Một số Vi sinh vật phân huỷ protein và ứng dụng trong xử lý nước thải thủy sản

Một số Vi sinh vật phân huỷ protein và ứng dụng trong xử lý nước thải thủy sản Một số Vi sinh vật phân huỷ protein và ứng dụng trong xử lý nước thải thủy sản Một số Vi sinh vật phân huỷ protein và ứng dụng trong xử lý nước thải thủy sản luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam quốc gia có diện tích ao,hồ, sơng ngòi lớn Theo thống kê Bộ Thuỷ sản (số liệu Ban đạo chương trình Ni trồng thuỷ sản (NTTS), Bộ Thuỷ sản 2008): tổng diện tích mặt nước sử dụng cho NTTS đến năm 2008 nước 751.900 (tăng năm 2000 192.501 ha) Trong vài năm gần đây, nhận thấy tầm quan trọng nghề NTTS, Chính phủ Bộ Thuỷ sản dành quan tâm mạnh mẽ cho phát triển bền vững NTTS Một quan tâm tăng cường nguồn kinh phí cho nghiên cứu, phát triển nâng cấp sở hạ tầng toàn ngành ni trồng chế biến thủy sản Chính ngành khai thác ni trồng thủy sản nước ta có bước tiến vượt bậc Ngành thủy sản với ngành dệt may dầu khí có tốc độ tăng trưởng cao có đóng góp quan trọng vào tổng kim ngạch xuất nước ta, góp phần giải cơng việc làm cho hàng triệu lao động Bên cạnh thành tựu mà nghành thủy sản mang lại cho đất nước, gây hiệu nghiêm trọng vấn đề môi trường Việc khai thác mức nguồn lợi thủy sản, tăng diện tích ni trồng thủy sản, thiếu quy hoạch, sử dụng bừa bãi thuốc, hóa chất, chế phẩm sinh học làm cho môi trường ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc đổ nước chất thải chưa qua xử lý môi trường (suối,sông, hồ, biển…) góp phần khơng nhỏ vào việc làm biến đổi môi trường theo chiều hướng xấu Nguồn nước thải, thải từ việc nuôi trồng chế biến gây ô nhiễm môi trường lớn: chủ yếu chất hữu có nguồn gốc từ động vật thuỷ sản, mà protein chiếm tỉ lệ cao Thường nguồn nước thải có mức độ nhiễm cao gấp – 10 lần tiêu chuẩn cho phép, khơng giải triệt để mối đe doạ cho môi trường sống Vì vậy, việc tìm giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường, xử lý nước thải ngành thủy sản vấn đề mang tính thời cấp bách Để thấy tình hình nghành thủy sản nước ta, vấn đề ô nhiễm môi trường nuôi trồng chế biến thủy sản gây ra, cần phải làm rõ đặc điểm tính chất nước thải thủy sản Trong nước thải thủy sản protein thành phần chủ yếu, SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh cần phải tìm hiểu đặc điểm protein, chế phân hủy protein, enzyme tham gia vào trình phân hủy protein hệ vi sinh vật phân hủy protein Từ rút nhũng phương pháp xử lý phù hợp ứng dụng thực tiễn xử lý nước thải thủy sản nước ta Chúng tiến hành đề tài nghiên cứu “ Vi sinh vật phân giải protein ứng dụng xử lý nước thải thủy sản Trong nghiên cứu này, tìm hiểu phương pháp lý sinh học Phương pháp có ưu điểm khơng gây hại cho động vật thủy sinh, hiệu xử lý cao, giá thành rẻ, phù hợp ứng dụng vào xử lý nước thải nghành nuôi trồng chế biến thủy sản Hi vọng tương lai,khi khắc phục vấn đề ô nhiễm môi trường nuôi trồng chế biến thủy sản gây Nghành thủy sản nước ta phát triển mạnh mẽ góp phần vào cơng đổi phát triển đất nước theo xu hướng phát triển bền vững SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH KHAI THÁC, NUÔI TRỒNG VÀ CHẾ BIẾN THUỶ SẢN Ở VIỆT NAM 1.1 Hiện trạng khai thác, nuôi trồng thủy sản nước ta Hiện nay, xuất thủy sản mặt hàng mũi nhọn, đóng góp vào tăng trưởng chung kinh tế Mặc dù, cịn gặp nhiều khó khăn, ngành thủy sản nước ta phấn đấu hướng tới mục tiêu đạt tổng sản phẩm 4,8 triệu thủy sản, khai thác hải sản đạt 2,2 triệu tấn, nuôi trồng thủy sản đạt 2,6 triệu Theo ước tính, xuất thủy sản năm 2010 đạt khoảng 4,5 tỉ USD, tăng khoảng 7,1% so với năm 2009 Ngành thuỷ sản Việt Nam ngày khẳng định vị trí quan trọng nghề cá giới Nếu năm 2008 tổng sản lượng thuỷ sản đạt 4,6 triệu tấn, giá trị kim ngạch xuất đạt 4,5 tỷ USD năm 2009 chịu tác động nhiều khủng hoảng suy thối kinh tế tồn cầu tổng sản lượng thuỷ sản ước đạt 4,85 triệu tấn, tăng 5,3% so với năm 2008, giá trị kim ngạch xuất đạt 4,2 tỷ USD Việt Nam vươn lên đứng vị trí thứ xuất thuỷ sản giới, đứng thứ sản lượng nuôi trồng thuỷ sản (NTTS), đứng