ năm 1995 đến 2011 6

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của mủ cao su 8

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su 12

Bảng 2.4 Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến ngành cao su 13

Bảng 2.5 Đặc điểm nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao su miền nam 13

Bảng 2.6 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su 14

Bảng 3.1 Nghiệm thức xử lí nước thải 28

Bảng 4.1 Đặc điểm các khuẩn lạc, chủng VSV từ nước thải mủ cao su sau bể kị khí 30

Bảng 4.2 Đặc điểm sinh hóa các khuẩn lạc trong nước thải mủ cao su sau bể kị khí 31

Bảng 4.3 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV từ nước thải mủ cao su sau bể hiếu khí 33

Bảng 4.4 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong nước thải mủ cao su sau bể hiếu khí 34

Bảng 4.5 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV ở bể ĐNNKT trước khi xử lí nước thải 35

Bảng 4.6 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong ĐNNKT trước khi xử lí nước thải 35

Bảng 4.7 Đặc điểm khuẩn lạc, chủng VSV ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải 37

Bảng 4.8 Đặc điểm sinh hóa chủng VSV trong ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải 37

Bảng 4.9 Kích thước vòng phân giải protein của các chủng VSV 39

Bảng 4.10 Kết quả nồng độ BOD, COD sau 14 ngày xử lí nước thải ở ĐNNKT 39

Bảng 4.11 Giá trị BOD, COD của nước thải mủ cao su sau 10 ngày xử lí ở ĐNNKT 40

Bảng 4.12 Nghiệm thức xử lí nước thải 41

Bảng 4.13 Kết quả giá trị nồng độ BOD của các nghiệm thức sau 10 ngày 42

Bảng 4.14 Kết quả giá trị nồng độ COD của các nghiệm thức sau 10 ngày 43

Bảng 4.15 Kết quả giá trị pH của các nghiệm thức sau10 ngày 44

Bảng 4.16 Hiệu suất xử lí BOD, COD của các nghiệm thức 44

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Sơ đồ chế biến mủ ly tâm 10

Hình 2.2 Sơ đồ chế biến mủ tờ 11

Hình 2.3 Sơ đồ chế biến mủ cốm 11

Hình 4.1 Khuẩn lạc trên môi trường NA từ nước thải mủ cao su sau xử lí bể kị khí 31

Hình 4.2 Nhuộm gram chủng VSV nước thải mủ cao su sau bể kị khí dưới 100X 31

Hình 4.3 Khuẩn lạc trên môi trường NA từ nước thải mủ cao su sau xử lí bể hiếu khí 33

Hình 4.4 Hình thái chủng VSV nước thải mủ cao su sau bể kị khí dưới 100X 34

Hình 4.5 Khuẩn lạc có trong mô hình ĐNNKT sau 14 ngày xử lí nước thải 36

Hình 4.6 Bố trí nghiệm thức xử lí nước thải 40

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được bàn luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Trái đất, ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần nguồn tài nguyên, nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay là do các hoạt động kinh tế và xã hội Các hoạt động này, một mặt đã cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác đem lại hàng loạt các vấn đề như: khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới.hết trong những lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu

Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu của nước ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng lớn Theo xu hướng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao su ngày càng tăng Ngoài tiềm năng công nghiệp, cây cao su còn có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ tài nguyên đất tránh rửa trôi, xói mòn, giảm ô nhiễm môi trường Những năm gần đây, cao su trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu chiến lược mang lại hàng trăm triệu USD cho đất nước, giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm việc trong nhà máy và hàng trăm ngàn công nhân làm việc trong các nông trường cao

su Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế chỉ là điều kiện cần và sẽ không bền vững nếu không kết hợp yếu tố môi trường và xã hội Ở nước ta, ước tính hàng năm ngành chế biến mủ

hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như BOD, COD, ammonium, photpho… rất cao Hàm lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/l, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/l (Nguyễn Hữu Trí, 2004) được xả ra nguồn tiếp nhận mà chưa được xử lí hoàn toàn, ảnh hưởng trầm trọng đến thủy sinh vật trong nước, chất lượng nước, gây ô nhiễm nước nghiêm trọng

Do đó, cần phải có những phương pháp xử lí nước thải cao su một cách hiệu quả nhằm giảm thiểu nguy cơ ô nhiểm môi trường Đặc biệt là các phương pháp sinh học ít tốn kém và cho hiệu quả xử lí cao

1.2 Yêu cầu đề tài

Cùng với hệ thống ĐNNKT xây dựng thành công mô hình xử lí nước thải mủ cao su

Nước thải cao su sau khi được xử lí phải đạt chuẩn BOD và COD đầu ra loại B theo quy định của bộ tài nguyên và môi trường

1.3 Nội dung đề tài

Lấy mẫu nước thải chế biến cao su ở các giai đoạn khác nhau (sau bể kị khí, sau

bể hiếu khí, trong mô hình ĐNNKT trước và sau khi xử lí) Sau đó tiến hành quan sát hình thái, nhuộm gram, thực hiện một số phản ứng sinh hóa các chủng VSV vừa phân lập được từ các mẫu nước trên Tiếp theo tiến hành thử khả năng phân giải protein của các chủng VSV trên môi trường có chất cảm ứng casein, để từ đó chọn ra các chủng có khả năng phân giải mạnh nhất Cho các chủng này tham gia vào quá trình xử lí nước

