Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu chế tạo chế phẩm chưa vi sinh vật ưa ấm nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm

và sinhhọc, ở giai đoạn này các thành phần chính của nước thải sẽ được xử lý, trong các quá trình diễn ra ở bước 2, hoạt động của vi sinh vật trong bề sinh học có vai trò then chốt; Bước

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

SHOGHN

BAO CAO TONG KET

KET QUA THUC HIEN DE TAI KH&CN

CAP DAI HỌC QUOC GIA

Tén dé tai:

NGHIEN CUU CHE TAO CHE PHAM CHUA VI SINH VAT UA AM

NHAM NANG CAO HIEU QUA XU LY NUOC THAI DET NHUOM

Mã số đề tài: QG.21.22

Chú nhiệm đề tài: TS Trần Thị Huyền Nga

Hà Nội, 2024

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NOI

BAO CAO TONG KET

KET QUA THUC HIEN DE TAI KH&CN

CAP DAI HOC QUOC GIA

Tén dé tai:

NGHIÊN CUU CHE TAO CHE PHAM CHUA VI SINH VAT ƯA AM

NHẰM NÂNG CAO HIEU QUA XỬ LÝ NƯỚC THAI DET NHUỘM

PHAN I THONG TIN CHUNG

1.1 Tên dé tài: Nghiên cứu chê tạo chê phâm chứa vi sinh vật ưa âm nhăm nang cao hiệu

quả xử lý nước thải dệt nhuộm

1.2 Mã số: QG.21.22

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT |Chức danh, học vị, họ và tên Don vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 |TS Trần Thị Huyền Nga Truong ĐHKHTN-|Chủ nhiệm đề tài, chịu trách

Thanh vién thuc hién chinh

DHKHTN-DHQGHN

Thanh vién thuc hién chinh

6 |TS Đỗ Thị Liên Viện Công nghệ Sinh

9 [ThS Lê Hương Giang Trường ĐHKHTN-[Thành viên

ĐHQGHN

10 JHVCH Trường ĐHKHTN-|Thành viên

DHQGHN

1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

1.5 Thời gian thực hiện: 24 tháng, từ tháng 4/2021 đến tháng 4/2023

1.5.1 Theo hợp đồng: _ từ tháng 4 năm 2021 đến tháng 4 năm 2023

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 4 năm 2024

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 4 năm 2021 đến tháng 4 năm 2024

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tong kinh phí được phê duyệt của đề tài: 280 triệu đồng.

PHAN II TONG QUAN KET QUÁ NGHIÊN CỨU

Viết theo cau trúc một bài báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sẽ đượcđăng trên tạp chí khoa học ĐHQGHN sau khi đề tài được nghiệm thu), nội dung gồm cácphần:

1 Đặt vấn đề

Nước thải ngành dệt nhuộm nói chung rất phức tạp và đa dạng với rất nhiều loại hóa chấtđặc trưng như thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện giải, tinh bột, các chất bị oxyhóa, các tạp chất tách ra từ sợi vải bao gồm dầu mỡ, tạp chất chứa nitơ, và các hạt bụi ban

bám vào sợi (chiếm 6% trọng lượng soi), Độ phức tạp của nước thải này còn thể hiện ở

pH kiềm, BOD, COD, chất lơ lửng SS và độ màu cao, đặc biệt có nhiệt độ khá cao khi phátthai ra ngoài (Bhattacharya và cộng sự, 2017) Nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất détnhuộm thông thường khoảng 12-300m/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nau tay, do

đó, với quy mô và sự phát triển của ngành công nghiệp dệt nhuộm trong mô hình phát triểnkinh tế tại Việt Nam thời gian qua, lưu lượng phát sinh nước thải từ ngành công nghiệp đệtnhuộm rat lớn, có thé là tác nhân gây suy thoái môi trường và bệnh tật cho con người Cácđộc chất trong nước thải dệt nhuộm nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng conđường trực tiếp hay gián tiếp, sẽ tích luỹ trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm

trọng như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thu, (Wei và cộng sự 2020).

Các hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm phổ biến bao gồm 3 công đoạn Bước 1 bao gồm

khâu tiền xử lý, xử lý sơ bộ chất thải thô, tháp giải nhiệt để hạ nhiệt độ nước thải về điều

kiện môi trường thông thường cho các bước xử lý tiếp theo; Bước 2 có thé kết hợp các quátrình lý hóa (lăng, lọc), hóa học (keo tụ tủa bông, hấp phụ, oxy hoá, trung hoà ) và sinhhọc, ở giai đoạn này các thành phần chính của nước thải sẽ được xử lý, trong các quá trình

diễn ra ở bước 2, hoạt động của vi sinh vật trong bề sinh học có vai trò then chốt; Bước 3 là

bước khử trùng và vi lọc cuối cùng nhằm đảm bảo các chỉ tiêu đầu ra của nước thải trước

2

khi thải ra môi trường (Singh và cộng sự 2017) Quá trình xử lý sinh học thường được đặt

sau tháp giải nhiệt dé cân bằng nhiệt độ của hệ thống và sau quá trình hóa lý dé đảm bảo sự

ồn định của các chat ô nhiễm trong bề, giúp ích cho quá trình xử lý vi sinh Tuy nhiên, trênthực tế, trong nhiều hệ thống xử lý nước thải dét nhuộm ở Việt Nam hiện nay, tháp giảinhiệt không cho thấy hiệu quả làm mát như mong muốn, nhiệt độ qua bề lý hóa chuyền sang

bể vi sinh có thé đạt tới 45 °C, thậm chí có ngày lên tới 50 °C Nhiệt độ cao ảnh hưởng rấtlớn đến khả năng thích nghi và tồn tại của vi sinh vật trong bể, có thé dẫn đến hiện tượngbùn chết và hiệu quả xử lý thấp Vì vậy, việc phát triển nhóm vi sinh vật có nhiệt độ sinhtrưởng và phát triển tốt ở 35 — 45 °C có thé giải quyết được van dé này Nhà máy tiết kiệm

chi phí đầu tư bố sung công nghệ vào tháp giải nhiệt Các nhóm vi sinh vật phân lập từ môi

trường, chịu được nhiệt độ 35-45°C cũng đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và ứngdụng vào thực tế ở Việt Nam nên có tiềm năng ứng dụng vào bé sinh học, đem lại nhiều ýnghĩa khoa học và thực tiễn Trong số các nhóm vi sinh vật chịu nhiệt đã được ứng dụng, vikhuan tia quang hợp là một trong những nhóm có nhiều đặc tính đáng chú ý như khả năngphân giải các hợp chất khó phân hủy, chịu được giải nhiệt độ rộng, nồng độ muối cao,

(Imhoff, 1989).

Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là nhóm vi khuẩn có khả năng sinh trưởng trong điềukiện ky khí bằng cách quang hợp, có chứa sắc tố quang hợp bacteriochlorophyll (Bchl),phân bồ rộng rãi trong tự nhiên, là nhóm vi khuẩn quang dưỡng, sống ky khí hoặc ky khí

tùy tiện trong môi trường có ánh sáng VKTQH đã được chứng minh khả năng loại bỏ các

chất ô nhiễm khác nhau như kim loại nặng, chất dinh dưỡng và thuốc nhuộm khỏi nước thải

(Talaiekhozai và Rezania, 2017) Nhóm vi khuan này có kha năng chống chịu các điều kiệnvật lý và hóa học bao gồm các nguồn mặn, nhiệt độ, pH, cacbon và nitơ Chúng có tiềm

năng ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước thải dệt may (Srisuwun và cộng sự, 2018).

VKTQH đã được các nhà nghiên cứu khác sử dụng để xử lý các loại nước thải khác nhaunhư nước thải từ sữa, nước thải cống, nước thải nhà máy chế biến 6 liu, nước thải lò giết mồgia cầm, nước thải dược phẩm (Lin và cộng sự 2011)

2 Mục tiêu

Chế tạo chế phẩm chứa vi sinh vật ưa ấm, ứng dụng chế pham vi sinh vật thu được vào bước

xử lý sinh học trong hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm có nhiệt độ ấm nhằm nâng cao hiệuquả xử lý và tiết kiệm chỉ phí

3 Nguyên vật liệu, thiết bi, dụng cụ, hoá chất và phương pháp nghiên cứu

3.1 Nguyên vật liệu, đối tượng nghiên cứu

Mẫu nước thải được thu thập tại Công ty dệt may Nam Định tỉnh Nam Định, tọa độ

20o21'2347B và 106o06°03,9”E Mẫu được lay vào thang 7, tại bé xử lý sinh học khi nhiệt

3

độ trung bình trong nước thải là 45 - 50 °C phù hợp để phân lập vi sinh vật ưa ấm Mẫu

được bảo quản ở 4°C cho đến khi tiến hành thí nghiệm

Soi keramzit: có các lỗ rong nhỏ va kín, xương va vỏ vững chắc va xôp, có trọng lượng

nhẹ nên có thê nôi lơ lửng trong môi trường nước.

Hệ thống xử lý sinh học bằng thuỷ tinh, nhựa 50 lít

3.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

Các thiết bị máy móc được sử dụng là các thiết bị trong Phòng Công nghệ sinh học môi

trường, Viện Công nghệ sinh học — Viện Hàn lâm Khoa hoc và Công nghệ Việt Nam,

Phong thí nghiệm Phân tích môi trường, Khoa Môi trường, Trường DHKHTN.

Tủ nuôi cấy vi sinh (Binder, Đức), Máy quang phổ NOVASPEC II (Anh), Cân phântích (Mettler toldo, Thụy Si), Máy ly tâm (Đức), Lò vi sóng, Máy lắc, Box cấy Biocyt ESIFlufrance (Pháp), Máy khử trùng, Micropipet các loại, Ong dong, Bình định mức, Cốc thủy

tinh, Đũa thủy tinh, Dia petri, Bình thủy tinh, bình tam giác

3.3 Hoa chat, môi trường nuôi cay vi sinh vật

- Hoa chat: Succinate — Na, glucose, acetate, cao nâm men, pepton, metanol, glycerol,

formate, mudi cua Na, Mg, Ca va các chat khoáng, nước cat và các chat khác đảm bao độ

tinh sạch cho kết quả nghiên cứu đáng tin cậy.

