Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng trong xử lý nước thải giàu đạm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ VI KHUẨN CĨ HOẠT TÍNH PHÂN GIẢI PROTEIN CAO ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU ĐẠM NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : CN NGUYỄN HOÀNG MỸ SINH VIÊN THỰC HIỆN MSSV : 107111072 : NGUYỄN PHẠM HUYỀN LỚP : 07DSH3 TP HỒ CHÍ MINH, 2011 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, Việt Nam công xây dựng kiến thiết đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa với phát triển dân số tốc độ thị hóa cao Cùng với ngành nghề khác ngành nuôi trồng chế biến thủy sản giữ vai trò quan trọng phát triển kinh tế nước Tuy nhiên, bên cạnh gia tăng vấn đề môi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước thải từ nhà máy chế biến Việc tìm phương pháp xử lý nước thải cho hiệu giảm tình trạng nhiễm môi trường vấn đề quan tâm không doanh nghiệp mà nhà quản lý Xử lý sinh học chủng vi sinh vật với ưu điểm phù hợp điều kiện tự nhiên, giảm chi phí lượng, hóa chất, đơn giản, có khả tận dụng sản phẩm phụ sau xử lý phương pháp có tiềm Trong hoạt động vi sinh vật giữ vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu xử lý toàn hệ thống Trong nước thải thủy sản chế biến thịt số vi sinh vật có khả phân hủy hợp chất hữu chứa nitơ quan tâm, đặc biệt vi khuẩn thuộc chi Bacillus Các chủng vi sinh vật có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp thực phẩm ý lĩnh vực xử lý nước thải chứa nhiều đạm Việc phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn tiến hành đề tài: "Nghiên cứu tuyển chọn số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng xử lý nước thải giàu đạm"với mục đích từ nước thải ngành chế biến thủy sản thịt tìm chủng vi sinh vật nâng cao hiệu xử lý góp phần bảo vệ mơi trường 1.2 Ý nghĩa đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Giúp bổ sung thêm số chủng vi khuẩn phân lập có hoạt tính protease mạnh ứng dụng vào xử lý nước thải giàu đạm 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Giúp xử lý nước thải giàu protein đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ mơi trường ngành thủy sản nói riêng mơi trường nước nói chung Hình thành vài chế phẩm sinh học phù hợp xử lý nước thải giàu đạm TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Lĩnh vực sử dụng vi sinh vật xử lý nước thải chưa nghiên cứu công bố phổ biến Tuy nhiên có nhiều tài liệu nghiên cứu enzyme protease vi sinh vật có khả phân hủy protein đặc biệt vi khuẩn Bacillus Nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố biết đến như:  Trên giới Năm 2002, B Aslin, N Saglam Y Beyatli nghiên cứu số đặc điểm Bacillus phân lập từ đất Năm 2005, tác giả S Sharmin, Md Towhid Hossain M.N Anwar thuộc trường đại học Chittagong nghiên cứu đặc điểm protease từ Bacillus amovivorus tối ưu hóa số yếu tố ảnh hưởng điều kiện sinh tổng hợp enzyme protease  Ở Việt Nam Năm 2004, Đỗ Thị Bích Thủy Trần Thị Xơ công bố đề tài nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả sinh enzyme protease từ số chủng Baciilus Tác giả Ngô Tự Thành, Bùi Việt Hà, Vũ Minh Đức Chu Văn Mẫn nghiên cứu hoạt tính enzyme protease ngoại bào số chủng Bacillus phân lập khả ứng dụng chúng xử lý nước thải MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Phân lập vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein từ số nguồn nước thải thủy sản chế biến thịt Khảo sát hoạt tính protease chủng vi khuẩn phân lập Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu, thu thập tài liệu tham khảo, tài liệu internet liên quan đến đề tài Phương