Nghiên ứu khả năng phân hủy dầu của một số chủng vi sinh vật tạo màng sinh học để xử lý nước thải ô nhiễm dầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  VŨ NGỌC HUY NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY DẦU CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT TẠO MÀNG SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2016 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113936351000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  VŨ NGỌC HUY NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY DẦU CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT TẠO MÀNG SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HỒNG THỊ THU HƯƠNG TS LÊ THỊ NHI CƠNG Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Luận văn cơng trình nghiên cứu sở nghiên cứu lý thuyết thu thập thông tin từ thực nghiệm Các số liệu, thơng tin luận văn có nguồn gốc rõ ràng, tin c ậy Kết nghiên cứu luận văn chưa người khác công bố cơng trình nghiên cứu Tác giả chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Vũ Ngọc Huy LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành lịng biết ơn tới PGS.TS Hoàng Thị Thu Hương TS Lê Thị Nhi Cơng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi q trình học tập,thực hồn thiện đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tớithầy cô cán nghiên cứu Viện Khoa học Công nghệ môi trường – Đại họ c Bách Khoa Hà Nội tập thể cán nghiên c ứu phịng Cơng nghệ sinh học môi trường Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ thời gian qua Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè chia sẻ, động viên tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập vừa qua Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Vũ Ngọc Huy MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG .vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm dầu mỏ số biện pháp xử lý 1.1.1 Tình hình nhiễm dầu mỏ 1.1.2 Hậu ô nhiễm dầu 1.2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm dầu môi trường nước 1.2.1 Phương pháp học 1.2.2 Phương pháp hóa học 11 1.2.3 Phương pháp sinh học 14 1.3 Màng sinh học ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường 16 1.3.1 Khái niệm màng sinh học 16 1.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả tạo màng sinh học vsv 19 1.3.2 Các vi sinh vật tạo màng sinh học 21 1.3.3 Ứng dụng màng sinh học xử lý ô nhiễm môi trường .23 1.4 Ứng dụng màng sinh học xử lý nước thải nhiễm dầu 24 1.4.1 Cơ sở khoa học 24 1.4.2 Cơ chế phân hủy hydrocacbon nhờ vi sinh vật 25 1.4.3 Ứng dụng màng sinh học xử lý nước thải nhiễm dầu 25 1.5 Giá thể cố định vi sinh vật 27 i CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.1 Mẫu nước thải 29 2.1.2 Các chủng vi sinh vật 30 2.1.3 Giá thể cố định vi sinh vật 31 2.1.4 Hóa chất, mơi trường 32 2.1.5 Thiết bị 33 2.2 Phương pháp 34 2.2.1 Đánh giá khả tạo màng phân hủy hydrocacbon chủng vi sinh vật 34 2.2.2 Đánh giá tính đối kháng chủng vi sinh vật 39 2.2.3 Xử lý sơ vật liệu cố định màng sinh học lên giá thể 40 2.2.4 Phương pháp phân tích thơng số hệ thử nghiệm 41 2.2.5 Xử lý thống kê 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Lựa chọn chủng vi sinh vật có khả phân hủy hợp chất hydrocacbon tạo màng sinh học 45 3.1.1 Đặc điểm khả phân hủy hydrocacbon nước thải nhiễm dầu vi sinh vật sưu tập chủng giống 45 3.1.2 Đánh giá khả tạo màng sinh học vi sinh vật 51 3.2 Đánh giá tính đối kháng chủng vi sinh