Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún bằng chế phẩm vi sinh vật

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CFU Colony Forming Unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc CMC Cacboxyl Methyl

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-





 -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT BÚN

BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Thế Trang Sinh viên thực hiện : Nguyễn Phi Khánh Lớp : MT CNSH 12 - 01 Khóa : 19

HÀ NỘI, 2016

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Thế Trang Phòng Công nghệ vật liệu sinh học, Viện Công nghệ sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt và giúp

đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận này

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Công nghệ sinh học, Viện Đại học Mở Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong khoảng thời gian học tập tại trường

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể khoa học Phòng Công nghệ vật liệu sinh học, Viện Công nghệ sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong thời gian thực hiện khóa luận

Bên cạnh đó, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những người thân đã ủng hộ, động viên khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập để tôi có được kết quả như ngày hôm nay

Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân trọng cảm ơn tất cả những sự giúp

đỡ quý báu đó!

Hà Nội, tháng 5 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Phi Khánh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN .i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH .vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải hữu cơ trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải hữu cơ ở Việt Nam 4

1.2 THỰC TRẠNG MÔI TRƯỜNG LÀNG NGHỀ PHỦ LÝ 6

1.3 THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI HỮU CƠ 8

1.3.1 Tinh bột trong nước thải 8

1.3.2 Protein trong nước thải 9

1.3.3 Xenluloza trong nước thải 9

1.3.4 Hemixenluloza trong nước thải 10

1.3.5 Một số vi sinh vật gây bệnh khác trong nước thải 10

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 11

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học 11

1.4.2 Phương pháp xử lý hóa học 11

1.4.3 Phương pháp xử lý sinh học 12

1.5 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM 12

1.6 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 17 1.6.1 Các vi sinh vật thường dùng trong xử lý nước thải hữu cơ 17

1.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải 19

1.7 TIÊU CHÍ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 20

PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 21

2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 22

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.1.2 Thiết bị và hóa chất 22

2.1.3 Môi trường nuôi cấy 22

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật 23

2.2.2 Phương pháp phân loại 25

2.2.3 Phương pháp lên men, xử lý nước thải hữu cơ sau hầm biogas 25

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 27

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 ĐĂC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT LỰA CHỌN CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 28

3.1.1 Khả năng phân giải cơ chất của các chủng nghiên cứu 28

3.1.2 Khả năng đối kháng của các chủng nghiên cứu 31

3.1.3 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào 32

3.1.4 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa 32

3.1.5 Phân loại theo Kit chuẩn hóa sinh API 50 CHB 34

3.2 TẠO CHẾ PHẨM VI SINH VẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 42

3.2.1 Nhân giống tạo chế phẩm vi sinh xử lý nước thải hữu cơ 42

3.2.2 Đánh giá biến động vi khuẩn 42

3.3 ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT BÚN 44

3.3.1 Đánh giá nước thải trước xử lý 44

3.3.2 Hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải sản xuất bún 46

3.3.3 Xây dựng quy trình công nghệ xử lý nước thải sản xuất bún 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa sinh hóa) BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

CFU Colony Forming Unit (Đơn vị hình thành khuẩn lạc)

CMC Cacboxyl Methyl Cellulose

COD Chemycal Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa hóa học)

DO Dissolved Oxygen (Oxy hòa tan)

DS Dissolved Solid (Chất rắn hòa tan)

MPN Most Probable Number (Phương pháp định lượng vi sinh

vật)

IU International Unit (Đơn vị quốc tế)

OD Optical Density (Mật độ quang)

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SBR Squencing Biological Reactor (Bể lọc sinh học từng mẻ)

SS Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)

SV30 Solid Vanlue 30 (Bùn lắng sau 30 phút)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TDS Total Dissolved Solids (Tổng chất rắn hòa tan)

T-N Tổng nitơ

T-P Tổng photpho

TS Tổng hàm lượng chất rắn

VSV Vi sinh vật

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Một số thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 13

3.1 Khả năng phân giải CMC và tinh bột của các chủng 29

3.2 Hàm lượng photpho còn trong môi trường sau 7 ngày nuôi

3.3 Hàm lượng nitơ còn trong môi trường sau thời gian nuôi cấy 30

3.5 Khả năng sử dụng cơ chất theo Kit API 50 CHB của chủng

vi khuẩn ĐX01 so sánh với loài trong bảng Index của Kit 35

3.6 Khả năng sử dụng cơ chất theo Kit API 50 CHB của chủng

vi khuẩn ĐX02 so sánh với loài trong bảng Index của Kit 37

3.7 Khả năng sử dụng cơ chất theo Kit API 50 CHB của chủng

vi khuẩn ĐX03 so sánh với loài trong bảng Index của Kit 40

3.8 Biến động vi khuẩn trong chế phẩm 42

3.9 Thành phần của nước thải trước xử lý 44

3.10 Kết quả phân tích vi sinh vật và cảm quan nước thải trước xử

3.12 Kết quả phân tích vi sinh vật và cảm quan nước thải sau xử

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Vòng phân giải CMC của 3 chủng vi khuẩn 28

3.2 Khả năng làm loãng gelatin của các chủng nghiên cứu 31

3.3 Khả năng đối kháng của các chủng nghiên cứu 31

3.4 Hình thái khuẩn lạc và tế bào các chủng vi khuẩn 32

3.5 Ảnh sử dụng Kit chuẩn CHB của chủng vi khuẩn ĐX01 sau

3.8 Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm vi sinh vật 43

3.9 Xử lý nước thải quy mô phòng thí nghiệm 200 lít 46

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam hiện nay làng nghề đóng vai trò đặc biệt quan trọng giúp người dân có được cuộc sống ổn định ngay trên chính mảnh đất quê hương mình Bên cạnh mặt tích cực, tình trạng ô nhiễm ở các làng nghề đã lên tới mức báo động gây nhiều bức xúc cho xã hội do việc hình thành và phát triển các làng nghề ở nước ta vẫn còn mang tính tự phát, với thiết bị thì chắp vá thiếu đồng bộ, công nghệ lạc hậu, ý thức bảo vệ môi trường rất thấp Tất cả các hạn chế ở trên không chỉ ảnh hưởng tới sự phát triển các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến chất lượng môi trường làng nghề và sức khỏe cộng đồng Một trong những làng nghề chế biến lương thực truyền thống lâu năm là làng nghề làm bún, miến tại xã Đinh Xá, thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam

Nước thải làng nghề sản xuất bún chứa hàm lượng các chất hữu cơ rất cao, chủ yếu là các hợp chất cacbonhydrat, tinh bột, protein … là các chất dễ phân hủy, chuyển hóa sinh học; cùng với các hợp chất chứa nitơ dạng hữu cơ (amin, axit amin…) và dạng vô cơ như (NH4+, NO2- ) Sự có mặt của các hợp chất kể trên làm suy giảm chất lượng của nguồn nước và có thể gây ra một số bệnh nguy hiểm cho con người Vì thế việc xử lý cũng như việc lựa chọn biện

pháp xử lý là cần thiết Từ thực tế trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử

lý nước thải làng nghề sản xuất bún bằng chế phẩm vi sinh vật” là cần thiết

Mục tiêu cơ bản của đề tài:

Nghiên cứu, tuyển chọn các chủng vi khuẩn đã được phân lập để tạo chế phẩm có khả năng xử lý nước thải hữu cơ và ứng dụng xử lý nước thải sản xuất bún

Nội dung nghiên cứu của đề tài:

+ Nghiên cứu đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật lựa chọn cho

xử lý nước thải hữu cơ sản xuất bún

+ Tạo chế phẩm vi sinh vật cho xử lý nước thải hữu cơ sản xuất bún + Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải sản xuất bún tại phòng thí nghiệm và mô hình thực tế tại Đinh Xá, Phủ Lý, Hà Nam

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Đề tài nghiên cứu được các đặc điểm sinh hóa của các chủng vi sinh lựa chọn, tạo ra chế phẩm có ứng dụng thực tế trong việc xử lý nước thải sản xuất bún thành công, có tác dụng thay đổi về mặt cảnh quan cũng như chất lượng nguồn nước thải, giải quyết được vấn đề môi trường làng nghề

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải hữu cơ trên thế giới

Phương pháp thứ cấp để xử lí nước thải là cải tiến đáng kể nhất đối với

y tế công cộng và môi trường trong suốt thời gian đầu thế kỉ XX Gilbert và cộng sự tại Đại học Manchester được tiến hành tại trạm Thí nghiệm Lawrence

ở Massachusetts liên quan đến sục khí vào nước thải trong bình đã được phủ một lớp tảo Các đồng nghiệp của Fowler đã triển khai nghiên cứu cùng Văn phòng công ty đường sông manchester ở công trình xử lý nước thải Davyhulme Họ sục khí liên tục cho nước thải trong vòng một tháng và kết quả đạt được là nitrat hóa hoàn toàn các nguyên liệu mẫu Từ đó chỉ ra rằng bùn đã hoạt hóa các chất quá trình được đặt tên là bùn hoạt tính Kết quả đã được công bố năm 1914, hai năm sau đó lần đầu tiên một hệ thống quy mô đầy đủ với dòng chay liên tục được lắp đặt tại Worcester [20] Vào cuối những năm 1930, việc xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là quá trình chủ yếu được sử dụng trên toàn thế giới

Các nhà khoa học Thái Lan đã sử dụng nấm men Candida utilis

CBS1517 có khả năng đồng hóa tốt các loại đường và axit hữu cơ có nhiều trong thành phần nước thải để xử lý nước thải của quá trình chế biến rau quả Kết quả sau 96 giờ xử lý trong điều kiện phòng thí nghiệm là COD giảm 89,9

% và pH tăng từ 3,5 lên 8,5 [27] Trong nghiên cứ của Bortone G (1992) hiệu quả xử lý COD và T-N của quá trình SBR cấp nước một lần đạt khá cao, tương ứng là khoảng 93 % và 88 ÷ 93 % Tải trọng COD và T-N cũng đạt cao lần lượt là 0,37 kg/(m³.ngày) và 0,13 kg/(m³.ngày) [21] Nghiên cứu của Chang Won Kim (2000) hiệu quả xử lý COD ở chế độ cấp nước một lần đạt

57 ÷ 87 % Tải trọng COD và T-N lần lượt là 1,0 kg/(m³.ngày) và 0,2 kg/(m³.ngày) [22] Trong nghiên cứu của Cheng và cộng sự (2011) quá trình sục khi luân phiên cấp nước liên tục cho hiệu quả khá cao, của COD là 57 %,

T-N là 91 % [24] Nghiên cứu của Mohammad N (2011) với quá trình SBR cấp nước một lần cho hiệu quả xử lý COD và T-N lần lượt là 80,3 % và 61 % [26] Trong nghiên cứu của Zhang cùng đồng tác giả (2006) cho hiệu quả xử

lý cao hơn cả, đối với cả COD và T-N tương ứng là 96,3 % và 97,5 %; Tải trọng COD và T-N cũng đạt rất cao lần lượt là 2,1 kg/(m³.ngày) và 0,28 kg/(m³.ngày) [28]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải hữu cơ ở Việt Nam

Theo dự báo của Tổ chức Kinh tế thế giới (WTO) thì Việt Nam là một trong những nước có tốc độ phát triển kinh tế rấtnhanh với tốc độ tăng trưởng được dự báo là 7 % trong thập kỷ tới Tuy nhiên, việc tăng trưởng kinh tế một cách nhanh chóng và mạnh mẽ cũng đồng thời tạo nên những thách thức áp lực tác động về môi trường, trong đó tác động của chất thải rắn và nước thải đang là vấn đề nổi cộm Hiện nay, ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia trên thế giới Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2010 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, từ năm 2007 ÷ 2009, ô nhiễm môi trường nước mặt ở tất cả các chỉ số đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép [13] Các chỉ số BOD, COD đều vượt quá tiêu chuẩn

từ 5 ÷ 10 lần Hàm lượng NH4+ trong môi trường nước mặt của sông Nhuệ, sông Đáy và sông Cầu là 0,2 mg/l đều vượt quy chuẩn cho phép về nước mặt phù hợp với việc bảo tồn động thực vật thủy sinh

Nước thải chăn nuôi là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Hàm lượng nitơ tổng số trong nước thải chăn nuôi nằm trong khoảng từ 512 ÷ 594 mg/l, trong đó NH3 từ 304 ÷ 471 mg/l, hàm lượng photpho tổng số từ 13,8 ÷ 62 mg/l Ngày nay, cùng với sự phát triển của dân

số, rác thải sinh hoạt ngày một gia tăng, nước rỉ rác từ các hố chôn lấp tại khu

xử lý rác thải gây ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm quanh khu vực Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải rỉ rác dao động trong khoảng từ 200 ÷ 2.000 mg/l, hàm

lượng amoni cao, trung bình 200 mg/l, trong khi đó tiêu chuẩn cho phép là 0,2 mg/l [8]

