Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ LƯU HUỲNH TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: PHẠM LÊ PHƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VĂN CÁCH HÀ NỘI 2011 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước I.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước giới I.1.2 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước Việt Nam I.2 Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị ô nhiễm .10 I.3 Các dạng hợp chất lưu huỳnh 13 I.4 Ứng dụng lưu huỳnh 14 I.5 Vai trò sinh học 15 I.6 Ảnh hưởng lưu huỳnh 16 I.6.1 Ảnh hưởng đến môi trường 16 I.6.2 Ảnh hưởng đến sức khỏe người .19 I.7 Vi khuẩn lưu huỳnh 20 I.7.1 Các loại vi khuẩn lưu huỳnh 20 I.7.2 Chu trình lưu huỳnh môi trường tự nhiên vi sinh vật .22 I.8 Các phương pháp loại bỏ lưu huỳnh nước thải 24 I.8.1 Phương pháp hóa học 24 I.8.2 Phương pháp sinh học .25 I.9 Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải sinh hoạt 27 I.10 Tình hình xử lý lưu huỳnh nước thải 27 I.10.1 Trên giới 27 I.10.2 Tại Việt Nam .29 PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 30 II.1 Vật liệu 30 II.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 II.1.2 Hóa chất 30 II.1.3 Máy móc thiết bị 30 II.2 Môi trường 30 II.2.1 Môi trường phân lập nuôi cấy vi sinh vật 30 II.2.2 Môi trường tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả khử sulfua 32 II.2.3 Môi trường xác định khả khử sulfua vi sinh vật 32 II.3 Phương pháp 33 II.3.1 Lấy mẫu 33 II.3.2 Phương pháp xác định đa dạng sinh học bùn hoạt tính sông Kim Ngưu 33 II.3.3 Phương pháp phân lập vi khuẩn 35 II.3.4 Phương pháp cấy truyền giữ giống 36 II.3.5 Phương pháp nhân giống vi khuẩn 36 III.3.6 Phương pháp xác định nồng độ H2S mẫu nước thải 36 II.3.7 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến khả khử H2S chủng B7 38 II.3.8 Khảo sát yếu tố diễn trình khử sulfua chủng vi khuẩn phân lập .38 PHẨN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .43 III.1 Xác định vi khuẩn Thiobacillus sp bùn hoạt tính sông kim Ngưu.43 III.1.1 Tách chiết DNA tổng số từ mẫu môi trường 43 III.1.2 PCR phân tích điện di biến tính .43 III.2 Kết phân lập tuyển chọn vi sinh vật có khả xử lý lưu huỳnh nước thải 45 III.3 Ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến khả khử H2S chủng vi khuẩn phân lập .46 III.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ .46 III.3.2 Ảnh hưởng pH môi trường ban đầu .47 III.3.3 Ảnh hưởng nồng độ sunfat ban đầu 48 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 III.3.4 Ảnh hưởng thời gian nuôi cấy .49 III.4 Khảo sát yếu tố diễn trình khử sunfua chủng vi khuẩn phân lập 51 III.4.1 Khảo sát khả khử sulfua chủng vi khuẩn B7 phân lập được.51 III.4.2 Khảo sát tạo thành ion sunfat SO42 56 III.4.3 Khảo sát thay đổi pH môi trường 57 III.5 Quy trình tạo chế phẩm sinh học để xử lý H2S nước thải sinh hoạt 58 III.6 Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S nước thải quy mô phòng thí nghiệm 59 KẾT LUẬN 62 KIẾN NGHỊ .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt - TCVN 6772………………… 27 Bảng 3.1 Khả khử sunfua nước thải chủng vi khuẩn phân lập được……………………………………………………………… 45 Bảng 3.2 Khả khử H2S chủng B7 nhiệt độ khác nhau…… 46 Bảng 3.3 Khả khử H2S chủng B7 pH khác nhau………… 47 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ sulfate đến khả khử H2S chủng B7………………………………………………………………… 48 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian nuôi cấy đến khả khử H2S chủng B7………………………………………………………………… 50 Bảng 3.6 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT1……………………………………………………………… 51 Bảng 3.7 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT2……………………………………………………………… 53 Bảng 3.8 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT3……………………………………………………………… 54 Bảng 3.9 Sự thay đổi pH chủng vi khuẩn B7 môi trường khác nhau………………………………………………………………… 57 Bảng 3.10 Kết xử lý nước thái trước sau bổ sung chế phẩm sau 14 ngày………………………………………………………………… 60 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1.