Nghiên cứu sử dụng bùn thải sinh học từ nước thải sản xuất bia để nuôi cấy vi khuẩn bacillus thuringiensis sinh độc tố diệt sâu

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Trần Thị Kim Hạnh NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÙN THẢI SINH HỌC TỪ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA ĐỂ NUÔI CẤY VI KHUẨN BACILLUS THURINGIENSIS SINH ĐỘC TỐ DIỆT SÂU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TĂNG THỊ CHÍNH Thái Nguyên - 2013 Số hóa trung tâm học liệu Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, bùn thải trở thành gánh nặng cho doanh nghiệp quan chức không Việt Nam mà nƣớc có kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Bên cạnh lƣợng bùn thải từ khu công nghiệp nặng nhẹ, bùn thải bệnh viện… cịn có lƣợng lớn bùn thải đƣợc thải từ khu công nghiệp chế biến lƣơng thực thực phẩm.Tại Việt Nam, hầu hết bùn thải chủ yếu đƣợc xử lý cách ép loại nƣớc, phơi khô, sấy khô, đổ bỏ hay chôn lấp, phần nhỏ đƣợc sử dụng làm phân bón.Q trình chơn lấp, đổ bỏ bùn thải gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời.Bên cạnh chi phí xử lý bùn thải địi hỏi lƣợng kinh phí lớn Do việc tận dụng bùn thải làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất khác có ý nghĩa to lớn mơi trƣờng kinh tế Bùn thải sinh học từ trạm xử lý nƣớc thải khu công nghiệp chế biến lƣơng thực thực phẩm có thành phần chủ yếu vi sinh vật hình thành trình xử lý arotanh hợp chất hữu cao phân tử kết lắng trình tạo lắng hệ thống xử lý nƣớc thải bùn thải sinh học có hàm lƣợng chất hữu có tiềm để tái sử dụng cho mục đích khác Đặc biệt, bùn thải từ sở, nhà máy sản xuất bia có chứa hàm lƣợng dinh dƣỡng cao tận dụng làm mơi trƣờng thay môi trƣờng nhân tạo để nuôi cấy vi sinh vật [8] Việc tận dụng thành phần dinh dƣỡng bùn thải để thay môi trƣờng nhân tạo đắt tiền thƣờng đƣợc sử dụng q trình ni cấy vi sinh vật để tạo sản phẩm sinh học có ích nhƣ chế phẩm sinh học cải tạo đất, chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học, chế phẩm diệt muỗi sinh học,… Đồng thời việc tận dụng bùn thải vừa giúp làm giảm giá thành sản phẩm vừa thân thiện với môi trƣờng Xuất phát từ lý trên, tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu sử dụng bùn sinh học từ nƣớc thải sản xuất bia để nuôi cấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis sinh độc tố diệt sâu” Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Mục tiêu nghiên cứu: Tái sử dụng chất thải ngành công nghiệp chế biến thực phẩm (bùn thải sinh học nhà máy sản xuất bia) tạo sản phẩm hữu ích phục vụ cho hoạt động sản xuất kinh doanh ngƣời Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu kỹ thuật xử lý bùn sinh học từ trạm xử lý nƣớc thải nhà máy sản xuất bia làm môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis - Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến khả sinh trƣởng sinh tổng hợp protein tinh thể Bacillus thuringiensis sử dụng bùn thải sinh học từ trạm xử lý nƣớc thải nhà máy sản xuất bia làm môi trƣờng ni cấy quy mơ phịng thí nghiệm - Đánh giá hiệu lực diệt sâu dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus thuringiensis phƣơng pháp sinh học (bioassays) phịng thí nghiệm Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ NỘI DUNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát bùn thải 1.1.1 Định nghĩa Bùn định nghĩa nhƣ sau: Bùn dạng chất rắn tách từ chất lỏng, bùn thƣờng chứa lƣợng nƣớc lớn, đặc tính bùn phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng mà đƣợc tách ra[40] Dựa vào đặc tính bùn chia thành loại bùn nhƣ sau: bùn thải dễ phân hủy sinh học bùn thải khó phân hủy sinh học Bùn thải dễ phân hủy sinh học đƣợc tạo từ q trình xử lý sinh học (cịn gọi bùn sinh học) hay từ nƣớc thải có hàm lƣợng hữu cao Bùn dễ phân hủy sinh học đƣợc chia thành loại: không nguy hại nguy hại.Bùn thải không nguy hại đƣợc tạo từ trình xử lý nƣớc nhà máy chế biến lƣơng thực thực phẩm, nƣớc thải sinh hoạt Bùn có hàm lƣợng chất hữu cao, chất độc thuận lợi cho phát triển vi sinh vật Vì sử dụng làm phân bón cho trồng sử dụng làm nguyên liệu cho q trình ni cấy vi sinh vật, tạo nguồn lƣợng, nhiên liệu có giá trị…[15], [17],[24],[26], [30],[33].Bùn thải nguy hại đƣợc tạo từ hệ thống nƣớc thải bệnh viện, khu nghiên cứu…đối với loại bùn thải phải đƣợc xử lý nghiêm ngặt phƣơng pháp thiêu đốt trƣớc chôn, tuyệt đối không đƣợc tận dụng cho mục đích nơng nghiệp Bùn thải khó phân hủy sinh học bùn thải chứa nhiều hợp chất khó phân hủy hay chất độc Bùn thải khó phân hủy sinh học đƣợc chia thành nhóm: nhóm có khả xử lý thƣờng nhóm khơng thể xử lý đƣợc.Bùn thải có khả xử lý thƣờng áp dụng phƣơng pháp thu hồi số chất sau thiêu đốt, đóng rắn để tạo sản phẩm phục vụ ngƣời[34].Bùn thải xử lý đƣợc loại bùn chứa chất phóng xạ chất độc dễ phát tán môi trƣờng phải xử lý phƣơng pháp đóng rắn chơn lấp theo quy định Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.1.2.Đặc điểm bùn thải Thành phần bùn: - Hàm lƣợng hợp chất vô hữu cao - Mật độ vi sinh vật cao - Kim loại nặng: As, Cd, Zn, Pb, Cu, Ni, Cr… - Hóa chất hữu tổng hợp - Các chất lơ lửng - Các thành phần khác: tùy ngành cơng nghiệp nhƣ chứa chất phóng xạ, chất độc,… Trong bùn thải có chứa hàm lƣợng chất dinh dƣỡng đƣợc sử dụng nhƣ nguồn nguyên liệu để sinh tổng hợp hợp chất có hoạt tính sinh học tổng hợp nguồn lƣợng mới.Hiện nay, bùn thải đƣợc ứng dụng nhiều không nƣớc phát triển mà nƣớc phát triển nhằm giảm thiểu lƣợng bùn thải đƣợc thải hàng triệu tấn/năm, góp phần bảo vệ mơi trƣờng[16],[18] 1.1.3.Khái qt bùn thải giới Trong năm gần đây, q trình xử lý nƣớc thải với cơng nghệ tiến đƣợc áp dụng nhiều nƣớc để hạn chế ô nhiễm môi trƣờng từ nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải công nghiệp.Những dừng lại việc xử lý nƣớc thải chƣa triệt để sau trình xử lý nƣớc thải sản phẩm chủ yếu bùn thải, ngun nhân gây nhiễm mơi trƣờng.Q trình xử lý nƣớc thải tạo lƣợng lớn bùn, ƣớc tính chiếm từ 5% đến 25% tổng thể tích nƣớc xử lý Trong q trình xử lý cơng nghệ bùn hoạt tính, khoảng 30 - 40% chất hữu có nƣớc thải chuyển sang dạng bùn hay lƣợng bùn sinh xử lý 1kg COD nƣớc thải khoảng 0,3kg đến 0,5kg bùn Do đó, bùn thải sau trình xử lý nƣớc thải cần đƣợc xử lý sử dụng hiệu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đối nƣớc Châu Âu, lƣợng bùn thải khô đầu ngƣời đƣợc thống kê từ trình xử lý nƣớc sơ cấp thứ cấp khoảng 90g/ngày/ngƣời Ở Anh, có khoảng 30 triệu bùn thải năm, tƣơng đƣơng với 1,2 triệu bùn khơ năm Chi phí cho loại bỏ xử lý bùn khoảng 250 triệu bảng Anh ứng với bảng Anh/đầu ngƣời Sau thực xử lý toàn nƣớc thải thành phố 15 nƣớc cộng đồng Châu Âu vào năm 2005, việc xử lý làm phát sinh thêm khoảng 10,7 triệu bùn khô năm tăng khoảng 38% lƣợng bùn Việc tích lũy tạo lƣợng lớn bùn thải[33] Hình 1.1.Biểu đồ gia tăng bùn thải áp dụng biện pháp xử lý nƣớc thải nƣớc cộng đồng Châu Âu [33] Các thông tin phƣơng pháp cách tiếp cận sử dụng bùn