Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)

Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ THU LAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG Chuyên ngành: Cơng nghệ sinh học Mã số: 62420201 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Văn Cách Phản biện 1: ……………………………… Phản biện 2:……………………………… Phản biện 3: ……………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Nước thải chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, nitơ đồng thời chứa số lượng vi khuẩn gây bệnh cao, thải trực tiếp môi trường gây tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt sức khỏe người Tuy nhiên giải pháp xử lý nguồn tồn nhiều bất cập việc áp dụng thực tế cho lò giết mổ như: đòi hỏi mặt xử lý lớn, hệ thống xử lý vận hành phức tạp, chi phí vận hành cao Đây lý khiến lò giết mổ phần lớn khơng có hệ thống xử lý có mang tính chất đối phó Để khắc phục tình trạng việc nghiên cứu tạo cơng nghệ thích hợp giải bất cập vơ cần thiết Nhằm góp phần giải vấn đề trên, Luận án tiến hành thực đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật địa để xử lý nước thải giết mổ gia súc tập trung” Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp khai thác chất nhiễm hữu cho đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia cầm, gồm mục tiêu cụ thể sau: - Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật địa phù hợp với giải pháp tách thu bùn hoạt tính q trình xử lý sinh học (vi sinh vật địa, hiếu khí, có khả đồng hóa nguồn chất đa dạng, phát triển tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi có lực cao xử lý nước thải giết mổ) - Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc - Thử nghiệm xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc có thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn giết mổ trâu bò - Nghiên cứu khả xử lý nước thải giết mổ gia súc chế phẩm quy mơ phòng thí nghiệm quy mơ trường 20 m3/ngày Nội dung nghiên cứu: - Đánh giá chất lượng nước thải số sở giết mổ gia súc khu vực Hà Nội - Phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học phù hợp, an tồn có lực ứng dụng xử lý nước thải giết mổ gia súc - Nghiên cứu điều kiện lên men tạo chế phẩm vi sinh vật từ chủng vi sinh vật tuyển chọn - Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ phòng thí nghiệm (bình 5L 35L) - Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc mô hình xử lý pilot ngồi trường quy mơ 20 m3/ngày Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Về khoa học: Luận án tạo chế phẩm vi sinh vật địa phù hợp với mục tiêu tách thu bùn hoạt tính q trình xử lý sinh học hiệu suất xử lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90% Về thực tiễn: Luận án thử nghiệm kiểm định chế phẩm mơ hình xử lý PILOT ngồi trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động đến trạng thái xử lý ổn định sau tuần, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT Kết mới: Đã phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật địa phù hợp với mục tiêu xử lý tách thu bùn hoạt tính q trình xử lý sinh học xử lý nước thải giết mổ gia súc Các chủng phát triển tốt điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi có lực xử lý giảm nhanh số nhiễm, lượng bùn lắng sau 10 phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian lắng phân ly thu bùn thải Đã bước đầu khảo sát động thái trình xử lý nước thải giết mổ gia súc cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng khỏi hệ thống công đoạn xử lý sinh học làm tăng hiệu xử lý TN từ 66% lên 86%; Đồng thời, thu liệu bước đầu khả xử lý loại bỏ trực tiếp phần chất nhiễm polymer thí nghiệm thời gian lưu nước ngày polymer xử lý kéo theo bùn hoạt tính 96% , mà không cần trải qua giai đoạn thủy phân Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo vào bể tích hợp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô 20 m3/ngày rút ngắn thời gian khởi động hệ thống xuống mức 20 ngày, tăng hiệu suất xử lý COD TN Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT Bố cục luận án Luận án trình bày 131 trang: mở đầu (4 trang), tổng quan tài liệu (36 trang), vật liệu phương pháp nghiên cứu (17 trang), kết thảo luận (53 trang với 12 bảng, 42 hình), kết luận (2 trang), kiến nghị (1 trang), danh mục cơng trình cơng bố (1 trang) tài liệu tham khảo (9 trang với 19 tài liệu tiếng Việt 77 tài liệu tiếng Anh), trang phụ lục TỔNG QUAN Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cao, chất béo, dầu mỡ hợp chất nitơ (protein, acid amin) [50] Máu nguyên nhân dẫn đến hàm lượng nitơ nước thải tăng cao máu thành phần hữu nhiễm nước thải giết mổ Trong hàm lượng COD 1000 – 10.000 mg/L, BOD5 1000 – 8000 mg/L, TN 100 – 800 mg/L, TP 20 – 100 mg/L chất béo 20 – 400 mg/L [28], [46] Thông thường, khối lượng máu so với trọng lượng thể lợn 4,6% (máu lợn có khối lượng riêng d = 1,060 g/cm3) [16] Trong trình giết mổ, khoảng 30% lượng máu thể động vật vào dòng thải VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu - Nước thải: nước thải lấy từ sở giết mổ lợn Thịnh An (xã Thịnh Liệt, Thanh Trì, Hà Nội), giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (xã Bái Đơ, Phú Xuyên, Hà Nội) - Các chủng vi sinh vật: phân lập từ nước thải sở giết mổ gia súc 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 2.2.2 Phương pháp xác định tiêu nước 2.2.3 Phương pháp vi sinh vật 2.2.3.1 Phân lập 2.2.3.2 Phương pháp tuyển chọn 2.2.4 Phương pháp định danh 2.2.4.1 Tách DNA tổng số từ vi khuẩn 2.2.4.2 Nhân khuyeesch đại gen phan rứng PCR 2.2.4.3 Tinh sản phẩm PCR 2.2.4.4 Xác định trình tự chuỗi nucleotid 2.2.5 Tạo chế phẩm 2.2.5.1 Khảo sát điều kiện lên mem thu sinh khối chủng 2.2.5.2 Lên men thu sinh khối chủng VSV tuyển chọn để tạo chế phẩm 2.2.5.3 Phương pháp tạo chế phẩm 2.2.6 Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ phòng thí nghiệm 2.2.6.1 Phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mơ bình 5L Thiết bị thí nghiệm bình thủy tinh hình trụ, có dung tích 5L, thể tích phản ứng 3L Thiết bị sục khí đặt đáy bình Khí cấp vào thơng qua máy thổi khí Bổ sung chế phẩm với mật độ vi sinh vật 104 CFU/mL 2.2.6.2 Phương pháp xử lý hiếu khí bán liên tục quy mơ 35L Thí nghiệm thực theo chế độ sục khí – ngừng sục bán liên tục, chế độ thí nghiệm có chu trình làm việc 8h/mẻ Nước thải cấp vào từ đầu chu trình liên tục đến 7h 45phút ngừng cấp nước Khí cấp liên tục từ đầu chu trình đến 7h 45phút Sau chu trình sục khí – khơng sục khí, nước thải để lắng phút, sau phần nước phần tháo phút, xả bùn đáy phút Chế độ thí nghiệm - Ảnh hưởng tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD - Ảnh hưởng tải lượng TN đến hiệu suất xử lý TN - Ảnh hưởng MLSS đến hiệu suất xử lý COD, TN 2.2.7 Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô pilot trường 20 m3/ngày Trên sở kết nghiên cứu phòng thí nghiệm, chế phẩm vi sinh vật tạo