Với xu hướng hội nhập nền kinh tế quốc tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam gia nhập WTO, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại và đang là vấn đề cấp bách của xã hội, đòi hỏi phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nước thải Hiện nay công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trên thế giới và Việt Nam chủ yếu là sử dụng các biện pháp sinh học, trong đó phương pháp xử lý hiếu khí và xử lý kị khí là phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường xử lý kết hợp kị khí và hiếu khí Kết quả nghiên cứu của Vũ Thúy Nga và các cộng sự cho thấy có thể cải thiện chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn bằng chế phẩm vi sinh vật Để nhằm khắc phục tình trạng ô nhiễm nước thải chế biến tinh bột sắn, công trình nghiên cứu tập trung tuyển chọn bộ giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để nâng cao hiểu quả xử lý nước thải sau biogas của nhà máy chế biến tinh bột sắn Kết quả nghiên cứu

đã tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bao gồm Bacillus velezensis,

Streptomyces fradiae, Nitromonas sp Có khả năng chuyển hóa tốt hợp chất hữu cơ trong nước thải chế biến tinh bột sắn [11] Nghiên cứu về ứng dụng vi khuẩn tích lũy poly- photphat trong xử lý nước thải của Lê Quang Khôi và các cộng sự cho thấy các dòng vi khuẩn tích lũy poly- P được tuyển chọn có

hiệu suất loại bỏ photphat hòa tan cao Hai dòng vi khuẩn Acinetobacter radioresistens TGT013L và Kurthia sp TGT025L có hiệu quả loại bỏ PO43-cao nhất trong môi trường tổng hợp sau 25 giờ thí nghiệm Kết quả nghiên cứu mang lại nhiều triển vọng ứng dụng 2 dòng vi khuẩn tích lũy poly- P trên

để xử lý photpho hòa tan trong nước thải chăn nuôi [10]

Với mục đích nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý hiệu quả đồng thời hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải ngành chăn nuôn lợn, trong nghiên

cứu của Phạm Thị Hải Thịnh và đồng tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện vận hành như tỷ lệ COD/T-N và chế độ sục khí đến hiệu quả

xử lý COD và T-N của quá trình SBR đối với nước thải chăn nuôi đã qua xử

lý kị khí Với chế độ hai chu trình hiếu - thiếu khí thích hợp, hiệu quả xử lý COD và T-N đạt khá cao, tương ứng là khoảng 90 % và 80 ÷ 85 % [9] Tuy nhiên nồng độ T-N trong nước thải chăn nuôi lợn là rất cao và thay đổi trong khoảng khá rộng, vì vậy nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nitơ của quá trình nhằm đáp ứng một cách ổn định các quy chuẩn xả thải là rất cần thiết Theo Phan Đỗ Hùng và cộng sự cho thấy ảnh hưởng của tỉ lệ cấp nước thải đến hiệu quả xử lý của quá trình SBR hai chu trình hiếu - thiếu khí cấp nước hai lần và so sánh với chế độ cấp nước một lần Với quá trình SBR hai chu trình thiếu - hiếu khí, cấp nước hai lần là một giải pháp để nâng cao hiệu quả

xử lý T-N của quá trình Thực nghiệm cho thấy, khi tăng tỉ lệ cấp nước lúc đầu hiệu suất xử lý T-N tăng tuy nhiên đến một giới hạn nhất định hiệu suất

xử lý T-N sẽ giảm trở lại Hiệu suất xử lý T-N ở cả ba tỉ lệ cấp nước nghiên cứu đều khá cao, trong đó ở tỉ lệ 2/3 đạt cao nhất, trong khoảng 85 ÷ 90 % Theo thực nghiệm hiệu suất T-N ở các tỉ lệ cấp nước thấp 1/2 và 2/3 khá phù hợp với hiệu suất lý thuyết Hiệu suất xử lý COD ở chế độ cấp nước hai lần cũng khá cao, 85 ÷ 90 % ở tỉ lệ cấp nước 2/3, xấp xỉ với trường hợp cấp nước một lần [4]

1.2 THỰC TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG LÀNG NGHỀ PHỦ LÝ

Hiện nay tại nông thôn, tình trạng ô nhiễm nước thải đang ở mức báo động, ô nhiễm trầm trọng nhất là tại các làng nghề Hầu hết môi trường nước tại các làng nghề đều đang rơi vào tình trạng ô nhiễm hết sức nghiêm trọng Theo thống kê, hiện nay cả nước ta có khoảng 1.450 làng nghề, trong đó có hơn 300 làng nghề truyền thống Kết quả điều tra khảo sát của Bộ Khoa học

và Công nghệ cho thấy các mẫu nước thải, thậm chí cả nước mặt, nước ngầm

ở các làng nghề đều vượt các tiêu chuẩn cho phép Nước thải của các làng nghề chế biến lương thực, thực phẩm có đặc tính chung là rất giàu chất hữu

cơ, dễ phân hủy sinh học, phần lớn nước thải làng nghề đều thải trực tiếp ra ngoài mà không qua khâu xử lý nào Lượng nước thải này tồn đọng dưới cống, rãnh thường phân hủy yếm khí gây ô nhiễm không khí và ngấm xuống lòng đất gây ô nhiễm môi trường đất và suy giảm chất lượng nước ngầm Ô nhiễm môi trường làng nghề đã khiến một tỉ lệ không nhỏ người dân làng nghề và các vùng lân cận mắc các bệnh về đường hô hấp, đường ruột, bệnh ngoài da Nguyên nhân chủ yếu do môi trường sinh hoạt không đảm bảo vệ sinh Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp tại các làng nghề cao hơn các làng thông thường khác Theo đánh giá chung thì nguồn nước ngầm sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất hiện nay đang bị ô nhiễm bởi phenol, các chỉ tiêu sinh học

như: E coli, Coliform, kim loại nặng khá cao Nguồn nước mặt ao, hồ, kênh mương bị nhiễm độc bởi vi sinh vật gây hại như E coli, Coliform … gấp hàng

chục lần cho phép, mùi hôi nồng nặc khó chịu Nước thải phát sinh từ quá trình tẩy rửa, sản xuất các nguyên liệu, các khâu chế biến với lưu lượng lớn được thải trực tiếp ra môi trường

Phủ Lý là thành phố thuộc tỉnh Hà Nam, Phủ Lý cách thành phố Hà Nội 60 km về phía Nam Nằm ở trung tâm tỉnh Hà Nam, gồm 11 phường và

10 xã Hiện nay Phủ Lý đang từng bước phát triển theo hướng nông nghiệp sạch, hình thành các vùng chuyên canh, ở đây cũng nổi tiếng với một số làng nghề chế biến lương thực như: làm bún, miến, bánh đa

