Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Nguyễn Lan Hương PGS.TS Tô Kim Anh Hà Nội - 2017 LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án công trình nghiên cứu thực cá nhân, hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Lan Hương PGS.TS.Tô Kim Anh Các số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa công bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội,ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Tác giả PGS.TS.Tô Kim Anh PGS.TS Nguyễn Lan Hương Nguyễn Thị Thanh LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Lan Hương PGS.TS Tô Kim Anh hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho thực kế hoạch học tập, nghiên cứu luận án với tận tụy, sáng suốt khoa học cao Tôi biết ơn trân trọng giúp đỡ quý báu GS Yamaguchi Takashi, Phòng Thí nghiệm Môi trường đất nước- Khoa Xây dựng Kỹ thuật Môi trường, Đại học Kỹ thuật Nagaoka, Nhật Bản Tôi xin trân trọng cảm ơn Chính phủ Việt Nam hỗ trợ kinh phí học tập, nghiên cứu thông qua đề án 911 Tôi trân trọng cảm ơn Quỹ khuyến học Thành phố Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể cán bộ, nhân viên văn phòng dự án “Tạo lập vòng tuần hoàn cacbon với cao su thiên nhiên” Viện Nghiên cứu Phát triển ứng dụng hợp chất thiên nhiên, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quan công tác: Khoa Tài nguyên Môi trường, Trường Cao đẳng Cộng đồng Hà Tây ủng hộ, giúp đỡ, tạo điều kiện mặt trình thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Bộ môn Công nghệ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với góp ý thiết thực suốt trình làm luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến đến nhà khoa học, bạn đồng nghiệp giúp đỡ thiết thực cho luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình Những người bên cạnh, chia sẻ khó khăn động lực giúp hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG .V DANH MỤC HÌNH VI CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN 1.1.1 Cây cao su tình hình phát triển 1.1.2 Thành phần cấu trúc mủ cao su thiên nhiên 1.1.3 Công nghệ sơ chế mủ cao su 1.2 TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN 1.3.1 Ngoài nước 1.3.2 Trong nước 1.4 BỂ KỴ KHÍ VỚI DÒNG CHẢY NGƯỢC QUA LỚP BÙN HOẠT TÍNH (UASB) 11 1.4.1 Quá trình phân huỷ kỵ khí 11 1.4.2 Đặc tính chung hệ thống UASB 14 1.4.3 Ưu, nhược điểm 16 1.5 S Ự HÌNH THÀNH HẠT BÙN 16 1.5.1 Bùn kỵ khí dạng hạt 16 1.5.2 Cấu trúc hạt bùn kỵ khí 17 1.5.3 Các thành phần hạt bùn 19 1.5.4 Cơ sở lý thuyết trình tạo hạt bùn kỵ khí 22 1.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BÙN HẠT KỴ KHÍ 27 1.6.1 Ảnh hưởng chất 28 1.6.2 Tải trọng hữu 28 1.6.3 Đặc tính bùn giống 29 i 1.6.4 Các chất dinh dưỡng 29 1.6.5 Các nguyên tố khoáng 29 1.6.6 Các vitamin 30 1.6.7 Các chất tạo keo 30 1.6.8 Nhiệt độ 30 1.6.9 pH 30 1.7 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ HẠT BÙN KỴ KHÍ 31 1.7.1 Hoạt tính sinh metan 31 1.7.2 Kích thước tỷ trọng hạt bùn 31 1.7.3 Chỉ số thể tích bùn lắng 32 1.7.4 Độ bền học 32 1.7.5 Màu sắc 32 1.8 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ ỨNG DỤNG TRONG XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VI SINH VẬT TRONG BÙN KỴ KHÍ 32 CHƯƠNG 2.1 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 VẬT LIỆU 36 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 36 2.1.2 Hóa chất 37 2.1.3 Thiết bị 38 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.2.1 Các phương pháp phân tích 40 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 45 CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN 48 3.1.1 Nước thải nhà máy khâu đánh đông 48 3.1.2 Nước thải đánh đông phòng thí nghiệm 50 3.1.3 Tiền xử lý nước thải nhà máy 52 ii 3.2 NGHIÊN CỨU TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB 54 3.2.1 Hoạt hóa bùn hệ thống UASB 54 3.2.2 Nghiên cứu số điều kiện ảnh hưởng tới hình thành bùn hạt 57 3.3.1 Ảnh hưởng tải trọng hữu 58 3.3.2 Ảnh hưởng AlCl3 62 3.3.3 Ảnh hưởng rỉ đường 66 3.3 THÀNH PHẦN VI SINH VẬT TRONG CÁC LOẠI BÙN HẠT KỴ KHÍ 72 3.3.1 Thành phần vi khuẩn 74 3.3.2 Thành phần cổ khuẩn 79 3.4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU BẰNG UASB SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH DẠNG HẠT 84 3.4.1 Hiệu xử lý bùn hạt 84 3.4.2 Đánh giá thay đổi cấu trúc hạt bùn 88 3.5 ĐIỀU KIỆN BẢO QUẢN HẠT BÙN 92 3.5.1 Sự thay đổi hoạt tính sinh metan riêng 92 3.5.2 Sự thay đổi COD hòa tan môi trường bảo quản 93 3.5.3 Sự thay đổi kích thước hạt bùn 95 KẾT LUẬN 97 KIẾN NGHỊ 98 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Chú giải BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh học BR Baffled Reactor Thiết bị vách ngăn (bẫy cao su) COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học ADN Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic DHS Downflow Hanging Sponge Thiết bị lọc hiếu khí với dòng chảy từ xuống qua lớp mút xốp DPNR Deprotein natural ruber Cao su thiên nhiên loại protein DRC Dry Rubber Content Hàm lượng cao su khô ECP Extracellular Polymer Sản phẩm ngoại bào HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu nước thải MLSS Mixed Liquor Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng bay NGS Next Generation Sequencing Giải trình tự gen hệ N-NH3 Amonia Nitơ amon OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu Quy Chuẩn Việt Nam QCVN SBR Sequencing Batch Reactor Thiết bị xử lý theo mẻ SDS Sodium dodecyl sulphate CH3(CH2)11SO4Na SMA Specific Methane Activity Hoạt tính sinh methan riêng SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn lắng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN TN Total Nitrogen Tổng nitơ UASB Upflow Anaerobic Slugde Blanket Thiết bị xử lý kỵ khí với dòng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính VFA Volatile Fatty Axit Axit béo bay VSS Volatile Suspended Solid Chất rắn lơ lửng bay iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học mủ cao su thiên nhiên [3, 7] Bảng 1.2 Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su Việt Nam [116] Bảng 1.3 Một số vi sinh vật chiếm ưu xuất bùn hạt kỵ khí 19 Bảng 1.4 Hiệu suất sinh khí metan số loại bùn 31 Bảng 3.5 Hàm lượng MLSS MLVSS bùn giống bùn hoạt hóa 56 Bảng 3.7 Tỷ lệ nhóm vi khuẩn chiếm ưu mẫu bùn 75 v DANH MỤC HÌNH Figure Hình 1.1 Cấu tạo hóa học cao su thiên nhiên [7] Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sơ chế mủ cao su thiên nhiên [3] Hình 1.3 Các phương thức trao đổi chất trình lên men kỵ khí [91] 11 Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị UASB [92] 15 Hình 1.5 Bùn hạt kỵ khí [70] 17 Hình 1.6 Các lớp vi sinh vật trình phân hủy hạt bùn [31] 18 Hình 1.7 Mô hình phát triển hạt bùn đề xuất Pareboom [125] 23 Hình 1.8 Mô hình hạt nhân trơ 23 Hình 1.9 Mô hình bốn bước [146] 24 Hình 1.10 Mô hình chuyển vị proton khử nước [169] 25 Hình 1.11 Mô hình liên kết ion đa hóa trị [169] 26 Hình 1.12 Mô hình liên kết ECP [98] 26 Hình 1.13 Mối quan hệ yếu tố vi sinh vật thông số công nghệ trình tạo bùn hạt [16] 27 Hình 2.1 Nước thải đánh đông mủ cao su 36 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống UASB 38 Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị bẫy cao su (BR) 39 Hình 2.4 Quy trình giải trình tự metagenomics 45 Hình 3.3 SMA bùn ảnh hưởng OLR đến SMA thời gian hoạt hóa 55 Hình 3.4 SVI bùn ngày ngày 73 trình hoạt hóa hệ thống UASB 57 Hình 3.5 Hình thái bùn tăng OLR khoảng 3,10 ± 0,92 kg COD/(m3.ngày) 58 Hình 3.6 Phân bố kích thước hạt bùn OLR đạt 3,75 3,95 kgCOD/(m3.ngày) 59 vi 100 Lu Q, Yi J, and Yang D (2016) Comparative Analysis of Performance and Microbial Characteristics Between High-Solid and Low-Solid Anaerobic Digestion of Sewage Sludge Under Mesophilic Conditions Journal of Microbiology and Biotechnology, 26(1): p 110–119 101 Lu Y (2014) Microbial Ecology of Fermentative Microbes in Anaerobic Granule The University of Queensland, Australia 102 Mahoney E.M, Varangu L.K, Cairns W.L, Kosaric N, and Murray R.G.E (1987 ) The effect of calcium on microbial aggregation during UASB reactor start-up Water Science and Technology, 19: p 249–260 103 McHugh S, O’Reilly C, Mahony T, Colleran E, and O’Flaherty V (2003) Anaerobic Granular Sludge Bioreactor Technology Reviews in Environmental Science and Bio/Technology 2: p 225–245 104 McInerney