Khảo sát ứng dụng chủng vi khuẩn phản nitrate achromobacter xylosoxidans trong xử lý nước thải thủy sản nồng độ muối cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN/ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CHỦNG VI KHUẨN PHẢN NITRATE ACHROMOBACTER XYLOSOXIDANS TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN NỒNG ĐỘ MUỐI CAO Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : Ths Huỳnh Văn Thành Sinh viên thực MSSV: 1151110348 : Võ Thị Diệp Thúy Lớp: 11DSH03 TP Hồ Chí Minh, 2015 LỜI CAM ĐOAN Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn khoa học ThS Huỳnh Văn Thành – Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp.Hồ Chí Minh Những kết có đồ án hồn tồn không chép từ đồ án tốt nghiệp người khác hình thức Các số liệu trích dẫn đồ án tốt nghiệp hồn tồn trung thực Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn đồ án tốt nghiệp TP.HCM, ngày 20 tháng 08 năm 2015 Sinh viên thực Võ Thị Diệp Thúy i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến ba mẹ gia đình tạo điều kiện tốt cho em cắp sách đến trường.theo đuổi đường học vấn mà em chọn suốt 16 năm qua Lời thứ hai, cho em gửi lời tri ân chân thành đến thầy Ths Huỳnh Văn Thành Ts Nguyễn Hồi Hương tận tình hướng dẫn, bảo suốt thời gian dài làm đồ án để em hồn thành đồ án tốt nghiệp với kết tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Công nghệ sinh họccùng ban giám hiệu nhà trường tạo điều kiện thuận lợi từ điều kiện học tập, trang thiết bị máy móc em làm việc thực đề tài tốt nghiệp em đạt kết tốt Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chị Lê Trần Ánh Tuyết, chị Võ Phương Huỳnh bạn lớp 11DSH, người động viên giúp đỡ để em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn Thầy Cô Hội đồng phản biện dành thời gian đọc nhận xét đồ án TP.HCM, ngày 20 tháng năm 2015 Sinh viên thực Võ Thị Diệp Thúy ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN Chu trình nitơ q trình chuyển hóa nitơ nước thải 1.1.1 Nitơ hợp chất nitơ 1.1.2 Q trình chuyển hóa nitơ nước thải .5 1.1.2.1 Quá trình chuyển hóa nitơ mơi trường nước 1.1.2.2 Quá trình tự làm nguồn nước 1.1.3 1.2 Quá trình khử hợp chất nitơ phương pháp sinh học 1.1.3.1 Chu trình sinh địa hóa nitơ .8 1.1.3.2 Quá trình amon hóa 1.1.3.3 Q trình nitrate hóa 10 1.1.3.4 Quá trình phản nitrate hóa 10 1.1.3.5 Quá trình cố định nitơ 11 Tình hình gây nhiễm nguồn nước thải chứa nitơ .11 1.2.1 Nước sinh hoạt 11 1.2.2 Nước thải công nghiệp 13 1.2.2.1 Nước thải công nghiệp chế biến sữa 16 1.2.2.2 Nước thải công nghiệp sản xuất bia .17 1.2.2.3 Nước thải công nghiệp chế biến thủy sản 18 1.2.3 Nước thải nông nghiệp, chăn nuôi 31 1.2.4 Tác động nước thải chứa nitơ đến môi trường .34 1.2.4.1 Tác động đến môi trường nước 34 1.2.4.2 Tác động đến sức khỏe người 35 1.3 Phương pháp khử nitơ nước