1% dịch VSV trong mỗi 15 lít nước thải Theo dõi các chỉ tiêu BOD, COD qua các ngày xử lí để từ đó đánh giá khả năng xử lí của các chủng So sánh giữa các nghiệm thức bổ sung VSV và nghiệm thức đối chứng, chọn ra nghiệm thức xử lí nước thải mủ cao su tốt nhất dựa trên hiệu suất xử lí nồng độ BOD và COD sau 10 ngày xử lí Kiểm tra BOD, COD đầu ra của nước thải mủ cao su được xử lí ở các nghiệm thức có đạt chuẩn đầu ra theo tiêu chuẩn loại B của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định đối với nước thải mủ cao su

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

 

2.1 Tổng quan về cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ mủ

(latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis

Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao su thiên nhiên là

những nhánh ngang tác dụng như cái móc Các mạch đó xoắn lại với nhau, móc vào bằng những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn, mạch cacbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi

Thành phần và tính chất của cao su thiên nhiên sẽ được khảo sát ở các phần sau

2.1.1 Lịch sử phát hiện cây cao su

Người Âu châu đầu tiên biết đến cao su có lẽ là Christophe Colomb Theo nhà viết sử Antonio de Herrera thuật lại, trong hành trình thám hiểm sang châu Mỹ lần thứ hai, ông Christophe Colomb có biết tới một trò chơi của dân địa phương Haiti là sử dụng quả bóng từ chất nhựa có tính đàn hồi, kích thước bằng quả bóng hiện nay, tung chuyền qua lỗ khoét trên tường to bằng vai, cùi tai hoặc bắp vế Trò chơi này được chứng minh qua khai quật khảo cổ nghiên cứu nền văn minh Maya ở cùng Trung Mỹ, với những di tích bãi bóng cùng với vật dụng cao su thế kỷ XI

Mãi đến năm 1615, con người mới biết tới cao su qua sách có tựa đề “De la monarquia Indiana” của Juan de Torquemada viết về lời ích và công dụng phổ cập của cao su, nói đến chất có tên là “uléi” do dân địa phương Mexico chế tạo từ mủ cây gọi

là “ule” mà họ dung làm vải quần áo không thấm nước

Tuy nhiên, mãi hơn 1 thế kỷ sau, lợi ích và công dụng của cao su mới được biết tới do hai nhà bác học Pháp là ông La Condamine và ông Fresneau François Fresneau

có những mô tả tường tận về cây cao su và cho biết không ngừng tìm những nơi sinh trưởng cây cao su, nghiên cứu cách chiết tách rút cao su, và chính ông là người đầu tiên đề nghị sử dụng nguyên liệu này

Tính đến ngày nay, cây chứa nhiều mủ cao su có rất nhiều loại, mọc rải rác

khắp quả đất, nhất là ở vùng nhiệt đới Có cây thuộc giống to lớn như cây Hevea brasiliensis hay giống Ficus, có có cây thuộc loại dây leo (như giống Landolphia), có

cây thuộc giống cỏ,

2.1.2 Tiến bộ khoa học và công nghiệp cao su trên thế giới

Vấn đề hòa tan cao su với dung môi là ether và tinh dầu thông (essence de térébenthine) được định vào năm 1761 (17 năm sau khi ông La Condamine trở về) nhờ hai nhà bác học Pháp là Hérisant và Macquer

Sau thời kỳ chế biến vật dụng từ dung dịch, đến thời kỳ Thomas Hancock (Anh) khám phá ra“quá trình nghiền hay cán dẻo cao su”từ những lần quan sát công việc làm năm 1819, ông đã giữ bí mật suốt nhiều năm Hancock phát minh ra “quá trình cán dẻo”, đây là một phát minh có tầm quan trọng do công lao của ông Công cuộc nghiền dẻo với máy Pickle ngày nay được gọi là “sự dẻo hóa cao su” được thực hiện với máy nhồi cán

Phải đến 20 năm sau, năm 1831 Charles Goodyear (Hoa Kỳ) phát minh “quá trình lưu hóa cao su” Chính nhờ phát minh này mà nền công nghiệp cao su trên thế giới phát triển vượt bật

“Quá trình lưu hóa cao su” là tiền đề khám phá ra chất xúc tiến lưu hóa, chất

chống lão hóa, chất độn tăng cường lực cao su, các phương pháp chế biến cao su

2.1.3 Sơ lược về trồng cao su trên thế giới

Sau khi phát minh lưu hóa cao su, kỹ nghệ chế biến cao su phát triển mạnh mẽ,

do đó nhu cầu nguyên liệu cao su càng lúc càng tăng cao, nhưng Brazil lại không đủ cung cấp cho các nước công nghiệp, sản lượng rất thấp lại chỉ khai thác toàn cây cao

su mọc hoang ở rừng, mà họ lại không cho xuất khẩu hạt giống Anh quốc có các thuộc địa muốn phát triển ngành cao su nên đã ra lệnh lấy cắp hạt giống cao su Brazil đem về trồng tại Malayxia và Brunei (1881); và từ đó phát triển thành các đồn điền ở Indonexia, Srilanka Giống cây được chọn để lấy cắp hạt giống là cây cao su Hevea brasiliensis euphorbiaceae và người nhận nhiệm vụ này là hai ông Wickham và Cross

Cây cao su lần đầu tiên được du nhập vào Đông Dương là do ông J.B Louis Pierre đem trồng tại thảo cầm viên Sài Gòn năm 1877, những cây này hiện đã chết Kế

