Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa chrome, điển hình trên nước thải thuộc da

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA CHROME, ĐIỂN HÌNH TRÊN NƯỚC THẢI THUỘC DA. Ngành : Công nghệ sinh học Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Giảng viên hướng dẫn : ThS. Lâm Vĩnh Sơn Sinh viên thực hiện MSSV: 0951110125 : Nguyễn Dương Út Uyên Lớp: 09DSH2 TP. Hồ Chí Minh, năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, song song với sự nỗ lực của bản thân chính là sự giúp đỡ của quý Thầy (Cô) và các bạn cùng thực hiện đề tài tại phòng thí nghiệm Vi sinh – Hóa kỹ thuật môi trường thuộc khoa Môi trường và công nghệ sinh học. Tôi xin chân thành cảm ơn: Ths. Lâm Vĩnh Sơn – là người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và định hướng công việc cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành bài báo cáo này. Ths. Phạm Minh Nhựt – là người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong khoảng thời gian tôi tiến hành phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh thỏa yêu cầu về mục đích của đề tài. Ths. Nguyễn Trung Dũng, Ths. Huỳnh Văn Thành đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài trong khoảng thời gian sớm nhất có thể ở quy mô phòng thí nghiệm. Tôi đồng gởi lời cảm ơn đến các bạn học ngành môi trường – kỹ thuật môi trường đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt khoảng thời gian tôi thực hiện đề tài tại phòng thí nghiệm Vi sinh – Hóa kỹ thuật môi trường thuộc trường Đại học Kỹ thuật công nghệ TP. Hồ Chí Minh. Bằng những hiểu biết trong quá trình học tập ở trường, cùng với sự cố gắng của chính mình, sự giúp đỡ của quý Thầy (Cô), các bạn để hoàn thành bài luận văn tốt nghiệp này, nhưng còn thiếu nhiều kinh nghiệm nên không thể tránh được những sai sót nhất định. Tôi rất mong nhận được sự góp ý cũng như sự chỉ bảo từ quý Thầy (Cô) cho tôi hoàn thiện hơn trong thực tế công tác chuyên môn sau này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Dương Út Uyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là đề tài nghiên cứu của chính tôi dưới sự hướng dẫn chính là Ths. Lâm Vĩnh Sơn. Những kết quả trong đồ án là trung thực, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, vận hành mô hình thí nghiệm, khảo sát và làm việc với một số công trình thực tế (aerotank). Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính người thực hiện thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác đăng tải trên các tác phẩm tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước những lời cam đoan của chính tôi khi tôi bảo vệ trước Hội đồng, cũng như về kết quả luận văn của mình. Tôi xin cam đoan! Nguyễn Dương Út Uyên MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề...............................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................2 3. Mục đích của đề tài ..............................................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................3 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................3 6. Ý nghĩa của đề tài. ................................................................................................3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................5 1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da ...........................................................................5 1.1.1 Giới thiệu về ngành thuộc da .........................................................................5 1.1.2 Quy trình công nghệ và nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong quá trình sản xuất ....................................................................................................................7 1.1.3 Nguồn gốc của Chrome trong nước thải thuộc da và độc tính của Chrome10 1.1.3.1 Nguồn gốc của Chrome .......................................................................10 1.1.3.2 Độc tính của Chrome ............................................................................10 1.1.4 Các phương pháp xử lý nước thải thuộc da................................................11 1.1.4.1 Phương pháp xử lý hóa học ..................................................................11 1.1.4.2 Phương pháp xử lý sinh học . ...............................................................13 1.2 Tổng quan về một số vi sinh vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng ...........14 1.2.1 Tổng quan về vi sinh vật ..............................................................................14 1.2.1.1 Kích thước nhỏ bé..................................................................................14 1.2.1.2 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh........................................................15 i 1.2.1.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh ....................................................15 1.2.1.4 Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị ............................15 1.2.1.