Đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm nitơ trong nước thải sơ chế cao su thiên nhiên của chủng glutamicibacter nicotianae d7

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotianae D7 TRẦN MINH ĐỨC Duc.TM211184M@sis.hust.edu.vn Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Lan Hương Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm HÀ NỘI, 03/2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Trần Minh Đức Đề tài luận văn: Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotianae D7 Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học Mã số HV: 20211184M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/3/2023 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi in ấn, tả, tên vi sinh vật; - Bổ sung mục tiêu nghiên cứu phần đầu luận văn; - Bổ sung thêm mơ tả thích cho hình vẽ; - Bổ sung phương pháp xử lý số liệu phần phương pháp Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Mẫu 1c ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Đề tài luận văn: Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotianae D7 Tác giả luận văn: Trần Minh Đức Mã số HV: 20211184M Khóa: 2021A Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Lan Hương Bộ môn: Công nghệ Sinh học Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm – Đại học Bách khoa Hà Nội Mục tiêu đề tài: - Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ mơi trường nhân tạo chủng G nicotianae D7; - Khảo sát khả chuyển hóa amon chủng G nicotianae D7 môi trường nước thải cao su; - Đánh giá hiệu xử lý amon thiết bị DHS chủng G nicotianae D7 Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ mơi trường nhân tạo chủng G nicotianae D7: o Điều điện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa amon; o Đánh giá khả nitrat hóa phản nitrat hóa chủng D7 Khảo sát khả chuyển hóa amon chủng G nicotianae D7 - môi trường nước thải cao su: o Mẫu nước thải có tỷ lệ C/N khác nhau; o Mẫu nước thải có hàm lượng amon khác Đánh giá hiệu xử lý amon hệ thống DHS chủng D7 - Giáo viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Lan Hương – Bộ môn Công nghệ sinh học thầy cô viện CN Sinh học CN Thực phẩm – Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy hướng dẫn em tận tình suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Trong q trình thực hiện, thời gian kiến thức hạn chế nên cịn có thiếu sót khơng thể tránh khỏi Em mong nhận đóng góp ý kiến, bảo tận tình q thầy để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT Việt Nam nước đứng thứ ba giới sản lượng xuất cao su Bên cạnh lợi ích kinh tế ngành sản xuất cao su phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường Nước thải sơ chế cao su thiên nhiên có chứa nồng độ cao hợp chất hữu cơ, amon chất gây ô nhiễm khác Nước thải thường xử lý hệ thống kỵ khí–hiếu khí có hiệu suất loại bỏ nhu cầu oxy hóa học cao Tuy nhiên, hiệu loại bỏ amon hệ thống bị hạn chế nước thải đầu có hàm lượng amon cao Thiết bị lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp (DHS) ứng dụng để xử lý amon nước thải Trong thiết bị diễn đồng thời hai trình nitrat hóa – phản nitrat vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng Việc ứng dụng chủng vi sinh vật có khả xử lý nitrat phản nitrat đồng thời điều kiện hiếu khí hướng xử lý nước thải ô nhiễm nitơ nồng độ cao Trong nghiên cứu này, chủng Glutamicibacter nicotianae D7 – chủng vi khuẩn dị dưỡng phân lập từ bùn hoạt tính thiết bị DHS nghiên cứu có khả chuyển hóa amon cao: Tỷ lệ C/N – 40; pH 6,5 – 9; Hàm lượng N – NH4+ đến 500 mg/L Tại C/N = 20, pH = N – NH4+ 100 mg/L hiệu suất chuyển hóa amon đạt 99,6% 16 Chủng D7 có khả nitrat phản nitrat điều kiện hiếu khí Hiệu khử nitơ chủng nguồn nitơ N – NH4+, N – NO2- N – NO3- 43,1 %; 44,5 % 36,6 % Chủng D7 có khả chuyển hóa amon môi trường nước thải cao su Tỷ lệ C/N thích hợp 20 – 40 Khi hàm lượng N – NH4+ thấp 180 mg/L hàm lượng amon canh trường lại đạt QCVN01-MT-2015BTNMT Chủng D7 đánh giá khả xử lý amon thiết bị DHS, sau 70 ngày hiệu suất chuyển hóa amon chủng D7 môi trường nước thải sơ chế cao su đạt 62,0 %, hàm lượng N – NH4+ dòng 47,4 mg/L đạt cột B theo QCVN01-MT-2015-BTNMT Học viên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải sơ chế mủ cao su 1.1.2 Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su 1.2 Quá trình xử lý nước thải cao su 1.2.1 Xử lý học 1.2.2 Các phương pháp xử lý chất hữu 1.2.3 Các phương pháp xử lý ô nhiễm nitơ 10 1.3 Q trình nitrat hóa phản nitrat hóa 13 1.4 Vi khuẩn nitrat hóa – phản nitrat hóa dị dưỡng 15 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả chuyển hóa amon nước thải cao …… su 17 1.5.1 Ảnh hưởng tỷ lệ C/N 17 1.5.2 Ảnh hưởng pH 17 1.