Đánh giá khả năng loại bỏ amon trong nước thải sơ chế cao su thiên nhiên của chủng acinetobacter johnsonii h1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đánh giá khả loại bỏ amon nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Acinetobacter johnsonii H1 HỒ ANH DŨNG dung.ha190321@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Sinh học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Lan Hương Chữ ký GVHD Bộ môn: Công nghệ Sinh học Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm HÀ NỘI, 8/2023 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hồ Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20190321 Khóa: 64 Viện: Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Ngành: Kỹ thuật Sinh học Đề tài nghiên cứu: Đánh giá khả loại bỏ amon nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Acinetobacter johnsonii H1 Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên; Đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng A johnsonii H1; Khảo sát khả chuyển hoá N – NH 4+ môi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng A johnsonii H1; Họ tên cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Lan Hương Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 6/2/2023 Ngày hoàn thành đồ án: 2/8/2023 Ngày tháng năm 2023 Trưởng môn (Ký, ghi rõ họ, tên) Cán hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày Người duyệt (Ký, ghi rõ họ, tên) tháng năm 2023 Sinh viên (Ký, ghi rõ họ, tên) Hồ Anh Dũng LỜI CẢM ƠN Lời đâu tiên em xin đặc biệt gửi cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Lan Hương – Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm – Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy tận tình hướng dẫn, bảo suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm thầy cô Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn, bảo tận tình cho em suốt thời gian học tập nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Ths Trần Minh Đức, nghiên cứu viên phịng thí nghiệm D2A hướng dẫn, hỗ trợ em tận tình trình học tập nghiên cứu Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln giúp đỡ động viên để hoàn thành đồ án, đặc biệt anh chị, bạn bè em làm việc phịng thí nghiệm D2A ln giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt trình học tập, nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Sinh viên Hồ Anh Dũng TÓM TẮT Hiện nay, Việt Nam nước đứng thứ giới sản lượng theo báo cáo Tổng cục Thống kê, năm 2021 tổng diện tích trồng cao su Việt Nam đạt 930,5 ngàn hecta, có 752,2 ngàn hecta thu hoạch đạt sản lượng 1271,9 ngàn 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 nhiều 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, khả loại bỏ amon hệ thống bị hạn chế khiến cho nước thải đầu có hàm lượng amon cao Công nghệ lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp (DHS) ứng dụng để xử lý amon nước thải cho thấy nhiều ưu điểm Trong thiết bị diễn đồng thời hai q 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 Acinetobacter johnsonii H1 – chủng vi khuẩn nitrat hoá dị dưỡng phân lập từ bùn hoạt tính thiết bị DHS cho thấy tiềm ứng dụng việc xử lý nước thải ô nhiễm amon, đặc biệt nước thải cao su thiên nhiên Khảo sát đặc tính nước thải cao su thiên nhiên thấy nước thải bị ô nhiễm cao, tiêu COD, TN, N – NH4+ 16920 ± 70 mg/L, 1780 ± 70 mg/L 1490,50±33,21 mg/L vượt quy chuẩn thải QCVN 01–MT:2015/BTNMT Chủng A johnsonii H1 có khả chuyển hố N – NH4+ cao môi trường nhân tạo với điều kiện ban đầu: mật độ giống OD600nm = 0,5 trở lên, hàm lượng N – NH4+ lên đến 300 mg/L, pH – 9, tỉ lệ C/N – Tại điều kiện mật độ giống ban đầu OD 600nm = 0,5, tỉ lệ C/N = 2, pH = 7, chủng A johnsonii H1 có khả chuyển hố 99,69% lượng N – NH4+ sau 16h Trong môi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên, hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ chủng