- Môi trường DSMZ 27: Cao nam men (0,3 g/l); succinate - Na (1 g/l); acetate (0,5 g/l);

KzHPO¿ (1g/l); KH2PO4 (0,5 g/l); MgSO4.7H20 (0.4 g/l); CaCl2.2H20 (0,05 g/l); NHaCI

(0,4 g/l); vi lượng SLs (1 ml/1); dung dich vitamin B¡› (0,4 m1/I); Nước cất (1000 ml); NaCl

(20 g/l); pH (6,8) Dung dịch vi lượng SLs (mg/l): HCl (25%) (6,5 m1/l; FeCl2.4H20 (1,5 g/l); H3BO3 (0,3 g/l); MnCl2.2H20 (0,03 g/l); CoClz.6H20 (0,2 g/l); ZnSO4 7 HaO (0,1 g/1);

CuCh.2 H›O (17 mg/l); NiC12.6H2O (24 mg/l); NaaMoO¿.2 H2O (36 mg/l), Nước cất (993

ml) Dung dich vitamin B12: 10 mg trong 100 ml nước cất sau đó được lọc bằng màng loc

vô trùng (kích thước 0,2 um, Merck) và bé sung vào môi trường trước khi sử dung

Môi trường DSMZ 27 cải tiến có bổ sung 1,4 g Glutamat và 0,6 g Malate thay succinate

-Na (1 g/l); acetate (0,5 g/l).

3.4 Phuong pháp nuôi cấy vi khuẩn tia quang hợp dé phân lập vi khuẩn

- Trong phòng thí nghiệm: VKTQH được muôi trong ống thủy tinh có nắp đậy cao su hoặctrong các bình thủy tinh hình trụ có thé tích chứa dịch môi trường DSMZ 27 Môi trườngtrong các bình và các ống thủy tinh được sục khí nitơ qua màng lọc vô trùng thay thế khíoxy trong môi trường sao cho nồng độ oxy hòa tan~ 0 mg/l Giỗng VKTQH được nuôitrong ống thủy tinh V= 12 ml hoặc bình thủy tinh V=100 ml chứa môi trường DSMZ 27 ởđiều kiện ky khí, sáng và khi sinh trưởng của chúng ở pha log với mật độ tế bào khoảng

4

10°thi được cấy vào bình thí nghiệm khoảng 5 - 10% (v/v) dé đạt mật độ ban dau ODsookhoảng 0,1 và bổ sung hàm lượng sulfide là 10 mgS7/1 dé theo dõi sinh trưởng và hoạt

tính loại bỏ sulfide (xác định thông qua hàm lượng sulfide còn lại trong môi trường nuôi)

của các chủng VKTQH.

- Ngoài tự nhiên: VKTQH được nuôi trong các bình nhựa trong với các thé tích khác nhau:500ml, 1,5 1, 51 hoặc bể có thé tích 1001 đến Im° VKTQH được nuôi trên môi trườngDSMZ 27 cải tiến và bổ sung 1g đậu tương, đặt ở ngoài trời và có khuấy dao

3.5 Đánh giá sinh trưởng và xác định mật độ của VKTQH

- Sự sinh trưởng của các chủng VKTQH được đánh giá bang cách xác định độ hấp phụcực đại của dịch huyền phù tế bao tại bước sóng 800 nm (ODgo00), vì trong tế bào VKTQHchứa Bchl có cực đại hấp thụ ở 800 nm và độ hap thụ này ty lệ với hàm lượng Bchl và dovậy tỷ lệ thuận với sinh khối của tế bào Các chỉ số này được đo trên máy quang phổNovaspec II hoặc máy quang phổ UV - 1650PC

- Mật độ được xác định theo phương pháp pha loãng như sau: mẫu được pha loãng liên

tục bằng nước cat vô trùng với độ pha loãng từ 10! đến 10' Dùng pipet vô trùng lấy 50 pldung dịch ở các nồng độ thích hợp nhỏ lên bề mặt đĩa thạch chứa môi trường DSMZ 27.Dùng que gạt vô trùng dàn đều dịch đó trên mặt thạch Đặt các đĩa thạch chứa mẫu VKTQHtrong điều kiện khí quyền nito, đưới ánh sáng đèn sợi đốt 60w, tiến hành đếm số khuẩn lạc

Sau 5 -7 ngày.

Số lượng khuẩn lạc xuất hiện trên đĩa được đếm và tính theo công thức:

N= a x1/vxn (CFU/ml)

Trong đó: n là độ pha loãng mẫu, a là số khuẩn lạc đếm được trên bề mặt đĩa thạch,

v là thé tích mẫu được cay, 1/v thể tích mẫu qui về 1 ml

3.6 Phương pháp xác định khả năng tạo biofilm của các chủng vỉ khuẩn

Đề đánh giá khả năng tạo màng sinh học của các chủng vi khuân phân lập được, quy trìnhđược tiến hành khi đưa chủng nuôi cấy non vào môi trường DSMZ 27 lỏng Màng sinh họctạo thành sẽ được rửa bằng nước cất vô trùng dé loại bỏ hoàn toàn môi trường nuôi cấy và

có định bằng dung dich tím tinh thể 0,1 % Màng hình thành này sẽ được rửa lại bằng

DMSO và đo ở bước sóng 590 nm Các chủng có mật độ quang học cao sẽ được lựa chọn (Morikawa (2006).

3.7 Phương pháp chụp ảnh hiễn vi điện tử quét (scanning electron microscopy)

SEM là một kỹ thuật kiểm tra / phân tích không phá hủy có nhiều ưu việt, sử dụngmột đầu dò là chùm điện tử (electron), quét trên bề mặt mẫu, xuống độ phân giải thang nm.Kính hiển vi điện tử quét SEM tạo hình anh có độ phóng đại lớn (hàng chục nghìn, hangtrăm nghìn lần), độ phân giải cao Sinh khối của các chủng vi khuẩn sau khi được làm sạch

5

sẽ được đặt nhẹ nhàng lên đĩa thuỷ tinh có phủ poly-L-lysine Sau đó, màng sẽ được cô địnhbang glutaraldehyde và OsOa; sử dụng dung môi có chứa ethanol, isoamyl acetate và CO?

để loại nước còn lại trong biofilm; sau đó phủ plantinium để quan sát đưới kính hiển vi điện

tử quét.

3.8 Tách chiết DNA của vi khuẩn tía quang hợp

Các chủng VKTQH được nuôi cấy trong môi trường DSMZ-27 trong khí nitơ và đặtdưới ánh đèn sợi đốt trong 3 — 4 ngày đến khi OD800 đạt 0,8 — 1 thì DNA của chúng đượctách ra theo quy trình được hướng dẫn, gồm các bước thuỷ phân protein, chiết xuất ADN,

tủa, lọc va thu được ADN tinh sạch DNA được hoà tan trong 30uL TAE 50X và bảo quản

mẫu ở tủ lạnh sâu.

3.9 Phương pháp PCR

Trong phản ứng PCR có các thành phan sau: 8,5 uL nước deion, 12,5 uL master mix,

1 uL mỗi xuôi (10 ng), 1 pL mỗi ngược (10ng), 2 pL mẫu

Chu trình nhiệt tiến hành phản ứng PCR nhân gen 16S rADN: 95°C/5 phút; 30 chu kỳ

(95°C/50 giây; 55,8°C/45 giây; 72°C/ 90 giây); 72°C/7 phút trong 40 chu kỳ.

3.10 Phương pháp điện di DNA trên gel agarose

Gel agarose 1% được chuẩn bị, mau DNA được trộn với 3 uL thuốc nhuộm (loadingdye) và tra vào các giếng nhỏ và tra chỉ thị phân tử DNA chuẩn dé xác định kích thước phan

tử của mẫu DNA trên bản gel Chạy điện di với điện thế 100V trong 35 phút Sau khi kết

thúc quá trình điện di, đưa bản gel vào nhuộm trong Ethidium bromide trong 10 phút bản

gel được rửa lại bằng nước và mang đi quan sát dưới ánh sáng tử ngoại 254nm trên máy soi

DNA và chụp ảnh.

3.11 Phương pháp chế tạo chế phẩm chứa vi sinh vật ưa 4m QG8

Từ các chủng vi sinh vật phân lập được, các chung vi khuẩn đã được sảng lọc và 02 chủng

có hoạt tính tao mang sinh học tốt, có chứa sắc tố bacteriochlorophyll, có khả năng sinhtrưởng tốt trong điều kiện nhiệt độ 4m 35 — 55°C đã được lựa chọn, được mã hoá là chủngDN8, DN62 Hai chủng này đã được đánh giá tính đối kháng khi sinh trưởng cùng nhautrong môi trường nước thải cho thấy không có sự đối kháng

Sinh khối vi sinh vật được nhân giống nếu mật độ tế bào trong các bình giống đạt 10°CFU/ml, dich vi khuẩn tia có màu đỏ nâu đến đỏ tia, rồi phối trộn với chất mang là sỏi

10Ẻ-nhẹ keramizit theo tỷ lệ tương ứng 1:10 (thê tích/trọng lượng), sau khi trộn đều, chờ lên men

sau 48h dé vi sinh vật bám dính, tạo màng sinh học, đảm bảo cho việc thích nghi va ton tạicủa vi sinh vật, thu được sản phẩm phối trộn QG8

3.12 Thử nghiệm khả năng nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm

6

Nước thải được thu từ Công ty dệt may Nam Dinh, được đưa vào hệ thống xử lý sinhhọc bằng hệ thống xử lý 50 lít, theo mẻ (mô hình xử lý ở Hình 8) Điều kiện hoạt động của

hệ được dam bảo ở nhiệt độ 45-55°C, DO tự nhiên, theo dõi và đánh giá một số đặc tính như

pH, độ màu, BOD5, COD, TSS, cyanide, clo, crom VI và chất hoạt động bề mặt sau 3,5,7

ngày xử lý Hệ thống được bồ sung chế phẩm QG8 một lần duy nhất với tỉ lệ b6 sung là

1:10 (trọng lượng chế pham/thé tích nước xử lý)

3.13 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

Chất lượng nước trước và sau xử lý sinh học được đánh giá bằng một số đặc tính như

pH, độ màu, BODS, COD, TSS, cyanide, clo, crom VI va chat hoat động bề mặt theophương pháp tiêu chuẩn (Rice và cộng sự 2012)

4 Kết quả nghiên cứu

4.1 Kết quả phân lập và sàng lọc các chúng vi khuẩn tia quang hop

Từ các mẫu nước thải dệt nhuộm tại nhà máy dệt nhuộm Nam Dinh, đã phân lập được 5

chủng vi khuẩn ưa ấm được ký hiệu là DN1, DN2, DN8, DN61, DN62, trong đó 02 chủng

DN8, DN62 có các đặc điểm hình thái khuẩn lạc được mô tả tròn, bề mặt lồi, khô, màu đỏ

tia, đường kính d ~ 1 — 2 mm Khi so sánh với hình thái khuan lạc của các chủng vi khuẩn

tia quang hop đã được công bố cho thay đây là những đặc điểm cơ bản của nhóm vi khuẩntia quang hợp Kết quả được thé hiện ở Hình 1.

