PHÂN LẬP VI SINH VẬT SỬ DỤNG CHROME, ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC DA

Xử lý Chrome tồn tại trong nước thải thuộc da bằng phương pháp sinh học, giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do các phương pháp xử lý hóa học mang lại. Vi vinh vật tiến hành xử lý theo cơ chế hấp phụ là chủ yếu. Hiệu quả xử lý cao, lên đến 65,8%.

Trang 1

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1

MỞ ĐẦU .2

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Đối tượng nghiên cứu 5

1.1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da 5

1.1.2 Tổng quan về một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng 10

1.1.2.1 Tổng quan về vi sinh vật 10

1.1.2.2 Con đường loại bỏ Chromium bằng vi sinh vật 11

1.1.2.3 Một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng 13

1.2 Thực trạng 13

1.2.1 Thực trạng về ngành thuộc da 13

1.2.2 Nguồn gốc của Chromium trong nước thải thuộc da và độc tính của Chromium 15

1.3 Tổng quan nghiên cứu 17

1.3.1 Tổng quan nghiên cứu về ngành thuộc da 17

1.3.2 Tổng quan nghiên cứu về các phương pháp xử lý nước thải thuộc da 22

1.4 Lý thuyết về phương pháp nghiên cứu 26

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh 26

1.4.1.1 Khái niệm 26

1.4.1.2 Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết 26

1.4.1.3 Giữ và bảo quản giống .27

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu xử lý Chromium trong nước thải thuộc da và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình 28

1.4.3 Các nghiên cứu ngoài nước về việc loại bỏ các ion kim loại nặng bằng vi sinh vật 34

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Nguyên liệu – Thiết bị - Hóa chất 38

2.1.1 Nguyên liệu 38

Trang

Trang 2

2.1.3 Hóa chất 39

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 39

2.2.1 Phân lập, sang lọc, tuyển chọn sơ bộ các chủng vi khuẩn có khả năng hấp thụ kim loại nặng 39

2.2.1.1 Sơ đồ nghiên cứu 39

2.2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 41

2.2.2 Tiến trình xử lý nước thải thuộc da 47

2.2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 47

2.2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 47

Chương 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 52

3.1 Kết quả phân lập, sang lọc và tuyển chọn các chủng có khả năng hấp thụ kim loại nặng 52

3.1.1 Phân lập vi khuẩn 52

3.1.2 Nhuộm Gram – định danh sơ bộ các chủng phân lập được 57

3.1.3 Khảo sát khả năng chịu Cr6+ của 13 chủng vi khuẩn phân lập được 58

3.1.4 Đánh giá khả năng loại bỏ Chromium theo thời gian của các chủng phân lập được 61

3.1.5 Kết quả định danh mẫu bằng phương pháp giải trình tự gen 16S 63

3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của các chủng vi sinh đã phân lập thông qua các chỉ tiêu về chất lượng nước tại các thời điểm lấy mẫu phân tích 63

3.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi 64

3.2.2 Giai đoạn chạy xử lý 68

3.2.2.1 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước 24h 68

3.3 Thảo luận và phân tích kết quả đạt được 89

3.3.1 Giai đoạn chạy thích nghi 89

3.3.2 Giai đoạn chạy chính thức 90

3.4 Xác định thời gian lưu nước và mật độ vi sinh tối ưu cho quá trình xử lý 96

3.5 Xác định các thông số động học 97

Chương 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 100

4.1 Kết luận 100

4.2 Kiến nghị 101

Trang 3

PHỤ LỤC 1 aPHỤ LỤC 2 jPHỤ LỤC 3 mPHỤ LỤC 4 xPHỤ LỤC 5 y

Trang 4

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam.

SS: Suspended Solid – chất rắn lơ lửng, mg/l

SVI: Chỉ số thể tích bùn

TDS: Total Dissolved Solids – tổng chất rắn hòa tan

TSB: Tryptic Soy Broth

VK: Vi khuẩn

VSV: Vi sinh vật

XLNT: Xử lý nước thải

Trang 5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Danh mục nguyên liệu hóa chất phục vụ sản xuất 5

Bảng 1.2 Kết quả phân tích nước thải từ công nghệ thuộc da 6

Bảng 1.3 Nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong sản xuất 9

Bảng 1.4 Thống kê một số công nghệ sản xuất sạch hơn 19

Bảng 2.1 Phương pháp lập đường chuẩn Chromium 44

Bảng 2.2 Phương pháp định lượng Chromium 45

Bảng 2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 50

Bảng 3.1 Đặc điểm của các khuẩn lạc 54

Bảng 3.2 Đặc điểm sơ bộ của một số chủng vi sinh 57

Bảng 3.3 Thống kê khả năng chịu Cr6+ của 13 chủng vi khuẩn phân lập được 59

Bảng 3.4 Thống kê loại bỏ Chromium theo thời gian 61

Bảng 3.5 Thống kê loại bỏ Chromium theo thời gian (2) 62

Bảng 3.6 Kết quả định danh mẫu bằng phương pháp giải trình tự gen 16S 63

Bảng 3.7 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi – ĐC 64

Bảng 3.8 Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi– ĐC 64

Bảng 3.9 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi – 107 65

Bảng 3.10Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi–107 66

Bảng 3.11 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi – 108 67

Bảng 3.12Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi– 108 67

Bảng 3.13 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – ĐC 68

Trang 6

Bảng 3.15 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – 107 70

Bảng 3.16 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 24h –107 70

Bảng 3.18 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 24h – 108 71

Bảng 3.20 Thống kê hiệu suất Chromium ứng với thời gian lưu nước 12h – ĐC 73

Trang 7

Bảng 3.37 Tóm lượt kết quả thực nghiệm để tính toán các thông số động học 89

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất kèm dòng thải 8

Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm vi sinh 40

Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm chạy mô hình xử lý 47

Hình 3.1 Thống kê khả năng chịu Chromium (VI) của các chủng vi sinh 60

Hình 3.2 Phương trình đường chuẩn Chromium trong môi trường LB 61

Hình 3.3 Thống kê hiệu suất loại bỏ Chromium của các chủng vi sinh 62

Hình 3.4 Phương trình đường chuẩn Chromium trong môi trường nước cất 63

Hình 3.5 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – thích nghi 65

Hình 3.6 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium ĐC – thích nghi 65

Hình 3.7 Thống kê hiệu suất xử lý COD 107 – thích nghi 66

Hình 3.8 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 107 – thích nghi 66

Hình 3.9 Thống kê hiệu suất xử lý COD 108 – thích nghi 68

Hình 3.10 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 108 – thích nghi 68

Hình 3.11 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 24h 69

Hình 3.12 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium ĐC – 24h 69

Hình 3.13 Thống kê hiệu suất xử lý COD 107 – 24h 70

Hình 3.14 Thống kê hiệu suất xử lý Chromium 107 – 24h 70

Trang 9

Hình 3.35 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi 89

Hình 3.36Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong giai đoạn chạy thích nghi 89