thứ 13 sản lượng khai thác thuỷ sản (KTTS) Nếu năm 1995 thuỷ sản Việt Nam chiếm 2,9% GDP toàn quốc 12% GDP tồn ngành nơng, lâm nghiệp đến năm 2008 vươn lên chiếm 4% GDP toàn quốc 21,79% GDP tồn ngành nơng, lâm nghiệp Như biết ngành thuỷ sản chiếm tỷ trọng nhỏ cấu kinh tế quốc dân ngành thuỷ sản lại có tốc độ tăng trưởng vượt bậc so với ngành kinh tế khác, trung bình giai đoạn 19952008 ngành thuỷ sản tăng trưởng bình quân 13,62%/năm, cao ngấp 1,2 lần so với mức tăng trưởng kinh tế toàn quốc cao ngấp 1,4 lần so với mức tăng trưởng ngành nông, lâm nghiệp (giai đoạn 2000-2008 GDP tồn quốc tăng bình qn 11,6%/năm, nơng, lâm nghiệp tăng 9,7%/năm) SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh Bảng 1.1 Hiện trạng GDP thuỷ sản giai đoạn 1995-2008 (giá thực tế) Đvt: Tỷ đồng Hạng mục 1995 2000 2005 2006 2007 2008 Toàn quốc 228892 441646 839211 974266 1143715 1477717 Thủy sản 6664 14906 32947 38335 46124 58409 2.9 3.4 3.9 3.9 4.0 4.0 Tỷ trọng so với tồn quốc % (Trích: [3] Bộ Thủy Sản Tuyển tập báo cáo Khoa học nuôi trồng thủy sản, 2008) 1.1.1 Tình hình khai thác thủy sản Tổng sản lượng khai thác thủy sản 10 năm gần tăng liên tục với tốc độ bình quân khoảng 9%/năm Riêng giai đoạn 1998 – 2008 tăng bình quân 10%/năm Năm 2008 sản lượng khai thác đạt 1.395.783 tấn, đến năm 2009 tổng sản lượng khai thác đạt 1.434.800 tấn, tăng 2,8% so với năm 2008 Trong giai đoạn 1998 – 2008 số lượng tàu thuyền máy tăng nhanh, ngược lại tàu thủ công giảm dần Năm 2008, tồn Ngành có 78.978 tàu thuyền với tổng cơng suất 3.722.577 CV, số tàu khai thác hải sản xa bờ 6.005 với tổng công suất 1.000.000 CV, bình quân 166,5 CV/tàu, tăng 109 so với năm 2007 Đến năm 2009, tồn Ngành có 81.000 tàu thuyền máy với tổng công suất 4.038.365 CV, bình qn 49 CV/tàu, có 6.075 tàu có công suất 90 CV trở lên, tăng 75 tàu so với năm 2008 Điều cho thấy hiệu quản lý nhà nước hạn chế đóng loại tàu thuyền nhỏ phát huy tác dụng Sự chuyển đổi cấu từ khai thác gần bờ sang khai thác xa bờ diễn mạnh mẽ Tuy nhiên việc đầu tư cho khai thác thủy sản xa bờ chưa đồng bộ, trọng đến khâu đóng tàu, cịn khâu khác như: dự báo nguồn lợi, hậu cần dịch vụ, tiêu thụ, chế biến, đào tạo nhân lực, tránh trú bão gió chưa ý mức Nhiều địa phương có tập quán khai thác gần bờ với loại nghề truyền thống, ngư dân chưa có kinh nghiệm kỹ thuật khai SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh thác xa bờ Tình trạng thiếu thuyền trưởng thủy thủ khai thác nhiều nơi diễn trầm trọng, tỉnh Bắc Bộ Nam Bộ 1.1.2 Tình hình ni trồng thủy sản tác động tới mơi trường 1.1.2.1 Tình hình nuôi trồng thủy sản Ở Việt Nam thập niên 90 ba năm đầu kỷ 21, sản lượng thủy sản ni trồng có tốc độ tăng trưởng cao, vượt xa tốc độ tăng trưởng khai thác (Hình 1) Trong thập niên cuối kỷ trước, Việt Nam trở thành 10 nước có sản lượng cá ni lớn giới, sau Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia, Nhật Bản, Thái Lan, Băng la đét 1.1.2.2 Tác động tới mơi trường Một số vấn đề môi trường nảy sinh hoạt động nuôi trồng thủy sản nước ta: - Do thiếu quy hoạch, NTTS ven biển phát triển tự phát ạt, quy mô phương thức nuôi đa dạng, chủ yếu quảng canh, tăng cường mở rộng diện tích Cho nên phá hủy phần lớn nơi cư trú loài vùng ven biển, thu hẹp không gian vùng ven biển đẩy mơi trường vào tình trạng khắc nghiệt mặt sinh thái, tăng rủi ro bệnh dịch cho vật ni thiếu yếu tố có vai trị điều hịa điều chỉnh mơi trường - Ni trồng thủy sản ven biển tăng nhanh dẫn đến nguồn giống tự nhiên số loài cá giống kinh tế cư trú rạn san hô bị đối tượng nuôi lồng bè khai thác cạn kiệt Điều làm ảnh hưởng đến chức trì nguồn lợi tự nhiên hệ sinh thái đặc hữu ảnh hưởng tới khả khai thác hải sản tự nhiên vùng biển - Việc thiết kế, xây dựng đầm ao NTTS vùng cửa sông ven biển dẫn đến thay đổi nơi sinh sống quần xã sinh vật, độ muối, lắng đọng trầm tích sói lở bờ biển Một số hoạt động nghề NTTS không dựa khoa học SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh tác động xấu đến nguồn giống thiên nhiên (cá, tôm hùm, cua), làm giảm sức sản xuất tự