Ô nhiễm nước sông Kim Ngưu – Yên Sở 12 Hình 1.2 Sự hình thành H2S ăn mòn trình oxy hóa H2S thành H2SO4……………………………………………………………………… 18 Hình 1.3 Hình ảnh đường ống bị ăn mòn………………………………… 19 Hình 1.4 Chu trình sunfua (Lưu huỳnh) tự nhiên…………………… 22 Hình 1.5 Quá trình chuyển hóa hợp chất lưu huỳnh tự nhiên…… 24 Hình 3.1 Kết điện di DNA từ mẫu bùn hoạt tính mẫu nước thải… 43 Hình 3.2 Hình ảnh DNA sau khuếch đại phản ứng PCR………… 44 Hình 3.3 Kết diện di biến tính DNA ………………………………… 44 Hình 3.4 Hình ảnh khuẩn lạc chủng B7 phân lập được……………… 46 Hình 3.5 Khả khử H2S chủng B7 nhiệt độ khác nhau…… 47 Hình 3.6 Khả khử H2S chủng B7 pH khác nhau………… 48 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ sunfat đến khả khử H2S chủng B7…………………………………………………………………………… 49 Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian nuôi cấy đến khả khử H2S chủng B7…………………………………………………………………… 50 Hình 3.9 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT1………… 52 Hình 3.10 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT2……… 53 Hình 3.11 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT3……… 55 Hình 3.12 Khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 môi trường khác theo thời gian…………………………………………………… 55 Hình 3.13 Phản ứng theo dõi hình thành ion sunfat…………………… 56 Hình 3.14 Hình ảnh chế phẩm vi sinh xử lý H2S nước thải………… 59 Hình 3.15 Thử nghiệm xử lý nước thải sông Kim ngưu chế phẩm vi sinh tạo quy mô phòng thí nghiệm…………………………………… Phạm Lê Phương 60 MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường vấn đề quan trọng, hệ trình phát triển nóng nước phát triển giai đoạn công nghiệp hóa đại hóa Sự phát triển nhanh chóng ngành công nghiệp dịch vụ, trình đô thị hóa tập trung dân cư nhanh chóng nguyên nhân gây nên trạng tải môi trường Ở Việt Nam, phần lớn nước thải sinh hoạt khu dân cư đô thị, ven đô nông thôn chưa xử lý quy cách Nước thải từ khu vệ sinh xử lý sơ bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu xả môi trường, nguyên nhân gây ô nhiễm, lây lan bệnh tật Đó chưa kể dòng nước thải sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt thường không xử lý qua bể tự hoại, góp phần làm ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Ion sunfat anion thường gặp nước tự nhiên Nó tiêu quan trọng nước cấp hàm lượng SO42- nước cao gây ảnh hưởng đến người tính chất tẩy rửa sunfat từ lý nước cấp, nồng độ giới hạn sunfat 250mg/l Ngoài nước cấp cho công nghiệp sinh hoạt, tiêu SO42- quan trọng khả kết hợp với ion kim loại nước hình thành cặn thiết bị đun nước, lò thiết bị trao đổi nhiệt Trong xử lý nước thải, tiêu SO42- quan tâm vấn đề mùi ăn mòn đường ống trình khử sunfat thành hydrogen sulfide điều kiện kỵ khí Chính lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý lưu huỳnh nước thải sinh hoạt đô thị” Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỤC TIÊU Tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả xử lý lưu huỳnh cao tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh nước thải sinh hoạt NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Phân lập chủng vi sinh vật có khả khử hydro sunfua nước thải • Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính khử cao • Khảo sát ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến khả khử H2S chủng vi khuẩn phân lập • Khảo sát yếu tố diễn trình khử sunfua chủng tuyển chọn • Tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh nước thải sinh hoạt • Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S nước thải quy mô phòng thí nghiệm Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước Tài nguyên nước thành phần chủ yếu môi trường sống, định thành công chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia Hiện nguồn tài nguyên thiên nhiên quý quan trọng phải đối mặt với nguy ô nhiễm cạn kiệt Nguy thiếu nước, đặc biệt nước hiểm họa lớn tồn vong người toàn sống trái đất Do người cần phải nhanh chóng có biện pháp bảo vệ sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước Ô nhiễm nước định nghĩa nhiều cách nồng độ nhiều chất cụ thể nước vượt tải lượng môi trường khoảng thời gian đủ để gây tác động hay hậu rõ rệt ta gọi ô nhiễm nước Hiến chương châu Âu nước định nghĩa: "Ô nhiễm nước biến đổi nói chung người chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước gây nguy hiểm cho người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi loài hoang dã" Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, sinh vật vi sinh vật có hại kể xác chết chúng Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải chất độc hại chủ yếu dạng lỏng chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước (VloSer, 2009) Theo chất tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm tác nhân vật lý Hiện nay, có nhiều hoạt động tuyên truyền chủ trương xã hội hoá công tác bảo vệ tài nguyên nước, đưa nhiều biện pháp nhằm kêu gọi tất thành viên Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 xã hội nâng cao ý thức, hành động tích cực bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên Bảo vệ tài nguyên nước nhiệm vụ cấp bách, không đáp ứng yêu cầu trước mắt mà tạo tảng vững cho nghiệp bảo vệ tài nguyên môi trường tương lai lâu dài, sống cháu sau I.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước giới Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến phát triển kỹ nghệ Ta kể vài thí dụ tiêu biểu Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu kỷ 19, sông Tamise sạch, trở thành ống cống lộ thiên vào kỷ Các sông khác có tình trạng tương tự trước người ta đưa biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán nhiều sông lớn, vấn đề không khác Dân Paris uống nước sông Seine đến cuối kỷ 18 Từ vấn đề đổi khác: sông lớn nước ngầm nhiều nơi không dùng làm nước sinh hoạt nữa, 5.000 km sông Pháp bị ô nhiễm Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có 40 triệu người, nạn nhân nhiều tai nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào nguồn ô nhiễm thường xuyên Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương bờ phía đông nhiều vùng khác Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng I.1.2 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước Việt Nam Nước ta có công nghiệp chưa phát triển mạnh, khu công nghiệp đô thị chưa đông tình trạng ô nhiễm nước xảy nhiều nơi với mức độ nghiêm trọng khác (Cao Liêm Trần Ðức Viên, 1990) Nông nghiệp ngành sử dụng nhiều nước dùng tưới lúa hoa màu, chủ yếu đồng sông Cửu Long sông Hồng Việc sử dụng nông dược phân bón hóa học góp thêm phần ô nhiễm môi trường nông thôn Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 III.4 Khảo sát yếu tố diễn trình khử sunfua chủng vi khuẩn phân lập III.4.1 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 