Hình 3.37 Thống kê hiệu quả xử lý COD với thời gian lưu 24h 90

Hình 3.38 Thống kê hiệu quả xử lý Chromium với thời gian lưu 24h 91

Trang 10

Hình 3.45 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong suốt quá trình xử lý 96

Hình 3.46 Thống kê hiệu quả xử lý Chromium trong suốt quá trình xử lý 96

Hình 3.47 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định các thông số K và KS 98

Hình 3.48 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định các thông số Y và Kd 99

Trang 13

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài được tiến hành nghiên cứu thử nghiệm về việc làm giảm hàm lượngChromium tồn tại trong nước thải thuộc da bằng phương pháp xử lý sinh học thông qua

mô hình xử lý hiếu khí Aerotank Quá trình nghiên cứu được phân thành hai giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Phân lập, sàng lọc và tuyển chọn sơ bộ về một số chủng vi sinh cókhả năng hấp thụ kim loại nặng từ nguồn nước thải thuộc da và các nguồn khác

có liên quan

 Giai đoạn 2: Tiến hành thực nghiệm xử lý Chromium trong nước thải thuộc dabằng việc kết hợp giữa mô hình xử lý hiếu khí với các chủng vi sinh đã tuyểnchọn được ở giai đoạn 1

Trang 14

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Các chất độc hại từ sản xuất công nghiệp và những ảnh hưởng bất lợi từ các hoạtđộng của con người, tác động vào môi trường tỷ lệ thuận với sự phát triển không ngừngcủa xã hội Độc chất có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: là chất vô cơ hayhữu cơ, là hợp chất hay đơn chất, tồn tại ở dạng lỏng, rắn hay khí; Một khi chúng xâmnhập vào hệ sinh thái, theo thời gian sẽ dẫn đến sự tích tụ địa lý, tích lũy sinh học vàkhuếch đại sinh học

Chất thải của ngành công nghiệp nặng nói chung và của ngành thuộc da nói riêng cóchứa một hàm lượng đáng kể các độc chất kim loại Đặc biệt trong nước thải thuộc da

có chứa một lượng tương đối về chromium và sunfit, phát sinh từ các hóa chất được sửdụng trong quá trình sản xuất, có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người vàmôi trường sinh thái Chromium là một chất cực độc khi chúng tồn tại dưới dạng Cr6+ -được biết đến như một chất gây bệnh ung thư cho người thông qua con đường hô hấpcấp tính Việc xử lý để loại bỏ Chromium ra khỏi nguồn nước thải thuộc da là một vấn

đề thiết yếu Mặc dù các biện pháp xử lý hóa học đã đem lại kết quả nhanh chóng vàhiệu quả, tuy nhiên nó cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường xung quanh bởi sự tồn

dư lượng hóa chất được sử dụng trong quá trình xử lý Bên cạnh đó nhược điểm lớnnhất của công nghệ xử lý này là sử dụng một lượng lớn hóa chất chính vì thế mà nóluôn đi kèm với giá thành cao và tạo ra một lượng lớn bùn thải

Sản xuất và bảo vệ là hai quá trình luôn song hành với nhau Đứng trước nguy

cơ môi trường đang dần bị ô nhiễm bởi các độc chất kim loại nặng, và các biện pháp

xử lý hóa học không thể giải quyết vấn đề này một cách triệt để Tôi mạnh dạn chọn đề

tài “ nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên

nước thải thuộc da”, góp phần làm cơ sở cho quá trình xử lý kim loại nặng trong nước

Trang 15

thải bằng vi sinh vật - là một hướng tiếp cận mới cho việc xử lý nước thải vừa an toànlại thân thiện với môi trường hơn.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Phân lập, sàng lọc và tuyển chọn sơ bộ một số chủng vi khuẩn có khả năng hấp thụChromium từ nước thải thuộc da và các nguồn khác có liên quan đến đề tài

Làm giảm hàm lượng Chromium trong nước thải thuộc da bằng các chủng vi sinh

đã phân lập được

3 Mục đích nghiên cứu

Xử lý Chromium trong nước thải thuộc da bằng hệ vi sinh vật có khả năng hấp thụChromium

Đánh giá hoạt tính của các chủng vi sinh trên

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu thử nghiệm trên vi khuẩn có khả năng hấp thụ Chromiumđược phân lập từ nguồn nước thải thuộc da và các nguồn khác có liên quan

5 Ý nghĩa của đề tài

 Ý nghĩa khoa học: Phân lập được chủng vi sinh vật có khả năng hấp thụ

Chromium cao và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực đặc biệt là xử lý hàm lượng kimloại nặng trong nước thải

 Ý nghĩa thực tiễn: Xử lý nước thải giàu kim loại nặng bằng con đường sinh học

giúp an toàn và thân thiện với môi trường hơn

Trang 16

6 Phạm vi ứng dụng

Tất cả các dòng thải có chứa hàm lượng kim loại nặng, đặc biệt là dòng thải cóchứa độc chất Chromium

Trang 17

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Đối tượng nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da [11]

Thuộc da là ngành sản xuất lâu đời trên thế giới cũng như ở nước ta Nó luôn gắn

bó với ngành chăn nuôi gia súc và chế biến thịt, đặc biệt là ngành da giày Da giày làmột trong những ngành thuộc hàng chiến lược có tiềm năng lớn và có khả năng cạnhtranh với các nước bạn trong tiến trình hội nhập Đồng thời nó cũng chính là ngành đãgóp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành thuộc da

Thuộc da: có nghĩa là làm thay đổi da động vật sao cho bền nhiệt, không cứng giònkhi lạnh, không bị nhăn và thối rữa khi môi trường ẩm và nóng Tùy theo mục đích sửdụng mà da được thuộc ở các điều kiện môi trường, công nghệ và hóa chất, chất thuộckhác nhau Nguyên liệu chính sử dụng cho công nghiệp thuộc da chính là da động vật:

da bò, da cừu, da lợn, …

Bảng 1.1 Danh mục nguyên liệu, hóa chất phục vụ sản xuất

STT Nguyên liệu thô/ hóa chất Số lượng (kg)

Bảng 1.2 Kết quả phân tích nước thải từ công nghệ thuộc da

(Nguồn: Cty TNHH thuộc da Đặng Tư ký)

Trang 18

Thông số pH COD BOD 5 SS Cr 3+

Quá trình sản xuất da thuộc gồm các bước sau:

- Hồi tươi: Da thu về từ các lò mổ thường được ướp muối hoặc sấy khô để bảo

quản Sau đó được đưa vào các thùng quay có mái chèo ngâm với nước để táchphần máu, chất bẩn và muối Nước thải ở công đoạn này thải ra theo từng mẻ,trong công đoạn này có bổ sung thêm các chất diệt khuẩn

Trang 19

- Ngâm hóa chất: Sau khi hồi tươi, da được đưa sang bể chứa dung dịch

Ca(OH)2 và ngâm để khử lông Để tăng quá trình khử lông, người ta có bổ sungthêm một lượng nhỏ Natri Sulfur (Na2S)

- Cạo lông và xén thịt: Sau khi ngâm vôi, da được đưa vào máy trục lăn có dao

cạo để tách phần lông, còn lại là riềm, thịt bạc nhạc Trong quá trình này, nướcđược sử dụng để rửa

- Khử vôi: Mục đích để tách vôi trong da và thủy phân một số protein không cần

thiết trong da bằng cách sử dụng (NH4)2SO4 Công đoạn này rất cần thiết chocông đoạn thuộc Chrome Làm mềm da trong bể hoặc thùng quay

- Thuộc da: Công đoạn này đòi hỏi quá trình ngâm vôi lâu hơn và quá trình làm

mềm da ngắn hơn là thuộc tannin Sau đó da được làm xốp với H2SO4 hoặc muốiNaCl trong thùng quay trong khoảng vài giờ Sau đó bổ sung Chrome sunfat chođến khi quá trình thuộc kết thúc Cuối quá trình thuộc Chrome người ta thường

bổ sung thêm Na2CO3 để tăng khả năng cố định Chrome vào các protein của da

- Ép nước: Sau khi thuộc Chrome, da thuộc được lấy ra khỏi thùng và ép nước.