từ luận án sử dụng kiểm định thử nghiệm vận hành mơ hình xử lý thử nghiệm quy mô 20 m3/ngày trường sở giết mổ thực hộ gia đình ơng Khắc, thơn Bái Đơ, xã Tri Thủy, huyện Phú Xuyên, TP Hà Nội Bổ sung chế phẩm với mật độ ban đầu 104 CFU/mL, pH đầu vào ln trì từ – DO ln trì bể từ 4- mg/L Bể xử lý tích hợp trường nêu điều chỉnh thay đổi vách ngăn để ưu tiên tạo nhiều vùng hiếu khí hơn, giảm thể tích vùng thiếu khí tăng tốc độ sục khí để tránh vùng yếm khí KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát đặc trưng nước thải giết mổ gia súc số sở khu vực phía Bắc Đưa hướng công nghệ tối ưu xử lý chất thải giết mổ gia súc việc khảo sát đặc trưng nước thải khâu quan trọng Trong trình nghiên cứu đề tài khảo sát sơ giết mổ gia súc tập trung khu vực phía bắc Kết thể bảng 3.1, bảng kết tổng hợp phân tích sơ giết mổ Bảng 3.1 Tổng hợp kết phân tích mẫu nước thải sở giết mổ gia súc Tên sở giết mổ (địa chỉ) Loại nước thải Giết mổ lợn Nước thải Thịnh An (xã khu giết mổ Vạn Phúc, Nước thải huyện Thường khu làm nội Tín, Hà Nội) tạng Giết mổ trâu bò Nước thải Khắc Ngoan khu giết mổ (thôn Bái Đô, xã Tri Thủy, huyện Nước thải Phú Xuyên, tập trung thành phố Hà Nội Giết mổ làng Phúc Lâm (giết mổ trâu bò Nước thải (Làng Phúc tập trung Lâm, Hoàng làng Ninh, Việt Yên, Tỉnh Bắc Giang) QCVN 40:2011- BTNMT cột B Số lượng 15002000 pH Chỉ tiêu NNNT0 DO COD BOD5 T-N T-P TSS + NH NO3 NO2(0C) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 6.40 27,5 0,3 2206 1765 196 11,5 0 12,6 220 6.10 28,6 0,15 1980 1327 169 22,8 0.4 0,5 28,5 520 6.60 29,1 1,05 2414 1979 384,1 10 0 31,4 180 20-50 100150 7.97 29 0.11 2087 1357 302,5 41,1 0 26,9 1120 6.50 32 0.54 2035 1410 220 102 2.8 38 600 150 50 40 - - - 100 5.5 -9 3.2 Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn thích ứng để xử lý nước thải giết mổ gia súc Kết luận: Qua trình phân lập tuyển chọn chọn chủng M2, C1, C8 có hoạt tính sau: - Chủng M2: có hoạt tính emzym đa dạng, có khả sinh khối lớn sau 28h lên men, có khă xử lý nước thải đạt hiệu suất xử lý COD 93% sau 36h xử lý COD đầu 74 mg/L - Chủng C1: có hoạt tính enzyme đa dạng, có lực sinh khối lớn sau 22h lên men, có lực xử lý nước thải giết mổ gia súc nhanh thời gian pha cân không ổn định Đồng thời có khả tạo bơng bùn kết lắng nhanh trình xử lý nước thải - Chủng C8: có hoạt tính enzyme đa dạng có khả lực sinh khối lớn mơi trường lên men nhân tạo giàu dinh dưỡng đồng thời có lực xử lý nước thải đạt hiệu suất 93% thời gian xử lý kéo dài chủng C1 có khả kết bơng bùn lớn lắng thuận lợi Ba chủng M2, C1, C8 đáp ứng tiêu chí: Có hoạt tính enzyme đa dạng hoạt tính protease chủ đạo, có lực sinh khối lớn xử lý nước thải nhanh đồng thời có khả kết lắng bơng bùn thuận lợi Do chủng chọn làm nghiên cứu Định tên chủng C1, C8, M2: - Đặc điểm hình thái chủng trên: mang gram dương, trực khuẩn que dài, có bào tử - Định tên chủng phương pháp sinh học phân tử: chủng C1 thuộc loài Bacillus mojavensis định tên chủng Bacillus mojavensis C1 ; chủng C8 thuộc loài Bacillus mojavensis định tên chủng Bacillus mojavensis C8 ; chủng M2 thuộc loài Bacillus velezensis định tên chủng Bacillus velezensis M2 3.3 Thử nghiệm tạo chế phẩm vi sinh 3.3.1 Thử nghiệm xác định điều kiện lên men thu sinh khối vi khuẩn 3.3.1.1 Lựa chọn mơi trường thích hợp Bảng 3.2 Các môi trường lên men khảo sát Tên thí nghiệm Thành phần peptone, cao thịt, NaCl mơi trường Thí nghiệm 