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều............................................................16 1.2.2 Con đường loại bỏ Cr6+ bằng vi sinh vật. ..................................................17 1.2.2.1 Cơ chế thụ động .....................................................................................17 1.2.2.2 Cơ chế chủ động ....................................................................................18 1.2.3 Một số VSV có khả năng xử lý kim loại nặng ..........................................18 1.3 Tổng quan về phương pháp phân lập vi sinh vật ..............................................19 1.3.1 Khái niệm .......................................................................................................19 1.3.2 Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết ...........................................19 1.3.3 Giữ và bảo quản giống ..................................................................................20 CHƯƠNG 2.......................................................................................................................22 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................22 2.1 Thời gian và địa điểm...............................................................................................22 2.1.1 Thời gian .........................................................................................................22 2.1.2 Địa điểm..........................................................................................................22 2.2 Vật liệu – Thiết bị - Hóa chất .................................................................................22 2.2.1 Vật liệu ............................................................................................................22 2.2.2 Thiết bị - dụng cụ...........................................................................................22 2.2.3 Hóa chất ..........................................................................................................22 2.3 Sơ đồ nghiên cứu .......................................................................................................23 2.3.1 Phân lập các chủng vi sinh ..........................................................................23 2.3.2 Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da................................................24 2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................................24 2.4.1 Phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh.........................................................24 2.4.1.1 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................24 ii 2.4.1.2 Phương pháp phân lập và tuyển chọn các chủng VK có khả năng hấp thụ Chrome .........................................................................................................24 2.4.1.3 Các thử nghiệm sinh hóa đối với các chủng phân lập được từ môi trường có bổ sung ion Cr6+ ......................................................................................25 2.4.1.4 Phương pháp tính hiệu suất xử lý Cr6+ trong mô hình khảo sát khả năng loại bỏ Chrome theo thời gian .......................................................................29 2.4.2 Tiến trình xử lý nước thải thuộc da .............................................................29 2.4.2.1 Mô hình xử lý .........................................................................................30 2.4.2.2 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................30 2.4.2.3 Chủng vi sinh..........................................................................................30 2.4.2.4 Vận hành mô hình xử lý........................................................................30 2.5 Phương pháp phân tích chỉ tiêu và số liệu...........................................................33 3.6 Xác định các thông số động học đối với nước thải thuộc da ...........................34 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................35 3.1 Kết quả phân lập và tuyển chọn các chủng có khả năng hấp thụ kim loại nặng ....................................................................................................................................35 3.1.1 Phân lập VK ...................................................................................................35 3.1.2 Nhuộm Gram – định danh sơ bộ các chủng phân lập được .....................37 3.1.3 Khảo sát khả năng chịu Cr6+ của 13 chủng VK phân lập được..............38 3.1.4 Đánh giá khả năng loại bỏ Chrome theo thời gian của các chủng phân lập được…………………. ...........................................................................................42 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. ........................43 3.