đó năm 1877, dược sĩ Roul lấy những hạt giống ở Java (giống cây xuất xứ từ hạt giống Wickham và Cross lấy cắp) đem về gieo trồng tại Ông Yệm (Bến Cát) Ta cũng kể một

số đồn điền do Bác sĩ Yersin lấy giống ở Colombo (Srilanka) đem gieo trồng ở khoảnh đất của Viên Pasteur tại Suối Dầu (Nha trang) năm 1899 – 1903 Từ đó các đồn điền được mở rộng như đồn điền Suzannad với hạt giống sản xuất tại Ông Yệm (1907), đồn

điền Cexo tại Lộc Ninh (1912), đồng điền Michelin (1952), SIPH (1952) và rất nhiều đồn điền khác sau này

Tại Châu Phi, cây cao su Hevea brasiliensis được gieo trồng thành đồn điền lớn

ở các xứ Liberia, Congo Belga, Nigeria, Cameroon, Côte d’Ivoire, những xứ thích hợp với những loại cây cao su này

Cây cao su là một loại cây công nghiệp rất quan trọng về mặt kinh tế nên các nước trên thế giới đua nhau tìm các gieo trồng; nó còn có tính chiến lược như vào cuối thế chiến thứ hai, Nhật xâm lăng các nước Đông Nam Á (nơi chiếm 90% diện tích trồng cao su lúc bấy giờ), để cho Đồng minh không có nguyên liệu và cho đến nay cao

su vần con là một loại nguyên liệu quan trọng dù cho các loại nhựa dẻo, cao su tổng hợp đang phát triển mạnh ở khắp thế giới

2.1.4 Trạng thái tự nhiên

Cao su thiên nhiên sinh ra một số loại thực vật có khả năng tạo ra latex Chức năng này là điều kiện cần để có cao su, nhưng không hẳn những những cây tiết ra mủ đều có chứa cao su

Chức năng latex trong các nhu mô thực vật biểu thị đăc tính qua sự hiện hữu của tế bào chuyên biệt gọi là tế bào latex, tiết ra một dịch gọi là dịch latex Tùy theo loại cây cao su, latex cũng có nhiều loại cây khác nhau: bản chất cấu tạo gồm dung dịch vô cơ và hữu cơ có chứa các tiểu cầu cao su ở dang nhũ tương

Tùy theo trường hợp, latex cao su có chứa:

Ở dạng dung dịch: nước, các muối khoáng, acid, các muối hữu cơ, glucid, hợp chất phenolic, alcaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch muối

Ở dạng dung dịch giả: các protein, phytosterol, chất màu, tannin, enzyme

Trong trường hợp của cây cao su Hevea brasiliensis, hàm lượng cao su trong

latex thay đổi từ 50% –  60% trong mạch tùy theo mùa và trạng thái sinh lí của cây Latex thu qua lối cạo mủ có nồng độ thấp hơn từ 30% –  40% Những chất cấu tạo phi

latex phi cao su của cây Hevea brasiliensis ở dạng dung dịch hay nhũ tương chỉ chiếm

5% trong tổng trọng khối latex, nhưng chúng lại có ảnh hưởng tới cơ lí tính và hóa tính của cao su Ngược lại, latex của đa số cây cao su khác có chứa nhiều chất khác với tỉ lệ

lớn, đặc biệt là lipid và nhựa mà đôi khi ta cần loại bỏ để có thể dung được (trường

hợp của parthenium agentatum hay guayule)

2.1.5 Phân loại cây cao su

Trong thiên nhiên có rất nhiều cây cao thuộc nhiều loại thực vật khác nhau chưa

kể có loại cây cho ra chất tương tự cao su như cây gutta-percha và balata Chúng thích

hợp với khí hậu vùng nhiệt đới, đặc biệt la miền Bắc Nam Mỹ, Brazil, Trung Mỹ, châu Phi từ Maroc đến madagasca, Srilanka, miền Nam Ấn, Việt nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaysia và Indonesia

Trong những loại cây cao su, đặc biệt loại được ưa chuộng nhất là cây Hevea brasiliensis, cung cấp khoảng 95% – 97% cao su thiên nhiên trên thế giới

Nói chung, cây cao su trên thế giới thuộc vào 5 họ thực vật sau: Euphorbiacéae, Moracéae, Apocynacéae, Asclépiadacéae và Composées

Trong đó cây cao su thuộc họ Euphorbiacéae bao gồm Hevea, Manihot, Sapium và Euphorbia Cây cao su thuộc họ Moracéae gồm Ficus và Castilloa Cây cao su thuộc họ Apocynacéae sinh trưởng chủ yếu ở châu phi chủ yếu là Funtumia, Landolphia, Hancorna Dyera Cây cao su thuộc họ Asclépiadacéae, họ này rất gần với

những họ trước nhưng lại không có lợi ích về sản xuất cao su Cây cao su thuộc họ

Composées được sử dụng nhiều nhất là loại Kok-saghyz và guayule, những loại cây khác chỉ có ý nghĩa lịch sử như: Scorzonera, Chondrilla, Solidago, Chrysothammus

mà người ta định khai thác vào thế chiến thứ hai

Cây cao su được du nhập vào VN được trên 110 năm (kể từ 1897) Thời rực

rỡ của trồng và sản xuất cao su thiên nhiên ở Việt Nam là các năm 1920 – 1940

Cao su luôn là ngành xuất khẩu mũi nhọn của nước ta Đồng thời, việc gia nhập WTO đã mang lại những ảnh hưởng tích cực và tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc xuất khẩu các sản phẩm cao su của Việt Nam