thải sau đƣợc loại bỏ chƣa đƣợc cung cấp cách rõ ràng Ở vài nƣớc Châu Âu, phƣơng pháp loại bỏ bùn chủ yếu chôn lấp tỷ lệ chiếm khoảng 50-75%.Trong đó, bùn thải sử dụng cho nơng nghiệp nhƣ nguồn phân bón chiếm khoảng 25-35% phần nhỏ đƣợc tái sinh[39] Tại Anh, hàng năm có khoảng 18 triệu bùn thải đƣợc bón cho nơng nghiệp nhƣ nguồn phân hữu cơ, nhƣ có khoảng 60% lƣợng bùn thải Hoa Kỳ đƣợc sử dụng cho mùa màng Theo tài liệu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hội đồng liên minh Châu Âu (1999 - 2001) có 40% lƣợng bùn thải nƣớc Châu Âu đƣợc tái sử dụng lại cho nông nghiệp Trung Quốc, trạm xử lý nƣớc thải tạo khoảng 5,5 triệu bùn tính theo trọng lƣợng khơ vào năm 2006 Một phần đáng kể lƣợng bùn đƣợc sử dụng nơng nghiệp phần cịn lại đƣợc chơn lấp thải bỏ theo hình thức khác Trong khứ, việc thải bỏ bùn từ hệ thống xử lý nƣớc thải đƣợc xem nhƣ không tạo vấn đề mơi trƣờng lƣợng bùn thải khơng nhiều việc thải bùn không đƣợc quy định cụ thể Việc chôn lấp bãi chôn lấp không kỹ thuật đƣợc chấp nhận Nhƣng nay, việc xử lý bùn thải đƣợc kiểm tra khắt khe Trong việc chơn lấp bùn thải nƣớc đƣợc xem lựa chọn có chi phí thấp nỗ lực sử dụng bùn thải cách an tồn ích lợi nhƣ dùng cho nông nghiệp thu hồi lƣợng hƣớng mới[32] Tại Nhật Bản, bùn thải từ trạm xử lý nƣớc thải sinh hoạt đƣợc sử dụng để lên men kị khí thu hồi khí metan dùng cho phát điện, cặn bùn đƣợc dùng để sản xuất gạch Block dùng cho lát đƣờng…[34].Ở Tokyo có 13 sở xử lý nƣớc thải sinh hoạt, đƣợc đặt nhiều vị trí thành phố để xử lý nƣớc thải sinh hoạt Nhƣng có sở xử lý lắp đặt hệ thống xử lý bùn thải, sở lại lắp đặt hệ thống xử lý nƣớc thải, bùn thải đƣợc chuyển theo đƣờng ống để đƣa trạm có hệ thống xử lý triệt để bùn thải 1.1.4.Khái quát bùn thải Việt Nam Ngày với phát triển ngành công nghiệp đặc biệt cơng nghiệp chế biến thực phẩm vấn đề chất thải từ ngành mối quan tâm lớn.Tại Việt Nam,đối với ngành chế biến nông sản, lƣơng thực thực phẩm có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ xử lý nƣớc thải, nhiều trạm xử lý nƣớc thải đƣợc xây dựng vào hoạt động để xử lý nƣớc cấp, nƣớc thải cho nhà máy sản xuất bia, mỳ chính, chế biến tinh bột, chế biến nơng sản, chế biến thủy sản Tuy nhiên, tập trung quan tâm đến vấn đề xử lý nƣớc mà chƣa có nhiều nghiên cứu xử lý bùn thải cho trạm xử lý Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bùn thải sau xử lý phần lớn đƣợc thu gom chuyển đến bãi chơn lấp dùng làm phân bón cho nơng nghiệp Bên cạnh q trình xử lý nƣớc bùn hoạt tính có khoảng 30 - 40% chất hữu đƣợc chuyển thành dạng bùn, khơng có biện pháp xử lý thích hợp gây tái ô nhiễm môi trƣờng Tại Tp Hồ Chí Minh, tổng khối khối lƣợng bùn thải ƣớc tính từ 3.000 – 4.000 m3/ngày đêm (tƣơng đƣơng từ 5.000 - 6.000 tấn/ngày đêm) Bùn thải loại thƣờng đổ xả để có chi phí thấp nhất.Ƣớc tính chi phí xử lý loại bùn khoảng 300.000đồng/tấn dƣới 1.000 tỉ đồng/năm, chí cịn cao Dự báo đến năm 2015 số lƣợng bùn thải tăng lên khoảng triệu tấn/tháng, năm 2020 không dƣới triệu tấn/tháng Trong đó, bùn thải nguy hại có khoảng 250 - 300 tấn/ngày, chƣa kể đến bùn thải từ tỉnh lân cận đƣa thành phố để xử lý từ 150 - 200 tấn/ngày[43].Tp Hồ Chí Minh thực dự án xây dựng nhà máy xử lý bùn Bình Hƣng Hịa Bình Hƣng nhằm mục đích xử lý bùn thải từ nhà máy xử lý nƣớc thải sinh hoạt/đô thị để tái chế thành phân hữu Tuy nhiên, công nghệ áp dụng nhà máy chƣa thực tối ƣu, bùn sau xử lý nặng mùi ảnh hƣởng đến môi trƣờng Tại Hà Nội, bên