4.2 Do phố hấp phụ huỳnh quang của chủng DN8, DN62

Các chủng vi khuẩn tia quang hợp được biết đến bởi khả năng quang tự dưỡng bằngsắc tố bacteriochlorophyll, do đó có thé khang định sự có mặt của các chủng vi khuẩn tia

quang hợp qua việc xác định độ hấp phụ huỳnh quang của bacteriochlorophyll Kết quả xác

định phô hấp phụ bacteriochlorophyll trong vùng 400 — 900 nm được thé hiện trên Hình 2

Prok Fie L5 Wize Boned [Re Sea:

a b

Hinh 2: a) Phé hap phu bacteriochlorophyll cua chung DN8

b) Phé hap phụ bacteriochlorophyll DN62Kết qua cho thấy chủng chủng DN8 có cực đại tại bước sóng 807 va 870nm va DN62 cócực đại tại 441,5; 499; 529; 592,5: 807; 870 nm đều ở vùng 800 — 890 nm đặc trưng chobacteriochlorophyll a Kết qua này cho thay chủng DN 8 và DN62 có chứa Behl a (Trueper

và cộng sự 1982).

4.3 Đánh giá khả năng tạo màng sinh học của các chúng phân lập được

Kha năng tạo mang sinh hoc là một trong các đặc tính quan trọng đáng chú ý của nhóm vi

khuẩn tía quang hợp bởi chúng liên quan đến quá trình hình thành chất hoạt động bề mặt,tạo khả năng bám dính, tham gia vào quá trình chuyền hoá, phân giải hay hấp phụ các vậtchất Hơn nữa khả năng tạo màng sinh học cũng liên quan mật thiết đến kha năng thích nghỉvới điều kiện môi trường khắc nghiệt của nhóm vi sinh vật này Các chủng vi khuẩn này đã

được đánh giá khả năng tạo màng sinh học theo phương pháp của Morikawa và cộng sự

(2006) Kết quả được trình bày ở Hình 3

Từ kết quả ở Hình 3, chủng P23 là chủng đối chứng dương, được nhóm nghiên cứu của GS.Morikawa tặng và chủng này đã được công bố là có khả năng tạo màng sinh học tất tốt(Morikawa và cộng sự 2006) Cả 5 chủng lựa chọn đều có khả năng tạo màng sinh học tốt,

chủng DN8 và DN62 thé hiện kha năng tạo mang sinh học cao gấp 2 lần so với chủng P23,

do đó 2 chủng này được lựa chọn cho nghiên cứu tiếp theo

Hình 3 Khả năng tạo màng sinh học của các chủng đã phân lập được

4.4 Xác định trình tự gen 16S — rDNA của các ching lựa chọn DN8, DN62

ga Km aestuartt JAZIGT (AMT48976)

e1 Rhodobacter maris JAI (AM 745438)

7——_ Rhodobacter viridis JAT37T (HEST2577)

tủ _— Rhodobacter capsulatus ATCC 11166 (D16428)

Rhodobacter tardus CYT- Lũ (ME209063)

7

5

1B so ee flageilatus SYSU CiH130BB [MTML74I L1)

a Rhodobacter thermanrunt (RY 608050)

Rhodobacter jolrti LR586790)

ta | | Rhodobacter spaeroides DNB

100 | Rhodobacter Sphaeroides JAL93 (MN605656)

Rhodopreudamonas julia (ABOSTT20)

100 (~ Ahodopreudomonas pangengersis 1A310T (AM0302631

1 Rhodopsendomonas preudopalustris DSM 123 (AB498818)

E -Rhodopreudomonas faecalis pc (AF 1230851

57 Rhodopseudomonas rheiobacensis (ABO87719)

đứt

Hình 4 Cây phát sinh chủng loại dựa trên trình tự 16S rDNA của chủng, DN8,

DN62 với các loài có quan hệ gan gũi, sử dụng phan mềm MEGAX với phương pháp phân

tích Neighbor- Joining Giá tri bootstrap (%) dựa trên 1.000 lần lặp

Đề định danh phân loại chủng vi khuẩn DN8, DN62, trình tự đoạn gen 16S rDNA đãđược phân tích và so sánh trên ngân hàng dữ liệu Kết quả cho thấy theo cơ sở đữ liệu

9

Eztax, trình tự 16S rDNA của chủng DN8 có tương đồng cao nhất với Rhodobacter

spaeroides còn chủng DN62 có độ tương đồng cao nhất (100%) so với trình tự 16S rDNA

của chủng chuẩn Rhodopseudomonas palustris MP4 (MK 788359) (Hình 4)

Rhodopseudomonas palustris là chủng có sắc tô đỏ đến nâu đỏ, hình que chúng đã đượctìm thấy ở các vùng địa lý khác nhau trên thế giới, trong tế bào của chúng đều có chứacarotenoid và bacteriochlorophyll Hai chủng này có đặc điểm hình thái tương đồng nhau,

nhưng điểm khác nhau cơ bản là nhu cầu sử dung NaCl cho sinh trưởng và có sự khác biệt

lớn nhất đó là trình tự nucleotide của gen 16S-rDNA Chủng này đã được ứng dụng rộng rãitrong xử lý nước thải và nuôi trồng thủy sản Điều này càng khăng định được rằng so vớinhững chủng khác, chủng DN62 rat có tiềm năng trong xử lý nước thải dét nhuộm

4.5 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, tạo mang sinh học của 02 ching vi

khuẩn DN8, DN62

Để phục vu cho việc tạo chế phẩm chứa vi khuẩn tia quang hop hỗ trợ hiệu qua cho qua

trình xử lý nước thải, sản xuất sinh khối chứa VKTQH là bước quan trọng được nghiên cứu

tiếp theo VKTQH sinh trưởng phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH và lượng chất dinh dưỡngtrong môi trường Màng sinh học của VKTQH có thé bị giảm khi chất dinh dưỡng bị thiếu

hụt (Talaiekhozani và Rezania, 2017) Vì vậy, hai chủng DN8, DN62 được đánh giá ảnh

hưởng của nhiệt độ, pH và nồng độ NaCl, nguồn dinh dưỡng đến khả năng hình thành mang

sinh học của chúng Kết quả sau 3 ngày ủ được thé hiện lần lượt ở Hình 5 Từ kết quả thu

được, các chủng DN8 và DN62 hình thành màng sinh học tốt Có thể giải thích rằng ở loạimàng sinh học, sinh vật dé dàng vượt qua các điều kiện hạn chế (Morikawa và cộng sự,

2006) Dé sản xuất chế phẩm chứa hỗn hợp các chủng vi khuẩn tạo 02 chủng vi khuan này

đã được đánh giá tính đối kháng cho thấy chúng không đối kháng lẫn nhau

a) bị

Corea at art at sec rc Conrad 29% “8C re = cs oe

TOT 111111180! 1g ae a ee a eA eh rổ acc et el get oh ee?

HTITITEE TTïï(TïTT"x FS ws 15% us Bw ua 15% as

Hinh 5 Anh huong cua nhiét d6, pH va nồng độ muối đến khả năng tạo màng sinh học của

2 chủng DN§8 (bên trai) và DN62 (bên phải)

10

Hình 6 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng đến khả năng tạo màng sinh học của 2 chủng

DNS (a) và DN62 (b)

4.6 Chế tao chế phẩm chứa vi sinh vật ưa ấm QG8

Chung DN8, DN62 từ ống thạch nghiêng giữ giống được nhân nuôi cho đến khi mật độ tếbao đạt khoảng 108- 10°CFU/ml Tiếp tục nhân nuôi hỗn hợp giống 120 ml sang 2 bình cóthé tích 500 ml cho đến khi mật độ tế bào đạt khoang108- 10°CFU/ml Nhân giống từ haibình thé tích 500 ml sang 2 bình nhựa trong có thể tích 51 bổ sung 5 g bột đậu tương và 5 gglutamat cho đến khi mật độ tế bào đạt khoảng10Š- 10?CFU/mI Nhân giống sang bé kính có

thể tích 50 (lit) b6 sung100 g bột đậu tương va 100 g glutamat với 10 lít hỗn hợp giống,

kiểm tra mật độ tế bào đạt khoảng108- 10°CFU Phối trộn bằng cách kết hợp dịch vi khuẩn

gốc và sỏi nhẹ keramizit Cân Ikg sỏi nhẹ keramizit đã được khử trùng ướt ở 121°C trong

30 phút dé loại các nhóm vi sinh vật ngoại lai, sau đó bồ sung 10 lít dịch vi khuẩn, khuấy

đều và dé lên men trong điều kiện nhiệt độ từ 40 đến 55°C, đảo trộn theo chu kỳ 6 giờ, thời

gian lên men trong 48 giờ, thu được chế phẩm xử lý vi khuẩn ưa 4m dùng dé xử lý nước thảidệt nhuộm Chế phẩm được sử dụng bằng cách phân phối đều trong bể sinh học của hệthống xử lý nước thải, tùy từng giai đoạn xả nước thải của nhà máy có thể bổ sung chếphẩm 1-2 lần/tuần Chế phẩm vi khuẩn ưa 4m dùng dé xử lý nước thải dét nhuộm bảo quảntrong thời gian 6 tháng, sử dụng tốt nhất trong thời gian 3 tháng ké từ ngày sản xuất

11

Theo Bảng 1, sau 07 ngày xử lý, hầu hết các chỉ số đánh giá đều đạt tiêu chuẩn theo cột A(QCVN 13:2015/BTNMT) chỉ có BOD5 va màu của nước thai, muối còn cao hơn, tuy nhiênnếu so sánh với cột B dành cho nước xả ra nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấpnước sinh hoạt thì hoàn toàn đạt tiêu chuẩn Theo số liệu phân tích, lượng cyanide, crom VỊ(Cr6+) và chất hoạt động bề mặt trong nước thải ban đầu thấp hơn quy chuẩn QCVN13:2015/BTNMT, tuy nhiên kết quả sau 7 ngày xử lý cho thấy chúng đã giảm so với banđầu Các chỉ số của nước thải dệt may như BOD, COD, TSS, clo, Crom (VI) déu giảm rõrệt Cụ thé, các chỉ số này đều giảm lần lượt là 97,3; 95,7; 88,8; 68,9 và 56,5%.