thải 37 1.3.1 Phương pháp hóa lý 37 1.3.2 Phương pháp xử lý hóa học 38 1.3.2.1 Phương pháp trao đổi ion .38 1.3.2.2 Phương pháp oxy hóa khử .39 1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học 39 1.3.4 Các vấn đề tồn 39 1.4 Các vi sinh vật xử lý nitơ 41 1.4.1 Vi khuẩn nitrate hóa 41 1.4.2 Vi khuẩn phản nitrate hóa .42 1.4.2.1 Pseudomonas stutzeri .44 1.4.2.2 Paracoccus denitrificans .45 1.4.2.3 Bacillus azotoformans 47 1.4.2.4 Thiobacillus denitrificans .48 1.4.2.5 Achromobacter xylosoxidans .49 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .61 2.1 Thời gian địa điểm 61 2.2 Vật liệu-hóa chất- dụng cụ thiết bị thí nghiệm 61 2.2.1 Vật liệu 61 2.2.2 Hóa chất 61 2.2.3 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm .61 2.3 Nội dung nghiên cứu 61 2.3.1 Bố trí thí nghiệm 61 2.3.2 Nhân giống tăng sinh .62 2.3.3 Khảo sát nồng độ Chlorine tối thiểu tiêt diệt Achomobacter xylosoxidans .63 2.3.3.1 Khảo sát nồng độ Chlorine tối thiểu tiêu diệt Achomobacter xylosoxidans mơi trường LB 63 2.3.3.2 Khảo sát nồng độ Chlorine tối thiểu tiêu diệt Achomobacter xylosoxidans môi trường Gitay .64 2.3.3.3 Khảo sát nồng độ Chlorine tối thiểu tiêu diệt Achomobacter xylosoxidans mơi trường Giltay agar 65 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chlorine đến khả phản nitrate Achromobacter xylosoxidan 66 2.3.5 Kiểm tra khả chịu nồng độ muối Achomobacter xylosoxidan môi trường Giltay 67 2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng chlorine muối đến khả phản nitrate Achomobacter xylosoxidans 68 2.3.7 Khảo sát khả xử lý nước thải nồng độ muối chlorine cao mơ hình bioreactor quy mơ phòng thí nghiệm 68 2.4 Phương pháp phân tích 70 2.4.1 Phương pháp dựng đường chuẩn 70 2.4.1.1 Phương pháp dựng đường chuẩn nitrate 70 2.4.1.2 Phương pháp dụng đường chuẩn nitrite 71 2.4.1.3 Phương pháp dựng đường chuẩn amoni 72 2.4.2 + - + 2.4.2.1 Phản ứng định tính amoni (NH4 ): .73 2.4.2.2 Phản ứng định tính nitrite (NO2 ): 74 2.4.2.3 Phản ứng định tính nitrate (NO3 ): 74 2.4.3 - - Phương pháp định lượng .76 2.4.3.1 Phương pháp định lượng nitrate (Nguyễn Văn Phước, 2005) .76 2.4.3.2 Phương pháp định lượng NO2 .78 2.4.3.3 Phương pháp định lượng NH4 78 2.4.4 - + Phương pháp xác định COD 79 CHƯƠNG 3.1 - Phương pháp định tính NH4 , NO3 , NO2 73 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .82 Khảo sát nồng độ Chlorine tối thiểu tiêt diệt Achomobacter xylosoxidans 82 3.1.1 Khảo sát nồng độ chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans mơi trường LB Giltay 82 3.1.1.1 Khảo sát nồng độ chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans môi trường LB 82 3.1.1.2 Khảo sát nồng độ chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans mơi trường Giltay 83 3.1.2 Khảo sát mật độ Chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans môi trường Giltay agar 84 3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chlorine đến khả phản nitrate Achromobacter xylosoxidans .86 3.3 Kiểm tra khả chịu muối chủng vi khuẩn Achromobacter xylosoxidans 93 3.4 Khảo sát ảnh hưởng chlorine muối đến khả phản nitrate Achromobacter xylosoxidans .98 3.5 Khảo sát khả xử lý nước thải nồng độ muối chlorine cao mơ hình bioreactor quy mơ phòng thí nghiệm 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .110 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CB Chế TS Nhu cầu O (Dis M Moving BB biore N H H O O Tp vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần tính chất nước xám nước đen (Almeida nnk, 2000; Eilersen nnk, 1999, Henze, 1997;Sunberg, 1995) 12 Bảng 1.2 Thành phần, tính chất nồng độ chất nước thải sinh hoạt tòa nhà (Trần Ngọc Lân, 2012) 13 Bảng 1.3 Tính chất đặc trưng nước thải số ngành công nhiệp (Nguyễn Thị Lệ Diệu, 1997) 14 Bảng 1.4 Chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải tập trung khu cơng nghiệp (Phạm Đình Đơn, 2005) .15 Bảng 1.5 Thành phần nước thải công nghiệp chế biến sữa (Trần Văn Nhân, 1999) 17 Bảng 1.6 Tính chất đặc trưng nước thải ngành sản xuất Bia (Lương Đức Phẩm, 2005) 18 Bảng 1.7 Thành phần nước thải chế biến thủy sản (Tổng cục môi trường, 2009) 23 Bảng 1.8 Đặc tính nước thải nhà máy cá khơ (Nguyễn Phước Dân, 2008) 25 Bảng 1.9 Thành phần phân tươi số lồi vật ni (Lê Văn Cát, 11/2007) 33 Bảng 1.10 Mức độ ô nhiễm trung bình khoảng nhiễm ao ni cá da trơn phụ thuộc vào mùa ni (Phạm Đình Đôn, 2014) 34 Bảng 1.11 Mức độ ô nhiễm ao nuôi tôm phụ thuộc vào mật độ nuôi (con/m2) (Lê Văn Cát, 11/2007) 34 Bảng 1.12 Tiêu chuẩn hàm lượng nitrate nitrite nước uống số tổ chức (http://www.genome.jp) 37 Bảng 1.13 Các phương pháp xử lý nitơ nước thải 40 Bảng 1.14 Phân loại Achromobacter xylosoxidans 49 Bảng 1.15 Đặc điểm sinh hóa vi khuẩn Achromobacter xylosoxidans (Nguyễn Thị Hồng Đào, 2012) 50 Bảng 1.16 Q trình khử nitrate dị hóa khử nitrate đồng hóa chu trình N vi khuẩn nhân thực ( Walter G Zumft, 1997) 54 Bảng 1.17 Nồng độ methanol sử dụng để khử nitrate nitrite hoàn toàn (A) (Michael H Gerardi, 2002) 58 Bảng 2.1 Cách pha dung dịch chlorine gốc nồng độ khác 64 Bảng 2.2 Các thơng số mơ hình bioreactor xây dựng từ thí nghiệm (Huỳnh Văn Thành, 2013) 69 Bảng 2.3 Trình tự tiến hành dựng đường chuẩn nitrate 71 Bảng 2.4 Tiến trình dựng đường chuẩn nitrite 72 Bảng 2.5 Tiến trình dựng đường chuẩn amoni 73 + - - Bảng 2.6 Cường độ màu NH4 - NO2 & NO3 với thuốc thử tương ứng phản ứng định tính 75 Bảng 2.7 Các bước định lượng nitrate .77 Bảng 2.8 Các bước tiến hành định lượng nitrite 78 + Bảng 2.9 bước tiến hành định lượng NH4 79 Bảng 2.10 bước tiến hành chuẩn bị mẫu COD 80 Đồ án tốt nghiệp Analysis of Variance for nitrite - Type III Sums of Squares So