cạnh việc xả thẳng bùn thải bãi đất trống, tình trạng xả chất thải xuống dịng sơng diễn nghiêm trọng khơngkém Do lƣợng nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải công nghiệp xả trực tiếp khơng đủ làm lƣu thơng dịng chảy, nên chất thải hữu đổ xuống sông lắng chỗ, gây ô nhiễm, khiến cho bốn sông Tô Lịch, Kim Ngƣu, Lừ, Sét trở nên ô nhiễm nghiêm trọng Bên cạnh đó, tiến hành nạo vét sông, khối lƣợng bùn thải khổng lồ lại đƣợc đổ trực tiếp bãi đổ ngoại thành mà chƣa qua trình loại bỏ chất độc hại, tiềm ẩn nguy nhiễm khơng khí, nguồn nƣớc… Hiện nay, bùn thải sau thu gom đƣợc vận chuyển đến đổ bỏ khu đất trống cách xa khu dân cƣ ao nuôi thủy sản cần đƣợc san lấp, chí đổ vào khu vực Chính việc đổ bùn thải tràn lan hồn tồn khơng đƣợc xử lý nhƣ gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng, đặc biệt tích tụ kim loại gây tình trạng vệ sinh, mùi hôi thối Nghiêm trọng hơn, bùn thải gây ảnh hƣởng nặng nề đƣợc đổ bỏ, chơn lấp khơng có lớp lót chống thấm nên chất nhiễm thấm Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ xuống mạch nƣớc ngầm nƣớc mặt Vấn đề thiếu bãi đổ bùn thải Hà Nội nan giải, có bãi rác thải Nam Sơn - Sóc Sơn có khả xử lý bùn thải cơng nghiệp Nếu giải bùn thải cách tận dụng bãi đất trống để đổ bùn tạm nguy gây ô nhiễm môi trƣờng cao khơng có diện tích mặt đủ lớn để chứa bùn thải[42] Ở Việt Nam, vấn đề quản lý sử dụng bùn thải sinh học từ trạm xử lý nƣớc thải chƣa có quy định cụ thể Phần lớn bùn thải từ trạm xử lý nƣớc thải đƣợc xử lý phƣơng pháp đơn giản sân phơi bùn.Sau bùn đƣợc làm khô, giảm trọng lƣợng thể tích đƣợc đóng bao đem chơn lấp nơi quy định.Một số cơng trình xử lý nƣớc thải có cơng đoạn xử lý ép bùn bánh.Với cơng nghệ này, bùn đƣợc tách nƣớc ép dạng bánh.Ở số nhà máy sản xuất thực phẩm (nhƣ nhà máy sản xuất bia) phần bùn thải đƣợc tái sử dụng làm phân bón cho trồng Hiện tại, việc tiếp cận với công nghệ xử lý bùn nhƣ đốt hay phân hủy yếm khí để thu hồi khí sinh học cịn hạn chế nƣớc ta.Ngồi cịn có số cơng trình nghiên cứu xử lý bùn thải thành vật liệu xây dựng, sản xuất gốm sứ, gạch lát[4],[6],[12].Đặc biệt, có nghiên cứu đánh giá triển vọng xử lý, tái chế ứng dụng bùn thải sinh học nhà máy sản xuất thực phẩm trạm xử lý nƣớc thải làm nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật hữu ích để sản xuất sản phẩm thƣơng mại thân thiện mơi trƣờng (phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu vi sinh…) phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp Cho đến có nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Khánh cộng nghiên cứu xử lý bùn thải sinh học làm nguyên liệu ni cấy vi sinh vật hữu ích Tuy nhiên kết nghiên cứu dừng lại việc đánh giá tiềm sử dụng bùn thải sinh học làm nguyên liệu nuôi số vi sinh vật có ích nhƣ Bacillus thuringiensis, Rhirobium,…[8], [10] Những kết nghiên cứu mở hƣớng đầy triển vọng công tác xử lý bùn thải cách hiệu quả, thân thiện với ngƣời môi trƣờng 1.2.Phƣơng pháp xử lý sử dụng bùn thải Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Ngày nay, giới có nhiều nghiên cứu xử lý tận dụng bùn thải để dụng vào mục đích khác nhƣ: phân bón vi sinh, tạo lƣợng (biogas, điện, nhiệt…) hay vật liệu xây dựng… Hình1.2 Các phƣơng pháp xử lý bùn thải[41] 1.2.1 Phƣơng pháp chôn lấp Trong phƣơng pháp xử lý chất thải rắn, chôn lấp phƣơng pháp phổ biến đơn giản Phƣơng pháp áp dụng rộng rãi hầu hết nƣớc giới Thực chất, chôn lấp phƣơng pháp lƣu giữ chất thải bãi có phủ đất