0,3% peptone, 0,09% cao thịt, 1% NaCl Thí nghiệm 0,5% peptone, 0,15% cao thịt, 1% NaCl Thí nghiệm 0,7% peptone, 0,21% cao thịt, 1% NaCl Thí nghiệm 1% peptone, 0,3% cao thịt, 1% NaCl Hình 3.1 Biểu đồ ảnh hưởng môi trường đến sinh trưởng chủng VSV Cả ba chủng vi khuẩn B velezensis M2 B mojavensis C1, B mojavensis C8 có khả sinh trưởng phát triển bốn môi trường khảo sát Trong đó, mơi trường thí nghiệm thứ 4, ba chủng sinh trưởng phát triển mạnh nhất, nồng độ sinh khối đạt cao (B velezensis M2 có OD600nm: 4,27; B mojavensis C1 4,76 B mojavensis C8 4,872) 3.3.1.2 Ảnh hưởng pH Kết trình bày hình 3.2 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn trạng thái sinh trưởng phát triển chủng M2, C1, C8 Kết hình 3.5 cho thấy sinh khối chủng B velezensis M2 tăng dần từ 0h đến khoảng 22h đạt giá trị OD cao 24h (OD600nm đạt 4,3); Chủng B mojavensis C1, C8 đạt giá trị OD cao sau 22h 26h lên men, tương ứng (OD600nm đạt 4,56; 5,19) trì trạng thái ổn định đến 26h Sau giá trị OD chủng C1 C8 giảm nhanh đến 38h 2,69; 3,42 Kết mật độ vi sinh (CFU/mLl) tương đồng với giá trị OD600nm Mật độ vi sinh đạt cao chủng M2, C1, C8 6,2x109 CFU/mL sau 24h lên men, 9,2x109 CFU/mL sau 22h lên men 9,8x109 CFU/mL sau 26h lên men Qua khảo sát yếu tố lên men đến khả tạo sinh khối ba chủng vi khuẩn nghiên cứu, kết luận ba chủng vi khuẩn M2, C1, C8 phù hợp để sản xuất chế phẩm vi sinh nhằm mục đích xử lý nước thải giết mổ gia súc 3.3.2 Tạo chế phẩm 3.3.2.1 Khả xử lý nước thải giết mổ gia súc chủng tuyển chọn Luận án triển khai thí nghiệm so sánh lực xử lý nước thải chủng tuyển chọn Khảo sát lực đơn chủng kết hợp chủng Hình 3.5 Biểu đồ so sánh lực xử lý COD chủng Hình 3.6, 3.7 cho thấy sau 24h xử lý tất bình có bổ sung chủng vi sinh vật địa đạt hiệu suất cao từ 62 -72% bình khơng 11 bổ sung vi sinh vật đạt 48% Sau 30h bình có bổ sung vi sinh vật đạt hiệu suất cao đạt 90%, bình phối trộn chủng (M2, C1, C8) cho hiệu suất xử lý cao đạt 93% Hình 3.6 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD chủng Kết cho thấy hiệu suất xử lý mẫu phối trộn chủng cao dùng đơn lẻ chủng Do chế phẩm phải tạo hỗn hợp chủng cho hiệu suất xử lý tối ưu Kết luận: chủng M2, C1, C8 nghiên cứu phối trộn tạo chế phẩm xử lý nước thải giết mổ gia súc 3.3.2.2 Kiểm định đặc tính chủng mơi trường thực Luận án khảo sát thí nghiệm với bình tam giác 1000 ml, điều kiện thí nghiệm giống khác đối tượng nước thải đưa vào Bình lấy 200ml nước thải, bình lấy 200ml nước thải lọc qua giấy lọc với lỗ lọc 0,45µm (Cả bình bổ sung 5% hỗn hợp giống cho vào máy nuôi lắc 200v/p Sau 24h, 48h lấy mẫu xác định số COD, MLSS, kết thể bảng 3.3 Bảng 3.3 Đặc tính chế phẩm Trước lọc Sau lọc % chuyển Hệ số COD TSS MLSS COD TSS MLSS Hệ số chuyển hóa SS chuyển hóa (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) hóa vào SK vào SK Đầu vào 1216 350 920 Đầu 24h 120 337 974 0.58 112 637 0.79 Đầu 48h 88 290 670 0.34 78 380 0.45 14 TT 12 Qua thí nghiệm cho ta thấy lượng thức ăn dồi vi sinh vật chuyển hóa chất tan phần nhỏ chất không tan bị chuyển hóa (4%) Chất khơng tan kết tụ với sinh khối tạo thành bùn hoạt tính lắng xuống tách Tách bùn sớm hiệu thu sinh khối cao Qua thí nghiệm chứng minh quan điểm mà luận án theo đuổi ưu tiên vi sinh vật chuyển hóa chất tan tạo nhiều sinh khối chất không tan kết lắng sinh khối tạo thành bùn 3.3.3 Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc 3.3.3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật Từ chủng Bacillus phân lập tuyển chọn từ môi trường địa, với thông số trình lên men trình tạo chế phẩm nghiên cứu, luận án xây dựng sơ đồ tạo chế phẩm vi sinh vật ứng dụng để xử lý nước thải giết mổ gia súc hình 3.8 B mojavensis C1 B mojavensis C8 KT hoạt tính KT hoạt tính B velezensis M2 Cao lanh KT hoạt tính Lên men PTN 100mL: 0,3g/L cao Lên men PTN 100mL: 0,3g/L Lên men PTN 100mL: 0,3g/L cao thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L muối ăn, cao thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L muối ăn, lắc 200 v/p; pH 7,5; giống 5%v/v; muối ăn, lắc 200 v/p; pH 7,0; lắc 200 v/p; pH 6,5; giống 5%v/v; 30oC; 24 giống 3%v/v; 30oC; 24 30oC; 24 Lên men lit: g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p ; pH 7,5; giống 5%v/v; 30oC; 36 Lên men 5: g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p ; pH 7,0; giống 3%v/v; 30oC; 36 Lên men 5: g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p ; pH 6,5; giống 5%v/v; 30oC; 36 Nghiền, d≤0,1mm, sấy 1300C Phối trộn tỉ lệ 40:30:30, ly tâm 2h Phối trộn: sinh khối + chất mang o Chế phẩm Hình 3.7 Quy trình tạo chế phẩm hồn chỉnh 13 3.4 Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ phòng thí nghiệm 3.4.1 Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm xử lý nước thải giết mổ gia súc phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mơ bình 5L 3.4.1.1 Năng lực xử lý COD Hình 3.9 biểu diễn kết nghiên cứu thu CODvào loạt bình thí nghiệm dao động từ 1361- 1620 mg/L, COD bình bổ sung chế phẩm (CODra BSCP) thấp mẻ thứ đến mẻ thứ (COD dao động từ 129 – 99 mg/L) hiệu suất đạt 92- 93% Từ mẻ thứ đến 10 vi sinh vật ổn định CODra BSCP dao động từ 80 – 56 mg/L, hiệu suất đạt 94 96% đạt tiêu chuẩn xả thải loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn biến thiên COD ngày thí nghiệm Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý COD ngày thí nghiệm 14 Đối với bình khơng bổ sung chế phẩm COD (CODra KBSCP) sau xử lý dao động từ 720 – 406 mg/L mẻ từ 1- 4, hiệu suất xử lý COD đạt 56- 74% Sau mẻ thứ hiệu suất bình đạt hiệu suất tương đối cao (70 – 80%), COD đầu bình dao động 321 – 289 mg/L không đạt tiêu chuẩn xả thải so với QCVN 40: 2011/BTNMT 3.4.1.2 Năng lực xử lý nitơ tổng Qua hình 3.11cho thấy nitơ tổng (TN) đầu vào không dao động nhiều từ 152 – 185 mg/L TN đầu bình bổ sung chế phẩm có biến động lớn không giống COD đầu TN đầu thấp mẻ thứ – TN đầu dao động nhỏ từ 37 – 20 mg/L Ở mẻ xử lý thứ TN thấp Trong TN đầu bình khơng bổ sung chế phẩm cao có khoảng biến thiên nhỏ từ 125 – 138 mg/L Đối với bình khơng bổ sung chế phẩm hệ vi sinh vật lượng thức ăn dư thừa mức cao, protein dư thừa bị phân cắt nhỏ giải NH3 Do TN đầu bình KBSCP chủ yếu N-NH4 Hình 3.10 Đồ thị biến thiên TN bình bổ sung chế phẩm bình khơng bổ sung chế phẩm Hình 3.11 Đồ thị diễn biến nitơ đầu NO3+NO2 NH4 15 Hình 3.12 thể diễn biến N-NH4 bình bổ sung chế phẩm có xu hướng giảm dần theo mẻ xử lý Thời gian lưu bùn dải ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý TN vi sinh vật chết bị phân giải cắt mạch giải phóng NH3, NH4 [22] Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý TN Hình 3.13, cho thấy hiệu suất xử lý TN bình khơng bổ sung chế phẩm thấp đạt 10 – 30% Trong hiệu suất xử lý TN bình bổ sung chế phẩm cao Đạt giá hiệu suất cao từ 76 – 86% bùn lưu ngày, từ ngày thứ đến ngày thứ 10, hiệu suất xử lý