M.J, Stams A J.M, and Boone D.R (2015) Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria John Wiley & Sons 105 Metcalf and Eddy (2003) Wastewater engineering treatment and reuse edition ed Vol 4th, McGraw-Hill Higher Education 106 Michel A, Koch-Koerfges A, Krumbach K, Brocker M, and Bott M (2015) Anaerobic Growth of Corynebacterium glutamicum via Mixed-Acid Fermentation Applied and environmental Microbiology, 81(21): p 7496-7508 107 Mioni C.E, Howard A.M, DeBruyn J.M, Bright N.G, Twiss M.R., Applegate B.M, and Wilhelm S.W (2003) Characterisation and field trials of a bioluminescent bacterial reporter of iron bioavailability Marine Chemistry, 83: p 31 - 46 108 Molesworth T.V (1957) The problem of latex factory effluents and water pollution in Malaysia, in Chemistry Division Report 109 Muthurajah R.N, Jonh C.K, and Lee H (1973) Developments on the treatment of effuent from new process SMR factories Proceedings of the Rubber Reseach Institute of Malaysia Planters' Conference Kula Lumpur, Malaysia 110 Nardi A, Avrahami R, Zussman E, Charles S, and Greenblatt L (2012) Phenol Biodegradation by Corynebacterium glutamicum Encapsulated in Electrospun Fibers Journal of Environmental Protection, 3: p 164-168 109 111 Narihiro T and Sekiguchi Y (2007) Microbial communities in anaerobic digestion processes for waste and wastewater treatment: a microbiological update Current opinion in biotechnology 18: p 273–278 112 Narihiro T, Terada T, Kikuchi K, Iguchi A, Ikeda M, Yahauchi T, Shiraishi K, Kamagata Y, Nakamura K, and Sekiguchi Y (2009) Comparative analysis of bacterial and archaeal communities in methanogenic sludge granules from upflow anaerobic sludge blanket reactors treating various food-processing, high-strength organic wastewaters Microbes and Environments 24: p 88-96 113 Nelson M.C, Morrison M, and Yu Z (2011) A metaanalysis of the microbial diversity observed in anaerobicdigesters Bioresource technology, 102: p 3730–3739 114 Nguyen Nhu Hien and Luong Thanh Thao (2012) Situation of wastewater treatment of natural rubber latex processing in the Southeastern region, Vietnam Journal of Vietnamese Environment, 2(2): p 58-64 115 Nguyen Trung Viet (1999) Sustainable treatment of rubber latex processing wastewater: the UASB-system combined with aerobic post-treatment Wageningen University, Netherland 116 Nguyen Van Phuoc and Nguyen Thi Thanh Phương (2010) Research on suitable technology of rubber latex processing wastewaer treatment in Vietnam condition, in 2nd International Conference on Environment and Natural Resources HoChiMinh City: HoChiMinh City, Vietnam p 569 - 580 117 Niu L, Song L, and Dong X (2008) Proteiniborus ethanoligenes gen nov., sp nov., an anaerobic protein-utilizing bacterium International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 58: p 12 - 16 118 Nordin B.A.K.B (1990) Nitrogen removal from latex concentrate effluent using the anoxic/oxidation ditch process: A laboratory study Journal of Natural Rubber Research, 5(3): p 211-223 119 Ntougias S, Bourtzis K, and Tsiamis G (2013) The Microbiology of Olive Mill Wastes BioMed Research International, 2013: p - 16 120 O’Flaherty V, Lens P.N, De Beer D, and Colleran E (1997) Effect of feed composition and upflow velocity on aggregate characteristics in anaerobic upflow reactors Applied Microbiology and Biotechnology, 47: p 102–107 110 121 Oh J.H (2012) Performance evaluation of the pilot-scale static granular bed reactor (SGBR) for industrial wastewater treatment and biofilter treating septic tank effluent using recycled rubber particles Iowa State University, USA 122 Oktem Y and Tufekcy N (2006) Treatment of wastewater by pilot scale UASB reactor in mesophilic temperature Journal of Scientific and Industrial Research, 66: p 248 - 251 123 Onodera T, Sase S, Choeisai P, Yoochatchaval W, Sumino H, Yamaguchi T, Ebie Y, Xu K, Tomioka N, Mizuochi M, and Syutsubo K (2012) Evaluation of Process Performance and Sludge Properties of an up-flow staged Sludge Blanket (USSB) reactor for Treatment of Molasses Wastewater International Journal Environmental