12

Bảng 1 Chất lượng nước thải trước và sau xử lý ở bể sinh học

Thời Các chỉ số đánh giá chất lượng nước Sinh khối

gian : : : (CFU/mg)

` T°| pH |Color| BODs | COD TSS | Cyanide | Chlor | Chromi Chât

(ngày) (°C) (Pt- | (mg/L)| (mg/L) |(mg/L)| (mg/L) | ine | umvi | hoạt

5 Đánh giá về các kết quả đã đạt được và kết luận

Các chủng vi sinh vật phân lập được có khả năng tạo màng sinh học tốt ở đải pH từ 4-9, cóthể sinh trưởng ở nhiệt độ từ 35-45 °C Trong 5 chủng thu được, ND8 và ND62 thé hiện khả

13

năng tạo màng sinh học cao nhất, có chứa sắc tố bacteriochlorophyll, phân tích cây chủngloại phát sinh bằng 16S-rDNA, chủng DN8 có tương đồng cao nhất với Rhodobacterspaeroides còn chủng DN62 có độ tương đồng cao nhất (100%) so với chủng chuẩn

Rhodopseudomonas palustris MP4 (MK788359) Rhodopseudomonas palustris là chủng có

sắc tố đỏ đến nâu đỏ, có chứa bacteriochlorophyll, đã được ứng dụng rộng rãi trong xử lýnước thải và nuôi trồng thủy sản

Chế phẩm chứa vi sinh vật QG8 được chế tạo từ sinh khối chủng vi sinh vat phân lập được

với mật độ tế bào vi sinh vật dạng dịch đạt 108- 10°CFU/ml, phối trộn với sỏi nhẹ keramizit Thử nghiệm chế phẩm QG8 với tỉ lệ bổ sung là 1:10 (trọng lượng chế phâm/thể tích) vào hê

thong sinh học xử ly nước thải 50 lit, ở nhiệt độ 35-45 °C, theo dõi và đánh giá một số đặctính như pH, độ màu, BOD5, COD, TSS, cyanide, clo, crom VI (Cr6+) va chat hoat động bềmặt sau 3,5,7 ngày xử lý Kết quả sau 07 ngày, hầu hết các chỉ số đánh giá đều đạt tiêuchuẩn theo cột A (QCVN 13:2015/BTNMT) trừ BODS và màu của nước thải, muối còn caohơn, tuy nhiên nếu so sánh với cột B dành cho nước xả ra nguồn tiếp nhận không dùng chomục đích cấp nước sinh hoạt thì hoàn toàn đạt tiêu chuẩn Chỉ số BOD5, COD, TSS, clo,Crom (VI) đều giảm rõ rệt, lần lượt là 97,3; 95,7; 88,8; 68,9 và 56,5% sau 7 ngày xử lý

Có thé thấy, chưa có nhiều các công bố về VKTQH ưa ấm, khả năng thích nghi tốt với điều

kiện nhiệt độ cao 35 - 45°C ứng dụng trong việc hình thành màng sinh học gan với chat

mang sinh hoc dé áp dung trong xử ly nước thai dét may Những kết quả này đưa ra mở ratriển vọng về việc phát triển một phương pháp rẻ tiền, hiệu quả và thân thiện với môi trường

để áp dụng trong xử lý nước thải đệt may khi mà hiệu quả của tháp giải nhiệt ở các hệ thống

xử lý của nhà máy thường không cao, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt độ nắng nóngvào mùa hè ở miền Bắc Việt Nam

6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Tiếng Việt

Ngày nay, ngành dét may ngày càng phát triển mạnh mẽ để phục vụ con người, song songvới đó lượng nước thải trong quá trình sản xuất ngày càng tăng Thành phần chính trongnước thải dệt nhuộm có thê là dầu mỡ, tạp chất chứa nitơ, hóa chất trong soi, thuốc nhuộm,chất tạo màu, chất hấp thụ màu, chất tây giặt Loại nước thải này có nhiệt độ cao, BOD,COD, rắn lơ lửng SS, độ màu cao có thể gây độc cho các loài thủy sinh và con người.Trong hệ thong xử lý nước thai dệt may, nếu tháp giải nhiệt hoạt động không hiệu quả thì

nhiệt độ trong bé xử lý sinh học sẽ cao, lên tới 35 - 45°C khiến bùn hoạt tính bị chết, ảnh

hưởng đến hiệu quả xử lý chất thải của toàn hệ thống Vì vậy, nghiên cứu này tập trung vào

phân lập va ứng dụng vi sinh vật ưa 4m (thuộc nhóm vi khuẩn tia quang hợp VKTQH) hình

thành mang sinh học trên chất mang dé tăng cường kha năng phân hủy sinh học của nướcthải dệt may Kết quả, đã thu được chủng DN§ có tên Rhodobacter sphaeroides và DN62

14

Rhodopseudomonas palustris, được sử dụng để tạo ra chế phâm chứa VKTQH trong hạtchất mang là sỏi nhẹ QG8 Chế pham QG8 được bé sung vào nước thải dệt may và sau 7

ngày các chỉ tiêu nước thải dệt may như BOD, COD, TSS, pH, clo, Crom (VI) giảm rõ rệt

so với QCVN 13:2015/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dét

nhuộm khi xả ra nguồn tiếp nhận Hiện nay, có rất it công bố về vi sinh vậy ưa âm tạo màng

sinh học trong nhóm vi khuẩn tia quang hợp gan trên chất mang dé ứng dụng trong xử lý

nước thải dét may Những kết quả này đưa ra gợi ý dé phát triển phương pháp rẻ tiền, hiệuquả và thân thiện với môi trường để áp dụng trong xử lý nước thải dệt may

Từ khóa: phân huỷ sinh học, mang sinh học, vi khuẩn tía quang hợp, nước thải dệt nhuộm

Tiếng Anh

Currently, the textile and garment industry are increasing remarkably to serve people, which means that the amount of wastewater in the production process is rising The origin of components in textile dyeing wastewater can be grease, nitrogen-containing impurities, chemicals in yarn, dyes, color aids, color absorbents, laundry detergents, etc This type of wastewater has alkaline pH, high temperature, BOD, COD, SS suspension and high color which is toxic to aquatic species or humans In textile wastewater treatment systems, if the cooling tower does not operate effectively, the temperature in the biological treatment tank

will be high, up to 35 - 45°C, causing the activated sludge to die, affecting the waste

treatment efficiency of the entire system Therefore, this study focused on using mesothermophilic (purple phototrophic bacteria PPB) which formed biofilm on the biocarrier to enhance biodegrading of textile wastewater As a result, the strains named

halo-Rhodobacter sphaeroides DN8 and strain Rhodopseudomonas palustris DN62 by 16S DNA

analysis were isolated and used to create a product QG8 containing PPB in cinder beads.

The carriers attached by QG8 were supplemented into textile wastewater and after 7 days,

characters of textile wastewater such as BOD, COD, TSS, pH, chlorine and Crom (VI) were reduced notably in comparison to QCVN 13:2015/BTNMT- national technical regulation on textile and dyeing industry wastewater when discharged to receiving sources To our knowledge, there are rare publications on meso-thermophilic biofilm-forming photosynthetic purple bacteria attached to biocarrier to apply in textile wastewater treatment These results give a hint to develop an in-expensive, effective and friend- ecosystem method to apply in textile wastewater treatment.

Keywords: Biodegradation, biofilm, purple phototrophic bacteria PPB, textile wastewater

15

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 A Bhattacharya, N Goyal, A Gupta, Degradation of azo dye methyl red by

alkaliphilic, halotolerant Nesterenkonia lacusekhoensis EMLA3: application in

alkaline and salt-rich dyeing effluent treatment, Extremophiles 21 (2017) 479-490.

2 F Zhang, X Guo, D.-K Qian, T Sun, W Zhang, K Dai, R.J Zeng, Decolorization

of acid Orange 7 by extreme-thermophilic mixed culture, Bioresour Technol 291

(2019) 121875.

3 F Wei, M.J Shahid, G.S.H Alnusairi, M Afzal, A Khan, M.A El-Esawi, Z Abbas,

K Wei, LE Zaheer, M Rizwan, S Ali, Implementation of floating treatment wetlands for textile wastewater management: a review, Sustainability 12 (2020)

5801, https://doi.org/10.3390/su12145801.

4 J.F Imhoff, Purple nonsulfur bacterua, in: Bergey’s Manual of Systematic

Bacteriology, 3, 1989, pp 1658-1682.

5 J Kaewsuk, W Thorasampan, M Thanuttamavong, G.T Seo, Kinetic development

and evaluation of membrane sequencing batch reactor (MSBR) with mixed cultures

photosynthetic bacteria for dairy wastewater treatment, J Environ Manage 91 (2010) 1161-1168.

6 Morikawa M, Kagihiro S, Haruki M, Takano K, Branda S, Kolter R, Kanaya S

(2006) Biofilm formation by a Bacillus subtilis strain that produces y-polyglutamate.

Microbiology 152(9): 2801-2807

7 Lin Y, Wang D, Li Q, Xiao M (2011) Mesophilic batch anaerobic co-digestion of

pulp and paper sludge and monosodium glutamate waste liquor for methane production in a bench-scale digester Bioresour Technol 2011 Feb; 102(4):3673-8.

doi:10.1016/j.biortech.2010.10.114 Epub 2010 Oct 28.

8 A Talaiekhozani, S Rezania, Application of photosynthetic bacteria for removal of

heavy metals, macro-pollutants and dye from wastewater: a review, J Water Process Eng 19 (2017) 312-321.

9 A Srisuwun, N Tantiwa, A Kuntiya, A Kawee-Ai, A Manassa, C Techapun, P.

Seesuriyachan, Decolorization of reactive red 159 by a consortium of photosynthetic

bacteria using an anaerobic sequencing batch reactor (AnSBR), Prep Biochem Biotechnol 48 (2018) 303-311.

10.R.P Singh, P.K Singh, R.L Singh, Present status of biodegradation of textile dyes,

Curr Trends Biomed Eng Biosci 3 (2017) 66-68.

11 Triiper H G Fischer U.

12.

16

PHAN III SAN PHAM, CONG BO VA KET QUA DAO TẠO CUA DE TÀI

3.1 Kết quả nghiên cứu

„ Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

TT Tên sản phầm

Đăng ký Đạt được

1 Quy trình chế tạo chế phẩm | 01 quy trình mô tả các bước | Dat

chứa vi sinh vật ưa ấm tiến hành và dụng cụ, thiết bị

hóa chất phù hợp để chế tạo chế phẩm.