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi .............................................................................43 3.2.2 Giai đoạn chạy xử lý .....................................................................................47 3.2.2.1 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước là 24h..............................47 iii 4.2.2.2 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước là 12h..............................51 3.2.2.3 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước là 8h ................................56 3.2.2.4 Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước 6h ....................................60 3.3 Thảo luận và phân tích kết quả đạt được ............................................................64 So sánh hiệu quả xử lý COD, Crom giữa các mẫu thí nghiệm..........................64 3.3.1 Giai đoạn chạy thích nghi .....................................................................64 3.4 Xác định thời gian lưu nước tối ưu và mật độ vi sinh vật tối ưu cho quá trình xử lý 71 3.5 Xác định các thông số động học .............................................................................73 CHƯƠNG 4.......................................................................................................................76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................76 4.1 Kết luận .......................................................................................................................76 4.2 Kiến nghị .....................................................................................................................76 PHỤ LỤC 1: (6658 : 2000; ISO 11083 : 1994) ......................................................... vii CHẤT LƯỢNG NƯỚC – XÁC ĐỊNH CROM VI) – PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ DÙNG 1,5 DIPHENYLCACBAZID ................................................................ vii PHỤ LỤC 2:.................................................................................................................... xiv PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU .................................................. xiv PHỤ LỤC 3:................................................................................................................... xvii QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA................................................................. xvii VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP .......................................................................... xvii PHỤ LỤC 4:.................................................................................................................. xxvi MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ......................... xxvi iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa, mg/l. CFU: Colony Forming Unit – số đơn vị hình thành khuẩn lạc. COD: Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học, mg/l. CTR: Chất thải rắn. DO: Dissolved Oxygen – nồng độ oxy hòa tan, mg/l. KCN: Khu công nghiệp. LB: Luria – Bertani. MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid – chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng. OD: Optical density – mật độ quang. 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. v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Danh mục nguyên liệu, hóa chất phục vụ sản xuất Bảng 1.2: Kết quả phân tích nước thải từ công nghệ thuộc da Bảng 1.3: Nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong sản xuất. Bảng 2.1. : Phương pháp lập đường chuẩn Chrome ( bên vi sinh). Bảng 2.2. Phương pháp định lượng Chrome ( bên xử lý nước). Bảng 2.3 Phương pháp lập đường chuẩn Chrome. Bảng 2.4 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu. Bảng 3.1 Đặc điểm của các khuẩn lạc. Bảng 3.2 Đặc điểm sơ bộ của một số chủng vi sinh. Bảng 3.3 Thống kê khả năng chịu Cr6+ của 13 chủng VK phân lập được Bảng 3.4 Thống kê hiệu quả loại bỏ Chrome theo thời gian của các chủng phân lập được. Bảng 3.5 Thống kê hiệu quả loại bỏ Chrome theo thời gian của các chủng phân lập được. Bảng 3.6Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi – ĐC Bảng 3.7Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn chạy thích nghi – ĐC Bảng 3.8Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi -10 7 Bảng 3.9Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn chạy thích nghi – 10 7 Bảng 3.10Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi - 10 8 Bảng 3.11Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn chạy thích nghi – 10 8 Bảng 3.12 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h - ĐC Bảng 3.13Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 24h – ĐC Bảng 3.14Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h - 10 7 Bảng 3.15 Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 24h - 107 Bảng 3.16Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 24h – 10 8 Bảng 3.17Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 24h – 10 8 Bảng 3.18Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 12h – ĐC Bảng 3.19Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 12h – ĐC i Bảng 3.20Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 12h – 10 7 Bảng 3.21Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 12h – 10 7 Bảng 3.22Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 12h – 10 8 Bảng 3.23Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 