Nghiên cứu phát triển mô hình hệ thống sinh điện hóa nhằm xử lý ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi thủy sản nước lợ

Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH HỆ THỐNG SINH ĐIỆN HÓA NHẰM XỬ LÝ Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG AO NUÔI THỦY SẢN NƯỚC LỢ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH HỆ THỐNG SINH ĐIỆN HÓA NHẰM XỬ LÝ Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG AO NUÔI THỦY SẢN NƯỚC LỢ Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học Mã số: 60420107 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thế Hải Hà Nội, 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Phạm Thế Hải – Giảng viên Khoa Sinh học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội, người định hướng, giúp đỡ bảo tận tình cho suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Thị Thu Thủy, Phòng Vi Sinh Vật môi trường, KTV Đỗ Minh Phương, phòng thí nghiệm môn Vi Sinh Vật Học giúp đỡ nhiều thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cán Phòng Thí Nghiệm Sinh Học thực nghiệm Viện Ứng dụng Công nghệ Nacentech hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình trình thực đề tài Thêm vào đó, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Thầy, Cô Khoa Sinh học tạo điều kiện học tập truyền đạt cho tri thức khoa học bổ ích giúp hoàn thiện đề tài hình thành giới quan khoa học Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp sát cánh bên tôi, ủng hộ, tin tưởng tạo điều kiện cho suốt trình học tập hoàn thành luận văn Nghiên cứu trình bày luận văn tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 106-NN.042015.23 Hà nội, tháng 12 năm 2016 Vũ Thị Thùy Linh Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng nguyên nhân gây ô nhiễm ao nuôi thủy sản nước lợ Việt Nam 1.1.1 Thực trạng ngành nuôi trồng thủy sản nước lợ nước ta 1.1.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm ao nuôi thủy sản Việt Nam 1.2 Một số số để đánh giá ô nhiễm hữu ao nuôi thủy sản 1.2.1 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) 1.2.2 Nitơ tổng số (TN) ammonium (NH4+) 1.3 Các giải pháp xử lí ô nhiễm ao nuôi thủy sản nước lợ 10 1.3.1 Bể kị khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược (UASB) 10 1.3.2 Hệ thống “đất ngập nước kiến tạo” (contructed wetlands) 11 1.3.3 Sử dụng ô - zôn (O3) 13 1.3.4 Hệ thống sục khí nhân tạo ao nuôi 13 1.3.5 Ứng dụng mô hình sinh điện hóa 14 1.3.6 Tình hình nghiên cứu giải pháp xử lý ô nhiễm ao nuôi thủy sản Việt Nam 15 1.4 Các mô hình sinh điện hóa 15 1.4.1 Giới thiệu tổng quát mô hình sinh điện hóa 15 1.4.2 Mô hình sinh điện hóa với điện cực đáy (sediment bioelectrochemical system) 18 1.4.3 Vi sinh vật điện cực đáy: Tính đa dạng biến đổi quần xã 19 1.5 Ứng dụng mô hình sinh điện hóa với điện cực đáy (SBES) xử lý ô nhiễm ao nuôi thủy sản 23 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng SBES 23 1.5.2 Tiềm sử dụng SBES để xử lý ô nhiễm ao nuôi thủy sản nước lợ 25 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Vật liệu nghiên cứu 26 Footer Page of 126 Header Page of 126 2.1.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm 26 2.1.2 Nguồn vi sinh vật sử dụng cho nghiên cứu 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1 Thiết kế, xây dựng vận hành SBES 28 2.2.2 Phương pháp truyền thống để phân lập nuôi cấy vi khuẩn 34 2.2.3 Phương pháp nhuộm Gram quan sát kính hiển vi 35 2.2.4 Phương pháp tách DNA tổng số 35 2.2.5 Phương pháp DGGE 36 2.2.6 Phương pháp giải phân tích trình tự gen 16S rARN 39 2.2.7 Phương pháp đo COD với mẫu nước có hàm lượng clo cao mẫu bùn 40 2.2.8 Phương pháp đo TN amoni 42 2.2.9 Phương pháp tính toán xử lí số liệu 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Xây dựng mô hình ao nuôi thủy sản nước lợ có lồng ghép SBES 45 3.2 Kết làm giàu vi khuẩn điện hóa 45 3.2.1 Dòng điện phát sinh giai đoạn làm giàu vi khuẩn điện hóa 45 3.2.2 Các kết phân tích quần xã VSV điện cực đáy - anode 47 3.3 Sơ kết đánh giá hoạt động xử lí ô nhiễm hữu hệ SBES 58 3.3.1 Kết xử lí COD 58 3.3.2 Kết xử lí ammonium (NH4+) 60 3.3.3 Kết xử lí N tổng (TN) 61 3.3.4 Tóm lược kết xử lí ô nhiễm hệ 62 KẾT LUẬN 64 KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC Footer Page of 126 Header Page of 126 Danh mục từ viết tắt Từ Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt BESs Microbial bioelectrochemical Hệ thống sinh điện hóa systems BOD Biochemical Oxygen demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTN - Bể thí nghiệm – Mô hình SBES BĐC - Bể đối chứng – Mô hình đối chứng COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DGGE Denaturing gradient gel Điện di gradient gel biến tính electrophoresis EBA Electrochemically active Vi khuẩn có hoạt tính điện hóa bacteria INO Inoculum Quần xã bùn tự nhiên MEC Microbial electrolysis cells Tế bào điện phân vi sinh MFC Microbial fuel cell Pin nhiên liệu vi sinh vật PCR Polymerase Chain Reaction Phản ứng chuỗi trùng hợp SBES Sediment bioelectrochemical Hệ thống sinh điện hóa với điện system cực đáy Footer Page of 126 Header Page of 126 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 : Diện tích nuôi trồng thủy sản tỉnh ĐBSCL Hình 1.2: Chu trình Nitơ ao cá Hình1.3: Bể kị khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược (UASB) 11 Hình 1.4: Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm 12 Hình 1.5: Một số hệ thống sục khí cho ao nuôi tôm 14 Hình 1.6: Ví dụ minh họa BESs (i) MFCs tạo điện (ii)MECs tiêu thụ điện tạo Hiđro 16 Hình1.7: Nguyên lý hoạt động MFC 17 Hình1.8: Sơ đồ phản ứng điện cực MFC (A) SBES (B) 18 Hình1.9: Mô hình vận hành hệ thống sinh điện hóa với điện cực đáy 19 Hình 1.10: Tổng quan ứng dụng SMFC 24 Hình 2.1:Các vật liệu cấu tạo điện cực 26 Hình 2.2: Mô hình đề xuất hệ thống sinh điện hóa ứng dụng để xứ lý nước đáy ao nuôi nước lợ 29 Hình 2.3 : Mô hình thiết kế bể thí nghiệm với điện cực đáy 31 Hình 2.4: Tỉ lệ chuyển đổi thức ăn ao nuôi tôm 33 Hình 3.1: Mô hình bể kính làm thí nghiệm 45 Hình 3.2: Dòng điện SBES sau 30 ngày làm giàu 46 Hình 3.3: Dòng điện quần xã bùn TN ĐC SBES ống nghiệm 47 Hình 3.4: Ảnh khuẩn lạc thu LB 1,5% NaCl nồng độ pha loãng 10-3 48 Hình 3.5: Các chủng phân lập từ quần xã vi khuẩn 50 Hình 3.6: Khuẩn lạc hình thái tế bào chủng cần quan tâm 51 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 3.7: Tương quan quần xã nghiên cứu 52 Hình 3.8: Kết khuếch đại trình tự gen16S rRNA đơn chủng với cặp mồi P63F P1378R từ sản phẩm tách DNA tổng số 53 Hình 3.9: Kết khuếch đại trình tự gen 16S rRNA mẫu với cặp mồi P63F P1378R từ sản phẩm tách DNA tổng số 56 Hình 3.10: Kết PCR khuếch đại trình tự gen16S rRNA dùng cho phân tích DGGE cặp mồi (P338F & P518R) 56 Hình 3.11: Kết điện di DGGE quần xã anode SBES đơn chủng chiếm ưu 57 Hình 3.12: Kết so sánh tốc độ phân giải COD hệ SBES vận hành chế độ cho ăn khác 58 Hình 3.13: Kết NH4+ mẫu nước chế độ cho ăn khác 60 Hình 3.14: Kết NH4+ mẫu bùn chế độ cho ăn khác 60 Hình 3.15: Kết TN mẫu nước chế độ cho ăn khác 61 Hình 3.16: Kết TN mẫu bùn chế độ cho ăn khác 62 Footer Page of 126 Header Page of 126 Danh mục bảng Bảng 1.1: Giá trị sản xuất thủy sản năm 2014 theo giá so sánh 2010 Bảng 1.2: Hàm lượng cho phép số số cần quan tâm ao nuôi tôm Bảng 1.3: Các vi khuẩn sử dụng MFC 20 Bảng 2.1: Diện tích thể tích mô hình thí nghiệm tương đương ao nuôi thực tế 32 Bảng 2.2: Môi trường LB 1.5% NaCl 35 Bảng 2.3: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR khuếch đại đoạn 1400 bp gen 16S rRNA 37 Bảng 2.4: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR khuếch đại đoạn 200bp gen 16S rRNA 38 Bảng 2.5: Thành phần dung dịch chất biến tính 0% 60% 39 Bảng 2.6: Thành phần “Working solutions” 39 Bảng 3.1: Số lượng vi khuẩn thu sau phân lập LB agar 1.5%NaCl 48 Bảng 3.2: Kết phân tích trình tự gen 16S rRNA đơn chủng quan tâm .54 Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Footer Page 10 of 126 Header Page 30 of 126 Bảng 1.3: Các vi khuẩn sử dụng MFC [104] Vi khuẩn Cơ chất Các nghiên cứu Aeromonas Glucose Neutral red thionin đóng vai trò làm chất truyền điện tử trung gian[68] hydrophila Acetate MFC chất truyền điện tử trung gian [69] Clostridium Starch, glucose, Sulphate/sulphide đóng vai trò làm butyricum lactate, molasses chất truyền điện tử trung gian [64] Escherichia Glucose, Chất truyền điện tử cần thiết xanh coli sucrose methylen [90] Geobacter Acetate MFC chất