KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRNG NƯỚC THẢI CỦA MỘT SỐ CHỦNG BACILLUS

Sau gần 2 tháng tìm hiểu về đề tài, các thành viên trong nhóm đã cố gắng hoàn thành bài của mình. Trong phạm vi Đồ Án Cơ Sở Ngành nhóm đã thực hiện được các công việc sau:Nói lên được tổng quan về chất rắn lơ lửng trong nước thải: Nêu được khái niệm, phân loại nước thải, các tính chất vật lý, hóa học, sinh học đặc trưng của nước thải và nguồn gốc của chúng. Tìm hiểu về chất rắn lơ lửng trong nước, cách tính hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải. Quá trình keo tụ và một số chất keo tụ được sử dụng phổ biến.Tổng quan về vi khuẩn Bacillus: Tìm hiểu về tính chất, hình thái cấu tạo, đặc điểm…của một số loài Bacillus thường gặp trong tự nhiên. Hệ enzym ngoại bào của vi sinh vật, enzym nội bào và enzym ngoại bào. Tiến hành thí nghiệm để khảo sát khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng của chủng Bacillus. So sánh kết quả thu được với các kết quả nghiên cứu khác.Khảo sát thêm về đặc điểm hình thái, sinh hóa để định danh các chủng vi khuẩn. Ly trích, tinh sạch, xác định hàm lượng và hoạt tính enzyme ngoại bào của các chủng vi khuẩn để đánh giá khả năng keo tụ chính xác hơn. Thử nghiệm khả năng keo tụ của các chủng vi khuẩn trên các loại nước thải khác nhau, xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng trước và sau xử lý để đánh giá khả năng ứng dụng của các chủng này trong thực tế.

ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH

Đề Tài: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA CHẤT

RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC THẢI CỦA MỘT SỐ

CHỦNG BACILLUS

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Hoàng Mỹ Sinh viên thực hiện : Nhóm gồm 5 thành viên Lớp: ĐHKTMT 10A

1 Huỳnh Thị Thùy Dương MSSV: 14110281

2 Nguyễn Hữu Nghĩa MSSV: 14019331

TP Hồ Chí Minh, năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Sau gần 2 tháng tìm hiểu đề tài và thực hành cùng với các sinh viên ĐH khóa 8 thựchiện tại phòng thí nghiệm Viện KHCN&QL Môi trường, Trường ĐHCN TpHCM, dưới

sự hướng dẫn của cô Nguyễn Hoàng Mỹ, nhóm đã hoàn thành đề tài này

Qua đây nhóm xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Hoàng Mỹngười đã định hướng nghiên cứu, quan tâm và tận tình chỉ bảo cho nhóm trong suốt quátrình làm bài, cùng các anh chị phòng thí nghiệm vi sinh môi trường, những người đã tạomọi điều kiện thuận lợi để nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ, bài làm

Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Công Nghiệp, cùngtoàn thể các thầy cô giáo trong Viện KHCN & QLMT đã tận tình chỉ bảo và truyền đạtnhững kiến thức quý báu cho nhóm trong thời gian làm bài