lên Trƣớc bùn thải sinh học thƣờng đƣợc xử lý phƣơng pháp chôn lấp, nhiên biện pháp xử lý vừa lãng phí nguồn nguyên liệu (hàm lƣợng chất hữu bùn cao), tốn diện tích đồng thời nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng, ô nhiễm tầng nƣớc ngầm Ngày nay, nhà khoa học nỗ lực để nghiên cứu xử lý bùn thải sinh học theo hƣớng tái chế BTSH tạo sản phẩm hữu ích, thân thiện mơi trƣờng phục vụ cho mục đích khác ngƣời Tuy nhiên với bùn thải nguy hại phƣơng pháp chơn lấp lựa chọn hữu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 International Conference on Sciencetific –Research in Open Universities, pp.172 180 32 Pei Fang Wang, Song –He Zhang, Chao Wang (2008), “ Study of heavy metal in sewage sludge and in Chinese cabbage grown in soil amended with sewage sludge”, African Journal of Biotechnology, 7(9), pp 1329-1334 33 P Przewrocki, J Kulczycka, z Wzorek, Z Wzorek, Z Kowalski, k gorazda, M jodko (2004), “Risk Analysis of Sewage sludge – Poland and EU Comparative Approach”,Polish journal of environmenttal Studies, 13 (2), pp 237 - 244 34 YasudaYasuhiro; “Sewage sludge utilization technology in Tokyo”; Water Science & Technology; 23 (10-12) pp 1743-1752 35 Yezza A., R.D.Tyagi, J.R.Valero, R.Y.Surampalli (2005), “Bioconversion of industrial wastewater and wastewater sludge in Bacillus thuringiensis based biopesticides in pilot fermentor”,Bioresource Technology, 97, pp 1850-1857 36 Vidyarthi AS, Tyagi RD, Valero JR, Surampalli RY (2002), “Studies on the production of Bacillus thuringiensisbased biopesticides using wastewater sludge as a raw material”,Water Res, 36, pp.4850 - 4860 37 Tirado-Montiel ML, Tyagi RD, Valero JR (2001), “Wastewater treatment sludge as a raw material for the production of Bacillus thuringiensis based biopesticides”, Water Res, 35,pp.3807 - 3816 38 Tirado-Montiel ML, Tyagi RD, Valero JR, Surampalli RY (2003),“Production biopesticides using wastewater sludge as a raw material: effect of process parameters”, Water Sci Technol, 48, pp.239 - 246 39 ISWA’s Working Group on Sewage & Waterworks Sludge: Albrecht R Bresters (The Netherlands), Isabelle Coulomb (France), Bela Deak (Hungary), Bernhard Matter (Switzerland), Alice Saabye (Denmark), Ludivico Spinosa (Italy), Ådne Ø Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 Utvik (Norway) (1997),Sludge Treatment and Disposal; Environmental Issues Series, No7 Tài liệu internet 40 http://en.wikipedia.org/wiki/Sludge 41 Partha Das Sharma (2008), Sewage treatment – for recyclingof waste water, use of biosolids and to generate renewable energy for cleaner, safe and greener environment, http:/ saferenvironment.wordpress.com, Novermber 2008 42 Hà Anh, Bắc Hiệp (2011), Ô nhiễm môi trƣờng bùn thải: Ngƣời dân ngày xúc, http:/laodong.com.vn, ngày 26/12/2011 43 K.Linh (2012), TP.HCM: Phát sinh lƣợng bùn thải khổng lồ, http:/monre.gov.vn, ngày 10/10/2012 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 76 PHỤ LỤC Môi trƣờng TSB (g/l) - Bột đậu tƣơng - Tinh bột tan - K2HPO4 - KH2PO4 - MgSO4.7H2O 0,3 - FeSO4 0,02 - ZnSO4.7H2O 0,02 - CaCO3 0,1 - Nƣớc máy 1000ml Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 PHỤ LỤC Ảnh hƣởng nồng độ muối vô lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bt Bổ sung CaCl2 Bổ sung MgSO4.7H2O Mật độ tế Mật độ bào Delta- Mật độ tế Mật độ bào Delta- bào tử endotoxin bào tử endotoxin (CFU/ml) (CFU/ml) (mg/l) (CFU/ml) (CFU/ml) (mg/l) TSB 4,3 x108 4,2 x108 