Nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzym nhằm định hướng ứng dụng trọng xử lyus nước thải hữu cơ

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT - - NGUYỄN THỊ HỒNG HÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP ENZYM NHẰM ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ Chuyên ngành: Vi sinh vật học Mã số: 60 42 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngư ời hư ớng dẫn k hoa h ọc: TS Ng u yễ n Th ế Trang Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN K16 http://www.lrc.tnu.edu.vn Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Thị Hồng Hà, Nguyễn Thế Trang, Nguyễn Thị Đà, Phạm Thị Thu Phương, Lê Thị Thanh Xuân, Nguyễn Thúy Nga, Lê Quang Sáng, Phạm Văn Duy (2014) Nghiên cứu đặc điểm sinh học phân loại số chủng vi khuẩn có khả sinh tổng hợp xenlulaza phân lập từ nước thải sau hầm biogas Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 30,6S Nguyễn Thế Trang, Nguyễn Thị Hồng Hà, Nguyễn Thúy Nga, Phạm Văn Duy (2014) Ứng dụng số chủng vi khuẩn xử lý nước thải giàu hữu sau hầm biogas, Tuyển tập báo cáo khoa học, Hội thảo khoa học quốc tế “Năng lượng tăng trưởng xanh khu vực ASEAN”, Hà Nội 2014 Nhà xuất Khoa học tư nhiên Cơng nghệ Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật MỞ ĐẦU Cùng với sư phát triển nhà máy chế biến nông sản (đồ hộp từ dứa, dưa chuột bao tử, cà chua, ngô ) vấn đề làm xúc nhà sản xuất là: nước thải, phế thải từ trình chế biến Chất thải nhà máy chế biến đồ hộp rau có hàm lượng chất hữu cao (các loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza …), nguồn dinh dưỡng thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật sinh trưởng Sư sinh trưởng vi sinh vật môi trường nước thải giàu hữu từ nông sản sư kiểm sốt người thường tạo sản phẩm có mùi thối tác động xấu tới môi trường sinh thái Do vậy, chất thải cần phải xử lý trước thải môi trường tư nhiên Có nhiều phương pháp xử lý nước thải hữu khác như: Phương pháp học, hóa học, hóa lý sinh học Đối v ới nước thải hữu phương pháp xử lý sinh học có hiệu hơn, thân thiện với mơi trường hơn, có nhiều ưu điểm hiệu kinh tê ky thuật Trong nghiên cứu xử lý nước thải việc dùng biện pháp sinh học ưu tiên hàng đầu Viêc phân huy chât hưu dưa cac vi sinh vât tư nhiên co săn nươc thai găp nhiêu han ch ế thời gian phân hủy lâu, trình phân huy chưa triêt đê Do đo, cân tuyên chon chung vi sinh vật (VSV) thích hợp bổ sung vào bên cạnh VSV có sẵn để giúp cho trình xử lý đạt kết tốt [1] Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm sinh học số chủng vi sinh vật có khả sinh tổng hợp enzym nhằm định hướng ứng dụng xử lý nước thải hữu cơ” thưc cần thiết Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI HỮU CƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu giới Sư phát triển phương pháp thứ cấp để xử lý nước thải năm đầu kỷ XX cho cải tiến đáng kể y tế công cộng môi trường suốt thời gian này, việc phát minh "bùn hoạt tính" cho quy trình xử lý nước thải Gilbert Fowler cộng sư Đại học Manchester tiến hành Trạm Thí nghiệm Lawrence Massachusetts liên quan đến việc sục khí vào nước thải bình phủ lớp tảo Các đồng nghiệp Fowler, Edward Ardern William Lockett, người triển khai nghiên cứu với Văn phòng cơng ty đường sơng Manchester cơng trình xử lý nước thải Davyhulme Thí nghiệm thưc lò phản ứng cách hút thu vào, việc xử lý cho hiệu cao Họ sục khí liên tục cho nước thải khoảng tháng kết đạt nitrat hóa hồn tồn ngun liệu mẫu Điều bùn hoạt hóa chất (một cách tương tư than hoạt tính) q trình đặt tên bùn hoạt tính Kết cơng bố cơng trình Hội thảo 1914, lần hệ thống quy mơ đầy đủ với dòng chảy liên tục lắp đặt Worcester hai năm sau Do hậu chiến tranh giới thứ phương pháp xử lý truyền bá nhanh chóng, đặc biệt