Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn

BỘNÔNGNGHIỆPVÀPHÁTTRIỂNNÔNGTHÔN VIỆNKHOAHỌCNÔNGNGHIỆPVIỆTNAM 🟇🟇🟇 VŨTHÚYNGA NGHIÊNCỨUTẠOCHẾPHẨMVISINHVẬTXỬLÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN Chunngành:Cơngnghệsinhhọc Mã số: 62.42.02.01 LUẬNÁNTIẾNSỸNƠNGNGHIỆP NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.PhạmVănToản PGS.TS.NguyễnVănViết HÀNỘI,2016 MỤCLỤC Trang Lờicamđoan Lờicảmơn Mụclục Danhmụcchữviếttắt Danhmụcbảng Danhmụchình MỞĐẦU CHƢƠNG1:TỔNGQUANTÀILIỆU 1.1.Tinhbộtsắnvànƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 1.1.1.Tinhbộtsắnvàquitrìnhchếbiến 1.1.2.Nƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 1.1.3.Ơnhiễmmơitrƣờngdonƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 1.2.Xửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 1.2.1.Phƣơngphápxửlýsinhhọctrongđiềukiệntựnhiên 1.2.2.Phƣơngphápxửlýsinhhọctrongđiềukiệnnhântạo 4 10 13 15 17 18 CHƢƠNG2:VẬTLIỆU,NỘIDUNGVÀPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2.1.Vậtliệu 2.1.1.Cácmẫuthuthậpvàchủngvisinhvật 2.1.2.Hóachấttinhkhiết 2.1.3.Dungdịchvàmơitrƣờngnicấyvisinhvật 2.1.4.Thiếtbị,dungcụ 2.2.Nộidungnghiêncứu 2.3.Phƣơngphápnghiêncứu 2.3.1.Phƣơngpháplấymẫu,xửlýmẫu 2.3.2.Phƣơngphápxácđịnhđặcđiểm(tínhchất)nƣớcthảiCBTBS 2.3.3.Phƣơngphápphânlậptuyểnchọnvisinhvật 2.3.4.Địnhdanhvisinhvậttuyểnchọn 2.3.5.Nhânsinhkhốivisinhvậtbằngkỹthuậtlênmenchìm 2.3.6.Nhânsinhkhốivisinhvậttrêngiáthểrắn 2.3.7.Tạochếphẩmvàđánhgiáchấtlƣợngchếphẩm 40 40 40 40 40 40 41 41 41 41 47 52 53 55 56 2.3.8 Phƣơngphápxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắnbằngchếphẩmvisinh vật(Xửlýgiánđoạn) 2.3.9 Đánhgiáhiệuquảxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắncủachếphẩmvi sinhvật 2.3.10 KiểmtrasựsốngsótcủavisinhvậtbằngkỹthuậtDGGE 2.3.11 Phƣơngphápxửlýsốliệu CHƢƠNG3:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 3.1 HiệntrạngnƣớcthảinhàmáychếbiếntinhbộtsắntỉnhNinhBình 3.2 Phânlậptuyểnchọnvisinhvậtxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 3.2.1 VisinhvậtchuyểnhóahợpchấtCacbon(tinhbột,xenlulo) 3.2.2 VisinhvậtchuyểnhóahợpchấtchứaPhospho 3.2.3 VisinhvậtchuyểnhóaPhosphathữucơvàđồnghóaPhospho 3.2.4 Địnhdanhvàxácđịnhđộantồncủacácvisinhvậtnghiêncứu 3.3 Nghiêncứusảnxuấtchếphẩmxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 3.3.1 Khảnăngtổhợpcácvisinhvậtnghiêncứu 3.3.2 Nhânsinhkhốicácvisinhvậttuyểnchọnbằngphƣơngpháplênmenchìm85 3.3.3 Nhânsinhkhốivisinhvậttrêngiáthểrắn 3.3.4 Chếphẩmvisinhvậtxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn 3.4 Xâydựngquitrìnhsửdụnggchếphẩmvisinhvậtxửlýnƣớcthảichếbiến