520 4,3 x108 4,2 x108 520 ĐC 1,8 x108 1,6 x108 415 1,8 x108 1,6 x108 415 TN1 1,8 x108 1,7 x108 427 2,5 x108 2,2 x108 411 TN2 2,8 x108 2,5 x108 447 3,2 x108 3,0 x108 485 TN3 3,4 x108 3,3 x108 497 3,9 x108 3,7 x108 509 TN4 3,9 x108 3,8 x108 510 2,4 x108 2,0 x108 405 TN5 1,3 x108 8,0 x107 341 7,0 x107 6,5 x107 336 TN6 2,1 x107 2,0 x107 306 2,1 x107 1,9 x107 305 TN7 1,5 x106 1,3 x106 177 2,5 x106 2,0 x106 200 Mẫu Ghi chú: TSB: Môi trƣờng tổng hợp Đối chứng: Dịch thủy phân BTSH khơng bổ sung muối muối khống TN1: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 0,05g/l TN2: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 0,1g/l TN3: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 0,3g/l TN4: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 0,5g/l TN5: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 1,0g/l TN6: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 1,5g/l TN7: Dịch thủy phân BTSH bổ sung tỷ lệ 2,0g/l Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 78 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt BTSH Bùn thải sinh học COD Nhu cầu oxy hóa học (mgO2/l) Cs XLNT TN Số hóa trung tâm học liệu Nội dung Cộng Xử lý nƣớc thải Thí nghiệm http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 79 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 3.1 Một số thành phần bùn thải sau ép nhà máy Bia Sài Gòn - Hà Nội 37 Bảng 3.2 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt nuôi môi trƣờng BTSH đƣợc xử lý phƣơng pháp khác 39 Bảng 3.3 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt nuôi mơi trƣờng có nồng độ BTSH khác 42 Bảng 3.4 Mật độ tế bào, bào tử hàm lƣợng delta-endotoxin vi khuẩn Bt bổ sung hàm lƣợng muối vô khác 44 Bảng 3.5 Mật độ tế bào, bào tử hàm lƣợng tinh thể độc vi khuẩn Bt bổ sung chất hữu nồng độ 5g/l sau 48h nuôi cấy 51 Bảng 3.6 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt bổ sung cám gạo nồng độ khác 52 Bảng 3.7 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt bổ sung chất dinh dƣỡng vào môi trƣờng BTSH 55 Bảng 3.8 Mật độ tế bào, bào tử nồng dộ delta-endotoxin vi khuẩn Bt nuôi môi trƣờng BTSH pH khác 57 Bảng 3.9 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt nuôi mức nhiệt độ khác 59 Bảng 3.10 Kết ảnh hƣởng thể tích dịch ni cấy bình nón lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh delta-endotoxin vi khuẩn Bt 60 Bảng 3.11 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt khoảng thời gian khác 63 Bảng 3.12 Kết thử nghiệm độc tính vi khuẩn Bacillus thuringiensis sâu xanh (Pieris rapae) 64 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 80 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 81 DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1 Biểu đồ gia tăng bùn thải áp dụng biện pháp xử lý nƣớc thải nƣớc cộng đồng Châu Âu Hình 1.2 Các phƣơng pháp xử lý bùn thải 10 Hình 1.3 Mức tiêu thụ bia bình quân đầu ngƣời qua năm 15 Hình 1.4 Tế bào vi khuẩn Bt với tinh thể (crystal) bào tử (spore) 18 Hình 1.5 Chu trình sinh trƣởng phát triển Bacillus thuringiensis 19 Hình 1.6 Cơ chế diệt sâu tinh thể độc tố Bascillus thuringiensis 23 Hình 3.1 Ảnh hƣởng phƣơng pháp tiền xử lý BTSH đến khả sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố delta-endotoxin vi khuẩn Bt 40 Hình 3.2 Ảnh hƣởng nồng độ BTSH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố vi khuẩn Bt 43 Hình 3.3 Ảnh hƣởng muối vô đến khả sinh độc tố delta-endotoxin vi khuẩn B thuringiensis 