Khảo sát một số đặc tính hóa, lý của dịch thải từ công đoạn ủ Viscozyme trong quy trình chiết xuất Lutein từ hoa cúc vạn thọ và đề xuất biện pháp xử lý

Để đề xuất biện pháp xử lý dịch thải này trước khi xả vào nguồn tiếp nhận, cần khảo sát một số đặc tính lý học và hóa học ban đầu của dịch thải như độ màu, mùi, pH, COD, BOD5, TSS,… và s

VƯƠNG THỊ KIM OANH

KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA, LÝ CỦA DỊCH THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN Ủ VISCOZYME TRONG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC VẠN THỌ VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường

Nha Trang, tháng 6 năm 2013

VƯƠNG THỊ KIM OANH

KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA, LÝ CỦA DỊCH THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN Ủ VISCOZYME TRONG QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC VẠN THỌ VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ

Sự biết ơn sâu sắc em xin gửi đến TS Hoàng Thị Huệ An, người đã định hướng và tận tình hướng dẫn, động viên, cho em những ý kiến thiết thực, quý giá trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Qua đây, em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô và cán bộ Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trung tâm Thí nghiệm - Thực Hành trường Đại học Nha Trang, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này

Xin cảm ơn tất cả những người bạn đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ

em trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình, bố mẹ và anh chị em thân yêu, những người đã luôn dõi theo, chăm sóc, động viên và ủng hộ

cả vật chất lẫn tinh thần để cho em hoàn thành đề tài này

Nha Trang, tháng 06 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Vương Thị Kim Oanh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về hoa cúc vạn thọ 3

1.1.1 Cúc vạn thọ 3

1.1.2 Thành phần hóa học 3

1.2 Quy trình sản xuất lutein bằng Viscozyme 4

1.2.1 Giới thiệu về Viscozyme 4

1.2.1.1 Đặc tính hóa lý của Viscozyme 4

1.2.1.2 Sự thủy phân cellulose bởi Viscozyme 4

1.2.3 Quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 6

1.3 Tổng quan về nước thải 8

1.3.1 Khái niệm và phân loại nước thải 8

1.3.2 Thành phần và các thông số đặc trưng của nước thải 9

1.3.2.1 Thành phần nước thải: 9

1.3.2.2 Các thông số đặc trưng chất lượng nước thải 11

1.3.3 Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải 12

1.3.3.1 Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm 12

1.3.3.2 Những ảnh hưởng của ô nhiễm nước gây ra đối với nguồn tiếp nhận

17

1.3.3.3 Nguyên tắc xả nước thải vào nguồn 17

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải 18

1.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 18

1.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học 20

1.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23

1.4.4 Xử lý cặn (bùn) của nước thải 24

1.4.5 Xử lý nước thải bằng chế phẩm sinh học 24

1.4.5.1 Khái quát về chế phẩm sinh học EM và ứng dụng 24

1.4.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng chế phẩm sinh học EM trong xử lý môi trường 25

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.2 Hóa chất 27

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị 27

2.1.3.1 Dụng cụ 27

2.1.3.2 Thiết bị 28

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.1 Phương pháp thu mẫu 28

2.2.2 Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu 28

2.2.3 Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian 29

2.2.3.1 Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều kiện không xử lý 29

2.2.3.2 Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian khi xử lý

bằng biện pháp keo tụ kết hợp BIO-EM 30

2.2.4 Phương pháp đánh giá các chỉ số môi trường 31

2.2.4.1 Đánh giá cảm quan về mùi 31

2.2.4.2 Xác định độ màu 2.2.4.3 Xác định độ đục 2.2.4.4 Xác định pH 2.2.4.5 Xác định COD 2.2.4.6 Xác định BOD5 2.2.4.7 Xác định TSS 2.4.4.8 Xác định đường tổng số 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu 33

3.2 Biến động một số đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều kiện không xử lý 33

3.2.1 Đánh giá mùi 33

3.2.2 Biến động các chỉ tiêu hóa, lý khác của dịch thải trong điều kiện không xử lý 35

3.3 Đánh giá một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ 38

3.4 Biến động một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải sau khi keo tụ kết hợp xử lý bằng chế phẩm BIO-EM 39

3.4.1 Đánh giá mùi 39

3.4.2 Biến động COD 41

3.4.3 Kết quả khảo sát BOD5 43

3.4.4 Kết quả khảo sát TSS 44

3.4.5 Kết quả khảo sát pH sau khi sử dụng BIO-EM 45

3.4.6 Kết quả khảo sát độ màu sau khi sử dụng BIO-EM 46

3.4.7 Kết quả khảo sát độ đục 47

3.5 So sánh các chỉ tiêu sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM 48

3.6 Nhận xét chung về kết quả thí nghiệm 49

3.7 Đề xuất quy trình xử lý dịch thải 50

3.7.1 Đề xuất quy trình 50

3.7.2 Thuyết minh quy trình 51

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC

PAA Polyacrylamide Polyacrylamid

PAC Poly Aluminium Choloride Poly Aluminium Choloride

rpm round per minute Vòng/phút

TSS Total Suspendend Solide Tổng chất rắn lơ lửng

v/w Volume/weight Thể tích/khối lượng

v/v Volume/volume Thể tích/thể tích

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần chất ô nhiễm trong các loại nước thải 10

Bảng 1.2 Các thông số hóa - lý - sinh chủ yếu đặc trưng cho chất lượng nước thải11 Bảng 1.3 Các giá trị cho phép tăng lên sau quá trình xả thải 17

Bảng 3.1 Kết quả xác định thể tích dịch thải /nguyên liệu 33

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá cảm quan mùi dịch thải của hoa cúc vạn thọ từ công đoạn ủ Viscozyme (khảo sát với 7 người) 33

Bảng 3.3 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải theo thời gian 35

Bảng 3.4 Kết quả phân tích các chỉ tiêu dịch thải cúc vạn thọ sau khi keo tụ 38

Bảng 3.5 Kết quả đánh giá cảm quan mùi sau khi sử dụng BIO-EM 39

trong điều kiện có và không sục khí 39

Bảng 3.6 Kết quả COD (mg/L) sau khi sử dụng BIO-EM 41

Bảng 3.7 Kết quả BOD5 sau khi sử dụng BIO-EM 43

Bảng 3.8 Kết quả TSS sau khi sử dụng BIO-EM 44

Bảng 3.9 Kết quả pH sau khi sử dụng BIO-EM 45

Bảng 3.10 Kết quả độ màu (Pt-Co) theo thời gian 46

Bảng 3.11 Kết quả độ đục sau khi sử dụng BIO-EM 47 Bảng PL1 Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD C Bảng 1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp J Bảng 2 Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước thải là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch K Bảng 3: Hệ số Kq của hồ, ao, đầm L Bảng 4: Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf M Bảng 5 Hướng dẫn sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM O