phân lập Để khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7, tiến hành nuôi cấy chủng vi khuẩn loại môi trường MT1, MT2, MT3 14 ngày Kết thu được thể từ hình 3.9 đến hình 3.12 Bảng 3.6 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT1 Số ngày thí nghiệm Nồng độ H2S môi trường (ppm) ĐC MT1 1000 1000 956 857 712 672 678 621 651 556 627 497 547 347 528 295 479 276 457 247 10 433 226 11 399 219 12 357 204 13 328 204 14 328 204 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 51 Nồng độ H2S (ppm) Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 1200 1000 800 MT1 MT1 + VSV 600 400 200 0 10 15 Số ngày thí nghiệm (ngày) Hình 3.9 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT1 Khảo sát môi trường MT1 có bổ sung thêm 0.5% pepton nhằm cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho vi khuẩn phát triển Kết hình 3.9 cho thấy, khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 môi trường MT1 nhanh ngày đầu (từ 1000ppm giảm xuống 295 ppm, giảm 70.5%), từ ngày thứ trở tốc độ khử H2S giảm dần (từ 295ppm xuống 204ppm, giảm 9.1%) Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 52 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Bảng 3.7 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT2 Số ngày thí nghiệm Nồng độ H2S môi trường (ppm) ĐC MT2 1000 1000 918 789 745 542 622 506 572 442 537 379 529 357 503 321 496 272 458 218 10 434 199 11 392 176 12 367 165 13 351 157 14 351 157 Nồng độ H2S (ppm) 1200 1000 800 MT2 MT2 + VSV 600 400 200 0 10 15 Số ngày thí nghiệm (ngày) Hình 3.10 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT2 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 53 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Các thực nghiệm khảo sát môi trường MT2 – môi trường có dưỡng chất cho vi khuẩn thuộc chi Thiobacillus phát triển, đồng thời chứa chất hỗ trợ việc giúp vi khuẩn định hướng khử H2S Chính vậy, môi trường nỳ qus trình khử H2S dễ xảy Kết hình 3.10 cho thấy, khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 môi trường MT2 nhanh ngày đầu (từ 1000ppm giảm xuống 442 ppm, giảm 55.8%), từ ngày thứ trở tốc độ khử H2S giảm dần (từ 442ppm xuống 157ppm, giảm 28,5%) Bảng 3.8 Khảo sát khả khử sunfua chủng vi khuẩn B7 môi trường MT3 Số ngày thí nghiệm Nồng độ H2S môi trường (ppm) ĐC MT3 1000 1000 778 727 691 532 653 497 569 452 554 425 526 339 497 304 489 255 451 212 10 432 178 11 405 167 12 399 149 13 347 144 14 347 144 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 54 Nồng độ H2S (ppm) Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 1200 1000 800 MT3 MT3 + VSV 600 400 200 0 10 15 Số ngày thí ngiệm (ngày) Hình 3.11 Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) môi trường MT3 Khảo sát môi trường MT3 nhằm mục đích xem xét tác dụng chất tạo oxy Canxi nitrat Ca(NO3)2 đến phát triển vi khuẩn Kết hình 3.11 cho thấy, khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 môi trường MT3 nhanh ngày đầu (từ 1000ppm giảm xuống 339 ppm, giảm 66.1%), từ ngày thứ trở tốc độ khử H2S giảm dần (từ 339ppm xuống 144ppm, giảm 19.5%) Nồng độ H2S (ppm) 1200 1000 800 MT1 + VSV MT2 + VSV 600 MT3 + VSV 400 200 0 10 15 Số ngày thí nghiệm (ngày) Hình 3.12 Khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 môi trường khác theo thời gian Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 55 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Từ hình 3.12 cho thấy khả khử H2S chủng B7 môi trường khác MT3 > MT2 > MT1 Khả khử H2S chủng B7 môi trường MT3 tốt Vì môi trường MT3 có chất tạo oxy, chất làm tăng lượng oxy