Xã Đinh Xá nằm trên trục đường tỉnh lộ ĐT 491, rất thuận lợi cho việc trao đổi hàng hóa giữa các xã và các địa phương khác trong và ngoài tỉnh Nhờ lợi thế về giao thông mà xã Đinh Xá có được thị trường tiêu thụ lớn, thuận lợi cho việc kinh doanh và tiêu thụ sản phẩm Tuy nhiên việc sản xuất

và kinh doanh chủ yếu từ các hộ dân nhỏ lẻ mang tính tự phát có quy mô sản xuất nhỏ Nhưng do số lượng các hộ sản xuất lớn nên lượng nước thải do hoạt động sản xuất kinh doanh thải ra hàng ngày rất lớn Lượng nước thải này phát sinh từ quá trình tẩy rửa, từ các khâu sơ chế nguyên liệu và chế biến … Lượng nước thải này không được xử lý, mà xả thải trực tiếp ra hệ thống thoát

nước, đổ thẳng ra các ao, hồ, công trình thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp hoặc dẫn thẳng ra sông Châu Giang

Hiện nay nội dung bảo vệ môi trường đã được đưa vào quy ước của các làng nhưng đây chỉ là biện pháp mang tính tạm thời Các cấp chính quyền cũng đã nâng cao công tác tuyên truyền, phổ biến pháp luật về bảo vệ môi trường nhằm nâng cao ý thức người dân và các hộ sản xuất kinh doanh Mặc

dù vậy tình hình nước thải từ các hộ sản xuất bún vẫn gây ô nhiễm nặng cho môi trường, lượng nước thải này vẫn chưa có biện pháp xử lý nào hiệu quả Khiến cho nguồn nước ngầm sử dụng trong sinh hoạt bị ô nhiễm, kênh mương

ao hồ nước chuyển thành màu đen và bốc mùi nồng nặc khó chịu Sức khỏe người dân trong thôn bị ảnh hưởng, tỉ lệ người mắc bệnh hô hấp, tiêu hóa, ngoài da tăng mạnh

1.3 THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC THẢI HỮU CƠ

1.3.1 Tinh bột trong nước thải

Trong sản xuất bún lượng tinh bột rơi vãi cùng với lượng tinh bột đi

theo nước từ các quá trình ngâm, vo, ép… được thải ra ngoài Tinh bột là một

cacbonhydrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucoza nối với nhau bởi liên kết α-glucozit Tinh bột dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polyme là amiloza và amilopectin Amiloza là polime mạch thẳng gồm các đơn vị D-glucoza liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glucozit Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi glucoza thông thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α-1,6-glucozit [7]

Trong tự nhiên, tinh bột là thành phần chủ yếu của các loại ngũ cốc, củ, quả Hàm lượng tinh bột có trong hạt và củ là 40 ÷ 70 %, trong các phần khác của cây là 4 ÷ 25 % Chúng đóng vai trò là nguồn dự trữ năng lượng cho quá trình nảy mầm của hạt, và là nguồn lương thực chủ yếu của con người Enzym thủy phân tinh bột phân hủy chủ yếu liên kết α-glucozit Nhóm enzym này gồm các enzym: α-amylaza, β-amylaza, glucoamylaza, dextrinaza [12] Ngoài

tinh bột, trong nước thải sản xuất bún còn có lượng nhỏ protein, xenluloza hemixenluloza

1.3.2 Protein trong nước thải

Protein là hợp chất cao phân tử chứa nitơ Protein là thành phần quan trọng trong cơ thể động, thực vật Sự phân giải protein trải qua các quá trình thủy phân protein thành các polypeptit, sau đó là các axit amin, tiếp theo là các quá trình amon hóa, nitrat hóa và phản nitrat hóa Quá trình amon hóa là quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ hữu cơ thành nitơ dạng khoáng Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển hóa các chất ammoniac ban đầu thành axit nitơ sau đó thành axit nitric Quá trình khử nitrat thành nitơ gọi là phản nitrat hóa [12]

1.3.3 Xenluloza trong nước thải

Trong nước thải hữu cơ hàm lượng chiếm xenluloza là thành phần chủ yếu của các tổ chức thực vật Trong xác thực vật thành phần hữu cơ chiếm tỉ

lệ cao nhất bao giờ cũng là xenluloza Hàm lượng xenluloza trong thực vật thường thay đổi trong khoảng 30 ÷ 80 % Khối lượng phân tử xenluloza rất khác nhau phụ thuộc vào từng loại thực vật [23]

Xenluloza có cấu trúc lớp sợi song song, các phân tử và các chuỗi xenluloza gắn với nhau nhờ mạng lưới liên kết hydro, còn các lớp gắn với nhau nhờ lực Van-der-Van Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của xenluloza

có cấu trúc dạng sợi, đơn vị sợi nhỏ nhất có đường kính khoảng 3 nm Các sợi

sơ cấp hợp lại thành vi sợi có đường kính 10 ÷ 40 nm, những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể quan sát dưới kính hiển vi quang học Toàn bộ lớp sợi này có một lớp vỏ hemixenluloza và lignin rắn chắc bao bọc bên ngoài Phân

tử xenluloza có cấu trúc không đồng nhất gồm hai vùng: Vùng kết tinh có trật

tự cao, rất bền vững và vùng vô định hình kém trật tự và bên vững hơn Vùng

vô định hình có thể hấp thụ nước và trương lên, còn vùng kết tinh mạng lưới liên kết hydrogen ngăn cản sự trương này Xenluloza có cấu trúc đặc, bền chắc cùng với sự có mặt của lớp vỏ hemixenlulo-lignin khiến cho sự xâm

nhập của enzym vào cấu trúc hêt sức khó khăn và làm tăng tính kỵ nước của chuỗi β-1-4-glucan, làm cản trở tốc độ của phản ứng thủy phân

Xenluloza là hợp chất cacbon chiếm tỉ trọng lớn nhất trong tổng số hydratcacbon tự nhiên và là thành phần chủ yếu của rác, trong giấy, gỗ, thân cây, cành cây, lá cây Xenluloza có cấu trúc rất bền vững Không tan trong nước, không bị tiêu hóa trong đường tiêu hóa của người và động vật Nhưng trong dạ dày của của động vật nhai lại và trong đất có nhiều vi sinh vật phân giải được xenluloza [23]

1.3.4 Hemixenluloza trong nước thải

Trong tế bào thực vật hemixenluloza đứng thứ hai về khối lượng Trong thành phần của hemixenluloza có nhiều loại đường khác nhau, chính vì vậy tên của chúng thường được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu nào