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.) 3

Hình 1.2 Quá trình thủy phân tế bào cánh hoa cúc vạn thọ bởi Viscozyme 5

Hình 1.3 Quá trình thủy phân của cellulose 6

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình thu nhận lutein este cô đặc từ hoa cúc vạn thọ 8

với công đoạn xử lý nguyên liệu bằng Viscozyme trước khi chiết hexan 8

Hình 2.1 Dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 27

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát sự biến đổi tính chất hóa, lý 29

của dịch thải theo thời gian khi không xử lý 29

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dịch thải khi xử lý bằng phương 30

pháp keo tụ kết hợp sử dụng BIO-EM 30

Hình 3.1 Sự biến đổi mùi của dịch thải hoa cúc vạn thọ theo thời gian 34

Hình 3.2 Dịch thải sau 3 ngày để ngoài môi trường 35

Hình 3.3 Biến động của một số đặc tính hóa, lý của dịch thải không xử lý 36

theo thời gian 36

Hình 3.4 So sánh các chỉ tiêu sau quá trình keo tụ 38

Hình 3.5 Điểm đánh giá mùi đối với dịch thải sau khi keo tụ và xử lý bằng 40

BIO-EM trong các điều kiện: a) có sục khí (EMS) ; b) không sục khí (EMK) 40

Hình 3.6 Biến động của COD theo thời gian sau khi keo tụ dịch thải và xử lý bằng BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 41

Hình 3.7 Dịch thải bổ sung BIO-EM có và không sục khí 43

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của BOD5 theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 43

Hình 3.9 Sự thay đổi của TSS theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 45

Hình 3.10 Sự thay đổi pH theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM 45

trong điều kiện có và không sục khí 45 Hình 3.11 Sự thay đổi độ màu theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 46

Hình 3.12 Sự thay đổi độ đục theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM 47

trong điều kiện có và không sục khí 47 Hình 3.13 Giá trị COD, BOD5, TSS của dịch thải sau keo tụ sau 4 ngày xử lý bằng BIO-EM so với QCVN 24:2009 48

Hình 3.14 Mẫu dịch thải sau khi xử lý bằng keo tụ và keo tụ kết hợp BIO-EM 49

Hình 3.15 Quy trình đề nghị xử lý dịch thải từ công đoạn ủ Viscozyme trong quy trình chiết xuất lutein 50

Hình PL7 Máy sục khí Q

Hình PL8 Máy đo quang DR/2000 Q Hình PL9 Bếp từ Q

LỜI MỞ ĐẦU

Để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của con người, hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ Tuy nhiên, điều đó lại phát sinh những ảnh hưởng tiêu cực làm suy thoái môi trường đất, nước, không khí, làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ảnh hưởng đến hệ sinh thái Chính bản thân con người phải gánh chịu những hệ quả đó Do vậy, những vấn đề liên quan đến môi trường đã và đang trở thành vấn đề cấp bách của toàn cầu

Trong những năm gần đây, cùng với xu thế hội nhập và phát triển kinh tế trong khu vực và trên thế giới, tốc độ công nghiệp hóa của Việt Nam ngày càng nhanh, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất ra đời, nhiều ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và nông nghiệp phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên, ở nước ta với một

hệ thống luật môi trường chưa hoàn chỉnh cũng như hệ thống giám sát môi trường còn yếu kém, hàng ngày một lượng nước thải không nhỏ được thải ra nguồn tiếp nhận mà chưa qua hệ thống xử lý Điều này làm môi trường ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng

Cũng với mục tiêu phục vụ cho nhu cầu của con người, việc nghiên cứu chiết xuất các hoạt chất sinh học từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm đang ngày càng được quan tâm Trong số các hoạt chất này, lutein – một carotenoid có màu vàng cam, được chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ - được biết đến như là một chất màu tự nhiên an toàn, đồng thời cũng là một chất chống oxy hóa có nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm Theo những nghiên cứu gần đây của một số tác giả trong và ngoài nước [1, 2, 3], để nâng cao hiệu quả chiết lutein từ hoa cúc vạn thọ, cần phá

vỡ màng tế bào chứa sắc tố bằng cách xử lý nguyên liệu hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme1 Sau khi ly tâm để loại bỏ dịch thải, bã ly tâm được đem đi chiết carotenoid bằng hexan Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu khác [11], dịch thải từ

1 đây là một enzyme hỗn hợp gồm beta-glucanase, xylanase, hemicellulase, cellulase

công đoạn xử lý enzyme như trên có chỉ số COD rất cao, nếu xả thải sẽ gây ô nhiễm môi trường

Để có thể nghiên cứu các biện pháp xử lý dịch thải này trước khi xả ra nguồn tiếp nhận, việc khảo sát các đặc tính hóa lý của dịch thải ban đầu cũng như sự biến động các đặc tính này theo thời gian là điều cần thiết Đó chính là lý do chúng tôi

thực hiện đề tài ‘‘Khảo sát một số đặc tính hóa, lý của dịch thải từ công đoạn ủ

Viscozyme trong quy trình chiết xuất lutein từ hoa cúc vạn thọ và đề xuất biện pháp xử lý’’.

Mục tiêu của đề tài là:

Tìm hiểu một số đặc tính hóa, lý của dịch thải trong các điều kiện khác nhau

và đề xuất biện pháp xử lý

Nội dung nghiên cứu:

 Tìm hiểu quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme

 Khảo sát biến động theo thời gian của một số đặc tính hóa, lý của dịch thải trong các điều kiện:

- Không xử lý

- Xử lý bằng biện pháp keo tụ kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM

 Đề xuất phương hướng xử lý dịch thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế, cũng như thời gian và kinh phí hạn hẹp nên đề tài chắc chắn vẫn còn tồn tại rất nhiều thiếu sót

Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về hoa cúc vạn thọ

1.1.1 Cúc vạn thọ

Cúc vạn thọ (Tagetes spp.) thuộc họ Cúc (Asteraceae) thuộc loại thân thảo

mọc đứng, cao 0,6 – 1 m, phân nhánh thành bụi có cành nằm trải ra Lá xẻ sâu hình lông chim, các thùy hẹp, dài, nhọn, khía răng cưa Đầu hoa tỏa tròn, rộng 3 – 4cm hoặc hơn; hoa màu vàng hay vàng cam, mào lông gồm 6 – 7 vẩy rời nhau hoặc liền nhau Hoa ở phía ngoài hình lưỡi nhỏ xòe ra, hoa ở phía trong hình ống và nhỏ Cây

ra hoa vào mùa đông cho tới mùa hạ [14]

Hình 1.1 Cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.)

