Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)

Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh vật để xử lý chất thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng và miến dong (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN NHƢ NGỌC NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT DONG RIỀNG VÀ MIẾN DONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội –2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN NHƢ NGỌC NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT DONG RIỀNG VÀ MIẾN DONG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Nguyễn Văn Cách Hà Nội – 2017 LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan: Tồn nội dung đƣợc cơng bố luận án cơng trình nghiên cứu thực cá nhân Các số liệu kết nghiên cứu đƣợc trình bày luận án hồn tồn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nào, ngồi báo tài liệu tham khảo công bố luận án Tôi xin chịu trách nhiệm toàn nội dung nghiên cứu Luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả GS.TS Nguyễn Văn Cách Nguyễn Như Ngọc i LỜI CẢM ƠN Lời tơi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS TS Nguyễn Văn Cách, ngƣời thầy định hƣớng khoa học, hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện tốt suốt trình học tập nghiên cứu để tơi hồn thành luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giúp đỡ, bảo tận tình PGS TS Trần Liên Hà đóng góp ý kiến quý báu nhà khoa học cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo Viện Công nghệ sinh học Công nghệ thực phẩm, Viện Đào tạo sau Đại học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nhƣ thực cơng trình Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Bộ môn Vi sinh – Hóa sinh – Sinh học phân tử, Viện Cơng nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội với góp ý thiết thực suốt q trình tơi làm luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp, quan tạo điều kiện thuận lợi để tơi tham gia học tập hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đặc biệt tới ngƣời thân gia đình tơi bạn bè, đồng nghiệp ln bên cạnh, chia sẻ khó khăn ln cổ vũ, động viên để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Nguyễn Như Ngọc ii MỤC LỤC LỜI CAM ÐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC……………………………………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT……………………………………… vi DANH MỤC BẢNG……………………………………………………………………….vi DANH MỤC HÌNH .ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận án Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu 4.1 Xử lý nƣớc thải 4.2 Xử lý bã thải Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết khoa học đạt đƣợc đóng góp luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng nguyên liệu, quy trình sản xuất môi trƣờng làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng miến dong 1.1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất 1.1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột dong riềng miến dong 1.1.3 Ơ nhiễm mơi trƣờng làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng 1.2 Thành phần đặc tính chất thải ngành sản xuất tinh bột 12 1.2.1 Trên giới 13 1.2.2 Ở Việt Nam 14 1.3 Giải pháp công nghệ xử lý chất thải ngành sản xuất tinh bột 17 1.3.1 Cơ sở khoa học giải pháp sinh học xử lý nƣớc thải 17 1.3.2 Vai trò ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải 28 1.3.3 Các giải pháp công nghệ xử lý chất thải sản xuất tinh bột 30 1.4 Phân tích lựa chọn giải pháp cơng nghệ để xử lý chất thải làng nghề chế biến tinh bột dong riềng miến dong 38 1.4.1 Xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng 39 1.4.2 Ứng dụng bã thải dong riềng để sản xuất sản phẩm có giá trị khác 40 iii CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1 Đối tƣợng vật liệu nghiên cứu 42 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 42 2.1.2 Vật liệu hóa chất nghiên cứu 42 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 43 2.2.1 Phƣơng pháp lấy mẫu, bảo quản xử lý mẫu 43 2.2.2 Phƣơng pháp phân tích thơng số nƣớc thải 43 2.2.3 Phƣơng pháp phân lập, tuyển chọn, định danh vi sinh vật 46 2.2.5 Phƣơng pháp khảo sát tối ƣu thông số nuôi cấy để thu sinh khối chủng vi sinh vật 49 2.2.6 Phƣơng pháp tạo chế phẩm vi sinh vật 51 2.2.7 Xử lý nƣớc thải làng nghề với chế phẩm vi sinh vật địa tạo thành 52 2.2.8 Ứng dụng bã thải để nuôi trồng nấm ăn 54 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 3.1 Đặc tính nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng 56 3.2 Phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn địa có đặc tính thích ứng để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng 57 3.2.1 Phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn 57 3.2.2 Xác định lƣợng SS kéo theo bùn hoạt tính bổ sung chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng 63 3.2.3 Kết định tên chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn 65 3.3 Điều kiện nuôi cấy để thu sinh khối chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn 69 3.3.1 Nuôi cấy thu sinh khối chủng đƣợc tuyển chọn bình nón 69 3.3.2 Lên men thu sinh khối chủng đƣợc tuyển chọn môi trƣờng thay quy mơ phòng thí nghiệm 79 3.3.3 Lên men thu sinh khối chủng đƣợc tuyển chọn thiết bị lên men thể tích lít 81 3.4 Tạo chế phẩm vi sinh vật từ chủng đƣợc tuyển chọn 82 3.4.1 Lựa chọn chất mang 82 3.4.2 Thành phần vi sinh vật nghiên cứu chế phẩm 83 3.4.3 Tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối với chất mang 84 3.4.4 Xác định nhiệt độ sấy chế phẩm 84 3.4.5 Bao gói bảo quản chế phẩm 85 3.4.6 Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm vi sinh vật 86 iv 3.5 Thử nghiệm lực xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng chế phẩm 87 3.5.1 Thử nghiệm quy mơ bình nón thể tích 500 ml 87 3.5.2 Thử nghiệm quy mơ bình xử lý gián đoạn thể tích lít 88 3.5.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng chế phẩm 89 3.6 Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng trƣờng 98 3.7 Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng miến dong 102 3.8 Ứng dụng bã thải dong riềng để nuôi trồng nấm sò trắng (Pleurotus florida) 103 3.8.1 Thành phần bã dong riềng 103 3.8.2 Khả phát triển nấm sò trắng bã dong riềng so với giá thể khác 104 3.8.3 Hàm lƣợng chất nấm sò ni trồng bã dong riềng 107 3.8.4 Hiệu kinh tế thu đƣợc từ ni trồng nấm sò trắng 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 Kết luận 110 Kiến Nghị 111 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Tiếng việt ABR Anaerobic baffled reactor Thiết bị phản ứng kỵ khí vách ngăn BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa Bộ Tài nguyên Môi trƣờng BTNMT COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic ĐHBKHN Đại học Bách Khoa Hà Nội IFBBR Thiết bị phản ứng phủ lấp màng sinh học lỏng ngƣợc dòng KCB Khoáng MLSS Mixed Liquor Suspended Solid Chất rắn huyền phù hỗn hợp MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solid Chất rắn huyền phù bay OBS Không bổ sung chế phẩm PTN Phòng thí nghiệm PCR Polymerase chain reaction Phản ứng khuếch đại gen Quy Chuẩn Việt Nam QCVN SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn lắng TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Total Nitrogen Nitơ tổng TP Total phosphorus Phospho tổng Thể tích pha loãng Vpl W2E Chất thải thành lƣợng Waste to Energy W Độ ẩm ĐC Đối chứng vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học củ dong riềng tƣơi Bảng 1.2: Lƣợng nguyên liệu đầu vào lƣợng chất thải rắn làng nghề Dƣơng Liễu 10 Bảng 1.3: Chỉ tiêu nƣớc thải nhà máy sản xuất tinh bột Ấn độ 13 Bảng 1.4: Các tiêu nƣớc thải số nhà máy sản xuất tinh bột 13 Bảng 1.5: Giá trị thông số ô nhiễm nƣớc thải từ trình chế biến tinh bột 14 Bảng 1.6: Tải lƣợng chất ô nhiễm số làng nghề 15 Bảng 1.7: Chất lƣợng nƣớc thải số xóm Dƣơng Liễu 15 Bảng 1.8: Đặc tính nƣớc thải làng nghề sản xuất miến dong không sản xuất 16 Bảng 2.1: Thành phần phản ứng PCR: 48 Bảng 3.1: Chất lƣợng nƣớc thải đầu nguồn dòng thải làng nghề chế biến tinh bột Minh Hồng, Minh Quang, Ba Vì, Hà Nội 56 Bảng 3.2: Hoạt tính enzyme chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn 58 Bảng 3.3: Giá trị thơng số bùn hoạt tính từ chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn 61 Bảng 3.4: Năng lực xử lý màu nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng chủng vi khuẩn đƣợc tuyển chọn 62 Bảng 3.5 Giá trị số nƣớc thải trƣớc lọc sau lọc xử lý với chủng đƣợc tuyển chọn 64 Bảng 3.6: Hình thái khuẩn lạc đặc điểm sinh hóa chủng đƣợc tuyển chọn 65 Bảng 3.7: Kết định danh kit API 50 CHB chủng đƣợc tuyển chọn 67 Bảng 3.8: Bảng ma trận thực nghiệm trình lên men thu sinh khối chủng NT1 76 Bảng 3.9: Bảng phƣơng sai Anova mơ hình 77 Bảng 3.10: Mật độ tế bào chủng đƣợc tuyển chọn môi trƣờng lên men thay 80 Bảng 3.11: Mật độ vi sinh chất mang 83 Bảng 3.12: Ảnh hƣởng thành phần chủng tới hiệu suất xử lý nƣớc thải khả lắng bùn hoạt tính 84 Bảng 3.13: Tỉ lệ phối trộn dịch sinh khối với chất mang 84 Bảng 3.14: Ảnh hƣởng nhiệt độ sấy chế phẩm 85 Bảng 3.15: Điều kiện bao gói bảo quản chế phẩm 86 Bảng 3.16: Giá trị SVI, MLSS, MLVSS bùn tạo thành 87 Bảng 3.17: Các giá trị bùn hoạt tính tạo thành 89 Bảng 3.18: Đặc tính nƣớc thải làng nghề trƣớc xử lý 89 Bảng 3.19: Ảnh hƣởng pH đến hiệu xuất xử lý nƣớc thải 91 vii Bảng 3.20: Ảnh hƣởng tốc độ cấp khí đến hiệu suất xử lý 93 Bảng 3.21: Ảnh hƣởng thời gian lƣu nƣớc đến hiệu suất xử lý 94 Bảng 3.22: Các thông số nƣớc thải hệ thống xử lý 35 lít 97 Bảng 3.23: Đầu vào nƣớc thải bể xử lý tích hợp chức 98 Bảng 3.24: Giá trị thông số nƣớc thải giai đoạn vận hành khởi động 99 Bảng 3.25: Chất lƣợng nƣớc thải đầu MLSS có bổ sung chế phẩm Bacillus địa…… 100 Bảng 3.26: Chất lƣợng nƣớc xả thải theo Quy chuẩn Việt Nam 101 Bảng 3.27: Thành phần hóa học bã dong riềng 103 Bảng 3.28: Khả phát triển hệ sợi nguồn chất 104 Bảng 3.29: Tỉ lệ nhiễm đặc điểm hệ sợi nấm sò nguồn chất .104 Bảng 3.30: Thời gian hình thành thể suất nấm sò trắng 105 Bảng 3.31: Ảnh hƣởng nguồn phụ gia tới phát triển hệ sợi nấm sò trắng .106 Bảng 3.32: Ảnh hƣởng nồng độ nƣớc vôi tới phát triển hệ sợi suất thể…… 107 Bảng 3.33: Hàm lƣợng chất nấm sò trắng tƣơi trồng bã dong 107 viii ... VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN NHƢ NGỌC NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT DONG RIỀNG VÀ MIẾN DONG Chuyên ngành: Công nghệ. .. pháp công nghệ xử lý chất thải sản xuất tinh bột 30 1.4 Phân tích lựa chọn giải pháp công nghệ để xử lý chất thải làng nghề chế biến tinh bột dong riềng miến dong 38 1.4.1 Xử. .. sinh vật để xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng trƣờng 98 3.7 Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc thải làng nghề sản xuất tinh bột dong riềng miến dong