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng amon ban đầu 18 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 19 2.1 Vật liệu 19 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 19 2.1.2 Hóa chất phân tích 19 2.1.3 Thiết bị 20 2.1.4 Môi trường 21 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 24 2.2.2 Các phương pháp phân tích 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ mơi trường nhân tạo 31 3.1.1 Điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa amon 31 3.1.2 Đánh giá khả nitrat hóa phản nitrat hóa 35 3.2 Khảo sát khả chuyển hóa amon chủng môi trường nước thải cao su 41 3.2.1 Mẫu nước thải có tỷ lệ C/N khác 41 3.2.2 Mẫu nước thải có hàm lượng amon khác 45 3.3 Đánh giá hiệu xử lý amon thiết bị DHS 47 KẾT LUẬN 49 KIẾN NGHỊ 49 PHỤ LỤC 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nguồn gốc nước thải sơ chế mủ cao su [2][3] Hình 1.2 Cấu tạo thiết bị DHS [28] 12 Hình 1.3 Giá thể hệ thống DHS: (A) Giá thể G3 [28] (B) Các phản ứng xảy trình xử lý nước thải giá thể [8] 13 Hình 1.4 Q trình nitrat hóa phản nitrat hóa [31] 14 Hình 2.2 Chủng nguồn phân lập chủng 19 Hình 2.3 (A) Giá thể DHS G3; (B) Thiết bị DHS 20 Hình 2.4 Sơ đồ đánh đơng cao su (A) mẫu nước thải cao su (B) 22 Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu 24 Hình 3.1: Hiệu suất chuyển hóa amon chủng D7 tỷ lệ C/N (1 – 20) sau 24 31 Hình 3.2: Hiệu suất chuyển hóa amon chủng D7 tỷ lệ C/N (10 – 40) sau 16 32 Hình 3.3: Khả chuyển hóa amon chủng D7 giá trị pH khác sau 24 33 Hình 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng amon đến hiệu suất chuyển hóa chủng D7 34 Hình 3.5 Khả nitrat hóa chủng D7 mơi trường NM 36 Hình 3.6 Khả chuyển hóa nitrit chủng D7 mơi trường DM1 37 Hình 3.7 Khả chuyển hóa nitrat chủng D7 mơi trường DM2 38 Hình 3.8 Khả xử lý amon chủng D7 môi trường nước thải sơ chế cao su tiệt trùng 41 Hình 3.9 Khả xử lý amon chủng D7 môi trường nước thải sơ chế cao su không tiệt trùng 43 Hình 3.10 Hiệu suất chuyển hóa amon chủng D7 mơi trường nước thải cao su tiệt trùng hàm lượng N – NH4+ khác (A) 180 mg/L, (B) 300 mg/L, (C) 440 mg/L 45 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên Bảng 1.2 Một số vi khuẩn dị dưỡng có khả nitrat hóa, phản nitrat hóa điều kiện hiếu khí 16 Bảng 1.3 Tỷ lệ C/N số chủng nitrat hóa phản nitrat hóa 17 Bảng 2.1 Thành phần môi trường LB [74] 21 Bảng 2.2 Thành phần môi trường NM, DM [41][61] 21 Bảng 2.3 Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên 23 Bảng 3.7 Khả loại bỏ tổng nitơ chủng D7 38 Bảng 3.2 Hiệu xử lý amon thiết bị DHS ngày thứ 40 47 Bảng 3.3 Hiệu xử lý amon thiết bị DHS ngày thứ 70 48 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Chú giải BOD Biological oxygen demand Nhu cầu oxy hóa sinh học COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa học DHS Down flow hanging sponge Hệ thống lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp DRC Dry Rubber Content Hàm lượng cao su khô DM Denitrifying medium Môi trường phản nitrat HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu nước thải NM Nitrifying medium Mơi trường nitrat hóa QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Total nitrogen Nitơ tổng UASB Upflow anaerobic slugde blanket Hệ thống xử lý kị khí với dịng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính SBR Sequencing bacth reactor Bể bùn hoạt tính theo mẻ Suspended Solid Chất rắn lơ lửng TN SS CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên Hiện Việt Nam quốc gia xuất cao su lớn thứ ba giới Trong năm 2021 diện tích trồng cao su Việt Nam 938,8 ngàn với sản lượng thu hoạch mủ cao su đạt 1,26 triệu tấn, đem giá trị gần 3,3 tỷ USD, tăng 11,7% lượng tăng 37,5% giá trị so với năm 2020 [1] Tuy nhiên bên cạnh lợi ích kinh tế, tạo cơng ăn việc làm cho người lao động, ngành sản xuất cao su phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường lượng nước thải lớn, gây mùi khó chịu ảnh hưởng đến sức khỏe người [2] 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải sơ chế mủ cao su Nước thải trình sơ chế cao su thiên nhiên phát sinh từ quy trình sơ chế mủ cao su thiên nhiên thành nhiều sản phẩm cao su crepe, cao su khối, cao su tờ latex đặc [3] Hình 1.1 trình bày quy trình sản xuất cao su khối mủ ly tâm Hình 1.1 Nguồn gốc nước thải sơ chế mủ cao su [2][3] Từ hình 1.1 ta thấy nguồn phát sinh nước thải cao su phụ thuộc vào công nghệ sơ chế mủ cao su Mủ cao su sau thu hoạch bổ sung dung dịch amoniac với hàm lượng từ 0,003% đến 0,1% để tránh oxi hóa chống đơng làm giảm chất lượng mủ nước [4] Sau đó, mủ nước bổ sung axit acetic axit formic để tạo mủ khối cách đánh đơng Nước thải q trình phát sinh chủ yếu khâu đánh