Cũng như các nhà máy chế biến thực phẩm khác, nước thải của các nhà máy chế biến đồ hộp rau quả có hàm lượng chất hữu cơ rất cao như các loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza,
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sĩ khoa học PHÂN LậP Và TUYểN ChọN VI SINH VậT ứng dụng xử lý nớc thải nhà máy chế biến dứa Ngành: Công nghệ sinh học MÃ số: Nguyễn thị hoà Ngời hớng dẫn khoa học: TS Tăng Thị Hà néi 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113817271000000 MỤC LỤC Trang CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH iii MỞ ĐẦU………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CÂY DỨA, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHẾ BIẾN DỨA 1.1.1 Nguồn gốc, đặc điểm sinh lý giá trị dinh dưỡng dứa 1.1.2 Tình hình trồng chế biến dứa giới nước 1.1.3 Thành phần nước thải dứa ảnh hưởng nước thải dứa tới môi trường 1.2 NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.2.1 Phân loại nước thải 1.2.2 Các phương pháp xử lý nước thải 10 1.2.2.1 Phương pháp hiếu khí xử lý nước thải cấp khí tự nhiên 12 1.2.2.2 Phương pháp xử lý hiếu khí cấp khí cưỡng 14 1.3 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC 18 1.4 CÁC VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 21 1.4.1 Các nhóm vi sinh vật sử dụng trình xử lý nước thải 21 1.4.2 Đặc điểm số nhóm vi sinh vật q trình xử lý nước thải 21 1.4.2.1 Vi khuẩn 21 1.4.2.2 Nấm men 23 1.4.2.3 Các vi sinh vật khác 24 1.4.3 Quá trình sinh trưởng vi sinh vật xử lý nước thải 24 1.4.3.1 Q trình hiếu khí hiếu khí khơng bắt buộc (tùy nghi) 24 1.4.3.2 Q trình yếm khí 25 1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng vi sinh vật 25 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 VẬT LIỆU 28 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28 2.1.2 Dụng cụ hoá chất 28 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu nước thải 29 2.2.2 Phương pháp xác định sinh khối tế bào theo mật độ quang 30 2.2.3 Phương pháp phân lập vi sinh vật 30 2.2.4 Phương pháp chọn chủng vi sinh vật 30 2.2.5 Phương pháp xác định đặc điểm sinh lý sinh hoá chủng vi sinh vật 31 2.2.5.1 Phương pháp xác định đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hố chủng vi khuẩn 31 2.2.5.1 Phương pháp xác định đặc điểm hình thái, sinh lý sinh hố chủng nấm men 32 2.2.6 Phương pháp thử nhiệt độ, pH, nguồn C, nguồn N 36 2.2.7 Phương pháp xác định enzym ngoại bào (xenluloza, amylaza…) phương pháp khuếch tán thạch 38 2.2.8 Phương pháp xác định tiêu hoá lý 38 2.2.9 Phương pháp xác định nitơ tổng số 38 2.2.10 Phương pháp xác định photpho tổng số 39 2.2.11 Phương pháp xác định SV30 (solid value 30) 40 2.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM SẠCH NƯỚC THẢI CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN 40 2.3.1 Đánh giá khả làm nước thải chủng vi sinh vật riêng biệt 40 2.3.2 Đánh giá khả làm nước thải hỗn hợp chủng vi sinh vật tuyển chọn giá trị COD nước thải khác 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI DỨA CỦA CÔNG TY THỰC PHẨM ĐỒNG GIAO TRƯỚC KHI XỬ LÝ 42 3.1.1 Các tiêu hoá lý 42 3.1.2 Đánh giá khu hệ vi sinh môi trường nước thải dứa 42 3.2 PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT 43 3.3 ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN 44 3.3.1 Đặc điểm sinh học chủng nấm men tuyển chọn 44 3.3.1.1 Đặc điểm hình thái 44 3.3.1.2 Xác định đặc tính sinh lý sinh hóa chủng NM 48 3.3.2 Đặc điểm sinh học chủng vi khuẩn tuyển chọn 51 3.3.2.1 Đặc điển hình thái chủng vi khuẩn tuyển chọn 51 3.3.2.2 Xác định đặc tính sinh lý sinh hóa chủng VK 53 3.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN 55 3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng chủng nấm men 55 3.4.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 55 3.4.1.2 Ảnh hưởng pH 57 3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng chủng vi khuẩn 59 3.4.