nhiên tính đa dạng sinh học - Tại số khu vực ni tơm, cá tập trung (trong có ni cát), việc xả thải chất hữu phú dưỡng, chất độc vi sinh vật (cả mầm bệnh) chất sinh hoạt bừa bãi làm cho mơi trường suy thối, bùng nổ dịch bệnh (bệnh tôm năm 1993 – 1994) gây thiệt hại đáng kể kinh tế điều kiện môi trường sinh thái - Lạm dụng nước ngầm để nuôi tôm cát, không tuân thủ luật tài nguyên nước tượng phổ biến vùng cát ven biển miền Trung Hậu lâu dài làm cạn kiệt nguồn nước nước ngầm, ô nhiễm biển nước ngầm, gây mặn hóa đất nước ngầm, thu hẹp diện tích rừng phịng hộ, làm tăng hoạt động cát bay bão cát SL( Tấn ) SẢN LƯỢNG THỦY SẢN 3000 2500 2000 1500 1000 500 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Năm Hình Sản lượng cá nuôi khai thác Việt Nam 10 năm qua (Trích: [3] Bộ Thủy Sản Tuyển tập báo cáo Khoa học nuôi trồng thủy sản, 2008) Hoạt động nuôi trồng thủy sản nước ta thực khởi sắc từ năm 1990 đến năm 2000 – 2002 bùng phát diện tích lẫn đối tượng ni Việc mở rộng diện tích ni trồng thủy sản tiến hành chủ yếu vùng đất ngập nước ven biển, thủy vực nước mặn ven bờ, vùng cát trũng thấp ven biển miền Trung phần diện tích từ canh tác nông nghiệp hiệu chuyển sang ni trồng thủy sản Diện tích ni trồng thủy sản năm 2001 993.264 SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh diện tích ni nước 408.700 ha, diện tích ni mặn, lợ 584.500 ha; Năm 2002 955.000 diện tích ni nước 425.000 ha, diện tích ni măn, lợ 530.000 Do thay đổi cấu đối tượng nuôi trồng thủy sản dẫn đến tăng nhanh sản lượng nuôi trồng thủy sản đóng góp phần đáng kể cho ngành chế biến hải sản xuất Sản lượng thủy sản năm 2008 đạt 891.695 tấn, năm 2009 đạt 976.100 tấn, tăng 9,47% so với năm 2008 Bảng 1.2 Các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội chủ yếu ngành thủy sản đến năm 2010 Năm Mục tiêu Đơn vị 2001 2005 2010 Tấn 2.257.000 2.245.000 3.400.000 - Nghề cá biển Tấn 1.367.000 1.300.000 1.400.000 - Nghề nuôi trồng thủy sản Tấn 879.000 1.150.000 2.000.000 tỷ USD 1,76 3,0 4,5 Tổng sản lượng thủy sản Bao gồm: Giá trị xuất (Trích [1] Bộ Thủy Sản Cơ sở khoa học hình thành hệ thống quan trắc Mơi trường để cảnh báo Môi trường dự báo thủy vực nước lợ, miền Bắc Việt Nam.) Xu hướng nuôi chuyển từ phương thức nuôi quảng canh sang nuôi bán thâm canh Nhiều vùng nuôi tập trung theo kiểu thâm canh công nghiệp sản xuất hang hóa lớn hình thành Hình thức đối tượng nuôi phong phú, vùng nước lợ chủ yếu tơm số lồi nhuyễn thể có giá trị xuất Sản phẩm ni mặn, lợ mang lại giá trị xuất cao cho kinh tế quốc dân thu nhập đáng kể cho người lao động Hình thức ni lồng bè biển hướng mở cho ngành Thủy sản, với lồi tơm hùm, cá giị cá mú, cá tráp, trai ngọc… Đối với nuôi thủy sản nước ngọt, hình thức ni lồng bè kết hợp với khai thác cá sông ngày phổ biến Hình thức tận dụng diện tích SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh mặt nước, tạo việc làm tăng thu nhập Ở tỉnh phía Bắc miền Trung đối tượng nuôi lồng chủ yếu trắm cỏ với quy mô lồng nuôi khoảng 12 – 24 m2, suất 450 – 600 kg/lồng Ở tỉnh phía Nam đối tượng ni chủ yếu cá basa, cá lóc, cá bống tượng cá he Ni đối tượng lồi đặc sản có giá trị kinh tế cao như: ba ba, tôm xanh, cá sấu, lươn, ếch…đang mở rộng làm tăng giá trị kinh tế mơ hình ni nước Bảng 1.3 Chỉ tiêu kế hoạch giai đoạn từ 2006 – 2010 ngành thuỷ sản Tốc độ tăng Chỉ tiêu Đơn vị tính KH 2005 %(2010/2005) bình quân năm (%) A Tổng sản lượng 1.000 4.000 121,2 4,24 - 2.000 103,1 0,62 - 1.800 102,9 0,57 - 200 105,3 1,05 - 2.000 147,1 9,41 3.500 134,6 6,92 Thuỷ sản khai thác + Khai thác biển +Khai thác nội địa Thuỷ sản nuôi trồng B Giá ngạch XK trị kim 1.000.000 USD ( Trích:[1] Bộ Thủy Sản Cơ sở khoa học hình thành hệ thống quan trắc Môi trường để cảnh báo Môi trường dự báo thủy vực nước lợ, miền Bắc Việt Nam) 1.2 Tình hình chế biến thủy sản Theo thống kê chưa đầy đủ nước ta có 300 sở chế biến thuỷ sản, khoảng 220 nhà máy chuyên sản xuất sản phẩm đơng lạnh phục vụ xuất có tổng cơng suất 200 tấn/ngày SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh 1.3 Tình hình