12h – 10 8 Bảng 3.24Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 8h - ĐC Bảng 3.25Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 8h – ĐC Bảng 3.26Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 8h - 107 Bảng 3.27Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 8h -107 Bảng 3.28Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 8h - 108 Bảng 3.29Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 8h - 108 Bảng 3.30 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 6h – ĐC Bảng 3.31Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 6h – ĐC Bảng 3.32 Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 6h – 10 7 Bảng 3.33Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 6h – 107 Bảng 3.34Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 6h – 10 8 Bảng 3.35Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 6h –108 Bảng 3.36Tóm lượt kết quả thực nghiệm để tính toán các thông số động học ii DANHMỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất kèm dòng thải Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm vi sinh Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm chạy mô hình xử lý Hình 3.1 Thống kê khả năng chịu Chrome (VI) của các chủng vi sinh Hình 3.2Thống kê hiệu suất loại bỏ Chrome của các chủng vi sinh Hình 3.3 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – thích nghi Hình 3.4Thống kê hiệu suất xử lý Chrome ĐC – thích nghi Hình 3.5 Thống kê hiệu suất xử lý COD 107 – thích nghi Hình 3.6Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 7 – thích nghi Hình 3.7 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 8 – thích nghi Hình 3.8Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 8 – thích nghi Hình 3.9 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 24h Hình 3.10Thống kê hiệu suất xử lý Chrome ĐC – 24h Hình 3.11 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 7 – 24h Hình 3.12Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 7 – 24h Hình3.13 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 8 – 24h Hình3.14Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 8 – 24h Hình 3.15 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 12h Hình 3.16Thống kê hiệu suất xử lý Chrome ĐC – 12h Hình 3.17 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 7 – 12h Hình 3.18Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 7 – 12h Hình 3.19 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 8 – 12h Hình 3.20Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 8 – 12h Hình 3.21 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 8h Hình 3.22Thống kê hiệu suất xử lý Chrome ĐC – 8h Hình 3.23 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 7 – 8h Hình 3.24Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 7 – 8h Hình 3.25 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 8 – 8h iii Hình 3.26Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 8 – 8h Hình 3.27 Thống kê hiệu suất xử lý COD ĐC – 6h Hình 3.28Thống kê hiệu suất xử lý Chrome ĐC – 6h Hình 3.29 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 7 – 6h Hình 3.30Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 7 – 6h Hình 3.31 Thống kê hiệu suất xử lý COD 10 8 – 6h Hình 3.32Thống kê hiệu suất xử lý Chrome 10 8 – 6h Hình 3.33Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy thích nghi Hình 3.34 Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn chạy thích nghi Hình 3.35 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn chạy tải trọng 24h Hình 3.36 Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn chạy tải trọng 24h Hình 3.37 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tải trọng 12h. Hình 3.38 Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn tải trọng 12h Hình 3.39 Thống kê hiệu quả xử lý COD trong tải trọng 8h. Hình 3.40 Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong tải trọng 8h Hình 3.41Thống kê hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn tải trọng 6h Hình 3.42 Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong giai đoạn tải trọng 6h Hình 3.43Thống kê hiệu quả xử lý COD trong suốt quá trình xử lý. Hình 3.44Thống kê hiệu quả xử lý Chrome trong suốt quá trình xử lý Hình 3.45Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và K s . Hình 3.46 Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Y và K d . iv Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da LỜI MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Xã hội không ngừng phát triển, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa diễn ra càng nhanh thì tỉ lệ chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp và những ảnh hưởng bất lợi từ các hoạt động của con người tác động vào môi trường cũng ngày càng tăng nhanh. Bên cạnh những bệnh lây lan truyền nhiễm như AIDS, quái thai, các dị tật bẩm sinh ở trẻ em thì việc các chất độc hại trong môi trường đã xuất hiện ngày càng nhiều, thông qua con đường thực phẩm cũng đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đối tượng gây ra các tác hại trên có thể nghi cho các độc chất kim loại nặng.Các kim