truyền điện tử trung gian [55] metallireducens Geobacter Acetate MFC chất truyền điện tử trung gian [17] sulfurreducens Klebsiella Glucose HNQ đóng vai trò chất nhận điện tử làm chất truyền trung gian cho chu trình pneumoniae Man – gan [55] Lactobacillus Glucose Sắt chelate đóng vai trò làm chất truyền điện tử trung gian [100] plantarum Proteus Glucose Thionin đóng vai trò làm chất truyền điện tử trung gian [26] mirabilis Pseudomonas aeruginosa Glucose Pyocyanin phenazine-1- carboxamide đóng vai trò làm chất truyền điện tử trung [77] 20 Footer Page 30 of 126 Header Page 31 of 126 Rhodoferax Glucose, xylose, MFC chất truyền điện tử trung ferrireducens sucrose, altose gian [47] Shewanella Lactate Anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS) đóng vai trò làm chất truyền điện tử oneidensis trung gian [81] Shewanella Lactate, MFC chất truyền điện tử trung putrefaciens pyruvate, gian kết hợp chất truyền acetate, glucose điện tử trung gian Mn (IV) NR anode để tăng cường sản xuất điện [68] Streptococcus Glucose Ferric chelate complex đóng vai trò làm lactis chất truyền điện tử trung gian [100] Như vậy, việc nghiên cứu thành phần hoạt động quần xã vi khuẩn điện cực đáy SBES giúp có nhìn xác hiệu hoạt động hệ thống (khả sinh điện, khả phân hủy chất hữu cơ, xử lí COD, TN hay TAN …) đồng thời sở để tối ưu hóa hoạt động hệ thống Để nghiên cứu quần xã vi sinh vật, phương pháp nghiên cứu truyền thống phương pháp sinh học phân tử sử dụng  Các phương pháp truyền thống Các phương pháp truyền thống để nghiên cứu hệ vi sinh vật lấy mẫu, phân lập, nuôi cấy làm giàu, đếm trực tiếp (qua kính hiển vi), đếm khuẩn lạc (phương pháp CFU), đếm phương pháp giá trị xác suất cực đại (phương pháp MPN) … Khi tính số lượng vi sinh vật phải ý đến số lượng vi sinh vật không nuôi cấy được, mà đa số vi sinh vật thiên nhiên thực chưa nuôi cấy phòng thí nghiệm (Pace, 1996) Số lượng vi sinh vật nuôi cấy chưa tới 1% tổng số vi sinh vật [60] Đối với việc phân bố 21 Footer Page 31 of 126 Header Page 32 of 126 tính đa dạng vi sinh vật không nuôi cấy cần sử dụng phương pháp khác, bao gồm phương pháp sinh học phân tử: phương pháp phân tích đa hình ADN sử dụng PCR enzyme giới hạn, phương pháp điện di gel gradient biến tính (DGGE), phương pháp lai huỳnh quang chỗ (FISH), Trong số kỹ thuật này, phương pháp DGGE phương pháp sử dụng phổ biến không phức tạp cho phép phân tích thành phần quần xã vi sinh vật tương đối hiệu  Phương pháp DGGE Kỹ thuật điện di biến tính gradient gel (denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE) dạng kỹ thuật ”dấu vân tay” (fingerprinting) phân tử cho phép phân biệt trình tự DNA khác dựa khác tỷ lệ (G+C)/(A+T) trình tự, Myuzer sử dụng tiên phong nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật Ưu điểm phương pháp xác định có mặt nhóm, loài vi sinh vật nuôi cấy mẫu cần phân tích [59] Khi điện di gel có gradient chất biến tính, tùy theo thành phần nucleotit mà phân tử DNA dừng lại vị trí định đặc trưng: phân tử nhiều G C phân tử lâu bị biến tính lâu dừng lại gel điện di Vì vậy, vị trí khác điện di đồ DGGE phản ánh khác trình tự đoạn DNA phân tích Trong trường hợp cụ thể, vị trí đặc trưng cho trình tự DNA phản ánh có mặt loài hay cá thể quần xã phân tích DGGE tỏ đặc biệt hiệu sử dụng để phân tích so sánh trình tự gen 16S rRNA vi khuẩn [53] Những đặc điểm đoạn gen giúp thường lựa chọn DGGE là: có mặt tất loài vi khuẩn, có tính bảo thủ cao, trao đổi loài mang tính đặc trưng cho loài 22 Footer Page 32 of 126 Header Page 33 of 126 1.5 Ứng dụng mô hình sinh điện hóa với điện cực đáy (SBES) xử lý ô nhiễm ao nuôi thủy sản 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng SBES Phần lớn nghiên cứu trước tập trung vào việc chứng minh MFC dùng để sản xuất điện sinh học từ chất thải hữu nước thải [48, 56, 57,58, 101] Mặt khác, MFC sử dụng cảm biến để đo BOD phát hợp chất độc hại (kim loại nặng hóa chất) nước nước thải [21, 42] Trong đó, mô hình sinh điện hóa với điện cực đáy (sediment bioelectrochemical system (SBES) ứng dụng để sản xuất lượng dạng điện ( Hình 1.10 A) [30, 80, 95] xây dựng MFC đặt bên lớp trầm tích để kích thích tăng tốc trình oxi hóa trầm tích ( Hình 1.10 