H1 đạt tối đa 40,07% Đồng thời, hiệu suất loại bỏ TN COD tối đa chủng H1 36,09% 55,64% Từ khoá: Vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng, cơng nghệ lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp, loại bỏ amon, nước thải chế biến cao su thiên nhiên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 Tổng quan nước thải cao su thiên nhiên 1.1.1 Ngành công nghiệp sản xuất cao su Việt Nam .9 1.1.2 Nguồn phát sinh nước thải cao su thiên nhiên 11 1.1.3 Đặc tính nước thải cao su thiên nhiên .12 Phương pháp xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên 14 1.2.1 Phương pháp hoá học 14 1.2.2 Phương pháp sinh học .14 Chu trình nitơ trình diễn 17 1.3.1 Chu trình nitơ 17 1.3.2 Vi khuẩn tham gia trình nitrat hoá 18 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả chuyển hoá amon nước thải cao su thiên nhiên 21 1.4.1 Ảnh hưởng mật độ giống 21 1.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng amon 21 1.4.3 Ảnh hưởng pH 22 1.4.4 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N 22 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 2.2 Vật liệu 24 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 24 2.1.2 Hoá chất 24 2.1.3 Thiết bị .24 2.1.4 Môi trường .25 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu .27 2.2.2 Khảo sát đặc tính nước thải .27 2.2.3 Đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hoá N – + NH4 chủng A johnsonii H1 27 2.2.4 Khảo sát khả chuyển hoá N – NH 4+ môi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên .28 2.3 Phương pháp phân tích 28 2.3.1 Xác định pH .28 2.3.2 Xác định hàm lượng sinh khối 29 2.3.3 Xác định hàm lượng NH4+ nước .29 2.3.4 Xác định nhu cầu oxi hoá hoá học (COD) 29 2.3.5 Xác định hàm lượng tổng số nitơ (TN) 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên 30 3.2 Ảnh hưởng điều kiện tới khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng A johnsonii H1 31 3.2.1 Ảnh hưởng mật độ giống tới khả chuyển hoá N – NH4+ 31 3.2.2 – NH4+ Ảnh hưởng hàm lượng N – NH 4+ tới khả chuyển hoá N 32 3.2.3 Ảnh hưởng pH tới khả chuyển hoá N – NH4+ 34 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N tới khả chuyển hoá N – NH4+ 35 3.3 Khảo sát khả chuyển hoá N – NH 4+ môi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng A johnsonii H1 .36 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Diện tích, sản lượng cao su Việt Nam giai đoạn 2011 – 2022 [3] Hình 1.2 Sản lượng số sản phẩm từ cao su [3] 10 Hình 1.3 Quy trình sản xuất cao su [6][5] 11 Hình 1.4 Các trình xảy hệ thống DHS [24] 16 Hình 1.5 Chu trình nitơ [33] [34] 17 Hình 1.6 Hình thái khuẩn lạc tế bào chủng A johnsonii H1 20 Hình 2.1 Mẫu nước thải cao su sau trình đánh đơng cao su 24 Hình 2.2 Sơ đồ đánh đông mủ cao su [7] [12] 26 Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 27 Hình 3.1 Ảnh hưởng mật độ giống tới khả chuyển hố N – NH4+ 31 Hình 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng N – NH4+ tới khả .32 Hình 3.3 Ảnh hưởng pH tới khả chuyển hoá N – NH4+ 34 Hình 3.4 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N tới khả chuyển hoá N – NH4+ .35 Hình 3.5 Đánh giá khả chuyển hố N – NH 4+của chủng H1 môi trường nước thải cao su .37 Hình 3.6 Đánh giá khả loại bỏ TN COD chủng H1 môi trường nước thải cao su 38 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên [6] [7] .12 Bảng 1.2 Một số vi khuẩn nitrat hoá dị dưỡng [29] 19 Bảng 1.3 Tỉ lệ C/N pH tối ưu số chủng nitrat hố dị dưỡng 23 Bảng 2.1 Thành phần mơi trường LB [35] 25 Bảng 2.2 Thành phần môi trường NM [16] [34] .25 Bảng 3.1 Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên .30 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Chú giải DRC Dry Rubber Content Hàm lượng cao su khô COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá hoá học TSS Total suspended solids Tổng chất rắn lơ lửng TN Total