2.1.6 Tình hình khai thác và chế biến latex cao su Hevea brasiliensis

Bảng 2.1 Sản lượng cao su Việt Nam từ năm 1995 đến 2011

Đến hết năm 2011, diện tích cao su của Việt Nam đạt xấp xỉ 850.000 ha, gồm cao

su quốc doanh, cao su tiểu điền và các thành phần kinh tế khác Diện tích cao su ở Việt Nam tập trung chủ yếu ở vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ do những nơi này có khí hậu thuận lợi và nguồn đất đỏ bazan phong phú thuận lợi cho canh tác cây công nghiệp dài ngày đặc biệt là cây cao su

Năng suất cao su của Việt Nam hiện xếp thứ 2 thế giới, thứ 5 về sản lượng và thứ 4

về lượng cao su xuất khẩu

Sản phẩm của Tập đoàn Công nghiệp cao su Việt Nam đa dạng về chủng loại và mẫu mã, chất lượng ngày càng được nâng cao, được khách hàng tin cậy và tín nhiệm, hiện xuất khẩu hơn 70 quốc gia và vùng lảnh thổ trên thế giới

2.1.7 Thành phần và cấu tạo của mủ cao su

Mủ từ cây cao su là một huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su Cao su này là một Hydrocacbon có cấu tạo hóa học là 1,4 – sis – polyisopren, có mặt trong mủ cao su dưới dạng các hạt nhỏ được bao phủ bởi một lớp các phospholipid và protein Kích thước các hạt nằm trong khoảng 0,02 µm đến 0,2 µm Nước chiếm khoảng 60% trong mủ cao su và khoảng 5% còn lại là những thành phần khác của mủ, gồm có khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng 4,3% là chất thải hữu cơ

Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanh hoặc serium Hạt cao su hình cầu có đường kính d < 0,5 µm chuyển động hỗn

hạt cao su, bao quanh các hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định

Thành phần hóa học của latex:

Cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên :

của carbonhydrate

Thành phần của mủ cao su khá đa dạng bao gồm: nước, cao su, protein, quebrachilol, acid béo, và các chất vô cơ Trong đó nước và cao su là 2 thành phần chính chiếm hơn 95% khối lượng của mủ cao su Tỉ lệ các thành phần trong mủ cao su được thể hiện trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của mủ cao su

Thành phần Phần trăm (%)

Protein 2% Quebrachilol 1%

Chất vô cơ 0,5%

(Nguyễn Hữu Trí, 2004)

Hydrocacbon cao su: pha phân tán chủ yếu gồm có 90% hydrocacbon cao su

với công thức nguyên là (C5H8)n

Đạm: chủ yếu là protein hay những chất dẫn xuất từ quá trình dehydrate hóa

enzyme Một latex tươi có hàm lượng cao su khô là 40% thì đạm khoảng 2%, trong đó

protein chiếm từ 1% đến 5% Tỉ lệ này theo đổi theo thành phần bách phân của cao su

trong latex Từ năm 1927, Bishop cô lập được 3 phần phân biệt mà ông đặt tên là

protein A, B và C Midgley đã chứng minh toàn bộ các protein này ứng với công thức

Ngày nay người ta thừa nhận latex có chứa các hợp chất đạm như sau: arginin,

acid, acid aspartic, acid glutamic, alanin, cystin, cholin, colamin, glycin, histidin,

hydroxyprolin, isoleucin, leucin, methionin, methylamine, ornithin, prolin,

phenylalanine, stachydrin, tryptophan, tryosin, trigonellin, turicin, valin

Phần nhiều các hợp chất protein bình thường bao quanh các hạt tử cao su trong

latex tươi đã thu hoạch có thể loại trừ được qua nhiều quá trình xử lí khác nhau như:

Latex pha loãng ra có sự hiện hữu của savon (như oleate po-tassium), kế

đó đem ly tâm hoặc crème hóa (phương pháp crémage), công việc này làm đi làm

lại nhiều lần

Latex đem nung có sự hiện diện của xút ăn da

Latex cho xử lí bởi enzyme như trypsin

Nhưng trong các phương pháp kể trên chưa có phương pháp nào có thể loại trừ

được hoàn toàn phân tử protein mà các hạt tử cao su giữ lại, luôn luôn còn sót lại ít nhất

là 0,02% đến 0,03% protein, bởi lý do này mà người ta tin rằng có các nhóm chức hóa học liên kết với cao su vì thế không thể loại bỏ hoàn toàn protein trong mủ cao su

Lipid: trong latex, lipid và dẫn xuất của chúng chiếm vào khoảng 2%, ta có thể trích ly được bằng rượu hay acetone Lipid thường bị hiểu lầm là chất nhựa

Glucid: trong lúc protein và lipid đều ảnh hưởng đến tính chất của latex, thì glucid cấu tạo chủ yếu từ những chất tan được (tỉ lệ glucid chiếm từ 2 – 3% trong latex) lại không quan hệ gì đến một tính chất nào của latex Các glucid chính được tìm thấy trong thầy phần củalatex là:

Quebrachitol (1-methyl inositol) Dambonite: 1,2-dimethyl inositol Dambose: inositol

Khoáng: E.R Baufils là người đã nghiên cứu toàn bộ ảnh hưởng của kim loại trong latex Tỉ lệ của các nguyên tố được nghiên cứu trong tổng lượng khoáng: K (58%), Mg (24%), P (17%), Ca (1%), Cu (1,7 mg/l latex), Fe thường không ổn định,

Mn không quá 0,1 mg cho mỗi gam chất khô, Rubidium (Rb) có khoảng 70 mg trong 1 lít latex

2.2 Quy trình chế biến mủ cao su

Ở Việt Nam hiện nay có 3 công nghệ chính đang áp dụng trong thực tế: công nghệ chế biến mủ ly tâm, công nghệ chế biến mủ cốm và công nghệ chế biến mủ tờ Sau khi qua sơ chế, dưới tác động của sự cắt xé cơ học, các phân tử carbon hydro sẽ cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra độ dẻo tăng chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngậm chất độn và phụ gia