B) [31] triển khai hệ thống tự nhiên hệ thống “đất ngập nước kiến tạo” ( Hình 1.10 C) [46] 23 Footer Page 33 of 126 Header Page 34 of 126 Hình 1.10: Tổng quan ứng dụng SMFC [45] Ghi chú: MOD: Vi khuẩn oxi hóa Mangan; MRB: Vi khuẩn khử mangan, Các hình thoi màu trắng: đại diện cho vi khuẩn A Một SMFC với anode nằm lớp trầm tích cathode bề mặt đặt nằm nước B SMFC cho trình oxi hóa chất hữu trầm tích với chu trình Mangan tích hợp hệ thống Các trình oxy hóa mangan thực vi khuẩn MOB điều kiện hiếu khí - thực đồng thời với trình oxy hóa chất hữu - thực vi khuẩn (MRB) điều kiện kị khí C Ứng dụng hệ thống SMFC vùng đất ngập nước (nhân tạo), điện cực anode định vị vùng rễ thực vật, cacthode nằm phía mặt nước Nếu cathode đặt chìm nước oxi sử dụng chất nhận điện tử trực tiếp cần phải có giải pháp sục khí cho cathode trình làm thí nghiệm[ 25] 24 Footer Page 34 of 126 Header Page 35 of 126 1.5.2 Tiềm sử dụng SBES để xử lý ô nhiễm ao nuôi thủy sản nước lợ Gần nhất, Sajana cộng xây dựng hệ thống SBES thử nghiệm phòng thí nghiệm nhằm khảo sát hiệu xử lý ô nhiễm nước ao nuôi thủy sản nước Kết nghiên cứu nhóm cho thấy hệ thống thử nghiệm loại bỏ tới khoảng 80% COD 90% Ni-tơ tổng số nước ao nuôi ba loại cá chép đặc hữu Ấn Độ [88] Sajana cộng khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống pH nước, khoảng cách anode (ở đáy) cathode (ở bề mặt nước) [87] Nhóm nghiên cứu khám phá rằng, việc loại bỏ COD tỉ lệ thuận với gia tăng khoảng cách điện cực tỉ lệ nghịch với gia tăng pH điện trở Tuy nhiên, việc loại bỏ nitơ tổng số (TN) lại tỉ lệ thuận với gia tăng pH khoảng cách điện cực, tỉ lệ nghịch với gia tăng điện trở [101] Như vậy, việc sử dụng công nghệ SBES cho phép cải tạo chỗ chất lượng nước ao nuôi việc vận hành hệ thống đơn giản với chi phí thấp Nghiên cứu Sajana cộng thực mô hình ao nuôi nước ngọt, phần lớn ao nuôi thủy sản Việt Nam giới nước mặn nước lợ với nồng độ muối cao Trong nghiên cứu này, thử nghiệm xây dựng mô hình SBES ao nuôi thủy sản nước lợ quy mô phòng thí nghiệm Các kết Sanaja cộng sở cho thấy tiềm SBES việc xử lí nước bùn đáy ao nuôi thủy sản vận hành với điều kiện nước lợ 25 Footer Page 35 of 126 Header Page 36 of 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Nông nghiệp PTNT (2013), Đề án Kiểm soát ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản (tôm, cá tra) đến năm 2020, Bắc Ninh Bộ Nông nghiệp PTNT (2016), Kế hoạch quốc gia giám sát dịch bệnh tôm cá tra phục vụ xuất giai đoạn 2017 - 2020 Đại học Cần Thơ (2015), Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Tài liệu lưu hành nội Vũ Thị Minh Đức (2001), Thực tập vi sinh vật học, Nxb Đại học Quốc Gia Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Vũ Anh Tuấn (2015) "Tổng quan phương pháp xử lý có khả áp dụng để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản tỉnh Quảng Trị" Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 31(1), pp 39-47 Phan Thị Hồng Ngân, Phạm Khắc Liệu (2012), "Đánh giá khả xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản nước lợ bể lọc sinh học hiếu khí có lớp đệm ngập nước", Tạp chí Khoa học - Đại học Huế , 74B (5), pp 113 - 122 Trần Hữu Quế (2005), Vẽ kĩ thuật khí, NXB Giáo dục, Hà Nội Tổng cục thủy sản Việt Nam (2015), Tình hình sản xuất thủy sản năm 2014, Trung tâm thông tin thủy sản Bùi Quang Tề (2010), "Công nghệ nuôi tôm chân trắng thương phẩm theo quy phạm thực hành nuôi trồng thuỷ sản tốt (GAP)", Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản I, Tài liệu lưu hành nội 10 Lê Anh Tuấn (2007), Xử lý nước thải ao nuôi cá nước đất ngập nước kiến tạo, Hội thảo "Quản lý xử lý ao nuôi thủy sản" - Sở NN PTNT An Giang 66 Footer Page 36 of 126 Header Page 37 of 126 11 Trịnh Ngọc Tuấn (2005), Nghiên cứu trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản Việt Nam đề xuất phương pháp xử lí nước thải,Trung tâm nghiên cứu, quan trắc, cảnh báo môi trường phòng ngừa dịch bệnh thủy sản khu vực miền Bắc, Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản I 12 Trần Văn Việt (2013)," Vai trò tiềm ngành thủy sản phát triển kinh tế" , Tạp chí khoa học trường Đại Học Cần Thơ, tr 136 - 144 Tiếng Anh 13 Ariel E Turcios and Jutta Papenbrock (2014), Review "Sustainable Treatment of Aquaculture Effluents—What Can We Learn from the Past for the Future?", Sustainability , 6,pp 836-856 14 Arnold E Greenberg, Lenore S Clesceri, Andrew D Eaton (1992), Standard methods for examination of water and waste water, American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation 15 B H Kim, et al (Apr 1999), "Direct electrode reaction of Fe(III)-reducing bacterium, Shewanella putrefaciens", Journal of Microbiology and Biotechnology, 9, pp 127-131 16 Bojun Xu , Zheng Ge and Zhen He (2015), "Sediment microbial fuel cells for wastewater treatment: challenges and opportunities", Environ Sci.: Water Res Technol, 1, pp 279-284 17 Bond DR, Lovley DR (2005), “Evidence for Involvement of an Electron Shuttle in Electricity Generation by Geothrix fermentans” , Appl Environ.Microbiol, 71, pp.2186–2189 18 Boyd C E (1900), Water Quality for Pond Aquaculture, Birmingham Publishing Company, Birmingham, Alabama, pp.269 19 Boyd C.E and S Zimmermann (2000), "Grow-out systems-water Quality and Soil Management", In: new M.B and W.C Valenti (Eds) Freshwater prawn culture: the farming of Macrobrachium rosenbergii Blackwell Science, pp 221 – 238 20 Boyd C.E (1998 )," Pond water aeration systems", Aquacultural Engineering, 18, pp 9-40 67 Footer Page 37 of 126 Header Page 38 of 126 21 Chang IS, Jang JK, Gil GC, Kim M, Kim HJ, Cho BW, Kim BH (2004), "Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor", Biosens Bioelectron, 19, pp 607–613 22 Chanratchakool, P., J.F Turnbull, J S Funge-Smith, I.H MacRae and C Limsuwan (1991), Health management in shrimp pond, AAHRI, Bangkok, Thailand 23 Chapman, D (1997), Water quality Assessments Aguide to the use of biota sediments and water in environmental monitoring, E&FN Spon 24 Chen, J.C and T.C Chin (1998), "Joint Action of Ammonia and Nitrite on Tiger Prawn Penaeus monodon Poslarvae", J World Aquacul Soc, 19, pp 143-148 25 Cheng, S., H Liu, and B E Logan (2006), "Increased performance of singlechamber microbial fuel cells using an improved cathode structure", Electrochem Commun, 8, pp 489-494 26 Choi Y, Jung E, Kim S, Jung S ( 2003), "Membrane fluidity sensoring microbial fuel cell" Bioelectrochemistry, 59, pp.121–127 27 Claude E Boyd (August, 1998), Water Quality for Pond Aquaculture Research and development, 43, pp.8 - 16 28 Claude E Boyd (July 1973), "The Chemical Oxygen Demand of Waters and Biological Materials from Ponds", Transactions of the American fisiriles society, 102 (3), pp.606-611 29 Claude E Boyd, C.S Tucker, (2012), "Pond Aquaculture Water Quality Management", Springer Science & Business Media pp 100-101 30 Daniel R Bond, Dawn E Holmes, Leonard M Tender, Derek R Lovley (2002), “Electrode-Reducing Microorganisms that Harvest Energy from Marine Sediments”, Science, 295, 483–485 31 De Schamphelaire L., Rabaey K., Boeckx P., Boon N., Verstraete W (2007), "Minireview: The potential of enhanced manganese redox cycling for sediment oxidation" , Geomicrobiol J., 24, pp.547–558 32 De-Yin Huanga et al (2011) "Enhanced anaerobic degradation of organic pollutants in a soil",Chemical Engineering Journal, 172, pp 647–653 33 Eding E.H., Kamstra A., Verreth J.A.J., Huisman E.A., Klapwijk A (2006), “Design and operatioin of nitrifying trickling filters in recirculating aquaculture: A review”, Aquacultural Engineering, 34, pp.234–260 68 Footer Page 38 of 126 Header Page 39 of 126 34 Hamelers H V M et al (2009), " New applications and performance of bioelectrochemical systems", Applied Microbiology& Biotechnology, 85(6), pp.1673-85 35 I Vyrides, D.C Stuckey (2009), "A modified method for the determination of chemical oxygen demand (COD)", Bioresource Technology, 100, pp 979– 982 36 Jeong SH1, Yang SH, Jin HM, Kim JM, Kwon KK, Jeon CO (2013), "Microbulbifer gwangyangensis sp nov and Microbulbifer pacificus sp.nov., isolated from marine environments”, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 63, pp.1335-1341 37 Julian R Marchesi et al (1998), "Design and Evaluation of Useful BacteriumSpecific PCR Primers That Amplify Genes Coding for Bacterial 16S rRNA", Appl Environ Microbiol, 64(2), pp 795–799 38 Jung Rae Kim, Sok Hee