pháp thực nghiệm:  Phương pháp phân lập vi khuẩn có khả phân giải protein từ vài nguồn nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản thịt  Phương pháp thử nghiệm sinh hóa chủng vi khuẩn phân lập  Phương pháp xác định mật độ tế bào  Phương pháp xác định hoạt độ protease từ vi sinh vật phương pháp Amano  Phương pháp khảo sát hoạt độ protease chủng vi khuẩn phân lập KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Xác định đặc điểm hình thái sinh hóa 10 chủng có khả phân hủy protein từ nước thải thủy sản chế biến thịt Xác định hoạt độ phân giải protease mật độ tế bào Khảo sát ảnh hưởng pH nhiệt độ đến hoạt độ protease KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lời mở đầu Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Vật liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết biện luận Chương 4: Kết luận kiến nghị Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền 1.1 Tổng quan nước thải giàu đạm 1.1.1 Sơ lược ngành sản xuất có nước thải giàu đạm Ni trồng chế biến thủy hải sản xem ngành công nghiệp mũi nhọn Việt Nam Theo số liệu thống kê thủy sản, có 1.470.000 hecta mặt nước sơng ngịi dùng cho ni trồng thủy sản Ngồi cịn có 544.500.000 hecta ruộng trũng, 56.200.000 hecta hồ dùng để nuôi cá Mặt khác, nước ta nằm vùng có địa lý thuận lợi với bờ biển dài 3.260 km, vùng biển thềm lục địa rộng lớn triệu km2 thích hợp cho việc ni trồng thủy hải sản có giá trị kinh tế cao Tổng trữ lượng cá tầng đáy vùng biển Việt Nam có khoảng 1,7 triệu lồi, khả cho phép khai thác khoảng triệu tấn/năm Tổng trữ lượng cá tầng khoảng 1,2 – 1,3 triệu Nguồn lợi thủy sản chủ yếu tôm, cá, có khoảng triệu tấn/năm khai thác triệu tấn/năm Theo báo cáo tổng cục thống kê tháng đầu năm 2010, xuất thủy sản Việt Nam đạt giá trị 2,047 tỷ USD tăng 17% so với kỳ năm 2009 Trong tơm sản phẩm xuất chủ lực chiếm 35% sản lượng xuất khẩu, lại sản phẩm khác Bảng 1.1: Sản lượng kim ngạch xuất thủy sản giai đoạn 2007 – 6th/2010 Năm Chỉ tiêu 2007 2008 2009 6th/2010 Sản lượng (nghìn tấn) 12 1239 1219 597,9 Kim ngạch (triệu USD) 3760 4510 4251 2047 ( Nguồn: Hải quan Việt Nam - Tổng cục thống kê) Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Bảng 1.2: Sản lượng kim ngạch mặt hàng thủy sản xuất giai đoạn 2007 – 6th/2010 Mặt hàng Sản lượng (nghìn tấn) 2007 2008 Kim ngạch( triệu USD) 2009 6th/2010 2007 2008 2009 6th/2010 Tôm 160,5 192 209 87,2 1500 1630 1692 718 Cá tra basa 372 644 608 304 - 1460 1357 653 Loại khác 631,5 403 402 61,9 - 1420 1202 256 (Nguồn: Hải quan Việt Nam-Tổng cục thống kê) Cùng với ngành nuôi trồng khai thác thủy sản ngành chế biến thủy sản có nhiều đóng góp thành tích chung ngành thủy sản Việt Nam Trong năm gần đây, khoảng 35% đầu sản phẩm thủy sản sản xuất để xuất phần lại bán thị trường nội địa dạng tươi sống (34,5%), qua chế biến (45,7%) dạng bột cá, nước mắm, cá khô Bên cạnh phát triển ngành thủy sản ngành giết mổ gia súc chế biến thịt không ngừng lớn mạnh qui mô phát triển kỹ thuật giết mổ thật trở thành ngành cơng nghiệp Ở nước ta thấy việc giết mổ gia súc diễn phức tạp, manh mún, quy trình kỹ thuật giết mổ từ nhỏ đến quy mô lớn dẫn đến chất lượng thịt không đảm bảo khơng đạt vệ sinh an tồn thực phẩm Hiện thành phố Hồ Chí Minh có 41 sở giết mổ (số liệu đến ngày 13.3.2003), có sở phép giết mổ trâu bị, có sở giết mổ có cơng suất 300-1000 heo/ ngày đêm 1.1.2 Tính chất nước thải giàu đạm  Nước thải chế biến thủy sản Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa nồng độ chất hữu gây ô nhiễm cao (các phế phẩm sau chế biến, hóa chất xử lý), nhiều chất có chứa hàm lượng nitrogen liên kết