1.1.2 Thành phần hóa học

Toàn cây cúc vạn thọ chứa 0,01% tinh dầu (ở mẫu khô lên đến 0,06%), có mùi thơm, thành phần gồm có d-limonen, ocimen, l-linalyl acetat, l-linalool, tagetone và nonanal Hoa chứa chất màu là quercetagetin Từ các cánh hoa khô, người ta đã chiết được quercetagitrin và một glucosid của quercetagein [14]

Trong số các loài cúc vạn thọ thì cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.)

được xem là một nguồn tự nhiên giàu lutein nhất được biết hiện nay Những nghiên cứu về hóa thực vật cho thấy trong cúc vạn thọ có chứa nhiều hợp chất như flavonoid, catotenoid (chủ yếu là mono- hay di- este của lutein với các carotenoid)

và các polyketides, antimutagen, phytorique và các chất dinh dưỡng khác Ngoài ra, hoa cúc vạn thọ còn chứa một số tinh dầu dễ bay hơi và nhiều hợp chất khác như quercetagetine, kaempférol, … và các este của zeaxanthine [15]

1.2 Quy trình sản xuất lutein bằng Viscozyme

1.2.1 Giới thiệu về Viscozyme

1.2.1 1 Đặc tính hóa lý của Viscozyme

Viscozyme L là sản phẩm của hãng Novozyme (Đan Mạch), chứa hỗn hợp enzyme gồm cellulase, hemicellulase và xylanase

Đặc tính của sản phẩm Viscozyme:

+ Màu sắc: nâu

+ Trạng thái vật lý: lỏng;

+ Chất bảo quản: kali sorbat;

Các điều kiện tối thích cho Viscozyme hoạt động là: pH 3,3 – 5,5 và nhiệt độ

25 – 550C [16]

Viscozyme là sản phẩm được sinh ra từ chủng nấm mốc Aspergillus

aculeatus Viscozyme chứa các carbohydrase có thể làm phân hủy cellulose và

hemicellulose - thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, nhờ đó giúp nâng cao khả năng chiết các chất bên trong tế bào [9]

1.2.1.2 Sự thủy phân cellulose bởi Viscozyme

Việc chiết xuất lutein este từ cánh hoa cúc vạn thọ tươi được xử lý bằng Viscozyme thương mại bao gồm các giai đoạn: ủ (lên men), ép/ly tâm, chiết lutein este bằng hexan Giai đoạn ủ Viscozyme được xác định là giai đoạn chính ảnh hưởng đến việc thu hồi lutein este Trong giai đoạn này, hệ enzyme đưa vào có tác dụng thủy phân cellulose và hemicellulose tạo thành các sản phẩm phân hủy cấp thấp (oligosaccharid như cellotetrose, cellobiose và glucose,…) Sự phân hủy này

làm tăng khả năng thẩm thấu của dung môi vào các tế bào sắc tố trong nguyên liệu trong quá trình chiết

Hình 1.2 Quá trình thủy phân tế bào cánh hoa cúc vạn thọ bởi Viscozyme

Quá trình thủy phân cellulose tạo thành được thực hiện nhờ sự tác dụng đồng thời của 3 enzyme khác nhau [7]:

 Endo-1,4-β-glucanase (hay 1,4-β-D-glucan 4-glucanohydrolase): enzyme này

sẽ tấn công ngẫu nhiên vào các cơ chất 1,4-β-glucan tan và không tan

 Exo-1,4-β-D-glucanase bao gồm 1,4-β-D-glucan glucohydrolase (enzyme này có tác dụng giải phóng D-glucose từ 1,4-β-D-glucan và thủy phân chậm D-cellobiose) và 1,4-β-glucan cellobiohydralase (enzyme này sẽ giải phóng cellobiose

từ 1,4-β-glucan)

 β-D-glucosidase (còn gọi là β-D-glucosidase glucohydrolase hay cellobiase) có tác dụng tạo thành D-glucose từ cellobiose là cellodextrin, cũng như các oligomer của glucose

Nhóm enzyme endo và exo thường được gọi chung là enzyme cellulose, còn β-D-glucosidase do có cấu trúc khác và cơ chế khác nên tách thành nhóm riêng

Hình 1.3 Quá trình thủy phân của cellulose 1.2.3 Quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme

Quy trình thu nhận lutein từ hoa cúc vạn thọ qua các bước sau:

- Chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ;

- Cô đặc dịch chiết để thu lutein oleoresin

- Xà phòng hóa lutein oleoresin và tinh chế để thu được lutein tự do

Để chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ, các quy trình trước đây thường đi từ nguyên liệu hoa cúc vạn thọ ở dạng bột khô sử dụng hexan làm dung môi chiết Việc chiết từ nguyên liệu khô đòi hỏi phải tốn năng lượng sấy và tổn thất lutein trong nguyên liệu Do vậy, các công trình nghiên cứu gần đây tập trung theo hướng chiết trực tiếp từ nguyên liệu tươi Tuy nhiên, một số kết quả nghiên cứu khác lại cho thấy việc chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ tươi bằng hexan cho hiệu suất chiết kém, hiệu quả kinh tế thấp Nguyên nhân là do hoa cúc vạn thọ được bao bọc bằng một lớp màng phức hợp cellulose – pectin - protein làm dung môi khó thẩm

thấu vào tế bào sắc tố Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao hiệu suất chiết lutein este bằng cách xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme trước khi chiết đang được quan tâm [3] Nhiều công trình gần đây tập trung vào việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả chiết lutein ester bằng cách dùng các enzyme thương mại như cellulase hay hỗn hợp cellulase, hemicellulase và pectinase để phá hủy màng tế bào chứa sắc tố

TS Hoàng Thị Huệ An (2013) đã thử nghiệm sử dụng Viscozyme2 với nồng

độ 1,7% v/v, tỷ lệ dịch Viscozyme/nguyên liệu là 1,1 v/w để ủ hoa cúc vạn thọ trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng Sau đó, ly tâm hỗn hợp để xả bỏ dịch Phần cánh hoa

đã xử lý enzyme được đưa vào công đoạn chiết sắc tố lutein bằng hexan (tỷ lệ 2/1 v/w) ở nhiệt độ phòng trong 18 giờ Với quy trình này, kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy hiệu suất thu nhận lutein este sau 2 lần chiết đạt gần 97%

Trong khi đó, cũng theo một nghiên cứu trước đây của tác giả Hoàng Thị

Huệ An (2009), nếu chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L tươi bằng

cách xay nhỏ với aceton (15/1, v/w) sau đó chiết sang dung môi este dầu mỏ thì hiệu suất thu nhận lutein este sau 3 lần chiết lần chỉ đạt khoảng 87% [3] Như vậy,

rõ ràng là quy trình chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bằng Viscozyme tiết kiệm được dung môi, thời gian và có hiệu quả hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều

Tuy nhiên, từ quy trình này đã sinh ra một lượng dịch thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ là sản phẩm của quá trình phân hủy màng tế bào hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme Để đề xuất biện pháp xử lý dịch thải này trước khi xả vào nguồn tiếp nhận, cần khảo sát một số đặc tính lý học và hóa học ban đầu của dịch thải (như độ màu, mùi, pH, COD, BOD5, TSS,…) và sự biến động các thông số này theo thởi gian trong các điều kiện khác nhau (không xử lý dịch thải; có xử lý,…)

2

Viscozyme L (Novozyme, Đan Mạch) là một hỗn hợp enzyme chiết xuất từ chủng nấm mốc

Aspergillus aculeatus, chứa chủ yếu beta-glucanase (endo-1,3(4)-) và một phần xylanase, hemicellulase,

cellulase

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình thu nhận lutein este cô đặc từ hoa cúc vạn thọ

với công đoạn xử lý nguyên liệu bằng Viscozyme trước khi chiết hexan

1.3 Tổng quan về nước thải

1.3.1 Khái niệm và phân loại nước thải

Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như: sinh hoạt, dịch vụ,

tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi,… Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng [11]

Nước thải sinh hoạt (NTSH): là nước thải từ khu dân cư, bao gồm nước sau

khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ bị phân hủy (hidrat cacbon, protein, chất béo), các chất vô cơ sinh dưỡng (phosphat, nitơ), cùng với vi khuẩn (có thể có cả vi sinh vật gây bệnh), trứng giun, sán, …

Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước thải Để đánh giá chính xác, cần phải khảo sát đặc điểm của nước thải từng vùng dân cư như ở đô thị, nông thôn, miền núi, đồng bằng, khu du lịch, …

Nước thải công nghiệp (NTCN): là nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công

nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận tải Nước thải loại này không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào các quy trình công nghệ của từng loại sản phẩm Nước thải

từ các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm (đường, sữa, bột, rượu bia …) và thủy sản (tôm cá …) có chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy; còn nước thải của nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng; nước thải của xí nghiệp làm ắcquy có nồng độ axit và chì cao, …Nói chung, nước thải của các ngành công nghiệp hoặc xí nghiệp khác nhau có thành phần hóa học và hóa sinh khác nhau

Nước thấm qua: đó là nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách

khác nhau (qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga)

Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những

thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát

của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên

1.3.2 Thành phần và các thông số đặc trưng của nước thải

1.3.2.1 Thành phần nước thải:

Nước thải là một hệ đa phân tán của các chất ô nhiễm trong nước (có thể ở dạng không tan, lơ lửng, keo hoặc tan…) Thành phần của nước thải khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc, điều kiện thu gom, khí hậu, …

Thành phần nước thải có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lựa chọn và xây dựng phương pháp xử lý

Các tác nhân ô nhiễm trong nước thải có thể xếp làm 3 nhóm chính:

(1) Tác nhân vật lý: nhiệt độ, màu, mùi, …

(2) Tác nhân hóa học: chủ yếu là các hóa chất trong nước thải

(3) Tác nhân sinh học: chủ yếu là các vi sinh vật

Các tác nhân hóa lý và sinh học phổ biến thường được xếp vào các thành phần chủ yếu như:

(1) Các chất rắn lơ lửng

(2) Các muối vô cơ hòa tan

(3) Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học

1.3.2.2 Các thông số đặc trưng chất lượng nước thải

Các thành phần của nước thải được đặc trưng bởi các thông số vật lý, hóa học

và sinh học Các thông số cơ bản được giới thiệu trong bảng 1.2:

Bảng 1.2 Các thông số hóa - lý - sinh chủ yếu đặc trưng cho chất lượng nước

thải ST

mg/L Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học

11 COD: Nhu cầu oxy

16 NO2-N: Nitơ nitrit mg/L Hàm lượng nitơ dưới dạng NO2-

17 PO4-P Phosphat mg/L Hàm lượng muối PO4

3-

18 Cu, Pb, Zn, As, Hg,

Cr: Các kim loại độc

mg/L Hàm lượng các kim loại độc

19 Hóa chất BVTV μg/L Hàm lượng tổng các hóa chất bảo vệ

21 Fecal coliform MNP/100

mL

Mật độ (thống kê) các vi khuẩn coliform nguồn gốc phân

MPN: Most Probale Number (số xác suất cao nhất)

1.3.3 Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý nước thải

1.3.3.1 Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm

Đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm cần dựa vào một số thông số cơ bản và so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất rắn lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan,… và đặc biệt là 2 chỉ số BOD, COD Ngoài các chỉ số hóa học trên còn phải quan tâm đến các chỉ tiêu sinh học,

đặc biệt là E coli [11]

Các chỉ tiêu lý học:

- Các chỉ tiêu dùng để đánh giá định tính độ nhiễm bẩn vật lý:

Nhiệt độ: là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến công nghệ

xử lý nước thải, liên quan đến quá trình lắng các hạt cặn bởi vì nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng và do đó có liên quan đến lực cản của quá trình lắng các hạt cặn trong nước thải Nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản chất của nước thải

Mùi: là dấu hiệu rất quan trọng trong việc đánh giá và chấp nhận hệ thống

xử lý nước thải của xí nghiệp Nước có mùi là có thể do các nguyên nhân khác nhau (chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, từ xí nghiệp chế biến thực phẩm, nước thải công nghiệp hóa chất, chế biến dầu mỡ, các sản phẩm phân hủy cây cỏ, rong tảo, động vật…) Mặc dù tương đối vô hại (nếu với hàm lượng nhỏ), nhưng mùi có thể gây cảm giác khó chịu, buồn nôn Thông thường mùi có được là mùi tổng hợp của nhiều loại mùi khác nhau Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn, quá trình phân hủy hiếu khí xảy ra chủ yếu mạnh mẽ (khi nước có đầy đủ oxy) thì nồng độ mùi thường thấp Ngược lại, khi trong nước không có oxy, các chất hữu cơ trung gian được tạo ra do quá trình phân hủy kỵ khí như các axit chưa no dễ bay hơi, các bazơ nitơ, CH4, H2S, mercaptan, indol, scatol … nên mùi được tạo ra rất mạnh, nồng độ chất mùi lớn và gây cảm quan khó chịu

Màu: nước tự nhiên sạch thường không màu Nước tự nhiên có thể có màu

vì các lý do: các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, nước có sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin, lignin …) Nếu nước có màu là dấu hiệu nước đã bị ô nhiễm Màu của nước được phân thành 2 dạng: màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo, và màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên Màu không chỉ làm giảm giá trị cảm quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậm chí còn cho biết mức độ độc hại của nước Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng cao

Độ đục: độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc

do giới thủy sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước sử dụng Độ đục càng cao thì độ ô nhiễm càng lớn