Hoa Kỳ, Đan Mạch, Đức Canada [26] Vào cuối năm 1930, việc xử lý nước thải bùn hoạt tính q trình chủ yếu sử dụng tồn giới Trong bùn hoạt tính có nhiều chi vi sinh vật khác Bacterium, Corynebacterium, : Actinomyces, Arthrobacer, Bacillus, Desulfotomacillium, Micrococcus, Pseudomonas, Sarcina … Chúng oxy hóa rượu , axit beo , paraffin, hydrocacbon va hợp chất khác Ở Mỹ, hàm lượng nitơ nước thải thường dao động khoảng 20 ÷ 85 mg/l nitơ dạng hợp chất hữu trung bình từ ÷ 35 mg/l, hàm lượng NH3 từ 12 ÷ 50 mg/l Hàm lượng photphat nguồn nước không ô nhiễm nhỏ 0,01 mg/l Theo quy định Hà Lan, tiêu chuẩn Việt Nam, hàm lượng Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật photphate nước uống không vượt mg/l Theo tiêu chuẩn cộng đồng chung châu Âu, nước sinh hoạt, hàm lượng photphat không vượt 2,18 mg/l [4] Xử lý nước thải trình chế biến rau nhà khoa học Thái Lan sử dụng chủng nấm men Candida utlis CBS1517 có khả đồng hóa tốt loại đường axit hữu có nhiều thành phần nước thải, kết thu cho thấy sau 96 xử lý điều kiện phòng thí nghiệm COD giảm 89,9 % pH tăng từ 3,5 lên 8,5 [36] Môt sô kêt qua nghiên cưu xư ly nươc thai chăn nuôi lơn băng qua trinh SBR hoăc tương tư đươc tông hơp : Trong nghiên cứu Bortone G (1992) hiệu xử lý COD T-N trình SBR cấp nước lần đạt cao, tương ứng khoảng 93 % 88 ÷ 93 % Tải trọng COD T-N đạt cao 3 0,37 kg/(m ngày) 0,13 kg/(m ngày) [28] Nghiên cứu Chang Won Kim (2000) hiệu xử lý COD chế độ cấp nước lần đạt 57 ÷ 87 % Tải trọng 3 COD T-N 1,0 kg/(m ngày) 0,2 kg/(m ngày) [29] Q trình sục khí ln phiên cấp nước liên tục nghiên c ứu Jiang Cheng (2011) cho hiệu xử lý cao, COD 57 %, T-N 91 % [31] Nghiên cứu Mohammad N (2011) với trình SBR cấp nước lần cho hiệu xử lý COD T-N 80,3 % 61 % [34] Trong nghiên cứu Zang đồng tác giả (2006) cho hiệu xử lý cao cả, COD T-N tương ứng 96,3 % 97,5 %; tải trọng COD T-N đạt cao 2,1 kg/(m ngày) 0,28 kg/(m ngày), nước thải nghiên cứu có COD tỉ lệ COD/T-N cao tác giả đưa thêm giai đoạn kỵ khí vào trước giai đoạn thiếu khí/hiếu khí, nâng cao tải trọng xử lý COD Mặt khác, tác giả thưc nghiệm thời gian lưu tương đối lớn, tỉ lệ COD/T-N tỉ lệ lưu nước (n=9) cao, nâng cao hiệu suất xử lý T-N [38] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu Việt Nam Xử lý nước thải vấn đề thời sư nóng bỏng nởi cộm Việt Nam nay, theo dư báo Tổ chức Kinh tế giới Việt Nam nước có tốc độ phát triển kinh tế vào loại nhanh giới với tốc độ tăng trưởng dư báo % thập kỷ tới Tuy nhiên, việc tăng trưởng kinh Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật tế cách nhanh chóng mạnh mẽ đồng thời tạo nên thách thức áp lưc tác động mặt môi trường, đó, tác động chất thải rắn nước thải vấn đề cộm Việt Nam Hiện nay, ô nhiễm môi trường vấn đề quan tâm khơng Việt Nam mà nhiều quốc gia giới Theo báo cáo môi trường Quốc gia năm 2010 Bộ Tài Nguyên Môi Trường, từ năm 2007 đến năm 2009, ô nhiễm môi trường nước mặt tất số vượt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT Các số COD, BOD vượt tiêu chuẩn từ ÷ 10 lần Hàm lượng NH4 + môi trường nước mặt sông Nhuệ, sông Đáy sông Cầu vượt quy chuẩn cho phép QCVN 40:2011/BTNMT cho nước mặt phù hợp với việc bảo tồn động thưc vật thủy sinh là 0,2 mg/l [17] Nước thải chăn nuôi nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Hàm lượng nitơ tổng số nước thải chăn ni nằm khoảng từ 512 ÷ 594 mg/l, NH3 từ 304 ÷ 471 mg/l, hàm lượng photpho tổng số từ 13,8 ÷ 62 mg/l [6] Ngày nay, với sư phát triển dân số, rác thải sinh hoạt ngày gia tăng, nước rỉ rác từ hố chôn lấp khu xử lý rác thải gây ảnh hưởng lớn đến đời sống người dân xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm quanh khu vưc Tổng hàm lượng nitơ nước thải rỉ rác dao động khoảng từ 200 ÷ 2000 mg/l, hàm lượng