Nghiên cứu và chế phẩm nitrat hóa để xử lý nước thải nuôi trồng hải sản

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ PHẨM NITRAT HOÁ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG HẢI SẢN Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Phương Hà Sinh viên thực : Trần Thị Dương Lớp : 11-02 Hà Nội – 2015 Lời cảm ơn Đầu tiên cho gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Hoàng Phương Hà, người trực tiếp dạy hướng dẫn cách tận tình suốt thời gian thực khóa luận Cho gửi lời cảm ơn đến TS Đỗ Thị Tố Uyên - phó trưởng phòng, phụ trách Phòng Công nghệ Sinh học Môi trường (Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) tạo điều kiện tốt suốt thời gian thực tập phòng thí nghiệm Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến giúp đỡ bảo tận tình tập thể cán nghiên cứu khoa học phòng Công nghệ Sinh học Môi trường Viện công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ hoàn thành khóa luận Đồng thời cho gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Khoa Công nghệ Sinh học, Viện Đại học Mở Hà Nội truyền đạt kiến thức bổ ích tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực tập tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thân gia đình, bạn bè bên cạnh ủng hộ giúp đỡ nhiều vật chất tinh thần để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2015 Sinh viên Trần Thị Dương Mục lục Lời mở đầu PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quát chung nghề nuôi trồng thủy sản Việt Nam 1.2 Tình trạng ô nhiễm môi trường NTTS 1.3 Ảnh hưởng nguồn nước bị nhiễm hợp chất chứa nitơ tới môi trường NTTS 1.4 Chế phẩm vi sinh vật 1.4.1 Khái niệm chế phẩm sinh học 1.4.2 Lợi sử dụng chế phẩm sinh học xử lí nước 1.5 Chế phẩm nitrate hóa 1.5.1 Quá trình nitrate hóa 1.5.2 Hệ vi khuẩn nitrate hóa 11 1.8 Chất mang sử dụng chế phẩm 12 1.9 Tình hình nghiên cứu nước 14 Phần PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị sử dụng 16 2.1.1 Nguyên liệu 16 2.1.2 Hóa chất, môi trường 16 2.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp nuôi cấy vi sinh vật 17 2.2.2 Phương pháp cố định tế bào bề mặt chất mang rắn 18 2.2.3 Phương pháp xác định mật độ vi khuẩn chế phẩm [5] 20 2.2.4 Phương pháp đánh giá hoạt tính nitrate hóa chế phẩm 21 2.2.5 Phương pháp xác định độ ẩm chế phẩm 27 i 2.2.6 Phương pháp đánh giá khả sinh trưởng hoạt tính vi khuẩn nitrate hóa môi trường nước lợ 28 2.2.7 Phương pháp xác định khả xử lý amoni hệ lọc qui mô 10 lit28 Phần KẾT QUẢ 29 3.1 Hoạt hóa lựa chọn số chủng vi khuẩn nitrate hóa có hoạt tính cao 29 3.2 Nhân nuôi vi khuẩn thu sinh khối 30 3.3.1 Ảnh hưởng độ ẩm đến sinh trưởng vi khuẩn trình lên men xốp 31 3.3.2 Ảnh hưởng độ ẩm đến hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn trình lên men xốp 33 3.3.3 Đánh giá khả sinh trưởng hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn môi trường nước lợ 37 3.4 Thử nghiệm chế phẩm hệ lọc dung tích 10 lit quy mô phòng thí nghiệm 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 KẾT LUẬN 43 KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI 45 ii Danh mục bảng viết tắt NTTS Nuôi trồng thủy sản ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long TS Thủy sản iii Mục lục hình ảnh Hình 1.1: Tình hình ô nhiễm môi trường nuôi khu vực nuôi trồng Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan quy trình nhân giống vi sinh vật 18 Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát quy trình tạo chế phẩm nitrate hóa 20 Hình 3.1: Biểu đồ hoạt tính chế phẩm sau tạo thành 33 Hình 3.2: Hoạt tính loại chế phẩm 40 ngày 35 Hình 3.3 Hoạt tính chế phẩm sau tháng 36 Hình 3.4: Hoạt tính chế phẩm tháng 37 Hình 3.5 Hoạt tính chế phẩm môi trường chứa muối NaCl 38 iv Danh mục bảng Bảng 1: Thành phần hóa học tro