đông, cán băm, cán tạo tờ, cắt nước rửa bồn chứa Nước thải từ bồn khuấy trộn chứa hạt cao su chủ yếu mủ cao su sau đơng tụ thành mảng lớn cịn sót lại hạt cao su đông tụ chưa kết KẾT LUẬN Đã đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ chủng Glutamicibacter nicotianae D7 Chủng D7 có khả chuyển hóa amon cao: tỷ lệ C/N – 40; pH 6,5 – 9,0 hàm lượng N – NH4+ đến 500 mg/L Tại điều kiện tối ưu C/N = 20, pH = N – NH4+ 100 mg/L hiệu suất chuyển hóa amon chủng đạt 99,6 % 16 Chủng D7 có khả nitrat phản nitrat điều kiện hiếu khí Hiệu khử nitơ chủng nguồn nitơ N – NH4+, N – NO2- N – NO3- 43,1 %; 44,5 % 36,6 % Đã đánh giá khả chuyển hóa amon chủng mơi trường nước thải cao su Tỷ lệ C/N thích hợp hai môi trường nước thải cao su tiệt trùng không tiệt trùng 20, 30 40 đạt hiệu suất chuyển hóa amon 93 % sau 24 với hàm lượng N – NH4+ ban đầu 100 mg/L, hàm lượng amon lại canh trường đạt cột A QCVN01-MT-2015BTNMT Khi hàm lượng N – NH4+ ban đầu 180 mg/L hàm lượng amon lại canh trường 49,7 mg/L đạt cột B QCVN01-MT-2015BTNMT Đã đánh giá khả xử lý amon chủng D7 thiết bị DHS hai giai đoạn Trong giai đoạn (từ ngày đến ngày 40) hiệu suất chuyển hóa amon chủng môi trường nước thải nhân tạo đạt 84,6 % Trong giai đoạn (từ ngày 41 đến ngày 70) hiệu suất chuyển hóa amon chủng mơi trường nước thải sơ chế cao su đạt 62,0 %, hàm lượng N – NH4+ dòng 47,4 mg/L đạt cột B theo QCVN01-MT-2015-BTNMT KIẾN NGHỊ - Thử nghiệm khả xử lý nước thải chủng D7 thiết bị DHS quy mô 40L; Nghiên cứu nâng cao quy mô công suất thiết bị DHS ứng dụng xử lý nước thải cao su thực tế nhà máy 49 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Đường chuẩn xác định hàm lượng amon Bảng Kết xác định đường chuẩn hàm lượng amon Lặp Hàm lượng Trung Sai số NH4+ (mg/L) bình 0 0,00 0,000 0,2 0,040 0,039 0,04 0,001 0,4 0,078 0,073 0,08 0,003 0,185 0,183 0,18 0,001 0,365 0,369 0,37 0,002 0,907 0,924 0,92 0,009 Hình Đường chuẩn xác định hàm lượng amon NH4+ 50 Phụ lục 2: Đường chuẩn xác đinh hàm lượng nitrit Bảng Kết xác định đường chuẩn hàm lượng amon Lặp Hàm lượng NO2- (mg/L) 0 Trung bình Sai số 0,00 0,000 0,2 0,051 0,056 0,05 0,003 0,4 0,106 0,112 0,11 0,003 0,6 0,164 0,166 0,17 0,001 0,8 0,239 0,227 0,23 0,006 1,0 0,313 0,308 0,31 0,003 Hình Đường chuẩn xác định hàm lượng nitrit NO2- 51 Phụ lục 3: Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên số nhà máy phịng thí nghiệm [2] [7] [20] Nước thải sơ chế mủ cao su Thông số Loại cao su Nhà máy Sau xử lý UASB Tờ Khối Lộc Hiệp Thanh hóa PTN Watari 2017 pH 5,0 – 5,9 4,6 – 5,2 9,2 5,1 7,8 – 8,1 7,6 ± 0,3 COD 5140 – 15070 27450 180 – 528 530 ± 220 TN 80 – 160 630 – 800 611 630 80,3 – 392,7 350 ± 100 COD/TN 64,3 – 94,2 26,0 – 36,1 30,85 43,5 1,38 - 1,42 3,3 C/N 23,8 – 34,9 9,6 – 13,4 11,4 16,1 16390 – 28940 18855 Đơn vị: COD; TN: mg/L 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T Hằng, “Báo cáo ngành cao su,” 2020 [2] H N Nguyen and T T Luong, “Situation of wastewater treatment of natural rubber latex processing in the Southeastern region, Vietnam,” J Vietnamese Environ., vol 2, no 2, pp 58–64, Jul 2012, doi: 10.13141/jve.vol2.no2.pp58-64 [3] Nguyễn Thị Mai Quyên, Quy trình chế biến mủ cao su 2014 [4] T T T Hoa, “Hướng dẫn kỹ thuật sản xuất cao su bền vững,” 2019 [5] Tổ soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sơ chế cao su thiên nhiên, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sơ chế cao su thiên nhiên (QCVN 01-MT : 2015/BTNMT),” Tổng cục Môi trường, 2015 [6] P TEKASAKUL and S TEKASAKUL, “Environmental Problems Related to Natural Rubber Production in Thailand,” Earozoru Kenkyu, vol 21, no 2, pp 122–129, 2006, doi: 10.11203/jar.21.122 [7] N T Thanh, “Nghiên cứu trình tạo bùn hạt hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su,” Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2016 [8] T Y Masashi Hatamoto, Tsutomu Okubo, Kengo Kubota, “Characterization of downflow hanging sponge reactors with regard.” 2018 [9] and R V T Russo, R.C., D.J Randall, “Ammonia toxicity and metabolism in fishes In: Protection of River Basins, Lakes, and Estuaries Ryans, R.C (Ed.),” Am Fish Soc Bethesda, pp 159–173, 1988 [10] R E L and R V T Emerson, K., R.C Russo, “Aqueous ammonia equilibrium calculations: Effect of pH and temperature,” J Fish Res, pp 32: 2379-2383, 1975 [11] QCVN, “National technical regulation on drinking water quality (QCVN 01:2009/BYT),” 2009 [12] QCVN, “Tác hại nitrit nước ảnh hưởng tới sức khỏe người” [13] Tschem, “Tác hại nitrat đến sức khỏe người,” 2020 [14] G R Smart, “Investigations of the toxic mechanisms of ammonia to fishgas exchange in rainbow trout (Salmo gairdneri) exposed to acutely lethal