nitrogen Tổng nitơ QCVN Quy chuẩn Việt Nam HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu nước thải BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá sinh học TKN Total kjeldahl nitrogen Tổng nitơ theo Kjeldahl WSP Waste Stabilization Ponds Ao ổn định nước thải SBR Sequencing Batch Reactor Bể bùn hoạt tính theo mẻ DHS Down flow hanging sponge Công nghệ lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp AOB Ammonia – oxidizing bacteria Vi khuẩn oxy hoá amon NOB Nitrite – oxidizing bacteria Vi khuẩn oxy hố nitrit RPM Round per minute Vịng phút LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam nước trồng xuất cao su thiên nhiên hàng đầu giới Bên cạnh lợi ích kinh tế, tạo công ăn việc làm cho người lao động ngành sản xuất cao su phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm mơi trường Trong q trình sản xuất cao su, lượng nước thải sơ chế cao su thiên nhiên thải mơi trường có chứa nồng độ cao hợp chất hữu cơ, amon nhiều chất gây ô nhiễm khác, không xử lý tốt mà thải môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng khu vực xung quanh Nước thải thường xử lý hệ thống kỵ khí – hiếu khí có hiệu suất loại bỏ nhu cầu oxy hóa học cao Tuy nhiên khả loại bỏ amon hệ thống lại gặp khó khăn đồng nghĩa với việc nước thải đầu chưa xử lý tốt chứa hàm lượng amon cao Một công nghệ phổ biến nay, ngày ứng dụng rộng rãi cải tiến kỹ thuật, công nghệ lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp (DHS) ứng dụng để xử lý amon nước thải đem lại nhiều lợi ích khả xử lý nhiễm tiết kiệm chi phí cho trình xử lý Trong thiết bị diễn đồng thời hai q 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 Acinetobacter johnsonii H1 – chủng vi khuẩn nitrat hoá dị dưỡng phân lập từ bùn hoạt tính thiết bị DHS cho thấy tiềm ứng dụng việc xử lý nước thải ô nhiễm amon, đặc biệt nước thải cao su thiên nhiên Trong nghiên cứu này, để tăng hiệu xử lý amon nước thải cao su thiên nhiên, em thực đề tài: “Đánh giá khả loại bỏ amon nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Acinetobacter johnsonii H1” Nội dung nghiên cứu đề tài: - Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên; Đánh giá điều kiện ảnh hưởng đến khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng A johnsonii H1; Khảo sát khả chuyển hố N – NH 4+ mơi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng A johnsonii H1 Hình 3.2 cho thấy, 12 đầu, khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1 có khác đáng kể nồng độ N – NH 4+, hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ đạt 96,49%; 63,82%; 55,34%; 41,29% 37,26% tương ứng với hàm lượng N – NH 4+ 100mg/L, 150mg/L, 200mg/L, 250mg/L 300mg/L Tiếp tục đến 24 giờ, nồng độ ban đầu 100 mg/L 150 mg/L, hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ chủng H1 đạt 95,79% 95,52%, Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lượng N – NH 4+ lên 200mg/L, 250mg/L 300mg/L hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ đạt tương ứng 83,28%; 66,68% 56,83% Các tiếp theo, hiệu suất chuyển hố N – NH 4+ có thay đổi nhẹ, 48 giờ, hiệu suất chuyển hoá chủng H1 theo nồng độ N – NH 4+ 100mg/L, 150mg/L, 200mg/L, 250mg/L, 300mg/L, tương ứng 98,19%; 97,5%; 82,85%; 66,68% 56,83% Có thể thấy rằng, tăng hàm lượng N – NH 4+ nước lên cao, điều ức chế khả sinh trưởng phát triển chủng, đồng thời giảm khả chuyển hoá hợp chất nitơ chủng Đối với chủng H1, hàm lượng N – NH 4+ cao chủng có khả chuyển hố hồn toàn 150mg/L (đạt 97,5%), hàm lượng nitơ NH4+ lại 3,84 mg/L, nằm khoảng cho phép theo QCVN 01MT:2015/BTNMT Như vậy, giá trị hàm lượng N – NH 4+ 150mg/L áp dụng cho thí nghiệm Trong nghiên cứu Zhang cộng (2012), chủng Bacillus methylotrophicus strain L7 có khả chuyển hoá hàm lượng N – NH4+ = 51,58 mg/L/d [56] Theo nghiên cứu Silva cộng (2019), chủng G amicalis UFV4 chủng P balearica UFV3 chuyển hố hồn tồn 140 mg/L N – NH 4+ sau ngày ngày nuôi Một nghiên cứu khác rằng, chủng Acinetobacter sp Y1 có khả chuyển hố tối đa 10,28 mg/L/h N – NH4+ [33] Qua thấy chủng H1 có tiềm ứng dụng vào xử lý amon nước thải cao su 33 3.2.3 Ảnh hưởng pH tới khả chuyển hoá N – NH4+ Tiếp theo, đánh giá khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1 giá trị pH khác từ tới 10, với nguồn N – NH 4+ ban đầu 150mg/L Kết nghiên cứu khả chuyển hoá N – NH 4+ theo giá trị pH môi trường chủng H1 thể hình 3.3 Hình 3.12 Ảnh hưởng pH tới khả chuyển hố N – NH4+ Hình 3.3 cho thấy sau 24 nuôi cấy, sinh trưởng phát triển chủng có chênh lệch rõ rệt giá trị pH axit hay pH kiềm Hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ pH 4, pH pH 10, chủng chuyển hoá N – NH4+, hiệu suất chuyển hoá tương ứng 1,51%; 4,29% 0,46% Còn dài pH từ tới 9, hiệu suất chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1 đạt 99,88%; 99,92%; 99,73% 99,74% tương ứng giá trị pH = 6, 7, ,9 Như vậy, thấy khoảng pH từ – 9, chủng H1 sinh trưởng phát triển tốt, sau 24 chuyển hố gần hồn tồn lượng N – NH 4+ = 150mg/L, giá trị pH = áp dụng cho thí nghiệm Giá trị pH tương đồng với thí nghiệm vi khuẩn nitrat hoá dị dưỡng, chủng Acinetobacter junii YB, giá trị pH tối ưu 7,5, chủng Alcaligenes faecalis C16 có giá trị pH tối ưu 6,0; bên cạnh chủng Pseudomonas balearica UFV3 có dải pH tối ưu từ đến [29] Đức cộng (2023), chủng Glutamicibacter nicotinanae D7 có khoảng pH tối ưu từ 6,5 [16] Kết cho thấy kết hợp chủng vi khuẩn để tạo thành hệ bùn hoạt tính xử lý nước thải ô nhiễm amon 34 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N tới khả chuyển hoá N – NH4+ Tỉ lệ C/N đóng vai trị quan trọng q trình loại bỏ nitơ sinh học Tỉ lệ cao hay thấp ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn Đối với nước thải cao su thiên nhiên sau trình xử lý UASB (Phụ lục 2), tỉ lệ C/N nước thải thấp (1 – 2) Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng C/N tới hiệu suất chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1, tỉ lệ C/N thay đổi dải 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N tới khả chuyển hố N – NH4+ thể hình 3.4 A Hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ chủng H1 trình khảo sát B Biến động hàm lượng N – NH4+ chủng H1 trình khảo sát Hình 3.13 Ảnh hưởng tỉ lệ C/N tới khả chuyển hoá N – NH4+ 35 Hình 3.4 cho thấy tăng tỉ lệ C/N, khả chuyển hoá N – NH 4+ tăng lên 12 đầu tiên, khả chuyển hoá N – NH4+ đạt 64,37%; 85,98%; 82,53%; 79,79%; 63,14% tương ứng với tỉ lệ C/N 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 Hiệu suất chuyển hoá N – NH 4+ thấp C/N = 1:1 khơng đủ nguồn cacbon cho chủng phát triển Khi đến 16 giờ, tỉ lệ C/N = 2:1, 3:1, 4:1, chủng H1 chuyển hố gần hồn toàn lượng N – NH4+ = 150mg/L, hiệu suất tương ứng 99,69%; 99,6% 99,49% Tuy nhiên tỉ lệ C/N = 5:1, hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ đạt 86,72% Cho đến 24 giờ, hiệu suất không thay đổi, với tỉ lệ C/N = 1:1, hiệu suất đạt tối đa 77,12%, tỉ lệ C/N = 5:1, chủng H1 chuyển hố gần hồn tồn lượng N – NH 4+ với hiệu suất 99,3% Như vậy, với chủng H1, tỉ lệ C/N tối ưu 2:1 (tương đương tỉ lệ COD/TN khoảng 5,4:1), chủng chuyển hoá hầu hết 150mg/L N – NH 4+ mơi trường, lượng N – NH4+ cịn lại 1,9 mg/L (đạt quy chuẩn nước thải cao su theo QCVN 01-MT:2015/BTNMT), giá trị áp dụng cho thí nghiệm Nhìn chung thấy rằng, qua nghiên cứu này, ta thấy khoảng tối ưu tỉ lệ C/N chủng H1 từ tỉ lệ C/N = 2:1 đến tỉ lệ C/N = 5:1, Một số nghiên cứu vi khuẩn nitrat hoá dị dưỡng cho thấy vi khuẩn sinh trưởng phát triển tốt điều kiện C/N khoảng từ – 20, chủng Pseudomonas aeruginosa YL có tỉ lệ C/N tối ưu 10 [40] Theo nghiên cứu Silva cộng (2019), chủng Pseudomonas balearica UFV3 Gordonia amicalis UFV4 có khả xử lý amon tỉ lệ C/N từ – [50] Một nghiên cứu khác Chen cộng (2019) cho thấy chủng Janthinobacterium svalbardensis F19 sinh