xử lý nước thải xí nghiệp, nhà máy, cơng ty Đặc thù nước thải xí nghiệp chế biến thuỷ sản có thành phần gây nhiễm cao, phải xử lý triệt để trước thải mơi trường Nhưng phần lớn xí nghiệp xây dựng trước luật môi trường đời, điều kiện tài hạn hẹp, cơng nghệ thiết bị xử lý đắt tiền, mặt khác công tác tư vấn, quản lý môi trường chưa làm tốt, chưa nghiêm nên có 50 sở chế biến thuỷ sản, tổng số 200 sở có hệ thống xử lý nước thải Trong có khoảng 20 sở có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu yêu cầu bảo vệ mơi trường (a) (b) (c) Hình.1 Nước thải thủy sản chưa xử lý thải trực tiếp môi trường xí nghiệp [(a), (b) (c)] SVTH: Nguyễn Duy Trình GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh 1.4 Hiện trạng vấn đề đặt môi trường 1.4.1 Hiện trạng Thiết bị công nghệ đánh giá có mức đổi nhanh so với ngành công nghiệp khác so với giới bị coi chậm Đó nguyên nhân tạo tác động xấu cho mơi trường Xuất phát từ tính bất hợp lý không gian Vấn đề phát triển sở chế biến thuỷ sản không theo quy định có lại thiếu yếu tố mơi trường tượng phổ biến ngành - thiếu sót vừa làm chậm trình phát triển ngành vừa làm hao tốn nhân lực Có tới 50% số nhà máy xây dựng khơng có yếu tố mơi trường, bố trí đặt khơng vị trí nên phải di dời không hoạt động được, Lượng chất thải lỏng chế biến thuỷ sản coi quan trọng nhất, nhà máy chế biến đông lạnh thường có lượng chất thải lớn so với sở chế biến hàng khô, nước mắm, đồ hộp, bình qn khoảng 50.000 m3/ngày Mức nhiễm nước thải từ nhà máy chế biến tuỳ thuộc vào loại mặt hàng chủ yếu mà nhà máy sản xuất Một số chất thải từ chế biến surimi có số BOD5 lên tới 3.120mg/l, COD tới 4.890mg/l nước thải từ chế biến Agar có chứa hoá chất NaOH, H2SO4, Javel, Borate liều lượng không cao tải lượng không nhiều, nhiên loại nước thải không pha đủ lỗng mà trực tiếp thải mơi trường gây hại cho môi trường Nước thải từ nhà máy chế biến thuỷ sản có số ô nhiễm cao nhiều so với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B dùng cho nuôi trồng thuỷ hải sản (Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 5945-1995) BOD5 vượt từ 10 –30 lần, COD từ 9-19 lần Nitơ tổng số từ sấp sỉ tiêu chuẩn đến cao lần Tuy nhiên phải nói mức nhiễm dù có mức cao công đoạn chế biến thuỷ sản mức nhiễm trung bình so với loại nước thải từ ngành công nghiệp khác dệt, nhuộm da dày Mức ô nhiễm nước thải chế biến thuỷ sản mặt vi sinh chưa có số liệu thống kê, khẳng định số vi sinh vật coliform vượt qua tiêu chuẩn cho phép chất thải từ chế biến thuỷ sản phần lớn có hàm lượng protein, lipid cao môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển đặc biệt điều kiện nóng ẩm Việt Nam SVTH: Nguyễn Duy Trình 10 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh 4.4.4 Nồng độ cho phép chất độc Trong nước thải, hàm lượng muối kim loại nặng chất độc không vượt nồng độ giới hạn cho phép Nồng độ cho phép số chất xử lý phương pháp sinh hoá bảng sau: Bảng 4.5 Nồng độ cho phép số chất độc tế bào vi sinh vật Tên chất Ccp Acid acrylic 100 Rượu anilic Tên chất Ccp Keroxin (dầu lửa 500 Crezol 100 Anilin 100 Lactonitryl 160 Acetaldehide 750 Mỡ bôi trơn 100 Acid benzoic 150 Acid butyric 500 Benzen 100 Đồng (ion) 0,4 Metacrylamit 300 Vanadi (ion) Vinyl acetate 250 Ethanol 200 Vinilinden chlorur 1000 Acid 100 monochloaxetic Hydroquinon 15 Axen (ion) 0,2 Dimetylformamit 100 Nekal 100 Sản phẩm dầu 100 Di.2.etylhexin Phenylphosphate 100 Piridin Acid dichloacetic 100 Pirocatesin 10 Dichloacetic 12 Tributylphosphate 400 Dichloroxy 100 Trietylamin 100 Dietylenglycol 300 Trinitrotoluen 100 Caprolactan 100 Triphenylphosphate 85 Rezorxin 100 Ammonium acetat 12 chlohexan carbonate Ammonium SVTH: Nguyễn Duy Trình 500 Formandehide 160 51 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh rodanuar Chì (ion) Phenol Acid stearic 10 Chlobenzent 1000 10 (Trích [4] Hồng Huệ Xử lý nước thải NXBXD, 1996) 4.4.5 Ảnh hưởng pH Giá trị pH ảnh hưởng lớn đến trình tạo enzyme tế bào trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào Đối với đa số vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu từ 6,5 – 8,5 4.4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn đến chức hoạt động vi sinh vật Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải cơng trình xử lý khơng 60 C không 37o C 4.4.7 Ảnh hưởng nồng độ muối vô Nồng độ muối vô nước không 10 g/l Lượng chất lơ lửng chảy vào cơng trình khơng q 100 mg/l dùng bể lọc sinh học 150 mg/l dùng bể aeroten.Ngoài cấu trúc chất bẩn loại vi sinh vật yếu tố quan trọng định tốc độ trình oxy hố sinh hố 4.5 Tính ưu việt enzyme protease vi sinh vật Tính đặc hiệu protease phụ thuộc vào chất liên kết peptide chất nhóm hóa học cạnh liên kết Protease vi sinh vật có hoạt tính mạnh tính đặc hiệu rộng Chúng có khả phân hủy đến 80% liên kết peptide có phân tử protein Protease khơng phá hủy nhanh chóng hồn tồn liên kết peptide mà có khả phá hủy chậm số liên kết không đặc trưng khác Enzyme từ vi sinh vật có nhiều điểm ưu việt so với enzyme từ thực vật động vật lý sau: SVTH: Nguyễn Duy Trình 52 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh ¾ Hoạt tính enzyme vi sinh vật cao ¾ Vi sinh vật sinh sản, phát triển tổng hợp enzyme với tốc độ cao nhanh từ môi trường đơn giản,dễ dàng phân lập tự nhiên ¾ Vi sinh vật ảnh hưởng lớn thành phần môi trường dinh dưỡng, tác nhân lý hóa học tạo đột biến có tính đặc hiệu cao ¾ Các protease hoạt động dãy pH hẹp từ 5-8 SVTH: Nguyễn Duy Trình 53 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG VI SINH VẬT PHÂN GIẢI PROTEIN VÀO CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN 5.1 Cơng trình có bể lọc sinh học 5.1.1 Quy trình xử lý bể lọc sinh học Trong trình làm việc, vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ xuống, sau nước thải làm thu gom xả vào bể lắng Nước vào lắng kéo theo mảnh vỡ màng sinh học bị tróc lọc sinh học làm việc Trong thực tế, phần nước qua bể lắng quay trở lại làm nước pha loãng cho loại nước thải đậm đặc trước vào bể lọc giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc Nước thải Bể lắng sơ cấp Bể lọc sinh học Bể lắng thứ cấp Nước Nước tuần hồn Hình 5.1 Sơ đồ lọc sinh học hệ thống xử lý nước thải 5.1.2 Quá trình xử lý sinh học Về nguyên lý, phương pháp lọc sinh học dựa trình hoạt động vi sinh vật màng sinh học, oxy hố chất bẩn hữu có nước Các màng sinh học, tập hợp vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) hiếu khí, kị khí kị khí tuỳ nghi Các vi sinh vật hiếu khí tập trung phần lớn ngồi màng sinh học Ở chúng phát triển gắn với giá mang vật liệu lọc SVTH: Nguyễn Duy Trình 54 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh Chất hữu nhiễm bẩn nước thải bị oxy hoá quần thể vi sinh vật màng sinh học Màng thường dày khoảng 0,1 – 0,4 mm Các chất hữu trước hết bị phân huỷ vi sinh vật hiếu khí Sau thấm sâu vào màng, nước hết oxy hoà tan chuyển sang phân huỷ vi sinh vật kị khí Khi chất hữu có nước thải cạn kiệt, vi sinh vật màng sinh học chuyển sang hô hấp nội bào khả kết dính giảm, bị vỡ theo nước lọc Hiện tượng gọi "tróc màng" Sau lớp màng lại xuất Hình 5.2 Thành phần theo chiều ngang màng sinh học sinh trưởng dính bám ÏQ trình xử lý sinh học hiếu khí Oxy hóa chất hữu Chất hữu + O2 Enzyme CO2 + H2O + ÌH Tổng hợp tế bào Chất hữu + NH3 + O2 Enzyme CO2 + H2O + C5H7NO2 - ÌH Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 Enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 +/- ÌH ÏQ trình xử lý sinh học kị khí Q trình phân hủy kị khí chất hữu q trình sinh hóa phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian qua nhiều phản ứng trung gian Chất hữu Enzme CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào Q trình kị khí xảy theo giai đoạn: SVTH: Nguyễn Duy Trình 55 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh ¾ Giai đoạn 1: thủy phân,cắt mạch hợp chất cao phân tử ¾ Giai đoạn 2: acid hóa ¾ Giai đoạn 3: acetate hóa ¾ Giai đoạn 4: methane hóa 5.1.3 Ưu – nhược điểm 5.1.3.1 Ưu điểm + Giảm việc trông coi + Tiết kiệm lượng, khơng khí cấp hầu hết thời gian lọc làm việc cách lưu thông tự nhiện từ thơng gió vào qua lớp vật liệu lọc 5.1.3.2 