concentrations,” J Fish Biol., vol 12, no 1, pp 93–104, Jan 1978, doi: 10.1111/j.1095-8649.1978.tb04155.x [15] Molesworth.T.V., “The problem of latex factory effluents and water pollution in Malaysia,” Chem Div Rep., vol 12, 1957 [16] R E.D.C, “Treatment characteristics of two phase anaerobic system using an UASB reactor,” 1993 53 [17] R G and S R.K, Microbes and Microbial Technology: Agricultural and Environmental Applications Chapter Molecular Techniques to Assess Microbial Community Structure, Function, and Dynamics in the Environment Springer-Verlag New York 2011 [18] M Mohammadi, H C Man, M A Hassan, and P L Yee, “Treatment of wastewater from rubber industry in Malaysia,” African J Biotechnol., vol 9, no 38, pp 6233–6243, 2010, doi: 10.5897/AJB09.031 [19] M Keyser, R C Witthuhn, C Lamprecht, M P A Coetzee, and T J Britz, “PCR-based DGGE fingerprinting and identification of methanogens detected in three different types of UASB granules $,” vol 29, no 2006, pp 77–84, 2020, doi: 10.1016/j.syapm.2005.06.003 [20] T Watari et al., “Performance evaluation of the pilot scale upflow anaerobic sludge blanket – Downflow hanging sponge system for natural rubber processing wastewater treatment in South Vietnam,” Bioresour Technol., vol 237, pp 204–212, Aug 2017, doi: 10.1016/j.biortech.2017.02.058 [21] Imai T, “Advanced start up of UASB reactors by adding of water absorbing polymer Water Science and Technology, 36: p 399–406.,” 1997 [22] Y Öktem and N Tỹfekỗi, Treatment of brewery wastewater by pilot scale upflow anaerobic sludge blanket reactor in mesophilic temperature,” J Sci Ind Res (India)., vol 65, no 3, pp 248–251, 2006 [23] Bách hóa mơi trường, “Top phương pháp để khử amoni thường sử dụng Việt Nam,” 2020 https://bachhoamoitruong.com/top-5-phuongphap-khu-amoni/ [24] M G Hill, Wastewater Engineering 2002 [25] and J P ThongLimp V, Srisuwan G, “Treatment of industrial latex wastewater by activated sludge system,” PSU- UNS Int Conf Eng Environ., pp 1–7, 2005 [26] H Rosman N.H, Anuar A.N, Othman I, Harun H, Sulong M.Z, Elias S.H and and U Z M.A.H.M, Chelliapan S, “Cultivation of aerobic granular sludge for rubber wastewater treatment,” Bioresour Technol., pp 620– 623, 2013 [27] I W A Publishing and W Science, “Development of down flow hanging sponge ( DHS ) reactor as post treatment of existing combined anaerobic tank treating natural rubber processing wastewater Takahiro Watari , Trung Cuong Mai , Daisuke Tanikawa , Yuga Hirakata , Masashi Hatamoto , Kazuaki,” pp 57–68, 2017, doi: 10.2166/wst.2016.487 [28] V K Tyagi et al., “Future perspectives of energy saving down-flow 54 hanging sponge (DHS) technology for wastewater valorization—a review,” Rev Environ Sci Bio/Technology, vol 20, no 2, pp 389–418, Jun 2021, doi: 10.1007/s11157-021-09573-1 [29] A Tawfik, A Ohashi, and H Harada, “Sewage treatment in a combined up-flow anaerobic sludge blanket (UASB)–down-flow hanging sponge (DHS) system,” Biochem Eng J., vol 29, no 3, pp 210–219, Apr 2006, doi: 10.1016/j.bej.2005.11.018 [30] N NOMOTO et al., “Application of DHS Reactor to Sewage Treatment in a Developing Country: Performance during Start-Up Period and under High Organic Load Condition,” J Japan Soc Water Environ., vol 40, no 1, pp 11–19, 2017, doi: 10.2965/jswe.40.11 [31] J Simon and M G Klotz, “Diversity and evolution of bioenergetic systems involved in microbial nitrogen compound transformations,” Biochim Biophys Acta - Bioenerg., vol 1827, no 2, pp 114–135, 2013, doi: 10.1016/j.bbabio.2012.07.005 [32] Biogency, “Chu trình Nitơ gì? Chu trình Nitơ diễn nào?,” Biogency https://biogency.com.vn/chu-trinh-nito-dien-ra-nhu-the-nao/ [33] B T H Thu, Phân lập tuyển chọn vi khuẩn dị dưỡng có khả nitrat hóa nhằm tạo chế phẩm xử lý mơi trường ao ni tơm 2019 [34] Biogency, “Q trình Phản Nitrat hóa tác dụng xử lý nước thải,” Biogency https://biogency.com.vn/phan-nitrat-hoa-va-tac-dungtrong-xu-ly-nuoc-thai/ [35] H.-S Joo, M Hirai, and M Shoda, “Characteristics of ammonium removal by heterotrophic nitrification-aerobic denitrification by Alcaligenes faecalis No 4,” J Biosci Bioeng., vol 100, no 2, pp 184–191, Aug 2005, doi: 10.1263/jbb.100.184 [36] L Beneduce, G Spano, F Lamacchia, M Bellucci, F Consiglio, and I M Head, “Correlation of seasonal nitrification failure and ammonia-oxidizing community dynamics in a wastewater treatment plant treating water from a saline thermal spa,” Ann Microbiol., vol 64, no 4, pp 1671–1682, Dec 2014, doi: 10.1007/s13213-014-0811-5 [37] Z Le Hao, A Ali, Y Ren, J F Su, and Z Wang, “A mechanistic review on aerobic denitrification for nitrogen removal in water treatment,” Sci Total