ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- NGUYỄN NGỌC ÁNH NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
- -
NGUYỄN NGỌC ÁNH
NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG
VI SINH VẬT BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT HIẾU
KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2016
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
NGUYỄN NGỌC ÁNH
NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT
BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60 52 03 20
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Tăng Thị Chính
Hà Nội - 2016
Trang 3i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Tất cả các số liệu nghiên cứu của luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác và xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc
Tôi xin cảm ơn mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt luận văn này
Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016
Học viên
Nguyễn Ngọc Ánh
Trang 4ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của phòng Vi sinh vật môi trường, Viện công nghệ môi trường Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Tăng Thị Chính
đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình
Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Hòa và tập thể cán bộ phòng Vi sinh vật môi trường đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi thực hiện nghiên cứu của mình
Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới TS Trần Thị Huyền Nga, Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học - Đại học khoa học tự nhiên đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện nghiên cứu
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình
Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016
Học viên
Nguyễn Ngọc Ánh
Trang 5iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các làng nghề chế biến tinh bột 3
1.1.1 Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột 3
1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nước thải các làng nghề chế biến tinh bột 4
1.2.Tác động của nước thải chế biến tinh bột đến môi trường sinh thái 6
1.2.1 Ô nhiễm nguồn nước 6
1.2.2 Ô nhiễm đất 7
1.2.3 Ô nhiễm không khí 7
1.2.4 Ảnh hưởng đến con người 8
1.3 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột 8
1.3.1 Phương pháp hóa học 8
1.3.2 Phương pháp hóa lý 9
1.4 Công nghệ vi sinh trong xử lý nước thải chế biến tinh bột 16
1.4.1 Cấu tạo và quá trình phân hủy tinh bột 16
1.4.2 Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột và lợi ích thu được khi ứng dụng chúng vào trong quá trình xử lý nước thải chứa nhiều tinh bột 18
1.4.3 Sự phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý 19
1.4.4 Ưu thế của phương pháp vi sinh vật 20
1.4.5 Bùn hạt hiếu khí 21
1.5 Xử lý nước thải bằng công nghệ SBR 24
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Đối tượng nghiên cứu 27
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 27
2.1.2 Dụng cụ và hoá chất 27
2.2 Phương pháp nghiên cứu 28
Trang 6iv
2.2.1 Phương pháp lấy mẫu nước thải 28
2.2.2 Phương pháp xác định sinh khối tế bào theo mật độ quang 28
2.2.3 Phương pháp phân lập vi sinh vật 28
2.2.4 Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột 29
2.2.5 Phương pháp tinh sạch, giữ giống và hoạt hóa vi sinh vật 29
2.2.6 Phương pháp đánh giá khả năng sinh amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 30
2.2.7 Phương pháp xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sự sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn 31
2.2.8 Phương pháp xác định các đặc điểm hình thái, sinh lý hoá của các chủng vi khuẩn 31
2.2.9 Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) 32
2.2.10 Phương pháp xác định nito tổng số 33
2.2.11 Phương pháp xác định photpho tổng số 34
2.2.12 Phương pháp xác định amoni 34
2.2.13 Phương pháp xác định giá trị SV30 (solid value 30) 35
2.2.14 Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt hiếu khí 35
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1 Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật sinh amylase có khả năng phân giải tinh bột sống cao 36