Research, 6(4): p 1015 1024 124 Oz N.A, Ince O, Ince B.K, Akarsubasi A.T, and Eyice O (2003) Microbial population dynamics in an anaerobic CSTR treating a chemical synthesis-based pharmaceutical wastewater Journal of environmental science and health Part A, Toxic/hazardous substances & environmental engineering, 38(10): p 2029-2042 125 Pareboom J (1994) Size Distribution Model for Methanogenic Granules from Full Scale UASB and IC Reactor Water Science and Technology, 30: p 211-221 126 Pareboom J and Vereijken T (1994) Methanogenic Granule Development in Full Scale Internal Recirculation Reactors Water Science and Technology, 30: p 9-21 127 Pelletier E, Kreimeyer A, Bocs S, Rouy Z, Gyapay G, Chouari R, Rivière D, Ganesan A, Daegelen P, Sghir A, Cohen G.N, Médigue C, Weissenbach J, and Le Paslier D (2008) Candidatus Cloacamonas acidaminovorans: genome sequence reconstruction provides a first glimpse of a new bacterial division Journal of Bacteriology, 190(7): p 2572 - 2579 128 Pereboom J.H.F and VereijkenT.L.F.M (1994) Size distribution model for methanogenic granule development in full scale internal circulation reactors Water Science and technology of Japan, 30: p – 21 129 Petruccioli M, Duarte J.C, and Federich F (2000) High-rate aerobic treatment of winery wastewater using bioreactors with free and immobilized activated sludge Journal of Bioscience and Bioengineering, 90: p 381 - 386 130 Petruccioli M, Duarte J.C, and Federich F (2000) High-rate aerobic treatment of winery wastewater using bioreactors with free and immobilized activated sludge Journal of Bioscience and Bioengineering, 90: p 381-386 131 Phoolphundh S, Hanvajanawong N, and Hathaisamit K (2004) Performance of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor Treating Rubber Latex Wastewater Under 111 Acidogenic Conditions The Joint International Conference on Sustainable Energy and Environment (SEE) Hua Hin, Thailand 132 Phuong K, Kakii K, and Nikata T (2010) Role of Acinetobacter johnsonii S35 isolate in floc-formation in activated sludge process Journal of Biotechnology 150: p 1–576 133 Ponniah C.D, Chick W.H, and Seo C.M (1975) Treatment of effluent from rubber processing factories Proceedings of the Rubber Research Institute of Malaysia Planters' conference, Kuala Lumpur 134 Ponniah C.D, Jonh C.K, and Lee H (1976) Treatment of effluent from latex concentrate factories Proceedings of Rubber Research Institute of Malaysia Planters’ Conference Kula Lumpur, Malaysia 135 Quarmby J and Forster C.F (1995) An examination of the structure of UASB granules Water Research, 29: p 2449–2454 136 Rainey F.A, Hollen B.J, and Small A (2009) Genus Clostridium In Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology 2nd ed Vol 3, Springer, New York 137 Ramos E.D.C (1993) Treatment characteristics of two phase anaerobic system using an UASB reactor University of Birmingham, UK 138 Rastogi G and Sani R.K (2011) Microbes and Microbial Technology: Agricultural and Environmental Applications Chapter Molecular Techniques to Assess Microbial Community Structure, Function, and Dynamics in the Environment Springer-Verlag New York 139 Rismani-Yazdi H, Carver SM, Christy AD, Yu Z , Bibby K, Peccia J, and Tuovinen OH (2013) Suppression of methanogenesis in cellulose-fed microbial fuel cells in relation to performance, metabolite formation, and microbial population Bioresource Technology, 129: p 281-288 140 Riviere D, Desvignes V, Pelletier E, Chaussonnerie S, Guermazi S, and Weissenbach J (2009) Towards the definition of a core of microorganisms involved in anaerobic digestion of sludge International Society for Microbial Ecology, 3: p 700-714 141 Rosman N.H, Anuar A.N, Othman I, Harun H, Sulong M.Z, Elias S.H, Hassan M.A, Chelliapan S, and UJang Z (2013) Cultivation of aerobic granular sludge for rubber wastewater treatment Bioresource Technology, 129: p 620 - 623 142 Rouxhet P.G and Mozes N (1990) Physical chemistry of the interaction between attached microorganisms and their support Water Science and technology of Japan, 22: p -16 112 143 Sahm H (1984) Anaerobic