Environ., vol 847, no May, p 157452, 2022, doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.157452 [38] Y Zhao, H Min, K Luo, R Zhang, Q Chen, and Z Chen, “Transcriptomics and proteomics revealed the psychrotolerant and antibiotic-resistant mechanisms of strain Pseudomonas psychrophila RNC1 capable of assimilatory nitrate reduction and aerobic denitrification,” Sci 55 Total Environ., vol 820, 10.1016/j.scitotenv.2022.153169 p 153169, May 2022, doi: [39] L Zhao, G Fu, J Tang, J Wu, W Pang, and Z Guo, “Efficient nitrogen removal of mangrove constructed wetlands: Enhancing heterotrophic nitrification-aerobic denitrification microflora through quorum sensing,” Chem Eng J., vol 430, p 133048, Feb 2022, doi: 10.1016/j.cej.2021.133048 [40] X Ke et al., “Characterization of Acinetobacter indicus ZJB20129 for heterotrophic nitrification and aerobic denitrification isolated from an urban sewage treatment plant,” Bioresour Technol., vol 347, p 126423, Mar 2022, doi: 10.1016/j.biortech.2021.126423 [41] N Zhang, Y Zhang, T Bohu, S Wu, Z Bai, and X Zhuang, “Nitrogen Removal Characteristics and Constraints of an Alphaproteobacteria with Potential for High Nitrogen Content Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,” Microorganisms, vol 10, no 2, p 235, Jan 2022, doi: 10.3390/microorganisms10020235 [42] M Deng, X Zhao, Y Senbati, K Song, and X He, “Nitrogen removal by heterotrophic nitrifying and aerobic denitrifying bacterium Pseudomonas sp DM02: Removal performance, mechanism and immobilized application for real aquaculture wastewater treatment,” Bioresour Technol., vol 322, p 124555, Feb 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2020.124555 [43] J Yang et al., “A critical review of aerobic denitrification: Insights into the intracellular electron transfer,” Sci Total Environ., vol 731, p 139080, Aug 2020, doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139080 [44] X Zeng, J J Huang, B Hua, and P Champagne, “Nitrogen removal bacterial strains, MSNA-1 and MSD4, with wide ranges of salinity and pH resistances,” Bioresour Technol., vol 310, p 123309, Aug 2020, doi: 10.1016/j.biortech.2020.123309 [45] L Xia, X Li, W Fan, and J Wang, “Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by a novel Acinetobacter sp ND7 isolated from municipal activated sludge,” Bioresour Technol., vol 301, p 122749, Apr 2020, doi: 10.1016/j.biortech.2020.122749 [46] X Cai et al., “Characteristics of Heterotrophic Nitrifying and Aerobic Denitrifying Arthrobacter nicotianae D51 Strain in the Presence of Copper,” Water, vol 11, no 3, p 434, Feb 2019, doi: 10.3390/w11030434 [47] X Lei, Y Jia, Y Chen, and Y Hu, “Simultaneous nitrification and denitrification without nitrite accumulation by a novel isolated Ochrobactrum anthropic LJ81,” Bioresour Technol., vol 272, pp 442– 56 450, Jan 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2018.10.060 [48] L Carneiro Fidélis Silva et al., “Heterotrophic nitrifying/aerobic denitrifying bacteria: Ammonium removal under different physicalchemical conditions and molecular characterization,” J Environ Manage., vol 248, p 109294, Oct 2019, doi: 10.1016/j.jenvman.2019.109294 [49] L Yang, Y.-X Ren, S.-Q Zhao, X Liang, and J Wang, “Isolation and characterization of three heterotrophic nitrifying-aerobic denitrifying bacteria from a sequencing batch reactor,” Ann Microbiol., vol 66, no 2, pp 737–747, Jun 2016, doi: 10.1007/s13213-015-1161-7 [50] Y.-X Ren, L Yang, and X Liang, “The characteristics of a novel heterotrophic nitrifying and aerobic denitrifying bacterium, Acinetobacter junii YB,” Bioresour Technol., vol 171, pp 1–9, Nov 2014, doi: 10.1016/j.biortech.2014.08.058 [51] L Yang et al., “Simultaneous removal of nitrogen and phosphorous by heterotrophic nitrification-aerobic denitrification of a metal resistant bacterium Pseudomonas putida strain NP5,” Bioresour Technol., vol 285, p 121360, Aug 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2019.121360 [52] L Y Stein, “Heterotrophic Nitrification and Nitrifier Denitrification,” in Nitrification, Washington, DC, USA: ASM Press, 2014, pp 95–114 doi: 10.1128/9781555817145.ch5 [53] C Li et al., “Removal of nitrogen by heterotrophic nitrification–aerobic denitrification of a phosphate accumulating bacterium Pseudomonas stutzeri YG-24,” Bioresour Technol., vol 182, pp 18–25, Apr 2015, doi: 10.1016/j.biortech.2015.01.100 [54] J.-R Yang, Y Wang, H Chen, and Y.