trấu [8] 13 Bảng 2.1: Môi trường nuôi cấy vi khuẩn nitrate hóa 16 Bảng 3.1 Hoạt tính oxy hóa amoni nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni 29 Bảng 3.2 Hoạt tính oxy hóa nitrite nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrite 30 Bảng 3.3 Mật độ tê bào vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm 31 Bảng 3.4 Khảo sát mật độ tế bào vi khuẩn chế phẩm theo thời gian 32 Bảng 3.2 Mật độ tế bào vi khuẩn chế phẩm môi trường chứa muối NaCl 38 Bảng 3.5 Hiệu xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ 39 Bảng 3.6 Hiệu suất xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ hai 40 Bảng 3.7 Hiệu suất xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ ba 40 v Lời mở đầu Việt Nam bước vào thời kì công nghiệp hóa, đại hóa kinh tế, nhằm đạt mục tiêu chiến lược trở thành đất nước công nghiệp tiên tiến vào năm 2020 Trong năm gần đây, nhận thấy tầm quan trọng nghề nuôi trồng thủy sản (NTTS), Chính phủ Bộ thủy sản dành ủng hộ mạnh mẽ cho phát triển bền vững ngành NTTS Một số hỗ trợ tăng cường nguồn kinh phí cho phát triển nâng cấp sở hạ tầng toàn Ngành Chính ngành khai thác NTTS nước ta có bước tiến vượt bậc Thủy sản (TS) ngành kinh tế mũi nhọn Việt Nam, NTTS sản phẩm xuất thủy sản đóng vai trò quan trọng việc tăng trưởng GDP nước Tổng sản lượng thủy sản đạt 6,3 triệu (năm 2014), tăng 4,4% so với năm 2013 Sản xuất tôm nước lợ tăng trưởng mạnh diện tích lẫn sản lượng, đóng góp quan đưa kim ngạch xuất thủy sản năm 2014 tiếp cận mức tỷ USD, tăng 16,5% so với năm 2013, mức tăng cao vòng năm trở lại [2] Bên canh đó, phát triển ngành NTTS góp phần giải công việc làm cho hàng triệu lao động nước Tuy nhiên ngành NTTS xuất TS mang lại nhiều lợi nhuận gặp không khó khăn ô nhiễm môi trường nuôi dẫn đến dịch bệnh cho động vật nuôi, thiệt hại đáng kể đến kinh tế, ảnh hưởng lớn đến tình hình phát triển chung ngành Nguyên nhân tình trạng lượng thức ăn dư thừa chất thải động vật nuôi, môi trường nuôi giống chứa dư lượng kháng sinh, dược phẩm, thuốc trị liệu kích thích tố… Các thành phần gây ô nhiễm hợp chất hữu cơ, hợp chất nitơ, photpho, thực vật phù du, chật lắng đọng nguồn nước đầu vào mang vào, ô nhiễm hợp chất nitơ vô chiếm tới 30-40% Sự ô nhiễm nitơ, photpho hữu gây nên tượng phú dưỡng, làm giảm lượng ôxy hòa tan nước ảnh hưởng trầm trọng đến sản lượng chất lượng giống [4] Hiện nay, thị trường sản phẩm phục vụ cho ngành NTTS đa dạng thuốc, hóa chất chế phẩm sinh học Hóa chất dùng NTTS thường dạng: thuốc diệt nấm (antifoulants), thuốc khử trùng (disinfectants), thuốc diệt tảo (algicides), thuốc trừ cỏ (herbicides), thuốc diệt kí sinh trùng (parasiticcides) thuốc diệt khuẩn (antibacterials); chất kháng sinh sử dụng nuôi trồng thủy sản chủ yếu để chữa bệnh lây nhiễm phòng bệnh cho thủy sản Những hoá chất có vai trò quan trọng việc bảo vệ sức khoẻ động vật thuỷ sản sử dụng đúng, sử dụng sai mục đích lạm dụng dẫn đến hậu khôn lường, gây rủi cho người lao động, tồn dư chất độc sản phẩm thuỷ sản gây hại cho người tiêu dùng, làm giảm giá trị thương phẩm tạo chủng vi khuẩn kháng thuốc điều trị bệnh Chính vậy, chế phẩm sinh học sử dụng công cụ hữu hiệu để giải vấn đề ô nhiễm môi trường ao nuôi, tạo tảng vững cho phần lớn hoạt động nuôi trồng thủy sản Chế phẩm sinh học chấp nhận rộng rãi để khống chế dịch bệnh, tăng sức đề kháng Khác với biện pháp hóa học kháng sinh, chế phẩm sinh học cung cấp phương thức an toàn bền vững người nuôi tiêu dùng Trong số danh mục chế phẩm sinh học phải kể đến chế phẩm nitrate hóa, chúng sử dụng rộng rãi xử lý nước (nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước thải chế biến lương thực thực phẩm, nước nuôi trồng thủy sản…) Trong nuôi trồng thủy sản, nhóm vi khuẩn nitrate hóa tham gia vào trình