trưởng tốt mơi trường có tỉ lệ C/N từ đến 10 Điều chứng minh chủng H1 có khả ứng dụng vào trình xử lý nước thải sơ chế cao su thiên nhiên 3.3 Khảo sát khả chuyển hố N – NH 4+ mơi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng A johnsonii H1 Nghiên cứu đánh giá khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1 môi trường nước thải cao su Nước thải cao su đánh đơng ban đầu pha lỗng thêm hàm lượng N – NH4+ cho phù hợp với điều kiện tối ưu đưa thí nghiệm trước: Hàm lượng N – NH 4+ = 150mg/L, pH = mật độ giống cấp vào ban đầu tương ứng OD600nm = 0,5 Thí nghiệm tỉ lệ COD/TN thay đổi từ 3, 5, 7, Tỉ lệ COD/TN = 9:1 tương ứng với tỉ lệ COD/TN nước thải gốc Môi trường nước thải chia làm loại nước thải qua tiệt trùng (TT) nước thải chưa qua tiệt trùng (KTT) Chủng 36 H1 nuôi điều kiện 30oC tốc độ lắc 150rpm vịng 24 giờ, định kì lấy mẫu 12 giờ/lần Kết thí nghiệm đưa hình 3.5 Hình 3.14 Đánh giá khả chuyển hoá N – NH4+của chủng H1 mơi trường nước thải cao su Hình 3.5 cho thấy khả chuyển hoá N – NH 4+ môi trường nước thải cao su sau 24 chủng thấp, hiệu suất tăng lên hàm lượng COD/TN tăng lên Đối với nước thải qua tiệt trùng, hiệu suất chuyển hoá N – NH4+ chùng H1 9,76%; 23,44%; 29,13% 39,66% tương ứng với tỉ lệ COD/TN = 3, 5, 7, Hiệu suất chuyển hố mơi trường nước thải chưa qua tiệt trùng chênh lệch không nhiều so với nước thải tiệt trùng, hiệu suất tương ứng với tỉ lệ COD/TN = 3, 5, 4,07%; 22,37%; 24,87% 40,07% Có thể mơi trường nước thải chưa qua tiệt trùng tồn vi khuẩn khác tham gia trình loại bỏ N – NH4+ với chủng H1 khiến cho hiệu suất tăng cao so với nước thải tiệt trùng Tỉ lệ COD/TN = 5:1 tương đương với tỉ lệ tối ưu cho chủng H1 khảo sát thí nghiệm mục 3.2.4 tỉ lệ COD/TN = 9:1 tương đương với tỉ lệ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên Do tiếp tục khảo sát khả loại bỏ hàm lượng tổng nitơ COD chủng H1 sau 24 hai môi trường Kết nghiên cứu trình bày hình 3.6 37 A Khả loại bỏ TN chủng H1 môi trường nước thải cao su B Khả loại bỏ COD chủng H1 môi trường nước thải cao su Hình 3.15 Đánh giá khả loại bỏ TN COD chủng H1 môi trường nước thải cao su Qua hình 3.6 (A) thấy khả loại bỏ tổng nitơ chủng H1 thấp Đối với nước thải tiệt trùng, hiệu suất loại bỏ TN đạt 26,13% 36,09% tương ứng với tỉ lệ COD/TN môi trường 5:1 9:1 Đối với 38 nước thải không tiệt trùng, hiệu suất loại bỏ TN đạt 27,3% 33,96% tương ứng với tỉ lệ COD/TN 5:1 9:1 Hình 3.6 (B) cho thấy, ô nhiễm hữu COD, chủng H1 có khả loại bỏ 17,98% 49,26% COD môi trường nước thải tiệt trùng tương ứng với tỉ lệ COD/TN Trong đó, môi trường nước thải không tiệt trùng, hiệu suất loại bỏ COD cao hơn, đạt 23,31% 55,64% ứng với tỉ lệ COD/TN Ta thấy rằng, mơi trường nước thải sơ chế cao su thiên nhiên, khả chuyển hoá N – NH4+ chủng H1 thấp, đạt tối đa 39,66% môi trường nước thải với tỉ lệ COD/TN 9:1, giảm 2,5 lần so với điều kiện môi trường nước thải nhân tạo (tại nước thải nhân tạo hiệu suất chuyển hoá đạt 99,69%); khả loại bỏ tổng nitơ COD đạt tối đa 33,96% 55,64% môi trường nước thải cao su với tỉ lệ COD/TN 9:1 Điều môi trường nước thải sơ chế cao su nghèo hợp chất dinh dưỡng khống mơi trường NM dẫn đến tốc độ phát triển chủng H1 Như vậy, chủng H1 cần nghiên cứu đánh giá thêm điều kiện tối ưu để ứng dụng vào xử lý nước thải cao su 39 KẾT LUẬN Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cao su sau trình đánh đơng Kết cho thấy mẫu nước thải có hàm lượng ô nhiễm nitơ cao: Hàm lượng nitơ tổng khoảng từ 1780 – 1920 ± 70 mg/L, hàm lượng N – NH 4+ khoảng từ 1465,034 ± 17,75 – 1490,497 ± 33,21 mg/L Mức độ ô nhiễm nitơ lớn nhiều lần so với quy định nước thải cao su theo QCVN 01 – MT:2015/BTNMT Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả chuyển hoá N – NH 4+ chủng H1 Tại điều kiện ban đầu: mật độ giống OD 600nm = 0,5, hàm lượng N – NH4+ = 150mg/L, pH = 7, tỉ lệ C/N = 2:1, chủng H1 có