đó có trong thành phần của chúng Khối lượng phân tử của hemixenluloza nhỏ hơn rất nhiều so với xenluloza, thường chúng chỉ có khoảng 150 gốc đường Các gốc đường này liên kết với nhau bằng liên kết β-1-4, β-1-3, β-1-6 glucozit Các hemixenluloza thường tạo mạch ngắn và phân nhánh, so với xenlulo thì hemixenluloza có cấu trúc không chặt chẽ dễ bị phân giải bởi axit yếu và kiềm yếu, đôi khi còn bị phân giải trong nước nóng [23]

1.3.5 Một số vi sinh vật gây bệnh khác trong nước thải

Các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu trong nước thải: Salmonella spp., một vài loài Salmonella có thể hiện diện trong nước thải đô thị, kể cả S typhi Doran và cộng sự cho rằng số lượng Salmonella khoảng 7.102/lít nước thải,

khoảng chừng đó Shigellae và khoảng 1.103/lít thường phát hiện trong nước

thải đô thị của khu vực nhiệt đới Shigellae và V cholera nhanh chóng chết đi

khi thải ra môi trường Do đó nếu chúng ta sử dụng một biện pháp xử lý nào

đó để loại được Salmonella thì cũng có thể đảm bảo là phần lớn các vi khuẩn

kia đã bị tiêu diệt Enteroviruses có thể gây bệnh nguy hiểm như sởi, viêm màng não Số lượng của chúng tương đối thấp hơn Enteroviruses Ngoài các

vi sinh vật gây bệnh còn có một số kí sinh trùng gây bệnh: thông thường các

bệnh kí sinh trùng chủ yếu do Ascaris lumbricoide [7]

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ

Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm ra khỏi nước, nước thải Khi đạt được những chỉ tiêu, yêu cầu cho từng loại nước thì có thể đổ vào nguồn và tái xử dụng Để đạt được các mục đích trên người ta thường dựa vào đặc điểm của các loại tạp chất để chọn phương pháp xử lý thích hợp Có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Xử lý cơ học, xử lý hóa học, xử lý sinh học, xử lý cơ-lý-hóa và xử lý nhờ kết hợp các biện pháp sinh học và cơ-lý-hóa [6] Trong các phương pháp trên thì phương pháp xử lý sinh học được sử dụng nhiều và đạt hiệu quả cao, phương pháp này thì đạt hiệu quả cao đối với nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy, nhưng không hiệu quả đối với nước thải công nghiệp chứa các chât vô cơ độc hại, các chât hữu cơ bền vững và ít hiệu quả với các vi khuẩn gây bệnh [22]

1.4.1 Phương pháp xử lý cơ học

Thường áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, quá trình được xem như là bước đệm để loại bỏ các vật rắn có kích thước lớn và các tạp chất không tan trong nước, các chất này có thể ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ Nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo Các biện pháp cơ học thường được sử dụng là: lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng, lọc qua lớp cát và quay ly tâm [7]

1.4.2 Phương pháp xử lý hóa học

Là phương pháp chuyển hóa các chất bẩn có trong nước bằng cách thêm hóa chất Nhằm thu hồi các chất hoặc khử các chất có ảnh hưởng xấu đến giai đoạn làm sạch sinh học sau này Đây là phương pháp dựa trên các phản ứng hóa học Các phản ứng hóa học xử lý nước thải gồm có: trung hòa, phản ứng tạo kết tủa, phản ứng phân hủy, oxy hóa và khử Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống nước khép kín [7]

1.4.3 Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp phổ biến và kinh tế nhất để xử lý nước thải giàu chất hữu

cơ là phương pháp sinh học Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình phát triển chúng nhận các chất dinh dưỡng để sinh trưởng và sinh sản làm sinh khối chúng tăng lên Quá trình oxy hóa sinh hóa là quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật [5] Vi sinh vật ở đây là một quần thể và đông đảo nhất là vi khuẩn Phân loại theo hình thức dinh dưỡng ta chia làm hai loại là nhóm vi khuẩn tự dưỡng và nhóm vi khuẩn dị dưỡng Xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu COD hoặc BOD Phương pháp này chỉ thực hiện được khi nước thải không chứa các chất độc, tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không vượt quá mức cho phép [7]

1.5 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM

Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm của nước nói chung thì có rất nhiều các thông số Tuy nhiên, mỗi loại nước với thành phần các chất có trong đó mà ta chọn những thông số thích hợp nhất rồi so sánh với tiêu chuẩn cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước

sử dụng cho các mục đích khác nhau Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước thải hữu cơ là: pH, độ đục, các chất rắn lơ lửng, oxy hòa tan … Đặc biệt hai chỉ số BOD và COD có ý nghĩa rất quan trọng Theo QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, một

số thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Một số thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

Màu của nước là do:

+ Các chất hữu cơ và phần chết của thực vật gọi là màu thực vật, màu này rất khó xử lý được bằng phương pháp đơn giản Ví dụ rong tảo làm nước

có màu xanh

+ Các chất vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, màu này có thể xử lý

Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng thường dùng ở đây là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Chlophantinat coban

Cường độ màu của nước xác định theo phương pháp so màu khi lọc bỏ các chất vẩn đục [12].

 Mùi của nước

Nước tự nhiên sạch không mùi, nước thải và nước ô nhiễm thường có mùi khó chịu từ nhẹ đến hôi thối Có thể xác định mùi của nước theo phương pháp đơn giản sau: Mẫu nước chứa trong bình có nắp đậy kín, lắc trong khoảng 10 ÷ 20 giây, sau đó mở nắp, ngửi mùi và đánh giá: không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng [12]

 Độ pH

Nồng độ pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình

xử lý Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 ÷ 7,6 Môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH 7 ÷ 8 Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 ÷ 8; còn vi khuẩn nitrat với pH 6,5 ÷ 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 ÷ 4 Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm

Nước thải sinh hoạt có pH từ 7,2 ÷ 7,6

 Nhu cầu oxy sinh hóa - BOD

BOD là nhu cầu oxy sinh hóa hay nhu cầu oxy sinh học, là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước bằng VSV (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí

Chỉ tiêu BOD là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để xác định mức ô nhiễm của nước Nó chỉ biểu thị lượng chất hữu cơ có thể bị phân hủy bởi VSV

Trong thực tế không thể xác định lượng oxy cần thiết để VSV oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước, mà chỉ cần xác định lượng oxy cần thiết khi ủ ở nhiệt độ 20 oC trong 5 ngày ở phòng tối để tránh quá trình quang hợp,

khi đó có khoảng 70 ÷ 80 % nhu cầu oxy được sử dụng và kết quả được biểu thị là BOD5