làm môi trường, giảm thiểu khả gây bệnh lĩnh vực sản xuất giống thủy sản nuôi thủy sản thâm canh Nitrate hóa trình quan trọng nằm vòng chuyển hóa nitơ Ở giai đoạn NH4+ oxy hóa thành NO3- thông qua NO2- với tham gia, nhóm vi khuẩn tự dưỡng, chủ yếu thuộc chi Nitrosomonas (vi khuẩn oxy hóa amoni) Nitrobacter (vi khuẩn oxy hóa nitrite) [17], [22] Việc ứng dụng trình chuyển hóa nitơ vô với hệ vi khuẩn tham gia vào trình mở nhiều hướng xử lí nước bị ô nhiễm amoni đạt hiệu thân thiện với môi trường Đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm nitrate hóa để xử lí môi trường hải sản” góp phần tạo thêm chế phẩm sinh học để xử lý môi trường nuôi cho ngành NTTS Mục tiêu cần đạt đề tài: Tạo chế phẩm nitrate hóa trình lên men xốp để ứng dụng xử lí nước bị ô nhiễm hợp chất nitơ vô ao nuôi hải sản Nội dung nghiên cứu: - Hoạt hóa số chủng vi khuẩn nitrate hóa sẵn có cho mục tiêu nhân nuôi tạo sinh khối - Nghiên cứu trình lên men xốp vi khuẩn nitrate hóa - Nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm trình lên men tạo chế phẩm sinh học có mật độ vi khuẩn hoạt tính nitrate hóa tốt - Đánh giá ảnh hưởng muối NaCl đến khả sinh trưởng hoạt tính vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm - Xác định mật độ vi khuẩn hoạt tính nitrate hóa chế phẩm theo thời gian - Ứng dụng thử nghiệm chế phẩm sinh học nitrate hóa hệ lọc qui mô phòng thí nghiệm Bảng 3.4 Khảo sát mật độ tế bào vi khuẩn chế phẩm theo thời gian Độ ẩm CP 70% AOB 50% NOB AOB 30% NOB AOB 20% NOB AOB 14x10 15x10 NOB Thời gian ngày 38x10 24x10 65x10 40x10 16x10 8 8 10 25x10 13x108 30x108 28x108 14x10 9x108 13x10 8 ngày 20 18x10 8x108 28x108 20x108 13x10 8x107 12x10 8 ngày 7 8 30 12x10 2x107 4x107 6x10 2x10 20x10 22x10 ngày 8 8 40 8x10 6x10 6x10 3x10 2x10 30x10 16x10 ngày 8 8 8 60 6x10 4x10 2x10 6x10 6x10 28x10 22x10 ngày 8 7 8 70 2x10 2x10 6x10 8x10 4x10 20x10 10x10 ngày 7 8 8 80 6x10 4x10 6x10 12x10 2x10 32x10 8x10 ngày 7 8 8 90 4x10 2x10 4x10 2x10 4x10 12x10 4x10 ngày 7 7 8 100 8x10 6x10 18x10 4x10 12x10 14x10 6x10 ngày 7 7 110 10x10 12x107 6x108 10x10 6x10 8x10 22x10 ngày 120 10x10 8x107 12x108 16x107 12x107 4x107 14x107 ngày Ghi chú: AOB: vi khuẩn oxy hóa amoni; NOB: vi khuẩn oxy hóa nitrite 12x10 6x10 3x10 2x10 2x10 6x10 6x10 4x10 6x10 6x10 4x10 8 7 7 7 7 6x107 Kết nhận cho thấy, mật độ tế bào vi khuẩn chế phẩm loại chế phẩm có độ ẩm khác sinh trưởng tốt đạt mức 108 CFU/g sau thời gian bảo quản 10 ngày đầu, hàm lượng giảm nhẹ xuống 107 CFU/g từ 20 ngày trở không thay đổi hàm lượng tế bào suốt tháng theo dõi chế phẩm có độ ẩm 70%, 30%, 20% Riêng chế phẩm có độ ẩm 50%, mật độ vi khuẩn 32 ổn định suốt thời gian theo dõi mà cao chế phẩm lại, giảm nhẹ ngày thứ 120 Mật độ tế bào vi khuẩn đạt 108 CFU/g, điều chứng tỏ nguồn chất mang, chất nồng độ dinh dưỡng chế phẩm bổ sung vào ban đầu thích hợp cho tồn vi khuẩn nitrate hóa Như vậy, mật độ tế bào vi khuẩn nitrate hóa tồn chế phẩm ổn định thời gian 120 ngày theo dõi 3.3.2 Ảnh hưởng độ ẩm đến hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn trình lên men xốp Hoạt tính chế phẩm sinh học sau tạo thành ( ngày đầu) Chế phẩm sinh học sau tạo thành, mật độ tế bào đạt tiêu chuẩn chưa đủ mà điều quan tâm hàng đầu người sử dụng chế phẩm hoạt tính chế phẩm ứng dụng chúng trình xử lí nước bị ô nhiễm amoni Vì vậy, sau tạo thành chế phẩm nitrate hóa với chất mang tro trấu tiếp tục tiến hành thử nghiệm hoạt tính chế phẩm theo thời gian Trước tiên, tiến hành thử nghiệm hoạt tính nitrate hóa chế phẩm sau ủ (ngày đầu) Sau ngày nuôi lắc xác định tiêu NH4+, NO2-, NO3- Kết thể hình 3.1 Hình 3.1: Biểu đồ hoạt tính chế phẩm sau tạo thành Kết nhận cho thấy, chế phẩm tạo thành có hoạt tính xử lí amoni tốt Với hàm lượng amoni bổ sung vào bình nuôi ban