Jung, John M Regan, Bruce E Logan (2007), "Electricity generation and microbial community analysis of alcohol powered microbial fuel cells" , Bioresource Technology, 98, pp 2568–2577 39 Jung Rae Kim, Young Eun Song, Ganapathiraman Munussami, Changman Kim & Byong-Hun Jeon (2015), "Recent applications of bioelectrochemical system for useful resource recovery: retrieval of nutrient and metal from wastewater" Geosystem Engineering, 18(4), pp 173 - 180 40 K Rabaey and W Verstraete (2005), "Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation", Trends in Biotechnology, 23, pp 291298 41 K Rabaey, et al (May 2005), "Microbial phenazine production enhances electron transfer in biofuel cells", Environmental Science & Technology, 9, pp 3401-3408 42 Kim M, Park HS, Jin GJ, Cho WH, Lee DK, Hyun MS, Choi CH, Kim HJ ( 2006), "A novel combined biomonitoring system for BOD measurement and toxicity detection using microbial fuel cells", IEEE Sens, pp 1247–1248 43 Lefebvre O et al (2011), " Microbial fuel cells for energy self sufficient domestic wastewater treatment—a review and discussion from energetic consideration", Applied Microbiology & Biotechnology, 89(2), pp 259-70 44 Liam Dohertya, Yaqian Zhaoa, Xiaohong Zhaob, Wenke Wangb ( April 2015), "Nutrient and organics removal from swine slurry with simultaneous electricity generation in an alum sludge-based constructed wetland 69 Footer Page 39 of 126 Header Page 40 of 126 incorporating microbial fuel cell technology", Chemical Engineering Journal, 266, pp 74–81 45 Liesje De Schamphelaire et al (2008), "Outlook for benefits of sediment microbial fuel cells with two bio‐electrodes", Microb Biotechnol, 1(6), pp 446–462 46 Lin, Y.-F., Jing, S.-R., Lee, D.-Y., and Wang, T.-W (2002), " Nutrient removal from aquaculture wastewater using a constructed wetlands system", Aquaculture, 209, pp.169-184 47 Liu H, Grot S, Logan B( 2005c), "Electrochemically assisted microbial production of hydrogen from acetate", Environ Sci Tchnol, 15, pp.4317– 4320 48 Liu, H., Ramnarayanan, R & Logan, B E (2004), "Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cel" , Environ Sci Technol, 38,pp 2281–2285 49 Logan B E (2006), "Microbial fuel cells: methodology and technology", Environ Sci Technol, 40, pp 5181-5192 50 Logan BE, Murano C, Keith S, Gray ND, Head IM (2005), "Electricity generation from cysteine in a microbial fuel cell",Water Res,39, pp.942– 52 51 Lovley, D.R (2006), " Bug juice: harvesting electricity with microorganisms", Nature Reviews Microbiology, 4, pp 497-508 52 M C Potter (1911), "Electrical effects accompanying the decomposition of organic compounds", RoyalSociety, 84, pp 260 – 276 53 McAuliffe L, Ellis RJ, Lawes JR, Ayling RD, Nicholas RA (2005), "16S rDNA PCR and denaturing gradient gel electrophoresis; a single generic test for detecting and differentiating Mycoplasma species", J Med Microbiol, 54( ), pp.731- 739 54 Menicucci J, Beyenal H, Marsili E, Veluchamy RA, Demir G, Lewandowski Z (2006), “Procedure for determining maximum sustainable power generated by microbial fuel cells”, Environ Sci Technol., 40, pp.1062–8 55 Min B, Cheng S, Logan BE (2005a) “Electricity generation using membrane and salt bridge microbial fuel cells”, Water Res, 39, pp.1675– 86 56 Min, B & Logan, B E ( 2004)," Continuous electricity generation from domestic wastewater and organic substrates in a flat plate microbial fuel cel", Environ Sci Technol, 38, 5809 - 5814 70 Footer Page 40 of 126 Header Page 41 of 126 57 Min, B., Kim, J R., Oh, S E., Regan, J M & Logan, B E (2005)," Electricity generation from swine wastewater using microbial fuel cells", Water Res, 39, 4961–4968 58 Minghua Zhou,Hongyu Wang,Daniel J Hassett,Tingyue Gu (2013), "Recent advances in microbial fuel cells (MFCs) and microbial electrolysis cells (MECs) for wastewater treatment, bioenergy and bioproducts", Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 88(4), pp 508-518 59 Muyzer et al (1993), "Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA" , Appl Environ Microbiol, 59(3), pp 695-700 60 Muyzer, G (1999), “DGGE/TGGE a method for identifying genes from natural ecosystems”, Current