- Bào da: Da đã ép và để khô được chuyển qua khâu bào nhằm bào bớt những vết

loang và phần da sần sùi

- Nhuộm: Bước tiếp theo là da được nhuộm với các màu khác nhau Đây là công

đoạn hoàn thiện làm bóng và nhuộm da thành sản phẩm theo yêu cầu

Trang 20

Sấy khô, trau chuốt, đánh bóng

Nước thải, chất rắn( thịt, mỡ vụn)Nước

(NH4)2SO4, nước

Nước, H2SO4, NaCl

Trang 21

 Nguồn phát sinh chất thải

Bảng 1.3 Nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong sản xuất

CTR: lông, cặn lắng trong nước thải, bạc nhạc, diềm dẻo, da váng thải

Khí thải: H2S, các khí có mùi khó chịu

Tẩy vôi, làm

mềm

Nước thải: COD, BOD, TDS, SS Nước thải có pH cao, các chất hữu

cơ trong da nguyên liệu và các hóa chất không ngấm vào da (như muối amon-nito, sunfit, muối canxi – sunfat canxi, chất hoạt động bề mặt) Lượng hóa chất này phụ thuộc vào phương pháp tẩy vôi

CTR: Bùn lắng trong nước thải

Khí thải: Có chứa NH3, H2S, các hydrocacbon có hoặc không có Clo, các chất hữu cơ dễ bay hơi

Trang 22

1.1.2 Tổng quan về một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng

 Kích thước nhỏ bé : Kích thước của vi sinh vật thường được đo bằng

micromet, bởi vậy khi tiến hành quan sát chúng, chúng ta phải sử dụng kínhhiển vi

 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh : Vì kích thước nhỏ bé nên vận tốc hấp thụ

và chuyển hóa của vi sinh vật vượt xa các sinh vật bậc cao Chẳng hạn vi khuẩnlactic trong một giờ có thể phân giải một lượng đường lactôzơ nặng hơn 1.000 -10.000 lần khối lượng của chúng Năng lực chuyển hóa sinh chất mạnh mẽ của

vi sinh vật dẫn đến những tác dụng hết sức to lớn của chúng trong thiên nhiêncũng như trong hoạt động sống của con người

Trang 23

 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh : So với các sinh vật khác thì VSV có

tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở cực kì lớn Vi khuẩn E.coli trong điều kiệnthích hợp cứ 20 phút phân chia một lần, từ một tế bào ban đầu, sau 24 giờ phânchia sẽ tạo nên hàng trăm triệu tỷ tế bào ( nặng khoảng 4722 tấn Thời gian thế

hệ của nấm men Saccharomycescerevisiae là 120 phút Khi nuôi cấy thu nhận

sinh khối giàu protein phục vụ chăn nuôi người ta nhận tốc độ tổng hợp của nấm

men này cao hơn bò tới 100.000 lần Thời gian thế hệ của tảo Chlorella là 7 giờ, của vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ.

 Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị : Năng lực thích ứng của VSV

vượt rất xa so với động vật và thực vật Trong quá trình tiến hóa lâu dài củaVSV đã tạo nên những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng được vớinhững điều kiện sống bất lợi Người ta nhận thấy lượng enzyme thích ứngchiếm 10% lượng protein chiếm trong cơ thể VSV

 Phân bố rộng, chủng loại nhiều : Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên Trái

Đất Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước,trong không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước

Về chủng loại, trong khi toàn bộ giới động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật

có khoảng 0,5 triệu loài thì VSV cũng có trên 100.000 loài bao gồm 30.000động vật nguyên sinh, 69.000 loài nấm, 23.000 vi tảo, 2.500 vi khuẩn lam, 1.500

vi khuẩn…

1.1.2.2 Con đường loại bỏ Chromium bằng vi sinh vật [1], [12]

Các ion kim loại được gắn kết lên màng tế bào bởi những cơ chế hoá lý khácnhau, phụ thuộc vào trạng thái của tế bào VSV và các điều kiện môi trường Những cơchế gắn kếtcác ion kim loại lên bề mặt tế bào một cách chắc chắn bao gồm các lựctương tác tĩnh điện, lực Vander Waals, những phản ứng oxy hoá khử, quá trình kết tủangoại bào,hay một vài sự phối hợp của những quá trình đó

Trang 24

Cơ chế quá trình loại bỏ các ion kim loại trong nước thải của tế bào vi sinh vật đượcchia thành 2 quá trình cơ bản là: đầu tiên là bởi sinh khối sống, phụ thuộc vào hoạtđộng trao đổichất của tế bào, còn được gọi là cơ chế chủ động Quá trình thứ hai thìliên quan đến sự loại bỏ kim loại bởi tế bào sống và chết như là một kết quả hoạt độngcủa những nhóm chức hoá họctrong thành phần của màng tế bào, còn gọi là cơ chế thụđộng.

 Cơ chế thụ động

Cơ chế thụ động là quá trình kết gắn các ion kim loại lên bề mặt tế bào, không phụthuộc vào quá trình trao đổi chất, do đó cũng không phụ thuộc vào sự sống của tế bào.Quá trình xảy ra chủ yếu của cơ chế này là quá trình hấp phụ và trao đổi ion

 Quá trình trao đổi ion

Quá trình trao đổi ion là quá trình các ion kim loại trao đổi với các ion như K+ và

Na+ trên bề mặt tế bào

 Quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ là quá trình gắn kết các ion im loại trên bề mặt tế bào nhờ vào cácthành phần hiện diện ở màng tế bào như polysaccharides, proteins và lipid Trong cácphântử này tồn tại nhiều nhóm chức có khả năng hấp phụ các ion kim loại nhưcacboxyl, amin, hydroxyl, sulfhydryl và phosphoryl Đây là những nhóm chức khửproton làm cho bề mặt tế bào tích điện âm, chính vì vậy các nhóm chức này có thể hấpphụ một lượng kim loại và các hợp chất hữu cơ phân cực và kỵ nước Các nhóm chứcnày có mức độ hoạt động gắn kết kim loại khác nhau Mức độ hấp phụ của các nhómchức phụ thuộc vào vào các yếu tố như : số lượng nhóm chức định vị trên bề mặt, trạngthái hoá học của các nhóm chức, và ái lực giữa nhóm chức với kim loại

