Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương CHƯƠNG I MỞ ĐẦU SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương I.1. ĐẶT VẤN ĐỀ nước ta hiện nay trên các kênh rạch ao hồ ở Tp. Hồ Chí Minh và trên các sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Cửu Long nhiều vùng đang bò phú dưỡng hoá nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh các loại tảo, bèo. Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước do có hàm lượng ammonium trong nước thải cao như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm trong đó có ngành sản xuất và chế biến nước tương, sản xuất rượu cồn, sản xuất bia, công nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học: vitamin, bột ngọt… các chuồng trại chăn nuôi, các lò giết mỗ động vật. Ngoài ra, còn phải kể đến nước rỉ rác và nước từ hoạt động tưới tiêu trong nông nghiệp có chứa hàm lượng phân ure khổng lồ. Nhìn chung trong các ngành công nghiệp trên thì công tác xử lý nước thải thường chỉ chú trọng đến việc loại bỏ COD, BOD mà chưa quan tâm đúng mức đối với chỉ tiêu ô nhiễm ammonium. Do đó, cần phải xử lý hàm lượng ammonium có trong nước thải của nhà máy chế biến nước tương trước khi được xả bỏ ra môi trường. I.2. MỤC TIÊU - NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. I.2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu quá trình chuyển đổi ammonium trong nước thải nhà máy chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể. I.2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu công trình xử lý ammonium trong ngành công nghiệp chế biến nước tương.  Nghiên cứu điều kiện môi trường thích hợp để vi khuẩn Nitrosomonas phát triển tốt.  Thiết kế, lắp đặt và vận hành mô hình. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương  Phân tích các chỉ tiêu N - NH 4 ; N-NO 3 ; N-NO 2 ; COD; pH ; DO…của nước thải đầu vào và đầu ra.  Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý trong các điều kiện khác nhau.  Đề xuất xây dựng công nghệ thích hợp để xử lý ammonium cho ngành công nghiệp chế biến nước tương. I.2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN  Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tác hại của ammonium.  Tìm hiểu quy trình chung của nhà máy chế biến nước tương.  Khảo sát thành phần và tính chất của nước thải nhà máy chế biến nước tương.  Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến vi sinh vật Nitrosomonas. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tạo sự thích nghi vi sinh vật Nitrosomonas.  Xây dựng mô hình, vận hành ở các điều kiện khác nhau.  Phân tích các chỉ tiêu lý hóa trong phòng thí nghiệm theo TCVN của nước thải đầu vào và đầu ra nhằm ổn đònh các thông số.  Từ các thông số đưa ra quy trình xử lý thích hợp. I.2.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương  Các thí nghiệm và vận hành mô hình bể Aerotank quy mô 10 lít/ngày được thực hiện tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới thành phố Hồ Chí Minh.  Nước thải giả tự pha từ nước tương.  Nội dung đề tài tập trung vào việc khử Ammonium trong nước thải nhà máy chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm. Từ đó đề xuất xây dựng công nghệ thích hợp để khử ammonium trong nước thải ngành chế biến nước tương. I.2.5. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Ý NGHĨA KHOA HỌC  Các thông số công nghệ thu được từ thực nghiệm sẽ tạo cơ sở ban đầu cho việc thiết kế quy trình công nghệ xử lý ammonium trong nước thải ngành công nghiệp chế biến nước tương.  