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 59 3.4.2.2 Ảnh hưởng pH 60 3.4.2.3 Ảnh hưởng nguồn cacbon 61 3.4.2.4 Ảnh hưởng nguồn nitơ lên sinh trưởng sinh tổng hợp enzym chủng VK tuyển chọn 65 3.5 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN 68 3.5.1 Đánh giá khả xử lý nước thải chế biến dứa chủng vi sinh vật tuyển chọn 68 3.5.2 Thí nghiệm với thể tích 200 ml/bình 70 3.5.3 Thí nghiệm với thể tích 2500ml/bình 72 3.5.4 Thí nghiệm với thể tích 20 lit/mẻ 74 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 4.1 KẾT LUẬN 77 KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC I 84 PHỤ LỤC II 87 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hoá học nước ép dứa Bảng 1.2 Các nhà máy chế biến dứa rau Việt Nam Bảng 3.1 Đánh giá khu hệ vi sinh vật có môi trường nước thải dứa 43 Bảng 3.2 Đặc điểm sinh học chủng nấm men tuyển chọn 46 Bảng 3.3 Khả lên men loại đường chủng NM tuyển chọn 48 Bảng 3.4 Khả đồng hoá nguồn cacbon chủng nấm men 50 Bảng 3.5 Đặc điểm hình thái chủng VK tuyển chọn 51 Bảng 3.6 Đặc điểm sinh lý-sinh hóa chủng VK 53 Bảng 3.7 Khả sử dụng đường chủng VK tuyển chọn 54 Bảng 3.8 Mật độ tế bào (OD) chủng nấm men tuyển chọn pH khác 57 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH ban đầu lên sinh trưởng chủng VK 60 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nguồn cacbon lên sinh trưởng chủng VK 62 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nguồn cacbon đến khả sinh tổng hợp xenlulaza chủng VK tuyển chọn 63 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nguồn cacbon đến khả sinh tổng hợp enzym thuỷ phân CMC-Na 63 Bảng 3.13 Ảnh hưởng nguồn cacbon đến khả sinh tổng hợp amylaza chủng VK tuyển chọn 64 Bảng 3.14 Ảnh hưởng nguồn nitơ đến khả sinh trưởng chủng VK 65 Bảng 3.15 Ảnh hưởng nguồn nitơ đến khả sinh tổng hợp xenlulaza chủng VK tuyển chọn 66 Bảng 3.16 Ảnh hưởng nguồn nitơ đến khả sinh tổng hợp enzym thuỷ phân CMC-Na 66 Bảng 3.17 Đánh giá khả xử lý nước thải chủng nấm men 69 Bảng 3.18 Đánh giá khả xử lý nước thải chủng vi khuẩn 69 Bảng 3.19 Kết xử lý nước thải với thể tích 200 ml/bình 71 Bảng3.20 Chất lượng nước thải trình xử lý với thể tích 2,5 lit/bình 73 Bảng 3.21 Kết phân tích chất lượng nước thải xử lý với thể tích 20 lit/thùng 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình1.1 Quy trình cơng nghệ chế biến dứa có sử dụng enzym Hình1.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải công ty Thực phẩm xuất Đồng Giao 17 Hình 1.3 Sự thay đổi chất sinh học trình BOD 19 Hình 3.1 Hình thái tế bào vi sinh vật tuyển chọn 44 Hình 3.2 Tế bào nấm men soi tươi kính hiển vi quang học 45 Hình 3.3 Khuẩn lạc chủng nấm men tuyển chọn sau 14 ngày nuôi cấy 47 Hình 3.4 Khuẩn lạc chủng VK tuyển chọn 52 Hình 3.5 Ảnh nhuộm capsule, gram chủng DII17 52 Hình 3.6 Ảnh nhuộm capsule, gram chủng DIII6 52 Hình 3.7 Khuẩn lạc chủng nấm men nuôi nhiệt độ khác 56 Hình 3.8 Ảnh hưởng pH lên sinh trưởng chủng nấm men 58 Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ lên sinh trưởng chủng VK 59 Hình 3.10 Ảnh hưởng pH ban đầu lên sinh trưởng chủng VK 61 Hình 3.11 Hoạt tính xenlulaza chủng VK ni môi trường CMC-Na 63 Hình 3.12 Hoạt tính amylaza chủng VK ni mơi trường tinh bột 64 Hình 3.13 Hoạt tính CMC-Na chủng DIII6 ni nguồn nitơ khác 67 Hình 3.14 Nước thải sau xử lý với thể tích 200ml/bình 70 Hình 3.15 Dịch nước thải sau xử lý với dung tích 2500ml/bình 74 TĨM TẮT Q trình chế biến dứa thường tạo khối lượng lớn chất thải rắn chất thải lỏng, cần phải xử lý trước thải môi trường ttự nhiên Nước thải trình chế biến dứa chứa hàm lượng chất hữu cao chủ yếu đường, axit hữu xenluloza Những hợp chất nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không xử lý hợp lý Dựa vào khả phân huỷ mạnh hợp chất hữu vi sinh vật, phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn (DII17 DIII6) có khả phân huỷ xenluloza hai chủng