lưu huỳnh Các nhà máy chế biến thủy sản đơng lạnh thường có lượng nước thải lớn so với sở chế biến hàng khơ, nước mắm, đồ hộp bình qn khoảng 50000m3 ngày Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Giá trị đặc tính nước thải chế biến thủy sản có phổ phân tán biến động tương đối rộng chúng có đặc điểm chung phụ thuộc vào loại nguyên liệu, quy trình sản xuất sản phẩm chế biến Những yếu tố định thành phần, đặc tính mức độ nhiễm sở sản xuất chế biến Nhìn chung, hàm lượng chất hữu trung bình dao động từ 300-3000 mg/l COD, từ 200-2000 mg/l BOD5, từ 9,5-400 mg/l SS, hàm lượng nitơ tổng số từ 90270mg/l, photpho tổng từ 30-90mg/l Trong nước thải có hàm lượng chất hữu cao nước máu cá nước dính nhớt từ sở sản xuất bột cá, COD lên đến 93.000mg/l, BOD5 lên đến 76.000mg/l Tuy nhiên tùy giai đoạn mà giá trị có thay đổi đáng kể, nước thải từ trình rã đơng, sơ chế rửa ngun liệu khâu chế biến đồ hộp thủy sản đông lạnh có độ đậm đặc cao cao BOD từ 1.000-10.0000 mg/l, SS từ 1.000-2.000 mg/l Nước thải từ trình hấp, luộc có hàm lượng BOD từ 10.00020.000 mg/l, SS từ 1.000-10.000 mg/l Nước thải từ trình ngâm để sản xuất Jam bơng, xúc xích thủy sản có COD từ 1.000-3.000 mg/l, SS từ 5002.000 mg/l Nước thải từ q trình vệ sinh cơng nghiệp có COD từ 400-2.000 mg/l BOD từ 10-1.000 mg/l, SS từ 300-3.000mg/l Sau số kết phân tích thành phần tính chất nước thải thủy hải sản tham khảo vài nhà máy chế biến thủy sản điển hình Bảng 1.3: Thành phần tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ hải sản Bà Rịa - Vũng Tàu Chỉ tiêu Mức độ BOD5 1000 – 2000 mg/l Tổng chất rắn lơ lửng 1500 – 2000 mg/l Tổng nitơ 75 – 230 mg/l Tổng photpho – 10 mg/l pH 6,6 – 7, (Nguồn: CEFINEA, 2002) Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Bảng 1.4: Thành phần tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ hải sản Ngô Quyền - Kiên Giang Chỉ tiêu Đơn vị Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải chế biến chế biến phân xưởng mực tôm đông lạnh 6,62 7,32 7,14 7,08 pH cống xả phân xưởng đông lạnh TDS mg/l 1440 1160 1640 1410 Độ đục PTU 121 92 242 152 Độ màu Pt-Co 1674 852 2273 1600 P - PO4 mg/l 21,01 12,56 3,75 12,44 SS mg/l 9,5 55 36 32 N-amoni mg/l 165,19 76 52,71 98 1000 1100 19000 - 893 336 230 1200 Coliform MPN/100ml COD mg/l (Nguồn: CEFINEA, 2002) Bảng 1.5: Đặc trưng thành phần tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản STT Đặc trưng ô nhiễm Hàm lượng Quy chuẩn Việt Nam 11:2008, loại B BOD5 300-2000 50 COD 500-3000 80 SS 200-1000 100 pH 6,5-7,5 5,5-9 N 50-200 60 P 10-100 (Nguồn: CEFINEA, 2002) Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền  Nước thải chế biến thịt Ngoài sở chế biến thủy sản sở giết mổ, chế biến thịt thải môi trường lượng lớn nước thải có nồng độ nhiễm tương đối cao BOD5 từ 2.500-7.400 mg/l, COD từ 2.400-9.600mg/l Mặt khác nước thải sở chế thịt thường chứa lượng lớn vi sinh vật Nếu khơng có biện pháp xử lý dễ gây nhiễm vi sinh vật gây bệnh, gây ngộ độc nguồn nước sử dụng Ngoài ngành giết mổ ngành đòi hỏi sử dụng nước nhiều, cơng đoạn xử lý ngun liệu có nhu cầu dung nước khâu rửa sơ nguyên liệu, khâu làm rã nước đá đông lạnh, khâu xử lý nguyên liệu, khâu chế biến Nước thải công nghiệp chế biến thịt gần giống nước thải sinh hoạt có mức độ nhiễm cao nhiều, với nồng độ dầu, mỡ, axit béo cao, cịn có chất tẩy rửa lơng Bảng 1.6: Đặc trưng thành phần tính chất nước thải chế biến thịt STT Thông số Đơn vị Hàm lượng pH - 5,3-8,9 Độ dẫn điện - 2,8-6,1 Clo mg/l 1,1-390 Chất rắn qua lọc - 160-580 BOD5 mg/l 1500-7400 COD mg/l 2400-9600 Chất béo - 115-300 Axit hữu - 61-350 Nitơ amon mg/l 230-1120 