khả chuyển hoá tối đa 99,69% sau 24 Trong môi trường nước thải sơ chế cao su tiệt trùng, hiệu suất chuyển hoá COD, TN N – NH4+ chủng H1 đạt 49,26%; 36,09% 39,66% COD/TN = Trong môi trường nước thải sơ chế cao su khơng tiệt trùng, hiệu suất chuyển hố COD, TN N – NH4+ chủng H1 đạt 55,64%; 33,96% 40,07% KIẾN NGHỊ Cần nghiên cứu nâng cao hiệu suất chuyển hóa nitơ nước thải cao su cách tập hợp nhiều chủng 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] T H Linh, “Thông tin xuất vào thị trường EU, ngành hàng cao su sản phẩm cao su.” Nhà xuất Cơng Thương, 2020 N H Trí, “Sách Khoa Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cao Su Thiên Nhiên.” Nhà xuất Trẻ, p Chương 1, 2001 “Báo cáo số liệu thống kê hàng năm Tổng cục Thống kê,” Tổng cục thống kê, 2022 V K Vân, “Đánh giá khả xử lý sinh học nước thải cao su thiên nhiên loại protein FPNR sau tiền xử lý,” 2022 Phịng Nghiên cứu Phân tích VCBS, “Báo cáo nghành cao su tự nhiên,” Báo cáo nghành cao su tự nhiên, vol 360 pp 0–30, 2020 “Báo cáo đề xuất cấp Giấy phép môi trường ‘Nhà máy Chế biến Cao su Hiệp Thạnh.’” 2022 T M Đức, “Phân lập vi khuẩn dị dưỡng từ bùn hoạt tính hệ thống DHS nhằm ứng dụng xử lý amon nước thải cao su,” 2021 N T Thanh, “Nghiên cứu trình tạo bùn hạt hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su.” 2016 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 R R Karri, J N Sahu, and V Chimmiri, “Critical review of abatement of ammonia from wastewater,” J Mol Liq., vol 261, pp 21–31, Jul 2018, doi: 10.1016/j.molliq.2018.03.120 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 S Xiang et al., “New progress of ammonia recovery during ammonia nitrogen removal from various wastewaters,” World J Microbiol Biotechnol., vol 36, no 10, p 144, Oct 2020, doi: 10.1007/s11274-02002921-3 H YANG and H CHENG, “Controlling nitrite level in drinking water by chlorination and chloramination,” Sep Purif Technol., vol 56, no 3, pp 392–396, Sep 2007, doi: 10.1016/j.seppur.2007.05.036 S N Hurairah, A A Halim, and N A Aziz, “Stabilized leachate treatment by using combination of struvite precipitation and coagulationflocculation methods: RSM optimization,” IOP Conf Ser Earth Environ Sci., vol 646, no 1, p 012026, Jan 2021, doi: 10.1088/17551315/646/1/012026 J Coleman, K Hench, K Garbutt, A Sexstone, G Bissonnette, and J Skousen, “Treatment of domestic wastewater by three plant species in constructed wetlands,” Water Air Soil Pollut., vol 128, no 3–4, pp 283– 295, 2001, doi: 10.1023/A:1010336703606 T M Đức, “Đánh giá khả xử lý ô nhiễm nitơ nước thải sơ chế cao su thiên nhiên chủng Glutamicibacter nicotinanae D7,” 2023 41 [17] S Mahapatra, K Samal, and R R Dash, “Waste Stabilization Pond (WSP) for wastewater treatment: A review on factors, modelling and cost analysis,” J Environ Manage., vol 308, p 114668, Apr 2022, doi: 10.1016/j.jenvman.2022.114668 [18] Nguyễn Lan Hương, “Bài giảng Kỹ thuật sinh học xử lý chất thải” [19] M A Camargo Valero and D D Mara, “Nitrogen removal via ammonia volatilization in maturation ponds,” Water Sci Technol., vol 55, no 11, pp 87–92, Jun 2007, doi: 10.2166/wst.2007.349 [20] O Alagha, A Allazem, A A Bukhari, I Anil, and N D Mu’azu, “Suitability of SBR for Wastewater Treatment and Reuse: Pilot-Scale Reactor Operated in Different Anoxic Conditions,” Int J Environ Res Public Health, vol 17, no 5, p 1617, Mar 2020, doi: 10.3390/ijerph17051617 [21] Y Jing, L Wei-li, and H Fu-chuan, “Review of SBR process in effluent treatment,” E3S Web Conf., vol 233, p 01120, Jan 2021, doi: 10.1051/e3sconf/202123301120 [22] A H Jagaba et al., “Sequencing batch reactor technology for landfill leachate treatment: A state-of-the-art review,” J Environ Manage., vol 282, p 111946, Mar 2021, doi: 10.1016/j.jenvman.2021.111946 [23] V K Tyagi et al., “Future perspectives of energy saving down-flow 