tinhbộtsắn 3.4.1 ẢnhhƣởngcủapHnƣớcthảiđếnhiệusuấtxửlý 3.4.2 Ảnhhƣởngcủaoxyhịatanđếnhiệusuấtxửlý 3.4.3 Ảnhhƣởngcủathờigianlƣunƣớcthảiđếnhiệusuấtxửlý 3.4.4 Ảnhhƣởngcủalƣợngchếphẩmbổsung 3.5 Nghiêncứuhiệuquảxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắncủachếphẩm 3.5.1 Hiệuquảxửlýquimơphịngthínghiệm 3.5.2 HiệuquảxửlýtạinhàmáychếbiếntinhbộtsắntỉnhNinhBình 3.5.3 Xácđịnhkhảnăngtồntạicủacácvisinhvậtnghiêncứutrongbùnthải bằngkỹthuậtDGGE KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ 56 57 58 61 62 62 66 67 69 70 73 83 83 99 101 104 106 107 108 109 112 112 113 114 117 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦATÁC GIẢLIÊN QUANĐẾN LUẬNÁN 119 TÀILIỆUTHAMKHẢO 120 DANHMỤCCHỮVIẾTTẮT ADN AxitDeoxyribonucleic Anammox Anaerobicammoniumoxidizers AOB Ammonia-Oxidizing-Bacteria(vikhuẩnoxihóaammonium) ARN AxitRibonucleic BOD BiochemicalOxygienDemand(Nhucầuoxysinhhóa) BTNMT BộTàingunMơitrƣờng CBTBS Chếbiếntinhbộtsắn CFU ColonyFormingUnit(đơnvịhìnhthànhkhuẩnlạc) COD ChemicalOxygienDemand(Nhucầuoxyhóahọc) CIRAT CentreInternationalResearchAgricultureandDevelopment (Trungtâmhợptácnghiêncứupháttriểnnơngnghiệp) cs Cộngsự DGGE DenaturingGradientGelElectrophoresis(điệndibiếntính) DNS 3,5axitdinitrosalicylic CMC Cacboxymethylxenluloza DO Dissolvedoxygien(oxyhịatan) ĐC Đốichứng FAO FoodandAgricultureOrganization(tổchứcLƣơngthựcvàNơng nghiệpLiênHợpQuốc) ISP InternationalS t r e p t o m y c e s Project(ChƣơngtrìnhxạkhuẩnQuốc tế) MPN MostProbableNumber(sốkhảhữu) Nts Nitơtổngsố NA Nutrientagar NB Nutrientbroth OD OpticalDensity(mậtđộquang) Pts Phosphotổngsố PCR PolymeraseChainReaction(phảnứngchuỗitrùnghợp)PTNT Phát triển nông thơn QCVN QuychuẩnViệtNam rADN RibosomalaxitDeoxyribonucleicrARN Ribosomal axit Ribonucleic SBR SequencingBatchReactor(Bểhiếukhígiánđoạn)SS Suspended Solid (Chất rắn lơ lủng) TBS Tinhbộtsắn TCVN TiêuchuẩnViệtNam TNHH MTV TráchnhiệmhữuhạnMộtthànhviênTNMT Tài nguyên môi trƣờng TSA TripticaseSoyaAgar TSS Totalsuspendedsolids(tổngchấtrắnlơlửng) TTSA ThailandtapiocastarchOrganization(HiệphộitinhbộtsắnTháiLan) v/p vịng/phút v/v Volum/volum(Thểtích/thểtích) VSV Visinhvật w/v Weight/volum(Khốilƣợng/thểtích) DANHMỤCBẢNG TTbảng Tênbảng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 3.1 SảnxuấtsắnởmộtsốđịaphƣơngcủaViệtNamnăm2014 LƣợngtinhbộtsắnxuấtkhẩucủaViệtNamtheothịtrƣờngnăm2015 Thànhphầntínhchấtnƣớcthảitừsảnxuấttinhbộtsắn Chấtlƣợngnƣớcthảitừsảnxuấttinhbộtsắn(chƣaxửlý) Thànhphầnnƣớcthảinhàmáychếbiếntinhbộtsắn Hiệntrạngnƣớcnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắntrƣớcvàsauxửlýkỵ khít i n h m y c ủ a c ô n g t y T N H H M T V E l m a c o N i n h B ì n h , n ă m 2012 Chấtlƣợngnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắnsauxửlýhiếukhívàtách lọc chất rắn lơ lửng nhàmáy cơng ty TNH H M TV Elma co N inhB ì n h , n ă m 2 Mộtsốnhómvisinhvậtcóíchtrongnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn tạinhàmáycủacơngtyTNHHMTVElmacoNinhBình,năm2012 Khảnăngchuyểnhóahợpchấtcacboncủacácvisinhvậtphânlập Hoạtđộenzymcủacácvisinhvậtphânlập KhảnăngxửlýBOD5vàCODtrongnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn củavisinhvậtphânlập Khảnăngchuyểnhóaamonicủavisinhvậtphânlập KhảnăngxửlýNtstrongnƣớcthảiCBTBScủavisinhvậtphânlập KhảnăngchuyểnhóaPhosphathữucơcủavisinhvậtphânlập KhảnăngđồnghóaPhosphocủavisinhvậtphânlập KhảnăngxửlýPtstrongnƣớcthảiCBTBScủavisinhvậtphânlập Hoạttínhsinhhọccủacácvisinhvậttuyểnchọn ĐặcđiểmsinhhọcvàsinhhóacủaxạkhuẩnSHX.12 KhảnăngsửdụngnguồnhydratcacboncủavikhuẩnSHV.22 KhảnăngsửdụngnguồnhydratcacboncủachủngvikhuẩnSHV.OA7 Mứcđộantồncủacácvisinhvậtnghiêncứu Khảnăngtồntạicủavisinhvậttrongđiềukiệnđơnlẻvàtổhợp Hoạttínhsinhhọccủavisinhvậtnghiêncứutrongđiềukiệnđơnlẻ vàhỗnhợpsau90ngàybảoquản Sinhkhốivisinhvậtnghiêncứutrongcácmơitrƣờnglênmen Sinhkhốivisinhvậtnghiêncứuởcáctỉlệtiếpgiốngkhácnhau Sinhkhốivisinhvậtnghiêncứuởcáctốcđộcấpkhíkhácnhau 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Trang 11 12 12 63 65 66 67 68 69 70 70 71 71 72 72 74 75 77 83 84 85 89 90 91 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 Miềnkhảosátyếutốđiềukiệnlênmenthusinhkhốicủacácchủngvi 94 sinhvậttuyểnchọn PhântíchphƣơngsaiAnovacủamơhìnhđốivớiS.fradiaeSHX.12 94 PhântíchphƣơngsaiAnovacủamơhìnhđốivớiB.velezensisSHV.22 94 Phânt í c h p h ƣ n g s a i A n o v a c ủ a m h ì n h đ ố i v i N.europea 95 SHV.OA7 Kếtquảtốiƣucácyế utốlênmenđốivớichủngvisinhvậtnghiên 98 cứu Điềukiệnlênmenthusinhkhốivisinhvật 98 Sinhk h ố i v i s i n h v ậ t s a u n g y l ê n m e n x ố p v i c h ấ t m a n g k h 100 c Sinhkhốivisinhvậtsau5ngàylênmenxốpởcáctỷlệtiếpgiống 100 Sinhkhốicácvisinhvậtnghiêncứutrêngiáthểrắn 101 ChấtlƣợngchếphẩmMIC-CAS02 103 Hiệu xử lý chất hữu nƣớc thải chế phẩmM I C - C A S 104 02 qui mô 80 lít Hiệuquảx lýNts,PtscủachếphẩmM I C - C A S 02ởquimơ80lít 105 Ảnhhƣởngcủaoxyhịatan(DO)đếnhiệusuấtxửlý 107 Kết phân tích chất lƣợng nƣớc sau xử lý qui mơ 200 lít với 112 chếp h ẩ m M I C - C A S Hiệuq u ả x l ý n ƣ c t h ả i n h m y ti nh b ộ t s ắ n E l m a c o N i n h B ì n 113 h chế phẩm MIC-CAS 02 Mậtđộvisinhvậthiếukhítổngsốtrƣớcvà sausửdụngchếphẩm 116 MIC-CAS 02 TThình 1.1 1.2 1.