3.2 Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 39
3.2.1 Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 39
3.2.2 Phân loại đến loài các chủng vi khuẩn tuyển chọn 42
3.3 Xác định khả năng sinh enzyme của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 44
3.4 Xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 46
3.4.1 Ảnh hưởng của pH 46
3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 48
Trang 7v 3.5 Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp
bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm 52
3.5.1 Kiểm tra tính đối kháng của các chủng vi khuẩn tuyển chọn để sử dụng vào quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột 53
3.5.2 Sự phát triển của các chủng vi sinh vật tuyển chọn trong quá trình tạo bùn hạt hiếu khí 54
3.5.3 Sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí 54
3.5.4 Kết quả xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 66
Trang 8vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD Nhu cầu ôxi sinh hóa COD Nhu cầu ôxi hóa học
DO Lượng ôxi hòa tan MLSS Nồng độ bùn hạt KPH Không phát hiện SBR Sequency Batch Reator
SS Tổng chất rắn lơ lửng QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia TBC Tinh bột chín
TBS Tinh bột sống
VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật
Trang 9vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề 5
Bảng 1.2 Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính 13
Bảng 1.3 Một số vi sinh vât có hệ amylase 19
Bảng 3.1 Hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập 36
Bảng 3.2 Hoạt tính amylase của 9 chủng VSV có đường kính 39
Bảng 3.3 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của hai chủng VSV tuyển chọn 41 Bảng 3.4 Phản ứng sinh hóa của hai chủng VSV tuyển chọn 42
Bảng 3.5 Khả năng sinh một số enzyme phân giải protein, xenlulose và tinh bột của 2 chủng VSV tuyển chọn 44
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của VSV 46
Bảng 3.7 Hoạt tính sinh enzyme amylase ở các độ pH khác nhau của môi trường 47 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của VSV 49
Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh amylase của VSV 50
Bảng 3.10 Mật độ vi sinh trong bùn hạt hiếu khí 54
Bảng 3.11 Kết quả phân tích đánh giá hiệu quả xử lý 60
Trang 10viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến 4
Hình 1.2 Cấu tạo tinh bột 18
Hình 1.3 Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật 20
Hình 1.4 Màu sắc bùn hạt trưởng thành 23
Hình 1.5 Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống 23
Hình 1.6 Các pha trong chu trình hoạt động của SBR 25
Hình 2.1 Sơ đồ bể phản ứng SBR sử dụng trong nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí 35 Hình 3.1 Đánh giá hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập 38
Hình 3.2 Khuẩn lạc của chủng VSV tuyển chọn 40
Hình 3.3 Hình thái tế bào chủng PD17 trên kính hiển vi quang học 40
Hình 3.4 Hình thái tế bào chủng DL21 trên kính hiển vi quang học 41
Hình 3.5 Hoạt tính sinh enzyme của hai chủng vi khuẩn tuyển chọn 45
Hình 3.6 Sinh trưởng của VSV ở các độ pH khác nhau 46
Hình 3.7 Hoạt tính sinh amylase ở các độ pH khác nhau 48
Hình 3.8 Sinh trưởng của VSV ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau 49
Hình 3.9 Khả năng sinh enzyme của chủng PD17 ở các mức nhiệt độ 50
Hình 3.10 Hoạt tính sinh amylase của chủng DL21 ở các mức nhiệt độ 51
Hình 3.11 Hoạt tính sinh amylase ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau 51
Hình 3.12 Tính đối kháng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn 53
Hình 3.13 Bùn hạt hiếu khí sau 3 tuần 55
Hình 3.14 Sự phát triển của bùn hạt qua 4 tuần 56
Hình 3.15 Hiệu quả xử lý COD trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột 57
Hình 3.16 Kết quả xử lý amoni trong nước thải 57
Hình 3.17 Kết quả xử lý nito trong nước thải 58
Hình 3.18 Kết quả xử lý tổng photpho trong nước thải 59
Trang 1163
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A - Tài liệu tiếng Việt