Tp.HCM tháng 3, năm 2016

MỤC LỤC

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 Đặt vấn đề 6

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 6

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

1.5 Nội dung nghiên cứu 7

PHẦN II: NỘI DUNG 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC THẢI 8

1.1 Nước thải 8

1.1.1 Khái niệm 8

1.1.2 Phân loại 9

1.1.3 Các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đặc trưng của nước thải và nguồn gốc của chúng 10

1.2 Chất rắn lơ lửng 12

1.2.1 Các loại hạt trong nước 12

1.2.2 Định nghĩa 12

1.2.3 Nguồn gốc 13

1.2.4 Các tính chất của chất rắn lơ lửng 13

1.2.5 Công thức tính hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải 14

1.3 Quá trình keo tụ 14

1.3.1 Khái niệm 14

1.3.2 Cơ chế của quá trình keo tụ 15

1.3.3 Một số chất keo tụ sử dụng phổ biến 16

1.3.3.1 Muối nhôm (phèn nhôm) 16

1.3.3.2 Phèn nhôm trùng hợp 16

1.3.3.3 Muối sắt (phèn sắt ) 17

1.3.3.4 Chất phụ trợ keo tụ 18

1.3.3 Qui trình keo tụ 18

1.4 Keo tụ sinh học trong nước 20

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS 22

2.1 Vi khuẩn Bacillus 22

2.2 Một số loài Bacillus thường gặp trong tự nhiên 23

2.2.1 Bacillus subtilis 23

2.2.2 Bacillus megaterium 24

2.2.4 Bacillus cereus 27

2.2.5 Bacillus pumilus 27

2.2.6 Bacillus polymyxa 28

2.2.7 Bacillus brevis 29

2.2.8 Bacillus simplex 29

2.2.9 Bacillus lincheniformis 30

2.3 Tổng quan về enzyme ngoại bào của vi sinh vật 30

2.3.1 Định nghĩa về enzyme 30

2.3.2 Phân loại 31

2.3.3 Hệ enzym ngoại bào của Bacillus 31

2.3.3.1 Enzyme protease 32

2.3.3.2 Enzyme amylase 34

2.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 35

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KEO TỤ CHẤT RẮN LƠ LỬNG CỦA CHỦNG BACILLUS 38

3.1 Vật liệu và thiết bị 38

3.1.1 Mẫu 38

3.1.2 Thiết bị 38

3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 39

3.2.1 Tăng sinh khối của các chủng 39

3.2.2 Khảo sát khả năng keo tụ của các chủng 39

3.4 Kết quả, đề xuất và kiến nghị 40

3.4.1 Kết quả 40

3.4.2 Nhận xét 41

3.4.3 So sánh kết quả 41

4.1 Kết luận 42

4.2 Đề xuất và kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

Trong bối cảnh quốc tế hiện nay, công nghiệp hóa - hiện đại hóa được xem là xuhướng chung của các nước đang phát triển Cùng với mục tiêu phát triển nền công nghiệp

và dịch vụ để hiện đại hóa đất nước, chúng ta không thể quên tầm quan trọng của việc xử

lý các chất thải và làm sạch môi trường

Trong các phương pháp xử lý nước thải, việc sử dụng các chủng vi sinh vật có khảnăng phân hủy vật chất hữu cơ để giảm hàm lượng của chúng trong nước thải là một trongnhững giai đoạn không thể thiếu, đặc biệt là với những chủng có khả năng tổng hợp vàtiết ra các enzyme ngoại bào Để tìm hiểu sâu hơn về khả năng này của vi sinh vật, nhóm

đã thực hiện đề tài: ”Khảo sát khả năng keo tụ của chất rắn lơ lửng trong nước thải củamột số chủng”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu về khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước thải

- Tìm hiểu về các enzyme ngoại bào có khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng của vikhuẩn Bacillus

- Thử nghiệm khảo sát đánh giá khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng của các chủngBacillus trong phòng thí nghiệm

1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Thành phần chất rắn lơ lửng trong nước thải

- Các chủng Bacillus có khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Kết quả của đề tài là nguồn dữ liệu bổ sung cho các nghiên cứu trước về các chủng vi khuẩn Bacillus có hoạt tính là keo tụ mạnh mẽ Tạo tiền đề cho việc

nghiên cứu khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước thải

Ý nghĩa thực tiễn: Các chủng vi khuẩn có khả năng keo tụ tốt được chọn để làm sạch

nước thải

1.5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về thành phần chất rắn lơ lửng trong nước thải

- Nghiên cứu tổng quan về vi sinh vật có khả năng keo tụ

- Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của các chủng vi khuẩn trong phòng thínghiệm

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CHẤT

RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC THẢI

1.1 Nước thải

1.1.1 Khái niệm

Theo Lương Đức Phẩm (2007), nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đíchnhư sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi…

Nước thải có những biểu hiện đặc trưng như sau: [1]

Độ đục: Nước thải không trong suốt Các chất rắn không tan tạo ra các huyền phù lơlửng Các chất lỏng không tan tạo dạng nhũ tương lơ lửng hoặc tạo váng trên mặt nước