nấm men (H5, H7) có khả sử dụng đường axit hữu có mơi trường nước thải dứa Để đánh giá khả làm nước thải quy mơ phịng thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành thể tích 200 ml với pH ban đầu 4,2 COD 1533 mg/l, bổ xung chủng vi sinh vật tuyển chọn, xử lý điều kiện nhiệt độ 300C, lắc 220 vòng/phút Sau 72 xử lý, COD nước thải giảm 94% Trong khí mẫu đối chứng COD giảm 37% Kết thí nghiệm sử dụng bùn hoạt tính có chứa vi sinh vật tuyển chọn để xử lý nước thải dứa giá trị COD khác cho thấy nồng độ COD từ 1670 đến 2520 khả xử lý chủng vi sinh vật tốt Thí nghiệm tiếp tục tiến hành thể tích 20 lit/mẻ, sau 72 xử lý COD nước thải dứa giảm xuống khoảng 100 mg/lit, pH nước thải sau trình xử lý tăng từ 3,85 lên 8,50, Như vậy, chủng vi sinh vật tuyển chọn sử dụng để xử lý nước thải trình chế biến dứa Từ khoá: sử lý nước thải, dứa, vi khuẩn, nấm men Abstract The canning process of pineapple fruit ussually generates a huge amount of solid and liquid waste that should be proper treated before relaesed in to the inveronment Wastewater from the processing of fruit is ussually high in organic components such as sugars, organic acids, cellulose and can cause serios pollution if released into the environment wthout proper treatment The ability of yeasts strains (H5 and H7) utilizing soluble sugars and organic acids and bacterial strains (X3, X7) degrading cellulose, leads us to apply them in treatment of pineapple wastewater The bath process for cultivating above microorganisms for reducing COD of pipeapple wastewater was carried out A volume of 200ml unsteriled pipeapple wastewater with initial pH 4,2 and COD 1534mg/litter, and inoculated with the yeast strains and bacterial strains With shaking 220rpm/min within 72h, the experement addition inoculated microbial strains could removed 94% of COD from wastewater, meanwhile the experiment without inoculated microbial strains removed only 37% of COD The result of experiment using activated slugde from mixture of seleted bacterial and yeast strains showed that, the quality of treated pineapple wastewater was stabilized after 72th hour, COD reduced from 2520mg/l to about 100mg/l These selected bacterial strains and yeasts strains will be applying pineapple wastewater in the future Key word: treatment wastewater, pineapple, bacteria, yeasts for treatment MỞ ĐẦU Cùng với tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật giới, đời sống người ngày cải thiện nhu cầu người vật chất tinh thần ngày tăng cao Bên cạnh phát triển chóng mặt ngành cơng nghệ viễn thơng, tin học ngành cơng nghệ chế biến thực phẩm phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu sống Tuy nhiên bên cạnh thành tựu đạt sản lượng tăng, số lượng mặt hàng ngày phong phú, chất lượng hàng hóa ngày cải thiện vấn đề xúc xử lý nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm Khác với ngành công nghiệp khác đặc thù nước thải nhà máy chế biến thực phẩm có hàm lượng chất hữu cao Nếu thải trực tiếp môi trường không qua xử lý nguồn gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng Cũng nhà máy chế biến thực phẩm khác, nước thải nhà máy chế biến đồ hộp rau có hàm lượng chất hữu cao loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza, …, nguồn dinh dưỡng thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật phát triển Sự phát triển loài vi sinh vật mơi trường nước thải khơng có kiểm soát người thường diễn điều kiện thiếu khí, nên chúng thường sinh sản phẩm trung gian như: SH2, CH 4, NH4+… hợp chất độc hại cho môi trường sống Do vậy, nước thải thực phẩm cần phải xử lý trước thải mơi trường tự nhiên Có nhiều phương pháp xử lý nước thải khác như: phương pháp học, hoá lý, hoá học sinh học Tuy nhiên, nước thải thực phẩm phương pháp sinh học có hiệu cả, vi sinh vật phân hủy nhanh hợp chất hữu cơ, Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Hoà