đầu 10 mg/l hiệu xuất loại bỏ amoni đạt 80% tất chế phẩm có độ ẩm khác Hàm 33 lượng N_NO2- có mặt môi trường dịch ít, hàm lượng N_NO3- tạo thành cao 73% chế phẩm đạt độ ẩm 50% 50% chế phẩm đạt độ ẩm 70%, 30%, 20% Điều lý giải, lượng amoni chuyển hóa thành nitrie nhờ nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni chế phẩm, lượng nitrie tạo thành tiếp tục chuyển hóa thành nitrate nhờ nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrite Như vậy, loại chế phẩm sau hoàn thành có khả xử lí amoni với hiệu suất 80% nồng độ amoni ban đầu 10 mg/l với điều kiện thử nghiệm phù hợp với hệ vi khuẩn nitrate hóa Các chế phẩm tiếp tục sử dụng cho thí nghiệm Hoạt tính chế phẩm theo thời gian Sau chế phẩm tạo thành mật độ tế bào hoạt tính xác định, hoạt tính có ổn định theo thời gian bảo quản hay không, tiếp tục tiến hành thử hoạt tính chế phẩm thời gian bảo quản khác sau 10 ngày, 20 ngày, 30 ngày,… bước thử hoạt tính tương tự thử hoạt tính chế phẩm sau hoàn thành (ngày đầu) 34 Hình 3.2: Hoạt tính loại chế phẩm 40 ngày Từ hình 3.2 cho thấy, hoạt tính chuyển hóa amoni loại chế phẩm có khác biệt Tại thời điểm sau 10 ngày kể từ lúc tạo thành chế phẩm, hiệu suất loại bỏ amoni chế phẩm 50%, 70% đạt 80%, chế phẩm 30%, 20% hiệu suất giảm xuống 74,6% 68% Đồng thời lượng nitrate tạo thành thời điểm sau 10 ngày chế phẩm 50% 6,9 mg/l N_NO3-, chế phẩm 70% 5,5 mg/l N_NO3-, chế phẩm 30% 5,3 mg/l N_NO3- chế phẩm 20% 5,4 mg/l N_NO3(cả loại chế phẩm 70%, 30%, 20% hiệu suất xử lí thấp chế phẩm 50%) Sang thời điểm 20 ngày hiệu suất loại bỏ amoni chế phẩm tương đối ổn định so với ngày Trong lượng nitrate tạo thành chế phẩm lại có biến đổi Cụ thể, lượng nitrate tạo thành chế phẩm 50% 5,8 mg/l (giảm 5% so 35 với 10 ngày trước đó), chế phẩm 70%, 30%, 20% 5,3; 4,7; 4,8 mg/l N_NO3- Tiếp tục thử hoạt tính chế phẩm thời điểm đạt 30 ngày 40 ngày Kết cho thấy hoạt tính loại chế phẩm ôn định 20 ngày đầu khảo sát Hiệu suất loại bỏ amoni 30 ngày 80% chế phẩm 70% chế phẩm 50%, chế phẩm 30% chế phẩm 20% 71,5%; 68% Ở 40 ngày hiệu suất loại bỏ amoni giảm xuống 64% chế phẩm 30%, 62% chế phẩm 20%, chế phẩm 50% 70% có hiệu suất loại bỏ amoni ổn định so với hiệu suất ban đầu 80% Hoạt tính chế phẩm tiếp tục xác định thời điểm tháng kể từ chế phẩm tạo thành (hình 3.3) Hình 3.3 Hoạt tính chế phẩm sau tháng 36 Kết cho thấy hoạt tính nitrate hóa loại chế phẩm sau tháng có thay đổi, với chế phẩm 50% có hoạt tính chuyển hóa amoni tốt chế phẩm lại, đạt hiệu suất loại bỏ amoni mức 68% Hình 3.4: Hoạt tính chế phẩm tháng Chúng tiếp tục xác định hoạt tính chế phẩm tháng thứ Kết nhận cho thấy, hiệu suất loại bỏ amoni chế phẩm thay đổi nhiều so với tháng thứ 3, Hiệu suất loại bỏ chế phẩm có độ ẩm 50% 65% Từ kết xác định khả sinh trưởng hoạt tính chế phẩm thấy rằng: chế phẩm có độ ẩm 50% có khả sinh trưởng có hoạt tính ổn định chế phẩm độ ẩm khác 3.3.3 Đánh giá khả sinh trưởng hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn môi trường nước lợ Với mục đích sản xuất chế phẩm nitrate hóa để làm môi trường NTTS có thủy sản nước lợ, nên chế phẩm tạo thành phải thích nghi môi trường có muối Do chế phẩm tạo khả sinh trưởng hoạt tính nhóm vi khuẩn nitrate hóa muôi trường chứa muối NaCl (thành phần nước biển) Kết thể bảng 3.2 37 Bảng 3.2 Mật độ tế bào vi khuẩn chế phẩm môi trường chứa muối NaCl Nồng độ muối NaCl AOB NOB 0‰ 2x10 7x108 10 ‰ 4x108 8x108 20 ‰ 3x108 2x108 30 ‰ 8x108 6x108 40 ‰ 3x108 2x108 Từ bảng 3.2 cho thấy, nhóm vi khuẩn nitrate hóa sinh trưởng phát triển tốt môi trường chưa muối NaCl với nồng độ từ ‰ – 40 ‰ Mật độ tế bào đạt 108 CFU/g giảm không đáng kể so với chế phẩm tạo thành ban đầu Hoạt tính nhóm vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm môi trường chứa muối xác định (hình 