-K Lyu, “Ammonium removal characteristics of an acid-resistant bacterium Acinetobacter sp JR1 from pharmaceutical wastewater capable of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,” Bioresour Technol., vol 274, pp 56–64, Feb 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2018.10.052 [55] Z Lin et al., “High-temperature biofilm system based on heterotrophic nitrification and aerobic denitrification treating high-strength ammonia wastewater: Nitrogen removal performances and temperature-regulated metabolic pathways,” Bioresour Technol., vol 344, p 126184, Jan 2022, doi: 10.1016/j.biortech.2021.126184 [56] Microbelift, “02 vi khuẩn thực q trình Nitrat hóa hiệu nhất?, https://microbelift.vn/02-vi-khuan-thuc-hien-qua-trinh-nitrat-hoa-hieu-quanhat/” [57] J.-L Huang, Y.-W Cui, J.-L Yan, and Y Cui, “Occurrence of heterotrophic nitrification-aerobic denitrification induced by decreasing 57 salinity in a halophilic AGS SBR treating hypersaline wastewater,” Chem Eng J., vol 431, p 134133, Mar 2022, doi: 10.1016/j.cej.2021.134133 [58] B Hu et al., “Effects of C/N ratio and dissolved oxygen on aerobic denitrification process: A mathematical modeling study,” Chemosphere, vol 272, p 129521, Jun 2021, doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.129521 [59] Z Pan et al., “Effects of COD/TN ratio on nitrogen removal efficiency, microbial community for high saline wastewater treatment based on heterotrophic nitrification-aerobic denitrification process,” Bioresour Technol., vol 301, p 122726, Apr 2020, doi: 10.1016/j.biortech.2019.122726 [60] X Chen, Q Zhang, Y Zhu, and T Zhao, “Response of wastewater treatment performance, microbial composition and functional genes to different C/N ratios and carrier types in MBBR inoculated with heterotrophic nitrification-aerobic denitrification bacteria,” Bioresour Technol., vol 336, p 125339, Sep 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2021.125339 [61] M Chen, C Ding, T He, M Zhang, and Q Wu, “Efficient hydroxylamine removal through heterotrophic nitrification by novel bacterium Glutamicibacter arilaitensis EM-H8,” Chemosphere, vol 288, p 132475, Feb 2022, doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.132475 [62] H Chen et al., “Biological nitrogen and phosphorus removal by a phosphorus-accumulating bacteria Acinetobacter sp strain C-13 with the ability of heterotrophic nitrification–aerobic denitrification,” Bioresour Technol., vol 322, p 124507, Feb 2021, doi: 10.1016/j.biortech.2020.124507 [63] N Xu et al., “Biological nitrogen removal capability and pathways analysis of a novel low C/N ratio heterotrophic nitrifying and aerobic denitrifying bacterium (Bacillus thuringiensis strain WXN-23),” Environ Res., vol 195, p 110797, Apr 2021, doi: 10.1016/j.envres.2021.110797 [64] J Duan, H Fang, B Su, J Chen, and J Lin, “Characterization of a halophilic heterotrophic nitrification–aerobic denitrification bacterium and its application on treatment of saline wastewater,” Bioresour Technol., vol 179, pp 421–428, Mar 2015, doi: 10.1016/j.biortech.2014.12.057 [65] F Huang, L Pan, N Lv, and X Tang, “Characterization of novel Bacillus strain N31 from mariculture water capable of halophilic heterotrophic nitrification–aerobic denitrification,” J Biosci Bioeng., vol 124, no 5, pp 564–571, Nov 2017, doi: 10.1016/j.jbiosc.2017.06.008 [66] L Guo, S Yang, J Su, K Zhang, T Huang, and G Wen, “Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification at low nutrient conditions by a 58 newly isolated bacterium, Acinetobacter sp SYF26,” Microbiology, vol 161, no 4, pp 829–837, Apr 2015, doi: 10.1099/mic.0.000047 [67] L Guo et al., “Application potential of a newly isolated indigenous aerobic denitrifier for nitrate and ammonium removal of eutrophic lake water,” Bioresour Technol., vol 142, pp 45–51, Aug 2013, doi: 10.1016/j.biortech.2013.05.021 [68] H N Nguyen and T T Luong, “Situation of wastewater treatment of natural rubber latex processing in the Southeastern region, Vietnam,” J Vietnamese Environ., vol 2, no 2, pp 58–64, 2012, doi: 10.13141/jve.vol2.no2.pp58-64 [69] V M Vadivelu, J Keller, and Z Yuan, “Effect of free ammonia on the respiration and growth processes of an enriched Nitrobacter culture,” Water Res., vol 41, no 4, pp 826–834, Feb 2007, doi: 10.1016/j.watres.2006.11.030 [70] A C Anthonisen, R C Loehr, T B Prakasam, and E G Srinath, “Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid.,” J Water Pollut Control Fed., vol 48, no 5, pp 835–52, May 1976, [Online] Available: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/948105 [71] B Zhao, Y L He, and X F Zhang, “Nitrogen removal capability through simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by Bacillus sp LY,” Environ Technol., vol 31, no 4, pp 409–416, Apr 2010, doi: 10.1080/09593330903508922 [72] Y Lei, Y