Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH xuất nhập khẩu Thuỷ sản An Phát -Tiền Giang

Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI MÁU CÁ TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN TẠI CÔNG TY TNHH XUẤT NHẬP KHẨU THỦY SẢN AN PHÁT-TIỀN GIANG Phan Thị Ngọc Ánh[1], Trần Thị Tuyết Anh[1] 1 Khoa Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại Học Lạc Hồng Email: [email protected], [email protected] Tóm tắt: Máu cá trong nước thải chế biến thủy sản là một nguồn phế liệu giàu protein, có thể thu hồi làm thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ hoặc bổ sung dinh dưỡng cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật nhưng nếu không thu hồi được thì lại ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nhà máy chế biến thủy sản nào có công nghệ thu hồi lượng máu cá này. Do vậy, trong nghiên cứu này, bằng phương pháp sử dụng nhiệt để kết tụ máu cá và phèn nhôm làm chất trợ lắng, chúng tôi cố gắng xác định các thông số tối ưu cho quá trình thu hồi máu cá từ nước thải nhà máy chế biến thủy sản. Kết quả nghiên cứu cho thấy, quá trình thu hồi cần được tiến hành ở nhiệt độ trên 600C. Khoảng pH tối ưu là 5.0 – 6.0. Kết tủa máu cá được thu hồi bằng phương pháp lắng lọc với sự trợ lắng của phèn nhôm ở nồng độ xử lý khoảng 20 mg/l trong thời gian lắng 30 phút. Hiệu suất thu hồi máu cá đạt khoảng 70.08 -74.45 %, hiệu suất xử lý COD và BOD5 đạt 70.03 -73.2%. Abstract: Fish blood in wastewater of fishery processing plants is a rich source of protein, which can be recovered for animal feed, organic fertilizer or nutrient supplement to environmental microorganisms, as well as for environmental treatment. However, until now no suitable technologies have been available for the recovery of the fish blood. In this study, based on the effect of temperature to coagulate the blood and aluminum sulfate to support the sedimentation process, experiments have been carried out to find optimal parameters for the recovery of fishery blood. It has been pointed out that the process should be conducted at about 600C for the high recovery of protein blood. By the way, the recovery of the blood is optimized in the pH range of 5.0 – 6.0. The precipitated blood could be easily settled down in the medium with aluminum sulfate concentration of 20 mg/l after 30 minutes. The recovery efficiency could reach 70.08 - 74.45% and the equivalent COD, BOD5 removal efficiency could reach 70.03 – 73.2%. Keywords: Blood water in fishery processing plants, recovery of protein. 1. GIỚI THIỆU Hiện nay, ngành thuỷ sản là một trong những ngành sản xuất đem lại giá trị sản phẩm lớn cho xã hội, đóng góp đáng kể sự tăng trưởng kinh tế cho đất nước. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng không ngừng sản lượng chế biến thủy sản, các nhà máy này cũng thải ra một lượng phế phụ liệu khoảng 50- 60% khối lượng cá gồm đầu, xương, da và thịt vụn đến nay đã được tận dụng để làm thức ăn cho chăn nuôi. Riêng máu cá là một nguồn phế liệu giàu protein cũng có thể thu hồi làm thức ăn gia súc, làm phân hữu cơ hoặc bổ sung Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 2 dinh dưỡng cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật, nhưng cho đến nay tại các nhà máy chế biến, máu cá hoàn toàn bị thải bỏ theo đường nước thải nên làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong hệ thống xử lý nước thải. Chính vì thế, các nhà máy không những tốn chi phí đầu tư quy trình xử lý nước thải mà còn lãng phí một lượng protein không nhỏ từ máu cá. Vì vậy, việc tách và thu hồi lượng máu cá này không những có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn có lợi về mặt kinh tế. Trong bài báo cáo này, trình bày kết quả bước đầu về việc nghiên cứu sử dụng nhiệt trong việc thu hồi máu cá. 