 Cơ chế chủ động

Trang 25

Cơ chế chủ động có 2 giai đoạn Đầu tiên, các ion kim loại được gắn kết thụ độnglên bềmặt màng tế bào vi sinh vật Sau đó các ion kim loại được chuyển vào bên trong

tế bào nhờ hệ thống năng lượng của tế bào, vì vậy cơ chế này phụ thuộc vào sự sốngcủa tế bào

1.1.2.3 Một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng [2], [3], [1]

Một số loại sinh khối của VK có khả năng giữ lại một hàm lượng kim loại tươngđối cao bằng các cơ chế của quá trình thụ động và được xem là quá trình hấp thụ sinhhọc Hấp thụ sinh học sử dụng các vật liệu khác nhau bao gồm cả nấm, nấm men và

VK đã được nghiên cứu với mục đích để cô lập các ion kim loại từ dung dịch nước.Hấp thụ sinh học hay trao đổi chất độc lập là quá trình kim loại được hấp thụ vàovách tế bào thông qua quá trình vật lý hay hóa học hoặc được vận chyển vào bên trong

tế bào VK thông qua kênh vận chuyển.Ngoài ra, một khía cạnh quan trọng của hấp thụsinh học là nó có thể được thực hiện và trao đổi chất với các tế bào sống hoặc đã chết

Tính năng về sinh lý và di truyền học của VK Pseudomonas cho thấy nó là một

chủng VK đầy hứa hẹn cho việc ứng dụng chúng trong lĩnh vực công nghệ sinh học,

nông nghiệp và các ứng dụng xử lý môi trường Một số chủng Pseudomonas

fluorescens đã được chứng minh là có vai trò quan trọng trong xử lý sinh học của các

kim loại nặng và các hợp chất tồn tại trong thuốc trừ sâu

Theo Abou – Shanab và acs ( 2007), những chủng VK có khả năng hấp thụ kim loại

nặng : Pseudomonas diminuta, Brenendimonas diminuta, Nitrobacteria irancium,

Chrobacterum anthropi và Bacillus cereus.

1.2 Thực trạng

1.2.1 Thực trạng về ngành thuộc da

 Tình hình thuộc da trong nước

Trang 26

Trước những năm 90 ngành công nghiệp thuộc da chủ yếu sử dụng công nghệ truyềnthống, làm bằng thủ công, thiết bị thô sơ lạc hậu Hóa chất đa phần tự pha chế từnguyên liệu trong nước ( chất thuộc chromium, các loại dầu, tanin thực vật, hóa chấttrau chuốt,…) các sản phẩm da thuộc chất lượng thấp chủ yếu phục vụ cho quốc phòng

và công nghiệp Hoạt động hợp tác quốc tế, quan hệ giao lưu với nước ngoài còn rấthạn chế

Từ những năm 90 trở lại đây, các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ sản lượng thấp, tập trungthành làng nghề ( Phú Thọ Hòa –Tp HCM, Phố Nối – Hưng Yên…) những cơ sở khácnằm rải rác ở các vùng trong cả nước Theo thống kê thuộc da Việt Nam, mới chỉ sảnxuất được 17 triệu sqft/năm, trên tổng năng lực của các cơ sở thuộc da khoảng 30 triệutấn/năm, bằng khoảng 25% nhu cầu 80 triệu sqft da thuộc theo nhu cầu của thị trườngtrong nước bao gồm 3 loại là : da trâu, bò, lợn và sử dụng da cá sấu, đà điểu

Có thể nói việc phát triển làng nghề đã làm cho bộ mặt nông thôn đổi mới, nhưngkèm theo đó là hiện tượng ô nhiễm môi trường ở nhiều nơi đã đến mức báo động Làngnghề ở nước ta phần lớn tổ chức theo hộ gia đình, truyền nghề theo kiểu kèm cặp, laođộng thủ công là chính và không được trang bị kiến thức môi trường và an toàn laođộng Nơi sản xuất chế biến thường ở cùng nơi gia đình sinh hoạt Trong nước có hailàng nghề thuộc da nổi tiếng đó là làng nghề thuộc da ở Hưng Yên và làng nghề thuộc

da Phú Thọ Hòa – Tp HCM nơi có tới 60% công việc là sản xuất thủ công, chỉ có 37%

là trang bị nửa cơ khí Song hầu hết sản xuất tại gia đình, mỗi năm sản xuất, chế biếnhàng trăm tấn da nguyên liệu, từ đó đổ ra hàng chục tấn phế thải rắn, hàng nghìn m3nước không được xử lý làm ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí Nguyên nhânchính là do sử dụng một số lượng lớn hóa chất trong quá trình thuộc và trau chuốt da.Trong số các hóa chất đó chromium được coi là chất gây ô nhiễm và tồn tại lâu nhấttrong sản phẩm da, trong điều kiện thích hợp Cr3+ có thể chuyển sang dạng Cr6+ gâynguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng Các chất khác như sulphua natri, phẩm Azo độc

Trang 27

tính và các dung môi hữu cơ… cũng gây ô nhiễm và ảnh hưởng xấu đến sức khỏengười lao động và người dân.

 Tình hình thuộc da ngoài nước

Ngày nay, công nghệ vật liệu trên thế giới đang trên đà phát triển hết sức mạnh mẽ,những vật liệu mới với những đặc trưng khá tốt đang dần xuất hiện Nhưng những sảnphẩm do da thuộc mang lại vẫn chiếm lĩnh được thị trường khá tốt bởi chúng có nhữngđặc tính tự nhiên quý báu : mềm mại, thấm mồ hôi, bền chắc, bề mặt đẹp,… Để thúcđẩy sự phát triển của ngành thuộc da, các tổ chức Quốc tế đã có nhiều chương trình hỗtrợ các nước đang phát triển trong việc sản xuất da theo hướng bảo vệ môi trường Đơn

cử là chương trình sản xuất da sạch hơn ở Châu Á do UNIDO tài trợ Chương trình nàytriển khai nhằm trợ giúp một số nước Châu Á như : Indonexia, Nepan, Bangladesh,Srilanka trong việc sản xuất da thuộc đồng thời bảo vệ môi trường

1.2.2 Nguồn gốc của Chromium trong nước thải thuộc da và độc tính của Chromium

 Nguồn gốc của Chromium [11]

Trong quá trình sản xuất da thuộc, giai đoạn thuộc là giai đoạn làm phát sinh sự tồntại của Chromium trong nước thải thuộc da Thuộc là quá trình hóa học làm biến chấtcollagen ( thành phần chủ yếu của da sống) thành chất không bị thối rữa Có hai loạihình được thực hiện : thuộc Chrome và thuộc Tanin