Sự xuất hiện của các chất keo làm cho nước có độ nhớt

Màu sắc: Nước tự nhiên không có màu Sự xuất hiện màu trong nước thải rất dễ nhậnbiết Màu xuất phát từ các cơ sở công nghiệp nói chung và các cơ sở tẩy nhuộm nói riêng.Màu của các chất hóa học còn lại sau khi sử dụng đã tan theo nguồn nước thải Màu đượcsinh ra do sự phân giải của các chất lúc đầu không có màu Màu xanh là sự phát triển củatảo lam trong nước Màu vàng biểu hiện của sự phân giải và chuyển đổi cấu trúc sang cáchợp chất trung gian của các chất hữu cơ Màu đen biểu hiện của sự phân giải gần đến mứccuối cùng của các chất hữu cơ

Mùi: Nước tự nhiên không có mùi Mùi của nước thải chủ yếu là do sự phân hủy củacác hợp chất hữu cơ trong thành phần có các nguyên tố Nitơ, Phospho và Lưu huỳnh Cácmùi khai là amoniac (NH3), tanh là các amin (R3N, R2NH, RNH2 …), photphin (PH3) Cácmùi thối là khí hydro sunphua (H2S) Đặc biệt chất chỉ cần lượng rất ít, có mùi rất thối,bám dính rất dai là các hợp chất Indol và Scatol được sinh ra từ sự phân hủy tryptophan,một trong 20 aminoaxit tạo nên protein của vi sinh vật, thực vật và động vật.

Vị: Nước tự nhiên không có vị và trung tính với pH = 7 Nước có vị chua là do tăng

độ axit của nước (pH nhỏ hơn 7) Các axit (H2SO4, HNO3 …) và oxit axit (SO2, CO2, NxOy

…) có từ khí quyển và nước thải công nghiệp đã tan trong nước làm cho pH của nước thảigiảm xuống Vị nồng là biểu hiện của kiềm (pH lớn hơn 7) Các cơ sở công nghiệp dùngbazơ thì ngược lại, sẽ đẩy pH lên cao Vị mặn chát là do một số muối vô cơ hòa tan, điểnhình là muối ăn (NaCl) có vị mặn, muối của Magie có vị chat …

Nhiệt độ: Tùy theo từng mùa nhiệt độ nước sẽ thay đổi Nguồn gốc gây ô nhiễm nhiệt

độ chính là nhiệt của các nguồn nước thải từ bộ phận làm lạnh của các nhà máy Nhiệt độtăng lên còn làm giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước

Độ dẫn điện: Các muối vô cơ tan trong nước tạo thành các ion, làm cho nước có khảnăng dẫn điện Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ và khả năng linh động củacác ion Vì vậy khả năng dẫn điện của nước cũng phản ánh mức độ ô nhiễm môi trườngnước

1.1.2 Phân loại

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Đó cũng

là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý Theo cách phân loại này,

có các loại nước thải dưới đây: [2]

 Nước thải sinh hoạt: nước thải sinh hoạt hay là nước thải từ khu dân cư baogồm nước sau khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học,

cơ quan, khu vui chơi giải trí

 Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủcông nghiệp, giao thông vận tải gọi chung là nước thải công nghiệp

 Nước thấm qua: Đó là nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khácnhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố xí

 Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những thànhphố hiện đại, chúng được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

 Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong

hệ thống cống thoát của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải kểtrên

1.1.3 Các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đặc trưng của nước thải và nguồn

gốc của chúng [3]

Tính chất vật lý của nước thải bao gồm màu, mùi, chất rắn và nhiệt độ Thành phầnhóa học bao gồm các thành phần có nguồn gốc hữu cơ, vô cơ, thành phần khí và thànhphần sinh học được trình bày ở bảng 1.1

Các tính chất và thành phần này thay đổi tùy theo nguồn gốc phát sinh của loạinước thải đó và mang tính đặc trưng riêng của từng loại nước thải Bên cạnh đó, các tínhchất này cũng thay đổi theo mùa, mật độ dân cư, điều kiện địa lý, khí hậu, vùng miền …

Bảng 1.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của nước thải Tính chất Nguồn phát sinh