vật lựa chọn 53 3.3 Thử nghiệm mơ hình xử lý nước thải nhiễm dầu qui mô 300l 54 3.3.1 Lắp đặt thử nghiệm mơ hình xử lý nước thải nhiễm dầu qui mô 300l 54 3.3.2 Đánh giá khả sinh trưởng tạo màng VSV h ệ thử nghiệm 57 ii 3.3.3 Đánh giá khả phân hủy thành phần hydrocacbon hệ thống thử nghiệm 300l 58 3.4 Kết luận kiến nghị 66 3.4.1 Kết luận 66 3.4.2 Kiến nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 74 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD : Nhu cầu ơxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand ) CFU : Số lượng đơn vị hình thành khuẩn lạc (Colony forming unit) CNSH : Cơng nghệ sinh học COD : Nhu cầu ơxy hóa học (Chemical oxygen demand) DO : Dầu diesel (Diesel Oil) FO : Dầu nhiên liệu (Fuel oil) GC : Sắc ký khí (Gas Chromatography) GCMS : Sắc ký khí khối phổ (Gas Chromatography Mass Spectometry) HPLC : Sắc ký lỏng hiệu cao (High Performance Liquid Chromatography) LB : Môi trường Luria – Broth MBBR : Công ngh ệ sử dụng giá thể cố định màng sinh h ọc chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor) MBR : Công nghệ sử dụng bể sinh học màng vi lọc (Membrance BioReactor) MPN : Phương pháp xác định s ố lượng vi sinh v ật (Most probable number) OD : Mật độ quang học (Opitical Density) PAHs : Hydrocacbon đa vòng thơm (Polycyclic aromatic hydrocacbon) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam RBC : Công nghệ sử dụng đĩa quay sinh học (Rotating Biological Contactor) TCVN USBF : : Tiêu chuẩn Việt Nam Công ngh ệ lọc dòng ngược bùn sinh học (Upflow Sludge Blanket Filtration) VSV : Vi sinh vật iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số loại phao quây dầu Hình 1.2 Một số loại phao quây dầuSử dụng phao quây dầ u vụ tràn dầu Vịnh Mexico, tháng 2010 Hình 1.3 Các bơm tách dầu điển hình 10 Hình 1.4 Một băng tải tách dầu dùng vụ tràn dầu t ại đảo Knight, Alaska, tháng năm 1989 11 Hình 1.5 Nguyên lý chất phân tán dầu 12 Hình 1.6 Hình ảnh phân tán dầu 13 Hình 1.7 Máy bay Basler BT-67 rải chất phân tán vụ tràn dầu từ khoan Deepwater Horizon, ngày tháng 5, 2010 13 Hình 1.8 Sự hình thành màng sinh học 17 Hình 1.9 Cấu trúc hiển vi màng sinh học 18 Hình 1.10 Một số loại giá thể thường sử dụng để tạo màng sinh học 28 Hình 2.1 Mẫu nước thải nhiễm dầu kho xăng dầu Đỗ Xá 30 Hình 2.2 Vật liệu mang xơ dừa sử dụng thí nghi ệm 32 Hình 2.3 Sơ đồ xử lý sơ giá thể 40 Hình 3.1 Hiệu suất phân hủy hydrocacbon đặc trưng thành phần nước thải nhiễm dầu chủng VSV 50 Hình 3.2 Khả bắt giữ tím tinh thể màng sinh học 51 Hình 3.3 Khả tạo màng sinh học chủng VSV tạo thành 52 Hình 3.4 Sự không đối kháng chủng vi sinh vật lựa chọn 54 Hình 3.5 Giá thể xơ dừa (a) modun chứa giá thể (b) 55 Hình 3.6 Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống xử lý 300l 55 Hình 3.7 Các modun chứa giá thể lắp đặt vào bể xử lý cố định 56 Hình 3.8 Hệ thống chạy thử nghi ệm sau ngày (a) màng sinh h ọc tạo thành modun chứa vật liệu mang xơ dừa (b) 56 v Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét giá thể xơ dừa 58 Hình 3.10 Hiệu phân hủy thành phần alkane 60 Hình 3.11 Khả phân hủy thành ph ần dầu có nước thải nhiễm dầu hệ thống xử lý 62 Hình 4.1 Sắc ký đồ mẫu nước thải sau xử lý 74 Hình 4.2 Sắc ký đồ phân hủy phenol sau 0, 5, 14 ngày xử lý 75 Hình 4.3 S ắc ký đồ phân h ủy thành phần Naphtalen có nước thải nhiễm dầu sau 5, 14 ngày xử lý 76 Hình 4.4.Sắc ký đồ phân h ủy thành phần PAHs có nước thải nhiễm dầu sau 5, 14 ngày xử 77 vi