môi trường, khiến cho vi khuẩn phát triển tốt Nhờ môi trường MT3 tốc độ khử H2S chủng B7 nhanh môi trương MT2, khác biệt không đáng kể việc sử dụng chất tạo oxy không tác động nhiều đến khả khử H2S chủng vi khuẩn B7 III.4.2 Khảo sát tạo thành ion sunfat SO42 Để khảo sát tạo thành ion sunfat SO42- chủng vi khuẩn B7, định tính hàm lượng ion SO42- sung dịch muối BaCl2 ngày định lượng phương pháp đo độ đục Kết thu thể hình 3.12 Hình 3.13 Phản ứng theo dõi hình thành ion sunfat Kết khảo sát môi trường không thấy có có mặt có mặt ion sunfat thời gian đầu Sau lượng ion sunfat bắt đầu xuất không đáng kể Chỉ từ ngày thứ trở đi, xuât ion sunfat môi trường trở nên rõ rệt Điều nhận biết nhờ tạo thành kết tủa trắng đục muối BaSO4, cho vào môi trường dung dịch BaCl2 BaCl2 + H2SO4 ÆHCl + BaSO4 (kết tủa trắng đục) Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 56 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 III.4.3 Khảo sát thay đổi pH môi trường Để khảo sát thay đổi pH môi trường, tiến hành đo pH ngày pH kế Trong môi trường khảo sát, ta thấy thay đổi pH tương tự Đầu tiên, môi trường MT1, MT2 MT3, độ pH dều tăng nhẹ, sau vài ngày độ pH giảm dần Giải thích sau: - Trong ngày đầu, pH môi trường tăng nhẹ, vi khuẩn chuyển hóa hydro sunfua oxy thành lưu huỳnh nước theo phản ứng 2H2S + O2 Æ 2S + 2H2O - Song song đó, mức độ cân đối chất có môi trường thay đổi, lưu huỳnh bị oxy hóa thành axit sunfuric 2S + 3O2 + H2O Æ 2H2SO4 Bảng 3.9 Sự thay đổi pH chủng vi khuẩn B7 môi trường khác Số ngày thí nghiệm 10 11 12 13 14 Độ pH MT1 Độ pH MT2 Độ pH MT3 7.3 7.4 7.4 7.5 7.2 7.1 6.8 6.7 6.5 6.5 6.2 6.2 6.2 6.1 6.1 7.4 7.5 7.5 7.4 7.3 7.2 7.2 7.0 6.9 6.3 6.0 5.8 5.8 5.6 5.6 7.2 7.2 7.3 7.4 7.5 7.4 7.1 6.5 6.0 5.7 5.5 5.4 5.4 5.4 5.4 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 57 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Từ số liệu bảng 3.9, ta nhận thấy, độ pH MT3 < MT1 MT2 Điều môi trường MT2 MT3 có tạo thành H2SO4 từ Na2S2O3 Na2S2O3 + H2O + 4O2 Æ5Na2SO4 + 2S2 + H2SO4 + Xkcal S2 + 3O2 + H2O Æ2 H2SO4 + Xkcal Theo thời gian, vi khuẩn khử hết dần lượng H2S có mẫu, khả sử dụng H2S vi khuẩn nhanh tốc độ phản ứng phản ứng vô nhờ vào lượng enzym có vi khuẩn Sau qúa trình hình thành H2SO4 tăng dần dẫn dến làm giảm pH môi trường III.5 Quy trình tạo chế phẩm sinh học để xử lý H2S nước thải sinh hoạt * Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm: Chất mang Giống B7 ống thạch nghiêng Hấp khử trùng 120oC Nhân giống môi trường trung tính Phối trộn với chủng giống Nuôi tủ ấm 32oC – ngày Chế phẩm sinh học Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 58 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 * Thuyết minh quy trình • Chất mang: Chúng lựa chọn chất mang cao lanh chất mang rẻ tiền, dễ kiếm, không độc hại, không gây ô nhiễm nguồn nước theo nhiều tài liệu thấy vi sinh vật trộn với chất mang cao lanh có khả sống sót cao giữ hoạt tính Cân 500g cao lanh cho vào túi nilon buộc kín lại cho vào thiết bị trùng, trùng chất mang 120oC Sau để nguội chất mang Chất mang sau làm nguội dùng để phối trộn với chủng giống tạo chế phẩm sinh học xử lý H2S * Chủng giống: Chủng giống B7 ống thạch nghiêng, bảo quản 4oC nhân giống môi trường trung tính lỏng Nuôi lắc 32oC – ngày Giống nhân giống dùng để phối trộn với chất mang tạo chế phẩm * Chế phẩm phải tơi xốp, có mật độ vi sinh vật 109 CFU/mg * Chế phẩm bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát Hình 3.14 Hình ảnh chế phẩm vi sinh xử lý H2S nước thải III.6 Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S nước thải quy mô