wastewater treatment Advances in Biochemical Engineering/ Biotechnology, 29: p 84 – 115 144 Sanjeevi R (2011) Studies on the treatment of low-strength wastewater with upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor: with emphasis on granulation studies Pondicherry University 145 Sanjeevi R, Abbasi S.A, and Abbasi T (2013) Role of Calcium (II) in anaerobic sludge granulation and UASB reactor operation: a method to develop calcium fortified sludge outside the UASB reactors Indian Journal of Biotechnology, 12: p 246 - 253 146 Sanjeevi R, Abbasi T, and Abbasi S.A (2013) Role of calcium (II) in anaerobic sludge granulation and UASB reactor operation: A method to develop calcium-fortified sludge outside the UASB reactors Indian Journal of Biotechnology, 12: p 246 - 253 147 Schmidt J and Ahring B (1996) Granular Sludge Formation in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors Biotechnology and Bioengineering 49: p 229-246 148 Seneviratne W.M.G (2006) Performance of treatment of rubber process effluents by anaerobic - aerobic treatment plants in Sri Lanka Proceedings International Natural Rubber Conference Vietnam 149 Seung Joo Lim and Tak-Hyun Kim (2013) Applicability and trends of anaerobic granular sludge treatment processes (Review) Biomass and bioenergy: p - 14 150 Shah F.A, Mahmood Q, Shah M.M, Pervez A, and Asad A (2014) Microbial Ecology of Anaerobic Digesters: The Key Players of Anaerobiosis The Scientific World Journal, 2014: p - 21 151 Shendure J and Ji H (2008) Next-generation DNA sequencing Nature Biotechnology, 26: p 1135-1145 152 Shin H.S, Bae B.U, and Oh Sae-Eun (1993) Preservation charateristics of anaerobic granular sludge Biotechnology Letters, 15 (5): p 537 - 542 153 Shin H.S, Han S.K, Song Y.C, and Lee C.Y (2001) Performance of UASB reactor treating leachate from acidogenic fermenter in the twophase anaerobic digestion of food waste Water Research, 35(14): p 3441–3447 154 Shin H.S, Han S.K, Song Y.C, and Lee C.Y (2001) Performance of UASB reactor treating leachate from acidogenic fermenter in the twophase anaerobic digestion of food waste Water Reseacher, 35(14): p 3441–3447 113 155 Shin S.G, Han G, Lim J, Lee C, and Hwang S (2010) A comprehensive microbial insight into two-stage anaerobic digestion of food waste-recycling wastewater Water Reseacher, 44: p 4838-4849 156 Shivlata L and Satyanarayana T ( 2015) Thermophilic and alkaliphilic Actinobacteria: biology and potential applications Frontiers in Microbiology, 6: p - 29 157 Show K.Y, Wang Y, Foong S.F, and Tay J.H (2004) Accelerated start-up and enhanced granulation in upflow anaerobic sludge blanket reactor Water Research, 38: p 22932304 158 Silva M.S, Sales A.N, Guedes K.T.M, Dias D.R, and Schwan R.F (2013) Brazilian Cerrado Soil Actinobacteria Ecology BioMed Research International, 2013: p - 10 159 Sing K.S and Viaraghavan T (2002) Modelling of sludge blanket height and flow patterns in UASB reactor treating municipal wastewater CSCE/ESWRI of ASCE environmental engineering Conference Niagara, USA 160 Singh R.P, Kumar S, and Ojha C.S.P (1999) Nutrient requirement for UASB process: a review Biochemical Engineering Journal, 3: p 35–54 161 Singh V, Singh R.P, and Pandeya N.D (2015) Influencing Factors of Granule Size in UASB Reactor and Mathematical Approach for Its Prediction International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 4: p 4904 - 4909 162 Sousa D.Z, Smidt H, Alves M.M, and Stams A J M (2007) Syntrophomonas zehnderi sp nov., an anaerobe that degrades long-chain fatty acids in co-culture with Methanobacterium formicicum International Journal Of Systematic And Evolutionary Microbiology, 57: p 609–615 163 Stams A.J.M (1994) Metabolic interactions between anaerobic bacteria in methanogenic environments international journal of general and molecular microbiology, 66: p 271– 294 164 Syutsubo K, Harada H, Ohashi A, and Suzuki H (1997) An effective start-up of thermophilic UASB reactor by seeding mesophilically-grown granular sludge Water Science and Technology, 36 (6-7): p 391-398 165 Tabatabaei M, Zakaria M.R, Rahim