Tính chất vật lý

Màu Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp, sự phân rã tự nhiên các chất

hữu cơ

Mùi Sự thối rửa nước thải và các chất thải công nghiệp

Chất rắn Cấp nước cho sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt và sản xuất, xói mònđất, dòng thấm, chảy vào hệ thống cống

Nhiệt độ Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

Thành phần hóa học

Có nguồn hữu cơ

Cacbonhidrat Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Mỡ, dầu, dầu nhờn Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Thuốc trừ sâu Chất thải nông nghiệp

Phenol Chất thải công nghiệp

Protein Các chất thải sinh hoạt và thương mại

Các chất hoạt động bề mặt Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

Các chất khác Phân rã tự nhiên các chất hữu cơ

Có nguồn gốc vô cơ

Độ kiềm Nước thải sinh hoạt, cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước ngầm

Clorua Cấp nước sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt, sự thấm của nướcngầm, các chất làm mềm nước

Các kim loại nặng Các chất thải công nghiệp

Nitơ Các chất thải sinh hoạt và nông nghiệp

Phospho Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

Lưu huỳnh Cấp nước sinh hoạt, nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Các hợp chất độc Các chất thải công nghiệp

Các khí

H 2 S Phân hủy các chất thải sinh hoạt

CH 4 Phân hủy các chất thải sinh hoạt

Oxi Cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước bề mặt

Thành phần sinh học

Các động vật Các dòng nước hở và nhà máy xử lý

Thực vật Các dòng nước hở và nhà máy xử lý

Sinh vật nguyên sinh, Virut Các chất thải sinh hoạt và nhà máy xử lý các chất thải sinh hoạt

1.2 Chất rắn lơ lửng

1.2.1 Các loại hạt trong nước

Có ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước Theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, cácđối tượng này là những hóa chất dạng dung dịch, chất keo rắn và chất rắn lơ lửng Đôngtụ/kết bông sẽ loại bỏ keo và chất rắn lơ lửng trong nước

Hóa chất dạng dung dịch thì hòa tan hoàn toàn trong nước Chúng được tích điện và

có thể tương tác với nước, vì vậy chúng hoàn toàn ổn định và sẽ không bao giờ lắng rakhỏi nước Hóa chất dạng này không thể nhìn thấy bằng mắt thường cũng như sử dụngkính hiển vi Kích thước của nó nhỏ hơn 1 Mu (một Mu hoặc millimicron bằng0,000000039 inch) Một ví dụ của một hóa chất dạng dung dịch là đường trong nước

Chất rắn dạng keo, còn được gọi là chất rắn không lắng, chúng không hòa tan trongnước mặc dù chúng có tích điện Tuy nhiên, các hạt này rất nhỏ và chúng không thể lắng

ra khỏi nước được, ngay cả sau nhiều năm và chúng không thể được loại bỏ bằng cáchđơn lọc Chất rắn keo có kích thước khoảng từ 1 đến 500 Mu và có thể được nhìn thấy chỉkhi dùng kính hiển vi công suất cao Ví dụ như vi khuẩn, đất sét tốt, và phù sa Chất rắndạng keo thường gây ra màu, chẳng hạn như "màu trà" của nước đầm lầy

Cuối cùng, chất rắn lơ lững hoặc lắng được sẽ được tách ra khỏi nước theo thời gian,mặc dù điều này xảy ra rất chậm và đơn thuần để lắng các hạt cặn trong một nhà máy xử

lý nước Các hạt lớn hơn 1.000 Mu thì có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi hoặc đôi khibằng mắt thường

1.2.2 Định nghĩa

Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ, hữu cơ hoặc vô cơ, trong nước thải Khi vận tốc củadòng chảy bị giảm xuống (khi chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ

bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục của nước

Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS) Hàm lượng các chất huyền phù (SS) là trọnglượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc mẫu nước qua phễu lọcrồi sấy khô ở 103-105oC tới khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính là mg hoặc g/l [2]

Chất rắn lơ lửng có kích thước hạt ≥ 10-4 mm có thể lắng được hoặc không lắng được(dạng keo) Nó được xác định bằng cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêu chuẩn vớikích thước lỗ khoảng 1.2µm Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấm, đem sấy ở nhiệt