3.5) Hình 3.5 Hoạt tính chế phẩm môi trường chứa muối NaCl Từ hình 3.5 cho ta thấy, thời điểm chế phẩm tháng hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn môi trường nước lợ hoàn toàn thích nghi ổn định Điều chứng tỏ vi khuẩn nitrate hóa sống môi trường nước lợ thể hoạt tính tốt 38 3.4 Thử nghiệm chế phẩm hệ lọc dung tích 10 lit quy mô phòng thí nghiệm Trong số nghiên cứu trước Hoàng Phương Hà cộng (2010) cho thấy, hiệu xử lí nước bị nhiễm amoni hiệu hệ lọc có bổ sung chất mang Vì vậy, nghiên cứu này, thử nghiệm chế phẩm hệ lọc có bổ sung chất mang Cụ thể đưa vào 30% chất mang dạng mút xốp với 1% chế phẩm vào hệ lọc Hệ lọc có dung tích 10 lít hoạt động điều kiện: nhiệt độ 28±2oC; pH = 7,5; oxy cung cấp sục khí, bên cạnh sục khí có tác dụng đẩy luân chuyển chất mang, vi khuẩn chứa chế phẩm có hội bám dính chất mang Sau – ngày, vi khuẩn bám dính vào chất mang tiến hành thử nghiệm khả loại bỏ amoni hệ lọc theo mẻ Cứ sau mẻ, dịch loại hết để loại hợp chất nito có bình mẫu lấy theo ngày để kiểm tra thành phần nitơ vô Bảng 3.5 Hiệu xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ Mẻ mgN/l N_NH4+ ban đầu Ngày N_NH4+ lại (mg/l) N_NO2- tạo thành (mg/l) N_NO3- tạo thành (mg/l) 4,75 0,33 0,24 1,45 1,17 3,06 0,05 0,52 4,52 Ở mẻ thứ hàm lượng N_NH4+ ban đầu bổ sung vào hệ lọc mg/l Sau ngày theo dõi kết bảng cho thấy, hàm lượng amoni ngày chuyển hóa Sang đến ngày thứ hiệu suất loại bỏ amoni 71%, đến ngày thứ amoni không thấy xuất hệ lọc 39 Bảng 3.6 Hiệu suất xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ hai Mẻ Ngày 10 mgN/l N_NH4+ ban đầu N_NH4+ lại (mg/l) N_NO2- tạo thành (mg/l) N_NO3- tạo thành (mg/l) 2,24 0,09 0,87 1,04 1,78 8,57 0,02 0,36 9,62 Tương tự mẻ thứ nhất, mẻ thứ hàm lượng N_NH4+ ban đầu 10 mg/l (bảng 3.6), kết cho thấy, từ ngày lượng N_NH4+ lại hệ lọc 2,24 mg/l tương đương với hiệu suất loại bỏ amoni hệ 77,6%, đến ngày thứ 2, hàm lượng amoni gần hết, hiệu suất loại bỏ amoni mẻ thứ tăng gấp đôi so với mẻ thứ Chứng tỏ hệ vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm thích nghi hệ lọc nên hiệu suất loại bỏ tăng lên Bảng 3.7 Hiệu suất xử lí amoni chế phẩm nitrate hóa mẻ thứ ba Mẻ Ngày N_NH4+ lại (mg/l) N_NO2- tạo thành (mg/l) N_NO3- tạo thành (mg/l) 15 mgN/l N_NH4+ ban đầu 6,25 0,95 6,27 0,28 0,82 13,2 0,07 0,28 14,7 Ở mẻ thứ 3, nồng độ amoni ban đầu tăng lên đến 15 mg/l N_NH4+ Kết thu cho thấy, sau ngày lượng amoni chuyển hóa đạt hiệu suất 98,13% Như cho hệ lọc làm việc theo mẻ bổ sung chế phẩm nitrate hóa nghiên cứu, hoạt tính xử lí amoni thể hiệu cao nhiều so với thử nghiệm bình nuôi cấy 40 Tóm lại: Nhóm vi khuẩn nitrate hóa sử dụng nghiên cứu tạo chế phẩm thuộc chi Nitrosomonas Nitrobacter Các vi khuẩn tham gia vào trình chuyển hóa hợp chất nitơ nước Trên giới có nhiều nghiên cứu tính chất sinh lí, sinh hóa, sinh học đặc biệt công nghệ xử lí nước bị ô nhiễm amoni phương pháp sinh học nhóm vi khuẩn Ở Việt Nam có số nghiên cứu nhóm vi khuẩn nghiên cứu giai đoạn đầu, số nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn nitrate hóa công nghệ xử lí nước nhiễm hợp chất nitơ Qua số nghiên cứu cho thấy, nhóm vi khuẩn nitrate hóa có khả sinh trưởng thích sống bám giá thể Lợi dụng tính chất này, tìm vật liệu phù hợp làm chất mang bán dính cho vi khuẩn nghiên cứu tạo chế phẩm nitrate hóa để xử lí nước nuôi trồng hải sản Cơ chất sử dụng làm chất mang nghiên cứu tro trấu, nguyên liệu sẵn có nước ta, thành phần hóa lí tro trấu phù hợp với nhóm vi khuẩn nitrate hóa Bốn chủng vi khuẩn có hoạt tính nitrate hóa tốt PĐ58, PĐ60 (thuộc chi Nitrosomonas – vi khuẩn oxy hóa amoni), 2NM; 5NM (thuộc chi Nitrobacter – vi khuẩn oxy hóa nitrite) lựa chọn để nhân nuôi sinh khối tạo chế phẩm sinh khối đạt tới 108 CFU/g phối trộn với chất