10 H2 S - 0-20 11 Tổng P mg/l 1,6-53 12 Độ cứng - 35,6-125 13 Độ kiềm - 30-70 Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền 1.1.3 Ảnh hưởng nước thải giàu đạm đến mơi trường Hiện tình trạng xả thải từ sở sản xuất thủy sản thịt chưa qua xử lý xử lý chưa đạt tiêu chuẩn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường xung quanh, làm khả tự làm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân đến phát triển bền vững đất nước Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản thấm xuống đất gây nhiễm nước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm chất hữu vi sinh vật gây bệnh khó xử lý thành nước cung cấp cho sinh hoạt Đối với nguồn nước mặt, chất nhiễm có nước thải chế biến thuỷ sản, thit làm suy thối chất lượng nước, tác động xấu đến mơi trường thủy sinh vật Các chất hữu nước thải cacbonhydrat, protein, chất béo xả vào nguồn nước làm giảm nồng độ oxy hòa tan nước vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy chất hữu Nồng độ oxy hòa tan 50% bão hịa có khả gây ảnh hưởng tới phát triển tơm, cá Oxy hịa tan giảm khơng gây suy thối tài ngun thủy sản mà làm giảm khả tự làm nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước sinh hoạt công nghiệp Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục có màu, hạn chế độ sâu tầng nước ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới trình quang hợp tảo, rong rêu Chất rắn lơ lửng tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) gây bồi lắng lịng sơng, cản trở lưu thông nước tàu bè Nồng độ chất nitơ, photpho cao gây tượng phát triển bùng nổ loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo bị chết phân hủy gây nên thiếu hụt oxy Ngoài ra, loài tảo mặt nước tạo thành lớp màng khiến ánh sáng không tới lớp nước bên dưới, cản trở trình quang hợp thực vật tầng bị ngưng trệ Tất tượng gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch cấp nước Trang 10 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.1: Hiện trạng nhiễm nước thải thủy sản chưa qua xử lý (Nguồn: Khoa học đời sống) 1.1.4 Sự tăng trưởng vi sinh vật nước thải giàu đạm Sự sinh trưởng vi sinh vật bao gồm tăng kích thước, số lượng tế bào, phát triển tăng sinh khối quần thể vi sinh vật.Trong nước thải cơng trình xử lý nước thải, sinh trưởng tăng số lượng tế bào thay đổi kích thước tế bào Kích thước tế bào dao động xung quanh giá trị trung bình việc tính số lượng tế bào phản ánh tăng sinh khối vi sinh vật Các vi sinh vật nước thải chủ yếu vi khuẩn dị dưỡng, đồng hố chất hữu nước thải (BOD) làm nguồn dinh dưỡng Ngoài ra, chất dinh dưỡng cần thiết khác nguồn nitơ (NH4+) nguồn photpho (PO43-), nguyên tố khoáng khác K, Mg, Ca, nguyên tố vi lượng (sắt, đồng, kẽm, mangan) Các chất khoáng vi lượng thường phong phú nước thải sinh hoạt Các nguyên tố C, N, P cần cho sinh trưởng vi khuẩn thường theo tỉ lệ BOD : N : P = 100 : : Trong q trình xử lý nước thải cơng nghiệp, nhiều trường hợp phải bổ sung nguồn N P từ bên ngồi nhằm đảm bảo q trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật phải khử trước kim loại nặng gây độc hại cho tế bào vi sinh vật Vi sinh vật sinh sản chủ yếu cách phân chia tế bào, trình sinh sản phụ thuộc vào điều kiện môi trường Khi môi trường cạn kiệt chất dinh dưỡng, pH nhiệt độ thay đổi khả sinh sản bị ngừng lại Trang 11 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.2: Quá trình sinh trưởng vi sinh vật (1): Giai đoạn thích nghi (2): Giai đoạn tăng trưởng logarit (3): Giai đoạn giảm tốc (4): Giai đoạn ổn định (5): Giai đoạn suy vong Quá trình sinh trưởng chia làm giai đoạn:  Giai đoạn thích nghi Vi