2 | Chế phâm chứa vi sinh vật | 20 lít chế phẩm dạng lỏng, | Đạt

ưa ấm mật độ vi sinh vật 10° CFU/g

3 |Mô hình xử lý nước thải | 01 hệ mô hình bể phản ứng | Đạt

băng phương pháp sinh học | sinh học xử lý nước thải dệt

để thử nghiệm khả năng nhuộm có công suất

ứng dụng của chế phẩm vi | 20Hngày.đêm.

sinh vật ưa ấm trong việc

xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm

1 Công trình công bồ trên tạp chí khoa học quốc tế theo hệ thống ISI/Scopus

1.1 Tran Thi Huyen Nga, Do Thi Lien, Cung Thi} Đã in Đã thực | Đạt

Ngoc Mai, Pham Kien Cuong, hiện

Nguyen Viet Linh, Nguyen Xuan Canh, Jun Wei Roy Chong, Kuan Shiong Khoo,

Le Thi Nhi-Cong, Pau Loke Show,

Enhancement of textie wastewater

biodegradation by biofilm formed on

17

carriers two by halo

photosynthetic purple bacteria, Journal of

‘Water Process Engineering 58 (2024) https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104769

thermophilic

1.2

Sách chuyên khảo được xuất ban hoặc ky hợp đồng xuất ban

2.1

Dang ky sở hữu trí tuệ

3.1 Quy trình sản xuất chê pham vi khuan ưa âm Don đăng ký|Đã thực | Vượt

dùng đê xử lý nước thai det nhuộm và chê sáng chế được | hiện

phâm thu được từ quy trình này chấp nhận hợp

lệ theo QD số

43733/QD-SHTTip ngày

19/6/2023 của Cục Sở hữu trí

tuệ

3.1

4 [Bai báo quốc tê không thuộc hệ thông ISI/Scopus

4.1

5 [Bai báo trên các tap chí khoa học cua DHQGHN, tạp chí khoa học chuyên

ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

5.1 Nguyễn Tiến Dat, Đỗ Thị Liên, Tran Thi) Da in Đã thực | Vượt

Huyền Nga, Nguyễn Mạnh Khải, Trần Thị hiện

Đào, Cung Thi Ngọc Mai, Nguyễn Trọng Gia

Khánh, Lê Thị Nhi Công, 2023 Phân lập và

ứng dụng vi khuẩn tía quang hợp trong xử lý

nước thải dệt nhuộm Tạp chí Khoa học nông

nghiệp Việt Nam, Vol 23, No3: 345-353

Báo cáo khoa học kiến nghị, tư van chính sách theo đặt hàng của đơn vị sử

3.3 Kết quả đào tạo

Thời gian và

kinh phí tham - ` ˆ Kha

Lua x „Công trình công bo liên quan „

TT |Họ và tên gia để tài | 2 “cố , | Đã bảo vệ

z „ A(Sản pham KHCN, luận án, luận văn)

(số thang/so

tién)

Hoc vién cao hoc

1 | Nguyễn Tiến Dat Phân lập va ứng dung của vi sinh vật | Da bảo vệ

ưa âm đê xử lý nước thải dệt nhuộm

PHAN IV TONG HỢP KET QUÁ CÁC SAN PHAM KH&CN VA ĐÀO TAO CUA

3 | Dang ký sở hữu trí tuệ 0 01 (vượt)

4 | Bài báo quốc tế không thuộc hệ thống ISI/Scopus

5 |Số lượng bài báo trên các tạp chí khoa học của |0 01 (vượt)

DHQGHN, tạp chí khoa học chuyên ngành quốc giahoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốctế

6_ | Báo cáo khoa học kiến nghị, tư van chính sách theo đặt

hang của đơn vi sử dụng

7 |Kết quả dự kiến được ứng dụng tại các cơ quan hoạch

định chính sách hoặc cơ sở ứng dụng KH&CN

8 | Đảo tạo/hỗ trợ đào tạo NCS

9 | Đào tạo thạc si 01 01

19

PHAN V TINH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ

1 Thué khoan chuyén mén 9737 97,37

F —] 5a i —— 2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con 75,40 _ 75,40

E Thiết bị, dụng cụ

+ Công tác phí 25,80

5 Dich vu thué ngoai

6 Hội nghị, Hội thảo, kiểm tra tiến độ, 57,45

PHAN VI PHU LUC

I Kết qua nghiên cứu va sản phẩm đề tài

Phụ lục 1 Quy trình chế tạo chế phẩm chứa vi sinh vật ưa ấm

Phụ lục 2 Chế phẩm chứa vi sinh vật ưa ấm

Phụ lục 3 Mô hình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dé thử nghiệm kha năngứng dụng của chế phẩm vi sinh vật ưa âm trong việc xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm

Phụ lục 4 Công trình công bó trên tạp chí khoa học quốc tế theo hệ thống ISI/Scopus

Phu lục 5 Đăng ký sở hữu trí tuệ: Quy trình sản xuất chế phẩm vi khuân ưa 4m dùng dé xử

lý nước thải dệt nhuộm và chế phẩm thu được từ quy trình này

Phụ lục 6 Bài báo trên tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia

Phụ lục 7 Kết quả đào tạo

Il Hồ sơ đề tài

Phụ lục 8 Thuyết minh đề tài và các Quyết định phê duyệt, hợp đồng có liên quan

e_ Thuyết minh dé tài

e_ Quyết định phê duyệt dé tài

e Hop đồng thực hiện đề tài NCKH và CN

e Phiếu đề nghị thay đối trong quá trình thực hiện đề tài

21

PHU LUC 1 QUY TRINH CHE TAO CHE PHAM CHUA

VI SINH VAT UA AM

PHỤ LỤC 1

Quy trình chê tạo chê phầm chứa vi sinh vật ưa ầm

Chế phẩm QG8 được chế tạo với mục tiêu khắc phục hạn chế của các chế phẩmtrong nước, nhập ngoại và chế phẩm sinh học đang được sử dụng tại bề sinh học có nhiệt

độ cao (35 - 45°C) Chế phẩm được tạo ra bang cách cho vi khuẩn tía quang hợp (sinhkhối đạt 108- 10° CFU/g) bám lên sỏi nhẹ Quy trình chế tao được thé hiện như trên hình

Sau đây là các bước chi tiết dé thu được chế phẩm QG8

- Phân lập vi sinh vật ưa ấm: Mẫu nước thải được thu thập tại Công ty dệt mayNam Định tại bể xử ly sinh học khi nhiệt độ trung bình trong nước thải là 35 — 45°C.Mẫu được bảo quan ở 4°C cho đến khi tiến hành thí nghiệm VKTQH được nuôi trongcác bình nhựa trong với các thé tích khác nhau VKTQH được nuôi trên môi trườngDSMZ 27 cải tiến và bé sung đậu tương, đặt ở ngoài trời và có khuấy dao Thu được 05chủng vi sinh vật có kha năng ton tại thích nghi ở nhiệt độ 35 — 450C

- Sang lọc dé thu được chủng giống vi sinh vật ưa 4m: Dé đánh giá kha năng taomàng sinh học của các chung vi khuẩn phân lập được, quy trình được tiến hành khi đưachủng nuôi cấy non vào môi trường DSMZ 27 lỏng, nhiệt độ 35 — 45°C Màng sinh họctạo thành sẽ được rửa băng nước cất vô trùng đề loại bỏ hoàn toàn môi trường nuôi cấy

và có định bằng dung dich tím tinh thé 0,1 % Màng hình thành này sẽ được rửa lại bằng

DMSO và đo ở bước sóng 590 nm Các chủng có mật độ quang học cao sẽ được lựa

chon 02 chủng vi sinh vật thé hiện khả năng tạo màng sinh học tốt được đánh giá các

yếu tô về nhiệt độ, pH, độ muối, dinh đưỡng dé đề xuất quy trình nhân giống phù hợp

- Nhân giống từ ống thạch nghiêng sang môi trường lỏng trong bình 10 ml: ChủngVKTQH DNS từ các ống thạch nghiêng giữ giống được nhân nuôi riêng trong các bìnhpenicillin có thé tích 10ml chứa môi trường DSMZ 27 dang lỏng, ủ ở điều kiện ky khí,

có chiếu sáng trong phòng thí nghiệm, sau khoảng 3- 5 ngày, mật độ tế bào sẽ đạt khoảng

108- 10 CFU/g tiếp tục nhân giống ở bước tiếp theo

- Nhân giống trong lọ thủy tinh 500 ml: Tiếp tục nhân nuôi hỗn hợp giống sang

các bình có thé tích 500ml chứa môi trường dịch thé DSMZ 27 với tổng thé tích giốnghỗn hợp 10% (v/v) Sau 5-7 ngày mật độ đạt 108- 10?CEU/ml có thể sử dụng làm nguồngiống cấp 1

- Nhân giống thé tích 5, 10, 20, 50 (lit): Các bình giống được đặt dưới ánh sángmặt trời Sau khoảng 6 -7 ngày kiểm tra nếu mật độ tế bào trong các bình giống đạt 10°-

10°CFU/ml, dich vi khuẩn tia có màu đỏ nâu đến đỏ tia (tùy thuộc vào điều kiện khí hậu

như nhiệt độ, ánh sáng) thì có thể tiến hành thu sinh khối cho bước tiếp theo.

- Tạo chế phẩm xử lý nước thải dệt nhuộm bằng lên men vi khuẩn ưa ấm trên chấtmang sỏi nhẹ keramizit: Khi mật độ tế bào VKTQH dang dịch đạt 108- 10°CFU/ml, tiếnhành phối trộn băng cách phối trộn dịch vi khuẩn gốc và sỏi nhẹ keramizit theo tỷ lệtương ứng 1:10 (thé tích/trọng lượng), sau khi trộn đều, chờ lên men sau 48h, thu được

sản phâm phôi trộn.

Séi nhẹ keramizit được sử dụng làm cơ chất không những có vai trò gắn các visinh vật có khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ và tạo màng sinh học cao mà còn lànguồn cơ chất giúp thâm hút một phan các hợp chat này tạo chế phẩm sinh học Séi nhẹkeramizit được khử trùng ướt ở 121°C trong 30 phút dé loại các nhóm vi sinh vật ngoại

lai.