Thuộc Chrome dùng để sản xuất da mềm, được thực hiện ở ngay trong thùng quaychứa dung dịch làm xốp Dung dịch chất thuộc : Cr(OH)SO4, nồng độ khoảng từ 7 –8% ( 25 – 26% Cr2O3) Thời gian của quá trình thùy thuộc vào mặt hàng( từ 4 – 24giờ) Chất nâng pH ( khi thuộc xong) : Na2CO3, formate Natri, muối của aciddicarboxylic : 0,1 – 0,5%, pH kết thúc là 3,8 – 4,2 Nếu sản phẩm cần giữ trong khohoặc đem bán ở dạng ướt thì dùng chất chống mốc ( 0,1%)

Trang 28

 Độc tính của Chromium [13]

Chromium có đặc tính lý học ( bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu tốt,

…) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi, vì vậy mà tác hại của nó gây ra ngày càngnhiều Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr6+ dù chỉ với một lượng nhỏ cũng là nguyên nhânchính gây tác hại nghề nghiệp Chromium là nguyên tố được xếp vào nhóm gây bệnhung thư Chromium thường tồn tại ở hai dạng ion chính Cr3+ và Cr6+; trong đó Cr6+ độchơn Cr3+ Nồng độ Chrome trong nước uống cần phải thấp hơn 0,02ppm

Sự hấp phụ của Chromium vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóacủa nó Cr6+ hấp phụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+ và có thể thấm qua màng tế bào,

Cr6+ dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, ung thư phổi

Chromium xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và khi tiếp xúctrực tiếp Qua nghiên cứu người ta thấy rằng Chromium có vai trò sinh học như chuyểnhóa glucozo, tuy nhiên với hàm lượng cao Chromium sẽ làm kết tủa protein,các acidnucleic gây ức chế hệ thống men cơ bản Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì conđường nào Chrome cũng được hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001ppm, sau đó chúngđược chuyển vào hồng cầu và hòa tan trong hồng cầu nhanh 10 – 20 lần, từ hồng cầuChrome chuyển vào các tổ chức phụ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phầncòn lại được chuyển qua nước tiểu

Chromium kích thích niêm mạc gây ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt.Niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi

Trong giai đoạn thuộc của quá trình thuộc da có chứa hàm lượng Chromium dư ởdạng Cr3+ gây dị ứng cho da, gây cảm ứng với một số chức năng của cơ thể như trongảnh hưởng của insulin gây sơ cứng động mạch, nếu có lượng lớn thì có thể gây bệnhung thư

Trang 29

Sự có mặt của Chromium làm giảm khả năng làm sạch nước của VSV Nếu nướcthải thuộc da ngấm vào đất sẽ làm đất cằn cõi do chứa hàm lượng NaCl cao, ảnh hưởngtới chất lượng nước ngầm.

1.3 Tổng quan nghiên cứu

1.3.1 Tổng quan nghiên cứu về ngành thuộc da [16]

và chất thay thế giấy

Từ năm 1970 đến 1993, các nghiên cứu tập trung vào thủy phân DPT nhằm tái chếamino acid và peptide để làm thức ăn gia súc và phân bón Rất nhiều các phương pháp

xử lý đã được triển khai trong khoảng thời gian này Phương pháp thủy phân kiềm như

sử dụng vôi và hơi nước hay NaOH trong điều kiện nhiệt độ cao và/hoặc áp suất cao,thủy phân acid và thủy phân enzyme được sử dụng để thu hồi Chromium và phân lậpprotein Một số phương pháp dùng peroxide oxy hóa DPT để thu sợi collagen vàCr(VI) Quá trình oxy hóa ướt và đốt DPT được áp dụng chỉ để thu hồi Cr(VI) Tuynhiên, sản phẩm phụ Cr(VI) có độc tính mạnh được tạo thành từ những phản ứng này,đòi hỏi phải có thêm bước khử Chiết tách Chromium không bao giờ hoàn tất và cầnlặp lại nhiều lần, làm tăng chi phí Hơn nữa, khi tiến trình được lặp lại càng nhiều lầnthì càng thúc đẩy sự phân hủy collagen, collagen tan vào dung dịch tạo thành hỗn hợpCr(VI) với protein

Trang 30

Trong mười năm trở lại đây, Brown và cộng sự đã tiến hành những nghiên cứu có

hệ thống trong phòng thí nghiệm và làm thí nghiệm pilot để xử lý DPT Tiến trình mộtbước đầu tiên sử dụng enzyme phân giải protein mang tính kiềm để phân lập ra sảnphẩm thủy phân không có Chromium, dùng làm phân bón hay thức ăn gia súc Một tiếntrình mới hơn gồm 2 bước nhằm thu hồi protein có thể tạo gel dùng làm keo, mỹ phẩm,film, vỏ thuốc nhộng, chất nhũ hóa… trong bước đầu tiên và sản phẩm thủy phân trongbước thứ 2 Trong quá trình này, DPT được thủy phân bằng kiềm trong bước đầu tiên

và với protease trong bước thứ 2, hoặc sử dụng 2 enzyme liên tiếp Tuy nhiên, trong 2cách trên đều có sản phẩm phụ là bã Cr ( gồm protein còn lại liên kết ngang với Cr)

Do đó, các nhà nghiên cứu trên đã sử dụng công nghệ nhiều bước gồm : hòa tan bằngH2SO4, kết tủa bằng NaOH, lọc và rửa để thu hồi Cr

Bên cạnh các nghiên cứu trên, còn có hướng sử dụng sản phẩm thủy phân chứacollagen sau khi đã tách Cr làm chất thuộc hay chất hoàn thiện Các nghiên cứu khôngnhững chứng minh rằng sản phẩm thủy phân của DPT phản ứng với formaldehyde saukhi tách Chrome hydroxyde có khả năng thuộc rất tốt, mà còn tận dụng phần thủy phânnày hoặc các sản phẩm trùng hợp với methyl methacrylate hay acrylonitrile trong quátrình hoàn thiện da Tuy nhiên, hạn chế của các nghiên cứu này là không nghiên cứuphần bã Cr

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc gần đây đã nghiên cứu cách sử dụng hoàn toànDPT và chuyển hoá thành những sản phẩm có giá trị, tránh tạo ra bất kì chất thải nào.Quá trình xử lý DPT trải qua 3 bước :

 Chiết gelatin

 Tách collagen thủy phân

 Thủy phân bã Cr bằng acid

Trang 31

Gelatin từ bước 1 được biến đổi hóa học( sử dụng monomer 2 chức, paraffin, acrylicmonomer, chất khử) để làm hóa chất hoàn thiện CollagenPolypeptide từ bước 2 đượcbiến đổi hóa học với 1 số monomer 2 chức của chuỗi acrylic acid và sáp để tạo hóachất thuộc lại Phần thủy phân chứa Cr được biến đổi tiếp với các monomer của chuỗiacrylic acid Chất này có thể được tái sử dụng trong các công đoạn thuộc và thuộc lại.