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 DANHMỤCHÌNH Tênhình Cácnƣớcsảnxuấtsắntrênthếgiớinăm2014 Sảnlƣợngsắntrênthếgiớitừ2001-2014 Cấutrúcphântửtinhbột Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn nhà máy công ty TNHH MTV Elmaco Ninh Bình KhuẩnlạcvàbàotửchuỗicủachủngxạkhuẩnSHX.12 HìnhdạngkhuẩnlạcvàtếbàocủavikhuẩnSHV.22 ĐặcđiểmsinhhóavàtếbàocủavikhuẩnSHV.OA7 Vịtríphânloạ icủachủngSHX.12vớicáclồicóquanhệ họhàng gần dựa vào trình tự 16S rADN Vịtríphânloạ icủachủngSHV.22vớicáclồicóquanhệ họhàng gần dựa vào trình tự 16S rADN Vị trí phân loại chủng SHV.OA7 với lồi có quan hệ họ hàng gần dựa vào trình tự 16S rADN Mậtđộvisinhvậtnhânsinhkhốiởcácnhiệtđộkhácnhau MậtđộvisinhvậtởđiềukiệnpHmơitrƣờngkhácnhau Mậtđộvisinhvậtnghiêncứusauthờigiannhânsinhkhốikhácnhau Mậtđộvisinhvậtvớicáctỉlệtiếpgiốngkhácnhau Mậtđộvisinhvậtnhânsinhkhốiởtốcđộcấpkhíkhácnhau Ảnhhƣởngcủacácyếutốlênmenđếnmậtđộtếbàovisinhvật Bềmặtđápứngcủamậtđộtếbàochủngxạk h u ẩ n S.fradiaeSHX.12 BềmặtđápứngcủamậtđộtếbàochủngB v e l e z e n s i s SHV.22 BềmặtđápứngcủamậtđộtếbàochủngN e u r o p e a SHV.OA7 Mứcđộđá pứngs ự m on g đợ iđốivớ icá c c h ủn g vis inhvậ tnghiê n c ứu Sơđồtạochếphẩmvisinhvậtxửlýnƣớcthảichếbiếntinhbộtsắn Ảnhhƣởngcủathờigianlƣunƣớcđếnhiệusuấtxửlý ẢnhhƣởngcủalƣợngchếphẩmbổsungđếnhiệuquảxửlýCOD Sơ đồ qui trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải biogasc ủ a c s C B T B S Sản phẩm PCR-DGGE gien 16S rADN vi sinh vật mẫu bùn chủng đơn Điện di biến tính (DGGE) gien 16S rADN vi sinh vật cácm ẫ u b ù n v c h ủ n g đ n Trang 26 62 73 75 76 79 70 81 86 87 88 90 91 96 97 97 97 98 102 108 109 110 114 115 MỞĐẦU Cây sắn (Manihot esculentaCrantz) số loại lƣơng thực quan trọng đặc biệt nƣớc phát triển dễ trồng, khơng kén đất cho thu hoạch với suất cao Hiện nay, nhu cầu tinh bột sắn tăng cao để phục vụ nguyên liệu cho ngành công nghiệp nhƣ chế biến thực phẩm, cơng nghiệp giấy, cơngnghiệpdệt,nhiênliệusinhhọc… nêncácnƣớctrồngsắntrongđócóViệtNam tập trung vào sản xuất tinh bột sắn để đáp ứng nhu cầu nƣớc xuất Cácc s , n h m y c h ế b i ế n t i n h b ộ t s ắ n ( C B T B S ) t u y đ p ứ n g n h u c ầ u t i ê u dùng xã hội nhƣng tập trung đầu tƣ để nâng cao suất chất lƣợng sản phẩm, vấn đề quản lý kiểm soát lƣợng nƣớc thải trình sản xuất chƣa đƣợc đầu tƣ đồng bộ, hệ thống xử lý nƣớc thải không xử lý triệt để dẫn đến tiêu lý hóa sinh học vƣợt ngƣỡng cho phép, gây ô nhiễm nghiêm trọng mơi trƣờng Thực tế có sở nhà máy bị đình sản xuất phải nâng cấp xây dựng cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải để khắc phụchậu theo định 1788/QĐ TTg ngày 1/10/2013 Thủ tƣớng Chính phủ xử lý triệt