Chế phẩm tao thành được đóng đóng gói trong túi kẽm 1 kg, 5 kg hoặc 10 kg; chếphẩm được sử dụng bằng cách phân phối đều trong bé sinh học của khu xử lý nước thải

dệt nhuộm tại các nhà máy dệt nhuộm, tùy từng giai đoạn xả nước thải của nhà máy có

thé bé sung chế phâm 1-2 lần/tuần Chế phẩm vi khuẩn ưa âm dùng dé xử lý nước thảidệt nhuộm bao quản trong thời gian 6 tháng, sử dụng tốt nhất trong thời gian 3 tháng ké

từ ngày sản xuât.

nước thải Nhà máy dệt

may bằng môi trường

PHU LUC 2 CHE PHAM CHUA VI SINH VAT ƯA AM

PHỤ LỤC 2Chế phẩm chứa vi sinh vật ưa 4m QG8, 20 lít chế phẩm dạng lỏng, mật độ vi sinh vật 108 CFU/g

Dịch nuôi chứa vi khuẩn wa ấm (51) Dịch nuôi chứa vi khuẩn ưa ấm (501) Chế phẩm có vi sinh vật bám dính trên sỏi nhẹ

PHỤ LỤC 3 MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC DE THU NGHIỆM KHẢ

NANG UNG DUNG CUA CHE PHAM VI SINH VAT ƯA

AM TRONG VIEC XU LY NUOC THAI NHA MAY DET

NHUOM

- _ Sỏi keramzit cô định vi sinh vật (QG8)

Bé chứa nước thải

- Luu lượng thiết kế: 20L/24h

- _ Chiều cao bề: 0,5m

- _ Thể tích yêu cầu của bể: V = 50L

- Chon kích thước bề phản ứng: 0,4x0,5x0,7mẺ.

Vận hành mô hình:

Nước thải sau khi lay ở các nha máy dệt nhuộm hoặc gây 6 nhiễm nhân tạo được

kiểm tra các thông số về pH, BODs, COD, TSS, cyanua, Chlo, Cr, và chat hoat

động bề mặt, phù hop cho xử lý hiếu khí được chuyền vào bề chứa nước thải đầu

vào.

Nước sẽ được lắng lần 1 và trong bé có thanh chắn lọc dé bơm lên bề xử lý sinh

học bằng vi sinh vật.

Thanh chan loc nay giúp loại bo cặn và các loại rác kích thước lớn.

Tốc độ máy bơm nước vào bề xử lý là là 0,5 lit/h Tại bể xử lý, sục khí (tốc độ 4

mg/L) (Quá trình sục khí giúp cung cấp oxy cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt nhất.

Sau 3 ngày, nước chảy tới mức ngăn giữa bề xử lý và bé lắng, quá trình sục khí vẫn được hoạt động, nước thải vẫn được bơm cho tới khi nước tràn sang bề lắng Máy bơm hoạt động liên tục như vậy, cho tới khi nước ở bề lắng chảy tới ống nhựa vòng quanh bề qua các lỗ nhỏ tại đó sẽ được chảy vào bé chứa nước thải đầu ra.

Sau 3,5,7 ngày, đánh giá các thông số về pH, BODs, COD, TSS, cyanua, Chlo, Cr,

và chất hoạt động bề mặt trong nước thu được, so sánh với cột A (QCVN 13:2015/

BTNMT về chất lượng nước thải công nghiệp dệt nhuộm Kết quả sau 07 ngày, hầu

hết các chỉ số đánh giá đều đạt tiêu chuẩn theo cột A (QCVN 13:2015/BTNMT) trừ

BOD5 và màu của nước thải, muối còn cao hơn, tuy nhiên nếu so sánh với cột B

dành cho nước xả ra nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

thì hoàn toàn đạt tiêu chuẩn.

PHỤ LỤC 4 CÔNG TRÌNH CÔNG BÓ TRÊN TẠP CHÍ

KHOA HOC QUOC TE THEO HE THONG ISI/SCOPUS

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

.Ế +) S¿li

ELSEVIER

Enhancement of textile wastewater biodegradation by biofilm formed on

carriers by two halo thermophilic photosynthetic purple bacteria

Tran Thi Huyen Ngaˆ°, Do Thi Lien, Cung Thi Ngoc Mai”, Pham Kien Cuong‘,

Nguyen Viet Linh“, Nguyen Xuan Canh°, Jun Wei Roy Chong‘, Kuan Shiong Khoo ®,

Le Thi Nhi-Cong ”›°`, Pau Loke Show!»

* VNU University of Science, Vietnam National University-Hanoi, Hanoi 11400, Viet Nam

> Institute of Biotechnology, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

© Institute of New Technology, Academy of Military Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

4 Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

© Vietnam National University of Agriculture, Trau Quy, Gia Lam, Ha Noi 12406, Viet Nam

f Department of Chemical and Environmental Engineering, Faculty of Science and Engineering, University of Nottingham Malaysia, Jalan Broga, 43500 Semenyih,

Selangor Darul Ehsan, Malaysia

8 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Yuan Ze University, Taoyuan, Taiwan

h Department of Chemical Engineering, Khalifa University, P.O Box 127788, Abu Dhabi, United Arab Emirates

* Zhejiang Provincial Key Laboratory for Subtropical Water Environment and Marine Biological Resources Protection, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China

ARTICLE INFO ABSTRACT

were suitable carriers for biofilm formation The carriers attached by DN1 were supplemented into textile wastewater and after 7 days, characters of textile wastewater such as BOD, COD, TSS, chlorine, Chromium (VI)

were reduced notably In details, these indicators were reduced 97.3; 95.7; 88.8;68.9 and 56.5 %, respectively.

These results give hint to develop an in-expensive, effective, and friend-ecosystem method to apply in textile wastewater treatment with raised temperature and salinity.

1 Introduction

Annually, approximately 2.8 x 10° tons of textile wastewater were

spilt into the environment [1] The components in textile wastewater are

an important relevant agent of environmental pollution and human

illness [2] Textile wastewater overall is very multifarious and varies as

high temperature, numerous typical chemicals such as dyes, surfactants,

electrolytes, starch, substances oxidized [3] Textile wastewater could

alter the obtaining water bodies not only physically, chemically but also

biologically Textile wastewater is comprised of harmful dyes, pigments,

dissolved/suspended solids, and heavy metals [4] Characteristics of the

obtaining water such as biochemical oxygen demand (BOD), chemical

oxygen demand (COD), total dissolved solids (TDS), total suspended solids (TSS) all increase Moreover, the pH also changes leads to water bodies be colored extremely [5].

To treat textile wastewater, there are a number of approaches were applied However, these methods normally are expensive, incomplete removal and production of concentrated sludge ([4] A basic processing system including 3 levels was used Step 1 includes pre-treatment, pre- liminary treatment of raw waste, and cooling tower to lower the tem- perature of wastewater to normal conditions for the next treatment steps Step 2 can combine physicochemical, chemical and biological processes, at this stage the main components of wastewater will be treated, in the processes taking place at level 2, microbial activity in the

* Correspondence to: L.T.N Cong, Institute of Biotechnology, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, CauGiay, Hanoi, Viet Nam.

** Correspondence to: P.L Show, Department of Chemical Engineering, Khalifa University, P.O Box 127788, Abu Dhabi, United Arab Emirates.

E-mail addresses: lenhicong@ibt.ac.vn (L.T Nhi-Cong), PauLoke.Show@ku.ac.ae, PauLoke.Show@nottingham.edu.my (P.L Show).

https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104769

Received 5 July 2023; Received in revised form 26 December 2023; Accepted 31 December 2023

Available online 25 January 2024

2214-7144/© 2024 Elsevier Ltd All rights reserved.

T.T.H Nga et al.

biological tank is the key to the treatment process Step 3 is the final

sterilization and microfiltration step to ensure the output criteria of

wastewater before being released into the ecosystem according to

cur-rent regulations [6,7] The biological treatment process is usually placed

after the cooling tower to balance the temperature of the system and

after the physicochemical process to ensure the stability of the pollutants

in the tank, helping the microbiological treatment process Objects with

the best performance However, in fact, in many textile and dyeing

wastewater treatment systems, the cooling tower is not showing the

desired cooling effect As a consequence, the textile wastewater

tem-perature discharged from the dye bath and washing procedures can

reach 50-80 °C [2], which inhibits cell viability and destructures of the

azo reductase enzyme Moreover, high salinities of 15 to 20 % [2] may

lead to plasmolysis and enzyme activity reduction [3] High temperature

and salinity have a great influence on the adaptation and survival of

microorganisms in the tank, which can lead to sludge death and low

treatment efficiency Thermal textile dyeing wastewater treatment

sys-tem is feasible and makes a lot of scientific and practical sense

There-fore, developing a group of microorganisms with optimal growth and

development temperature at 45-55 °C can solve this problem, the

bio-logical tanks here will still bring high efficiency Factories save costs by

investing in additional technologies in cooling towers Groups of

mi-croorganisms isolated from the environment, resistant to temperatures

of 45-55 °C have also been researched and applied in practice, so there

is a potential for their application to biological tanks Thermophilic

organisms, because of their concordance to harsh industrial processes,

are in concern of researchers in both academic and biotechnological

aspects [8].

Halo-thermophilic PPB has been widely investigated for textile

wastewater treatment due to its characteristic to remove organic

sub-strates under both anaerobic and minor-aerobic conditions

Photosyn-thetic bacteria including Rhodobacter sphaeroides [9], Rhodopseudomonas

palustris [10], R blasticus, R capsulatus, and Rhodovulum strictum Tran

et al [27] have been reported to be competent in textile wastewater

removal Another typical purple photosynthetic bacterium (PPB)

-R palustris has been proved to have the sulfonated Reactive Red 195

degradable ability [10] PPB could also eliminate 91-95 % organic

matters of noodle-processing wastewater by applying a 6

day-photo-bioreactor [11] Similar research by Kaewsuk et al [12], reported that

mixture cultivation of PPB applied in dairy wastewater treatment could

remove 99.44 then 99.64 % of initial 2500 mg/L COD after hydraulic

retention time of 10 days by using a membrane sequencing batch reactor

(MSBR) Talaiekhozani and Rezania [13] have shown that PPB can

remove different pollutant for instant polycyclic aromatic hydrocarbons,

heavy metals and organic compounds from wastewater This group of

bacteria are resistant to tolerant physical and chemical conditions

including salty, temperature, pH, carbon and nitrogen sources They

distribute in a large range of temperatures from 4 to 60 °C and many of

them are thermophilic bacteria PPB has many advantages using in

bioremediation processes because it has the capacity of utilization of

various types of organic compounds and survival under both

light-anaerobic or dark-aerobic conditions They have a good potential for

application in textile waste-water treatment [14] PPB immobilization

such as Rhodopseudomonas sp S16-VOGS3 has been published as a

promising approach to apply in environmental pollution [15] Also, PPB

biofilms can work well if organic recalcitrants are accessible in the

environment [16] According to Sun et al [17], 40 phyla of bacteria

which formed biofilm on the roots of floating plants to remove dyes,

pigments, organic matter, nutrients, heavy metals, and other pollutants

from the textile effluent were identified, among these most common was

Proteobacteria, followed by Actinobacteria, Bacteroidetes, and

Cyano-bacteria However, the application of halo-thermophilic PPB consortium

attached to a biocarrier on textile wastewater treatment has not been

announced so far Therefore, the aim of this study is to use

biofilm-forming halo-thermophilic PPB to immobilize the carrier in order to

enhance the reduction of BOD, COD, TSS, pH, chlorine, Crom (VD

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

containing in textile wastewater The results may give a hint to improve novel, effective and profitable approaches to treat textile wastewater.