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu Nước thải được lấy từ bồn rửa máu trong công đoạn cắt tiết - ngâm của dây chuyền công nghệ sản xuất fillet cá tra tại công ty chế biến thủy sản An Phát-Tiền Giang với các thành phần cơ bản được trình bày ở bảng 1. Bảng 1: Một số chỉ tiêu cơ bản của nước thải chế biến thủy sản Các chỉ tiêu Đơn vị Số liệu BOD5 mg/l 1500 COD mg/l 2700 Nitơ tổng mg/l 255 pH - 7.2 Nhiệt độ 0C 28 2.2 Trang thiết bị nghiên cứu - Bộ điều nhiệt - Máy sấy - Máy đo pH - Máy đo COD - Bơm chân không - Bộ lọc hút chân không - Cân phân tích 4 số lẻ 2.3 Phương pháp nghiên cứu a. Quá trình nghiên cứu Hình 1: Quá trình thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thủy sản b. Phương pháp nghiên cứu 9 Phương pháp nhiệt: Dùng nhiệt độ để kết tủa máu cá trong nước thải chế biến thủy sản, kết hợp với phèn nhôm làm chất trợ lắng xác định hiệu suất thu hồi chất khô và hiệu suất xử lý COD. 9 Phương pháp phân tích: - Hiệu suất thu hồi máu cá: 100. om mH = , % H: hiệu suất thu hồi chất khô, %. m: khối lượng chất khô thu được, g mo: khối lượng chất khô ban đầu, g - Hiệu suất xử lý COD: 0 0 .100C CH C −= , % H: hiệu suất xử lý COD, % C0: nồng độ COD ban đầu, mg/l C: nồng độ COD của nước thải sau quá trình lắng, mg/l 9 Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích kết quả được phân tích thống kê bằng phần mềm Excel. Nước thải Kết tủa máu cá Lắng – lọc kết tủa Sấy kết tủa Xác định hiệu suất thu hồi máu cá và hiệu suất xử lý COD Nước sau lọc Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 3 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Hàm lượng máu cá có trong nước thải tại công đoạn cắt tiết- ngâm rửa cá Kết quả tỉ lệ thu hồi máu trên nguyên liệu các tra còn sống như sau: 1 kg cá tươi nguyên liệu có 16,18 gam máu, tương đương với 7.6 gam chất khô có 6.61 gam protein. 3.2 Đặc trưng của nước thải Bảng 2: Các đặc trưng hóa lý ban đầu của nước thải chứa máu cá Đặc trưng hóa lý Đơn vị Kết quả pH - 7.1 - 7.4 Tỷ trọng g/ml 1.0036 Chất khô w/w 0.3 - 0.5 Nitơ tổng g/l 0.48 Protein tổng g/l 3 Protein tổng % chất khô, % w/w 86.885 Tro tổng % - Qua phân tích ta thấy, hàm lượng chủ yếu trong chất khô của máu cá trong nước thải chế biến thủy sản là protein. Bảng 3: Đặc trưng nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải tại công đoạn cắt tiết – ngâm rửa cá Các chỉ tiêu Đơn vị Kết quả BOD5 mg/l 1500 COD mg/l 2700 SS* mg/l 120 Nitơ tổng mg/l 255 Phospho tổng* mg/l 20 pH - 7.2 Nhiệt độ 0C 28 Dầu mỡ, mg/l* mg/l 35 Tại công đoạn cắt tiết – ngâm rửa cá thì chỉ số COD, BOD5 khá lớn. Lượng nước thải tại khâu này là 100 m3 (chiếm ¼ tổng lượng nước thải toàn nhà máy) thì ta thấy đây là một trong những nguyên nhân chính làm cho chỉ số COD, BOD5 trong nước thải tăng lên. 3.3 Kết quả nghiên cứu 3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ Hình 2: Hiệu suất thu hồi chất khô tại các nhiệt độ và thời gian khảo sát Hình 3: Hiệu suất xử lý COD tại các nhiệt độ và thời gian khảo sát Nhận xét chung: Hiệu suất thu hồi chất khô trong nước thải chứa máu cá càng cao thì hiệu suất xử lý COD càng hiệu quả. Qua thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thu hồi máu cá chúng tôi chọn được khoảng nhiệt độ từ 50-650C, thời gian khảo sát từ 50 phút trở đi để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 4 3.3.2 Ảnh hưởng của pH Hình 3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình thu hồi máu cá Nhận xét: - Kết quả khảo sát tại pH = 5 thì hiệu suất kết tụ cao nhất là 39.58%. Ở giá trị pH = 4 thì mức độ kết tụ khá thấp. Kết quả này cho thấy, khi pH thay đổi dẫn đến thay đổi mức độ ion hóa và sự tích điện trên bề mặt của các phân tử protein, luôn thay đổi lực đẩy và lực hút giữa các phân tử này và khả năng liên kết với nước. - Ở khoảng pH 5-6 thì phần lớn máu cá kết tụ có dạng hạt mịn (do khả năng hydrat hóa của các phân tử protein trong máu cá là thấp nhất nên chúng tập hợp lại, kết tụ thành các hạt mịn), quá trình lắng bắt đầu nhưng diễn ra rất chậm. Như vậy, khoảng pH thích hợp cho quá trình kết tụ máu cá là 5-6. 3.3.2 Ảnh hưởng của loại chất keo tụ đến quá trình thu hồi máu cá 0 10 20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) Hiệu suất (%) PAC Phèn nhôm Phèn sắt Hình 4: Ảnh hưởng của loại chất keo tụ đến hiệu suất thu hồi máu cá tại 500C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) Hiệu suất (%) PAC Phèn nhôm Phèn sắt Hình 5: Ảnh hưởng của loại chất keo tụ đến hiệu suất thu hồi máu cá tại 550C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) Hiệu suất (%) PAC Phèn nhôm Phèn sắt Hình 6: Ảnh hưởng của loại chất keo tụ đến hiệu suất thu hồi máu cá tại 600C 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 20 30 40 50 60 70 Thời gian (phút) Hiệu suất (%) PAC Phèn nhôm Phèn sắt Hình 7: Ảnh hưởng của loại chất keo tụ đến hiệu suất thu hồi máu cá tại 650C Nhận xét chung: Như vậy, tại khoảng nhiệt độ khảo sát từ 50 – 650C ta thấy nhiệt độ càng tăng thì hiệu suất thu hồi càng cao. Hiệu suất thu hồi cao nhất với chất keo tụ PAC đạt khoảng 77.26%, phèn nhôm khoảng 75.34 %, phèn sắt khoảng 75.04%. Chọn phèn nhôm KAl(SO4)2.12H2O làm chất keo tụ giúp cho quá trình lắng các hạt kết tủa máu cá. Hiệu suất quá trình thu hồi cao nhất đạt khoảng 75.34%. Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 5 3.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 10 20 30 40 50 Nồng độ phèn nhôm (mg/l) H iệ u su ất (% ) Hình 8: Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ đến hiệu suất thu hồi máu cá 67 68 69 70 71 72 73 74 75 10 20 30 40 50 Nồng độ phèn nhôm (mg/l) H iệ u su ất (% ) Hình 9: Ảnh hưởng của nồng độ chất keo tụ đến hiệu suất xử lý COD Nhận xét chung: - Kết quả cho thấy khả năng trợ lắng của phèn nhôm đối với máu cá trong nước thải như sau: khi thay đổi nồng độ phèn nhôm từ 10 – 50 mg/l thì hiệu suất thu hồi chất khô khoảng 70.32 - 75.02 %, hiệu suất xử lý COD khoảng 70.01 - 74.28%. - Khi nồng độ phèn nhôm là 20 mg/l, tốc độ lắng đạt nhanh nhất, tạo nên lớp dung dịch màu vàng nhạt sau thời gian khảo sát 30 phút. Kết quả này cũng có thể do các phân tử phèn nhôm có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein trong máu cá đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng xuống. Ngoài ra, phèn nhôm có độ deacetyl hóa cao sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch máu thải, giảm khả năng hydrat hóa tập hợp lại và kết tụ. (Piontti và cộng sự, 1997; Zeng và cộng sự, 2008). - Ở các mẫu có nồng độ phèn nhôm càng tăng lên thì tốc độ lắng không tăng lên và trạng thái dung dịch lắng đục dần. Vì nồng độ phèn nhôm cao làm tăng số điện tích cùng dấu, đẩy nhau tạo nên một mạng lưới keo cản trở quá trình lắng. Kết luận: chúng tôi sử dụng phèn nhôm nồng độ 20 mg/l để làm chất trợ lắng trong quá trình thu hồi tủa máu cá. 3.3.2 Kết quả mô hình thí nghiệm Hình 10: Mô hình thu hồi máu cá 1. Bể chứa 2. Bộ gia nhiệt bằng năng lượng Mặt trời 3. Bể chứa nước sau gia nhiệt 4. Bể lắng 5. Bể thu nước sau lắng 1 3 4 5 2 Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Thời gian trong ngày (giờ) Nhiệt độ t,0C Nhiệt độ không khí xung quanh (độ C) Nhiệt độ nước thải đạt được (độ C) Nhiệt độ nước thải đầu vào (độ C) Hình 11: Nhiệt độ dòng nước thải đạt được khi qua dàn ống chữ U 0 10 20 30 40 50 60 70 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Thời gian trong ngày (giờ) Nhiệt độ (độ C) Nhiệt độ không khí xung quanh (độ C) Nhiệt độ nước thải đạt được (độ C) Nhiệt độ nước thải ban đầu (độC) Hình 12: Nhiệt độ dòng nước thải đạt được khi kết hợp dùng điện năng và năng lượng Mặt trời 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 50 55 60 65 70 80 Nhiệt độ (0C) Hiệu suất (%) Hiệu suất thu hồi chất khô, % Hiệu suất xử lý COD, % Hình 13: Hiệu suất thu hồi chất khô và hiệu suất xử lý COD ở các nhiệt độ Bảng 4: Các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải sau quá trình xử lý STT Tên chỉ tiêu Kết quả Hiệu suất xử lý (%) 1 BOD5, mg O2/L 461 70.27 2 COD, mg O2/L 775 72.56 3 SS, mg/L 40 70.00 Mô hình thí nghiệm xây dựng đạt được hiệu suất xử lý trên 70 %. Chúng tôi đề xuất mô hình quy trình thu hồi máu cá cho công ty như sau: 1. Bình chứa 2. Thiết bị truyền nhiệt 3. Bể lắng ngang 4. Thiết bị đun nước nóng dùng năng lượng Mặt trời Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 7 4. Kết luận Từ quá trình nghiên cứu chúng tôi thu được một số kết quả ban đầu như sau: Máu cá được kết tủa bằng phương pháp nhiệt kết hợp với sử dụng chất trợ lắng cho hiệu suất thu hồi đạt khoảng 70 - 72.13%. Các thông số cho quá trình thu hồi máu cá là: 9 Khoảng nhiệt độ kết tủa: 600C – 650C 9 Thời gian lưu nước trong bể lắng: 30 phút 9 Nồng độ phèn nhôm 20mg/l 9 Khoảng pH thích hợp cho quá trình: 5 – 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thanh Hải. Nghiên cứu thu hồi protein máu cá từ quy trình chế biến cá tra. Đại học Bách Khoa, tháng 8/2006. [2] Một số tài liệu cung cấp từ Trung tâm tư liệu 79 Trương Định- Quận 1-TP.HCM [3] Trường Đại học Thủy Sản Nha Trang. Nghiên cứu ứng dụng chitosan trong việc thu hồi protein từ nước rửa sumiri. [4] Nguyễn Ngọc Lân. Truyền nhiệt trong công nghệ môi trường. Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật. Nghiên cứu công nghệ thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thuỷ sản tại công ty TNHH XNK Thuỷ sản An Phát-Tiền Giang 8 Biên Hòa, ngày 5 tháng 01 năm 2010 CỐ VẤN KHOA HỌC SINH VIÊN THỰC HIỆN PGS.TS Phan Đình Tuấn Phan Thị Ngọc Ánh KS Phạm Đình Đạt Trần Thị Tuyết Anh XÁC NHẬN CỦA KHOA CNSH – MÔI TRƯỜNG