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 [24] M Hatamoto, T Okubo, K Kubota, and T Yamaguchi, “Characterization of downflow hanging sponge reactors with regard to structure, process function, and microbial community compositions,” Appl Microbiol Biotechnol., vol 102, no 24, pp 10345–10352, Dec 2018, doi: 10.1007/s00253-018-9406-6 [25] S S Maheepala, M Hatamoto, Y Mitsuishi, T Watari, and T Yamaguchi, “A syphon-downflow hanging sponge (DHS) reactor for improving the denitrification efficiency of sewage water treatment,” Environ Technol Innov., vol 31, p 103205, Aug 2023, doi: 10.1016/j.eti.2023.103205 [26] T Watari et al., “Development of downflow hanging sponge (DHS) reactor as post treatment of existing combined anaerobic tank treating natural rubber processing wastewater,” Water Sci Technol., vol 75, no 1, pp 57–68, Jan 2017, doi: 10.2166/wst.2016.487 [27] K Asano, T Watari, M Hatamoto, and T Yamaguchi, “Development of UASB–DHS system for anaerobically-treated tofu processing wastewater treatment under ambient temperature,” Environ Technol., vol 43, no 25, pp 3973–3982, Nov 2022, doi: 10.1080/09593330.2021.1938242 [28] S Ge, S Wang, X Yang, S Qiu, B Li, and Y Peng, “Detection of nitrifiers and evaluation of partial nitrification for wastewater treatment: A review,” Chemosphere, vol 140, pp 85–98, 2015, doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.02.004 [29] S Duan, Y Zhang, and S Zheng, “Heterotrophic nitrifying bacteria in 42 [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] wastewater biological nitrogen removal systems: A review,” Crit Rev Environ Sci Technol., vol 52, no 13, pp 2302–2338, Jul 2022, doi: 10.1080/10643389.2021.1877976 S M TAYLOR, Y HE, B ZHAO, and J HUANG, “Heterotrophic ammonium removal characteristics of an aerobic heterotrophic nitrifyingdenitrifying bacterium, Providencia rettgeri YL,” J Environ Sci., vol 21, no 10, pp 1336–1341, Jan 2009, doi: 10.1016/S1001-0742(08)62423-7 Y Yang, S Huang, Y Zhang, and F Xu, “Nitrogen Removal by Chelatococcus daeguensis TAD1 and Its Denitrification Gene Identification,” Appl Biochem Biotechnol., vol 172, no 2, pp 829–839, Jan 2014, doi: 10.1007/s12010-013-0590-7 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 Y Liu, T Hu, Y Song, H Chen, and Y Lv, “Heterotrophic nitrogen removal by Acinetobacter sp Y1 isolated from coke plant wastewater,” J Biosci Bioeng., vol 120, no 5, pp 549–554, Nov 2015, doi: 10.1016/j.jbiosc.2015.03.015 S Chen, S He, C Wu, and D Du, “Characteristics of heterotrophic nitrification and aerobic denitrification bacterium Acinetobacter sp T1 and its application for pig farm wastewater treatment,” J Biosci Bioeng., vol 127, no 2, pp 201–205, Feb 2019, doi: 10.1016/j.jbiosc.2018.07.025 M Yang et al., “Highly efficient nitrogen removal of a coldness-resistant and low nutrient needed bacterium, Janthinobacterium sp M-11,” Bioresour Technol., vol 256, pp 366–373, May 2018, doi: 10.1016/j.biortech.2018.02.049 Y Angar, S Kebbouche-Gana, N.-E Djelali, and S Khemili-Talbi, “Novel approach for the ammonium removal by simultaneous heterotrophic nitrification and denitrification using a novel bacterial species co-culture,” World J Microbiol Biotechnol., vol 32, no 3, p 36, Mar 2016, doi: 10.1007/s11274-015-2007-y X Wang et al., “Simultaneous nitrification and denitrification by a novel isolated Pseudomonas sp JQ-H3 using polycaprolactone as carbon source,” Bioresour Technol., vol 288, p 121506, Sep 2019, doi: 10.1016/j.biortech.2019.121506 N T Huyền, “Tuyển chọn vi khuẩn nitrat hoá nhằm ứng dụng xử lý nitơ nước thải cao su,” 2022 X Huang, J Ni, C Yang, M Feng, Z Li, and D Xie, “Efficient Ammonium Removal by Bacteria Rhodopseudomonas Isolated from Natural Landscape Water: China Case Study,” Water, vol 10, no 8, p 1107, Aug 2018, doi: 10.3390/w10081107 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 43 [41] D B Cuong, H N Han, and P Van Thiem, “Ammonia-removal efficiency of a novel acinetobacter calcoaceticus strain isolated from industrial wastewater of ninh binh coal nitrogenous fertilizer plant,” Vietnam J Sci Technol., vol 56, no 2, p 216, Apr 2018, doi: 10.15625/25252518/56/2/10414 [42] 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 [43] P R Rout, P Bhunia, and R R Dash, “Simultaneous removal of nitrogen and phosphorous from domestic wastewater using Bacillus cereus GS-5 strain exhibiting heterotrophic nitrification, aerobic denitrification and denitrifying phosphorous removal,” Bioresour Technol., vol 244, pp 484–495, Nov 2017, doi: 10.1016/j.biortech.2017.07.186 [44] Y Chen, P Jin, Z Cui, T Xu, R Zhao, and Z Zheng, “Identification and Characterization of Janthinobacterium svalbardensis F19, a Novel LowC/N-Tolerant Denitrifying Bacterium,” Appl Sci., vol 9, no 9, p 1937, May 2019, doi: 10.3390/app9091937 [45] 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 [46] 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 [47] 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 [48] H An, Y Liu, and Y Wang, “Effects of Carbon Sources on Heterotrophic Nitrification and Glyoxylate Cycle by Alcaligenes faecalis C16,” Asian J Chem., vol 26, no 15, pp 4631–4636, 2014, doi: 10.14233/ajchem.2014.16148 [49] Y Yang, E Lin, and S Huang, “Heterotrophic nitrogen removal in Bacillus sp K5: involvement of a novel hydroxylamine oxidase,” Water Sci Technol., vol 76, no 12, pp 3461–3467, Dec 2017, doi: 10.2166/wst.2017.510 [50] 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 [51] H.-Y Zheng, Y Liu, X.-Y Gao, G.-M Ai, L.-L Miao, and Z.-P Liu, “Characterization of a marine origin aerobic nitrifying–denitrifying 44 [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] bacterium,” J Biosci Bioeng., vol 114, no 1, pp 33–37, Jul 2012, doi: 10.1016/j.jbiosc.2012.02.025 Y Bai, Q Sun, C Zhao, D Wen, and X Tang, “Microbial degradation and metabolic pathway of pyridine by a Paracoccus sp strain BW001,” Biodegradation, vol 19, no 6, pp 915–926, Nov 2008, doi: 10.1007/s10532-008-9193-3 W Yi, R Yuan, W Chao Hai, L Kai Yuan, L Fang Min, and C Xue Yong, “A study on nitrogen removal efficiency of Pseudomonas stutzeri strains isolated from an anaerobic/anoxic/oxic wastewater treatment process,” African J Biotechnol., vol 9, no 6, pp 869–873, Feb 2010, doi: 10.5897/AJB09.1582 D Li, X Liang, Y Jin, C Wu, and R Zhou, “Isolation and Nitrogen Removal Characteristics of an Aerobic Heterotrophic NitrifyingDenitrifying Bacterium, Klebsiella sp TN-10,” Appl Biochem Biotechnol., vol 188, no 2, pp 540–554, Jun 2019, doi: 10.1007/s12010018-02932-9 T Nishio, T Yoshikura, K Chiba, and Z Inouye, “Effects of Organic Acids on Heterotrophic Nitrification by Alcaligenes faecalis OKK17,” Biosci Biotechnol Biochem., vol 58, no 9, pp 1574–1578, Jan 1994, doi: 10.1271/bbb.58.1574 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 H N Nguyen and T T Luong, “Situation of wastewater treatment of natural rubber latex processing in the Southeastern region, Vietnam,” Journal of Vietnamese Environment, vol 2, no pp 58–64, 2012 doi: 10.13141/jve.vol2.no2.pp58-64 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 45 PHỤ LỤC 1 Đường chuẩn xác định hàm lượng amon 46 PHỤ LỤC Đặc tính nước thải sơ chế cao su thiên nhiên số nhà máy phòng thí nghiệm [8], [57], [58] Nước thải sơ chế cao su Thông số pH COD TN COD/TN C/N Loại cao su Nhà máy Sau xử lý UASB Tờ Khối Lộc Hiệp Thanh Hoá PTN Watari (2017) 5,0 – 5,9 4,6 – 5,2 9,2 5,1 7,8 – 8,1 7,6 ± 0,3 5140 16390 – – 15070 28940 528 630 80,3 80 – 160 – 180 18855 611 27450 630 – – 800 392,7 64,3 26,0 1,38 – – 94,2 36,1 23,8 9,6 – – 34,9 13,4 30,85 43,5 – 530 ± 220 350 ± 100 3,3 1,42 11,4 16,1 47