Wang, H Liu, C Xi, and L Song, “A novel heterotrophic nitrifying and aerobic denitrifying bacterium, Zobellella taiwanensis DN-7, can remove high-strength ammonium,” Appl Microbiol Biotechnol., vol 100, no 9, pp 4219–4229, May 2016, doi: 10.1007/s00253-016-7290-5 [73] T M Duc, “Phân lập vi khuẩn dị dưỡng từ bùn hoạt tính hệ thống DHS nhằm ứng dụng xử lý amon nước thải cao su,” Đò án tốt nghiệp Kỹ sư, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2020 [74] J Chen, J Zheng, Y Li, H Hao, and J Chen, “Characteristics of a novel thermophilic heterotrophic bacterium, Anoxybacillus contaminans HA, for nitrification–aerobic denitrification,” Appl Microbiol Biotechnol., vol 99, no 24, pp 10695–10702, Dec 2015, doi: 10.1007/s00253-015-6870-0 [75] L A Robertson, E W J van Niel, R A M Torremans, and J G Kuenen, “Simultaneous Nitrification and Denitrification in Aerobic Chemostat Cultures of Thiosphaera pantotropha,” Appl Environ Microbiol., vol 54, no 11, pp 2812–2818, Nov 1988, doi: 10.1128/aem.54.11.28122818.1988 [76] Z Sun, Y Lv, Y Liu, and R Ren, “Removal of nitrogen by heterotrophic 59 nitrification-aerobic denitrification of a novel metal resistant bacterium Cupriavidus sp S1,” Bioresour Technol., vol 220, pp 142–150, Nov 2016, doi: 10.1016/j.biortech.2016.07.110 [77] S.-L Pai, N.-M Chong, and C.-H Chen, “Potential applications of aerobic denitrifying bacteria as bioagents in wastewater treatment,” Bioresour Technol., vol 68, no 2, pp 179–185, May 1999, doi: 10.1016/S09608524(98)00140-0 [78] American Public Health Association (APHA) and Water Environment Federation (WEF), “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,” vol 20, pp 1–1220, 1998 [79] W Khanichaidecha, A Nakaruk, K Ratananikom, R Eamrat, and F Kazama, “Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification using pure-culture bacteria for wastewater treatment,” J Water Reuse Desalin., vol 9, no 1, pp 10–17, 2019, doi: 10.2166/wrd.2018.064 [80] Ammel, “TNTPPersulfate-Ameel-Axler-Owen-AEL10.” 1993 [81] B De Borba, R F Jack, and J Rohrer, “Determination of Total Nitrogen and Phosphorus in Wastewaters by Alkaline Persulfate Digestion Followed by IC,” Thermo Fisher Scientific pp 5–8, 2014 [82] Tổ soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, “TCVN 9937:2013 (ISO 5378:1978),” 2013 [83] Tổ soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, “TCVN 6137:1996 (ISO 6768:1985),” 1996 [84] W Wan, D He, and Z Xue, “Removal of nitrogen and phosphorus by heterotrophic nitrification-aerobic denitrification of a denitrifying phosphorus-accumulating bacterium Enterobacter cloacae HW-15,” Ecol Eng., vol 99, pp 199–208, Feb 2017, doi: 10.1016/j.ecoleng.2016.11.030 [85] Q.-L Zhang, Y Liu, G.-M Ai, L.-L Miao, H.-Y Zheng, and Z.-P Liu, “The characteristics of a novel heterotrophic nitrification–aerobic denitrification bacterium, Bacillus methylotrophicus strain L7,” Bioresour Technol., vol 108, pp 35–44, Mar 2012, doi: 10.1016/j.biortech.2011.12.139 [86] P Chen et al., “Simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by bacterium Rhodococcus sp CPZ24,” Bioresour Technol., vol 116, pp 266–270, Jul 2012, doi: 10.1016/j.biortech.2012.02.050 [87] H Qing et al., “Novel heterotrophic nitrogen removal and assimilation characteristic of the newly isolated bacterium Pseudomonas stutzeri AD1,” J Biosci Bioeng., vol 126, no 3, pp 339–345, Sep 2018, doi: 10.1016/j.jbiosc.2018.03.010 60 [88] X Wang et al., “Stepwise pH control to promote synergy of chemical and biological processes for augmenting short-chain fatty acid production from anaerobic sludge fermentation,” Water Res., vol 155, pp 193–203, May 2019, doi: 10.1016/j.watres.2019.02.032 [89] Y Sun, A Li, X Zhang, and F Ma, “Regulation of dissolved oxygen from accumulated nitrite during the heterotrophic nitrification and aerobic denitrification of Pseudomonas stutzeri T13,” Appl Microbiol Biotechnol., vol 99, no 7, pp 3243–3248, Apr 2015, doi: 10.1007/s00253-014-62216 [90] Y Yu et al., “Highly synergistic effects on ammonium removal by the cosystem of Pseudomonas stutzeri XL-2 and modified walnut shell biochar,” Bioresour Technol., vol 280, pp 239–246, May 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2019.02.037 [91] J Gao et al., “Ammonium removal characteristics of heterotrophic nitrifying bacterium Pseudomonas stutzeri GEP-01 with potential for treatment of ammonium-rich wastewater,” Bioprocess Biosyst Eng., vol 43, no 6, pp 959–969, Jun 2020, doi: 10.1007/s00449-020-02292-x [92] H Motamedi and M Jafari, “Screening Heterotrophic Ammonia Removal and Aerobic Denitrifying Bacteria from Wastewater of Ammonia