2.2.1 Công nghệ chế biến mủ ly tâm

Mủ nước có khoảng 30% hàm lượng cao su khô và 65% nước còn lại là các chất phi cao su Trong công nghệ ly tâm do sự khác nhau về tỷ trọng giữa cao su và nước, các hạt cao su dưới dạng serum được tách ra nhờ lực ly tâm để sản xuất ra mủ ly tâm tiêu chuẩn với 60% DRC Mủ ly tâm sau đó được xử lí với các chất bảo quản phù hợp

và đưa vào bồn lưu trữ để ổn định tối thiểu từ 20 – 25 ngày trước khi xuất

Công nghệ chế biến mủ ly tâm là công nghệ trải qua nhiều giai đoạn nhất và nước thải của công nghệ chế biến mủ ly tâm có hàm lượng BOD, COD, N amonnia cao nhất trong các công nghệ chế biến mủ cao su được áp dụng tại Việt Nam Cụ thể

nồng độ BOD của nước thải mủ cao su công nghệ chế biến mủ ly tâm là khoảng 4000 mg/l và COD là khoảng 6000 mg/l và N amonia là vào khoảng trên 400 mg/l

Hình 2.1 Sơ đồ chế biến mủ ly tâm 2.2.2 Công nghệ chế biến mủ tờ

Mủ nước được lấy từ vườn cây sẽ được tiến hành lọc tự nhiên để loại để loại bớt tạp chất, các mảnh vụn, rác…Mủ sau đó được đổ vào khay đánh đông và được pha loãng để DRC còn khoảng 10% pH của mủ nước được giảm xuống còn 4,5 bằng cách

sử dụng acid fomic hay acid acetic và mủ nước thường được đông đặc qua đêm Sau khi hoàn toàn đông đặc, tấm mủ đông nổi lên trên serum và được đưa qua giàn mủ cán

tờ Tờ mủ sau đó được phơi cho khô và được đưa vào lò xông để sản xuất mủ xông khói (RSS) Sản phẩm này sẽ được phân loại từ RSS1 đến RSS6

Hình 2.2 Công nghệ chế biến mủ tờ 2.2.3 Công nghệ chế biến Cao su cốm

Hình 2.3 Sơ đồ chế biến mủ cốm

Mủ nước từ vườn cây sau khi đánh đông bằng acid và mủ đông vườn cây được

đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt kết quả sau cùng là các hạt cao su có kích thước

trung bình 3 mm trước khi đưa vào lò sấy Cao su sau khi sấy được đóng thành bánh có

khối lượng từ 33,3 – 35 kg

2.3 Thành phần và tính chất của nước thải cao su

2.3.1 Thành phần hóa học

Không có sự khác biệt về số lượng các chất hóa học giữa các loại nước thải từ

các dây chuyền sản xuất các loại sản phẩm khác nhau Các loại nước thải này khác

nhau chủ yếu là về hàm lượng các chất đó

Ngoài ô nhiễm hữu cơ, nước thải còn chứa N, P, K cùng với với một số khoáng

vi lượng, trong đó đáng kể nhất là N ở dạng ammonia với hàm lượng trong khoảng

40 – 400 mg/l

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su (mg/l)

Chỉ tiêu

Chủng loại sản phẩm Khối từ

2.3.2 Tính chất đặc trưng của nước thải

Bảng 2.4 Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến ngành cao su (mg/l)

QCVN 01:2008/BTNMT Loại B

Đặc tính ô nhiểm của nước thải mủ cao su phụ thuộc vào sản phẩm của từng

công nghệ chế biến Dựa vào bảng 2.4 thấy được nước thải của công nghệ chế biến mủ

đông có nồng độ BOD, COD và N ammonia thấp nhất và công nghệ chế biến mủ ly

tâm là nước thải có nồng độ BOD, COD và N ammonium cao nhất Theo thống kê từ

các nhà máy chế biến mủ cao su ở khu vực miền nam thì đặc điểm nước thải mủ cao su

đầu ra tại các nhà máy sản xuất mủ cao su khá đa dạng được thể hiện trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Đặc điểm nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao su miền nam

Bảng 2.6 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su

Hơn 90% chất thải rắn trong nước thải cao su là chất rắn bay hơi, chứng tỏ bản chất bay hơi của chúng Phần lớn các chất này ở dạng hòa tan còn dạng lơ lửng chủ yếu chỉ có những hạt cao su còn sót lại

Hàm lượng N hữu cơ thường không cao lắm và có nguồn gốc từ protein trong

mủ cao su, trong khi hàm lượng N dạng ammonia là rất cao, do việc sử dụng ammonia

để chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su

Đặc trưng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su là sự phát sinh mùi Mùi hôi thối sinh ra do men phân hủy protein throng môi trường acid Chúng tạo thành nhiều

Nước thải sinh hoạt: được thải ra từ quá trình giặt giũ, tắm rửa, vệ sinh của công nhân nhà máy

Nước thải từ nhà máy chế biến mủ cao su có độ nhiễm bẩn rất cao, ảnh hưởng lớn điều kiện vệ sinh môi trường Nước thải ra từ nhà máy với khối lượng lớn gây ô nhiễm trầm trọng đến khu vực dân cư, ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống nhân dân trong khu vực Các mùi hôi thối độc hại, hóa chất sử dụng cho công nghệ chế biến cũng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống nhân dân và sự phát triển của động thực vật xung quanh nhà máy