 Nhu cầu oxy hóa học - COD

COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ và các chất khử có trong nước thành CO2 và H2O

 Hàm lượng các chất rắn

Các chất rắn có trong nước là: Các chất vô cơ là dạng các muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù lơ lửng Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động vật phù du …, các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp

Chất rắn ở trong nước gồm có: Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 105 oC cho đến khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/l) Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS) Hàm lượng các chất huyền phù là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh Chất rắn hòa tan (DS) Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS Đơn vị tính bằng g (hoặc mg) [19]

sinh vật nitrat hóa chuyển hóa thành NO3; cuối cùng nitrat được nhóm sinh vật kỵ khí chuyển thành dạng nitơ phân tử nhờ quá trình khử nitrat [7]

Hiện nay, kết hợp phương pháp sinh học trong xử lý đối với cả nitơ, photpho trong nước ô nhiễm đang là một hướng nghiên cứu mới Trong nghiên cứu của Jorgensen và Pauli, một số chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho cũng có khả năng khử nitrat [14]

 Hàm lượng photpho

Các hợp chất chứa photpho trong tự nhiên thường khó phân giải Các nguồn nước thải chăn nuôi, biogas … thường có hàm lượng photpho cao Theo tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải, hàm lượng photpho trong nước thải vượt quá 6 mg/l có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng (dư thừa các chất dinh dưỡng), gây tác động trực tiếp đến động vật, thực vật và gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Việc xử lý nước thải giàu photpho thường khó thực hiện bằng còn đường sinh học do trong tự nhiên số lượng loài vi sinh vật phân giải chuyển hóa photpho không nhiều Một số chủng vi sinh vật phân lập trong tự

nhiên có khả năng tích lũy photphat cao thuộc các chi: Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas, Alcaligenes, Bacillus, … [5, 6] Kết quả nghiên cứu về khả năng thu nhận tích lũy photpho của các chi vi khuẩn cho thấy sau

20 giờ vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas có khả năng thu nhận 14,34 mg/l khi tiến hành ở điều kiện yếm khí, chi Enterobacteriaceae có khả năng thu nhận 8,91 mg/l, chi Alcaligenes là 6,43 mg/l, Staphylococcus là 6,23 mg/l, Bacillus

là 4,41 mg/l ở điều kiện hiếu khí [5] Sự tích lũy photphat cung cấp nguồn năng lượng cho vi sinh vật phát triển Trong cơ thể vi sinh vật, photpho tích lũy ở dạng chủ yếu là photphat Photphat chiếm đến 12 % trọng lượng tế bào đối với vi khuẩn có hoạt tính tích lũy photphat, trong khi ở vi khuẩn không tích lũy photphat chỉ có khoảng 1 ÷ 3 % Xử lý nước thải có chứa các hợp chất photpho bằng phương pháp sinh học dựa trên khả năng của một số nhóm

vi sinh vật tích lũy lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí Thông thường hàm lượng photpho trong vi sinh vật chiếm từ

1,5 ÷ 2,5 % khối lượng tế bào khô, một số loài có khả năng hấp thu cao hơn,

từ 6 ÷ 8 % [2], [10]

Nghiên cứu Van Bethum và cộng sự, cho thấy photpho trong cơ thể vi sinh vật được tích lũy dưới dạng chủ yếu là photphat Trong cơ thể của chúng, photphat có thể chiếm đến 12 % trọng lượng tế bào đối với vi khuẩn có tích lũy polyphotphat, và với vi khuẩn không tích lũy polyphotphat, chỉ chiếm khoảng 1 ÷ 3 % trọng lượng tế bào [2]

 Chỉ số vệ sinh (E coli)

Nước làm lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh lây lan qua môi trường nước là nguyên nhân chính gây ra nhiều loại bệnh có thể dẫn đến tử vong, nhất là ở các nước đang phát triển Các tác nhân gây bệnh thường được bài tiết ra trong phân của người và động vật bị bệnh, bao gồm các nhóm chính sau: Các vi khuẩn, virus, động vật đơn bào, giun kí sinh Chất

lượng về mặt vi sinh của nước thường được sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số E coli [16]

1.6 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ 1.6.1 Các vi sinh vật thường dùng trong xử lý nước thải hữu cơ

1.6.1.1 Vi sinh vật phân giải tinh bột

Có nhiều loại vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột, đó là vi khuẩn

Bacillus, Pseudomonas, Athrobacter, Achromobacter, Agrobacterium Một

số vi sinh vật có khả năng tiết ra các loại enzym trong hệ enzym amilaza Xạ khuẩn cũng có một số chỉ có khả năng phân hủy tinh bột Đa số vi sinh vật đều không có khả năng tiết ra một hoặc vài enzym trong hệ đó, chúng chỉ có khả năng tiết ra môi trường[2]

1.6.1.2 Vi sinh vật phân giải protein

Nhờ các vi sinh vật hoại sinh, protein được phân giải thành các axit amin Các axit amin này lại được một số nhóm vi sinh vật phân giải thành

NH3 hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amin hóa Quá trình này gọi là sự kháng

hóa chất hữu cơ vì qua đó nitơ hữu cơ được chuyển thành dạng nitơ khoáng Dạng NH4+ sẽ chuyển hóa thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuần nitrat hóa

Nhóm vi khuẩn nitrat hóa bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại dị dưỡng

bắt buộc [2]

1.6.1.3 Vi sinh vật phân giải xenluloza

Nguồn xenluloza được thu thập từ các nguồn như từ động vật, thực vật,

và vi sinh vật Trong tự nhiên có rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng tiết ra một hoặc một số loại enzym là tác nhân của quá trình phân giải chuyển hóa các loại hợp chất hữu cơ Biến các chất từ dạng thô thành các chất dinh dưỡng

dễ hấp thụ trong đất Tham gia phân giải xenluloza và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác có nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau Trong đó, được nghiên cứu và biết đến nhiều nhất là vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn Nấm mốc là nhóm có khả năng tiết ra môi trường một lượng lớn enzym với đầy đủ các thành phần nên khả năng phân giải xenluloza rất mạnh Một số loại có khả

năng phân giải xenluloza đáng chú ý là Trichoderma ressei, Trichoderma viride [7]

Vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenluloza nhưng không mạnh bằng nấm sợi do lượng enzym tiết ra môi trường ít hơn và thành phần enzym cũng không đầy đủ Các vi khuẩn có khả năng phân hủy xenluloza khá mạnh

như: Cellulomonas, Vibrio, Archomobacter [8] Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật

nhân sơ với số lượng loài lớn và phân bố ở nhiều vùng sinh thái khác nhau Nhiều nghiên cứu cho thấy đây là nhóm vi sinh vật có hoạt tính sinh học quý như khả năng sinh chất kháng sinh và các enzym ngoại bào rất cao Một số

loại xạ khuẩn có khả năng phân giải xenluloza cao như: Streptomyces, Actinomyces, Nocardia.