khuẩn vào mơi trường chưa phát triển mà cần thời gian làm quen với môi trường, cần cảm ứng sinh tổng hợp enzyme thích hợp với chất  Giai đoạn tăng trưởng logarit Vi sinh vật phát triển theo hàm logarit tốc độ tăng trưởng riêng đạt giá trị cực đại Trong suốt thời kỳ tế bào phân chia theo tốc độ xác định thời gian sinh sản, khả thu nhận đồng hóa thức ăn  Giai đoạn giảm tốc Trong giai đoạn này, chất dinh dưỡng môi trường giảm dần Trong số trường hợp, phát triển chậm dần mơi trường tích tụ sản phẩm ức chế sinh q trình chuyển hố chất tế bào vi khuẩn  Giai đoạn ổn định Trang 12 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Mật độ tế bào đạt tới giá trị cực đại, sinh trưởng dừng lại tế bào hoạt động chuyển hố  Giai đoạn suy vong Ở giai đoạn chất dinh dưỡng hết Mật độ tế bào giảm tế bào già chết tỉ lệ chết tăng dần lên Tế bào vi khuẩn bị phân huỷ nội sinh hô hấp nội bào bị tự phân (autoliz) Các giai đoạn diễn môi trường điều kiện hiếu khí kị khí Giá trị thơng số phụ thuộc vào lồi vi sinh vật, hàm lượng chất nhiệt độ, pH môi trường.[2], [7] 1.1.5 Các vi sinh vật tham gia trình xử lý nước thải giàu đạm Theo Nguyễn Đức Lượng (2003), chất nhiễm bẩn chủ yếu chất hữu hịa tan Ngồi cịn có chất hữu dạng keo phân tán nhỏ dạng lơ lửng Các dạng tiếp xúc với bề mặt vi khuẩn cách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau xảy trình đồng hóa hay dị hóa Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa sở hoạt động vi sinh vật phân hủy chất hữu nhiễm bẩn nước Do điều kiện vô quan trọng nước thải phải môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy chất hữu có nước thải Quá trình làm nước thải nhờ vi sinh vật gồm giai đoạn: (i) Các chất hữu tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật (ii) Khuếch tán hấp thụ chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào tế bào vi sinh vật (iii) Chuyển hóa chất vào nội bào để sinh lượng tổng hợp vật liệu cho tế bào vi sinh vật Trong nước thải, thành phần chủng vi sinh vật hầu hết hoại sinh dị dưỡng đa số vi khuẩn hiếu khí, kị khí kị khí tùy tiện vi khuẩn: Bacillus, Alcahgenes, flavobacterium, Cytophag, Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter Các giống thường gặp hầu hết loại nước thải, chúng đồng hóa chất hữu kể chất hữu tổng hợp polyvinyl alcohol – PVA sống lâu mơi trường nước Trong Trang 13 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền giống Bacillus phân hủy nhiều dạng hợp chất hữu cơ, đặc biệt protein tinh bột nhờ hệ enzyme đa dạng khả thích nghi cao Các giống Alcaligenes Flavobacterium quan trọng gần hai giống trên, nơi có phân hủy protein có hai giống A: Vi khuẩn Flavobacterium B: Vi khuẩn Bacillus C: Penicillium D: Aspergillus oryzae Hình 1.3: Một số vi sinh vật nước thải giàu đạm Vi khuẩn Bacillus trực khuẩn gram dương, đứng riêng rẽ kết thành dạng chuỗi Có khả tạo enzyme protease amylase, có khả sinh bào tử Trang 14 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền sống hiếu khí ( kỵ khí tùy tiện ) Nhiệt độ sinh trưởng thích hợp 350C đến 400Ctối đa tới 600C Ở pH 6,5 chúng ngừng phát triển Bên cạnh nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc có enzyme protease phân hủy protein Streptomyces, Actinomyces, nhiều loài nấm mốc thuộc giống Aspergillus, Penicillium.