1 Bộ Tài nguyên Môi trường (2014), Báo cáo môi trường quốc gia năm 2014: Môi trường nông thôn, Hà Nội
2 Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia 2008: Môi trường làng nghề ô nhiễm nghiêm trọng, Hà Nội
3 Phạm Thị Trân Châu (1992), Hóa sinh học, Nxb Giáo dục Việt Nam
4 Nguyễn Thị Phương Chi (1997), Giáo trình cao học vi sinh vật học đại cương, Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia - Viện Sinh thái
và Tài nguyên sinh vật, Hà Nội
5 Tăng Thị Chính (2015), Công nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học Tự nhiên
và Công nghệ, Hà Nội
6 Nguyễn Lân Dũng và các cộng sự (1985), Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật, Nxb Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội
7 Nguyễn Lân Dũng (1983), Thực tập vi sinh vật học, Nxb Đại học và Trung
học chuyên nghiệp, Hà Nội
8 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (1997), Vi sinh vật học, Nxb Giáo dục, Hà Nội
9 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1997), Công nghệ xử lý nước thải, Tủ sách công nghiệp xanh – ĐHBK Hà Nội, tr 58 – 236
10 Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, Nxb
Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
11 Nguyễn Đức Lượng (2014), Công nghệ vi sinh tập 2 - Vi sinh vật học công nghiệp, Nxb Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
12 Lương Đức Phẩm, Đình Thị Kim Nhung, Trần Cẩm Vân (2009), Cơ sở khoa học trong công nghệ bảo vệ môi trường, tập 2 – Cơ sở vi sinh trong công nghệ bảo vệ môi trường, Nxb Giáo dục, Hà Nội
Trang 1264
13 Lê Ngọc Tú (2002), Giáo trình hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội
14 Trần Văn Tựa, Vũ Văn Vụ (1994), “Nghiên cứu khả năng nuôi trồng tạp
dưỡng tảo Spirulia platensis”, Tạp chí Sinh học 16(3), tr 25 – 31
15 Bùi Thị Vụ (2014), Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất bún bằng phương pháp kị khí kết hợp đĩa quay sinh học, Khoa Môi trường, Đại học dân lập Hải
Phòng
16 Đặng Như Xuyến (1998), Sử dụng một số biện pháp sinh học để làm sạch môi trường đất và nước, Báo cáo khoa học đề tài cấp bộ, tr 23 – 42
17 TCVN 5987 – 1995, Chất lượng nước – Xác định nito Kenda – Phương pháp
vô cơ hóa với Seelen
18 TCVN 6202:2008, Chất lượng nước – Xác định phospho – Phương pháp đo phổ dùng amoni Molipdat
B - Tài liệu tiếng Anh
19 G Andreottla (2002), “Treatment of Winery”, Water science And Technology, pp 347-354
20 Barnett J.A., Payne R.W & Yarow D (1990), Yeasts Identification PC Program Version2-Use Manual, Cambridger University, United Kingdom
21 Andrew D Eaton, Awwa, Chair Lenore S Clesceri, Wef Arnold E
Greenberg, APHA (1995), Standard methods for the examination of water and wastewater, American Public Health Association 1015 Fifteenth street,
NW Washington, DC 20005
22 Larsdotter K, Jansen JC, Dalhammar G (2010), “Phosphorus removal from wastewater by microalge in Sweden-a year – round perspective”,
Environmental Technology, 31 (2), pp.117 – 123,
23 Liang W, Min M, Y Li, P Chen, Y Chen, Y Liu, Y Wang and Roger Ruan (2009), “Cultivation of Green Algae Chlorella sp in Different
Wastewater from Municipal Wastewater Treatment Plant”, Applied Biochemistry and Biotechnology, 162 (4), pp 1174 – 1186
Trang 1365
24 Lui, Y., Wang, Z., Yao, J., Sun, X., Cai, W (2005), Investigation on the properties and kinetics of glucose –fed aerobic granular sludge, Enzyme and
microbial Technology, 36, pp 307 – 313
25 Jang, A., Yoo, Y.H., Kim, I.S., Kim, K.S, Bishop, P.L (2003)
Characterization and Evaluation of Aerobic Granules in Sequencing Batch Reactor, Journal of Biotechnology, 105, pp 71 – 82
Trang 1466
PHỤ LỤC
1 Thành phần môi trường
1.1 Môi trường MPA
Cao thịt: 3g Pepton: 5g
Thạch: 20g Nước máy: 1000ml
1.2 Môi trường tinh bột
Tinh bột: 20g Pepton: 7g NaCl: 0,5g Thạch: 20g Nước máy: 1000ml
1.3 Môi trường phân giải xenlulose
(NH4)2SO4: 1,5g
KH2PO4: 0,5g
K2HPO4: 0,5g MgSO4: 0,4g NaCl: 0,1g MnSO4: vết FeSO4: vết Bột giấy: 2g Thạch: 20g Nước máy: 1000ml
1.4 Môi trường đục thạch
Thạch: 20g
Cơ chất (TB, casein, CMC – Na, Cell): 2g