R.A, Wright A.D.G, Shirai Y, Abdullah N, Sakai K, Ikeno S, Mori M, Kazunori N, Sulaiman A, and Hassan M.A (2009) PCR-based DGGE and FISH analysis of methanogens in an anaerobic closed digester tank for treating palm oil mill effluent Electronic Journal of Biotechnology, 12(3): p 1-12 114 166 Takeno 1, Ohnishi J, Komatsu T, Masaki T, Sen K, and Ikeda M (2007) Anaerobic growth and potential for amino acid production by nitrate respiration in Corynebacterium glutamicum Applied Microbiology and Biotechnology, 75(5): p 1173-1182 167 Tanikawa D, Syutsubo K, Hatamoto M, Fukuda M, Takahashi M, Choeisai P.K, and Yamaguchi T (2016) Treatment of natural rubber processing wastewater using a combination system of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket and down-flow hanging sponge system Water Science and Technology, 73 (8): p 1777 - 1784 168 Tanikkula P, Phalakornkuleb C, Champredad V, and Pisutpaisal N (2016) Comparative Granular Characteristics of Mesophilic and Thermophilic UASB Producing Biogas from Palm Oil Mill Effluent Chemical engineering transactions, 50: p 205 - 209 169 Tay H.J, Show K.Y, Tay T.L, and Ivanov V (2006) Biogranulation Technologies for Wastewater Treatment 1st ed Vol 6, Pergamon 170 Tay J.H, Xu H.L, and Teo K.C (2000) Molecular mechanism of granulation I: H+ translocation-dehydration theory Environmental Engineering, 126: p 403 – 410 171 Thamaraiselvi C, Rajalakshmi B.S, Ahila K.G, and AncyJenifer A (2014) Bioremediation of sugar wash using natural scavengers International Journal of Research and Development in Pharmacy and Life Sciences, 3(6): p 1310-1315 172 Thomas F, Hehemann JH, Rebuffet E, Czjzek M, and Michel G (2011) Environmental and gut Bacteroidetes: the food connection Frontiers in Microbiology, 2: p 1-16 173 ThongLimp V, Srisuwan G, and Jkaew P (2005) Treatment of industrial latex wastewater by activated sludge system PSU- UNS International Conference on engineering and environment, 11(3): p 1-7 174 Tiwari M.K, Guha S, Harendranath C.S, and Tripathi S (2005) Enhanced granulation by natural ionic polymer additives in UASB reactor treating low-strength wastewater Water Research, 39: p 3801–3810 175 Uemura S and Hanada H (1995) Inorganic composition and microbial characteristics of methanogenic granular sludge grown in thermopillic UASB reactor Applied and Environmental Microbiology, 43: p 358-364 176 Van Niel E.W.J, de Best J.H, Kets E.P.W, Bonting C.F.C, and Kortstee G.J.J (1999) Polyphosphate formation by Acinetobacter johnsonii 210A: effect of cellular energy status and phosphate-specific transport system Applied Microbiology and Biotechnology, 51: p 639 - 646 115 177 Veiga M J.M., Wu W.M., Zeikus G., Hollingsworth R (1996) Composition and Role of Extracellular Polymers in Methanogenic Granules Applied and enviromental microbiobiology, 63(2): p 403 - 407 178 Vu Anh Nguyet (2013) Natural rubber industry in Vietnam: Vietinbank Securities Industry Report 179 Walsdorff , Van Kraayenburg M, and Barnardt CA (2005) A multi-site approach towards integrating environmental management in the wine production industry Water Science and Technology, 51(1): p 61 - 69 180 Walters W.A, Caporaso J.G, Lauber C.L, Lyons D.B, Fierer N, and Knight R (2011) Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 108: p 4516–4522 181 Wang HK, Shao J, Wei Y.J, Zhang J, and Qi W (2011) A Novel Low-Temperature Alkaline Lipase from Acinetobacter johnsonii LP28 Suitable for Detergent Formulation Food Technology and Biotechnology, 49(1): p 96–102 182 Watari T, Thanh N.T, Tsuruoka N, Tanikawa T, Kuroda K, Huong N.L, Tan N.M, Hai H.T, Hatamoto M, Syutsubo K, M F., and T Y (2016) Development of BR-UASB-DHS system of natural rubber processing wastewater Environmental Technology, 37: p 459465 183 Whon T.W, Hyun D.W, Nam Y.D, Kim M.S, Song E.J, Jang Y.K, Jung E.S, Shin N.R, Oh S.J, Kim P.S, Kim H.S, Lee C.H, and Bae J.W (2015) Genomic and phenotypic analyses of Carnobacterium jeotgali strain MS3(T), a lactate-producing candidate biopreservative bacterium isolated from salt-fermented shrimp FEMS Microbiology