phòng thí nghiệm Sau tạo chế phẩm, tiến hành thử nghiệm chế phẩm xử lý H2S quy mô phòng thí nghiệm Mẫu nước thải lấy từ sông Kim Ngưu – Yên Sở về, Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 59 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 bổ sung chế phẩm vi sinh để xử lý H2S Điều kiện xử lý lựa chọn 30oC, pH ban đầu – 7,2, mật độ vi sinh vật bổ sung 109 CFU/ml thời gian xử lý 14 ngày Hình 3.15 Thử nghiệm xử lý nước thải sông Kim ngưu chế phẩm vi sinh tạo quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.10 Kết xử lý nước thái trước sau bổ sung chế phẩm sau 14 ngày Nước thải bổ sung chế Mẫu nước thải ban đầu Nồng độ mẫu Nước thải phẩm không bổ sung chế phẩm Trạng thái tĩnh Trạng thái khuấy H2S thí 0.026 0.018 0.012 0.01 nghiệm (mg/l) Kết bảng 3.10 cho thấy, nồng độ H2S mẫu nước thải ban đầu 0.026 mg/L, mẫu nước thải không bổ sung chế phẩm sau 14 ngày giảm 0.018 mg/L (giảm 0.008 mg/L hay 30.8%), mẫu nước thải có bổ sung chế phẩm để trạng thái tĩnh giảm 0.012 mg/L (giảm 0.014 mg/L tương đương 53.8%), mẫu nước thải có bổ sung chế phẩm có khuấy giảm 0.01 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 60 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 mg/L (giảm 0.016 mg/L tương đương 61.5%) Như vậy, hiệu khử H2S bổ sung chế phẩm kết hợp với khuấy có kết cao nhất, đạt 61.5% Tuy nhiên, theo tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt - TCVN 6772, nồng độ H2S cho phép mức II 1.0 mg/L, Mà nồng độ H2S đo mẫu nước thải lấy sông Kim Ngưu – Yên Sở 0.026 mg/L thấp mức cho phép Do vậy, trình xử lý thực tế, tiêu H2S đạt không cần xử lý để tiết kiệm chi phí, đảm bảo lợi ích kinh tế Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 61 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 KẾT LUẬN Xác định bùn hoạt tính nước thải có vi khuẩn thuộc chi Thiobacillus sp Từ mẫu bùn hoạt tính mẫu nước thải lấy sông Kim Ngưu – Yên Sở, phân lập 25 chủng (trong có 10 chủng phân lập từ mẫu bùn hoạt tính 15 chủng phân lập từ mẫu nước thải), tuyển chọn chủng B7 có khả khử H2S cao Đã khảo sát tìm điều kiện thích hợp cho khả khử H2S tốt chủng B7 môi trường trung tính, pH ban đầu 7, nuôi cấy 30oC, với nồng độ sunfat ban đầu 5g/L, sau ngày nuôi cấy Đã khảo sát yếu tố diễn trình khử sunfua chủng vi khuẩn B7, cho thấy khả khử H2S tốt môi trường MT3, có xuất tạo thành ion SO42-, có thay đổi pH trình khử sunfua Đã xây dựng quy trình tạo chế phẩm vi sinh từ chủng B7 Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S nước thải sông Kim Ngưu quy mô phòng thí nghiệm, kết thu cho thấy nồng độ H2S mẫu nước thải có bổ sung chế phẩm giảm so với mẫu nước thải không bổ sung chế phẩm Mẫu nước thải bổ sung chế phẩm kết hợp với khuấy đạt hiệu xử lý cao Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 62 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 KIẾN NGHỊ Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng trình ứng dụng chế phẩm quy mô phòng thí nghiệm quy mô pilot Nghiên cứu điều kiện bảo quản chế phẩm để đạt hiệu xử lý cao thời gian dài đạt hiệu suất cao Định danh chủng loại vi khuẩn nghiên cứu Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 63 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng Việt Kiều Hữu Ảnh, Ngô Tự Thành (1985), Vi sinh vật học nguồn nước, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2000), Vi sinh vật học, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Lân Dũng, Vietsciences, 24/11/2005 TS Đàm Sao Mai, , KS Cao Hồng Ngọc, GS TSKH Vũ Đình Huy (2010), Khảo sát khả khử hydrosunfua (H2S) nước vi khuẩn, tạp chí Trí tuệ dầu khí, 12.01.2010 Châu Văn Minh, Nguyễn Kiên Cường, Nguyễn Thị Phương Thảo (2005), “Ô nhiễm nguồn nước Hà Nội”, http://www.cimsi.org.vn Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Xuân Phương (2008), Vi sinh vật học môi trường, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quy chuẩn Việt Nam, Chất lượng nước – Nước thải sinh hoạt – Giới hạn ô nhiễm cho phép, QCVN 14:2008/BTNMT Sinh lý học thực vật, vai trò lưu huỳnh (sunfua – S), THUVIENSINHHOC.COM 10 Việt báo.vn (2000), Rễ lọc nước thải chứa chất lưu huỳnh asean, Thứ tư, 13 Tháng mười hai 2000 11 VietBao.vn (2001), Khoa học, Xử lý nước ngầm nhiễm lưu huỳnh ozon II Tài liệu tiếng Anh 12 Anna V Piterina, John Bartlett and J Tony Pembroke (2010), “Molecular Analysis of bacterial community DNA in Sludge undergoing autothermal thermophilic aerobic digestion (ATAD): Pitfalls and Improved methodology to enhance diversity recovery”, www.mdpi.com/journal/diversity Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 64 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 13 Appita journal ISSN 1038-6807, 1995, vol 48, no1, pp 30-36 (15 ref.) 14 Dashika Naidoo (2005), “Molecular analyses of pure cultures of filamentous bacteria isolated from activvated sludge”, Dissertation submitted in compliance with the requirement for the Master’s, Degree in Technology in the Department of Biotechnology, Durban Insitute of Technology, Durban 15 Duangporn Kantachote (2008), “Selection of sulfur oxidizing bacterium for sulfide removal in sulfate rich wastewater to enhance biogas production”, Department of Microbiology, Faculty of Science, Prince of Songkla University, Hat-Yai 90112, Thailand, Electronic Journal of Biotechnology, Vol 11 No 16 Muyzer et al., Appl Environ Microbiol 59: 695-700, 1993 17 The periodic table of elements, The element Sulfur, Jefferson Lab, 18 Richard K Koelsch, Tong Tong Chen, Dennis D Schulte (1997), “Purple Sulfur bacteria in Anaerobic”, Nebraska swine reports, Animal science department 19 Ronald M Atlas, University of Louisville (1946), Handbook of Media for Environmental Microbiology 20 Shinabe, K (Kubota Corp, Tokyo (Japan)); Oketani,S; Ochi,T; Matsumura,M (1995), “Characteristics of hydrogen sulfide removal by Thiobacillus thiooxidans KS1 isolated from a carrier-packed biological deodorization system”, Journal of Fermentation and Bioengineering, v 80(6) p 592-598 21 United States Patent Application 20030141243, “Removal of sulfur compounds from wastewater” III Tài liệu trang website 22 http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/2873188 23 http://education.jlab.org/itselemental/ele016.html 24 http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C6%B0u_hu%E1%BB%B3nh 25 http://vietducjsc.com/news/detail/?id=15 26 http://www.gree-vn.com 27 http://www.patentstorm.us/patents/4154673.html Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 65 ... khả xử lý lưu huỳnh cao tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh nước thải sinh hoạt NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Phân lập chủng vi sinh vật có khả khử hydro sunfua nước thải • Tuyển chọn chủng vi sinh. .. chất thải Nước thải đô thị bao gồm nước thải sinh hoạt phát sinh từ hoạt động sinh hoạt cộng đồng dân cư, loại nước thấm nước thải sản xuất thải từ công trình công nghiệp [6] Nguồn nước thải từ sinh. .. môi sinh sử dụng hoạt chất hóa học khác [11] I.8.2 Phương pháp sinh học I.8.2.1 Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý lưu huỳnh nước thải Phương pháp xử lý nước thải rễ phương pháp dựa vi c tác dụng