Các công nghệ zản xuất sạch hơn

Bên cạnh các phương pháp xử lý cuối đường ống, các nhà máy còn áp dụng cácbiện pháp hạn chế chất thải bằng các công nghệ sản xuất sạch hơn

Một số công nghệ sản xuất sạch hơn được áp dụng gần đây :

Bảng 1.4 Thống kê một số công nghệ sản xuất sạch hơn

Công nghệ sản xuất

Tiết kiệm nước

Sử dụng trống quay để hồi ướt và rửa da vừa hiệu quả vừa tiết kiệm nước rất nhiều Khi dùng trống, hoạt động theo mẻtiết kiệm nước hơn hoạt động liên tục Mặc dù cách tiết kiệm này không làm giảm tải lượng ô nhiễm nhưng có thể làm giảm kích thước các công trình xử lý nước thải

cơ Dùng Cr (III) để thuộc thay cho Cr (VI) Các chấtnhuộm phức kim loại ( có chứa một số kim loại và chấtnhuộm benzidine) phải được thay thế Các tác nhân nhuộmdầu và các chất thuộc lại chứa gốc Clo nên được thay thếbằng các tác nhân dễ phân hủy sinh học

Trang 32

Nạo nhầy tươi sau

khi hồi

Nạo thịt nhầy ngay sau khi hồi ướt, sản phẩm phụ thu được

có pH gần trung tính, dễ dàng thu hồi chất béo và proteinchất lượng tốt cũng như tiết kiệm kiềm và hóa chất làm rụnglông Hơn nữa, nạo nhầy tươi giúp các hóa chất thấm vào datốt hơn và cải thiện chất lượng da thành phẩm

Các phương pháp làm

sạch lông kinh tế

Hệ thống làm sạch lông kinh tế sử dụng ít sulfua hơn hệthống hủy lông, và giúp tách protein dễ dàng từ các lôngkhông hòa tan Do đó hệ thống này ít gây ô nhiễm môitrường hơn quá trình hòa tan lông Nước thải từ công đoạnnày có nồng độ COD, BOD5, Nitrogen, Sulphide, tổng chấtrắn và chất rắn lơ lửng giảm đáng kể Áp dụng công nghệnày sẽ làm giảm tải lượng hữu cơ cho hệ thống xử lý

Tách và xén da kiềm Tách và xén da thường được thực hiện sau công đoạn thuộc

nên sản phẩm phụ tạo thành có chất lượng thấp và chứaChromium Nếu những công đoạn này được tiến hành trên

da chưa thuộc, sản phẩm phụ có thể đem bán trên thị trường

dễ dàng hơn từ da đã thuộc Chất thải rắn chưa thuộc lànguồn nguyên liệu tốt để sản xuất gelatin hay thức ăn giasúc Cách này cũng làm giảm lượng hóa chất sử dụng để

Trang 33

khử kiềm, chỉnh pH, thuộc và tải lượng hữu cơ trong nướcthải.

Dùng acid yếu để khử

kiềm

Sử dụng acid yếu ( acid hữu cơ) có thể giảm lượngamonium từ quá trình khử kiềm

Oxy hóa sulfide Dùng H2O2 để oxy hóa sulfide trong dung dịch sẽ không

tạo thành H2S khi acid hóa để khử kiềm

Công đoạn hoàn thiện

Quá trình hoàn thiện da bằng cách phun xịt truyền thống tạo

ra chất thải khoảng 30 – 50% da thành phẩm Tuy nhiên,nếu phủ bề mặt da bằng cách lăn chỉ thải ra 5% da thànhphẩm

Tái sử dụng

Chromium

Tiết kiệm chi phí hóa chất và giảm thiểu ô nhiễm môitrường

Thu hồi gelatin Sản xuất keo, làm phân bón hoặc tái sử dụng làm hóa chất

hoàn thiện da trong nội bộ nhà máy

 Việt Nam

Hiện nay, tại một số cơ sở thuộc da quy mô lớn ở Tp Hồ Chí Minh đã có hệthống xử lý nước thải và áp dụng các công nghệ sản xuất sạch hơn như : dùng trốngquay để tiết kiệm nước, nạo nhầy tươi, tách và xén da kiềm Tuy nhiên, tình trạng quản

lý da phế thải còn lỏng lẻo [2] Chỉ có rất ít cơ sở tận dụng bầy nhầy làm thức ăn giasúc và phân bón Các cách xử lý và thải bỏ da phế thải hiện nay gồm :

Đốt DPT : các nhà máy sản xuất giày lớn thuê các công ty xử lý chất thải đốt

DPT Khói của quá trình đốt thải trực tiếp ra môi trường mà không qua bước xử lý nào.Tro được đem chôn Ngoài ra, các lò gạch dùng DPT làm nguồn nguyên liệu để tậndụng nhiệt DPT chứa Chromium trong khi đốt là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng

Trang 34

Thải bỏ DPT chung với rác sinh hoạt : Các cơ sở sản xuất giày tư nhân quy mô

nhỏ thải bỏ vụn da chung với rác sinh hoạt Khi rác được đem chôn, Chromium đi vàomôi trường đất và gây ô nhiễm cho đất Một số cơ sở lớn thuê các công ty xử lý chấtthải chôn lấp DPT nhưng do điều kiện chôn lấp không hợp vệ sinh nên Chromium vẫn

có khả năng tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường

Thực tế tình hình xử lý DPT trên đòi hỏi phải có giải pháp để vừa giảm ô nhiễm môitrường, lại vừa tận dụng các thành phần trong da và tiết kiệm chi phí như thu hồigelatin và Chromium từ da

1.3.2 Tổng quan nghiên cứu về các phương pháp xử lý nước thải thuộc da [11]

 Phương pháp hóa học

Nhìn chung nước thải thuộc da là rất phức tạp do đặc tính của nó là hợp bởi cácdòng thải có tính chất khác nhau ( dòng mang tính axit, dòng mang tính kiềm) nên cácchất ô nhiễm trong dòng thải có thể phản ứng với nhau gây khó khăn cho quá trình xửlý

Nước thải thuộc da là nước thải công ngiệp chứa nhiều chất ô nhiễm: các chất hữu

cơ (protein tan, lông, thịt,… được tách ra từ các thành phần của da); các hóa chất sửdụng trong tiền xử lí da, thuộc da và hoàn thiện da Vì vậy chúng ta cần phân dòng thảitrước khi tiến hành xử lý chung, cụ thể là tách riêng dòng thải ngâm vôi chứa sunfit vàdòng thải thuộc da chứa Chromium

Bên cạnh đó cần phải kết hợp xử lý bằng hóa – lý (chủ yếu là ta sử dụng phươngpháp keo tụ - tạo bông) để loại bỏ phần lớn hàm lượng cặn lơ lửng còn khá cao trongnước thải mà chúng có thể ảnh hưởng đến các công trình sinh học ở phía sau như bểAerotank Có như vậy mới đảm bảo hiệu quả xử lý cao và nước thải đầu ra mới đạt tiêuchuẩn cho phép

Xử lý nước thải chứa Sunfit S 2-

Trang 35

Oxy hóa S2- với xúc tác là muối Mn2+ kết hợp với sục khí

Nước thải chứa sunfit sẽ được đưa vào bể chứa, sau đó ta thêm vào một lượng muối

Mn2+ thích hợp cùng kết hợp với việc thổi khí.S2- sẽ bị oxy hóa thành thiosunfate,sufite, sunfat (là những chất ít hoạt động hơn sunfide)