amoni cao, trung bình 200 mg/l, tiêu chuẩn cho phép 0,2 mg/l [11] Với xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đặc biệt từ Việt Nam gia nhập WTO, với sư phát triển mạnh mẽ q trình cơng nghiệp hố đất nước, chất thải công nghiệp ngày gia tăng khối lượng, đa dạng chủng loại vấn đề cấp bách xã hội, đòi hỏi phải có nhận thức đắn đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nước thải Hiện công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm hợp chất hữu giới Việt Nam chủ yếu sử dụng biện pháp sinh học, phương pháp xử lý hiếu khí xử lý kị khí phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí hiếu khí Kết nghiên cứu Vũ Thúy Nga cộng sư cho thấy cải thiện chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn chế Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật phẩm vi sinh vật Để nhằm khắc phục tình trạng nhiễm nước thải chế biến tinh bột sắn, cơng trình nghiên cứu tập trung tuyển chọn giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, sản xuất ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để nâng cao hiệu xử lý nước thải sau biogas nhà máy chế biến tinh bột sắn Kết nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật gồm Bacillus velezensis, Streptomyces fradiae Nitromonas sp có khả chuyển hóa tốt hợp chất hữu nước thải chế biến tinh bột sắn [15] Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn tích lũy poly- photphat xử lý nước thải Lê Quang Khôi cộng sư cho thấy dòng vi khuẩn tích lũy poly-P tuyển chọn có hiệu suất loại bỏ photphat hòa tan cao Hai dòng vi khuẩn Acinetobacter radioresistens TGT013L Kurthia sp.TGT025L có hiệu loại bỏ PO4 thí nghiệm Sư loại bỏ PO4 3- 3- cao môi trường tổng hợp sau 25 thưc hoạt động gen ppk dạng IIA trình chuyển hóa photphat thành dạng poly-P tích lũy tế bào Kết nghiên cứu mang lại nhiều triển vọng ứng dụng dòng vi khuẩn tích lũy poly-P để xử lý photpho hòa tan nước thải chăn ni [14] Với mục đích nghiên cứu phát triển cơng nghệ xử lý hiệu đồng thời hữu chất dinh dưỡng nước thải ngành chăn nuôi lợn, nghiên cứu Phạm Thị Hải Thịnh đồng tác giả, nghiên cứu ảnh hưởng số điều kiện vận hành tỷ lệ COD/T-N (tỉ lệ nhu cầu oxy hóa học tổng nitơ) chế độ sục khí đến hiệu xử lý COD T-N trình SBR nước thải chăn ni qua xử lý kị khí Với chế độ hai chu trình thiếu - hiếu khí thích hợp, hiệu xử lý COD T-N đạt cao, tương ứng khoảng 90 % 80 ÷ 85 % [12] Tuy nhiên nồng độ T-N nước thải chăn nuôi lợn cao thay đổi khoảng rộng, nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nitơ trình nhằm đáp ứng cách ổn định quy chuẩn xả thải cần thiết Theo Phan Đỗ Hùng cộng sư cho thấy ảnh hưởng tỉ lệ cấp nước thải đến hiệu xử lý trình SBR hai chu trình thiếu - hiếu khí cấp nước hai lần so sánh với chế độ cấp nước lần Với q trình SBR hai chu trình thiếu-hiếu khí, cấp nước hai lần giải pháp để nâng cao hiệu xử lý T-N trình Thưc nghiệm cho thấy, tăng tỉ lệ cấp nước (tỉ lệ lượng nước thải cấp lần thứ Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật tổng lượng nước thải xử lý mẻ), lúc đầu hiệu suất xử lý T-N tăng, nhiên đến giới hạn định hiệu suất xử lý T-N giảm trở lại Hiệu suất xử lý T-N ba tỉ lệ cấp nước nghiên cứu cao, tỉ lệ 2/3 đạt cao nhất, khoảng 85 ÷ 90 % Hiệu suất xử lý T-N thưc nghiệm tỉ lệ cấp nước thấp 1/2 2/3 phù hợp với hiệu suất lý thuyết Hiệu suất xử lý COD chế độ cấp nước hai lần cao, 85 ÷ 90 % tỉ lệ cấp nước 2/3, xấp xỉ với trường hợp cấp nước lần [5] 1.2 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA NƢỚC THẢI HỮU CƠ 1.2.1 Xenluloza nƣớc thải Trong nước thải hữu hàm lượng chiếm xenluloza thành phần chủ yếu tổ chức thưc vật Trong xác thưc vật (nhất thân rễ) thành phần hữu chiếm tỷ lệ cao xenluloza Hàm lượng xenluloza thưc vật thường thay đổi khoảng 