1.6.1.4 Vi sinh vật phân giải hemixenluloza

Phần lớn hemixenluloza có tính chất tương đồng với xenluloza, do đó

cơ chế phân giải hemixenluloza cũng tương tự như phân giải xenluloza Tuy

nhiên hemixenluloza có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn, kém bền vững hơn nên vi sinh vật dễ phân giải và phân giải nhanh hơn so với xenluloza Các vi sinh vật có khả năng phân giải xenluloza khi sản sinh ra xenlulaza thường sinh ra hemixenluloza Một số loại vi sinh vật có khả năng

phân giải hemixenluloza như: Bacillus, Aspergillus, Clostridium, Streptomyces [7]

1.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải

1.6.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước

Nước đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống của vi sinh vật

Nó giúp hòa tan các chất dinh dưỡng làm cho chất dinh dưỡng dễ dàng thẩm thấu qua màng tế bào để cho vi sinh vật sử dụng Nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước thải phải phù hợp với đặc điểm sinh lý của tế bào Nồng độ các chất dinh dưỡng cao quá mức giới hạn tế bào sẽ mất nước, nguyên sinh chất trong tế bào bị keo tụ lại làm hoạt động trao đổi chất bị ngưng trệ Ngược lại, trong nước cất tế bào bị trương lên do xảy ra hiện tượng thẩm thấu của nước qua màng tế bào làm cho tế bào bị vỡ Tỉ lệ các chất dinh dưỡng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật [7]

1.6.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Cũng giống như các sinh vật khác, nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với vi sinh vật Trên thực tế, do vi sinh vật thường là các sinh vật đơn bào cho nên chúng rất mẫn cảm với sự thay đổi của nhiệt, và thường thay đổi theo sự thay đổi của môi trường xung quanh Cho nên nhiệt

độ của tế bào vi sinh vật cũng phản ảnh trực tiếp nhiệt độ của môi trường Mỗi loại vi sinh vật có độ giới hạn nhiệt độ sinh trưởng thích hợp khác nhau Đối với mỗi loại vi sinh vật có các giới hạn nhiệt độ sinh trưởng tối thiểu, nhiệt độ phát triển tối đa và nhiệt độ sinh trưởng thích hợp Trong xử lý nước thải thì việc điều chỉnh nhiệt độ hầu như không thể thực hiện được mà phải xử

lý theo nhiệt độ của môi trường Để đạt hiệu suất cao thì thường sử dụng

những vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên nơi xử lý để dễ dàng thích nghi với môi trường [7]

1.6.2.3 Ảnh hưởng của pH môi trường

Nồng độ pH có ảnh hưởng rõ rệt đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật

Mỗi vi sinh vật đều có một phạm vi pH sinh trưởng nhất định và pH sinh trưởng tốt nhất Phần lớn vi sinh vật sinh trưởng tốt nhất ở môi trường trung tính, một số loài sinh trưởng ở pH thấp và một số thì sinh trưởng tối ưu ở môi trường pH kiềm Mặc dù vi sinh vật có thể sinh tưởng trong một phạm vi khá rộng nhưng khả năng chịu đựng của chúng cũng ở mức nhất định Khi pH trong tế bào có sự thay đổi đột ngột sẽ phá vỡ màng sinh chất hoặc làm ức chế hoạt tính của enzym hay protein chuyển màng, do đó làm tổn thương đến vi sinh vật Để vi sinh vật có thể sinh trưởng tốt thì cần phải duy trì pH ổn định

và thích hợp trong quá trình nuôi cấy [7]

1.6.2.4 Ảnh hưởng của oxy hòa tan

Ảnh hưởng của oxy hòa tan tới các loại vi sinh vật có sự khác biệt Các

vi sinh vật cần oxy trong quá trình sinh trưởng là các vi sinh vật hiếu khí, còn đối với các vi sinh vật kỵ khí thì oxy lại là một tác nhân gây độc Nhóm vi sinh vật trung gian giữa hai nhóm này là nhóm vi sinh vật hiếu khí tùy tiện Trong quá trình xử lý nước thải ở các bể aeroten cần cung cấp oxy để các vi sinh vật hiếu khí oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải Còn trong

xử lý yếm khí thì tiến hành trong các bể kín để oxy không tan được vào trong nước thải làm hạn chế việc gây ức chế cho vi sinh vật yếm khí [7]

1.7 TIÊU CHÍ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân giải chất hữu cơ Các vi sinh vật dị dưỡng có thể chia thành ba nhóm nhỏ: Vi sinh vật hiếu khí, vi sinh vật yếm khí và vi sinh vật tùy nghi Khu hệ vi sinh vật sử dụng trong quá trình

xử lý nước thải gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn Trong đó, vi

khuẩn chiếm số lượng lớn nhất Trong các bể xử lý sinh học, vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải Do vậy, bên cạnh việc lợi dụng những tính năng ưu việt của các loài vi sinh vật thì chúng ta cần phải lựa chọn những chủng vi sinh vật thích hợp vừa có khả năng làm sạch, vừa tạo độ kết lắng tốt vừa không gây độc hại cho con người, vật nuôi và các vi sinh vật có ích khác trong môi trường Các tiêu chí được xét: Các chủng được phân lập, tuyển chọn phải có hoạt tính sinh học cao, có phức hệ enzym phân giải hữu cơ mạnh, ổn định Sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện thực tế của nước thải hữu cơ, cạnh tranh, lấn át được các vi sinh vật có sẵn trong nước thải Nuôi cấy dễ dàng, có khả năng tạo sinh khối vi sinh vật lớn, sinh trưởng tốt trong môi trường tự nhiên, thuận lợi cho quá trình nhân giống thu sinh khối

PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Các chủng được sử dụng: ĐX01, ĐX02, ĐX03 phân lập từ nước thải

làng nghề sản xuất bún xã Đinh Xá, thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam Nước thải sau biogas của làng nghề sản xuất bún xã Đinh Xá, thành phố Phủ