Nếu không xử lí triệt để mà xả trực tiếp lượng nước thải vào các nguồn tiếp nhận thì nó sẽ gây ảnh hưởng nặng đến môi trường xung quanh như:

Chất rắn lơ lửng gây hiện tượng bùn lắng và nảy sinh điều kiện kị khí Các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học chủ yếu là protein,

chất này có thể gây ra suy giảm nguồn oxy tự nhiên trong nguồn nước và phát sinh điều kiện thối rửa Chính điều này dẫn đến sự phá hoại và tiêu diệt các sinh vật nước và có mùi hôi khó chịu

Gây ô nhiễm tầng nước ngầm khi ngấm xuống đất, làm tăng nồng độ

và đạt hiệu quả cao Do đó việc đầu tư xây dựng khu xử lí nước thải nhà máy cao su có

ý nghĩa quan trọng để bảo vệ môi trường, cải thiện đời sống nhân dân, động thực vật trong khu vực, đồng thời sử dụng được nguồn nước thải ra phục vụ cho nông nghiệp là việc làm cần thiết

2.4.1.2 Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm mùi: Mùi trong nước thải thường gây ra bởi các khí được sản sinh

phân hủy cả kị khí lẫn hiếu khí các acid amin có chứa lưu huỳnh ở trạng thái khử

Các acid béo bay hơi (VFA) là sản phẩm của sự phân hủy do VSV, chủ yếu là trong điều kiện kị khí, các lipid và phospholipid có trong chất ô nhiễm hữu cơ Đây là những acid hữu cơ mạch thẳng chứa các nguyên tử cacbon và 1 nhóm caboncyl Công

Các VFA có số nguyên tử C từ 4 đến 6 có mùi tanh hôi Các amin và các chất hữu cơ

có chứa lưu huỳnh như các sunfua và mercaptan cũng có mùi đặc biệt khó chịu có trong nước thải chứa chất ô nhiễm hữu cơ

Khí thải từ buồng sấy: do có sử dụng một lượng acid trong quá trình đánh đông,

trong quá trình này Thành phần chủ yếu là hơi acid và các loại hydrocacbon

Các khí thải khác: khí thải từ các phương tiện vận chuyển nguyên liệu tới các cơ

sở sản xuất, phương tiện xếp đỡ và vận chuyển nội bộ trong cơ sở Khi hoạt động như vậy, các phương tiện vận tải với phương tiện tiêu thụ chủ yếu là xăng và dầu diesel sẽ thải ra môi trường một lượng khói thải chứa các chất ô nhiễm không khí Thành phần

các phương tiện này có sử dụng nguyên liệu pha chì

2.4.1.3 Chất thải rắn

Chất thải rắn phát sinh bao gồm rác thải sinh hoạt sinh ra do hoạt động sinh hoạt của công nhân trong nhà máy và phần còn lại là chất thải rắn sinh ra do quá trình sản xuất bao gồm các loại mủ cao su phế thải, các loại bao bì chứa hóa chất, phụ gia Ngoài ra còn có các chất thải rắn là cắn bùn đất được cô đặc lại ở các hố ga và từ hệ thống xử lí nước

2.4.2 Đánh giá mức ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su

Hiện nay, hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các nhà máy sơ chế cao su đang là vấn đề cấp bách cần giải quyết kịp thời Từ việc khảo sát cho thấy rằng Nước thải sơ chế mủ cao su, sau thời gian tồn trữ vào khoảng 2 – 3 ngày, xảy ra hiện tượng phân hủy, oxy hóa ảnh hưởng xấu đến môi trường Nước thải mủ cao su thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm trầm trọng đối với nguồn nước màu, nước đục, đen ngôm, nổi ván lợn cợn, bốc mùi hôi thối nồng nặc Hàm lượng các chất hữu cơ có trong nguồn nước thải cao, tiêu hủy dưỡng khí cho quá trình tự hủy, thêm vào đó cao

su đông tụ nổi ván lên bề mặt ngăn cản oxy hòa tan dẫn đến hàm lượng DO rất bé, làm chết thủy sinh vật, hạn chế sự phát triển thực vật, nhất là những vị trí nước tù đọng

Tại nguồn tiếp nhận nước thải, do quá trình lên men yếm khí sinh ra mùi hôi lan tỏa khắp vùng, gây khó thở, nước nguồn nhiễm bẩn không thể sử dụng cho sinh hoạt

2.4.3 Vấn đề tồn tại trong xử lí nước thải chế biến mủ cao su

Chất lượng nước thải sau xử lí còn thấp, trong đó mặt xử lí chất hữu cơ còn thấp

có khả năng khắc phục nếu nâng cao công suất và đảm bảo các thông số vận hành của các thông số ứng dụng Mặt chưa thể khắc phục là hiệu quả xử lí ammonia thấp, bởi vì công nghệ đang được ứng dụng không có hoặc ít khả năng xử lí N một cách triệt để

khí tại các hệ thống xử lí nước thải qua các đợt kiểm tra là 2 – 21 ppm

2.5 Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học

2.5.1 Hệ VSV trong nước thải

Phần lớn VSV xâm nhập vào nước thải là từ đất, dụng cụ chế biến, các nguồn thải, bụi từ không khí… Số lượng và chủng lại VSV trong nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố quyết định đến sinh trưởng và phát triển của VSV như các chất dinh dưỡng của chúng Nước càng bẩn, càng nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi được và sinh trưởng thì sự phát triển của VSV càng nhanh