- Các chỉ tiêu đánh giá định lượng trạng thái chất bẩn tan, không tan:

hàm lượng chất rắn (TS, SS, VSS, DS)

Tổng chất rắn (TS): được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau

khi cho bay hơi 1L mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi khối lượng không đổi Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/L)

Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): hàm lượng các chất huyền phù

(SS) là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1L mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 – 1050C tới khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/L)

Chất rắn hòa tan (DS): hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của

tổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS Đơn vị tính bằng g hoặc mg/L

Chất rắn bay hơi (VS): hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi

khi nung lượng chất rắn huyền phù SS ở 5500

C trong khoảng thời gian xác định Thời gian này phụ thuộc vào mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn) Đơn vị tính là mg/L hoặc phần trăm (%) của SS hay TS Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước

Chất rắn có thể lắng: là số mL phần chất rắn của 1L mẫu nước đã lắng

xuống đáy phễu sau một khoảng thời gian (thường là 1 giờ) Đơn vị tính là mL/L

Các chỉ tiêu hóa học:

pH: độ pH tự nó không gây ô nhiễm nhưng đóng vai trò là thông số đặc

trưng rất quan trọng cho biết mức độ nhiễm bẩn và xác định sự cần thiết phải điều chỉnh trước khi xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi các quá trình hòa tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc của các phản ứng

hóa sinh xảy ra trong nước

- Các chỉ tiêu đánh giá định lượng độ nhiễm bẩn hữu cơ:

BOD (Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical Oxygen Demand): là lượng

oxi cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước trong điều kiện hiếu khí Phản ứng xảy ra như sau:

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O

Oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hòa tan trong nước

Chỉ số BOD được ứng dụng để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải và là một trong những kiểm nghiệm quan trọng nhất trong hoạt động kiểm soát ô nhiễm dòng chảy, qua đó cho phép đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước Số liệu BOD được ứng dụng cho thiết kế các công trình xử lý nước thải cũng như xác định hiệu quả của công trình xử lý

COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical Oxygen Demand): là lượng oxy

cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong thành phần nước thải bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh)

Theo phương pháp này, chỉ trong một khoảng thời gian ngắn, hầu như toàn

bộ các chất hữu cơ đã bị oxy hóa (trừ một số rất ít trường hợp ngoại lệ) Nhờ vậy, cho phép xác định nhanh hàm lượng chất hữu cơ, từ đó ứng dụng trong khảo sát ô nhiễm nguồn nước và đánh giá hiệu quả của các công trình xử lý nước thài

DO (Oxy hòa tan – Dissolved Oxygen): là yếu tố xác định sự thay đổi xảy

ra do vi sinh vật kị khí hay hiếu khí Đây là chỉ tiêu quan trọng liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy Ngoài ra, DO còn là cơ sở kiểm tra chỉ tiêu BOD Tất

cả quá trình xử lý hiếu khí phụ thuộc vào sự hiện diện của DO trong nước thải Việc xác định DO không thể thiếu vì đó là phương tiện kiểm soát tốc độ sục khí để đảm bảo lượng DO thích hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển

TOC (Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ – Total Organic Carbon): là tỉ lệ

giữa khối lượng cacbon so với khối lượng hợp chất Như vậy, trị số TOC được tính dựa theo công thức của hợp chất, đơn vị thể hiện là gam hoặc miligam cacbon theo thể tích

Các hợp chất phenol: phenol và các dẫn xuất phenol có trong nước thải

công nghiệp Các hợp chất phenol làm cho nước có mùi, đồng thời gây tác hại cho

hệ sinh thái và sức khỏe con người Một số phenol có khả năng gây ung thư Theo quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) hàm lượng 2,4 – triclophenol và pentaclophennol trong nước uống không quá 1μg/L

- Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm dinh dưỡng và mức độ phú

dưỡng hóa thủy vực:

Là các chất dinh dưỡng (N, P) Trong nước thải, N tồn tại dạng Nitơ hữu cơ (N – HC), Nitơ ammoniac (N – NH3), Nitơ nitrit (N – NO2-), Nitơ nitrat (N – NO3),

N tổng số và N tự do P thường tồn tại trong nước thải ở các dạng orthophosphate (PO43-, HPO43-, H3PO4) hay polyphosphate và phosphate hữu cơ

+

): Trong nước bề mặt tự nhiên vùng không ô nhiễm có lượng

vết amoni (dưới 0,05 ppm) Nồng độ amoni trong nước ngầm cao hơn nhiều Lượng amoni trong nước thải từ khu dân cư và nước thải các nhà máy hóa chất, chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10 – 100 mg/L

Nitrat (NO 3 - ): là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa nitơ có trong

chất thải của người và động vật Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường dưới 5 mg/L

Ở vùng ô nhiễm do chất thải và phân bón, nồng độ nitrat cao trên 10 mg/L là môi trường dinh dưỡng tốt cho sự phát triển tảo, rong gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt và thủy sản Trẻ con uống nước nhiều NO3- có thể ảnh hưởng đến máu Theo quy định của WHO nitrat trong nước uống không quá 10 mg/L

Photphat: là chất dinh dưỡng cho sự phát triển của rong tảo Nồng độ

photphat trong nguồn nước không ô nhiễm thường < 0,01 mg/L Giá trị này ở sông Mêkông thường < 0,05 mg/L nhưng ở các kênh rạch bị ô nhiễm nước thải sinh hoạt

và công nghiệp nồng độ photphat có thể lên tới 5 mg/L

Sunphat (SO 4 ): các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn

có nồng độ sunphat cao Nước có nồng độ sunphat cao gây rỉ sét đường ống và các công trình bê - tông Ở nồng độ cao sunphat còn gây ảnh hưởng đến cây trồng

Clorua (Cl - ): là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải Vị

mặn của nước là do ion Cl- tạo ra

- Chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của các đối tượng nước thải khác nhau:

Dầu, mỡ: bám vào thành ống nước thải, làm giảm công suất đường ống

Chúng thường nổi lên trên bề mặt nguồn nước, làm ảnh hưởng tới quá trình oxy hóa nước

Kim loại nặng (Pb, Hg, As, Cd, Cr ): phần lớn các kim loại nặng có trong

nước bị ô nhiễm và thường tồn tại dưới dạng ion Các kim loại nặng gây độc hại đến người và động vật

Chỉ tiêu sinh học:

Chỉ số sinh vật: vi sinh vật cũng là một chỉ tiêu để đánh giá nước bị ô

nhiễm Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị nước bị ô nhiễm:

+ Nhóm Coliform, đặc trưng là Escherichia coli (E coli)