Thời gian thổi khí khoảng 6 – 12h với tỷ lệ 1m3 không khí/ phút.m3 nước thải haytương đương 20m3/ giờ.m2 mặt nước trong bể oxy hóa có độ sâu từ 4 – 6m Lượngmuối MnSO4 khoảng 50 – 100g/m3 nước thải Ta có thể sử dụng máy sục khí bề mặthay máy thổi khí Ngoài ra trong suốt quá trình oxy hóa khí H2S, NH3 sẽ thoát ra gây ônhiễm về mùi.Vì vậy cần thiết phải phủ kín bể oxy hóa và xử lý khí bằng cách sử dụngquạt hút cho qua hệ thống lọc tinh.Lượng khí sinh ra khoảng 1,5m3 khí/giờ.m2 nướcmặt Cần kiểm soát giá trị pH trong khoảng 9 – 10 ( pH<8 sẽ sinh ra khí H2S có thể gâychết người và động vật ở nồng độ 2000 ppm Nếu pH>10 sẽ sinh ra khí NH3)

Oxy hóa S 2- bằng H 2 O 2

Phương pháp này khử S2- rất hiệu quả với chi phí xây dựng không lớn nhưng chiphí cho việc dùng H2O2 là hơi cao Vì vậy nó chỉ thích hợp cho các cơ sở nhỏ với việcthải bỏ nước thải ngâm vôi 1 -2 lần/tuần Với cách này sunfide sẽ bị oxy hóa thànhsunfur ở pH < 8.Nếu pH > 8 thì nó sẽ chuyển thành sunfate và việc này tốn hóa chấtgấp 3 lần Do đó cần điều chỉnh pH để kinh tế hơn Chúng ta cần khoảng 200mg/l H2O2

để khử S2- ở nồng độ từ 100 – 300mg/l

Khử S bằng cách cho kết tủa với muối sắt

2-Cách này cũng hiệu quả do chi phí hóa chất rẻ, nhưng gây mùi và nước thải có độmàu cao Chưa kể nó còn đòi hỏi nhiều hóa chất và phát sinh ra một lượng bùn lớn đòihỏi phải xử lý chứ không thể dùng làm phân bón

Xử lý nước thải chứa Chromium

Trang 36

Để xử lý nước thải chứa ion Cr6+, hiện nay công nghệ kết tủa hóa học thường được

sử dụng Các giai đoạn xử lý bao gồm khử Cr6+ thành Cr3+, sau đó điều chỉnh pH củanước thải đến 8 - 9 để kết tủa Cr3+ dưới dạng Cr(OH)3 và sau đó tách kết tủa khỏi nướcthải nhờ quá trình lắng trọng lực

Trong thực tế qúa trình khử không thể khử hoàn toàn Cr6+ thành Cr3+ do vậy trongnước sau lắng vẫn chứa một dư lượng Cr6+ nhất định

Ta có thể sử dụng CaO, Na2CO3, NaOH để xử lý Chromium tuy nhiên không nêndùng MgO do giá thành cao và kết tủa Cr3+ khó có thể tái sử dụng lại được

Để kết tủa Cr(OH)3 lắng nhanh có thể nâng pH lên 8,5 và cho thêm chất điện phânhoặc FeCl2 Lúc đó hiệu quả lắng do việc xử lý bằng hóa lý có thể lên đến 98% Bùnlắng có chứa Cr(OH)3 phải được xử lý trước khi đổ bỏ

Quy trình xử lý dòng thải thuộc Chrome của công ty TNHH Đặng Tư Ký

Hàm lượng Chromium công ty sử dụng trong giai đoạn thuộc là 7%, và Chromiumđược sử dụng dưới dạng Cr3+ (Cr2O42-), dạng bột, có màu nâu đỏ Đối với dòng thảithuộc Chrome, nhà máy không trộn dòng với các dòng thải khác (dòng nhuộm, dòngthuộc da) mà tiến hành xử lý riêng bằng cách:

Tủa Chromium bằng NaOH nồng độ cao (25kg NaOH pha trong 2 lít nước) và điềuchỉnh dòng NaOH vào thùng chứa nước thải thuộc Chrome bằng bơm định lượng, pH

= 9 – 9,5 Nước sau khi tủa Chromium trong, gần 90% hàm lượng Chromium được giữlại Phần Chromium bị tủa được bơm qua máy ép miếng bằng bơm hơi, tủa này được

ép thành bùn gọi là bùn Chromium Phần bùn Chromium này một phần được tái sửdụng lại cho những loại da không yêu cầu đầu ra chất lượng cao, phần còn lại được thugom lại và xử lý theo chất thải nguy hại (giao cho công ty môi trường xử lý)

 Phương pháp sinh học

Trang 37

Ứng dụng VSV trong công nghiệp là tiến hành có điều khiển quá trình biến đổi sinhhóa chất hữu cơ với sự tham gia của VSV và men Chất hữu cơ chứa trong nước thảisinh hoạt và sản xuất là cơ chất chứa cacbon cơ bản để VSV bùn hoạt tính tăng trưởng

và phát triển Trong quá trình hoạt động sống của VSV hình thành nên sinh khối – bùnhoạt tính dư và CO2

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình hiệu quả và triển vọng Visinh vật trong các biến đổi trao đổi chất thể hiện hoạt tính rất cao liên quan đến khảnăng của VSV sinh sản nhanh Chúng xử lý chất hữu cơ với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc

độ tăng trưởng của chúng Khả năng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học phụthuộc vào loại và thành phần chất hữu cơ và tương quan thích hợp của những phần tửcủa cơ chất đó cần để làm nguồn dinh dưỡng cho VSV Các chất hữu cơ có mặt trongnước thải sinh hoạt và phần lớn nước thải công nghiệp đều thích hợp cho hoạt độngsống của VSV

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học về mặt kỹ thuật được thựchiện bằng 2 cách: ở biophin hoặc ở aerotank Sự khác nhau cơ bản giữa chúng là ởphương pháp nuôi cấy VSV Trong biophin, VSV được cố định trên bề mặt vật liệu trơ.Trong aerotank, VSV được nuôi cấy như là những bông VK huyền phù bơi tự do Ởđây, cấu trúc dòng nước thải, động học quá trình biến đổi chất hữu cơ và cả tốc độ hòatan oxy trong nước thải đóng vai trò cơ bản

Động lực học quá trình phát triển VSV và trạng thái sinh lý của chúng phụ thuộctrực tiếp vào phương pháp cấp oxy – liên tục hay gián đoạn Nếu không đưa vào thêmlượng cơ chất thì VSV ở ngay lúc đầu sẽ sinh sản rất nhanh trong điều kiện dư chấtdinh dưỡng, sau đó quá trình này chậm dần Do kết quả thay đổi môi trường dinhdưỡng mà VSV xuất hiện ở điều kiện ban đầu khác với VSV xuất hiện sau đó

Với đặc trưng riêng của nước thải thuộc da, có hàm lượng chất rắn lơ lửng và CODcao nên trước khi cho dòng thải đi vào mô hình xử lý hiếu khí (thông thường là

Trang 38

aerotank) thì cần phải qua giai đoạn xử lý sơ bộ - xử lý hóa lý để tránh gây ra hiệntượng “sock” cho hệ VSV tồn tại trong mô hình xử lý hiếu khí.

Hiện nay, việc làm giảm hàm lượng Chromium trong nước thải bằng phương phápsinh học còn đang trong thời gian nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm

1.4 Lý thuyết về phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh

Trong bất kì một môi trường nào cũng có sự tồn tại của VSV, chúng thường tồn tại ởdạng hỗn hợp gồm nhiều chủng loại khác nhau Muốn nghiên cứu về hình thái, sinh lý,sinh hóa hay áp dụng vào thực tiễn một loài nào đó thì ta cần đưa chúng về dạng thuầnkhiết

1.4.1.1 Khái niệm

Phân lập VSV là quá trình tách riêng các loài VSV tử quần thể ban đầu và đưa vềdạng thuần khiết Đây là một khâu có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nghiên cứu vàứng dụng VSV VSV ở dạng thuần khiết là giống VSV được tạo ra từ một tế bào banđầu

Dựa theo nguyên tắc: Tách rời các tế bào VSV; Nuôi cấy các tế bào trên trong môitrường dinh dưỡng đặc trưng để cho khuẩn lạc riêng lẻ, cách biệt nhau

1.4.1.2 Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết

Gồm các bước cơ bản sau:

Tạo ra các khuẩn lạc riêng rẽ từ quần thể VSV ban đầu: hóa lỏng mẫu phân lập, phaloãng đến nồng độ cần thiết, tiến hành cấy mẫu trên môi trường đặc trưng, đểcó đượcchủng thuần có thể lập lại nhiều lần pha loãng đến khi khuẩn lạc xuất hiện trên môitrường thạch đều đồng nhất

Trang 39

Phân lập VSV thuần khiết: cấy chuyền nhiều lần đối với từng loại khuẩn lạc riêng rẽ,

có thể tiến hành cấy ria hoặc cấy trang Chủng thuần khi khuẩn lạc trên môi trường làcùng một loại duy nhất, có hình thái giống với khuẩn lạc ban đầu

Mỗi khuẩn lạc đơn chỉ chứa một loại tế bào có hình thái giống nhau trong quan sátdưới kính hiển vi Khi thực hiện phải tuân thủ nghiêm túc các yêu cầu về thao tác vôtrùng

Kiểm tra độ tinh khiết của các khuẩn lạc: chọn các khuẩn lạc riêng lẻ trên môitrường thạch, sau đó pha loãng ở các nồng độ cần thiết bằng nước muối sinh lý vôtrùng, tiến hành cấy trang đối với các nồng độ pha loãng Ủ ở nhiệt độ, thời gian thíchhợp, quan sát nếu khuẩn lạc đồng nhất về màu sắc, hình dạng thì được giữ lại, ngượclại khuẩn lạc không thuần nhất thì loại bỏ Sự thuần khiết của khuẩn lạc đồng nghĩa với

sự thuần khiết của giống

Việc lựa chọn nguồn lấy mẫu cũng khá cần thiết, từ môi trường lấy mẫu đặc trưng ta

có thể dễ dàng để phân lập chủng VSV mong muốn

Sau quá trình làm thuần chủng VSV phân lập, các bước kế tiếp có thể là xác địnhhình thái VSV bằng các phương pháp như nhuộm gram, nhuộm bào tử, nhuộm tiêmmao, nhuộm vỏ nhày, Và thực hiện các thử nghiệm sinh hóa như: khảo sát khả năngchịu Chrome, khả năng hấp phụ Chrome,… từ đó chọn ra chủng cần phân lập

1.4.1.3 Giữ và bảo quản giống

Phương pháp cấy chuyền định kì: áp dụng cho tất cả các loại VSV Phương pháp này

đơn giản, dễ thực hiện nhưng thời gian bảo quản không lâu, tổn thất môi trường, thờigian và phẩm chất ban đầu của giống có thể bị thay đổi sau mỗi lần cấy chuyền

Phương pháp giữ giống trên môi trường thạch có lớp dầu khoáng: với yêu cầu các

chất dầu khoáng như parafin lỏng, vazơlin phải trung tính, độ nhớt cao, khôngđộc hạivới VSV và vô trùng ( hấp 1210C, 2 giờ; sấy khô trong tủ sấy ở 1700C, 1-2 giờ) Dầu

Trang 40

khoáng được cho lên bề mặt môi trường đã cấy VSV, cách mép trên ống nghiệm 1cm.Đối với VSV kị khí thì cần phải loại bỏ O2 trong môi trường trước khi cấy chúng vào

và tiến hành cho lớp dầu khoáng vào thật nhanh Phương pháp này khá đơn giản nhưng

có hiệu quả cao nhờ khả năng làm chậm quá trình biến dưỡng và hô hấp của tế bàođộng vật, làm VSV phát triển chậm lại Phương pháp này không làm môi trường mấtnước và khô

Phương pháp giữ giống trên đất, cát, hạt: Đất và cát là môi trường dùng bảo quản các

chủng có khả năng tạo bào tử tiềm sinh, thời gian bảo quản từ một đến nhiều năm Đất,cát sau khi sơ chế ( loại bỏ axit hữu cơ, rửa kỹ, sấy khô, vô trùng) thì được cho vào ốngnghiệm có VSV đã phát triển trên môi trường thạch, lắc đều, cho toàn bộ vào ốngnghiệm khác và hàn kín miệng sẽ bảo quản được rất lâu; Hạt là môi trường dùng đểbảo quản các chủng có dạng sợi sinh bào tử hoặc không, thời gian bảo quản có thể đếnmột năm Hạt sau khi được rửa sạch, nấu cho vừa nứt, để ráo, cho vào ống nghiệm vàphủ một lớp bông thấm nước nâu hạt, cấy giống vào, khi VSV mọc dầy đặc thì giữ ởnhiệt độ 15 – 200C

Phương pháp đông khô: làm mất nước tế bào ở trạng thái tự do, làm ngưng hẳn quá

trình phân chia của VSV, nhờ đó giống có khả năng chịu được nhiều tác động củangoại cảnh Phương pháp này được áp dụng trong sản xuất, thời gian bảo quản lên đếnvài chục năm

Sự lựa chọn VSV ở giai đoạn phát triển thích hợp cũng là yếu tố khá quan trọngtrong việc bảo quản giống

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu xử lý Chromium trong nước thải thuộc da và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình [5], [6], [7], [8], [9]

Tiến hành nghiên cứu xử lý hàm lượng Chromium trong nước thải thuộc da bằng môhình xử lý hiếu khí – Aerotank, mô hình xử lý được tiến hành theo mẻ ( chạy tĩnh)

Tiêu đề	Phân Lập Vi Sinh Vật Sử Dụng Chrome, Ứng Dụng Xử Lý Nước Thải Thuộc Da
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Chuyên ngành	Công Nghệ Sinh Học
Thể loại	Đề Tài
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	1,26 MB