Letters, 362(10): p 1-5 184 Xiong D, Wang Q, Jiang J, and Liu H (2009) Study on natural rubber wastewater treatment by UASB-two A/O process Industrial water treatment, 29(8): p 49-51 185 Xu H.T and Tay J.H (2001) Preserved granular sludge for inoculation of new UASB reactors Journal of Environmental Science and Health, 36(9): p 1747 -1756 186 Yamada T, Ohashi A, Sekiguchi Y, Harada H, Hanada S, Kamagata Y, and Imachi H (2006) Anaerolinea thermolimosa sp nov., Levilinea saccharolytica gen nov., sp nov and Leptolinea tardivitalis gen nov., sp nov., novel filamentous anaerobes, and description of the new classes Anaerolineae classis nov and Caldilineae classis nov in the bacterial phylum Chloroflexi International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 56: p 1331–1340 116 187 Yamada T, Sekiguchi Y, and Imachi H K.Y., Ohashi A and Harada H (2005) Diversity, localization, and physiological properties of filamentous microbes belonging to chloroflexi subphylum I in mesophilic and thermophilic methonogens sludge granules International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 71: p 7493–7503 188 Yashiro Y, Sakai S, Ehara M, Miyazaki M, Yamaguchi T, and Imachi H (2011) Methanoregula formicica sp nov., a methan-producing archae on isolated from methanogenic sludge International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 61: p 53–59 189 Yoochatchaval W, Ohashi A, Harada H, Yamaguchi T, and Syutsubo K (2008) Characteristics of Granular Sludge in an EGSB Reactor for Treating low Strength Wastewater International Journal of Environmental Research, 2(4): p 319 - 328 190 Yu H Q, Fang H H P, and Tay H J (2001) Enhanced sludge granulation in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors by aluminum chloride Chemosphere, 41: p 31 -36 191 Yu H.Q, Tay J.H, and Fang H.H.P (2001) The roles of calcium in sludge granulation during UASB reactor start-up Water Reseacher, 35: p 1052-1060 192 Yukselen M.A (1997) Preservation characteristics of UASB sludges Journal of Environmental Science and Health, 32: p 2069-2076 193 Zandvoort M.H, Osuna M.B, Geerts R, Lettinga G, and Lens P.N.L (2002) Effect of nickel deprivation on methanol degradation in a methanogenic granular sludge reactor Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 18: p 1233 –1239 194 Zeeuw W and Lettinga G (1980) Acclimation of digested sewage sludge during startup of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor Proceedings of thirty fifth industrial waste conference: p.39–47 West Lafayette, USA: Purdue University 195 Zinder S.H, Cardwell S.C, Anguish T, Yee M, and Koch M (1984) Methanogenesis in a thermophilic (58 °C) anaerobic digestor: Methanothrix sp as an important aceticlastic methanogen Applied and Environmental Microbiology, 47: p 796 - 807 117 PHỤ LỤC Quy trình đánh đông nước thải cao su phòng thí nghiệm Mủ cao su li tâm từ công ty Mefura (Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh) có nồng độ 52 - 54% pha loãng đến nồng độ 26 - 27% nước máy, trộn Axit axetic 99% pha loãng nước máy đến nồng độ 2% Đổ từ từ dung dịch axit axetic 2% vào mủ cao su pha loãng theo tỷ lệ thể tích 1:1 trộn Sau giờ, khối mủ cao su vớt ra, phần nước lại sử dụng làm nước thải Kết tách chiết ADN Bảng Nồng độ ADN thu từ mẫu bùn phân tán bùn hạt Tên mẫu Ký hiệu Nồng độ (ng/μL) Bùn phân tán sau hoạt hóa S1 117,0 Bùn hạt tăng OLR S2 70,7 Bùn hạt bổ sung AlCl3 S3 133,7 Bùn hạt bổ sung rỉ đường S4 63,8 Bùn hạt sau trình xử lý nước thải cao su S5 88,6 Qua bảng cho thấy tất mẫu bùn nghiên cứu cho kết tách chiết có nồng độ từ 63,8 – 133,7 (ng/μL) Như vậy, nồng độ ADN đạt yêu cầu cho việc giải trình tự hệ thống Miseq (Illumina, Mỹ) Kết khuếch đại PCR Các mẫu ADN tổng tách chiết từ mẫu bùn thành công Các mẫu ADN sử dụng làm khuôn cho phản ứng khuếch đại PCR Phản ứng PCR khuếch đại đoạn gen có chiều dài khoảng 380 -390 bp Kết phản ứng PCR kiểm tra cách điện di gel agarose (hình 1) Hình Kết kiểm tra sản phẩm PCR gel agarose Thành phần ngành vi khuẩn bùn hạt Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Lớp Bacilli Clostridia Erysipelotrichi