Việc sử dụng vi sinh vật Nitrosomonas và ứng dụng quá trình Canon có khả năng sử lý triệt để nguồn ô nhiễm dạng nitơ trong nước thải. Ý NGHĨA THỰC TIỄN  Sự thành công của đề tài mở ra khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải giàu ammonium hiệu quả và tiết kiệm.  Không cần phải thêm chất dinh dưỡng nên có thể tiết kiệm lượng hoá chất lớn. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương  Xác đònh được khả năng xử lý ammonium của vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể trong nước thải công nghiệp chế biến nước tương.  Xác đònh khả năng áp dụng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương II.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CỦA NHÀ MÁY CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG Nguyên liệu dùng sản xuất nước tương theo phương pháp lên men gồm: đậu nành, cám, muối, nấm mốc giống Aspergilus Oryzae, nấm men, nước. II.1.1. NGUYÊN LIỆU CHÍNH Đậu nành hay còn gọi là đậu tương. Đậu nành có giá trò thực phẩm rất cao. Không những có nhiều chất đạm (protid) mà còn có nhiều chất béo so với các loại đậu khác. Chất đường, bột (%): 23% Chất đạm (%): 38.8% Chất béo (%): 18.6% Trong đậu nành hàm lượng chất đạm dao động từ 29,6 – 50,3% trung bình là 36 – 40%. Giá trò dinh dưỡng của protein đậu tương rất cao. Theo nhiều tác giả, thành phần protid của đậu nành gần giống protid của sữa. Chất béo trong đậu tương dao động trong khoảng 13,5 – 24,2% trung bình là 18%. nước ta cũng như ở Trung Quốc thừơng dùng đậu tương ép lấy dầu, rồi mới đem chế biến nước tương. Chất béo trong đậu nành chứa khoảng 6,4 – 15,1% acid béo no và 80 – 93,6% acid béo không no. Hàm lượng chất béo trong đậu tương tỷ lệ nghòch với hàm lượng protid. Nếu loại đậu nhiều protid thì chất béo ít, ngược lại chất béo nhiều thì protid ít. Gluxit trong đậu tương chiếm khoảng 22 – 35,5%, trong đó 1 – 2% là tinh bột. Chất tro khoảng 4,5 – 6,8%. Trong đậu nành, ngoài chất đạm, chất béo, đường bột và tro còn có một số loại men như: urease, lipase, lipoxydase, diastase, protease và sinh tố như A, B, D, E. Trong thời gian nảy mầm còn có sinh tố C. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương II.1.2. NGUYÊN LIỆU PHỤ  Cám  Muối  Nước  Nấm mốc  Nấm men  Vi khuẩn lactic II.2. THÀNH PHẦN DINH DƯỢNG CỦA NƯỚC TƯƠNG. Nước tương vừa là một chất điều vò kích thích tiêu hoá để ăn ngon miệng, đồng thời là một thực phẩm cung cấp cho ta một lượng đạm nhất đònh. Khi đánh giá chất lượng của nước tương về phương diện hoá học, trước hết người ta chú ý đến lượng đạm toàn phần vì đây chính là chất dinh dưỡng có giá trò nhất trong nước tương. Tiếp theo cần xem đến lượng đạm amin. Thành phần hoá học trung bình của nước tương gồm chất hoà tan 32,5% ÷38,7%. Trong đó:  Đạm toàn phần :1,2% ÷ 2%  Đạm amin :0,85% ÷ 1,31%  Đường :1,45% ÷ 5,3%  Chất béo :1,7% ÷ 2,5%  Muối :20% ÷ 25%  Độ acid (theo acid acetic) :0,6% ÷ 0,9% II.2.1 ACID AMIN. Trong nước tương có nhiều acid amin: arginin, methionin, cystein, leucin, serin, lysin, histidin, phenylalanin, threonin, tryptophan, tyrosin, valin, acid SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương glutamic, acid aspartic. Những acid amin này cùng với di, tri, tetra peptid làm cho nước tương có vò đạm ngọt và thơm mùi thòt Nước tương sản xuất theo phương pháp lên men hầu như giữ được tất cả các acid amin có trong đậu nành. Còn nước tương sản xuất theo phương pháp hoá giải thì có tỉ lệ đạm amin trên đạm toàn phần cao hơn nước tương lên men nên mùi vò có khá hơn. Tuy nhiên, trong nước tương hoá giải, một số acid amin quý bò phân hủy, trước hết là tryptophan, sau đó đến lysin, cystein, arginin. Nếu phân giải bằng acid quá độ thì một số acid amin bò phân hủy thành các chất có mùi hôi như: phenol, NH 2 , H 2 S… II.2.2. ĐƯỜNG. Trong nước tương có các loại đường glucoza, fructoza, maltoza, pentoza, destrin. Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương. II.2.3. ACID HỮU CƠ. Các acid hữu cơ có trong nước tương có quan hệ mật thiết với nhau tạo hương vò đặc trưng của nước tương. Trong đó nhiều nhất là acid lactic, chiếm khoảng 1,6%. Nó tác dụng với rượu tạo thành hợp chất lactat như lactat phenol cho mùi thơm hoa quả. II.2.4. CHẤT MÀU. Màu của nước tương chủ yếu do đường kết hợp với acid amin tạo nên. Màu của nước tương lên men được hình thành dần dần từ màu vàng của mốc đến màu nâu nhạt cuối cùng là màu nâu đậm. Sự hình thành màu của nước tương phụ thuộc vào nồng độ đường, acid amin và nhiệt độ. Màu sắc của nước tương rất cần thiết. Tuy nhiên, nếu tăng cường phản giữa acid amin với đường thì không có lợi vì melanoid là chất mà cơ thể khó hấp thu và khi nồng độ của nó cao sẽ làm giảm hương vò của sản phẩm. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương Mặt khác, quá trình hình thành sản phẩm màu này gây tổn thất lớn acid amin. Để hạn chế quá trình này ta chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp, tránh nâng cao nhiệt độ và kéo dài thời gian thủy phân. II.3. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG. Nước chấm là tên gọi chung cho tất cả các loại gia vò có đạm và nồng độ muối tương đối cao. Tuy mang nhiều tên gọi khác nhau: magi, xì dầu, xáng xáu, nước tương lên men, nước tương hoá giải.v.v…nhưng đều được sản xuất từ 2 phương pháp: phương pháp lên men và phương pháp hóa giải. Về nguyên liệu tất cả đều sản xuất từ nguyên liệu giàu đạm, trong đó chủ yếu là các hạt có dầu. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm của nó. Tùy phong tục tập quán của từng vùng, từng quốc gia mà chọn phương pháp sản xuất khác nhau. Một số quy trình công nghệ sản xuất nước tương: Hình 1: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương từ nguyên liệu giàu đạm bằng phương pháp hoá giải. SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy 10 [...]... vật cố đònh Nitơ đó là: - Vi sinh vật cố đònh Nitơ không cộng sinh bao gồm Azotobacter (A.agilis, A.chroococcum), Klebsiella, Clostrtdium là các loại vi sinh vật kỵ khí, tạo bào tử, có mặt trong bùn lắng; và các vi khuẩn lam như: Anabaena, Nostoc Đôi khi vi khuẩn lam có các dạng kết hợp với các thực vật nước như: Anabaena – Azolla - Vi sinh vật cố đònh Nitơ cộng sinh, đó là các vi khuẩn nốt sần họ đậu... Nitơ bằng con đường hoá học đòi hỏi rất nhiều năng lượng và đắt tiền Có một số vi khuẩn và tảo có khả năng khử bằng con đường sinh học, hay nói khác đi là có khả năng cố đònh nitơ, sảm phẩm của quá trình này là NH 3 Vai trò của các vi sinh vật cố đònh Nitơ có ý nghóa hết sức lớn lao trong nông nghiệp, nhất là đối với các nước có nền công nghiệp phân hoá học chưa phát triển Có hai loại vi sinh vật cố... Nitrosomonas europaea có thể hấp thụ khí cacbon cần thiết cho sự phát triển bằng cách lấy chúng từ môi trường trong một chu trình xử lý gọi là “ sự ngưng tụ cacbon” Vi khuẩn này chứa “carboxysomes”( là những chấm tối có thể thấy lác dác trong tế bào) có chứa các enzim sử dụng để chuyển cacbon dioxit cho cacbon tế bào Bạn có thể nhớ lại rằng cây cũng có thể chuyển hóa cacbon, chúng có thể chuyển cacbon... cơ và oxy hoá ammonium đến nitrat Tuy nhiên, sự nitrat hoá dò dưỡng thì chậm hơn nhiều so với nitrat hoá