Su Df ur m ce of M AI A: 34 m 84 B: 49 th 02 R 67 24 ES 0.2 T 49 29 OT 73 A 4.4 L M F- Pea n Ra Va tio lue 34 1.2 0.2 84 75 12 43 0.0 25 8.9 00 27 92 m Co LS LS Ho au un mo M Si kh t ge ea g ne ao doi 15 20 1.3 X ch 79 64 un 54 44 g 15 22 1.3 X thi ng 95 64 C Si Di +/ on g ffe tr re Li as doi n- 3.9 ch 2.1 82 un 55 52 g 34for amoni - Type III Sums of Squares Analysis of Variance So Su Df ur m ce of M AI A: 16 m 98 B: 15 th 80 M F- Pea n Ra Va tio lue 16 0.3 0.5 98 55 39 83 0.0 50 25 00 38 Đồ án tốt nghiệp R 11 24 47 ES 38 45 T 16 29 OT 95 A 6.9 L Multiple Range Tests for amoni by mau khao sat m Co LS LS Ho au un mo kh t M Si ge ea g ao thi 15 31 1.7 ne X ng 62 78 doi 15 33 1.7 X ch 12 78 un 72 62 g C Si on g tr as doi ch un g Di +/ ffe re n1.5 Li 5.1 04 91 86 45 Analysis of Variance for COD - Type III Sums of Squares So Su Df ur m ce of M AI A: 22 m 53 B: 6.0 th 43 R 1.2 24 ES 08 T 6.1 29 OT 86 A 8E L M F- Pea n Ra Va tio lue 22 4.4 0.0 53 44 1.5 30 0.0 10 0.1 00 50 33 39 Đồ án tốt nghiệp m Co LS LS Ho au un mo kh t M Si ge ea g ao doi 15 34 57 ne X ch 00 92 un 72 gthi 15 35 57 X ng 73 92 C Si on g tr as doi * ch un Xây dựngg mô Di +/ ffe re Li nc - 16 17 9.0 3.3 78 33 hình bioreactor cho trình phản nitrate chủng Achromotobacter xylosoxidans nước thải chế biến thủy sản Analysis of Variance for nitrate - Type III Sums of Squares So Su Df M F- Pur m ea ce of n Ra Va tio lue M AI A: 23 11 16 0.0 m 28 64 50 00 B: 12 62 88 0.0 th 52 63 75 00 R 15 22 70 ES 52 5.8 T 16 26 OT 40 A 91 L m Co LS LS Ho au mo ks un M Si ge t ea g thi 38 8.8 ne X ng 93 55 doi 40 8.8 X ch 16 55 un 01 79 gdo 10 8.8 X i 1.8 55 40 Đồ án tốt nghiệp Co Si ntr g ast doi * ch un gdoi * ch un gdoi ch un g Di +/ ffe re n61 Li 25 67 97 61 32 62 25 90 97 02 32 1.2 25 24 97 11 32 Analysis of Variance for nitrite - Type III Sums of Squares So Su Df ur m ce of M AI A: 34 m 84 B: 19 th 1.6 R 52 22 ES 3.4 T 75 26 OT 0.0 A 08 L M F- Pea n Ra Va tio lue 17 0.7 0.4 42 92 95 4.0 0.0 83 32 23 79 m Co LS LS Ho au un mo ks t M Si ge ea g thi 4.4 1.6 ne X ng 75 26 doi 5.9 1.6 X ch 80 26 un 47 01 gdoi 7.2 1.6 X ch 54 26 un 78 01 g 41 Đồ án tốt nghiệp Co Si ntr g ast doi ch un gdoi ch un gdoi ch un g Di +/ ffe re n1.2 Li 4.7 74 68 31 92 2.7 4.7 79 68 32 92 1.5 4.7 05 68 92 Analysis of Variance for amon - Type III Sums of Squares So Su Df ur m ce of M AI A: 18 m 49 B: 39 th 82 R 10 22 ES 30 T 68 26 OT 62 A 12 L M F- Pea n Ra Va tio lue 92 19 0.0 4.8 75 00 19 42 0.0 91 51 00 46 83 m Co LS LS Ho au un mo M Si ks t ge ea g ne doi 30 2.2 X ch 33 81 un 44 gthi 30 2.2 X ng 60 81 doi 48 2.2 X ch 02 81 un 66 g 42 Đồ án tốt nghiệp Co Si ntr g ast doi * ch un gdoi * ch un gdoi ch un g du Di +/ ffe re n17 Li 6.6 69 90 22 55 17 6.6 42 90 11 55 - 6.6 90 0.2 55 71 14 Analysis of Variance for cod - Type III