+ Nhóm Streptococci, đặc trưng là Streptococcus faecalis

+ Nhóm Clostridium, đặc trưng là Clostridium perfringens

Sự có mặt các vi sinh này chỉ ra rằng nước bị nhiễm phân, như vậy có ý

nghĩa là có thể không có vi trùng gây bệnh đường ruột

Trong 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị trên, nhóm Coliform thường được phân tích

vì: chúng là nhóm vi sinh quan trọng nhất trong việc đánh giá vệ sinh nguồn nước

và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loại vi sinh chỉ thị lý tưởng; chúng có thể được xác định trong điều kiện thực địa; việc xác định coliform dễ dàng hơn các vi sinh vật chỉ thị khác

1.3.3.2 Những ảnh hưởng của ô nhiễm nước gây ra đối với nguồn tiếp nhận

Khi nước thải được xả vào nguồn nhận (sông, hồ, đất, …), các tác nhân ô nhiễm sẽ gây các tác động khác nhau lên nguồn nhận Các loại tác động gồm:

(1) Suy giảm oxy hòa tan các vực nước do phân hủy các tác nhân có nhu cầu oxy (chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học) dẫn đến cạn kiệt nguồn oxy cần cho sự sống các thủy sinh vật

(2) Phú dưỡng các vực nước (chủ yếu các hồ, sông) làm thay đổi cân bằng sinh thái Gây một số hậu quả như: làm cho nước có mùi tanh, có màu và chế độ oxy không ổn định; gây khó khăn cho quá trình lọc và khử trùng trong xử lý nước; khi tảo chết sẽ đóng góp một lượng chất hữu cơ, gây ‘‘tái ô nhiễm’’ nước; có thể xuất hiện tảo độc gây hại cho các sinh vật khác

(3) Độc sinh lý đối với các vi sinh vật trong đất, nước (cấp tính hay tích lũy lâu dài)

(4) Lan truyền các tác nhân gây bệnh qua các vật trung gian đến người

1.3.3.3 Nguyên tắc xả nước thải vào nguồn

Sau khi xử lý, việc xả thải vào nguồn phải tuân theo luật bảo vệ nguồn nước

Bảng 1.3 Các giá trị cho phép tăng lên sau quá trình xả thải [8]

Hồ chứa

2 Mùi, vị Sau khi xả nước thải vào và xáo trộn kỹ, thì hỗn hợp nước thải

và nước nguồn không mùi và vị

4 BOD5 Sau khi xả thải thì BOD5 không vượt quá tiêu chuẩn cho phép

5 Phản ứng Nước thải không làm thay đổi phản ứng: 5,5 < pH < 8,5

Ghi chú:

- Loại 1: cấp nước đô thị, xí nghiệp chế biến thực phẩm

- Loại 2: cấp cho công nghiệp, dùng để chăn nuôi cá, tắm giặt …

- Loại 3: tưới tiêu, chăn nuôi thủy sản

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải

Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất tan trong nước Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp

1.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng nhằm mục đích loại bỏ các chất rắn không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Thông thường thì

xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ Những công trình xử lý cơ học bao gồm:

- Song chắn rác: nhằm giữ lại các vật thô, như: giẻ, giấy, rác, vỏ hộp, đá,

gỗ, … ở trước song chắn Song làm bằng sắt tròn hoặc vuông (sắt tròn có Ø = 8 –

10 mm), thanh nọ cách thanh kia 1 khoảng bằng 60 – 100 mm để chắn vật thô và 10 – 25 mm để chắn vật nhỏ hơn, đặt nghiêng theo dòng chảy 1 góc 60 – 750

Vận tốc dòng chảy thường lấy 0,8 – 1 m/s để tránh lắng cát

- Lưới lọc: được đặt sau song chắn rác, để có thể loại bỏ các tạp chất rắn có

kích thước nhỏ hơn, mịn hơn Các vật thải được giữ lại trên bề mặt lưới lọc, phải cào lấy ra khỏi làm tắc dòng chảy Trước song chắn rác còn có thể lắp thêm thiết bị nghiền rác để nghiền nhỏ các tạp chất

- Bể lắng cát: nhằm tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn

nhiều so với trọng lượng riêng của nước thải như xỉ than, cát,… ra khỏi nước thải nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công trình xử

lý phía sau Cát từ bể lắng cát được đem đi phơi khô và cát thường được sử dụng lại cho mục đích xây dựng Bể lắng cát bao gồm những loại sau: bể lắng cát ngang, bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyến và bể lắng cát làm thoáng

- Bể lắng: để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng

lượng riêng của nước Chất lơ lửng sẽ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi (gọi là cặn) lên công trình xử lý cặn Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng làm các loại sau:

+ Bể lắng đợt 1: được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng tách các chất

rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan

+ Bể lắng đợt 2: được đặt sau công trình xử lý sinh học, dùng để lắng các cặn

vi sinh, bùn làm trong nước trước khi đi ra khỏi nguồn tiếp nhận

Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến

- Bể điều hòa: giai đoạn xử lý cơ học NTCN thường có thêm bể điều hòa

để khắc phục các vấn đề nảy sinh do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả xử lý của các công trình phía sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước xây dựng các thiết bị sau này

- Lọc cơ học: được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước

nhỏ ra khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại Vật liệu lọc được sử dụng là cát thạch anh, than cốc hoặc sỏi, than nâu, bùn hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào từng loại nước thải

và điều kiện sẵn có của địa phương Có nhiều dạng lọc như: lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi

- Tuyển nổi, tách dầu mỡ: thường áp dụng khi xử lý nước thải có chứa

dầu mỡ (chủ yếu NTCN), nhằm tách các tạp chất nhẹ Đối với NTSH, khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hòa tan có trong NTSH và giảm đến 20% BOD

Để tăng hiệu suất công tác của công trình xử lý cơ học, có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ, hiệu quả xử lý đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40 – 50% theo BOD

1.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học

Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa

lý diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào Các phương pháp hóa học là oxy hóa, trung hòa, đông keo tụ Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lý khác Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại

Trung hòa: nước thải có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được

xử lý tốt bằng biện pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6 Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải

Keo tụ: trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù

có kích thước ≥ 10- 2

mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được Ta

có thể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được Muốn vậy, trước hết cần trung hòa điện

tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích các hạt được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ - quá trình keo tụ

Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muối nhôm hoặc hỗn hợp của chúng Các muối nhôm gồm có: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, …Trong số này dùng phổ biến nhất là Al2(SO4)3.18H2O, vì hòa tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụ cao ở pH = 5 – 7,5

Các muối sắt dùng làm chất keo tụ là Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3,

… Việc dùng các chất bổ trợ này làm giảm liều lượng các chất đông tụ, giảm thời gian quá trình đông tụ và nâng cao được tốc độ lắng của các bông keo

Hấp phụ: được dùng để loại hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương

pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất: xỉ tro, xỉ mạ sắt, …

Phương pháp này có thể hấp phụ được 58 – 95% các chất hữu cơ và màu

Tuyển nổi: phương pháp dựa trên nguyên tắc: các phân tử phân tán trong

nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước Sau đó, người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước Thực chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặc bọt Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt

Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ (bậc I) trước khi xử lý cơ bản (bậc II) Bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó đứng trước hoặc sau bể lắng, đồng thời cũng có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung (hay triệt để - cấp III) sau xử lý cơ bản

Trao đổi ion: thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của

chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với

nhau Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Oxy hóa – khử:

+ Sử dụng clo: khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng:

Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl H+ + OCl- Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, đioxit clo

Clorat canxi được nhận theo phản ứng:

Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10 g/m3

đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn

+ Sử dụng peoxit: H2O2 (hydropeoxit) là một chất lỏng không màu và có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỷ lệ nào, H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, các aldehit, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh và chất nhuộm mạnh H2O2 có thể phân hủy trong môi trường axit và môi trường kiềm theo các phản ứng sau:

- Trong môi trường axit: 2H+ + H2O2 + 2e  2H2O

- Trong môi trường kiềm: 2OH- + H2O2 - 2e  2H2O + 2O

2-Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy hóa còn trong môi trường kiềm là chức năng khử Trong môi trường axit, H2O2 chuyển muối Fe2+thành muối Fe3+, HNO2 thành HNO3 và SO32- thành SO42- Xyanua (CN-) bị oxy hóa ở môi trường kiềm (pH = 9 – 12) thành xianat (CNO-

)

Trong các dung dịch loãng, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ bởi H2O2 xảy

ra chậm, do đó người ta sử dụng chất xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi như Fe2+

, Cu2+, Mn2+, Co2+, Cr2+, Ag+ [9]

Khử khuẩn: tức là dùng các hóa chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo,

động vật nguyên sinh, giun, sán, … để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh

để thải vào nguồn nhận Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dùng hóa chất hoặc các tác

nhân vật lý, như: ozon, tia tử ngoại, …

1.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý sinh học dựa vào sự sống và hoạt động của các vi sinh để oxy hóa chất bẩn hữu cơ ở dạng keo và hòa tan có trong nước thải Công trình xử lý sinh học được phân thành 2 nhóm:

- Công trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, bãi lọc, hồ sinh học, … Quá trình xử lý trong điều kiện tự nhiên thường diễn ra chậm, chủ yếu dựa vào nguồn oxy và vi sinh có trong đất và nước

- Công trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học, bể bùn hoạt tính, bể UASB, … Do các điều kiện được tạo ra như oxy, nhiệt độ, vi sinh vật, … mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, với cường độ mạnh hơn

Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể xử lý giảm đến 90 – 95% Giai đoạn xử lý sinh học thường sau xử lý cơ học Bể lắng sau giai đoạn xử lý sinh học hoặc là bể lắng đợt II Trong trường hợp dùng bể aeroten, một phần bùn từ

bể lắng đợt II thường được hồi lưu lại vào bể aeroten để bổ sung lượng vi sinh từ bùn, tăng cường khả năng xử lý của bể

Quá trình xử lý sinh học không loại trừ được các vi trùng, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh nên thường sau quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện giai đoạn khử trùng trước khi xả vào nguồn nhận

Trong quá trình xử lý nước thải dù sử dụng bất cứ phương pháp nào cũng tạo

ra một lượng cặn đáng kể (khoảng bằng 0,5 – 1% tổng lưu lượng nước thải) Các chất lơ lửng không hòa tan ở bể lắng đợt I (trong khối xử lý cơ học) gọi là cặn tươi; cặn giữ lại ở bể lắng II gọi là màng vi sinh Các cặn trên đều có mùi hôi thối rất khó chịu (nhất là cặn tươi) và nguy hiểm về mặt vệ sinh Do vậy, sau khi xử lý nước thải, nhất thiết phải xử lý cặn thích đáng Để giảm hàm lượng chất hữu cơ (CHC) trong cặn và đạt được các chỉ tiêu vệ sinh thường áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các công trình tự hoại, bể lắng 2 vỏ, bể metan

Bể tự hoại và bể lắng 2 vỏ thực hiện đồng thời 2 nhiệm vụ: lắng cặn và lên men cặn lắng Bể metan là công trình tương đối hiện đại chỉ ứng dụng để len men cặn lắng Đôi khi bể này cũng được sử dụng để xử lý sơ bộ NTCN có nồng độ ô

nhiễm CHC cao Để giảm độ ẩm của cặn đã lên men người ta thường sử dụng các công trình: hố bùn (đối với trạm xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bằng cơ học, … Khi lượng cặn khá lớn có thể dùng phương pháp sấy nhiệt

1.4.4 Xử lý cặn (bùn) của nước thải

Cặn lắng ở công đoạn xử lý sơ bộ và ở công đoạn xử lý sinh học còn chứa nhiều nước, thường có độ ẩm đến 99% và chứa nhiều cặn hữu cơ còn khả năng thối rữa Vì thế, cần phải có một số biện pháp để xử lý cặn lắng, làm cho cặn ổn định (không còn khả năng thối rữa) và loại bớt nước ra khỏi cặn để giảm nhẹ trọng lượng

và khối tích của cặn trước khi thải ra nguồn

1.4.5 Xử lý nước thải bằng chế phẩm sinh học

1.4.5.1 Khái quát về chế phẩm sinh học EM và ứng dụng

 Chế phẩm sinh học EM là gì

EM (Effective Microorganisms) có nghĩa là quần thể vi sinh vật có ích Chế phẩm này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa – Trường Đại học Tổng hợp Ryukyus (Okinawoa, Nhật Bản) sản xuất và áp dụng thực tiễn lần đầu tiêu vào năm 1980 Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn 80 loài

vi sinh vật này được chọn lựa từ hơn 2000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men [17]

 Ứng dụng của EM

EM được thử nghiệm tại nhiều quốc gia như Mỹ, Nam Phi, Thái Lan, Philippin, Trung Quốc, Braxin, Nhật Bản, Singapore, Indonexia, Nepal, Việt Nam, Triều Tiên, …và cho những kết quả khả quan trong nhiều lĩnh vực (môi trường, trồng trọt, chăn nuôi, …)

 Trong xử lý môi trường:

- Xử lý mùi hôi rác thải, nước thải, chuồng trại chăn nuôi, nền sản xuất thực phẩm – thủy sản, cống rãnh, …

- Quá trình oxy hóa tự nhiên các chất hữu cơ làm giảm lượng oxy hòa tan, đồng thời tạo ra các chất độc: H2S, NH3, SO2,… gây ô nhiễm môi trường Khi sử

dụng chế phẩm EM, ta đã đưa vào môi trường một loại VSV hữu hiệu thúc đẩy quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ nên hạn chế phát sinh mùi hôi