TN giảm dần từ 66% xuống 57% vi sinh vật chết xảy tượng phân hủy nội bào 3.4.1.3 Xác định MLSS qua mẻ xử lý Kết thể hình 3.14 bình có hàm lượng MLSS tăng dần lên theo mẻ số SVI tỷ lệ nghịch với MLSS MLSS tăng dần theo thời gian xử lý tăng từ 1.044 đến 3.143 mg/L MLSS tăng nhanh ngày đầu từ ngày thứ đến thứ tăng chậm ngày thứ đến thứ 10 khơng khác Hình 3.13 Đồ thị biến thiên số MLSS qua ngày thí nghiệm 16 Đối với bình khơng bổ sung chế phẩm nồng độ MLSS thấp nhiều so với bình bổ sung chế phẩm nồng độ bùn tăng lên theo thời gian lưu bùn, tăng từ 310 đến 1947 mg/L Chỉ số SVI bình cao thể tốc độ lắng 3.4.1.4 Diến biến chất ô nhiễm theo thời gian xử lý chế phẩm Sau hoạt động bắt đầu lấy mẫu Lấy mẫu liên tục 12 giờ, khoảng cách lần lấy mẫu 2h Kết thể hình 3.15 Hình 3.14.Đồ thị biến thiên số quan trắc COD theo thời gian xử lý Qua hình 3.15, 3.16 thể biến thiên COD TN theo thời gian xử lý Sau 2h xử lý giá trị COD, TN giảm 49% 48% Sau 10h xử lý COD, TN đạt hiệu suất 93%, 83% tương đương giá trị COD, TN sau xử lý 60 mg/L, 15 mg/L Sau 12h xử lý hiệu suất xử lý COD, TN không thay đổi so với 10h xử lý đạt 93%, 83% Hình 3.15 Đồ thị biến thiên TN theo thời gian xử lý 17 Thời gian lưu nước bình xử lý thuận lợi xác định 810h, tiền đề cho nghiệm 3.4.2 Xử lý nước thải giết mổ phương pháp hiếu khí bán liên tục quy mô 35 L 3.4.2.1 Chỉ số thể tích bùn lắng (SVI) Kết quan trắc thể hình 3.17 bảng 3.4 Ban đầu phút 15 phút 30 phút Hình 3.16 Bùn lắng thời điểm khác Bảng 3.4 số SV, SVI thông qua thời gian lắng Thời gian phút 15 phút 30 phút SV (mL) 90 80 75 %(Lắng so với 30 phút) 83,3 93,7 100 SVI (ml/g) 60 53 50 Kết quan trắc thu cho phép rút nhận xét: lực lắng chủng thử nghiệm tốt; Do đó, phương án tách bùn sớm trình xử lý sinh học phương án thực 3.4.2.2 Ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý Ảnh hưởng tải lượng COD Hình 3.17 Đồ thị ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý COD 18 Kết hình 3.18 thể ảnh hưởng tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD Tải lượng dao động từ 1,41 – 3,2 kg/m3/ngày hiệu suất xử lý đạt từ 94- 97% Ở tải lượng từ 3,7 – 3,9 kg/m3/ngày hiệu suất đạt từ 81 – 90% Vậy hệ hoạt động đạt hiệu tốt tải lượng từ 1,4 – 3,2 kg/m3/ngày Ảnh hưởng tải lượng hữu đến hiệu suất xử lý TN Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn biến thiên TN hiệu suất xử lý TN Hình 3.19 cho thấy hiệu suất xử lý TN đạt giá trị cao (83 -88%) chế độ với tải lượng 0,14- 0,19 kg/m3/ngày, Chế độ tải lượng 0,19 – 0,26 kg/m3/ngày hiệu suất dao động lớn từ 79 – 86% Chế độ tải lượng 0,35 - 0,36 kg/m3/ngày hiệu suất giảm xuống 65% Diễn biến N- NH4 , N-NO3 , N-NO2 đầu dao động lớn chế độ Chế độ đầu giá trị thấp chủ yếu tập trung NO3-, chế độ có số NO3- thấp hơn so với chệ độ chế độ NH4+ tăng lên chế độ 3, chế độ NH4+ tăng cao dao động từ 15 – 38 mg/L NO2- quan trắc có dao động chế độ Luận án thời gian lưu thủy lực nước thải chế độ thí nghiệm từ 16,7h giảm xuống đến ngưỡng h cho hiệu suất xử lý COD, TN cao với giá trị đo 96% - 85%, 86% - 66%; nghĩa đạt hiệu xử lý khả quan so với cơng trình nghiên cứu cơng bố 19 3.4.2.3 Ảnh hưởng MLSS đến hiệu suất xử lý Ảnh hưởng số MLSS đến hiệu suất xử lý COD Kết thể hình 3.20 Hình 3.19 Đồ thị biến thiên MLSS hiệu suất xử lý COD Qua hình 3.35 cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt từ 94 – 97% nồng độ MLSS hệ trì từ 900 – 1700 mg/L Khi nồng độ MLSS giảm 