Vi khuẩn: là sinh vật đơn bào, kích thước rất nhỏ từ 0,3 – 0,5 µm Vi khuẩn có hình cầu, hình que, hình sợi, xoắn Chúng đứng riêng lẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4, hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuổi hoặc chum Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào Nếu các điều kiện về chất dinh dưỡng, oxy, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là từ 15 – 30 phút Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm sạch nước thải và tuần hoàn vật chất

Siêu vi khuẩn: siêu vi khuẩn (hay còn gọi là virus) là những sinh vật cực nhỏ, kích thước 20 – 100 nm Virus không sống độc lập mà phải kí sinh vào tế bào chủ và

loại acid nucleic (RNA hoặc DNA) Lõi acid nucleic có thể là RNA đơn, RNA kép, DNA đơn hoặc DNA kép Acid nucleic được bao bọc trong lớp vỏ protein và bên ngoài cùng có thể được bao quanh một màng lipid Toàn bộ phân tử virus được gọi là virion

Thực khuẩn thể: thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các

tế bào vi khuẩn rất nhanh Thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cán có sợi móc để bám vào vỏ tế bào vi

khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên tế bào vi khuẩn, phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào Quá trình hình thành nên các thực khuẩn thể mới tương tự như ở virus, nhưng thường xảy ra rất nhanh, có thể chỉ 15 – 20 phút

Nấm và sinh vật khác: các nhóm VSV khác như: nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn

có trong nước thải, nhưng ít hơn vi khuẩn Những nhóm này phát triển mạnh trong nước tù Chúng là những sinh vật dị dưỡng và hiếu khí Các loài nấm, kể cả vi nấm có khả năng phẩn hủy các chất hữu cơ Nhiều loài nấm phân hủy được xenlulozo, hemixenlulozo và đặc biệt là ligin Nấm men phân hủy các chất hữu cơ hạn chế hơn, nhưng chúng có khả năng lên mem được một số đường thành ancol, acid hữu cơ, glyxerin trong điều kiện kị khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí

2.5.2 Cơ chế và các vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ

2.5.2.1 Quá trình phân hủy hiếu khí

Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này do các VSV hoại sinh hiếu khí hoạt động cần oxy của không khí để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn vào trong nước

Quá trình phân hủy hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn :

Oxy hóa các chất hữu cơ:

Tổng hợp tế bào mới:

Phân hủy nội bào:

Enzyme

Trong 3 loại phản ứng ΔH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào Các chỉ

số x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị oxy hóa

Vi khuẩn tham gia:

Các VSV hoại sinh trong nước thải hầu hết là các vi khuẩn hiếu khí, kị

khí, hoặc kị khí tùy nghi Ta thấy các giống vi khuẩn như sau : Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium, Cytophaga, Micrococus, Lactobacillus, Achromobacter, Spirochaeta, Clostridium và 2 giống nhiễm từ phân

Euterobacterium, Steptococus Trong số này, giống Pseudomonas thường gặp

ở hầu hết các loại nước thải, sau đó là Bacillus, Alicaligenes, Flavobacterium Pseudomonas hầu như có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ, kể cả các

hợp chất hữu cơ tổng hợp, như PVA, và sống khá lâu trong môi trường nước Vì vậy, giống này được tính đến trước tiên

Giống Pseudomonas là những trực khuẩn gram âm, chuyển động do có

tiên mao ở một đầu Trực khuẩn có thể là hình que thẳng hoặc hơi cong, không tạo thành bào tử và phát triển ở điều kiện hiếu khí Nhiều loài của giống này ưa

đều có hoạt tính amilase và protease, đồng thời lên men được nhiều loại đường

và tạo màng nhày pH môi trường dưới 5,5 sẽ kìm hãm sinh tổng hợp protease Nồng độ muối trong nước 5 – 6% thì sinh trưởng của vi khuẩn này bị ngừng trệ

Bacillus là trực khuẩn rất phổ biến trong tự nhiên (đất, nước, trên các loại thực vật…) Hay gặp nhất là Bacillus subtilis và trực khuẩn cỏ khô B anthracis

Bacillus có hình que, gram dương đứng riêng lẽ hoặc kết thành chuỗi

hoặc thành sợi Đặc điểm cảu giống này là sinh bào tử, sống hiếu khí (hoặc kị khí tùy nghi), thường sinh enzyme protease và amilase (chủ yếu là α-amilase)

môi trường pH dưới 4,5 chúng ngừng phát triển

Ngoài hai loài trên chúng ta còn gặp Bacillus megaterium, B cereus, B licheniformis, B sterothermophilus… chúng đều các vi khuẩn dị dưỡng, hoại

sinh Trong đó có loài hiếu khí, có loài kị khí tùy nghi

Alcaligenes là vi khuẩn Gram âm, hiếu khí, hình que, di động với một hoặc nhiều roi Alcaligenes có trong đất và nước, và một số sống trong đường

ruột của động vật có xương sống Các mẫu lấy từ nước tiểu, máu, phân, dịch tiết

ra từ tai, dịch tủy sống và các vết thương cũng xuất hiện loại vi khuẩn này

Flavobacteria là một nhóm vi khuẩn và các tác nhân gây bệnh cơ hội Có

hình que, gram âm hiếu khí, dài 2 – 5 µm, rộng 0,3 – 0,5 µm, với đầu tròn hoặc nhọn và di động, khuẩn lạc trên môi trường thạch màu vàng, phân hủy

polysaccharides nhiều nhưng không phân hủy cellulose Flavobacteria được tìm

thấy trong đất và nước ngọt ở nhiều môi trường khác nhau

Các nhân tố ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình phân hủy hiếu khí là phải đủ lượng oxy hòa tan ở trong nước để cung cấp cho đời sống VSV và các phản ứng oxy hóa -khử Các chất hữu cơ có trong nước, trước hết là các chất hòa tan sẽ được phân hủy hoặc được VSV sử dụng, sau đó mới đến các chất khó tan, không tan