tự dưỡng III.1.2.4.1 VI SINH VẬT CỦA QUÁ TRÌNH NITRAT HOÁ Sự nitrat hoá là sự chuyển hoá ammonium thành nitrat bởi hoạt động của vi sinh vật Quá trình này được thực hiện bởi 2 loại vi sinh vật: - Chuyển hoá ammonium thành nitrit: Nitrosomonas (N.europasa, N.oligocarbogenes) oxy hoá ammonium thành... hydratecacbon, protein và xelluloza) thường sinh ra mùi hôi rất khó chòu - Trong quá trình sản xuất nước tương có sự tham gia của các vi sinh vật như: nấm mốc, nấm men, vi khuẩn… có tác dụng lên men trong quá trình sản xuất và tạo hương cho sản phẩm Ngoài ra, trong quá trình tăng trưởng của vi sinh vật ta cần quan tâm đến sự xâm nhiễm của những vi sinh vật lạ có khả năng gây mùi khó chòu Vì vậy nước thải... chất sinh trưởng hữu cơ - Nitrosococcus : vi khuẩn Nitrosococcus có tế bào hình cầu Vi khuẩn Nitrosococcus thuộc loại vi khuẩn gram âm, di động hoặc không di động Vi khuẩn Nitrosococcus có thể đứng riêng rẽ, thành đôi hoặc thành bốn tế bào Vi khuẩn Nitrosococcus là vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc Vi khuẩn Nitrosococcus có thể phát triển ở nước ngọt hay ở nước mặn giàu amon và muối vô cơ, vi khuẩn... MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHỬ AMMONIUM TRONG NƯỚC THẢI Nitơ trong nước thải thường tồn tại ở dạng ammonium Nitơ và phôtpho có trong nước thải như là các chất dinh dưỡng cùng với BOD làm các chất để vi sinh vật xây dựng tế bào và cũng là nguồn thức ăn thích hợp cho các loại tảo hoặc thực vật thuỷ sinh khác với nguồn dinh dưỡng cacbon là CO2 Sau khi xử lý sinh học, bình thường nước thải có thể giảm được 90-95%... thải ra ngoài môi trường có mùi hôi, hàm lượng axitamin và COD rất cao II.5 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ AMMONIUM TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG II.5.1 TÁC HẠI CỦA VI C XẢ BỎ AMMONIUM VÀO MÔI TRƯỜNG Ammonium và muối ammonium là độc tố đối với cá, với nồng độ rất nhỏ từ 1.2 – 2 ppm cũng có thể làm chết cá Nồng độ ammoniac trong nước nuôi cá phải nhỏ hơn 1.2 ppm Cá có thể chòu được nồng độ urê... thải có hàm lượng N > 30 mg/l tới 60 mg/l sẽ là môi trường giàu dinh dưỡng gây nên phú dưỡng nguồn nước Vì vậy, sau khi xử lý sinh học nếu còn hàm lượng N quá ngưỡng thì cần phải có những công trình xử lý bổ sung Hầu hết nitơ trong nước thải ngành chế biến nước tương ở dạng hữu cơ và ammonium Sau khi nước thải được xử lý sơ bộ, lượng nitơ còn lại chủ yếu ở dạng ammonium, chúng sẽ tiếp tục bò loại bỏ bằng. .. quyển Ammonium là hợp chất dinh dưỡng rất thích hợp với vi sinh vật, rong tảo và thực vật thủy sinh Biến đổi từ ammonium đến nitrat là biến đổi hiếu khí Nhiều khi phân tích các chỉ tiêu phân huỷ COD và BOD trong bể aerotank ở giai đoạn cuối bất ngờ thấy 2 chỉ số này tăng lên Có 2 nguyên nhân cho sự tăng lên này: - Quá trình chuyển hoá ammonium ( NH4+) thành nitrat ( NO3- ) có sự tham gia của vi khuẩn Nitrosomonas . NGHIÊN CỨU Nghiên cứu quá trình chuyển đổi ammonium trong nước thải nhà máy chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể. I.2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu công trình xử. máy chế biến nước tương.  Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến vi sinh vật Nitrosomonas. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tạo sự thích nghi vi sinh vật Nitrosomonas.  Xây dựng mô. Xác đònh được khả năng xử lý ammonium của vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể trong nước thải công nghiệp chế biến nước tương.  Xác đònh khả năng áp dụng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp