Nghiên cứu đặc tính của một số loại bùn thải và phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón hữu cơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Hoàng Thị Mỹ Hằng NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN THẢI VÀ PHÂN LẬP CÁC CHỦNG VI KHUẨN ƯA NHIỆT NHẰM TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Hoàng Thị Mỹ Hằng NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI BÙN THẢI VÀ PHÂN LẬP CÁC CHỦNG VI KHUẨN ƯA NHIỆT NHẰM TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Ngô Thị Tường Châu Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo hướng dẫn luận văn tôi, PGS TS Ngô Thị Tường Châu, người tạo điều kiện, động viên giúp đỡ hoàn thành tốt luận văn Trong suốt trình nghiên cứu, cô kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp động viên nhiều Sự hiểu biết sâu sắc khoa học, kinh nghiệm cô tiền đề giúp có tiến kiến thức quý báu Xin cám ơn Bộ môn Thổ Nhưỡng – Môi trường đất, Khoa Môi trường, Phòng Đào tạo, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho làm việc để tiến hành tốt luận văn Luận văn tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số: 106-NN.04-2014.53, xin cảm ơn Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) giúp đỡ thực nghiên cứu Tôi xin cảm ơn bạn bè gia đình bên tôi, cổ vũ động viên lúc khó khăn để vượt qua hoàn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Hoàng Thị Mỹ Hằng MỤC LỤC BẢNG CHÚ THÍCH CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu đề tài 3 Nội dung nghiên cứu .4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bùn thải .5 1.1.1 Khái niệm bùn thải 1.1.2 Đặc điểm bùn thải 1.1.3 Hiện trạng thải bỏ bùn thải 1.1.4 Các phương pháp xử lý bùn thải 1.2 Tổng quan chủng vi sinh vật ưa nhiệt 1.2.1 Vi sinh vật ưa nhiệt 1.2.2 Vi sinh vật ưa nhiệt vai trò ủ phân hữu 11 1.2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp 15 1.3 Tổng quan phân bón hữu 24 1.3.1 Khái niệm .24 1.3.2 Phân loại 24 1.4 Tổng quan nhà máy lấy mẫu bùn thải 26 1.4.1 Tổng quan công ty giấy Bãi Bằng 26 1.4.2 Tổng quan CTCP mía đường Hòa Bình 27 1.4.3 Tổng quan nhà máy sản xuất tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế .28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu .29 2.1.1 Các mẫu bùn thải .29 2.1.2 Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 29 2.2.1 Phương pháp thu mẫu, xử lý bảo quản mẫu .29 2.2.2 Xác định đặc tính lý, hóa mẫu bùn thải 32 2.2.3 Xác định tính chất sinh học mẫu bùn thải 37 2.2.4 Phương pháp phân lập chủng vi sinh vật ưa nhiệt từ bùn thải 43 2.2.5 Phương pháp tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có hoạt lực phân hủy chất hữu cao từ chủng phân lập 44 2.2.6 Phương pháp kiểm tra tính đối kháng chủng vi khuẩn ưa nhiệt .45 2.2.7 Phương pháp đánh giá khả phân giải bùn chủng vi khuẩn ưa nhiệt tuyển chọn 45 2.2.8 Phương pháp định danh vi khuẩn 46 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Đặc tính số loại bùn thải 47 3.2 Phân lập chủng vi khuẩn ưa nhiệt 53 3.3 Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả phân hủy chất hữa cao 54 3.3.1 Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả phân hủy chất hữu cao từ bùn thải nhà máy giấy Bãi Bằng 54 3.3.2 Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả phân hủy chất hữu cao từ chủng phân lập bùn thải Công ty Cổ phần mía đường Hòa Bình 56 3.3.3 Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả phân hủy chất hữu cao từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế .57 3.3.4 Khả đối kháng chủng vi khuẩn ưa nhiệt tuyển chọn 59 3.4 Đánh giá khả phân hủy bùn thải chủng vi khuẩn ưa nhiệt tuyển chọn 60 3.4.1 Đánh giá khả phân hủy bùn thải từ nhà máy giấy Bãi Bằng chủng vi khuẩn GW4 .60 3.4.2 Đánh giá khả phân hủy bùn thải từ CTCP mía đường Hòa Bình chủng vi khuẩn M5X2 62 3.4.3 Đánh giá khả phân hủy bùn thải nhà máy tinh bột sắn Fococev Thừa Thiên Huế chủng vi khuẩn V18 63 3.3.4 Đánh giá khả phân hủy bùn thải tập hợp chủng vi khuẩn ưa nhiệt tuyển chọn .64 Định danh chủng vi khuẩn tuyển chọn 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 Kết luận 68 Kiến nghị .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 73 BẢNG CHÚ THÍCH CHỮ VIẾT TẮT TC Tổng Carbon TN Tổng Nito TP Tổng Photpho TK Tổng Kali BOD Nhu cầu oxy sinh học COD Nhu cầu oxyhóa học EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa kỳ TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam WHO CFU Tổ chức Y tế giới Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc) MPN Most Probable Number (số lượng có xác suất lớn nhất) CMC Carboxymethyl cellulose CTCP Công ty cố phần ĐC Đối chứng BA Blood agar NA Nutrient Agar DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần số nguyên tố chủ yếu tế bào số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô) [8] 11 Bảng 2: Đặc tính lý, hóa sinh học bùn thải nhà máy .47 Bảng 3: So sánh hàm lượng số kim loại nặng có mẫu bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế với QCVN 50:2013/BTNMT .53 Bảng 4: Khả phân hủy tinh bột chủng vi khuẩn ưa nhiệt phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 57 Bảng Khả phân hủy casein chủng vi khuẩn ưa nhiệt phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 58 Bảng Khả phân hủy CMC chủng vi khuẩn ưa nhiệt phân lập từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế 58 Bảng Khả phân hủy bùn thải chủng vi khuẩn ưa nhiệt GW4 60 Bảng Khả phân hủy bùn thải chủng vi khuẩn M5X2 62 Bảng 9: Khả phân hủy bùn thải chủng vi khuẩn V18 63 Bảng 10: Khả phân hủy bùn thải tập hợp chủng vi khuẩn 64 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Các phương pháp xử lý bùn thải Hình 2.Chủng vi sinh vật Bacillus stearothermophilus 10 Hình 3:Phạm vi nhiệt độ sinh trưởng vi sinh vật 11 Hình 4: Sơ đồ quy trình sản xuất đường CTCP mía đường Hòa Bình .30 Hình 5: Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải CTCP mía đường Hòa Bình 31 Hình 6: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế 31 Hình Hình thái số chủng vi khuẩn ưa nhiệt phân lập từ mẫu bùn thải .54 Hình 8: Hoạt tính phân hủy cellulose chủng vi khuẩn GV6 55 Hình Hoạt tính phân hủy tinh bột chủng vi khuẩn GW4 55 Hình 10 Hoạt tính phân hủy protein chủng vi khuẩn GW4 56 Hình 11 Khả phân huỷ cenlulose, tinh bột, protein (từ trái sang) chủng vi khuẩn M5X1 56 Hình 12 Vạch phân hủy tinh bột chủng vi khuẩn V18 57 Hình 13 Vạch phân giải protein chủng vi khuẩn V18 .58 Hình 14 Vạch phân giải CMC chủng vi khuẩn V18 V24 .59 Hình 15 Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian mẫu bùn thí nghiệm bổ sung chủng vi khuẩn GW4 mẫu bùn đối chứng (ĐC) .61 Hình 16 Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian mẫu bùn thí nghiệm bổ sung chủng vi khuẩn M5X2 mẫu bùn đối chứng (ĐC) .62 Hình 17: Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian mẫu bùn thí nghiệm bổ sung chủng vi khuẩn V18 mẫu bùn đối chứng (ĐC) 63 Hình 18: Biểu đồ so sánh độ giảm khối lượng bùn theo thời gian mẫu bùn thí nghiệm bổ sung tập hợp chủng vi khuẩn mẫu bùn đối chứng 64 N+P2O5, % N ≥5,0 TCVN 8557:2010 N + K2O, % P2O5 ≥5,0 TCVN 8559:2010 P2O5 + K2O, % K2O ≥ 5,0 TCVN 8560:2010 N, P O5 , K2O riêng rẽ, HC % Từ ≥5,0 đến %