2 Materials and methods 2.1 Collection of samples

Textile wastewater samples were collected in Nam Dinh textile and

garment company in the North of Vietnam located at 20°21'234’N and

106°06'03.9’E Samples were taken in July when average temperature in

wastewater was 50 °C to isolate adapting thermophilic microbial tures The transportation of samples was subsequently conducted to the laboratory under low-temperature conditions and preserved at 4 °C until the completion of strain isolation process.

cul-2.2 Culture medium and chemicals

The PPB strains were isolated under the anaerobic condition at 45 °C

20 cm away from a 60 W tungsten lamp in closed 16 mL screw-cap tubes

in similarity with Winogradsky column enclosed with low-chloride mineral (LCM) salts medium consisting of 25 mL of sterile 1 M K(NHa)

PO, (pH 7.0) and 2 mL of filter-sterilized vitamin solution in all iments [18] The LCM medium was supplemented with 10 % (volume/ volume) of natural textile wastewater After 7 days, 10 % of the culti- vation was brought to the next repeat experiments After 3 repeat times

exper-of the enrichment process, the culture was spread on LCM agar to isolate the PPB The dark red- or pink-colored colonies were provided into each fresh modified LCM liquid and agar medium and then incubated under

60 W tungsten lamp at 45 °C The selections were deposited in a glycerol stock at —20 °C for further investigation.

2.3 Morphological, physiological and biochemical characterization of

strains

Several characteristics of the selected bacteria including Gram

staining, microscopical observations for intact cellular maximum

ab-sorption, and carbon source stimulation were surveyed PPB strains were thereafter identified by biochemical tests according to Bergey’s Manual

of Determinative Bacteriology [19] The growth of PPB was measure by

AOD value at wavelength 800 nm because of the bacteriochlorophyll absorbent [19].

Then, bacteriochlorophyll absorption spectra were measured by

spectrophotometric method in the 400-900 nm region on Novaspec II

spectrometer (UK) and UV-1650PC spectrometer (Japan) [18]

Identi-fication of photosynthetic purple bacteria was conducted as presented

by Ramana et al [20] Briefly, a 1500 bp section located within the 16S

rRNA gene was amplified by applying two primers with the following

sequences: 27f primer: (5-GAGTTTGATCCTGGCTCAG-3) and 1527r primer: (5-AGAAAGGAGGTGATCCAGCC-3’) The gained sequence gene

was recognized under sequencing ABI Systems (USA) and was analysed

by Bioedit, Clustal X and Mega4 softwares.

2.4 Biofilm formation and affected by temperature, pH and salinity factors on biofilm formation

The isolates were studied on the ability of biofilm formation as described by Yamaga et al [21], with small modifications on the me- dium to cultivate the photosynthetic purple bacteria [22].

For the temperature factor, the PPB strains were inoculated in liquid LCM and the cultivation was stood at different temperatures including

35, 40, 45, 50, 55 and 60 °C The suitable temperature value was applied for the pH factor investigation The pH of the cultured medium was justified at a range of values from 3 to 9 with a gap of 0.5 The optimal temperature and pH were used to conduct the salinity affection on biofilm formation by testing a number of NaCl concentrations from 0 to

4 % with a gap of 0.5 % The biofilm formation capacity of the PPB was

T.T.H Nga et al.

measure at wavelength 590 nm as instruction of Yamaga et al [21].

2.5 Design, install and test biological tank to treat textile wastewater

2.5.1 Operating conditions and procedures

All experiments were conducted under light (5000 Lux illumination)

at 55 + 2 °C and repeated triplicates.

Carriers i.e coconut fibre and cinder bead were prepared as

described by Chen et al [23].

2.5.2 Bacterial immobilization

The combined cultivation of the selected PPB was carried out on LCM

liquid medium When the density of the culture was 10°-10° CFU/mL,

poured it on carriers This mixture inoculation was cultivated at a

temperature of 55 + 2 °C for 120 h s for the biofilm of the PPB

immo-bilizing on the surfaces of the carriers as mentioned by Nhi-Cong et al.

[22].

2.5.3 Removal of pollutants by formation of biofilm cells on carriers

Roughly 4 g of biofilm-coconut fibre or biofilm-cinder bead (six

pieces), were put into textile wastewater and LCM medium with a

vol-ume of 75 mL in 100 mL glass flasks The different rates of textile

wastewater and LCM medium including 10:1; 5:1; 3:1 and 1:1 was set for

7 days At different times, the COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and

Chro-mium (VD) values were measured The abiotic control was conducted by

using a sterile carrier The mixture without carriers was applied as a

control, too The suitable carrier and rate between textile wastewater

and medium were selected for the next experiment in a 50-L module A

similar procedure was prepared as mentioned above.

2.5.4 Quantification of cell number

A piece of carrier immobilized by biofilm in the above experiments

was taken, their moisture weight estimated and was rinsed two times

with 5 mL of NaCl of 0.9 % w/v saline solution (to eliminate the

planktonic cells and was sliced into tiny portions) The quantification

test was conducted as reported by Nhi-Cong et al [22] with alterations

such as LCM medium and temperature at 55 + 2 °C During the

waste-water treatment, for the waste-water samples, 1 mL sample was analysed; for

the carriers attached by the bacteria, 1 mg was taken to determine the

density of bacteria.

2.5.5 Scanning electron microscope SEM

The cellular morphology of the biofilm adhered to carriers was

observed under scanning electron microscopy (SEM, JSM-840, Japan).

2.5.6 Analyses

The COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and Crom (VI) values were

eval-uated in the experiments at each stage before and after biological

treatment A EUTECH Instrument 510 pH meter (The Netherlands) was

used to measure the pH values TSS, BOD; and COD concentrations were

quantified according to Rice et al [24].

3 Results and discussion

3.1 Isolation biofilm forming meso-thermophilic photosynthetic purple

bacteria

The enrichment of PPB strains were carried out by using the

Winogradsky column method [25] From textile wastewater samples

taken from Nam Dinh textile and garment company in the North of

Vietnam 5 photosynthetic purple bacteria were isolated These strains

were used to evaluate the biofilm formation capacity The medium

without bacteria was the negative control and the strain P23 which was

published as well biofilm formation [21] was the positive control The

results were presented in Fig 1 As the results shown in Fig 1, these 5

isolates have well biofilm formation capacity, however, the DN62 and

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

Fig 1 Biofilm formation capacity of the isolates.

DN8 were better than the others Therefore, DN62 and DN8 were used for further identification.

It demonstrated that the using of biofilm of one species is more synergistic than planktonic type in nitrogen, phosphorus, and COD removal from wastewater [26] PPB have a high capacity of removing heavy metals, dyes and macro-pollutants containing in wastewater, especially textile wastewater [13] For instant, R blasticus, R adriaticus, Rhodopseudomonas capsulatus, R palustris and Rhodovulum strictrum were reported to degrade azo color containing in textile wastewater [27] PPB immobilized growth reactors are able to remove contaminants from the wastewater in a shorter time than PPB suspended growth reactors due to the capacity of the biofilm to remain the biomass [28].

3.2 Morphological, physiological and biochemical characterization of

strains

For the identification of PPB, several biological, physiological and biochemical characteristics such as cellular and colony morphology, bacteriochlorophyll absorption, carbon source stimulation and 16S-DNA analysis were investigated Colonies of strain DN8 were found to be in the shape of circular, and convex, with smooth surfaces, tiny and yellow-

brown in colour; colonies of strain DN62 were also circular, convex, and

smooth with dark red in colour The strains’ structure of cell, size, cell division and flagella were observed under SEM with a Model S-4800 (Hitachi, Japan) The DN8 was short and reproduced by budding at one pole, meanwhile, the strain DN62 was long and reproduced by budding

at the side (Fig 2) These isolates are Gram-negative The

bacterio-chlorophyll was absorbed by the spectrophotometry method with a wavelength of 400-900 nm in Navaspec II (England) and UV-1650PC

(Japan) equipment There were bacteriochlorophyll and carotenoids including spirilloxanthin and sphaeroidene in both strains, but no

structures of the internal membrane were observed The DN8 had

maximum absorption at 866, 806, 630, 591, 543 and 531 nm; but the

DN62 had absorption maxima at 870, 807, 592, 529, 501 and 475 nm.

The presented characteristics of strain DN8 differed from the three other

PPB isolates in Vietnam which were identified as Rhopseudomonas sp.

DD4, Rhopseudomonas sp DQ4 and Rhopseudomonas sp FO2 [22] However, the strain DN62 has many similarities with these published

strains.

According to Talaiekhozani and Rezania [13], PPB have chlorophyll to produce their energy Bacteriochlorophyll is demon- strated to be able to adsorb longer wavelength of light than chlorophyll Among 7 types of bacteriochlorophyll including a, b, c, d, e, f and g these types, the type of a is the most common type of bacteriochlorophyll in the PPB The PPB that possess bacteriochlorophyll do not utilize water as

bacterio-an electron donor as they do not generate oxygen; therefore, the bacteria have anoxygenic photosynthesis process and they could grow both in aerobic or anaerobic conditions [29].

The LCM mineral salt medium supplemented with different carbon sources such as acetate, ethanol, formate, glycerol, isopropanol, malate, methanol, succinate and sorbitol (3 mM) were prepared for classifica- tion by growing all strains on these media The achieved results were described in Fig 3 The AOD at wavelength 800 nm was obtained to

T.T.H Nga et al Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

Fig 2 a) Cellular and b) colony morphologies of strain DN8; and c) cellular and d) colony morphologies of strain DN62.