45 Hình 3.4 Ảnh hƣởng nồng độ muối CaCl2 đến khả sinh trƣởng, hình thành bào tử, nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt 47 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ muối MgSO4 đến khả sinh trƣờng, hình thành bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt 49 Hình 3.6 Ảnh hƣởng chất hữu lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử độc tố vi khuẩn Bacillus thuringiensis 52 Hình 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ cám gạo lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố delta-endotoxin vi khuẩn Bt 54 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 82 Hình 3.8 Mật độ tế bào, bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt bổ sung chất dinh dƣỡng vào môi trƣờng BTSH 55 Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử nồng độ delta-endotoxin vi khuẩn Bt 58 Hình 3.10 Ảnh hƣởng nhiệt độ lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử hàm lƣợng độc tố delta-endotoxin vi khuẩn Bt 60 Hình 3.11 Ảnh hƣởng thể tích dịch ni cấy bình nón lên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố delta-endotoxin vi khuẩn Bt 61 Hình 3.12 Ảnh hƣởng thời gian ni cấy vi khuẩn Bt lên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố delta-endotoxin 64 Hình 3.13 Thí nghiệm thử độc tính sâu xanh 65 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 83 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa…………………………………………………………………………… Lời cam đoan …………………………………………………………………………… Mục lục………………………………………………………………………… …… i Danh mục chữ viết tắt…………………………………………………….……… ii Danh mục bảng…………………………………………… …………………… iii Danh mục hình…….………………………………………………….………… iv MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát bùn thải 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Đặc điểm bùn thải 1.1.3 Khái quát bùn thải giới 1.1.4 Khái quát bùn thải Việt Nam 1.2 Phƣơng pháp xử lý sử dụng bùn thải 1.2.1 Phƣơng pháp chôn lấp 10 1.2.2 Phƣơng pháp yếm khí 11 1.2.3 Phƣơng pháp thiêu đốt 11 1.2.4 Phƣơng pháp tái sử dụng bùn thải sinh học làm nguyên liệu cho trình sản xuất khác… 12 1.3 Vấn đề môi trƣờng nhà máy bia Việt Nam 14 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 84 1.4 Khái quát chủng vi khuẩn Bacillus thuringiensis 17 1.4.1 Đặc điểm sinh học Bacillus thuringiensis 17 1.4.2 Độc tố Bacillus thuringiensis 21 1.4.3 Cơ chế tác động protein tinh thể độc lên côn trùng 22 1.5 Khái quát thuốc trừ sâu Bt Việt Nam 23 1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm thuốc trừ sâu sinh học Bt 25 CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 27 2.2 Vật liệu nghiên cứu 27 2.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 27 2.4 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 27 2.5 Phƣơng pháp phân tích 28 2.5.1 Phƣơng pháp bảo quản chuẩn bị chủng giống 28 2.5.2 Phƣơng pháp xác định mật độ tế bào mật độ bào tử vi khuẩn Bacillus thuringiensis 28 2.5.3 Phƣơng pháp xác định nồng độ delta-endotoxin 29 2.6 Phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.6.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng pháp tiền xử lý BTSH đến khả sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 29 2.6.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ BTSH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 30 2.6.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng muối vơ lên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử vi khuẩn Bacillus thuringiensis 31 2.6.