Opinion in Microbiology, 2(3), pp 317-322 61 Natella Mirzoyan , Yossi Tal , Amit Gross (2010), “Anaerobic digestion of sludge from intensive recirculating aquaculture systems: Review”, Aquaculture, 306, pp.1-6 62 Nico Boon et al (2002), “Evaluation of nested PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) with group-specific 16S rRNA primers for the analysis of bacterial communities from di¡erent wastewater treatment plants”, FEMS Microbiology Ecology, 39, pp.101-112 63 Niessen J, Harnisch F, Rosenbaum M, Schroder U, Scholz F (2006)," Heat treated soil as convenient and versatile source of bacterial communities for microbial electricity generation", Electrochem Commun, 8, pp.869–73 64 Niessen J, Schroderm U, Scholz F (2004b),“ Exploiting complex carbohydrates for microbial electricity generation — a bacterial fuel cell operating on starch”, Electrochem Commun, 6, pp.955-958 65 Oskar Modin, David J I Gustavsson (2014), "Opportunities for microbial electrochemistry in municipal wastewater treatment – an overview", Water Science and Technology, 69(7), pp.1359-1372 66 Pant D et al (2012), "Bioelectrochemical systems (BES) for sustainable energy production and product recovery from organic wastes and industrial wastewaters", RSC Advances , 2(4),pp 1248-63 67 Park DH, Zeikus JG (2000)."Electricity generation in microbial fuel cells using neutral red as an electronophore.", Appl Environ Microb., 66, pp 1292–1297 71 Footer Page 41 of 126 Header Page 42 of 126 68 Park DH, Zeikus JG (2003), "Improved fuel cell and electrode designs for producing electricity from microbial degradation", Biotechnol Bioeng, 81,pp 348–355 69 Pham CA, Jung SJ, Phung NT, Lee J, Chang IS, Kim BH (2003), “A novel electrochemically active and Fe (III)-reducing bacterium phylogenetically related to Aeromonas hydrophila, isolated from a microbial fuel cell”, FEMS Microbiology Letters,223 (1), pp.129 - 34 70 Pham, H., et al (2009), " Enhanced removal of 1,2-dichloroethane by anodophilic microbial consortia", Water Research, 43(11), pp 2936-2946 71 Pham, T.H., et al (2008), "High shear enrichment improve the performance of the anodophillic microbial consortium in a microbial fuel cell", Microbial Biotechnology, 1(6), pp 487-496 72 Phillips M J (1995), "Shrimp culture and the environment", T U.Bagarinao & E E C Flores (Eds.), Towards Sustainable Aquaculture in Southeast Asia and Japan: Proceedings of the Seminar-Workshop on Aquaculture Development in Southeast Asia,Iloilo City, Philippines, pp 37 - 62 73 Phuc Thi Ha, B.T.a.I.S.C (2008)," Performance and Bacterial Consortium of Microbial Fuel Cell Fed with Formate", Energy & Fuels, 22, pp 164–168 74 Pornlerd Chanratchakool and Michael J Phillips (2002), “ Social and economic impacts and management of shrimp among small scale farmers in Thailand and VietNam” , Aquaculture Development FAO Fish Tech Pap, 406, pp 117 - 189 75 R M Allen and H P Bennetto (Spr 1993), "Microbial fuel cells - Electricity production from carbohydrates", Applied Biochemistry and Biotechnology, 39, pp 27-40 76 Rabaey et al (2007), "Microbial ecology meets electrochemistry: electricitydriven and driving communities", The ISME Journal, (1), pp.9-18 77 Rabaey K, Boon N, Siciliano S, Verhaege M, Verstraete W (2004), "iofuel cells select for microbial consortia that self-mediate electron transfer", Appl Environ Microbiol, 70, pp 5373–5382 78 Rabaey K., Clauwaert P., Aelterman P and Verstraete W (2005), "Tubular microbial fuel cells for efficient electricity generation" , Environmental Science & Technology, 39, 8077-8082 72 Footer Page 42 of 126 Header Page 43 of 126 79 Rabaey, K., and J Keller (2005), "Microbial Fuel Cell Cathodes: From Bottleneck to PrimeOpportunity?", Water Science and Technology, 57( 5), pp 655 - 659 80 Reimers, C.E., Tender, L.M., Fertig, S., and Wang, W (2001), "Harvesting energy from the marine sediment-water interface", Environmental Science & Technology, 35, pp 192-195 81 Ringeisen BR, Henderson E, Wu PK, Pietron J, Ray R, Little B, (2006) "High power density from a miniature microbial fuel cell using Shewanella oneidensis DSP10", Environ Sci Technol., 40,pp 2629– 2634 82 