Lý, tỉnh Hà Nam

2.1.2 Thiết bị và hóa chất

2.1.2.1 Thiết bị chính

Kính hiển vi quang học Olympius, Model CHD (Nhật Bản); máy đo

pH, Metter Toledo (Thụy Sỹ); cân điện tử AB 204, Metter Toledo (Thụy Sỹ);

máy lắc ổn nhiệt (Hàn Quốc); các loại pipetman Gilson, Biohit; nồi khử trùng

ướt (Trung Quốc); tủ sấy khô (Sellab - Mỹ); tủ lạnh, Hàn Quốc; máy đo OD;

lò vi sóng; ống đong: 100 ml, 500 ml, 1.000 ml; cốc đong: 100 ml, 200 ml,

1.000 ml, 2.000 ml; máy sục khí; các dụng cụ khác …

2.1.2.2 Hóa chất chính

Cao thịt (Merch- Đức); cao nấm men (Merch - Đức); pepton (Merch -

Đức); thạch (Merch- Đức); bột xenlulo (Nhật); CMC; tinh bột tan, các loại

đường: D-glucoza, saccaroza, D-fructoza, …(Mecrk- Đức); các hóa chất vô

cơ khác: NaCl, KH2PO4, MgSO4.7H2O, KNO3 …

+ Bộ Kit chuẩn hóa sinh 50 API CHB

2.1.3 Môi trường nuôi cấy

Môi trường MPA (g/l): Cao thịt 3; pepton 5; NaCl 5; agar 20; nước cất

1.000 ml; pH 7

Môi trường Winogradsky (g/l): NaNO21; K2HPO4 0,5; MgSO4.7H2O

0,3; Na2CO3 1; NaCl 0,5; FeSO4 0,1; nước cất 1.000 ml

Môi trường Pikoskaya (g/l): Glucoza 10; Ca3(PO4)2 5; (NH4)2SO4 0,5;

NaCl 0,2; MgSO4.7H2O 0,1; KCl 0,2; Cao nấm men 0,5; MnSO4 vết ; FeSO4

7H2O vết; nước cất 1.000 ml; pH 7 ÷ 7,2

Môi trường xenlulo (g/l): NH4NO3 0,2; ure 0,1; cazein 0,2; KH2PO40,2; MgSO4.7H2O 0,3; CaCO3 0,2; FeSO4.7H2O 0,05; bột giấy 20; cao nấm men 0,1; cazamino axit 0,1; agar 20; nước cất 1.000; pH 7

Môi trường xenlulo Glovina (g/l): CMC1,5; KNO3 0,5; KH2PO4 0,85; MgSO4.7H2O 0,0625; cao nấm men 0,025; nước cất 1.000 ml; pH 7 ÷ 7,2

Môi trường Gelatin: Môi trường MPA + 0,4 % gelatin, khử trùng ở 121

oC trong 20 phút

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

2.2.1.1 Đặc điểm hình thái, sinh lý sinh hóa của các chủng vi khuẩn

 Đặc điểm hình thái

Đặc điểm hình thái tế bào của vi khuẩn được quan sát dưới kính hiển vi điện tử và được chụp tại Khoa Hình thái, Viện 69 thuộc Bộ Tư lệnh bảo vệ Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh

 Nhuộm Gram vi khuẩn [6]

Xác định các vi khuẩn phân lập được thuộc Gr (-) hay (+) căn cứ vào màu thuốc nhuộm bắt màu trên tế bào vi khuẩn Nếu vi khuẩn bắt màu hồng

là Gr (-), màu tím là Gr (+)

 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa

 Khả năng sinh tổng hợp enzym

Thủy phân tinh bột: Cấy chấm điểm vi khuẩn trên môi trường MPA bổ sung thêm 1 % tinh bột Nuôi ở nhiệt độ 30 oC trong 48 giờ và thử bằng thuốc thử Lugol Nếu vi khuẩn có khả năng thủy phân tinh bột chúng sẽ tạo vòng phân giải xung quanh chỗ vi khuẩn sinh trưởng [6]

Thủy phân xenlulo: Cấy vi khuẩn trên môi trường MPA bổ sung 1 % bột giấy Nuôi ở nhiệt độ 30 oC trong 48 giờ và thử bằng thuốc thử Lugol Nếu vi khuẩn có khả năng thủy phân xenlulo chúng sẽ tạo vòng phân giải xung quanh chỗ vi khuẩn sinh trưởng

Làm loãng gelatin: Cấy vi khuẩn vào môi trường gelatin đã vô trùng, nuôi ở nhiệt độ 30 oC, sau 72 giờ lấy ra cho vào tủ lạnh 4 oC để trong 2 giờ Sau 2 giờ môi trường trong ống nghiệm không bị đông thì chủng đó có khả năng làm loãng gelatin

 Khả năng sử dụng các nguồn cacbon

Nuôi vi sinh vật trên môi trường có bổ sung 1 % nguồn đường, cacbon Xác định khả năng phát triển của chúng

 Khả năng chịu NaCl, chịu nhiệt, pH

Thay đổi nồng độ NaCl và nuôi ở các thang nhiệt độ, pH khác nhau Theo dõi khả năng sinh trưởng của chúng

* Phương pháp phân tích nitơ tổng số

Nguyên tắc của việc phân tích nitơ tổng số là chuyển toàn bộ nitơ ở cả dạng vô cơ và hữu cơ về dạng nitrat nhờ chất oxi hóa mạnh sau đó tiến hành

so màu ở bước sóng 220 nm [6]

* Phương pháp phân tích hàm lượng amoni NH 4 +

Khả năng chuyển hóa amoni của các chủng vi khuẩn được phân tích dựa trên nồng độ amoni trong môi trường theo các khoảng thời gian nuôi Phản ứng của NH4+ và hypochlorit với sự có mặt của xúc tác phenol tạo thành hợp chất indophenol blue So màu ở bước sóng 640 nm [6]

* Phương pháp thử khả năng chuyển hóa nitrit

Khả năng chuyển hóa nitrit (NO2-) thành nitrat (NO3-) của các chủng được đánh giá thông qua sự giảm nồng độ nitrit trong môi trường nuôi cấy Phản ứng giữa nitrit và hỗn hợp sulfanylamit với naphtylendiamin tạo phức màu hồng ở pH 2 So màu ở bước sóng 540 nm [6]

*

Đánh giá khả năng tích lũy photpho

Đánh giá khả năng tích lũy photpho của vi sinh vật thông qua hàm lượng photphat còn lại trong môi trường Hàm lượng photphat được đánh giá dựa trên nguyên tắc tạo phức giữa gốc phosphat, amonium molypdat và kali antimon tatrat thành một phức chất màu xanh đậm và được đo ở bước sóng