mang tiến hành lên men xốp điều kiện phù hợp, chế phẩm lên men với độ ẩm khác 70%, 50%, 30%, 20% để tìm điều kiện tối ưu độ ẩm cho trình lên men Khả sinh trưởng hoạt tính vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm kiểm tra trước sau lên men Trước ủ mật độ tế bào đạt khoảng 105 CFU/g, sau lên men, chế phẩm nghiên cứu có mật độ tế bào 108 CFU/g Hoạt tính nitrate hóa chế phẩm cho thấy, hiệu suất loại bỏ amoni đạt 80% Chế phẩm theo dõi 120 ngày Kết cho thấy, mật độ tế bào chế phẩm tương đối ổn định giữ ≥ 108 CFU/g với chế phẩm có độ ẩm 50%, chế phẩm có độ ẩm 70%, 30%, 20% có giảm nhẹ mật độ tế bào Hoạt tính chế phẩm giảm nhẹ đạt 65% chế phẩm đạt độ ẩm 50% tháng thứ 4, chế phẩm có độ ẩm 70%, 30%, 20% hoạt tính giảm xuống 55% Trong loại chế phẩm chế phẩm có độ ẩm 50% có mật độ tế bào hoạt tính nitrate hóa tốt 41 Với mục đích sản xuất chế phẩm nitrate hóa để làm môi trường NTTS có thủy sản nước lợ, nên chế phẩm tạo thành phải thích nghi môi trường có muối Dó đó, tiếp tục thử hoạt tính khảo sát mật độ tế bào chế phẩm có độ ẩm 50% môi trường nước lợ cho kết cao xử lý nước bị nhiễm amoni Để tiếp tục nghiên cứu, chế phẩm lựa chọn thử nghiệm hoạt tính hệ lọc dung tích 10 lít có chứa 30% chất mang làm việc theo mẻ Ba đợt thí ngiệm tương đương với mẻ với nồng độ amoni khác tương đương cho mẻ: mg/l; 10 mg/l; 15 mg/l Mẫu thu theo ngày, kết đánh giá hoạt tính chế phẩm hệ lọc cho thấy hiệu xử lí tốt, loại bỏ hết amoni ngày Tóm lại sau trình nghiên cứu tạo chế phẩm nitrate hóa để xử lí nước nuôi trồng thủy sản bước đầu thành công việc sử dụng chất tro trấu Chế phẩm nitrate hóa có hoạt tính mật độ tế bào ổn định trình theo dõi (4 tháng) Hoạt tính chế phẩm có hiệu xử lí cao so với chế phẩm nghiên cứu trước Manju (2009) cố định vi khuẩn nitrate hóa lên bột gỗ thân thảo Ailantus altissima; Shan Obbard (2001) bẫy vi khuẩn nitrate hóa vào đất sét Kết thử nghiệm chế phẩm hệ lọc xử lí nước bị ô nhiễm amoni coi tiền đề cho nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ xử lí nước nhiễm amoni thực tế 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Lựa chọn chủng PĐ58, PĐ60 (thuộc chi Nitrosomonas) 2NM, 5NM (thuộc chi Nitrobacter) để nhân nuôi thu sinh khối Sử dụng phương pháp lên men xốp vi khuẩn nitrat hóa với chất mang tro trấu cho nghiên cứu tạo chế phẩm sinh học Chế phẩm tạo thành có nồng độ tế bào đạt ≥ 108 CFU/g Độ ẩm thích hợp cho trình lên men xốp tạo chế phẩm nitrate hóa 50% Khảo sát mật độ tế bào hoạt tính chế phẩm thời gian 120 ngày cho thấy: mật độ tế bào ổn định ≥ 108 CFU/g; hiệu suất loại bỏ amoni chế phẩm có độ ẩm 50% cao Thử khả sinh trưởng hệ vi khuẩn nitrate hóa chế phẩm môi trường chứa muối NaCl với nồng độ muối 10‰, 20‰, 30‰, 40‰ mật độ tế bào đạt ≥ 108 hoạt tính xử lí amoni cao 70% Ứng dụng chế phẩm hệ lọc xử lí theo mẻ với nồng độ amoni tương ứng mgN/l, 10 mgN/l, 15 mgN/l cho thấy, hệ lọc loại bỏ hết lượng amoni ban đầu đến ngày KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu sản xuất chế phẩm quy mô lớn Cần đánh giá chất lượng, hiệu sản phẩm môi trường nuôi thủy sản khác thực tế 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Hoàng Phương Hà (2009) Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu vi khuẩn nitrate hóa để ứng dụng công nghệ xử lí nước ô nhiễm amoni” http://www.fistenet.gov.vn/c-thuy-san-viet-nam/a-nghe-ca/nhung-ket-qua-noibat-cua-nganh-thuy-san-nam-2014/ Huỳnh Quyền, Trương Hoài Chính (2012) Nghiên cứu quy trình thu hồi Silica từ tro trấu, ứng dụng tổng hợp phụ gia cho xi măng mác cao, Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Đà Nẵng; Số: 8(57): trang – 14 Khảo sát tình hình ô nhiễm nước nuôi tôm ven biển Nam Trung Bộ đề xuất biện pháp xử lý Lê Xuân Phương (2008), giáo trình “Thí