loại nặng độc hại xâm nhập vào hệ sinh thái có thể dẫn đến sự tích tụ địa lý, tích lũy sinh học và khuếch đại sinh học. Độc chất có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau như chất vô cơ hay hữu cơ, là hợp chất hay đơn chất, dạng lỏng, rắn hay khí. Chúng có mặt trong cả ba môi trường đất, nước và không khí. Do đó, tìm hiểu và xác định các độc chất trong môi trường sẽ giúp ta có biện pháp khống chế và xử lý nó một cách triệt để hơn. Thuộc da là khâu quan trọng trong ngành sản xuất da giầy, và là ngành nghề có truyền thống lâu đời. Bên cạnh việc tạo ra sản phẩm cung ứng cho nhu cầu nội địa thì nó cũng góp phần làm tăng kim ngạch xuất khẩu trong nước. Tuy nhiên, với đặc thù của ngành thuộc da: quá trình sản xuất trải qua nhiều giai đoạn, sử dụng nhiều loại hóa chất, nước, chất tổng hợp, chất tự nhiên. Hỗn hợp các hóa chất dư thừa, các chất chuyển hóa của chúng và các cặn bã ở dạng hòa tan trong nước hay phân tán trong không khí đều ảnh hưởng nghiêm trọng đến cả ba môi trường sống. Thành phần chất ô nhiễm của dòng thải mang tính đặc trưng cho từng công đoạn xử lý: công đoạn hồi tươi, ngâm vôi, tẩy lông thì nước thải mang tính kiềm. Trong công đoạn làm xốp, thuộc thì nước thải lại mang tính axit. Đặc biệt trong nước thải thuộc da có chứa một lượng lớn Chrome và Sunfit, phát sinh từ các hóa chất được sử dụng trong giai đoạn thuộcvà có ảnh hưởng nghiêm trọng tới con người và môi trường sinh thái… 1 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da Chrome là một chất cực độc, nó được biết đến như là một chất gây bệnh ung thư cho người thông qua con đường hô hấp cấp tính. Việc xử lý để loại bỏ Chrome ra khỏi nguồn nước thải thuộc da trước khi xả thải là một vấn đề thiết yếu. Nồng độ Chrome được cho phép xả thải theo QCVN40 : 2011 nằm trong khoảng 0,05 – 1mg/l, tùy theo yêu cầu đầu ra của nước sau xử lý. Các phương pháp xử lý hóa lý được đưa ra và đã áp dụng vào thực tế để xử lý, cho hiệu quả cao nhất đó chính là phương pháp keo tụ. Mặc dù việc sử dụng các biện pháp hóa học đã đem lại kết quả nhanh chóng và hiệu quả, tuy nhiên nó cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường xung quanh bởi sự tồn dư của lượng hóa chất được sử dụng để xử lý. Bên cạnh đó nhược điểm lớn nhất của công nghệ kết tủa hóa học đó là phải sử dụng một lượng lớn hóa chất (tác nhân khử, chất kiềm hóa). Do vậy, công nghệ kết tủa có giá thành xử lý cao và thường tạo một lượng lớn bùn thải. Xử lý nhưng luôn đi kèm với việc thân thiện với môi trường là hướng phát triển bền vững mà bất kì một Quốc gia nào cũng muốn hướng tới. Ngành Công nghệ sinh học ra đời đã và đang được tận dụng tối đa để giải quyết những yêu cầu đó. Và đó cũng chính là lí do để tôi chọn đề tài "Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da”để làm bài báo cáo khóa luận tốt nghiệp của tôi. 2. Mục tiêu của đề tài Phân lập sơ bộ một số chủng vi khuẩn có khả năng hấp thụ Chrome từ nước thải của công ty thuộc da, nước rỉ rác từ bãi chôn lấp rác và các nguồn khác có liên quan. Tuyển chọn một số chủng VK đã phân lập được. Xử lý Chrome trong nước thải thuộc da. 3. Mục đích của đề tài Kết hợp vào ứng dụng xử lý nước thải có chứa hàm lượng Chrome tương đối cao của Công ty trách nhiệm hữu hạn thuộc da Đặng Tư Ký, đồng thời đánh giá khả năng xử lý của các chủng phân lập được. Từ đó chọn ra những chủng có hoạt tính xử lý tốt nhất, có thể làm nên chế phẩm sinh học xử lý nước thải có hiệu quả nhất. 2 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 4. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp tổng hợp tài liệu Thu thập, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, tài liệu internet có liên quan đến đề tài. Lựa chọn, tổng hợp các tài liệu liên quan mật thiết đến mục tiêu, mục đích của đề tài.  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng hấp thụ Chrometừ nước thải thuộc da và các nguồn khác có liên quan. Thực hiện một số thực nghiệm sinh hóa : nhuộm Gram, phương pháp đục lỗ thạch xác định vòng phân giải Chrome của các chủng VK, từ đó tuyển chọn chủng VK mong muốn và loại bỏ một số VSV không mong muốn. Thực hiện bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng chịu Chrome và khả năng loại bỏ Chrome của một số chủng VK phân lập được. Thực hiện bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý Chrome trong nước thải thuộc da của các chủng VK phân lập được. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.  Đối tượng nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu thử nghiệm trên VK có khả năng hấp thụ Chrome được phân lập từ nguồn nước thải thuộc da.  Phạm vi nghiên cứu Các chủng VK có khả năng hấp thụ Chrome và kết hợp ứng dụng xử lý nước thải thuộc da. Ngoài ra, các chủng VK có khả năng hấp thụ Chrome từ các nguồn nước thải giàu kim loại nặng khác không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài. 6. Ý nghĩa của đề tài.  Ý nghĩa khoa học Phân lập được chủng VSV có khả năng hấp thụ Chrome cao và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực.  