30 ÷ 80 % (tính theo trọng lượng khô), sợi hàm lượng thường vượt 90 % [30] Xenluloza polysaccarit bền vững, cấu tạo nhiều gốc anhydroglucoza, liên kết với nhờ dây nối β-1,4-glucozit Mỗi phân tử xenluloza thường chứa từ 1.400 đến 10.000 gốc glucoza Khối lượng phân tử xenluloza khác phụ thuộc vào loại thưc vật (ở bơng 150.000 ÷ 1.000.000, sợi gai lên tới 1.840.000) Trên chuỗi glucan đơn vị lặp lại glucoza mà xenlobioza Mỗi phân tử glucoza có dạng “ghế bành”, phân tử quay o 180 so với phân tử vị trí β nhóm hydroxyl mặt phẳng nằm ngang phân tử Xenluloza có cấu trúc lớp sợi song song, phân tử chuỗi xenluloza gắn với nhờ mạng lưới liên kết hydro, lớp gắn với nhờ lưc Van- der-Van Trong tư nhiên, chuỗi glucan xenluloza có cấu trúc dạng sợi, đơn vị sợi nhỏ có đường kính khoảng nm Các sợi sơ cấp hợp lại thành vi sợi có đường kính từ 10 ÷ 40 nm, vi sợi hợp thành bó sợi to quan sát kính hiển vi quang học Tồn lớp sợi có lớp vỏ hemixenluloza lignin rắn bao bọc bên Phân tử xenluloza có cấu trúc khơng đồng Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật gồm hai vùng: Vùng kết tinh có trật tư cao, bền vững vùng vơ định hình trật tư bền vững Vùng vơ định hình hấp thụ nước trương lên, vùng kết tinh mạng lưới liên kết hydrogen ngăn cản sư trương Xenluloza có cấu trúc đặc, bền với sư có mặt lớp vỏ hemixenlulo-lignin khiến cho sư xâm nhập enzym vào cấu trúc khó khăn làm tăng tính kỵ nước chuỗi β-1-4-glucan, làm cản trở tốc độ phản ứng thủy phân Xenluloza hợp chất cacbon chiếm tỷ lệ trọng lớn (50 %) tổng số hydratcacbon tư nhiên thành phần hữu chủ yếu rác, giấy, gỗ, thân cây, cành cây, cây, rơm rạ, sợi đay, vải bơng, vv… Hình 1.1 Hình ảnh hợp chất cao phân tử xenluloza [30] Mầu nâu - cacbon, màu đỏ - oxy, màu trắng - hydro Xenluloza có cấu trúc bền vững Khơng tan nước, khơng bị tiêu hóa đường tiêu hóa người động vật Trong dày động vật nhai lại đất có nhiều vi sinh vật có khả phân giải xenluloza 1.2.2 Hemixenluloza nƣớc thải Trong tế bào thưc vật hemixenluloza đứng thứ hai khối lượng Trong thành phần hemixenluloza có nhiều loại đường khác nhau, tên chúng thường gọi theo tên loại đường chủ yếu có thành phần chúng Khối lượng phân tử hemixenluloza nhỏ nhiều so với xenluloza, thường chúng có khoảng 150 gốc đường Các gốc đường đơn nối với liên kết β-1-4, β-1-3, β-1-6 glucozit Các hemixenluloza thường tạo mạch ngắn phân nhánh, so với xenlulo hemixenluloza có cấu trúc không chặt chẽ dễ bị phân giải axit yếu kiềm yếu, đơi bị phân giải nước nóng [30] Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật 1.2.3 Protein nƣớc thải Protein hợp chất cao phân tử chứa nitơ (15 ÷ 17 % tính theo trọng lượng khơ) Protein thành phần quan trọng thể động, thưc vật Sư phân giải protein trải qua trình thuỷ phân protein thành polypeptit, sau axit amin, q trình amon hố, nitrat hố phản nitrat hố Q trình amon hố q trình chuyển hoá hợp chất nitơ hữu thành nitơ dạng khống Q trình nitrat hố q trình chuyển hoá chất ammoniac ban đầu thành axit nitơ sau thành axit nitric Q trình khử nitrat thành nitơ gọi phản nitrat hoá[ 16] 1.2.4 Tinh bột nƣớc thải Tinh bột cacbonhyđrat cao phân tử bao gồm đơn vị D-glucoza nối với liên kết α-glucozit Công thức phân tử gần (C6H10O5)n n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo hai loại polyme amiloza amilopectin Amiloza polime mạch thẳng gồm đơn vị Dglucoza liên kết với liên kết α-1,4-glucozit Amilopectin polime mạch nhánh, ngồi chuỗi glucoza thơng thường có chuỗi nhánh liên kết với chuỗi liên kết α-1,6-glucozit Trong tư nhiên, tinh bột thành phần chủ yếu loại ngũ cốc, củ, Hàm lượng tinh bột có hạt củ 40  70 %, phần khác  25 % Chúng đóng vai trò nguồn dư trữ lượng cho trình nảy mầm hạt, nguồn lương thưc chủ yếu người Enzym thủy phân