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ muối vô lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 31 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 85 2.6.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng chất hữu lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 32 2.6.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ chất hữu lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 33 2.6.7 Hoàn thiện môi trƣờng lên men Bacillus thuringiensis từ BTSH nhà máy sản xuất bia 33 2.6.8 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 34 2.6.9 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 35 2.6.10 Xác định ảnh hƣởng thể tích dịch ni cấy bình nón lên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 35 2.6.11 Xác định thời gian nuôi cấy môi trƣờng bùn thải sinh học 36 2.6.12 Kỹ thuật phân tích sinh học (Bioassay technique) 36 2.7 Phƣơng pháp xử lý số liệu 36 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Đánh giá thành phần bùn thải sinh học nhà máy bia Sài Gòn - Hà Nội 37 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng pháp tiền xử lý bùn thải đến khả sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 38 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ BTSH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử khả sinh độc tố Bacillus thuringiensis 41 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng muối vơ lên q trình sinh trƣởng, hình thành độc tố delta-endotoxin Bacillus thuringiensis 43 3.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ muối vơ lên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 46 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 86 3.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng chất hữu lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 50 3.7 Nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ chất hữu lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 52 3.8 Hồn thiện mơi trƣờng lên men B thuringiensis từ BTSH 55 3.9 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 56 3.10 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ lên trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 58 3.11 Xác định ảnh hƣởng thể tích dịch ni cấy bình nón nên q trình sinh trƣởng, hình thành bào tử Bacillus thuringiensis 60 3.12 Xác định thời gian nuôi cấy môi trƣờng bùn thải 62 3.13 Đánh giá độc tính Bacillus thuringiensis sâu xanh (Pieris rapae) 64 KẾT LUẬN 67 KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 87 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Tăng Thị Chính, Trƣởng phịng Vi sinh vật mơi trƣờng - Viện Công nghệ Môi trƣờng - Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện cho tơi q trình thực đề tài nghiên cứu Đồng thời, xin cảm ơn Th.s Nguyễn Thị Hòa cán Phịng vi sinh vật mơi trƣờng - Viện Cơng nghệ Mơi rƣờng tận tình giúp đỡ q trình hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô cán sở đào tạo thuộc Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè ln động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Trần Thị Kim Hạnh Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 88 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Tăng Thị Chính Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực Một số kết đƣợc công bố đồng tác giả chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Thị Kim Hạnh Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/