Ý nghĩa thực tiễn 3 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da Góp phần bảo vệ môi trường nước khi tiến hành xử lý nước thải giàu kim loại nặng bằng con đường sinh học. 4 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da [11] 1.1.1 Giới thiệu về ngành thuộc da 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 là một trong những ngành thuộc hàng chiến lược có tiềm năng lớn và có khả năng cạnh tranh với các nước bạn trong tiến trình hội nhập. Đồng thời nó cũng chính là ngành đã góp 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 giòn khi lạnh, không bị nhăn và thối rữa khi môi trường ẩm và nóng. Tùy theo mục đích sử dụng mà da được thuộc ở các điều kiện môi trường, công nghệ và hóa chất, chất thuộc khác nhau. Nguyên liệu chính sử dụng cho công nghiệp thuộc da chính là da động vật: da bò, da cừu, da lợn, …  Tình hình thuộc da trong nước Trước những năm 90 ngành công nghiệp thuộc da chủ yếu sử dụng công nghệ truyền thống, làm bằng thủ công, thiết bị thô sơ lạc hậu. Hóa chất đa phần là tự pha chế từ nguyên liệu trong nước (chất thuộc Chrome, các loại dầu, tannin thực vật, hóa chất trau 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 rất hạn chế. Từ những năm 90 trở lại đây, các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ sản lượng thấp, tập trung thành làng nghề, những cơ sở khác nằm rải rác ở các vùng trong cả nước. Có thể nói ngành thuộc da phát triển đã giải quyết được vấn đề về việc làm cho người dân, nhưng kèm theo đó là sự báo động về hiện tượng ô nhiễm môi trường. Nguyên nhân chính là việc đã sử dụng một số lượng lớn hóa chất trong quá trình thuộc và trau chuốt da. Trong số các hóa chất đó Chrome được xem là chất gây ô nhiễm và tồn tại lâu nhất trong sản phẩm da, trong điều kiện thích hợp Cr3+ có thể chuyển sang dạng Cr6+ gây nguy hiểm đến sức khỏe cộng đồng. Các chất khác như sulphua natri, 5 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da phẩm Azo độc tính và các dung môi hữu cơ,… cũng gây ô nhiễm và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người lao động và người dân. Theo số liệu trung bình đã được thống kê: Bảng 1.1: Danh mục nguyên liệu, hóa chất phục vụ sản xuất STT 1 2 3 4 5 6 7 Nguyên liệu thô/ hóa chất Số lượng (kg) NaCO 3 4,6 Ca(OH) 2 33,7 Na 2 S 9,6 (NH 4 ) 2 SO 4 14,4 NaCl 67,3 H 2 SO 4 7,6 Chrome Sunphat 67,3 (Nguồn: Cty TNHH thuộc da Đặng Tư ký) Bảng 1.2: Kết quả phân tích nước thải từ công nghệ thuộc da Thông số Kết quả phân tích QCVN40:2011(loại B) pH COD BOD 5 SS Cr3+ 3– 5 1000– 1200 400 – 600 600 – 850 2-4 5,5 – 9 150 50 100 1 ( Mẫu nước thải được phân tích tại phòng thí nghiệm – trường Đại học Kỹ thuật công nghệ TP. HCM) Từ bảng 1.2 nhận thấy các thông số ô nhiễm của nước thải thuộc da là rất cao, vượt quá ngưỡng cho phép của tiêu chuẩn nước loại B (QCVN40: 2011), cụ thể: - COD tăng gấp: 6 – 8 lần. - SS tăng gấp: 6 – 8,5 lần. - Cr3+ tăng gấp: 2 – 4 lần.  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 sản phẩm do da thuộc mang lại vẫn chiếm lĩnh được thị trường khá tốt bởi chúng có những dặc tính tự nhiên quý báu: mềm mại, thấm mồ hôi, bền chắc, bề mặt đẹp,… Để thúc đẩy sự phát triển của ngành thuộc da, các tổ chức Quốc tế đã có 6 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da nhiều chương trình hỗ trợ 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 này triển 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. 1.1.2 Quy trình công nghệ và nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong quá trình sản xuất  Quy trình công nghệ Nguyên liệu chính trong quy trình thuộc da là da động vật các loại. Dây chuyền sản xuất thuộc da có thể được chia ra làm ba dây chuyền nhỏ ứng với 3 loại sản phẩm: thuộc da mềm, thuộc da cứng và thuộc da lông (trong đó thuộc da lông chiếm rất ít chỉ đáp ứng với một lượng nhỏ phục vụ cho việc làm thú nhồi bông cho nên chủ yếu tập trung vào thuộc da mềm và thuộc da cứng). 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 tách phần 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. - 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 sung thêm một lượng nhỏ Natri Sulfur (Na2 S). - 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, nước được 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 (NH 4 ) 2 SO 4 . Công đoạn này rất cần thiết cho công 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 H 2 SO 4 7 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da hoặc muối NaCl trong thùng quay trong khoảng vài giờ. Sau đó bổ sung Chrome sunfat cho đến khi quá trình thuộc kết thúc. Cuối quá trình thuộc Chrome người ta thường bổ sung thêm Na2 CO 3 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. - Sấy khô: Da đã nhuộm được đem sấy khô rồi cho vào kho chờ xuất hàng. Nguyên liệu da Hóa chất, khử trùng, nước Na2 S, vôi, nước Hồi tươi Nước Ngâm hóa chất Nước thải, Nước Cạo lông,nạo thịt (NH4)2SO4, nước chất rắn Tẩy vôi Nước, H2SO4, NaCl Thuộc da Nhiệt, nước Na2CaO3, Cr2(SO4)3 Ép nước Nước thải Bào da Da vụn, bụi Hóa chất tạo màu, tạo bóng Điện, nhiệt, hóa chất Nhuộm- Ăn dầu Sấy khô, trau chuốt, đánh bóng Nước thải, khí thải, C Khí thải nhiệt Thành phẩm 8 Hình 1.1Quy trình công nghệ sản xuất kèm dòng thải