độ 105oC cho đến khi trọng lượng không thay đổi Đơn vị bằng mg/l [4]

Chất rắn lơ lững trong nước: axit sunphat đồng, oxi đồng, những chất độc thuộc clor,chất hữu cơ photpho, oxit nhôm, oxit sắt…

1.2.3 Nguồn gốc

Chất rắn lơ lửng thường có trong nước mặt do hoạt động xói mòn nhưng ít có trongnước ngầm do khả năng tách lọc tốt của đất

Ngoài các hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát

từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người

1.2.4 Các tính chất của chất rắn lơ lửng

Chất rắn lơ lửng thường làm cho nước bị đục, là một phần của chất rắn có trong nước

ở dạng không hoà tan Căn cứ vào tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong nước, ta cóthể xét đoán hàm lượng mùn, sét và những phần tử nhỏ khác trong nước Chúng có thể cóhại vì làm giảm tầm nhìn của các động vật sống trong nước và độ dọi của ánh sáng mặt

trời qua nước Tuy nhiên nước có chất rắn lơ lửng là đất mùn (như nước phù sa) thì làdùng làm nước tưới cho nông nghiệp rất tốt.

1.2.5 Công thức tính hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải

Chất rắn lơ lửng (mg/l) = (m - m0) x 1000/Vmẫu(ml)Trong đó :

m: khối lượng giấy lọc sau khi lọc mẫu

m0: khối lượng giấy lọc ban đầu

1.3 Quá trình keo tụ

1.3.1 Khái niệm

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo nhỏ

lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo

có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biệnpháp lắng lọc hay tuyển nổi [5]

Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta còn có thể tách được, hoặc làm giảm đicác thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO43-

… và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước [5]

Sự keo tụ bao gồm hai giai đoạn: [6]

 Keo tụ ẩn : bằng mắt thường, quan sát vẻ bên ngoài người ta không thể nhậnbiết bất cứ một biến đổi nào, mặc dầu trong thực tế, các hạt keo đã chập lại vớinhau thành các tập hợp hạt lớn hơn

 Keo tụ rõ : là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang(opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ, và cuối cùng tạo ra kết tủahoặc tạo ra dạng gel (thạch)

1.3.2 Cơ chế của quá trình keo tụ

Khi chất keo tụ cho vào nước và nước thải, các hạt keo bản thân trong nước bị mấttính ổn định, tương tác với nhau, kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn, dễ lắng Quátrình mất tính ổn định hạt keo là quá trình hóa lí phức tạp, có thể giải thích dựa trên các cơchế sau: [7]

 Giảm điện thế zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng lực hấp dẫn Van derWaals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các hạt keo trung hòađiện kết cụm và tạo thành bông cặn

 Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo

 Các bông cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạolắng

Hình 1.1: Keo tụ tạo bông

1.3.3 Một số chất keo tụ sử dụng phổ biến [8]

1.3.3.1 Muối nhôm (phèn nhôm )

Muối nhôm còn gọi là phèn nhôm là chất keo tụ được dùng rộng rãi trong công nghệ

xử lý nước thải Việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào tính chất hóa lý của tạp chất, pH

và các thành phần muối trong nước thải Trong thực tế thường dùng các chất keo tụ như:

Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, KAl(SO4)2H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Trong xử lý nước thảicông nghiệp, chất keo tụ được dùng rộng rãi nhất là nhôm sunfat vì nó hòa tan tốt ở trongnước, giá thành rẻ và hoạt động hiệu quả cao

Hình 1.2: Phèn nhôm sunfat

1.3.3.2 Phèn nhôm trùng hợp

Khi dùng nhôm trùng hợp để xử lý nước sẽ tránh được quá trình thủy phân và hìnhthành dung dịch keo, có thể nhanh chóng phát huy hiệu quả quá trình hấp phụ và trung

hòa Ưu điểm của nhôm trùng hợp là dễ thao tác sử dụng, tốc độ keo tụ nhanh và quá trìnhkeo tụ ít bị ảnh hưởng của nước đầu vào Nhôm trùng hợp thường dùng trong công nghệ

xử lý nước thuộc về nhôm poly clo hóa (PAC)