Sums of Squares So Su Df ur m ce of M AI A: 2.6 m 34 B: 2.5 th 21 R 1.9 22 ES 34 T 2.9 26 OT 78 A 07 L E7 M F- Pea n Ra Va tio lue 1.3 14 0.0 17 98 00 1.2 14 0.0 60 3.3 00 87 94 Multiple Range Tests for cod by mau ks m Co LS LS Ho au un mo ks t M Si ge ea g thi 12 98 ne X ng 44 85 doi 13 98 X ch 55 85 un 56 24 gdoi 19 98 X ch 55 85 43 Đồ án tốt nghiệp am Co Si ntr g ast doi * ch un gdoi * ch un gdoi ch un g Di +/ ffe re n60 Li 28 0.0 9.9 25 71 28 1.1 9.9 11 25 11 28 1.1 9.9 11 25 44 Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC C Khảo sát nồng độ chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans môi trường LB gia 45 Đồ án tốt nghiệp Khảo sát nồng độ chlorine tối thiểu tiêu diệt Achromobacter xylosoxidans môi trường Giltay T gian C 46 Đồ án tốt nghiệp 47 Đồ án tốt nghiệp 200 Khảo sát khả xử lý nước thải nồng độ muối chlorine cao mơ hình bioreactor quy mơ phòng thí nghiệm H m Ni lư tr ợ at ng e 48 Đồ án tốt nghiệp (g iờ ) 4 49 Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC D Giá trị thơng số nhiễm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải CBTS (QCVN11:2008/BTNMT) T T Đ T h ô n np vị H B m O g/ C m O g/ T m ổ g/ A m m g/ T m ổ g/ Cl m o g/ T m ổ g/ B m O g/ Giá trị C A B – 5 1 5, 50 80 10 20 60 20 00 Dụng cụ thiết bị mơi trường thí nghiệm Dụng cụ:  Chai thủy tinh 100ml  Ống nghiệm  Đèn cồn  Bình định mức 100ml  Ống đong 100ml, 250ml, 500ml  Cốc thủy tinh: 100ml, 250ml, 1000ml  Bình tam giác: 100ml, 250ml, 500ml, 1000ml  Pipet loại: 1ml, 2ml, 5ml, 10ml, 20ml, 25ml  Bóp cao su  Đũa thủy tinh  Giá đỡ ống nghiệm 50 Đồ án tốt nghiệp  Đĩa petri: đĩa thủy tinh đĩa nhựa  Micropipet: 100µl, 1000µl  Cuvet thủy tinh  Bông không thấm  Giấy lọc  Giấy đo pH, giấy đo chlorine  Parafine Thiết bị máy móc:  Máy đo quang phổ  Máy lắc  Tủ cấy vô trùng  Máy nước cất  Tủ hút  Bếp từ, bếp đun  Nồi hấp Autoclave  Tủ sấy  Tủ lạnh  Cân phân tích Mơi trường Giltay (Egorov NS , 1986) Du ng dịc K N N ướ Du ng Cit ric K H2 M 1g 1g 0,25l g g g g S 51 Đồ án tốt nghiệp FeCl2.4H2O vết Nước máy 0,25l Hòa 0.25l dung dịch A vào 0.25l dung dịch B chỉnh pH =7 KOH 10%, định mức 1l Môi trường LB Tr yp Ye ast Na Cl KÍ C g 1g/l 52 ... xử lý nước thải thủy sản nồng độ muối cao Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát nồng độ muối chlorine thích hợp để q trình xử lý nitrate chủng vi khuẩn Achromobacter xylosoxidans nước thải thủy sản nồng. .. nước thải thủy sản nồng độ muối cao diễn thuận lợi đạt hiệu cao Ứng dụng chủng vi khuẩn phản nitrate Achromobacter xylosoxidans vào xử lý nước thải thủy sản nồng độ muối cao quy mơ phòng thí nghiệm... đến tăng trưởng khả phản nitrate chủng vi khuẩn Achromobacter xylosoxidans nước thải chế biến thủy sản nồng độ muối, nồng độ chlorine thích hợp để đạt hiệu xử lý nitrate cao khơng tích lũy nitrite