Rivas R, García-Fraile P, Mateos PF, Martínez-Molina E, Velázquez E (2006), “Photobacterium halotolerans sp nov., isolated from Lake Martel in Spain” International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 56, pp 1067-1071 83 Romanenko LA1, Uchino M, Falsen E, Lysenko AM, Zhukova NV, Mikhailov VV (2005),"Pseudomonas xanthomarina sp nov., a novel bacterium isolated from marine ascidian", J Gen Appl Microbiol, 51(2), pp.65-71 84 Rozendal R A et al (2008), " Towards practical implementation of bioelectrochemical wastewater treatment ", Trends in Biotechnology, 26(8), pp.450 - 459 85 Rozendal RA, Jeremiasse AW, Hamelers HV, Buisman CJ (2008), "Hydrogen production with a microbial biocathode", Environ Sci Technol, 42, pp 629634 86 S N Chen.(1991), " Environmental problems of aquaculture in Asia and their solutions",Sci tech Off int Epiz,10 (3), pp.609 - 627 87 Sajana, T G (2013)," Effect of pH and distance between electrodes on the performance of a sediment microbial fuel cell", Water Sci Technol , 68,pp 537-543 88 Sajana, T.K., Ghangrekar, M.M., and Mitra, A (2013), “Application of sedimentmicrobial fuel cell for in situ reclamation of aquaculture pond water quality”, Aquacultural Engineering, 57, pp 101-107 89 Sasaki K, Morita M, Sasaki D, Hirano S, Matsumoto N et al (2011), " Methanogenic communities on the electrodes of bioelectrochemical reactors without membranes", J Biosci Bioeng, 111, pp 47-49 73 Footer Page 43 of 126 Header Page 44 of 126 90 Schroder U, Niessen J, Scholz F (2003), “ A generation of microbial fuel cells with current outputs boosted by more than one order of magnitude” , Angew Chem Int.Ed Engl., 42,pp 2880–2883 91 Soraphat Panakorn, Novozymes (2011), Thailand AQUA Culture Asia Pacific Magazine, 7, pp.10 92 Suman Bajracharya et al (2016), "An overview on emerging bioelectrochemical systems (BESs): Technology for sustainable electricity, waste remediation, resource recovery, chemical production and beyond", Renewable Energy, 98, pp.153 - 170 93 Sumino, T., Isaka, K., Ikuta, H., Saiki, Y., Yokot, T (2006), “Nitrogen removalfrom wastewater using simultaneous nitrate reduction and anaerobic ammonium oxidation in single reactor”, Bioscience and Bioengineering, 102, pp 346–351 94 T.K Sajanaa, M.M Ghangrekarb, A Mitraa (July 2014)," Effect of operating parameters on the performance of sediment microbial fuel cell treating aquaculture water", Aquacultural Engineering, 61, pp 17-26 95 Tender L.M., Reimers C.E., Stecher H.A., Holmes D.E., Bond D.R., Lowy D.A (2002), " Harnessing microbially generated power on the seafloor" , Nat Biotechnol, 20, pp 821–825 96 The Hai Pham et al (2008), "Metabolites produced by Pseudomonas sp enable a Gram positive bacterium to achieve extracellular electron transfer" Appl Microbiol Biotechnol , 77, pp.1119–1129 97 Tilley, Elizabeth et al (2008), "Compendium of Sanitation Systems and Technologies" , Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, pp.111-112 98 Timmons, M.B, M.E., James, W.W., Fred, T.S., Steven and J V., Brian (2002), Recirculating Aquaculture Systems (2nd Edition), NRAC Publication 99 Van Rijn, J (1996), “The potential for integrated biological treatment systems inrecirculating fish culture - A review”, Aquaculture ,139, pp.181-201 100 Vega CA, Fernandez I (1987).,"Mediating effect of ferric chelate compounds in microbial fuel cells with Lactobacillus plantarum, Streptococcus lactis, and Erwinia dissolvens", Bioelectrochem Bioenergy, 17, pp 217–222 74 Footer Page 44 of 126 ... có nghiên cứu tương tự với hệ thống ao nuôi thủy sản nước lợ Chính lí mà lựa chọn đề tài : Nghiên cứu phát triển mô hình hệ thống sinh điện hóa nhằm xử lý ô nhiễm hữu ao nuôi thủy sản nước lợ ... pháp xử lí ô nhiễm ao nuôi thủy sản nước lợ Trên giới, có nhiều công trình nghiên cứu giải pháp xử lí ô nhiễm môi trường ao nuôi thủy sản nhiên ao nuôi thủy sản nước lợ công trình nghiên cứu hạn... KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ THÙY LINH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH HỆ THỐNG SINH ĐIỆN HÓA NHẰM XỬ LÝ Ô NHIỄM HỮU CƠ TRONG AO NUÔI THỦY SẢN NƯỚC LỢ Chuyên ngành: Vi Sinh Vật Học Mã số: 60420107 LUẬN