[2], [6] 1.2 Tổng quan trình phân giải hợp chất hữu giàu đạm nhờ vi sinh vật 1.2.1 Q trình amon hóa Trong nước đất luôn tồn nhiều xác động thực vật Xác động vật thực vật chứa nhiều hợp chất hữu chứa nitơ Các hợp chất hữu thường không thực vật sử dụng q trình trao đổi chất, thực vật sử dụng hợp chất vơ dạng hịa tan Do hợp chất hữu thải vào môi trường nước không vi sinh vật phân hủy thành hợp chất vơ hịa tan không thực vật sử dụng Như mặt vi sinh vật sinh vật làm môi trường ô nhiễm chất hữu chứa nitơ, mặt tác nhân trung gian chuyển hóa hợp chất khó tiêu thực vật thành chất dễ tiêu cho thực vật sử dụng Các hợp chất hữu có chứa nitơ mơi trường nước bị phân hủy động vật khác Tuy nhiên phân hủy xảy chủ yếu vi sinh vật Vi sinh vật đóng vai trị định q trình chuyển hóa protein thành hợp chất vơ Như q trình amon hóa q trình phân giải chất hữu chứa nitơ giải phóng ammoniac a Q trình phân giải ure Ure sản phẩm trình trao đổi chất người động vật Ure chủ yếu có nước tiểu người động vật Ngồi ure đưa vào mơi trường nước nhiều từ việc sử dụng phân bón hóa học Thực vật hồn tồn khơng có khả sử dụng ure trực tiếp Chính chúng cần chuyển hóa thành muối amon Vi khuẩn tham gia q trình chuyển hóa gồm giống thuộc Urebacterium Hầu hết chúng thuộc họ Cocoaceae Bacilacaea Cụ thể chúng bao gồm loài như: Sarcina hansenii, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris Trang 15 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Cơ chế chuyển hóa chúng sau: CO + H2O (NH4)2CO3 CO + 2NH3 (NH4)2CO3 NH3 + CO2 + H2O b Q trình amon hóa protein Trong nguồn nước ln xảy q trình amon hóa protein nhờ vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành hợp chất đơn giản polypeptide, oligopeptide Qúa trình xảy điều kiện hiếu khí kỵ khí * Cơ chế : Nhóm vi sinh vật phân hủy protein có khả tiết enzyme protease bao gồm proteinase peptidase Enzyme protease xúc tác trình thuỷ phân liên kết liên kết peptide (-CO-NH-)n phân tử protein, polypeptide tạo sản phẩm axit amin Ngoài ra, nhiều protease có khả thuỷ phân liên kết este vận chuyển axit amin Dưới tác dụng enzyme proteinase phân tử protein phân giải thành polypeptide oligopeptide Các chất tiếp tục phân hủy thành axit amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào tế bào vi khuẩn hấp thụ sau phân hủy tiếp thành axit amin tế bào Một phần axit amin tế bào vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tạo sinh khối Một phần axit amin theo đường phân giải khác để sinh NH3, CO2 sản phẩm trung gian khác Với protein có chứa S, nhờ enzyme desulfurase nhóm vi khuẩn lưu huỳnh nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, bị phân hủy tạo H2S, scatol, indol hay mercaptan [7], [8] 1.2.2 Enzyme protease vi sinh vật Protease enzyme sử dụng nhiều số ngành sản xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm mát, làm mềm thịt, bổ sung để Trang 16 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền làm tăng chất lượng sản phẩm sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm chế biến thực phẩm…), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nơng nghiệp, làm mơi trường… Trong đó, lượng protease sản xuất từ vi khuẩn ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm 59% lượng enzyme sử dụng Ưu điểm lớn protease từ vi sinh vật phong phú chủng loại, có tính đặc hiệu rộng rãi, cho sản phẩm thuỷ phân triệt để đa dạng Tuy nhiên, hệ protease vi sinh vật lại phức tạp, bao gồm nhiều enzyme giống cấu trúc, khối lượng hình dạng phân tử nên khó tách dạng tinh thể đồng Đối với sinh lý vi sinh vật, protease đóng vai trị quan trọng Có loại protease protease ngoại bào protease nội bào với chức sau : Protease ngoại bào vi sinh vật tham gia trình phân giải ngoại bào protein để tạo axit amin Các axit amin đưa vào tế bào tham gia tổng hợp sinh khối bị phân giải để giải phóng lượng sản phẩm bậc Hình 1.4: Quá trình phân giải protein ngoại bào Protease nội bào vi sinh vật tham gia trình cải biến