để sở gây ô nhiễm môi trƣờng Hiện tại, có nhiều phƣơng pháp xử lýnƣớcthải, tuynhiên biệnpháphữu hiệunhấtđểxửlýnƣớcthảilàbiệnphápsinhhọcvìhiệuquảtriệtđể,khơnggâytái nhiễm chi phí đầu tƣ thấp (Chu Thị Thơm cs, 2006) Biện pháp sinh học xử lý nƣớc thải vi sinh vật phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm đƣợc ứng rộng phổ biến nhiều nƣớc giới Phƣơng pháp vi sinh vật khơng giải đƣợc tình trạng nhiễm mơi trƣờng nƣớc mà cịn khơng gây hại đến mơi trƣờng xungqua nh, giúpổnđịnhcâ nbằ ngs inh thá i giá nhxử lý k há phùhợ pvớ i c ác nƣ ớc đa ng phá t triể n D o vấ n đề s dụng vi s inh vậ t c ó íc h tự nhiê n điề u cầ n qua n tâ m nghiê n c ứu để giả i quyế t vấ n đề ô nhiễ m môi trƣ ng nƣớ c Theo Huỳnh Ngọc Phƣơng Mai (2006) trung bình để sản xuất đƣợc tinhbộtsắntrongngàyphảisửdụng12-20m3nƣớc,dođólƣulƣợngnƣớcthảiphát sinhtrongchếbiếntinhbộtsắn làrấtlớn,mứcđộơnhiễmcao Trongnƣớcthảichế tinhbộtsắnthƣờngcóthànhphầnchấtrắnlơlửngcaodobộtvàxơcủsắnsót biến lại, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) nhu cầu oxy hóa học (COD) có nồng độ cao hàng chục ngàn mg/l gây khó khăn cho q trình xử lý sinh học Đặc biệt chất nhựa hàm lƣợng định hợp chất xyanua có nƣớc thải chế biến tinh bột sắn làm cho nƣớc thải có màu đen, gây mùi khó chịu ức chế nhiều loại vi sinh vật có ích Vì vậy, nghiên cứu chủng vi sinh vật thích nghi với mơi trƣờng nƣớcthải nhằmlựachọnđƣợccácchủngvi sinhvật phùhợpcókhả năngphânhủy mạnhcácchấthữucơvàchịuđƣợccácchấtứcchếcótrongnƣớcthảichếbiếntinh bột sắn cần thiết Nhiềuc n g t r ì n h k h o a h ọ c n g h i ê n c ứ u s d ụ n g v i s i n h v ậ t l m t c n h â n sinh học xử lý nƣớc thải giàu chất hữu xác định đƣợc khả làm giảm hàm lƣợng BOD, COD chất hữu nƣớc thải, nhiên chƣac ó giải việc vật sau tạo chế CBTBS vật với phẩm vi sử sinh dụng kết giải pháp khác pháp cho hợp để hiệu xử chế lý nƣớc phẩm vi thải sinh nâng cao hiệu xử lý nƣớc thải CBTBS, chất lƣợng nƣớc thải môi trƣờng chƣa đảm bảo yêu cầu theo quy chuẩn 40/2011 Bộ TNMT Xuất phát từ lý trên, đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn” có ý nghĩa cấp thiết góp phần xử lý triệt để nƣớc thải sau chế biến tinh bột sắn Mụctiêucủađềtàiluậnán - Tuyển chọn đƣợc vi sinh vật tạo đƣợc chế phẩm vi sinh vật có khả xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn - Đề xuất quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải chế biến tinh bộtsắn Đốitƣợngvàphạmvinghiêncứu - Nƣớcthảisauchếbiếntinhbộtsắncủacơsở,nhàmáychếbiếntinhbộtsắnở Ninh Bình, Hà N ội Đă k Lăk - Visinhvậtcókhảnăngchuyểnhóacáchợpchấtơnhiễmtrongnƣớcthảichếbiến tinh bột sắn