tinh bột phân hủy chủ yếu liên kết α-glucozit Nhóm enzym gồm enzym: α-amylaza, β-amylaza, glucoamylaza, dextrinaza [16] 1.2.5 Một số vi sinh vật gây bệnh khác nƣớc thải Các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu nước thải: Salmonella spp., vài lồi Salmonella hiện nước thải đô thị, kể S typhi (gây bệnh thương hàn) Doran cộng sư cho số lượng 700 Salmonella/l; khoảng chừng Shigellae khoảng 1.000 Vibrio cholera/l thường phát nước thải đô thị khu vưc nhiệt đới Shigellae Vibrio cholera nhanh chóng chết thải Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn K16 10 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật nghiệm chúng tơi pha lỗng nước thải theo tỷ lệ nước thải : nước máy Tiến hành thí nghiệm xử lý nước thải sau hầm biogas quy mô 2,5 m /mẻ 3.3.2 Hiệu chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải sau hầm biogas Tư kêt qua nghiên cưu cho thây cac chung vi khuân tuyên chon co kha sư dụng tốt hợp chất hữu đặc biệt đường , axit hữu Tuy nhiên, để xử lý nước thải ngồi khả sử dụng tốt nguồn đường , axit, tinh bơt, xenluloza, hemixenluloza, chúng phải có khả kết dính lại với lăng xng sau qua trinh xư ly Đê co thê ưng dung cac chung vi khuân đa tuyên chon vao qua trinh xư ly nươc thai giau hưu , cân tiên hanh thi nghiêm sau : chủng giống vi khuẩn đươc giư môi trương MPA thach nghiêng va đươc hoat hoa môi trương MPA long may lăc tron 220 vòng/phút, cho đên chung phat triên tơt , nhiệt độ thời gian ni thích hợp cho chủng, số lượng tế bào đạt khoảng 10 /ml dịch ni Thí nghiệm xử lý nước thải sau hầm biogas thưc quy mô 2,5 m /mẻ, bổ sung % chủng giống Kết bước đầu phân tích nước thai sau 48 tổng hợp hình 3.19 bảng 3.11 Hình 3.19 Xư ly nươc thải quy mơ 2,5 m /mẻ (Tại xóm Văn Miếu, thôn Đại phùng, xã Đan Phượng, huyện Đan Phượng, Hà Nội) Đối với trình xử lý , q trình tác h bun khoi hơp bun - nươc đê làm nước xử lý , đông thơi co thê hôi lưu bun hoat tinh vê bê suc nhăm Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn tri bun hoat tinh bê suc nông đô ôn đinh la tuyêt đôi cân thiêt Do đo khả lắng bùn thong số có ý nghĩa quan trọng , quyêt đinh đên hiêu qua xư ly tính ổn định trình Khả lắ ng cua bun hoat tinh phu thuôc vao vi sinh vât co đo Nêu co nhiêu phân vi sinh vât dang sơi bun se khó lắng, đo se xay hiên tương phông bun Các nguyên nhân chủ yếu gây hiên tương phôn g bun la : pH không thich hơp , DO qua thâp , thiêu phân dinh dương N, P hay tai lương hưu qua cao Xác định khả tạo bùn lắng dịch xử lý Dịch nước thải xử lý lắc rót vào ống đong 500 ml Đê lăng tư nhiên, sau 30 phút ghi lại thê tich bun lăng hinh 3.20 bảng 3.11 a/ b/ Hình 3.20 Hình ảnh nước thải trước sau xử lý a/ Nước thải trước xử lý; b/ Nước thải sau xử lý Chỉ số Coliforms nước thải xác định: Mỗi độ pha lỗng ni cấy lặp lại nhiều lần (3 ÷ 10 lần) Các độ pha loãng lưa chọn cho lần lặp lại có số lần dương tính có số lần âm tính Số lần dương tính ghi nhận so với bảng thống kê Mac Crady Kết xác định số Coliforms nước thải sau xử lý trình bày hình 3.21 Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 3.21 Xác định số lượng Coliforms theo phương pháp MPN Kết hình 3.21 cho thấy nước thải sau xử lý ống : : tương ứng với số Coliorms 43 x 10 = 4.300 Bảng 3.11 Kết phân tích chất lượng nước thải trước sau xử lý Đầu khơng chế phẩm Đầu có chế phẩm 6,5 7,1 COD, mg/l 1.254 BOB5, mg/l Thông số Đầu vào QCVN 40:2011/TNMT Cột A Cột B 7,8 6÷9 5,5 ÷ 932 96 100 150 750 612 47 30 50 TSS, mg/l 131 126 94 50 100 N tổng số, mg/l 152 135 29 20 40 P tổng số, mg/l 7,2 6,4 5,7 Tổng Coliforms, MPN/100 ml 7.500 7.500 4.300 3.000 5.000 Màu, (Co-Pt pH 7) 160 80 30 50 150 - Không khó chịu Khơng khó chịu Khơng khó chịu - pH SV30, % Mùi Ghi chú: -: Khơng có QCVN 40:2011/TNMT