- Các nghiên cứu cho biết chế phẩm EM có thể giúp cho hệ VSV tiết ra các enzyme phân hủy như lignin peroxidase Các enzyme này có khả năng phân hủy các hóa chất nông nghiệp tồn dư, thậm chí cả dioxin

- Những VSV có trong EM có khả năng tiết ra axit hữu cơ, enzyme, những chất chống oxy hóa và các phức kim loại Sự tạo ra môi trường chống oxy hóa bởi

EM đã tăng quá trình tách rắn – lỏng, nhờ vậy mà góp phần quan trọng vào việc làm sạch nước

- Quá trình phân hủy các chất hữu cơ còn làm giảm lượng mùn trong hầm chứa, tăng quá trình phân hủy các chất thải trong hầm chứa, giảm thiểu các chất khí tạo ra mùi hôi, thối

- Tăng cường các quá trình trao đổi, phân giải các chất hữu cơ trong bể chứa chất thải, làm giảm sự hình thành màng hữu cơ trên bề mặt bể nên ngăn chặn hiện tượng dầy giả tạo và tắc nghẽn sự lưu thông khí của hệ thống, công trình

1.4.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng chế phẩm sinh học EM trong xử lý môi trường

 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài

Tại Hoa Kỳ đã có dự án về ứng dụng EM trong xử lý nước thải của thành phố Jefferson với quy mô lớn Với công nghệ EM, dự án đã thành công trong giải quyết vấn đề về mùi, bùn, làm trong nước, chất lượng nước thải được cải thiện đáng

kể [19]

EM hiện đang được sử dụng tại hơn 20 quốc gia, và được sử dụng rộng rãi trong việc giải quyết các vấn đề về môi trường EM cũng được sử dụng trong việc làm sạch các vùng biển bị ô nhiễm trong đất liền ở Trung Quốc và Nhật Bản [21]

EM được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp chế biến thịt công nghiệp “Valvita’’ở Valpovo, Croatia Ứng dụng EM vào xử lý nước thải công nghiệp được tiến hành từ tháng ngày 08 tháng 05 đến ngày 01 tháng 06 năm 2006,

EM được áp dụng trong giai đoạn xử lý sinh học của nhà máy xử lý nước thải ngành công nghiệp chế biến thịt “Valvita’’ Nhà máy sử dụng chế phẩm sinh học EMBA

để xử lý nước thải và sau khi xử lý đã cho hiệu quả: giảm mùi hôi đáng kể trong thời gian đầu xử lý, tuần thứ ba sau khi bổ sung EMBA thì hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm 38%, các chỉ số COD, BOD được cải thiện [22].

 Tình hình trong nước

Trong nước đã có những nghiên cứu và ứng dụng các chế phẩm sinh học trong xử lý môi trường Công ty Environmental Choices, Inc đã tiến hành chương trình thử nghiệm công tác khử mùi hôi nước thải tại nhà máy chế biến mủ ly tâm bằng chế phẩm Enchoice Qua 28 ngày thử nghiệm, chương trình đã đạt được tiêu chí khử mùi hôi sinh ra trong nước thải chế biến mủ ly tâm, đồng thời cải thiện các chỉ tiêu BOD, COD Bên cạnh đó, công ty cũng đã tiến hành xử lý nước thải cao su tại nhà máy chế biến mủ cao su thuộc công ty cao su Phước Hòa, Bình Dương [18]

Huỳnh Thị Mỹ Phi (2005) đã tiến hành thí nghiệm “Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm Sanjiban Microactive trong xử lý nước rỉ rác Gò Cát dựa trên mô hình aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ’’ Tác giả ngoài bổ sung chế phẩm còn

bổ sung thêm bùn hoạt tính ổn định để làm tăng khả năng xử lý nước thải [18]

Công ty Công trình đô thị Ninh Thuận đã nghiên cứu thành công công nghệ

xử lý nước thải bằng biện pháp yếm khí tùy nghi với sự hỗ trợ của các chế phẩm sinh học Công nghệ này không sử dụng điện năng và hóa chất trong quá trình vận hành nhưng vẫn đạt công suất xử lý với tốc độ cao, xử lý được tất cả các nguồn thải khác nhau như: nước thải sinh hoạt, bệnh viện, các làng nghề, khu công nghiệp,… Việc xử lý nước thải theo quy trình: giữ rác, tạo kết lắng sơ bộ, điều hòa lưu lượng dòng chảy, xử lý sinh học, lọc từ dưới lên, lọc từ trên xuống và thu nước thải đã xử

lý Chế phẩm sinh học được cấy vào giá thể sinh học trong bể xử lý, tạo dòng chảy kết hợp với tác động của enzyme làm giảm hàm lượng BOD, COD, NH3, H2S,… Cũng nhờ các chế phẩm sinh học này, các VSV có ích sẽ phân giải các chất hữu cơ thành CO2 và nước Được biết công nghệ xử lý nước thải này đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945, hiện đã chuyển giao cho 12 đơn vị ứng dụng [13]

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là dịch thải từ công đoạn xử lý Viscozyme trong quy trình chiết xuất lutein từ hoa cúc vạn thọ của TS Hoàng Thị Huệ An thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa – Trường Đại học Nha Trang

Hình 2.1 Dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 2.1.2 Hóa chất

Các hóa chất sử dụng để phân tích các chỉ tiêu môi trường đều thuộc loại tinh khiết phân tích, bao gồm: nước cất; K2Cr2O7; HgSO4; H2SO4 đậm đặc; Ag2SO4; Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O; KH2PO4; K2HPO4; Na2HPO4.H2O; MgSO4.7H2O; CaCl2; FeCl3.6H2O; MnCl2.4H2O; KI; NaOH; Na2S2O3; K4[Fe(CN)]6; C4H4O6KNa.4H2O; CuSO4.5H2O; ZnSO4; Xanh methylene; Tinh bột tan; Diphenylamine

- Cân phân tích AY220, Nhật Bản

- Máy đo quang DR/2000 (HACH, USA)

- Máy sục khí

- Tủ sấy  10C UNB 400 (Memmert , Đức)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu mẫu

Dịch thải được hứng vào các can nhựa từ vòi xả của máy ly tâm ngay sau khi

xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme Dịch thu được sau đó được đậy kín (không

có không khí) rồi đem bảo quản trong tối ở 40C cho tới lúc nghiên cứu (thời gian bảo quản không quá 1 tuần)

2.2.2 Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu

Công đoạn xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme được thực hiện theo từng

mẻ Cứ 10 kg cánh hoa cúc vạn thọ thì thêm vào 10,10 L dung dịch Viscozyme 1,7% v/v Để xác định tỷ lệ dịch thải thực tế thu được so với lượng nguyên liệu đem

xử lý, dùng ống đong 2000 mL xác định thể tích dịch thải tối đa hứng được từ vòi

xả của máy ly tâm sau mỗi mẻ xử lý