Hình 1.3: Phèn nhôm PAC

1.3.3.3 Muối sắt (phèn sắt )

Phèn sắt có 2 loại: phèn sắt (II) và phèn sắt (III) Các muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O,FeSO4.7H2O và FeCl3 cũng thường được sử dụng làm chất keo tụ

Phèn sắt có một số ưu điểm hơn phèn nhôm: tác dụng tốt ở nhiệt độ thấp, độ bền lớn

và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng, có thể khử được mùi do xuất hiện H2S.Nhược điểm phèn sắt ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm vì trong quá trình phảnứng phèn FeCl3 tạo ra HCl

Hình 1.4: Phèn sắt (II) sunfat và muối sắt FeCl3

1.3.3.4 Chất phụ trợ keo tụ

Để tăng nhanh quá trình tạo bông keo hydroxit nhôm và sắt nhằm tăng tốc độ lắng, cóthể thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử - chất trợ keo tụ với liều lượng khoảng 1-5 mg/l như polyacrylamit (PAA), polyacrylic hoặc polydiallyldimetyl – amôn Việc sửdụng các chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian cho quátrình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của bông keo

Trong số các chất trợ keo tụ tự nhiên thì phổ biến nhất là natri anginat Chất trợ keo tụ

vô cơ loại anion là muối của các loại axit silicic hoạt tính

Hình 1.6: Chất phụ trợ keo tụ PAA

1.3.3 Qui trình keo tụ

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán,kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet Các hạt này không nổi cũngkhông lắng, và do đó tương đối khó tách loại Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề

mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng.Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cáchgiữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tácđộng của sự xáo trộn Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng tháiphân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âmhoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóacác nhóm hoạt hóa Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnhđiện Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quátrình này được gọi là quá trình keo tụ Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kếtvới các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống,quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.

Liều lượng phèn nhôm hay PAC được xác định trên thiết bị so sánh (Jar test) Mẫunước được lấy vào các cốc khác nhau, có máy khuấy chạy cùng tốc độ Cho chất keo tụvào các cốc, khuấy với tốc độ 120 – 150 vòng/ phút trong thời gian 1 – 2 phút, sau đógiảm dần tốc độ Đây là giai đoạn keo tụ Nếu sử dụng chất trợ keo tụ polymer thì chothêm polymer vào các cốc với hàm lượng xác định và khuấy thêm 1 – 2 phút nữa Đây làgiai đoạn tạo bông Tắt máy khuấy và để lắng, sau 30 phút lấy mẫu ở cùng độ sâu nhưnhau trong các cốc để phân tích [9]

Hình 1.7: Thiết bị Jar test

1.4 Keo tụ sinh học trong nước

Theo Kwon et al., 1996; Shih et al., 2001 Kết tụ sinh học là quá trình do vi sinh vậttổng hợp ra hợp chất đa phân tử có khả năng thu gom và làm lắng các vật chất lơ lửngtrong dung dịch Kết tụ sinh học có tính chất hóa học thuộc một trong ba dạng protein,polysaccharide hoặc glycoprotein (Gao et al., 2006) Vi khuẩn có thể sử dụng các chấtdinh dưỡng trong môi trường để tổng hợp chất đa phân tử trong tế bào dưới sự hoạt độngcủa các loại enzyme khác nhau, các đa phân tử này có thể được bài tiết ra ngoài và tồn tạitrong môi trường hoặc trên bề mặt vỏ tế bào vi khuẩn Cho nên, hoạt động của vi khuẩnbiến đổi những chất có trong môi trường thành các đa phân tử phức tạp có thể sử dụngtrong kết tụ (Deng et al., 2003), có nhiều dạng tổng hợp chất kết tụ sinh học ở vi khuẩn cóthể ở dạng polyme ngoại bào của các tế bào sống (Salehizadeh et al., 2000) hoặc quá trìnhtích lũy chất kết tụ sinh học ngoại bào và sự gom tụ tế bào (Jie et al., 2006)