Production Units of a Petrochemical Industry,” Curr Microbiol., vol 77, no 9, pp 2207–2214, Sep 2020, doi: 10.1007/s00284-020-02065-5 [93] J Zhang, P Wu, B Hao, and Z Yu, “Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by the bacterium Pseudomonas stutzeri YZN-001,” Bioresour Technol., vol 102, no 21, pp 9866–9869, Nov 2011, doi: 10.1016/j.biortech.2011.07.118 [94] B Zhao, M Tian, Q An, J Ye, and J S Guo, “Characteristics of a heterotrophic nitrogen removal bacterium and its potential application on treatment of ammonium-rich wastewater,” Bioresour Technol., vol 226, pp 46–54, Feb 2017, doi: 10.1016/j.biortech.2016.11.120 61 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotianae D7 Tác giả luận văn: Trần Minh Đức Khóa 2021A Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Lan Hương Từ khóa (Keyword): Vi khuẩn dị dưỡng, amon, nitrat hóa, phản nitrat hóa, nước thải sơ chế cao su Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Việt Nam nước đứng thứ ba giới sản lượng xuất cao su Trong năm 2021 diện tích trồng cao su Việt Nam 938,8 ngàn với sản lượng thu hoạch mủ cao su đạt 1,26 triệu tấn, đem giá trị gần 3,3 tỷ USD, tăng 11,7% lượng tăng 37,5% giá trị so với năm 2020 Bên cạnh lợi ích kinh tế, tạo cơng ăn việc làm cho người lao động ngành sản xuất cao su phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường Nước thải sơ chế cao su thiên nhiên có chứa nồng độ cao hợp chất hữu cơ, amon chất gây ô nhiễm khác Nước thải thường xử lý hệ thống kỵ khí–hiếu khí có hiệu suất loại bỏ nhu cầu oxy hóa học cao từ 65% đến 95% Tuy nhiên, hiệu loại bỏ amon hệ thống bị hạn chế nước thải đầu không đáp ứng quy định xả thải nồng độ N – NH4+ Thiết bị DHS (Down flow hanging sponge) có cấu tạo tương tự thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt Trong thiết bị hai trình nitrat hóa– phản nitrat hóa diễn đồng thời vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng Việc ứng dụng chủng vi sinh vật có khả xử lý nitrat phản nitrat đồng thời điều kiện hiếu khí hướng xử lý nước thải ô nhiễm nitơ nồng độ cao Trong nghiên cứu trước đây, Glutamicibacter nicotianae D7 – chủng vi khuẩn dị dưỡng có hiệu suất chuyển hóa amon cao phân lập từ bùn thiết bị DHS Trong nghiên cứu để tăng hiệu xử lý nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên em thực đề tài: “Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotianae D7” b) Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ mơi trường nhân tạo chủng G nicotianae D7; - Khảo sát khả chuyển hóa amon chủng G nicotianae D7 môi trường nước thải cao su; - Đánh giá hiệu xử lý amon thiết bị DHS chủng G nicotianae D7 c) Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp xác định tổng nitơ (TN) nước - Phương pháp xác định Amon (NH4+) nước 62 - Phương pháp xác định Nitrit (NO2-) nước - Phương pháp xác định nitrit NO3- Phương pháp xác định hàm lượng sinh khối - Phương pháp xác định pH - Phương pháp xác định nhu cầu oxi hóa hóa học (COD) d) Các nội dung đóng góp tác giả - Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ môi trường nhân tạo chủng G nicotianae D7: o Điều điện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa amon; o Đánh giá khả nitrat hóa phản nitrat hóa chủng D7 - Khảo sát khả chuyển hóa amon chủng G nicotianae D7 mơi trường nước thải cao su: o Mẫu nước thải có tỷ lệ C/N khác nhau; o Mẫu nước thải có hàm lượng amon khác - Đánh giá hiệu xử lý amon hệ thống DHS chủng D7 e) Kết luận Đã đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hóa nitơ chủng Glutamicibacter nicotianae D7 Chủng D7 có khả chuyển hóa amon cao: tỷ lệ C/N – 40; pH 6,5 – 9,0 hàm lượng N – NH4+ đến 500 mg/L Tại điều kiện C/N 20, pH N – NH4+ ban đầu 100 mg/L hiệu suất chuyển hóa amon chủng đạt 99,6 % 16 Chủng D7 có khả nitrat phản nitrat điều kiện hiếu khí Hiệu khử nitơ chủng nguồn nitơ N – NH4+, N – NO2- N – NO3- 43,1 %; 44,5 % 36,6 % Đã đánh giá khả chuyển hóa amon chủng mơi trường nước thải cao su Tỷ lệ C/N thích hợp hai môi trường nước thải cao su tiệt trùng không tiệt trùng 20, 30 40 đạt hiệu suất chuyển hóa amon 93 % sau 24 với hàm lượng N – NH4+ ban đầu 100 mg/L, hàm lượng amon lại canh trường đạt cột A QCVN01-MT-2015BTNMT Khi hàm lượng N – NH4+ ban đầu 180 mg/L hàm lượng amon lại canh trường 49,7 mg/L đạt cột B QCVN01-MT-2015BTNMT Đã đánh giá khả xử lý amon chủng D7 thiết bị DHS hai giai đoạn Trong giai đoạn (từ ngày đến ngày 40) hiệu suất chuyển hóa amon chủng mơi trường nước thải nhân tạo đạt 84,6 % Trong giai đoạn (từ ngày 41 đến ngày 70) hiệu suất chuyển hóa amon chủng môi trường nước thải sơ chế cao su đạt 62,0 %, hàm lượng N – NH4+ dòng 47,4 mg/L đạt cột B theo QCVN01-MT-2015-BTNMT 63