Tổng cộng Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Lactobacillales 8,19 8,21 6,25 2,21 Bacillales 0,14 2,27 0,09 0,53 Chưa phân loại 0,46 0,00 0,08 0,00 Clostridiales 14,19 15,99 13,75 18,10 Chưa phân loại 1,22 0,07 1,75 0,04 Erysipelotrichales 0,09 0,07 0,07 0,05 24,30 26,61 22,00 20,74 Bảng Tỷ lệ họ thuộc Lactoacillales ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Bộ Bùn hạt Họ Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Carnobacteriaceae 7,95 8,08 6,10 0,64 Enterococcaceae 0,18 0,02 0,11 0,00 Lactobacillaceae 0,03 0,00 0,02 0,00 Streptococcaceae 0,01 0,11 0,00 0,15 Aerococcaceae 0,01 0,00 0,00 0,00 Chưa phân loại 0,00 0,02 1,42 Lactobacillales Bảng Tỷ lệ họ thuộc Clostridiales ngành Firmicutes Tỷ lệ (%) Bộ Clostridiales Bùn hạt Họ Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Syntrophomonadaceae 6,63 10,47 6,71 1,66 Clostridiaceae 2,86 2,59 2,57 10,59 Christensenellaceae 0,99 1,20 1,23 1,21 Veillonellaceae 0,42 0,14 0,53 0,15 Peptococcaceae 1,02 0,44 0,65 0,03 Peptostreptococcaceae 0,84 0,11 0,68 1,57 Ruminococcaceae 0,40 0,16 0,27 0,55 Eubacteriaceae 0,31 0,20 0,29 0,21 Chưa phân loại 0,72 0,68 0,82 2,13 Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Proteobacteria Tỷ lệ (%) Lớp Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Syntrophobacterales 1,86 4,78 3,46 0,47 Myxococcales 0,13 0,13 0,16 0,01 Desulfobacterales 0,02 0,01 0,03 0,02 Desulfovibrionales 0,03 0,00 0,12 0,84 Desulfuromonadales 0,11 0,09 0,23 0,01 Chưa phân loại 0,07 0,12 0,31 0,04 Rhodospirillales 0,09 0,07 0,03 0,02 Rhizobiales 0,24 0,16 0,14 0,03 Rhodobacterales 0,04 0,00 0,02 0,05 Rickettsiales 0,03 0,00 0,04 0,00 Chưa phân loại 0,3 0,63 0,28 0,91 Burkholderiales 1,13 0,07 0,07 5,76 Chưa phân loại 0,02 0,23 0,24 Pseudomonadales 0,04 0,01 0,35 18,59 Chưa phân loại 0,01 0,31 0,35 1,75 3,80 6,40 5,80 28,74 Deltaproteobacteria Alphaproteobacteria Betaproteobacteria Gammaproteobacteria Tổng số Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Chloroflexi Tỷ lệ (%) Lớp Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Anaerolineales 21,76 16,39 16,01 4,55 Caldilineales 0,02 0,00 0,01 0,00 Chưa phân loại 12,30 14,18 9,02 1,92 Thermobacula Thermobaculales 0,05 0,04 0,04 0,00 Dehalococcoidetes Dehalococcoidales 0,04 0,02 0,02 0,04 Ktedonobacterales 0,03 0,02 0,00 0,00 Chưa phân loại 0,01 0,00 0,00 34,23 30,66 25,1 6,46 Anaerolineae Ktedonobacteria Tổng cộng Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Bacteroidetes Tỷ lệ (%) Lớp Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Bacteroidia Bacteroidales 8,9 3,39 10,64 8,77 Sphingobacteriia Sphingobacteriales 0,07 0,01 0,06 0,36 Saprospirae Saprospirales 0,06 0,05 0,05 0,00 Cytophagia Cytophagales 0,01 0,01 0,01 0,00 Flavobacteria Flavobacteriales 0,01 0,01 0,00 1,10 Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành Actinobacteria Tỷ lệ (%) Lớp Actinobacteria Bộ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Actinomycetales 0,41 0,5 0,35 5,90 Gaiellales 1,02 0,01 0,27 0,02 Solirubrobacterales 0,01 0,01 0,01 0,13 Chưa phân loại 0,64 3,42 0,48 0,20 Coriobacteria Coriobacteriales 0,13 0,09 0,18 0,28 Acidimicrobia Acidimicrobiales 0,13 0,07 0,11 0,01 1,89 4,41 1,10 6,54 Thermoleophilia Tống số Bảng Thành phần vi sinh vật thuộc ngành WWE1 Tỷ lệ (%) Bộ Cloacamonales Họ Bùn hạt Bùn phân tán Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Cloacamonaceae 3,65 4,47 Chưa phân loại 0,08 0,66 0,10 0,28 ... cứu trình tạo bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB nhằm nâng cao lực xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên; - Đánh giá hiệu sử dụng bùn hạt kỵ khí hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su. .. thống UASB hướng tới ứng dụng xử lý nước thải sơ chế mủ cao su Vì đề tài luận án: "Nghiên cứu trình tạo hạt bùn hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su" thực với mục tiêu sau: - Nghiên. .. trường, nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên tiến hành a Nghiên cứu xử lý hạt cao su dư Việc loại bỏ cao su dư đóng vai trò quan trọng toàn hệ thống xử lý nước thải trình