Có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy có nhiều dòng hoặc chủng vi khuẩn khác

nhau có thể tạo chất kết tụ sinh học khác nhau như: Bacillus licheniformis sp (Hiroaki và Kiyoshi, 1985) và Nocardia amarae YK1 (Takeda et al., 1992) có khả năng tạo chất kết

tụ sinh học là protein; Alcaligens latus KT201 (Kurane et al., 1991) và Bacillus subtilis

IFO3335 (Yokoi et al., 1996) có khả năng tạo chất kết tụ sinh học là polysaccharide;

Arcuadendron sp TS-4 (Lee et al., 1995) và Arathrobacter sp (Wang et al., 1994) có khả

năng tạo chất kết tụ sinh học là glycoprotein

Chất kết tụ sinh học là một chất có phân tử lớn dễ bị vi sinh vật phá hủy được tiết ra

từ các vi sinh vật (Gong et al., 2008) Tính chất hóa lý của chất kết tụ sinh học được xácđịnh bởi bản chất di truyền của sinh vật (Salehizadeh et al., 2000) Nhiều vi sinh vật tổng

hợp các chất kết tụ sinh học như Rhodococcus erythropolis, Paecilomyces sp, Klebsiella

pneumoniae, Citrobacter sp đã được tìm thấy (Lian et al., 2008).

Trong nước thường tồn tại rất nhiều các dạng chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, chấtrắn lơ lửng, cặn bẩn, chúng tồn tại ở trạng thái khác nhau Các phương pháp xử lý nướcthải trước đây được áp dụng chỉ có thể xử lý những chất có kích thước lớn hoặc chất lắngchưa thể xử lý triệt để Tuy nhiên gần đây công nghiệp đã áp dụng công nghệ xử lý keo tụ

có thể xử lý được các chất ở dạng huyền phù kích thước rất nhỏ kết hợp với hóa chất tạokết dính giữa các hạt chất với nhau tạo thành bông keo kích thước lớn dễ dàng xử lý.Phương pháp keo tụ có thể là giải pháp độc lập để xử lý nước thải công nghiệp trước khi

xả vào nguồn tiếp nhận Tùy thuộc vào điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp này cóthể hoàn tất ở giai đoạn sơ bộ ban đầu hoặc giai đoạn cuối của quá trình xử lý nước thải

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS

2.1 Vi khuẩn Bacillus

Vi khuẩn Bacillus là những vi khuẩn Gram dương, thuộc chi Bacillaceae, có nội bào

tử hình ovan có khuynh hướng phình ra ở một đầu Bacillus được phân biệt với các loài vikhuẩn sinh nội bào tử khác bằng hình dạng tế bào hình que, sinh trưởng dưới điều kiệnhiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc Tế bào Bacillus có thể đơn hoặc chuỗi và chuyểnđộng bằng tiêm mao Nhờ khả năng sinh bào tử nên vi khuẩn Bacillus có thể tồn tại trongthời gian rất dài dưới các điều kiện khác nhau và rất phổ biến trong tự nhiên nên có thểphân lập từ rất nhiều nguồn khác nhau như đất, nước, trầm tích biển, thức ăn, sữa, nhưng chủ yếu là từ đất nơi mà đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ C và N [10]

Tất cả các loài thuộc chi Bacillus đều có khả năng dị dưỡng và hoại sinh nhờ sử dụngcác hợp chất hữu cơ đa dạng như đường, acid amin, acid hữu cơ Một vài loài có thể lênmen carbohydrat tạo thành glycerol và butanediol; một vài loài như Bacillus megateriumthì không cần chất hữu cơ để sinh trưởng, một vài loài khác thì cần acid amin, vitamin B.Hầu hết đều là loài ưa nhiệt trung bình với nhiệt độ tối ưu là 30 – 45oC, nhưng cũng cónhiều loài ưa nhiệt với nhiệt độ tối ưu là 65oC [11]

Đa số Bacillus sinh trưởng ở pH = 7, một số phù hợp với pH = 9 – 10 như Bacillus

alcalophillus, hay có loại phù hợp với pH = 2 – 6 như Bacillus acidocaldrius.

Bacillus có khả năng sản sinh enzyme ngoại bào như amylase, protease, cellulase…,

do đó chúng được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, trong bảo vệ môi trường, …