Chỉ số bùn lắng dịch xử lý SV30: Dịch nước thải xử lý lắc rót vào ống đong 500 ml Đê lăng tư nhiên , sau 30 phút ghi lại thể tích bùn lắng Với đầu vào khơng có bùn lắng Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Từ kết bảng cho thấy nươc thai x lý băng phương phap hiêu quy mơ phòng thí nghiệm sử dụng chủng vi khuẩn Bacillus licheniformis NT01; Bacillus subtlis NT03 Bacillus megaterium NT05 sau 48 xử lý số SV03 đat %; BOD đạt 47 mg/l; COD đạt 96 mg/l giam nhiều so vơi ban đâu , số Coliforms đạt 4.300 MPN/100 ml Nươc thai sau x lý đ ạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT đủ điều kiện thải hệ thống nước thải công cộng 3.3.3 Xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý nƣớc thải sau hầm biogas Từ kết trên, xây dưng quy trình cơng nghệ xử lý nước thải sau hầm biogas biện pháp sinh học sau: Nước thải sau hầm khí Bể điều hòa tỷ lệ nước thải : nước máy Sục khí Xử lý hiếu khí (10 lít/ phút / 100 lít) Chế phẩm vi sinh vật, % giống Bể lắng Phần nước (khử khuẩn) Bể chứa bùn Thải môi trường Hình 3.22 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải sau hầm biogas quy mơ 2,5 m /mẻ Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hố chủng vi khuẩn NT01, chủng NT03 chủng NT05 chủng Gram (+), ưa nhiệt, chịu NaCl từ ÷ %, pH thích hợp ÷ 8, có khả phân giải CMC, tinh bột làm loãng gelatin ’ Đã sử dụng khóa phân loại Bergey s kết hợp với Kit chuẩn hóa sinh API CHB, với ky thuật sinh học phân tử 16S xếp chủng vi khuẩn NT01 B licheniformis NT01, chủng vi khuẩn NT03 B subtlis NT03 chủng vi khuẩn NT05 B megaterium NT05 Đã xử lý nước thải sau hầm biogas quy mô 2,5 m /mẻ phương pháp xử lý hiếu khí sử dụng chủng vi khuẩn B licheniformis NT01 ; B subtlis NT03 B megaterium NT05 sau 48 xử lý số pH 7,8; BOD đạt 47 mg/l; COD đạt 96 mg/l, đặc biệt số Coliforms đạt 4.300 MPN/100 ml đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Đã xây trình quy trình cơng nghệ xử lý hiếu khí nước thải sau hầm khí quy mơ 2,5 m /mẻ KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu bổ sung thêm số chủng vi sinh vật khác xạ khuẩn, vi nấm để tăng hiệu xử lý nước thải Hoàn thiện chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giàu hữu lặp lại thí nghiệm xử lý nước thải giàu hữu quy mơ pilot Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN Nguyễn Thị Hồng Hà, Nguyễn Thế Trang, Nguyễn Thị Đà, Phạm Thị Thu Phương, Lê Thị Thanh Xuân, Nguyễn Thúy Nga, Lê Quang Sáng, Phạm Văn Duy (2014) Nghiên cứu đặc điểm sinh học phân loại số chủng vi khuẩn có khả sinh tổng hợp xenlulaza phân lập từ nước thải sau hầm biogas Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 30,6S Nguyễn Thế Trang, Nguyễn Thị Hồng Hà, Nguyễn Thúy Nga, Phạm Văn Duy (2014) Ứng dụng số chủng vi khuẩn xử lý nước thải giàu hữu sau hầm biogas, Tuyển tập báo cáo khoa học , Hội thảo khoa học quốc tế “Năng lượng tăng trưởng xanh khu vực ASEAN”, Hà Nội 2014 Nhà xuất Khoa hoc tư nhiên va Cơng nghê Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Đặng Thị Mai Anh, Tăng Thị Chính, Ngun Thị Hòa, Ngun Hồng Khánh (2013) Ảnh hưởng điều kiện cấp khí lên sinh trưởng vi khuẩn Bacillus thuringiensis var Kurstaki nuôi cấy môi trường bùn hoạt tính, Báo cáo khoa hoc , Hơi nghi Công nghê s inh hoc toan quôc 2013, Quyên NXB Khoa học tư nhiên Công nghệ, 2529 Lê Trần Bình, Phan Văn Chi, Nơng Văn Hải, Trương Nam Hải, Lê Quang Huấn (2003) Áp dụng kỹ thuật phân tử nghiên cứu sinh vật Việt Nam NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội Tăng Thị Chính (2001) Nghiên cứu vi sinh vật phân giải xenlluloza phân hủy rác thải hiếu khí ứng dụng Luận án tiến sĩ sinh học, Viện Công nghệ sinh học, Trung tâm Khoa học tư nhiên Cơng nghệ Quốc gia Tăng Thị Chính, Đặng Mai Anh, Nguyễn Thị Hòa, Trần Văn Tưa (2013) Ứng dụng chế phẩm vi sinh (SAGI - BIO) để xử lý chất thải rắn chăn nuôi lợn, Báo cáo khoa học, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Sinh học tồn quốc 2013, NXB Khoa học tư nhiên Công nghệ, Hà Nội, 80-84 Hoàng Kim Cơ (chủ biên), Trần Hữu Uyển, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hồng (2000) Kỹ thuật môi trường, NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đăng Đức, Đặng Hồng Miên, Nguyễn Vĩnh Phước, Nguyễn Đình Quyến, Nguyễn Phùng Tiến, Phạm Văn Ty (1972) Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật, tập NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Đoàn Xuân Mượu, Nguyễn Phùng Tiến, Đặng Đức Trạch, Phạm Văn Ty (1976) Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật, tập 2, NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Đoàn Xuân Mượu, Nguyễn Phùng Tiến, Đặng Đức Trạch Phạm Văn Ty (1977) Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học, tập 3, NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Egorov N X (1983) Người dịch: PGS Nguyễn Lân Dũng, Thực tập vi sinh vật học, NXB “MIR” Maxcơva NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 10 Nguyễn Quang Huy, Ngơ Thị Kim Tốn (2014) Khả tích lũy photpho tạo biofilm chủng Bacillus lichenifomis A4.2 phân lập Việt Nam Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tư nhiên Công nghệ, 30(1): 43-50 11 Phan Đỗ Hùng, Phạm Thị Hải Thịnh, Trần Thị Thu Lan (2013) Xử lý đồng thời hữu nitơ nước thải chăn nuôi lợn phương pháp SBR: Ảnh hưởng chế độ cấp nước thải Báo cáo khoa học , Hôi nghi Công nghê sinh học toàn quốc 2013, Quyên NXB Khoa hoc tư nhiên va Công nghê, 261-265 12 Lê Gia Hy, Đặng Tuyết Phương (2010) Enzym vi sinh vật chuyển hóa sinh học Nxb Khoa học tư nhiên Công nghệ Hà Nội 13 Lê Gia Hy, Khuất Hữu Thanh (2010) Cơ sở công nghệ vi sinh vật ứng dụng, NXB Giáo dục Việt Nam 14 Lê Quang Khôi, Trương Trọng Ngơn, Cao Ngọc Diệp (2013) Ứng dụng vi khuẩn tích lũy poly-phosphat để loại bỏ phosphor hòa tan nước thải Báo cáo khoa học cơng nghệ sinh học tồn quốc 2013, Quyên NXB Khoa hoc tư nhiên va Công nghê, 284-288 15 Vũ Thúy Nga, Lương Hữu Thành, Phạm Văn Toản (2013) Nghiên cứu cải thiện chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn chế phẩm vi sinh vật Báo cáo khoa học, Hôi nghi Công nghê sinh hoc toan quôc 2013, Quyên NXB Khoa hoc tư nhiên va Công nghê, 389-392 16 Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy (2004) Công nghệ xử lý nước thải chất thải rắn NXB Khoa học Ky thuật, Hà Nội 17 QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn ky thuật quốc gia nước thải công nghiệp 18 TCVN 5988 - 1995 (ISO 5664-1984) Chất lượng nước - Xác định amoni Phương pháp chưng cất chuẩn độ 19 TCVN 6001 - 1995 (ISO 5815 - 1989) Chất lượng nước - Xác định nhu cầu oxi sinh hoá sau ngày (BOD5) - phương pháp cấy pha loãng 20 TCVN 6187 - : 1996 (ISO 9308 - : 1990) Chất lượng nước - Phát Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn đếm vi khuẩn Coliform, vi khuẩn Coliform chịu nhiệt Escherichia coli giả định Phần 2: Phương pháp nhiều ống 21 TCVN 6492 - 1999 (ISO 10523 - 1994) Chất lượng nước - Xác định pH 22 TCVN 6625 - 2000 (ISO 11923-1997) Chất lượng nước - Xác định chất rắn lơ lửng cách lọc qua lọc sợi thuỷ tinh 23 TCVN 6185:2008 Chất lượng nước - Kiểm tra xác định độ màu 24 Quyền Đình Thi, Nông Văn Hải (2008) Những kỹ thật PCR ứng dụng phân tch DNA, tập 2, NXB Khoa học tư nhiên Công nghệ, Hà Nội 25 Phạm Thị Hải Thịnh, Phan Đô Hung , Trân Thi Thu Lan (2012) Xư ly đông thơi hưu va nitơ nươc thai chăn nuôi lơn băng phương phap SBR chê đô vân hanh va : Ảnh hương cua tỉ lệ cacbon hữu nitơ Báo cáo khoa học, Hội nghị công nghê sinh hoc toan quôc 2012 NXB Khoa học tư