nghiệm vi sinh vật”, Đại học Đà Nẵng Lê Xuân Phương (2001) Vi sinh vật công nghiệp NXB Xây Dựng Hà Nội Nghiên cứu ảnh hưởng chất mang đến khả sinh trưởng hoạt tính chuyển hóa nitrogen vi khuẩn nitrate hóa, Tạp chí Công nghệ Sinh học 6(4A): 783-789) Ngọ Văn Toản (2013) Nghiên cứu ảnh hưởng tro trấu phụ gia siêu dẻo tới tính chất hồ, vữa bê tông, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 3+4/2013 Nguyễn Ngọc Thanh Vân, Khảo sát hệ vi sinh vật kiểm soát NH3 nước nuôi tôm 10 Nguyễn Thị Nhiên, lựa chọn điều kiện lên men xốp tối ưu nghiên cứu đặc tính xylananse từ chủng vi khuẩn ưu nhiệt 11 Nguyễn Văn Năm, Phạm Văn Ty (2007) Tạp chí Thông tin Khoa học Công nghệ - Kinh tế thủy sản, số 3/2007, trang 27 – 28 12 Nuôi trồng, khai thác, chế biến thủy hải sản (2014), Aquaculture and fishery www.vietlinh.vn 13 Phạm Công Khải, thực trạng ô nhiễm môi trường nuôi thủy sản cách khắc phục 44 14 Phạm Đình Đôn - Phó Cục trưởng Cục Kiểm soát ô nhiễm- Tạp chí Môi trường, số 6/2014) 15 Trịnh Ngọc Tuấn (2005) Nghiên cứu trạng khai thác, nuôi trồng thủy sản Việt Nam đề xuất phương pháp xử lí nước thải 16 www.vietnamplus.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI 17 A.A Van de Graaf, A Mulder, Peter de Bruijin, M.S.M Jette, L A Robertson, J.Gijs Kuenen (1995) Anaerobic Oxidation of Ammonium Is a Biologically Mediated Process, Applied and Environment Microbiology 61(4) 1246 – 1251 18 Achuthan, C., Kumar, V.J.R., Manju, N.J., Rosamma, P., Singh, I.S.B., 2006 Development of nitrifying bacterial consortia for immobilization in nitrifying bioreactors designed for penaeid and non-penaeid larval rearing systems in the tropics Indian Journal of Marine Sciences 35 (3), 240–248 19 Franson, M.A.H., (1995) Standard methods for the Examination of Water and wastewater, Pulication Office American public Health Association – washington, DC 20005., 19th Edition, phương pháp 225 – 227; 240 – 243; 461 – 464 20 Fuller R (1989) Probiotics in man and animals in Journal of Applied Bacteriology 66, pp.365 – 378 21 Jonhson C.J, Bourud P.A, Dosch T.L, Kilness A.W, Senger K.A, Bush D.C, Meyer M.R (1987) Faltal Outcome of Methemoglobienima in a Infant, J American Medical Association, 257: 2796 – 2797 22 K.V Bhaskar, P, B.B.N Charyulu (2005) Effect of environment factors on nitruffying bacteria isolated from the rhizosphere of Setaria Italia (L) Beauv, African Journal of Biotechnology 4(10) 1145 – 1146 23 Kourkoutas, Y Bekatorou, A Banat, I.M Marchant, Koutionas, A.A (2004) Immobilization technologies and support materials suitable inalcohol berverage production: a review, Food Microbiology, Vol.21, 377 – 397 45 24 Manju N J, Deepesh V, Achuthan C, Rosamma P, Bright Singh I S, 2009 Immobilization of nitrifying bacterial consortia on wood particles for bioaugmenting nitrification in shrimp culture systems Aquaculture, 294(1-2): 65 - 75 25 Shan H, Obbard J P, 2001 Ammonia removal from prawn aquaculture water using immobilized nitrifying bacteria Applied Microbiology and Biotechnology, 57(5-6): 791 - 798 26 Watson S W and M Mandel (1971) Comparison of morphology and deoxyribonucleic acid composition of 27 strain of nitrifying bacteria J Bacteriol 107: 563 – 569 46 [...]