Nhược điểm + Hiệu suất làm nhỏ với tải trọng khối + Dễ bị tắc nghẽn + Rất nhạy cảm với nhiệt độ + Không khống chế q trình thơng khí, dễ bốc mùi + Chiều cao hạn chế + Bùn dư không ổn định + Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên giá thành xây dựng cao 5.2 Cơng trình có bể aerotank 5.2.1 Quy trình xử lý bể aerotank Nước thải qua chắn rác để loại bỏ chất rắn lớn có nước, sau đưa vào lắng sơ để lắng chất rắn không tan phần chất rắn lơ lửng, sau đưa vào bể aerotank Sau bể aerotank bể lắng bổ sung nước xử lý đưa nguồn tiếp nhận SVTH: Nguyễn Duy Trình 56 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh Nước thải Bể lắng sơ cấp Bể aerotank Bể lắng sơ cấp Nước Nước tuần hồn Hình 5.3 Sơ đồ bể aerotank hệ thống xử lý nước thải 5.2.2 Quá trình xử lý sinh học Nguyên lý bể tạo điều kiện hiếu khí cho quần thể vi sinh vật có nước thải phát triển tạo thành bùn hoạt tính Vi sinh bể aeroten bổ sung nhờ bùn hoạt tính ngăn lắng cung cấp chất dinh dưỡng tạo điều kiện cho vi sinh phát triển Chất hữu nhiễm bẩn nước thải bị oxy hoá quần thể vi sinh vật bùn hoạt tính Các vi sinh vật phân huỷ chất hữu thành sản phẩm cuối CO2, H2O làm giảm nồng độ nước thải Quá trình diễn sau: ÏQuá trình xử lý sinh học hiếu khí Oxy hóa chất hữu Chất hữu + O2 Enzyme CO2 + H2O + ÌH Tổng hợp tế bào Chất hữu + NH3 + O2 Enzyme CO2 + H2O + C5H7NO2 - ÌH Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 Enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 +/- ÌH 5.2.3 Ưu – nhược điểm 5.2.3.1 Ưu điểm + Công nghệ xử lý loại nước thải có nồng độ ô nhiễm cao với giá rẻ SVTH: Nguyễn Duy Trình 57 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh + Hệ thống điều khiển tự động, tránh cho công nhân tiếp xúc trực tiếp với nước thải độc hại +Khơng phát sinh mùi + Chi phí vận hành, xử lý thấp 5.2.3.2 Nhược điểm + Cần cung cấp khơng khí khuấy đảo liên tục, khơng hạt bùn kết lại thành khối lắng xuống đáy 5.3 Cơng trình có bể RBC 5.3.1 Quy trình xử lý bể RBC Sau qua cơng trình song chắn rác, bể điều hịa, bể lắng sơ cấp để loại bỏ chất rắn lớn, chất rắn lơ lửng ổn định pH nước thải Sau nước thải sẽ đưa vào bể RBC Sau bể RBC bể lắng bổ sung nước xử lý đưa nguồn tiếp nhận Nước thải Bể lắng sơ cấp Bể RBC Bể lắng thứ cấp Nước Nước tuần hồn Hình 5.4 Quy trình xử lý cho bể RBC 5.3.2 Quá trình xử lý sinh học Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu nước thải sau tiếp xúc với oxy khỏi nước thải Đĩa quay nhờ môtơ sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với khơng khí vừa tiếp xúc với chất hữu nước thải SVTH: Nguyễn Duy Trình 58 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh Vi sinh vật màng bám dính đĩa quay gồm vi khuẩn kỵ khí tùy tiện Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, vi sinh vật hiếu khí Baccillus thường lớp màng Khi khí yếm khí tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng gồm chủng vi sinh vật yếm khí Desulfovibrio số vi khuẩn sulfua Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật thường tạo mùi khó chịu Nấm vi sinh vật hiếu khí phát triển lớp màng trên, tham gia vào trình phân hủy hợp chất hữu Quá trình diễn sau: ÏQuá trình xử lý sinh học hiếu khí Oxy hóa chất hữu Chất hữu + O2 Enzyme CO2 + H2O + ÌH Tổng hợp tế bào Chất hữu + NH3 + O2 Enzyme CO2 + H2O + C5H7NO2 - ÌH Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 Enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 +/- ÌH ÏQ trình xử lý sinh học kị khí Q trình phân hủy kị khí chất hữu q trình sinh hóa phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian qua nhiều phản ứng trung gian Chất hữu Enzme CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào Q trình kị khí xảy theo giai đoạn: ¾ Giai đoạn 1: thủy phân,cắt mạch hợp chất cao phân tử ¾ Giai đoạn 2: acid hóa ¾ Giai đoạn 3: acetate hóa ¾ Giai đoạn 4: methane hóa SVTH: Nguyễn Duy Trình 59 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh 5.3.3 Ưu – nhược điểm 5.3.3.1 Ưu điểm + Đĩa quay chế để tách chất rắn dư khỏi bề mặt đĩa nhờ lực xốy – xoắn tạo ra,đồng thời giữ chất rắn bị tróc màng + Khơng cần phải sục khí + Dễ vận hành 5.3.3.2 Nhược điểm + Giá thành lắp ráp cao + Cần thời gian để vi sinh vật dính bám bắt đầu vận hành 5.4 Cơng trình có bể UASB 5.4.1 Quy trình xử lý bể USB Nước thải từ hệ thống thoát nước nhà máy chảy đến bể tiếp nhận có lắp đặt song chắn rác thơ nhằm loại bỏ cặn thô Nước thải tiếp tục đưa vào bể điều hòa với hệ thống khuấy trộn chìm để điều hịa lưu lượng nồng độ nước thải, giúp làm giảm kích thước, tạo chế độ làm việc ổn định cho cơng trình phía sau, tránh tượng tải Nước thải sau bể điều hòa tiếp tục bơm qua bể điều chỉnh pH nhằm ổn định pH trước nước thải qua q trình xử lý sinh học Sau đưa vào lắng sơ để lắng chất rắn không tan phần chất rắn lơ lửng, sau đưa vào bể UASB Sau xử lý sinh học, nước thải thải nguồn tiếp nhận Nước thải Bể lắng sơ cấp Bể UASB Bể lắng thứ cấp Nước Nước tuần hồn Hình 5.5 Quy trình xử lý cho bể UASB SVTH: Nguyễn Duy Trình 60 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh 5.4.2 Quá trình xử lý sinh học Trong bể UASB xảy q trình phân huỷ chất hữu hịa tan dạng keo nước thải với tham gia vi sinh vật yếm khí Nước thải nạp vào hầm ủ từ đáy hầm, xuyên qua lớp thảm bùn lên Các chất rắn nước thải tách thiết bị tách chất khí chất rắn hầm Các chất rắn lắng xuống lớp thảm bùn có thời gian lưu trử hầm cao hàm lượng chất rắn hầm tăng Lúc hầm ủ bắt đầu hoạt động khả lắng chất rắn thấp tích trữ nhiều tạo thành hạt bùn khả lắng tăng lên góp phần giữ lại VSV hoạt động Khoảng 80 ÷ 90% trình phân hủy diễn thảm bùn này.Vi sinh vật yếm khí hấp thụ chất hữu hồ tan có nước thải, phân huỷ chuyển hố chúng thành khí (khoảng 70 – 80% metan, 20 – 30% carbonic) Bọt khí sinh bám vào hạt bùn cặn, lên làm xáo trộn gây dịng tuần hồn cục lớp cặn lơ lửng Hiệu khử BOD COD đạt 70 - 90% Q trình diễn sau: ÏQ trình xử lý sinh học kị khí Q trình phân hủy kị khí chất hữu q trình sinh hóa phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian qua nhiều phản ứng trung gian Chất hữu Enzme CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào Quá trình kị khí xảy theo giai đoạn: ¾ Giai đoạn 1: thủy phân,cắt mạch hợp chất cao phân tử ¾ Giai đoạn 2: acid hóa ¾ Giai đoạn 3: acetate hóa ¾ Giai đoạn 4: methane hóa 5.4.3 Ưu – nhược điểm 5.4.3.1 Ưu điểm + Ít tiêu tốn lượng vận hành + Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn + Bùn sinh dễ tách nước SVTH: Nguyễn Duy Trình 61 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh + Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng + Có khẳ thu hồi lượng từ khí methane + Có khả hoạt động theo mùa bùn kị khí hoạt động sau thời gian ngưng không nạp liệu 5.4.3.2 Khuyết điểm + Giai đoạn khởi động kéo dài + Dễ bị sốc tải chất lượng nước vào biến động + Bị ảnh hưởng chất độc hại  Nhận xét: Trong công nghệ xử lý nước thải, đặc biệt nước thải thủy sản áp dụng đơn lẻ phương pháp hiếu khí hay kị khí hiệu xử lý không cao Cho nên để đạt hiệu xử lý cao cần phải kết hợp phương pháp hiếu khí kị khí cơng trình xử lý SVTH: Nguyễn Duy Trình 62 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Từ kết tham khảo đề tài, tài liệu mang tính thiết thực, qua đề tài “một số vi sinh vật phân giải protein ứng dụng xử lý nước thải thủy sản “rút số kết luận sau: Thấy tình hình phát triển nghành chế biến nuôi trồng thủy sản nước ta Đồng hành với phát triển vấn đề nhiễm mơi trường cần phải xử lý trước thải môi trường Thành phần tính chất nước thải việc ni trồng chế biến thủy sản, với thành phần chất hữu chủ yếu protein Để cho thấy tác động tới mơi trường ảnh hưởng tới đời sống Thành phần chủ yếu nước thải nuôi trồng chế biến thủy sản protein Đề tài cho biết đặc điểm cấu tạo, cấu trúc, vai trị tính chất protein đặc biệt chế phân hủy để từ có phương pháp để xử lý Các chất có phân tử protein sau phân hủy lại vào chu trình sinh địa hóa Trong chế phân hủy cần phải có tác nhân để phá vỡ liên kết liên kết chất này,tác nhân enzyme Nghiên cứu cho thấy ta thấy enzyme để phân hủy protein enzyme protease Cho biết cấu tạo, chức sinh học enzyme protease