protein, enzyme, tạo trình cung cấp lượng, vật liệu xây dựng, tạo thành bào tử vi sinh vật Protease nội bào tham gia vào việc hồn thiện chuỗi polypeptide tổng hợp như: tách gốc, tách số gốc axit amin khỏi đầu N chuỗi polypeptide tổng hợp Protease nội bào tham gia phân hủy protein nội bào khơng cịn tác dụng trình sinh lý vi sinh vật Trang 17 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.5: Quá trình hoạt động protease nội bào 1.2.3 Các vi sinh vật tham gia q trình amon hóa protein Bảng 1.7: Một số vi sinh vật tham gia trình amon hóa protein Nhóm vi sinh vật Kiểu gây thối Dạng phân hủy Kị khí (yếm khí) Bacillus putrificus Phân hủy protein Bacillus histolytics Bacillus coligenes Nhóm vi sinh vật có Phân hủy peptide enzyme đơn Phân hủy Bacillus faccalis Algaligenes Proteus zenkirii Bacillus perfrigenes Streptococus Bacillus sporogenes Straphylococus Proteus vulgaris Nhóm vi hỗn Bacillus mensentericus Bacillus orbiculus axit Phân hủy protein enzyme Bacillus pyocyaneum Bacillus ventriculosus amin sinh vật có Hiếu khí Bacillus bifidus Phân hủy peptide Bacillus acidophilus Bacillus butyricus hợp Phân hủy Bacillus lactic aerogen axit Bacillus aminophilus amin Bacillus coligenes Trang 18 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Vi sinh vật tham gia trình phân giải protein đa dạng Chúng thuộc vi sinh vật hiếu khí, yếm khí hiếu khí tùy tiện trình bày bảng 1.7 [2], [8] 1.3 Tổng quan phương pháp sinh học xử lý nước thải 1.3.1 Mục đích trình xử lý nước thải Mục đích quan trọng trình xử lý nước thải làm giảm hàm lượng chất hữu loại bỏ chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học gây độc Mục đích thứ hai loại bỏ giảm bớt chất dinh dưỡng N P để hạn chế ô nhiễm cho nguồn nước nhận nước ngầm nước thải đổ đất Mục đích thứ ba làm bất hoạt vi sinh vật gây bệnh, virus ký sinh trùng có nước thải Một cách tổng quát, xử lý sinh học chia thành hai nhóm phương pháp lớn: - Nhóm phương pháp hiếu khí: sử dụng vi sinh vật hiếu khí hoạt động điều kiện cung cấp oxy - Nhóm phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí hoạt động điều kiện khơng có oxy 1.3.2 Cơ sở lý thuyết trình xử lý sinh học Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý sinh học q trình chuyển hóa vật chất, q trình tạo cặn lắng trình tự làm nguồn nước vi sinh vật có tự nhiên nhờ khả chuyển hóa nhiều nguồn chất khác có nước thải Các chất hữu hòa tan, chất keo chất phân tán nhỏ nước thải tiếp xúc với tế bào vi sinh vật, sau q trình chuyển hóa vật chất diễn với ba giai đoạn chính: (i) chuyển vật chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật, (ii) khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên tế bào, (iii) chuyển hóa chất tế bào vi sinh vật, sản sinh lượng tổng hợp tế bào Trong nguồn nước xảy trình amon hóa chất hữu nhờ vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành hợp Trang 19 ... công nghiệp thực phẩm ý lĩnh vực xử lý nước thải chứa nhiều đạm Vi? ??c phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn tiến hành đề tài: "Nghiên cứu tuyển chọn số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng. .. Trang Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Giúp bổ sung thêm số chủng vi khuẩn phân lập có hoạt tính protease mạnh ứng dụng vào xử lý nước thải giàu đạm 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Giúp xử lý nước. .. Bacillus phân lập khả ứng dụng chúng xử lý nước thải MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Phân lập vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein từ số nguồn nước thải thủy sản chế biến thịt Khảo sát hoạt tính protease