... khuẩn nitrate hóa về tính chất sinh học cũng như vai trò của nó trong quá trình xử lí nước bị ô nhiễm amoni đã thu được những kết quả khả quan về định hướng ứng dụng ngoài thực tế Để tiếp tục nghiên cứu về nhóm vi khuẩn nitrate hóa này, chúng tôi đề xuất các nghiên cứu sản xuất chế phẩm nitrate hóa để ứng dụng cho các công nghệ xử lí nước nuôi trồng hải sản bị nhiễm amoni Việc nghiên cứu chế phẩm ở... dụng chế phẩm sinh học trong xử lí nước Ở nước ta trong những năm gần đây, việc sử dụng chế phẩm sinh học để xử lí nước ngày càng phổ biến và đang được ứng dụng một cách có hiệu quả, do đó nó có nhiều bước tiến Chế phẩm sinh học được coi là một công cụ hữu hiệu để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong ao nuôi, tạo nền tảng vững chắc cho phần lớn hoạt động nuôi trồng thủy sản trên thế giới Chế phẩm. .. châu Đại Dương và Trung Đông với các mặt hàng chế biến cá tra và tôm…với tổng kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 4 tỷ USD/năm Với lợi thế như vậy nhưng trong quá trình chế biến thủy sản nguồn nước thải từ nước rửa nguyên liệu, sơ chế nguyên liệu, chế biến sản phẩm, các nguồn nước vệ sinh nhà xưởng sản xuất, nước rửa máy móc thiết bị, dụng cụ sản xuất trong các phân xưởng nhà máy chế biến thủy sản chứa nhiều... Hà Nội như nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh để xử lí nước thải sinh hoạt đô thị Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Vi sinh vật và Công nghệ Sinh học có nghiên cứu điều kiện thích hợp cho sinh trưởng của vi khuẩn nitrate hóa trong quá trình lên men…, nhưng các nghiên cứu này cũng chỉ mới bắt đầu và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu thực tiễn 14 của các cơ sở ươm giống hải sản Các nghiên cứu cơ bản... dụng các chế phẩm vi sinh vật trong đó phải kể đến chế phẩm chứa nhóm vi khuẩn nitrate hóa để xử lí các hợp chất nitơ vô cơ, loại ngay những nguy cơ ban đầu dẫn đến dịch bệnh Việc sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lí nước bị ô nhiễm ngày càng phổ biến do lợi thế của chúng làm tăng cường khả năng phục hồi và thúc đẩy quá trình tự làm sạch trong các hệ tái sử dụng nước và ao đầm nuôi hải sản, bên... Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Năm 2009, Manju và cộng sự đã nghiên cứu và đưa ra quy trình cố định hệ vi khuẩn nitrate hóa lên bột gỗ của cây thân thảo Ailantus altissima (300 - 1500µm) nhằm chuyển hóa lượng amoni trong nước nuôi tôm sang nitrate [24] Chế phẩm có tên thương mại là TANOX (Total Amoni Oxidizer), giống vi sinh được phân lập từ trong các bể nuôi tôm, được Achuthan và cộng sự... hôi và sau cùng là tăng sản lượng nuôi [11] Việc sử dụng các vi sinh vật hữu ích nhằm cạnh tranh với các vi khuẩn gây bệnh đã được ứng dụng rộng rãi trong chăn nuôi, thay thế cho việc sử dụng hóa chất, kháng sinh là một giải pháp quan trọng kiểm soát bệnh trong nuôi trồng thủy sản 1.5 Chế phẩm nitrate hóa Chế phẩm nitrate hóa được hình thành dựa trên nguyên lí hoạt động của nhóm vi khuẩn nitrate hóa. .. Hệ vi khuẩn nitrate hóa Hệ vi khuẩn nitrate hóa luôn tồn tại trong đất và nước ngọt, môi trường biển, nước lợ, chúng là nhóm vi khuẩn tự dưỡng lấy năng lượng và lực từ quá trình oxy hóa, khi đó chúng sẽ phân giải NH3 (là sản phẩm cuối của quá trình amon hóa) thành nitrite, nitrate Nitrate được hình thành thích hợp cho cây trồng sử dụng, hoặc là cơ chất cho nhóm vi khuẩn khử nitrate, sản phẩm cuối tạo... danh mục các sản phẩm xử lí, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản được phép lưu hành tại Việt Nam của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, trong số các sản phẩm sản xuất trong nước, có nhiều sản phẩm chứa các chủng vi sinh vật có lợi trong đó có một số sản phẩm chứa các chủng vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas và Nitrobacter thường dùng cho các ao nuôi tôm, cá giống Một số nghiên cứu của các trường... đó: (*) m1: khối lượng chế phẩm trước khi sấy m2: khối lượng chế phẩm sau khi sấy m: khối lượng khay đựng 27 Dụng cụ: Tủ sấy có điều chỉnh nhiệt độ; khay đựng chế phẩm; cân phân tích Cách tiến hành: Sau khi ủ chế phẩm, trước khi sấy tiến hành cân để xác định khối lượng ban đầu (m1), giàn đều chế phẩm ra khay đựng, sấy chế phẩm và sấy ở 40-50oC, sấy liên tục cho đến khi cân chế phẩm đạt khối lượng m2