chế phân hủy protein Với hiểu biết enzyme ứng dụng vào việc xử lý chất thải có hàm lượng chất hữu mà thành phân chủ yếu protein nước thải nuôi trồng chế biến thủy sản Trong phương pháp xử lý: lý hóa sinh học phương pháp xử lý sinh học có hiệu cao so với phương pháp khác Trong phương pháp xử lý sinh học: xử lý phương pháp sinh học điều kiện tự nhiên hay SVTH: Nguyễn Duy Trình 63 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh nhân tạo quần thể vi sinh vật có vai trị quan trọng trình xử lý nước thải với số lượng thành phần phong phú Trong đề tài cho biết số vi sinh vật có khả tiết enzyme protease phân hủy protein nước thải, đặc biệt nước thải nuôi trồng chế biến thủy sản Đồng thời biết yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động chúng Với hiểu biết chủng vi sinh vật, áp dụng vào cơng trình xử lý nước thải thủy sản Để xử lý tốt hơn, triệt để trước thải môi trường 6.2 Kiến nghị Chủ sở phải có biện pháp thu gom nước thải xử lý hệ thống xử lý nước thải sở khu công nghiệp, khu chế biến thủy sản tập trung, bảo đảm nước thải trước thải môi trường tối thiểu phải đạt tiêu quy định theo tiêu chuẩn môi trường bắt buộc áp dụng, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải chế biến thủy sản Hệ thống thu gom xử lý nước thải sở phải bảo đảm không làm ô nhiễm đất, nước ngầm, nước ao hồ sơng ngịi xung quanh Hạn chế sử dụng hóa chất, giảm bớt nhiễm q trình sản xuất Trong công nghệ xử lý nước thải thủy sản, cần phải lựa chọn phương pháp xử lý cho phù hợp Cần lựa chọn phương pháp sinh học phương pháp cho hiệu xử lý cao tốn phương pháp khác Cần phân lập tạo chủng vi sinh vật phân hủy chất Cần bổ sung thêm chủng vi sinh vật vào cơng trình xử lý nhằm tăng hiệu xử lý Tạo điều kiện thích hợp cho hoạt động sống vi sinh vật SVTH: Nguyễn Duy Trình 64 GVHD: Th.S Trịnh Thị Lan Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt [1] Bộ Thủy Sản Cơ sở khoa học hình thành hệ thống quan trắc Mơi trường để cảnh báo Môi trường dự báo thủy vực nước lợ, miền Bắc Việt Nam [2] Bộ Tài Nguyên Môi trường Hiện trạng Môi trường Việt Nam, 2003 [3] Bộ Thủy Sản Tuyển tập báo cáo Khoa học nuôi trồng thủy sản, 2003 [4] Hoàng Huệ (1996) Xử lý nước thải Nhà Xuất Bản Xây Dựng [5] Lương Đức Phẩm (1996) Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học Nhà Xuất Bản Giáo Dục [6] Nguyễn Đức Lượng (chủ biên) (2004) Công Nghệ EnZym Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh [7] Thơng tin khoa học – kinh tế thủy sản Số 5/2003 [8] Trần Xuân Ngạch (2007) Công nghệ enzym Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [9] Vũ Ngọc Bội (2004) Luận án tiến sĩ sinh học: “Nghiên cứu trình thủy phân protein cá enzyme protease Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên [10] Nguyễn Lân Dũng (2001) Vi sinh vật học Nhà Xuất Bản Giáo Dục Tài liệu tham khảo tiếng Anh [11] Chuntapa, B.; Powtongsook, S and Menasveta, P 2003, Water quality control using Spirulina platensis ins shrimp culture tanks, Aquaculture 220, 355 – 366 [12] Fao Fisheries Technical Paper – 355 Food and Agriculture Oranization of the United Nations: Wastewater treatment in the fishery industry Tài liệu Internet [13] http://www.thuvienkhoahoc.com/tusach/Subtilisin [14] http://www.cimsi.org.vn/tapchi/sotty ai5-9-1999.htm [15] http://phobachkhoa.com/@pbk/showthread.php?t=17432 [16] http://gralib.hcmuns.edu.vn/greenstoneli SVTH: Nguyễn Duy Trình 65 ... CHƯƠNG 4: VI SINH VẬT PHÂN GIẢI PROTEIN TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN 4.1 Vai trò vi sinh vật xử lý nước thải Vi sinh vật có nước thải chiếm đa số loài số cá thể tập đoàn sinh vật nước thải Nước thải nhiễm... điểm protein, chế phân hủy protein, enzyme tham gia vào trình phân hủy protein hệ vi sinh vật phân hủy protein Từ rút nhũng phương pháp xử lý phù hợp ứng dụng thực tiễn xử lý nước thải thủy sản nước. .. “ Vi sinh vật phân giải protein ứng dụng xử lý nước thải thủy sản Trong nghiên cứu này, tìm hiểu phương pháp lý sinh học Phương pháp có ưu điểm khơng gây hại cho động vật thủy sinh, hiệu xử lý