700 – 800 hiệu suất xử lý COD bắt đầu giảm giảm xuống dải 90- 84% Ảnh hưởngcủa số bùn MLSS đến hiệu suất xử lý TN Hình 3.20 Đồ thị biến thiên MLSS hiệu suất xử lý TN Qua hình 3.21 thể nồng độ MLSS ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý TN MLSS dao động từ 1350-1600 mg/L hiệu suất xử lý TN đạt từ 69-74%, nồng độ MLSS giảm xuống từ 790-850 hiệu xuất xử lý TN giảm xuống 66-71% Khi nồng độ MLSS đạt từ 900-1000 hiệu suất xử lý TN đạt hiệu suất cao 80 – 86% 20 3.4.2.4 Đánh giá chất lượng bùn thải Bùn tháo lọc lọc hút chân khơng với kích thước lỗ lọc 0,45µm (giấy lọc Merk), sau lọc xong mang sấy 105 oC đến khối lượng không đổi, cân xác định hàm lượng MLSS bể Lấy g bùn sấy khô mang phá mẫu để xác định TN, TOC (xác đinh theo phương pháp xác định TN mẫu đất) Kết thể bảng 3.5 Bảng 3.5 Chất lượng bùn bể thí nghiệm quy mơ 35L Số điểm Lưu lượng vào (L/h) 1,2 1,5 2,5 Thể tích hữu ích (L) Thời gian lưu nước (giờ) 20 16,7 20 13,3 20 10 20 COD (mg/L) 50 ± 15 78 ± 13 75 ± 12 180 ± 25 COD vào (mg/L) 1400 ± 190 1480 ± 120 1380 ± 150 1350 ± 210 Tải lượng COD (kg/m3/ngày) 1,4 ± 0,15 2,1 ± 0,2 2,8 ± 0,19 3,6 ± 0,2 TN (mg/L) 21 29 ± 30 ± 75 ± TN vào (mg/L) 161 ± 15 160 ± 19 178 ±15 179 ± 14 Tải lượng TN (kg/m3/ngày) 0,16 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,27 ± 0,02 0,36 ± 0,01 MLSS (mg/L) 1050 ± 60 930 ± 105 890± 70 890± 70 MLVSS (mg/L) 871±12 781±11 774± 21 765± 18 MLVSS/MLSS (%) 83 ± 84 ± 87 ± 86 ± Bùn thải tách (g/ngày) 6±2 10 ± 18 ± 23± Tổng bùn sinh 27 ± 35 ± 42 ± 49 ± SVI 66 ± 66 ± 66 ± 190 ± 22 %TOCMLSS g bùn thải 80 78 82 75 %TN g bùn thải 10 14 14 12 TN bùn thải mg/g 160 158 163 95 21 Qua bảng 3.5 cho thấy chất lượng bùn thải đạt mong muốn đủ điều kiện để lên men tạo phân bón vi sinh với hàm lượng hữu TN bùn thải chiếm 10 – 14% TOC chiếm 75 – 82% 3.5 Thử nghiệm lực xử lý chế phẩm trường mơ hình xử lý quy mơ pilot 20 m3/ngày 3.5.1 Theo dõi vận hành hệ thống ổn định 3.5.1.1 Biến thiên pH DO bể tích hợp chức Qua hình 3.22 cho thấy giá trị pH ổn định bể dao động khoảng 6,6 – 6,9 đồng thời DO đạt ngưỡng cao khoảng 5,0 – 7,5 Chỉ số pH DO nói lên hoạt động hệ vi sinh vật chất lượng nước sau xử lý Hình 3.21 Đồ thị biến thiên pH DO bể tích hợp chức 3.5.1.2 Biến thiên COD hệ thống pilot Hình 3.22 Đồ thị diễn biến hiệu suất xử lý COD COD đầu 22 Hiệu suất xử lý COD diễn biến giá trị COD đầu hệ pilot đạt từ 95-97% giá trị đầu ổn định dao động từ 80 – 149 mg/L đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT 3.5.1.3 Hiệu xử lý T-N Kết thể hình 3.24 Hình 3.23 Đồ thị hiệu suất xử lý T-N - Mơ hình tổng thể xử lý nước giết mổ gia súc xây dựng nêu có sử dụng chế phẩm vi sinh BioL tạo từ luận án đủ lực xử lý hiệu số TN COD - Hiệu suất xử lý: COD 95 - 98% TN 83- 93% Xét hàm lượng chất ô nhiễm COD, TN nước thải sau xử lý (chứa 85mg/L COD; 32,54 mg/L TN) đạt TC B QCVN 40:2011/BTNMT COD TN KẾT LUẬN Từ mẫu nước thải sở giết mổ phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn Bacillus có đặc tính tích tụ sinh khối nhanh, lực đồng hóa chất đa dạng, tạo bơng bùn kết lắng thuận lợi có lực xử lý làm giảm nhạn số ô nhiễm COD nước thải giết mổ gia súc Theo đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hố trình tự gen 16S rDNA chủng, định tên chủng thu là: Bacillus velezensis M2, Bacillus mojavensis C1 Bacillus mojavensis C8 Đã xác định thành phần môi trường điều kiện lên men thu sinh khối chủng: Chủng B velezensis M2: môi trường NA (3g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L NaCl), pH 6,5, lượng khí cấp 1,25 v/v/p, tỷ 23 lệ cấp giống 5% v/v, thời gian lên men thu sinh khối 24 Chủng B mojavensis C1: môi trường NA (3g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L NaCl, pH 7,5, lượng khí cấp 1,25 v/v/p, tỷ lệ cấp giống 5% v/v, thời gian lên men thu sinh khối 22 Chủng B mojavensis C8: môi trường NA (3g/L cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L NaCl, pH 7,0, lượng khí cấp 1,25 v/v/p, tỷ lệ cấp giống 3% v/v, thời gian lên men thu sinh khối 26 Đồng thời, xây dựng quy trình lên men tạo chế phẩm BioL từ chủng B velezensis M2, B mojavensis C1 B mojavensis C8 với mật độ tế bào ≥ 109 CFU/g Đã thử nghiệm xây dựng chế độ công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ phòng thí nghiệm, với: + Quy mơ xử lý gián đoạn bình 5L, gồm: hiệu lý COD đạt 94 – 96%, TN đạt 76 – 86%, sau thời gian thích nghi ngày chế phẩm thời gian xử lý 10 giờ, chất lượng nước thải sau xử lý đạt ngưỡng cột B, theo QCVN 40:2011/BTNMT + Quy mơ xử lý gián đoạn bình 35L, gồm: hiệu lý COD đạt 94 - 97%, TN đạt 79 – 86% (TN tích tụ sinh khối vi sinh vật chiếm 10 – 14% tổng lượng bùn, tính theo gam bùn khơ), sau thời gian xử lý 10 giờ, chất lượng nước thải sau xử lý đạt ngưỡng cột B, theo QCVN 40:2011/BTNMT Đã thử nghiệm ứng dụng chế phẩm BioL để vận hành mơ hình xử lý nước thải giết mổ trâu bò ngồi trường thực tế, quy mơ dung tích bể xử lý 20 m3/ngày, bổ sung chế phẩm vận hành khởi động hệ thống lần, với lượng chế phẩm bổ sung lần 104CFU/mL (tương ứng 10g chế phẩm/m3), thời gian vận hành khởi động đạt trạng thái xử lý ổn định sau 14 ngày, mơ hình đủ lực xử lý ô nhiễm đạt tải trọng kiểm sát chất lượng nước thải đầu đạt ngưỡng cột B, theo QCVN 40:2011/BTNMT KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu phát triển quy trình cơng nghệ làm phân vi sinh sử dụng bùn hoạt thải làm phân vi sinh Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô lớn nhân rộng sở giết mổ gia súc 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Thị Thu Lan, Nguyễn Văn Cách, Trần Thị Hồng Hương, Đỗ Tiến Anh, (2015) “Phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả phân giải protein, tạo sinh khối lớn ứng dụng xử lý nước thải giết mổ gia súc”, tạp chí Tài ngun Mơi trường 24, p 33-35 Trần Thị Thu Lan, Nguyễn Văn Cách, Lê Thị Hương (2016) “Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn hiếu khí có khả ứng dụng xử lý nước thải giết mổ gia súc”, tạp chí Nơng nghiệp phát triển nông thôn 17, p 75-81 Tran Thi Thu Lan, Nguyen Van Cach, Tran Thị Hong Huong, Le Thi Huong (2016) “Study on the growth of Bacillus velezensis M2 and applying it for treatment of cattle slaughterhouse wastewater”, Journal of Science and Technology, tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 54- 4A, p 213-220 25 ... tài: “ Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật địa để xử lý nước thải giết mổ gia súc tập trung Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh. .. phục vụ nông nghiệp Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn giết mổ trâu bò - Nghiên cứu khả xử lý nước thải giết mổ gia súc chế phẩm quy mơ phòng thí nghiệm... lý nước thải giết mổ gia súc - Nghiên cứu điều kiện lên men tạo chế phẩm vi sinh vật từ chủng vi sinh vật tuyển chọn - Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mơ