nhiên Công nghệ, 153-161 Tài liệu tiếng nƣớc 26 Bernfeld, A P (1995) Methods in Enzymology, 1: pp 149-158 27 Bhat, M.K (2000) Cellulases and related enzyms in biotechnology Blotech, Adv, 18, 355 - 383 28 Bortone G., Gemelli S., Rambaldi A And Tilche A (1992) Nitrification, Denitrification and Biological Phosphate Removal in Sequencing Batch Reactors Treating Piggery Wastewater Wat Sci Tech 26(5-6): pp 977- 985 29 Chang Won Kim, Myung – Won Choi, Ji-Yeon Ha (2000) Optimazation of operating mode for sequecing batch reactor (SBR) treating piggery wastewater with high nitrogen, nd Int Sym On SBR Technology IWA, 10-12, July, France 30 Dong-Shan An, Wan-Taek Im, Hee-Chan Yang, Myung Suk Kang, Kwang Kyu Kim, Long Jin, Myung Kyum Kim and Sung-Taik Lee (2005) Cellulomonas terrae sp Nov., a cellulolytic and xylanolytic bacterium isolated from soil International Journal of Systematic and Evolutonary Microbiology, 55: pp 1705-1709 Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 31 Jiayang Cheng, Bin Liu (2011) Nitrification/Denitrification in Intermittent Aeration Process for Swine Wastewater Treatment Journal of Environment Engineering 127(8): pp 705-711 32 John G Holt, Noel R Krieg, Peter H A Sneath, James T Staley and Stanley T Wiliams (1986) Bergey’s manual of Systematic Bacteriology, 9th Edition, 33 N Annamalai, R Thavasi, S Vijayalakshmi, T Balasubramanian (2011) A novel thermostable and halostable carboxymethylcellulase from marine bacteria Bacillus licheniformis AU01 World J Microbiol Biotechnol 27: pp 2111-2115 34 N Mohammad, J Keum, Md J Alam (2011) Treatment of Swine Wastewater Using Sequecing Batch reactor Engineering in Agriculture Environment and Food 4(2): pp 4753 35 LL Bao, L Dong, H Xiang-kun, Z Rong-xin, L Jie, X Yang, Guang-qing (2007) Photphorus accumulation by bacteria isolated from a continuous-flow two-sludge system, J Environ Sci 19(4): pp 391 36 Tarnitip Rattana, et.al (2008) Reducing of COD from fruit cannery waste effluent using Candida utlis CBS 1517 in batch culture 37 Williams, A.G (1983) Staining reactions for the detection of hemicelluloses – degrading bacteria FEMS Microbiol Lett 20: 253 - 258 28 Bernfeld, A P (1995), Methods in Enzymology,1: pp.149-158 38 ZhiJian Zhang, Jun Zhu, Jennifer King, WenHong Li (2006) A Two-step Fed SBR for Treating Swine manure Process Biochemistry, 41: pp 892-900 Số hoá Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Một số hình ảnh giấy xác nhận trình thực luận văn a/ b/ Hình phụ lục Ảnh sử dụng Kit chuẩn CHB chủng vi khuẩn NT01 a/ 24 ni; b/ 48 ni a/ b/ Số hố Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình phụ lục Ảnh sử dụng Kit chuẩn CHB chủng vi khuẩn NT03 a/ 24 nuôi; b/ 48 nuôi b/ a/ Hình phụ lục Ảnh sử dụng Kit chuẩn CHB chủng vi khuẩn NT05 a/ 24 ni; b/ 48 ni Hình phụ lục Cùng nhóm đề tài thu mẫu K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật (tại thôn Đại Phùng, xã Đan Phượng, huyện Đan Phượng, Tp Hà Nội) K16 Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật Luận văn Thạc sĩ sinh học K16 Nguyễn Thị Hồng Hà Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật ... VSV có sẵn để giúp cho trình xử lý đạt kết tốt [1] Vì vậy, đề tài: Nghiên cứu đặc điểm sinh học số chủng vi sinh vật có khả sinh tổng hợp enzym nhằm định hướng ứng dụng xử lý nước thải hữu cơ ... HỮU CƠ Có nhiều biện pháp xử lý nước thải: Xử lý học, xử lý hóa học, xử lý sinh học, xử lý cơ- lý-hóa, xử lý nhờ kết hợp biện pháp sinh học cơ- lý-hóa Trong phương pháp phương pháp xử lý sinh học. .. pháp sinh học xử lý nitơ, photpho nước ô nhiễm hướng nghiên cứu Trong nghiên cứu Jorgensen Pauli, số chủng vi sinh vật có khả tích lũy photpho có khả khử nitrat [18]  Hàm lượng photpho Số hoá