Effect of carbon sources on PPB growth

AOD value at 800 nm 0 Ậ T 7Formate Methanol Isopropanol Glycerol

=

2//7////////77UEEEEEEI////EI COLLET LLL

Ethanol Sobitol Succinate Acetate

Carbon sources BDN8 RDN62

Fig 3 Effect of carbon sources on the growth of the strain DN8 and DN62.

evaluate the growth of both strains on different carbon sources The

results pointed out that the strain DN8 could well grow on glycerol,

malate, ethanol, sorbitol, succinate, and acetate and could not grow on

formate, methanol and isopropanol These capacities are in similarity to

the species Rhodobacter [19] But the strain DN62 could grow on all

carbons such as formate, methanol, isopropanol, glycerol, malate,

ethanol, sorbitol, succinate, and acetate These abilities of the strain

DN62 are in agreement with species of Rhodopseudomonas [19] To

affirm these predictions, all selected strains were analysed by using 16S

rRNA gene sequences and the phylogenetic relationships were shown in

According to DNA analysis, the DN62 was similar in 100 % of sequence homology with the Rhodopseudomonas palustris MP4

(accession number MK788359) and the DN8 was similar in 100 % of

sequence homology with the Rhodobacter sphaeroides JA193 (accession

number MN605656) Therefore, they were named as Rhodopseudomonas

palustris DN62 and Rhodobacter sphaeroides DN8 The gene sequence of

the DN62 was signed in DNA Data Bank of Japan with accession number

LC757522 but the strain DN8 has not yet been recorded.

3.3 Effect of temperature and pH on biofilm forming meso-thermophilic photosynthetic purple bacteria

Production of PPB biomass depends on temperature, pH and amount

of nutrients in the environment PPB biofilms can be reduced if the

T.T.H Nga et al Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

92 Rhodobacter aestuarii JA296T (AM748926)

Rhodobacter maris JA276 (AM745438) Rhodobacter viridis JA737T (HE572577)

Rhodobacter capsulatus ATCC 11166 (D16428)

Rhodobacter tardus CYK-10 (MK209068) Rhodobacter flagellatus SYSU G03088 (MN174111)

Rhodobacter thermarum (KY608089) Rhodobacter johrii (LR596790)

Rhodobacter spaeroides DN8

100 'Rhodobacter sphaeroides JA193 (MN605656)

Rhodopseudomonas julia (AB087720)

100 400 [ Rhocepsendomones pangongensis JA310T (AM930265)

Rhodopseudomonas pseudopalustris DSM 123 (AB498818)

68 Lf Bodepsencomenes faecalis gc (AF 123085)

57 ——Rhodopseudomonas rhenobacensis (AB087719)

T.T.H Nga et al.

amount of nutrients are insufficient [13] Therefore, the two

photo-synthetic purple bacteria were used to examine the influence of

tem-perature, pH and NaCl concentrations on their biofilm-forming capacity.

The results after 3 day-incubation were shown in Fig 5a), b), and c)

respectively From the obtained results, the isolates DN8 and DN62 were

well biofilm formed under all conditions It could be explained that in

the biofilm type, organisms easily overcome restricted conditions [30].

These results were not in agreement with the above opinion of

Talaie-khozani and Rezania [13].

But according to Talaiekhozani and Rezania [13], PPB biofilms can

remove persistent organic pollutants such as dye and heavy metals from

wastewater if an inadequate quantity of carbon sources are manageable.

Therefore, for further experiments, the natural textile wastewater was

used without adjusting pH and NaCl concentration and the experiments

were conducted at 55 °C This temperature may represent ones in textile

wastewater which are as high as 50-80 °C [2], which could prevent

viability of organisms and lead to the structure destruction of the azo

reductase enzyme High salinities of 1.5 to 2.0 % in textile wastewater

[2] also result plasmolysis and reduce enzyme activity [3,31] These

tolerant conditions are the blocks in the azo dye decolorization, however

organisms in the biofilm type could overcome these challenges in the

textile wastewater removal procedure.

3.4 Design, install and test biological tank to treat textile wastewater

3.4.1 Selection suitable carrier and rate of textile wastewater and LCM

medium

The different rates of textile wastewater and LCM medium including

10:1; 5:1; 3:1 and 1:1 was set for 7 days (Fig 6) At different times, the

COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and Crom (VI) values were measured The

measured data showed that the suitable rate of textile wastewater and

LCM medium for both coconut fibre and cinder bead carriers were 5:1

and the detailed residue values of COD, BOD, TSS, pH, chlorine, Crom

(VD of rate 5:1 were presented in Table 1 According to Table 1, in

comparison with the natural textile wastewater, the values of COD,

BOD, TSS, chlorine and Crom (VI) were strongly decreased in the

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

experiment containing biofilm attached to the cinder bead; meanwhile

using coconut fibre was not effective in all tests with or without biofilm The biofilm without carrier test was better than the test using coconut fibre It could be explained that some components in coconut fibre were dissolved in toxic textile wastewater Because the textile wastewater contained dyes in high concentrations [32] The pH value was not changed much in all experiments The results suggested that the cinder bead was the better carrier than coconut fibre, then it was selected for 50-1 modules with the rate of textile wastewater and LCM medium 5:1.

Until now, treating dyes in textile wastewater by a single and

econom-ical method still remains as a significant challenge [6] The results in the

Table 1 also showed that the maintained biomass in the experiments

were higher than 107 (CFU/mL or CFU/mg) These values indicated that

the bacteria immobilized on carriers was well maintained on carriers The results were in agreement with another our reported results [22].

Physical and chemical procedures include adsorption and membrane filtration, or Fenton oxidation, as well as combine approaches such as biological and electrochemical application, have been conducted as ef- forts for treatment of textile wastewater With the competence to convert a wide spectrum of dyes, economical expense and being eco- friendly in nature, biological techniques have been considered the most promising approach in textile wastewater treatment [33-35] A few investigations of PPB have recorded their aptitude for growing in textile wastewater, with results published for PPB such as Rhodobacter sphaeroides [9], Rhodopseudomonas palustris [10], Rhodovulum strictum,

R capsulatus, and R blasticus, Tran et al [27].

3.4.2 Treatment textile wastewater in 50 L modules

The selected bacteria demonstrated that they could form biofilm well

at pH 4-9 and at 35-60 °C Then, these results supported the ideal application of these strains to attach on cinder bead In Fig 7, the mixture of bacteria was conducted to form a biofilm on a carrier In Fig 8, the microorganisms attached on carrier and the control which was the carrier without bacteria were shown Besides, the biomass

shown in Table 2 were stable (107-108 CFU/mg) The stability of the

biomass affirmed the role of microorganisms in the investigation Mani

WB Without WB 1:1 3:1 5:1 10:1

WB Without WB 1:1

Fig 6 Experiment with different rates of textile wastewater and LCM medium by using biofilm attached to a) coconut fibre and b) cinder bead WB, control

containing only textile wastewater without biofilm; Without TW, control containing biofilm attached to a) coconut fibre and b) cinder bead without textile wastewater; other rates were the rates between textile wastewater and LCM medium.

T.T.H Nga et al.

Table 1

Residue values of COD, BOD, TSS, pH, chlorine, Chromium (VI) and biomass after 7 day-inoculant.

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

Experiments COD (mg/L) BOD (mg/L) TSS (g) pH Chlorine (mg/L) Chromium (VI) (mg/L) Biomass (CFU/mL or CFU/mg)

Natural textile wastewater 259.2 + 3.4 179.2 + 4.1 0.026 + 0.1 8.5+0.1 1.8 + 0.3 0.023 + 0.001 4x 108 + 12

Biofilm without carrier 196.88 +3.1 141.3 + 5.2 0.025+0.02 7.9402 13401 0 13 x 107 + 14

Biofilm attached on coconutfibre 241.80+7.8 171.3+47.1 0.022+0.01 83403 1140.4 0 11 x108+9

Biofilm attached on cinder bead 131.54+6.2 111.34 4.6 0.018+0.02 7.8401 0.2+0.1 0 6x 107 +11

Coconut fibre without biofilm 250.5343.4 173.2+5.5 0.027+0.02 84401 1440.3 0.021 + 0.001 ND

Cinder bead without biofilm 174.32 + 3.7 125.07 + 7.1 0.19 + 0.01 8.2+ 0.2 1.4+0.2 0.020 + 0.001 ND

(ND: not determined)

Fig 7 Biofilm formation on carrier to apply in 50-Ì modules.

Fig 8 SEM image of the strain on a) carrier and b) carrier without bacteria.

and Bharagava [36] reviewed microorganism adherence on the surface

of carriers and the biofilm processes were applied in textile industry

wastewater treatment Puyol et al [16] explored the role of mixture

cultivation of PPB for wastewater treatment in anaerobic conditions The mixture well removed various chemical groups including aromatic and aliphatic organics, inorganic salts and metals containing in waste-

water.For the purpose to find an effective, economic, and eco-friendly

method for textile industry in Vietnam, a standard for textile

waste-water (QCVN 13:2015/BTNMT) was applied to compare the output

wastewater after treatment The textile wastewater was evaluated by several characteristics such as pH, BODs, COD, TSS, cyanide, chlorine,

chromium VI (cr6*), and surfactant In 50 L modules, other values

including cyanide and surfactant are suitable with characters in QCVN 13:2015/BTNMT And the results were in comparison with the Viet- namese standard for textile wastewater (QCVN 13:2015/BTNMT) These characteristics belonged to type B ( ).

According to „ after using meso-thermophilic biofilm forming photosynthetic purple bacteria attached to cinder beads, the textile wastewater was treated Most characters belonged to type A (QCVN

13:2015/BTNMT) only BODs and color of the wastewater were not The

amount of cyanide, chromium VI (CrẾ*) and surfactant in the original

wastewater was lower than the standards in the QCVN 13:2015/BTNMT then they were not the problem The characteristics of textile waste- water such as BOD, COD, TSS, chlorine, Crom (VI), were reduced remarkably In details, these indicators were reduced 97.3; 95.7; 88.8;68.9 and 56.5 %, respectively.

PPB could remove nitrogen and phosphorus They also produce a considerable amount of oxygen which is available for the degradation of organic compounds by chemotrophic bacteria Imhoff [19] Since photosynthetic bacteria needs carbon dioxide for growth, these micro- organisms are able to fix carbon dioxide in polluted air at the same time

of wastewater treatment Moia et al [15] Wang et al [5] demonstrated that photosynthetic bacteria are able to utilize azo wastewater Photo- synthetic bacteria are able to remove the color with the rate rised to 90.1%, and the COD with the rate rised to 92.8%.

A similar investigation by Nookongbut et al [37], recorded that the growth of a biofilm forming R palustris strain attached on polyvinyl alcohol cryodels brought about the remarkably reduction of COD, in detail 72 % of COD was decreased after 21 experiment days Biofilm- forming bacteria are mainly employed in texture wastewater treat- ment because of their advantages of bioconversion of coloring agents into less toxic by-products Similarly, biomass-based dye removal pro- cesses based on bacterial, fungal and algal materials could be an