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 : Nguyễn Dương Út Uyên MSSV: 0951110125 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 i 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 ii 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 Cr 6+ 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 iii 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 Cr 6+ 25 2.4.1.4 Phương pháp tính hiệu suất xử lý Cr 6+ 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 iv 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 v 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. i 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 Cr 6+ 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 - 10 7 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 ii 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 - 10 7 Bảng 3.27Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 8h -10 7 Bảng 3.28Thống kê hiệu suất COD ứng với thời gian lưu nước 8h - 10 8 Bảng 3.29Thống kê hiệu suất Chrome ứng với thời gian lưu nước 8h - 10 8 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 – 10 7 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 –10 8 Bảng 3.36Tóm lượt kết quả thực nghiệm để tính toán các thông số động học [...]... 48h, 72h, 96h Chọn lọc 3 chủng mạnh nhất, có hiệu suất xử lý Cr6+ cao, áp dụng chạy mô hình xử lý crom trong nước thải thuộc da Hình 3.1Sơ đồ tóm tắt bố trí các bước thí nghiệm vi sinh 23 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 2.3.2 Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da Nước thải thuộc da Khảo sát các thông số đầu vào: COD, Nito, Phospho, Không... màu, ăn dầu sau khi thuộc lại, Trau chuốt Khí thải, nhiệt 9 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 1.1.3 Nguồn gốc của Chrome trong nước thải thuộc da và độc tính của Chrome 1.1.3.1 Nguồn gốc của Chrome [11] Trong quá trình sản xuất da thuộc, giai đoạn thuộc là giai đoạn làm phát sinh sự tồn tại của Chrome trong nước thải thuộc da Thuộc là quá trình... 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. .. hưởng đến các công trình sinh học ở phía sau như bể Aerotank.Có như vậy mới đảm bảo hiệu quả xử lý cao và nước thải đầu ra mới đạt tiêu chuẩn cho phép  Xử lý nước thải chứa sunfit S2Oxy hóa S2- với xúc tác là muối Mn2+ kết hợp với sục khí 11 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da Nước thải chứa sunfit sẽ được đưa vào bể chứa, sau đó ta thêm vào... 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 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da  Nguồn phát sinh chất thải Bảng 1.3 Nguồn phát sinh chất thải chủ yếu trong sản xuất Các nguồn Các vấn đề ô nhiễm phát thải Nước thải: COD, BOD, TDS, SS, chúa muối, các chất hữu cơ chứa Hồi tươi... 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... 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. .. Pseudomonas cho thấy nó là một chủng VK đầy hứa hẹn cho vi c ứng dụng chúng trong lĩnh vực công nghệ sinh học, 18 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da nông nghiệp và các ứng dụng xử lý môi trường Một số chủng Pseudomonas fluorescens đã được chứng minh là có vai trò quan trọng trong xử lý sinh học của các kim loại nặng và các hợp chất tồn tại... (-253oC) Một số vi sinh vật có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 250oC, thậm chí 300oC Một số vi sinh vật có thể thích nghi với môi trường có nồng độ muối 32% NaCl Vi khuẩn Thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng ở pH 15 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da = 0,5 trong khi vi khuẩn Thiobacillus denitrificans lại thích hợp phát triển ở pH = 10,7 Vi khuẩn... tăng trưởng của chúng Khả năng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh 13 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da học phụ thuộc vào loại và thành phần chất hữu cơ và tương quan thích hợp của những phần tử của cơ chất đó cần để làm nguồn dinh dưỡng cho VSV.Các chất hữu cơ có mặt trong nước thải sinh hoạt và phần lớn nước thải công nghiệp đều thích hợp . hoạt tính xử lý tốt nhất, có thể làm nên chế phẩm sinh học xử lý nước thải có hiệu quả nhất. Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 3 . nghĩa thực tiễn Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 4 Góp phần bảo vệ môi trường nước khi tiến hành xử lý nước thải giàu kim loại. đường sinh học. Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý nước thải chứa Chrome, điển hình trên nước thải thuộc da 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về nước thải thuộc da [11]