Hầu hết các vi khuẩn tham gia vào quá trình làm sạch là các thể hoại sinh, hiếu khí và ưa ấm, đặc biệt là các phản ứng hóa sinh xảy ra ở các vi khuẩn là các phản ứng

do enzyme xúc tác Vì vậy, nhiệt độ xử lí nước thải ảnh hưởng rất lớn đến đời sống VSV và động học các phản ứng enzyme Nhiệt độ thích hợp cho các quá trình xử lí

2.5.2.2 Quá trình phân hủy kị khí

Sử dụng nhóm VSV kị khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy Quá trình phân hủy kị khí các hợp chất hữu cơ có trong nước thải, rác thải hoặc các cặn bùn, cặn thải gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn thủy phân: dưới tác dụng của các enzyme thủy phân do VSV tiết ra các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân Hidrocacbon phức tạp sẽ thành các đường đơn giản, protein thành albumoz, pepton, peptit, acid amin, chất béo thành glyxerin và chất béo

Giai đoạn tạo khí: sản phẩm thủy phân sẽ tiếp tục bị phân giải và tạo

Các hidrocacbon bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất, hầu hết chuyển thành

do được phân hủy tới 80 – 90%, acid béo loại ester được phân hủy 65 – 68% Riêng ligin là hợp chất hữu cơ khó phân giải nhất, nó là nguồn tạo ra mùn

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí hay là một quá trình phức tạp Tham gia vào quá trình có tới hàng trăm loài vi khuẩn kị khí bắt buộc và không

30 – 400C và trên 450C

thời gian lên men cũng khoảng 10 – 15 ngày, các thang nhiệt độ thấp hơn, thời gian lên men hàng tháng hoặc vài tháng

Các vi khuẩn tham gia vào quá trình này chia làm hai nhóm: nhóm vi khuẩn không sinh methane và nhóm vi khuẩn sinh methane

Nhóm không sinh methane: nhóm này gồm có cả vi khuẩn kị khí và vi khuẩn

kị khí không bắt buộc Các vi khuẩn kị khí thường là gram âm, không sinh bào tử,

ra H2

Khi có mặt xenlulozo gặp các loài sau đây: Bacillus cereus, B megaterium, Pseusomonas aeruginosa, Pseudomonas riboflavin, Ps Reptilorova, Leptespira biflexa, Alcaligenes faecalis và Proteus vulgraris

Khi có mặt tinh bột với hàm lượng cao, sẽ bắt gặp các loài Micrococus candidus, M varians, M urea, Bacillus cereus, B megaterium và Pseudomonas spp, sinh trưởng và phát triển

Trường hợp trong môi trường giàu protein, quần thể VSV sẽ là Clostridium, Bacillus cereus, B circulans, B sphaericus, B subtilis, Micrococus varians, E coli, các dạng coliforme, và Pseudomonas spp

Dầu béo thực vật kích thích sinh trưởng các giống Bacillus, Micrococcus, Streptomyces, Alcaligenes và Pseudomonas spp

Nhóm sinh methane: những vi khuẩn này sống kị khí nghiêm ngặt, rất mẫn cảm với oxy, sinh trưởng và phát triển rất chậm Vi khuẩn sinh methane được chia thành 4 giống theo hình thái và khả năng bào tử:

Methanobacterium hình que, không sinh bào tử

Methanobacillus hình que, sinh bào tử

Methanococcus tế bào hình cầu, đứng riêng lẽ, không kết thành chuỗi

Methanosarsina tế bào hình cầu, kết thành chuỗi hoặc khối

Đặc điểm của quá trình sinh methane là do tác dụng của một quần thể vi khuẩn Các loài vi khuẩn sinh methane nói chung có đặc tính gram âm, không di

làm nguồn N Chúng phát triển rất chậm Sau khi cấy trên môi trường dinh dưỡng vài tuần mới phát triển thành những dạng hoạt động

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí bao gồm: điều kiện yếm khí, nhiệt độ và ngoài ra thì pH cũng ảnh hưởng đến hoạt động sống của VSV

Điều kiện yếm khí: đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của VSV, vi sinh rất nhạy cảm với oxy, nếu có oxy thì hoạt

động của VSV yếm khí yếu hay ngừng hẳn

Vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ

vi sinh, sinh khí methane

pH: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7 Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh

2.5.3 Các phương pháp xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học

2.5.3.1 Các phương pháp xử lí kị khí

Quá trình xử lí sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh phân giải các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Quá trình xử lí sinh học hiếu khí dựa trên nguồn gốc được chia thành xử lí hiếu khí tự nhiên và các công trình xử lí nhân tạo

Các phương pháp xử lí tự nhiên:

Ao hồ kị khí: ao hồ kị khí là loại ao sâu, các chủng VSV kị khí hoạt động sống không cần oxy của không khí Chúng sử dụng oxy ở các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxy hóa các chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, các loại rượu

( kể cả nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo Hồ được hoạt động theo nguyên tắc nước thải dẫn vào hồ sẽ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều trong hồ Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không cho ra cùng với nước

Các phương pháp xử lí nhân tạo:

Bể UASB: bể UASB là bể xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí, chúng ta tận dụng những loại VSV kị khí để ôxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước thải Nước thải sẽ được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lí xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt

tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng