nghiên cứu sử dụng vi khuẩn quang hợp rhodobacter sp để xử lý chất ô nhiễm trong nước thải lò mổ trên quy mô phòng thí nghiệm

Nội dung nghiên cứu của đề tài là xác định khả năng sinh trưởng và xử lý chất hữu cơ, khử sulfide của chủng vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong nước thải lò mổ ở

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 T ỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI LÒ MỔ 4

1.2 V I KHUẨN TÍA KHÔNG LƯU HUỲNH 8

1.3 C ÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐIỂN HÌNH TẠI CÁC LÒ MỔ 18

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 V ẬT LIỆU VÀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 24

2.1.1 Vi sinh vật 24

2.1.2 Môi trường nhân nuôi vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh 24

2.1.3.Môi trường nước thải 25

2.1.4 Thiết bị dùng trong phân tích 25

2.1.5 Vật liệu để làm mô hình thí nghiệm 25

2.2 P HƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.2.1 Thí nghiệm 1: Nhân nuôi vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong môi trường SA 26

2.2.2 Thí nghiệm 2: Xác định khả năng sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong nước thải lò mổ 27

2.2.3 Thí nghiệm 3: Khả năng xử lý nước thải lò mổ của Rhodobacter sp 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34

3.1 K ẾT QUẢ NHÂN NUÔI VI KHUẨN QUANG HỢP TÍA KHÔNG LƯU HUỲNH CHI R HODOBACTER 34

3.2 KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN R HODOBACTER SP 38

3.2.1 Kết quả khả năng tăng trưởng của Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí có ánh sáng tự nhiên 38

3.2.2 Kết quả khả năng tăng trưởng của Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí và

che tối 42

3.2.3 Kết quả khả năng tăng trưởng của Rhodobacter sp trong điều kiện thoáng khí ánh sáng tự nhiên 45

3.3 K ẾT QUẢ XỬ LÝ COD TRONG NƯỚC THẢI LÒ MỔ 49

3.3.1 Kết quả xử lý COD trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí có ánh sáng 49

3.3.2 Kết quả xử lý COD trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí che tối 52

3.3.3 Kết quả xử lý COD trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện thoáng tự nhiên 54

3.4 K ẾT QUẢ XỬ LÝ S UNFITE TRONG NƯỚC THẢI LÒ MỔ 58

3.4.1 Kết quả xử lý sunfite trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí chiếu sáng tự nhiên 58

3.4.2 Kết quả xử lý sunfite trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện kỵ khí che tối 60

3.4.3 Kết quả xử lý sunfite trong nước thải lò mổ của vi khuẩn Rhodobacter sp trong điều kiện thoáng khí tự nhiên 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 71

BẢN TÓM TẮT

Vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter thuộc nhóm vi khuẩn

quang hợp (Phototrophic Bacteria) có thể chuyển hóa các chất độc H2S, NH4+ thành

chất không độc hay ít độc hơn đối với động vật và phân hủy chất hữu cơ trong nước

thải lò mổ Nội dung nghiên cứu của đề tài là xác định khả năng sinh trưởng và xử lý

chất hữu cơ, khử sulfide của chủng vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi

Rhodobacter trong nước thải lò mổ ở 03 điều kiện là kỵ khí chiếu sáng tự nhiên, kỵ khí

che tối, thoáng khí tự nhiên Ở mỗi điều kiện nghiên cứu sẽ có 07 nghiệm thức với 07

nồng độ vi khuẩn cho vào nước thải là 0%, 1%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% được theo dõi

trong vòng 19 ngày không liên tục và trên quy mô phòng thí nghiệm Kết quả nghiên

cứu khả năng sinh trưởng trong nước thải lò mổ của Rhodobacter sp cho thấy vi

khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter đều có thể sinh trưởng và phát

triển ở tất cả các điều kiện của môi trường Tuy nhiên, ở điều kiện kỵ khí dưới ánh

sáng tự nhiên chủng phát triển tốt nhất với mật độ vi khuẩn dày hơn so với ở điều kiện

kỵ khí che tối và làm thoáng tự nhiên Dù ở điều kiện nào thì tỷ lệ giống 6% là tỷ lệ

giống tối ưu cho tất cả các điều kiện với mức ý nghĩa trên 95% Kết quả nghiên cứu

khả năng xử lý COD trong nước thải lò mổ của Rhodobacter sp cho thấy hàm lượng

COD (mg/l) giảm cực đại khi tỷ lệ giống là 8 và 10% với mức ý nghĩa 95% Khả năng

giảm COD cũng theo quy luật thời gian càng dài, hàm lượng COD càng thấp Hàm

lượng COD giảm cực đại đạt 79% vào ngày thứ 13 và hầu như không giảm nữa Trong

đó, điều kiện làm thoáng tự nhiên tuy sinh khối không nhiều nhưng lại làm giảm lượng

COD mạnh nhất Đối với kết quả nghiên cứu khả năng xử lý sunfite trong nước thải lò

mổ của Rhodobacter sp cho thấy ở cả 3 điều kiện xử lý, sunfite có xu thế giảm chung

là tăng lên ở ngày thứ 6 và sau đó giảm dần, hiệu suất cao nhất đạt được ở tỷ lệ giống

10% sau 18 ngày xử lý là 99,3% Cũng như xử lý COD, ở điều kiện làm thoáng tự

nhiên, khả năng giảm sunfite trong nước thải lò mổ tốt hơn với mức ý nghĩa 95%

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Kết quả phân tích mẫu nước thải tại các cơ sở giết mổ (Hoàng Khánh Hòa và

cs., 2013) 6

Bảng 1 2 Thành phần nước thải của một số lò mổ ở các tỉnh phía nam 7

Bảng 1 3 Một số đặc điểm của vi khuẩn tía 9

Bảng 1 4 Một số đặc tính đặc trưng ở vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhoodobacter 13

Bảng 2 1 Thành phần môi trường SA 24

Bảng 2 2 Thành phần hỗn hợp vitamin 24

Bảng 2 3Thành phần dung dịch vi lượng 25

Bảng 2 4 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ giống, ánh sáng và không khí đến khả năng phát triển 28

Bảng 2 5 Mật độ tế bào của các nghiệm thức 29

Bảng 2 6 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ giống, ánh sáng và không khí đến khả năng phát triển 30

Bảng 2 7 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu theo dõi 31

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 Lợn tập trung chờ giết mổ 5

Hình 1 2 Vi khuẩn Rhodobacter (Nguyễn Lân Dũng và cs., 2005) 15

Hinh 2 1 Hình bố trí thí nghiệm 2 29

Hinh 2 2 Hình bố trí thí nghiệm 3 32

Hình 3 1 Phổ hấp thụ của dịch tế bào vi khuẩn Rhodobacter sp 32

Hình 3 2 Hình chụp SEM tế bào vi khuẩn Rhodobacter sp 33

Hình 3 3 Tương quan giữa mật độ vi khuẩn) và độ hấp thu (Abs) ở bước sóng 34

Hình 3 4 Khả năng sinh trưởng của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí dưới ánh sáng tự nhiên 36

Hình 3 5 Quy luật chung về sự phát triển của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí có chiếu sáng tự nhiên 38

Hình 3 6 Khả năng sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí che tối 40

Hình 3 7 Quy luật phát triển trung bình của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí và che tối 42

Hình 3 8 Khả năng sinh trưởng và phát triển của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện thoáng và ánh sáng tự nhiên 43

Hình 3 9 Quy luật phát triển trung bình của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở điều kiện thoáng khí và chiếu sáng tự nhiên 44

Hình 3 10 Quy luật phát triển của Rhodobacter sp trong nước thải lò mổ ở các điều kiện thí nghiệm 45

Hình 3 11 Hàm lượng COD trong nước thải lò mổ xử lý bằng Rhodobacter ở điều kiện kỵ khí dưới ánh sáng tự nhiên 47

Hình 3 12 Xu hướng giảm COD khi nuôi cấy vi khuẩn trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí có chiếu sáng với các tỷ lệ giống khác nhau 47

Hình 3 13 Hàm lượng COD trong nước thải lò mổ xử lý bằng Rhodobacter ở điều kiện kỵ

khí che tối 48

Hình 3 14 Quy luật xử lý COD của Rhodobacter trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí

che tối với tỷ lệ giống khác nhau 53

Hình 3 15 Hàm lượng COD của nước thải lò mổ xử lý bằng Rhodobacter trong điều kiện

làm thoáng tự nhiên 54

Hình 3 16 Quy luật xử lý COD của Rhodobacter trong nước thải lò mổ ở điều kiện kỵ khí

che tối với tỷ lệ giống khác nhau 55

Hình 3 17 Khả năng xử lý COD của Rhodobacter sp ở 3 điều kiện xử lý khác nhau 56 Hình 3 18 Hàm lượng sunfite của nước thải lò mổ xử lý bởi Rhodobacter ở điều kiện kỵ

khí dưới ánh sáng tự nhiên 58Hình 3 19 Hàm lượng sunfite ở nước thải lò mổ khi sử dụng tỷ lệ giống khác nhau ở điều kiện kỵ khí có chiếu sáng 59

Hình 3 20 Hàm lượng sunfite của nước thải lò mổ xử lý bằng Rhodobacter ở điều kiện kỵ

khí che tối 56

Hình 3 21 Hàm lượng sunfite khi sử dụng Rhodobacter sp xử lý nước thải lò mổ ở điều

kiện kỵ khí che tối với tỷ lệ giống khác nhau 57Hình 3 22 Khả năng xử lý sunfite của vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi

Rhodobacter ở điều kiện làm thoáng tự nhiên 58 Hình 3 23 Hàm lượng sunfite khi sử dụng Rhodobacter sp xử lý nước thải lò mổ ở điều

kiện làm thoáng tự nhiên với tỷ lệ giống khác nhau 59Hình 3 24 Quy luật giảm xử lý sunfite trong nước thải lò mổ của 3 điều kiện thí nghiệm

bởi Rhodobacter sp 60

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1 1 Quy trình giết mổ gia súc 4

Sơ đồ 1 2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc 60

Sơ đồ 2 1 Sơ đồ tổng quát các thí nghiệm 67

lửng, colifrom, E.coli cao

Nước thải lò mổ không chỉ là nỗi lo của chủ sản xuất, của người dân trong vùng

mà còn là mối quan tâm của cả cộng đồng, gây ô nhiễm nặng nề môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sức khoẻ của nhân dân

Tại Thành phố Hồ Chí Minh, theo số liệu thống kê từ Chi cục Thú y đến đầu năm 2013 có 58 điểm giết mổ gia súc tập trung có đăng ký giấy phép kinh doanh và nhiều điểm giết mổ nhỏ lẻ Do nằm ở xung quanh thành phố nên diện tích tại các cơ sở thường nhỏ, chính vì thế diện tích cho khu xử lý nước thải rất hạn chế Một số cơ sở nhỏ, nước thải được thải trực tiếp ra ngoài gây ô nhiễm môi trường nước, đất và ảnh hưởng sức khỏe người dân khu vực xung quanh Phương pháp xử lý phổ biến nước thải lò mổ hiện nay là phương pháp sinh học kỵ khí với ưu điểm là hàm lượng COD giảm đáng kể, từ 90 đến 96% và có thể tận thu được khí metan, nhưng hàm lượng amoni, photpho cũng như màu, đặc biệt mùi nước thải (chủ yếu là sunfite) còn cao, thời gian xử lý kéo dài và hiệu quả thấp Hệ thống xử lý sinh học hiện nay chủ yếu sử dụng bùn hoạt tính tại chỗ, đôi khi hệ thống bị sốc tải và có nguy cơ không phục hồi được Do đó, việc nghiên cứu cải tiến phương pháp rút ngắn thời gian xử lý đồng thời giảm được mùi là rất cần thiết

Ở các nước Đức, Mỹ, Nhật Bản nhóm vi khuẩn quang hợp (Phototrophic Bacteria) đã được nghiên cứu từ rất lâu và được ứng dụng để đưa vào xử lý các chất hữu cơ Tại Việt Nam, vi khuẩn quang hợp cũng đã được ứng dụng nhiều trong các hệ

thống xử lý cho các nguồn nước giàu hữu cơ Việc đưa vi khuẩn quang hợp vào công đoạn xử lý sinh học của nước thải lò mổ có nhiều ưu điểm[1]

 Chuyển hóa các chất hữu cơ thành các chất đơn giản không ô nhiễm

 Chuyển hóa các chất độc sunfite, NH4+ thành chất không độc hay ít độc hơn đối với động vật và có thể xả thải ra môi trường

Ở nước ta cũng đã có những nghiên cứu và ứng dụng về nhóm vi khuẩn quang

hợp nhưng chủ yếu trên nhóm Rhodopseudomonas sp để sản xuất chế phẩm sinh học

và xử lý nước thải, việc sử dụng vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi

Rhodobacter cho xử lý nước thải lò mổ chưa được ghi nhận Chính vì vậy, chúng tôi

đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn quang hợp Rhodobacter sp để xử

lý chất ô nhiễm trong nước thải lò mổ trên quy mô phòng thí nghiệm”

II Mục đích

Xác định khả năng sinh trưởng và xử lý chất hữu cơ, khử sunfite của chủng vi

khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong môi trường nước thải lò

mổ được lấy từ Cở sở giết mổ trung tâm quận Bình Tân, TP Hồ Chí Minh trên quy mô phòng thí nghiệm

III Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: sử dụng chọn lọc các kết quả nghiên cứu đã có

- Phương pháp so sánh: trên cơ sở kết quả khảo sát, đo đạt,… thực hiện việc

so sánh giữa các điều kiện khác nhau, so sánh với các nghiên cứu khác…

- Phương pháp phân tích và tổng hợp số liệu bằng phần mềm SPSS và Excel

- Phương pháp lấy mẫu theo TCVN 5999, TCVN 6663-1:2011

- Phương pháp phân tích hàm lượng sunfite và COD của nước thải theo Standard Methods for the Examination of water and wastewater – 4500 COD FAPHA 2005 và Standard Methods for the Examination of water and wastewater – 4500 S2- FAPHA 2005

- Phương pháp thực nghiệm trên mô hình thực tế

IV Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

 Môi trường nghiên cứu: Nước thải được sử dụng trong mô hình thí nghiệm này là nước thải giết mổ lợn của Cở sở giết mổ trung tâm quận Bình Tân, TP Hồ Chí Minh

 Đối tượng sử dụng nghiên cứu: Vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh

chi Rhodobacter được cung cấp từ Viện Vi sinh vật học Ứng dụng – Trường đại học Quốc Gia Hà Nội Giống Rhodobacter sp này đã phân

lập và tuyển chọn tại các khu đầm nuôi thủy sản ở Cần Giờ thành phố

Hồ Chí Minh

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong xử lý nước thải lò mổ (xử lý chất hữu cơ và Sunfit)

trên quy mô phòng thí nghiệm

V Nội dung nghiên cứu

 Nội dung 1:

Thử nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và xử lý chất ô nhiễm hữu cơ, H2S

khi bổ sung vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong điều kiện

kỵ khí dưới ánh sáng tự nhiên

 Nội dung 2:

Thử nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và xử lý chất ô nhiễm hữu cơ, H2S

khi bổ sung vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong điều kiện

kỵ khí che tối

 Nội dung 3:

Thử nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và xử lý chất ô nhiễm hữu cơ, H2S

khi bổ sung vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong điều kiện

tự nhiên

VI Ý nghĩa của đề tài

Đề tài giúp sinh viên thực hiện nắm vững các kỹ năng trong phòng thí nghiệm, cũng cố kiến thức và kỹ năng đã được học, tiếp xúc với công việc thực tế, giảm sự bỡ ngỡ trong công việc sau khi tốt nghiệp

Là một trong những nghiên cứu khá mới ở Việt Nam về ứng dụng vi khuẩn Rhodobacter vào xử lý nước thải nên kết quả của đề tài có giá trị về mặt khoa học có khả năng phát triển để ứng dụng vào thực tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nước thải lò mổ

Tại các lò mổ tập trung, phương thức giết mổ đa phần theo hình thức thủ công Tuy mỗi nơi có sự bố trí khác nhau và có một số điểm khác biệt trong thao tác nhưng đều thực hiện theo quy trình chung nêu trong hình 1.1

Sơ đồ 1 1 Quy trình giết mổ

Theo quy định, gia súc phải được nhốt trong khoảng thời gian từ 9-12 giờ để giảm căng thẳng, chống suy kiệt và loại bỏ vi trùng ra khỏi ruột trước khi giết mổ Trong giai đoạn này gia súc được vệ sinh nên nước thải có thể lẫn phân và nước vệ sinh gia súc và chuồng trại

Hình 1 1 Lợn tập trung chờ giết mổ

Ngoài lượng nước thải ở trên, tất cả các công đoạn giết mổ đều cần nước để làm sạch huyết Do lượng nước sử dụng nhiều nên lượng nước thải thải ra thường rất lớn, ước tính trung bình mỗi con heo khi giết thải ra gần ½ m3 nước thải Lượng nước thải lớn với nồng độ các chất ô nhiễm rất cao (Bảng 1.1) là một mối nguy hại không nhỏ đối với môi trường[4]

Bảng 1 1 Kết quả phân tích mẫu nước thải tại các cơ sở giết mổ [5]

Ghi chú: NT1: Cơ sở giết mổ TT Quận Tân Bình, NT2: Tabico, NT3: Đông Thạnh, NT4: Phong Phú

Kết quả phân tích chỉ ra rằng, lượng chất rắn hòa tan trong nước thải từ các lò

mổ chiếm một lượng lớn Bên cạnh các chất ô nhiễm thì hàm lượng vi sinh vật gây bệnh trong các mẫu nước thải lò mổ cũng tương đối cao Các mẫu nước thải đo đạc đều không đạt tiêu chuẩn thải QCVN 40:2011/BTNMT đối với cả hai nguồn tiếp nhận loại A và loại B Sự nhiễm bẩn do các vi khuẩn gây bệnh cũng được phát hiện: trong

04 mẫu phân tích có 1 mẫu NT3 bị nhiễm Salmonella, chiếm 25%

Nhìn tổng quan Bảng 1.1, nước thải từ các lò mổ chiếm một lượng lớn các thành phần hữu cơ và nitơ cũng như phần còn lại của chất tẩy rửa Nồng độ cao của các chất gây ô nhiễm trong nước thải thường có nguồn gốc từ khâu làm lòng và xử lý chất thải huyết Trong huyết có chứa nhiều chất hữu cơ và có hàm lượng nitơ rất cao Khâu làm lòng là một bộ phận của lò mổ và từ đó phát sinh ra một lượng lớn nước thải

bị ô nhiễm Nước thải lò mổ tuy giàu hàm lượng nitơ nhưng lại thiếu hụt hàm lượng phospho Điều này cũng gây nên tình trạng mất cân bằng trong quá trình xử lý

1.2 Giới thiệu chung về vi khuẩn quang hợp Rhodobacter sp

Năm 1907, Molisch là người đầu tiên phát hiện ra các vi khuẩn có sắc tố màu

đỏ và có khả năng quang hợp, nên ông gọi chung vi khuẩn quang hợp này là

Rhodobacteria Molisch (vi khuẩn quang hợp tía) 1907[1a]

Nhóm vi khuẩn có khả năng quang hợp nhờ có sắc tố lục Chất diệp lục vi khuẩn khác với chất diệp lục của thực vật Không như thực vật, vi khuẩn quang hợp không sử dụng nước làm nguồn hydro như thực vật và không tạo ra sản phẩm cuối cùng là oxi Chúng sử dụng nguồn hydro là hydro sunfua (sunfite), hydro tự do, chất hữu cơ và sản sinh ra nhiều sản phẩm phụ dạng oxi hóa Nhóm vi khuẩn quang hợp Rhodobacter sp bao gồm: vi khuẩn lưu huỳnh lục, vi khuẩn tía lưu huỳnh và vi khuẩn tía không lưu huỳnh

Vi khuẩn quang hợp là các tế bào gram âm, đơn bào, có các dạng cầu, xoắn, hình que ngắn, hình phẩy… đứng riêng rẽ hoặc thành chuỗi Các loài vi khuẩn quang hợp tía đều sinh sản bằng cách nhân đôi, một số loài sinh sản bằng cách nảy chồi Chúng có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học bởi quá trình quang hợp kỵ khí, thường có màu hồng đến màu đỏ tía

Bảng 1.2 Đặc điểm của vi khuẩn tía (gồm lưu huỳnh và không lưu huỳnh) [9]

Nhóm/loài

Vi khuẩn tía lưu huỳnh (grammaproteobacteria)

Vi khuẩn tía không lưu huỳnh (alpha-hoặc betaproteobacteria)

Một số loài chính

Vi khuẩn tía lưu huỳnh: Allochromatium vinosum, Thiocapsa roseopersicina

Vi khuẩn tía không lưu huỳnh: Rhodobacter

Rhodospirillum rubrum, Rhodopseudomonas palustris

Sắc tố/ màu sắc của

huyền phù tế bào

BChl a hoặc b; carotenoids chính: spirilloxanthin, spheroidene, lycopene, rhodopsin và dẫn xuất của chúng

Màu sắc huyền phù tế bào: tía, đỏ tía, đỏ, tía – tím, cam, nâu, vàng nâu(với những loài chứa BChl a), xanh hoặc vàng (với những loài chứa BChl b)

xảy ra ở loài vi khuẩn tía có lưu huỳnh

Quang tự dưỡng/hô

hấp tối

Vi khuẩn tía lưu huỳnh bị hạn chế về số lượng

Vi khuẩn tía không lưu huỳnh đa dạng về số lượng

1.2.1 Quá trình trao đổi chất ở vi khuẩn quang hợp tía

Trong điều kiện có ánh sáng, vi khuẩn quang hợp tiến hành quang hợp để thu nhận năng lượng sử dụng cho các hoạt động sống của tế bào Phương trình tổng quát

quá trình quang hợp:

CO2 + 2H2A + hV [CH2O]n + 2A + H2O

Ở tảo hay thực vật bậc cao: H2O đóng vai trò của H2A Ở vi khuẩn quang hợp: H2A có thể là các chất hữu cơ đơn giản các hợp chất khử của lưu huỳnh hoặc hydro phân tử Trong đó, các chất hữu cơ vừa đóng vai trò làm chất điện tử, vừa làm nguồn cacbon trong quá trình quang hợp dị dưỡng

Ở ngoài sáng, tất cả các loài vi khuẩn tía không lưu huỳnh đều ưa thích điều kiện sinh trưởng dị dưỡng, sử dụng các chất hữu cơ đơn vừa làm nguồn cho điện tử, vừa làm nguồn cacbon Nhiều đại diện của họ vi khuẩn này có khả năng sinh trưởng quang tự dưỡng cacbon với sự có mặt nguồn cho điện tử là các hợp chất khử của lưu huỳnh hay H2 Tuy nhiên, khả năng chịu oxy hóa của các chủng rất khác nhau Trong điều kiện sinh trưởng quang hợp, khả năng dinh dưỡng hô hấp của các loài này bị ức chế do ánh sáng

Ở điều kiện kỵ khí tối, một số loài như Rhodobacter capsulatus, Rhodospirillum rubrum có thể tồn tại nhờ quá trình trao đổi chất theo kiểu hô hấp kỵ

khí với sự có mặt của các chất nhận điện tử như nitrat, nitrit, dimethylsulfua hay trimethylami N-oxit

Khi quang hợp, chu trình calvin, hệ thống cố định nito, hệ thống DMSO/DMSOR được tế bào sử dụng để duy trì thế oxy hóa khử Các phản ứng của chu trình calvin cho phép CO2 có chức năng thu nhận các lực khử dư thừa do trao đổi chất các chất hữu cơ như malate, succinate Do đó, vai trò của chu trình calvin trong suốt quá trình sinh trưởng quang dị dưỡng là giữ thế cân bằng oxy hóa khử trong tế bào Khi tế bào sinh trưởng trong điều kiện quang tự dưỡng thì vai trò chủ yếu của chu trình calvin là cố định CO2 để tổng hợp các vật liệu tế bào Chính nhờ tính lưỡng cực này mà chu trình calvin có vai trò điều khiển giữa hai quá trình quang tự dưỡng và quang dị dưỡng[9]

1.2.2 Đặc điểm sinh thái học của vi khuẩn quang hợp tía

Vi khuẩn quang hợp tía là nhóm vi khuẩn quang dưỡng, sống kỵ khí hoặc kỵ khí tùy tiện trong môi trường có ánh sáng chiếu rọi Gồm vi khuẩn quang hợp tía lưu huỳnh và vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh Chúng là các vi sinh vật điển hình, rất phổ biến ở nước ngọt cũng như nước mặn, thường cư trú nhiều trên bề mặt bùn các

ao đầm tù, có nhiều bùn cặn các xác động, thực vật[9-tr42]

Họ vi khuẩn tía lưu huỳnh thường được tìm thấy trong các thủy vực nước ngọt hoặc nước mặn có chứa hàm lượng sulfua cao Ở các độ sâu khác nhau có thể thu nhận được các loài khác nhau Ngoài ra còn có thể gặp họ vi khuẩn này ở một số thủy vực

có điều kiện cực trị như các thủy vực kiềm hóa hoặc các suối nước nóng

Bảng 1 3 Một số đặc tính đặc trưng ở vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter [9-tr51]

tế bào

Màng tế bào ICM

Carotenoid chính

Sản phẩm oxy hóa sulfide

Nhân tố tăng trưởng

Môi trường nước thích hợp

Đặc tính phân biệt khác

động

Chú thích:

O: Không xác định B: Biotin Neu Neurosporene

glucoside ICM: Cấu trúc hệ thống bên trong màng tế

bào chất

S 0 /sul: Sulphat và lưu huỳnh nguyên tố bên

ngoài tế bào

+: Sulphide được ocid hóa thành nhiều

Hình 1 2 Vi khuẩn Rhodobacter

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi sinh vật có sinh lý linh hoạt, có thể phát triển quang dưỡng và trong bóng tối Chúng có thể sử dụng nguồn carbon vô

cơ hoặc hữu cơ.Nếu tăng trưởng là quang tự dưỡng thì H2 sunfua ở nồng độ thấp được

sử dụng làm nguồn cho điện tử trong quang hợp Một vài loài có thể sử dụng thiosulfate hoặc Fe2+ là nguồn cho điện tử

Tuy nhiên, hầu hết vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía phát triển tốt nhất trong môi trường dị dưỡng Đó là môi trường có chứa một số hợp chất hữu cơ dễ sử dụng, chẳng hạn như malate hoặc pyruvat và ammoniac là nguồn nitơ (Sojka, 1978) Ngoài

ra, một số vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía có thể phát triển trong điều kiện thiếu oxy, trong bóng tối bằng cách lên men hoặc hô hấp kỵ khí

Quang hợp của vi khuẩn tía có thể xảy ra trong môi trường có pH 3 – 11 (Hunter

và cs, 2009) Vi khuẩn tía sinh trưởng và phát triển ở pH tối ưu khoảng 6 – 7

Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía sử dụng ánh sáng để quang hợp, phát triển mạnh ở môi trường có ánh sáng đỏ Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía có thể phát triển quang dưỡng và trong bóng tối

Quang hợp của vi khuẩn tía có thể xảy ra ở nhiệt độ lên tới 570C và xuống tới

00C (Castenholz và Pierson, 1995) Nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tía ở 300C

Nhiều loài vi khuẩn tía có thể sinh trưởng quang dưỡng với sulfide như là chất cho điện tử với nồng độ nhỏ hơn 2 mM (tương đương 64mgS2-/L) Nếu trong môi

trường sống có nồng độ sulfide quá cao sẽ ức chế sự sinh trưởng của chúng (Hunter và

cs, 2009) Ngoài ra, nồng độ NaCl trong môi trường cũng ảnh hưởng tới sự sinh

trưởng của vi khuẩn tía Có loài sống được trong môi trường nước biển có độ mặn từ 8 – 11%NaCl

 Ứng dụng của vi khuẩn quang hợp tía

Ứng dụng nổi bật của vi khuẩn quang hợp tía là xử lý nước thải Các vi khuẩn quang hợp tía nói chung là nguồn cung cấp các thành phần của chuỗi truyền điện tử trong quang hợp và tạo năng lượng ATP, nguồn vitamin và các phân tử hữu cơ khác

 Sản xuất protein đơn bào

Vi khuẩn quang hợp là nguồn cung cấp protein đơn bào có giá trị sinh khối vi khuẩn quang hợp giàu protein, vitamin và carotenoid Ở tế bào vi khuẩn quang hợp hàm lượng protein thường chiếm 60 – 70% trọng lượng khô, số lượng cũng như hàm lượng các axit amin không thay thế của chúng có thể tương đương với đậu tương, thịt,

trứng gà

Sinh khối vi khuẩn quang hợp giàu vitamin, axit amin thiết yếu và axit amin có lưu huỳnh là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, phiêu sinh vật và tôm cá Giá trị dinh dưỡng của vi khuẩn quang hợp khi bổ sung vào thức ăn chăn nuôi đã được chứng minh trong thực tiễn Mức độ sống sót của cá giống tốc độ sinh trưởng và trọng lượng của chúng được gia tăng khi nuôi bằng thức ăn có bổ sung tế bào vi khuẩn quang hợp Việc bổ sung sinh khối của vi khuẩn quang hợp vào thức ăn của gà mái đã giúp cải thiện số lượng, chất lượng trứng gà

 Sử dụng vi khuẩn quang hợp trong xử lý nước thải

Nước thải chứa hỗn hợp các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ là nguồn cơ chất tốt cho vi khuẩn tía để tăng trưởng trong điều kiện kỵ yếm khí và vi hiếu khí; vi khuẩn quang hợp thường được ứng dụng cùng với các vi sinh vật dị dưỡng yếm khí, hiếu khí,

và vi tảo trong các hệ thống làm sạch nước thải Các loài thường được sử dụng trong

xử lý nước thải là: R.capsulatus, R.sphaeroides, Rhodopseudomonas palustris, Rhodospirillum fulvum

Hệ thống xử lý nước thải có sự tham gia của vi khuẩn quang hợp có những ưu điểm sau:

 Không cần thiết phải khử trùng nước trước khi xử lý

 Sinh khối thu được sau quá trình xử lý giàu protein, vitamin, carotenoid và nhiều hoạt chất sinh học khác nên có thể được tái sử dụng trong y học, nông nghiệp và chăn nuôi

 Khi xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ bằng vi khuẩn quang hợp tía thì không cần phải pha loãng

Nói chung, vi khuẩn tía được coi là nhóm quang dưỡng quan trọng bởi vì chúng

có thể khử một chất làm hôi môi trường là sunfite, và đóng góp vật chất hữu cơ trong các môi trường thiếu ôxy do năng lực tự dưỡng của chúng Hơn nữa chúng còn có khả năng tiêu thụ các hợp chất hữu cơ, trong đó vai trò của chúng là vi sinh vật quang dị dưỡng Ngoài ra, chúng còn là vi sinh vật mô hình cho các nhà khoa học nghiên cứu sự

đa dạng phân tử của quá trình quang hợp (Hunter và cs, 2009) Sinh khối của chúng

còn được sử dụng để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học có giá trị như ubiquinine, các chất kháng sinh, enzyme và làm thức ăn trong chăn nuôi gia cầm và nuôi trồng thủy sản (Sasikala và Ramana, 1995)[4a]

Ngoài ra, sinh khối của vi khuẩn tía rất giàu protein và vitamin, đặc biệt là vitamin B12 Tại Ấn Độ có công nghệ sản xuất sinh khối của vi khuẩn tía ở dịch ly tâm

từ phân gia súc dùng để làm thức ăn (cùng vi tảo) cho tôm hoặc cho ngao đạt hiệu quả rất khả quan

Ở Việt Nam, nhóm vi khuẩn này đã và đang được chú trọng phân lập và tuyển chọn để ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau như xử lý nước thải đậm đặc hữu cơ (Đỗ

Thị Tố Uyên và cs, 2003), phân hủy các hydrocacbon mạch vòng (Đinh Thị Thu Hằng

và cs, 2003), thu nhận các hoạt chất sinh học có giá trị như ubiquinine (Đỗ Thị Tố Uyên và cs, 2005), cho đến nay việc ứng dụng trong nghiên cứu xử lý nước thải lò mổ

chưa được tìm thấy[8]

1.3 Công nghệ xử lý nước thải điển hình tại các lò mổ

Nước thải lò mổ thông thường được xử lý theo quy trình sau:

Sơ đồ 1 2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc (nguồn tham khảo

từ cơ sở Nam Phong)

Nước thải trước tiên theo cống thu gom chảy tập trung vào bể điều hòa Trước

khi vào bể điều hòa, nước thải chảy qua song chắn rác

Để loại các rác bẩn có kích thước lớn hơn 1mm, các rác bẩn tập trung ở trước

song chắn rác này cần được thu gom mỗi ngày để tránh tắc nghẽn cho hệ thống giúp

các công trình sau hoạt động tốt hơn

Song chắn rác được thiết kế có khe hở giữa hai song liền nhau là 5mm để giữ lại các chất rắn thô có kích thước > 5 mm ở trong nước thải Phía sau song đặt thêm lưới chắn rác để giữ lại các loại rác có kích thuớc lớn hơn 1mm Nếu không loại bỏ rác

có thể gây tắc nghẽn đường ống, mương dẫn hoặc hư hỏng bơm Rác phải thường xuyên được cào tự động bằng cơ giới Rác có thể được tập trung lại, đưa đến bãi rác

hoặc vào bể phân hủy bùn

Bể điều hòa là nơi tập trung các nguồn nước thải thành một nguồn duy nhất

Mục đích: Do tính chất của nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và phụ thuộc nhiều vào loại nước thải của từng công đoạn, vì vậy cần thiết xây dựng bể điều hòa Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nước thải về lưu lượng và nồng độ làm giảm kích thước

và tạo chế độ làm việc ổn định liên tục cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng

hệ thống xử lý bị quá tải

Nước thải ở bể điều hòa được bơm lên thiết bị lọc sinh học biofor hiếu khí

 Thiết Bị Lọc Sinh Học Biofor – Hiếu Khí

Đây là công trình thiết kế cho xử lý nước thải bậc hai Nó cũng có khả năng xử

lý được cả nitơ và phospho Đây là bể lọc hiếu khí có dòng chảy cùng chiều với khí là

từ dưới lên

Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng do tác động của bọt khí và dạng dính bám Từ đó chúng sẽ tiếp nhận ôxy và chuyển hoá chất lơ lửng và hoà tan thành thức ăn Quá trình này diễn ra nhanh nhất ở giai đoạn đầu và giảm dần

về phía cuối bể Vi sinh hiếu khí phát triển sinh khối trên vật liệu Karemzite có bề mặt riêng lớn (nhờ O2 sục vào) sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ để sinh khối làm giảm tải lượng

ô nhiễm trong nước thải xuống mức thấp nhất Sau khi qua thiết bị này COD, BOD giảm 70-80% Sau đó, nước thải tiếp tục tự chảy qua bồn trung gian

Thiết bị này hoạt động hiệu quả hơn bể Aerotank rất nhiều do có vật liệu đệm cho vi sinh dính bám phát triển Quá trình hoạt động ổn định không gián đoạn như bể Aerotank Quá trình này cũng ít sinh bùn hơn Aerotank Hiệu quả xử lý cũng cao hơn rất nhiều Nước thải tiếp tục chảy vào thiết bị lắng đứng

 Thiết Bị Lắng Đứng

Nước thải được dẫn vào ống trung tâm nhằm phân phối đều trên toàn bộ mặt diện tích ngang ở đáy ống trung tâm Ống trung tâm ở thiết bị lắng được thiết kế sao cho nước khi ra khỏi ống trung tâm có vận tốc nước đi lên trong thiết bị chậm nhất (trong trạng thái tĩnh), khi đó các bông cặn hình thành có tỉ trọng đủ lớn thắng được vận tốc của dòng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy thiết bị lắng Nước thải ra khỏi thiết bị lắng có nồng độ COD giảm 70-75%

Phần nước trong trên mặt từ thiết bị lắng đứng chảy qua bồn trung gian Từ đây nước thải được bơm lên thiết bị lọc áp lực

 Thiết Bị Lọc Áp Lực

Thiết bị lọc áp lực: có nhiệm vụ khử mùi, độ màu và lọc các tạp chất còn lại trong nước thải sau quá trình lắng

Sau một thời gian làm việc, tổn thất áp lực trong bể lọc áp lực sẽ tăng cao, do

đó cần phải tiến hành rửa ngược Nước rửa ngược được sử dụng là nước thải ở bồn trung gian, nước rửa ngược được đưa trở lại bể điều hòa để tiếp tục xử lý một lần nữa Nước thải sau khi qua bể lọc áp lực sẽ tự chảy qua bể khử trùng vách ngăn

 Bể Khử Trùng Vách Ngăn

Tại đây, nước thải được khử trùng triệt để bằng clorine trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Lượng bùn sinh ra trong quá trình xử lý được xả định kỳ vào bể chứa bùn, nước thải sau khi qua hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn xả: loại B, QCVN 40: 2011/BTNMT

 Bể Chứa Bùn

Lắng bùn (tách nước ra khỏi bùn) và định kỳ được hút chở đi đổ bỏ ở nơi quy định hoặc làm phân bón cho cây trồng Phần nước sau khi tách bùn sẽ được đưa trở lại

bể điều hòa để tiếp tục xử lý

Xử lý sinh học là giai đoạn chính để loại các chất ô nhiễm hữu cơ và các chất dinh dưỡng chứa nitơ và photpho, trong đó thường tiến hành xử lý kỵ khí trước rồi xử

lý hiếu khí sau Do nồng độ cao các chất hữu cơ và dinh dưỡng từ quá trình giết mổ,

xử lý hiếu khí trực tiếp với loại nước thải này được xem là rất tốn kém, nếu pha loãng thích hợp hoặc đứng sau xử lý hóa-lý hay xử lý kỵ khí sẽ cho hiệu quả xử lý tốt hơn

 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong xử lý nước thải lò mổ:

Ngô Thị Phương Nam và cộng sự (Nam et al., 2008) nghiên cứu xử lý nước thải

lò giết mổ gia súc mức pha loãng (nồng độ COD đầu vào là 560 mg/L) bằng quá trình sinh học hiếu khí thể bám, sử dụng giá thể là vật liệu polymer tổng hợp Sau xử lý hệ thống có thể đạt hiệu quả loại COD gần 90%, cho đầu ra đạt loại B và xấp xỉ loại A theo theo QCVN 40:2011/BTNMT Tốc độ sục khí tốt nhất tìm thấy là 0,5 L/phút, thời gian lưu giảm nhanh làm giảm đáng kể hiệu quả xử lý Đặc biệt, nồng độ sinh khối trong bể đã đạt đến giá trị 4,6 g/L theo SS; giá trị mà các hệ thống xử lý hiếu khí lơ lửng không thể đạt được

Tác giả Phương Nam và cộng sự (Phuong et al., 2012) nghiên cứu kết hợp 2 loại vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí của quá trình nitrit hóa một phần/anammox trong cùng một bể phản ứng để xử lý nước thải lò mổ với (COD: 100-200 mg/L, amoni: 60-130 mg/L) bằng 2 loại giá thể dính bám poly acrylic và sợi bông tắm Kết quả cho thấy mô hình hoạt động hiệu quả với hiệu suất xử lý đạt 92% ở tải trọng 0,04 kgN-NH4/m3ngày và 87,8% ở tải trọng 0,14 kgN-NH4/m3 ngày

Nhằm giảm thiểu tác động của nước thải lò mổ, một vài phương pháp xử lý như: Keo tụ, sinh học, oxi hóa bậc cao đã được tiến hành (Bayar et al., 2011) cho thấy COD của nước thải lò mổ giảm đến 85% (từ 2170 mg/L xuống nhỏ hơn 300 mg/L) bằng quá trình keo tụ điện hóa điện cực nhôm với mật độ dòng 1 mA/cm2 trong

30 phút (Bazrafshan et al., 2012) kết hợp keo tụ điện hóa với chất keo tụ PAC kết quả thu được rất đáng khích lệ COD và BOD5 của nước thải giảm đến hơn 99% với nồng

độ PAC 100 mg/L, hiệu điện thế giữa 2 điện cực 40V trong 60 phút Trở lại với biện pháp sinh học, (Rajakumar et al., 2011) nghiên cứu xử lý nước thải lò mổ bằng xử lý

kỵ khí với vật liệu lọc, hệ thống thích nghi trong 147 ngày, sau khi thích nghi kết quả

xử lý chất ô nhiễm (COD và BOD5) đạt đến 78% với tải trọng 10.05 kg/m3/day trong

12 giờ Trong khi đó (Manjunath et al., 2000) kết hợp 2 quá trình kỵ khí và tuyển nổi

giảm hàm lượng COD nước thải trên 90% Nghiên cứu cũng cho thấy khi áp dụng một

bậc chỉ có tuyển nổi hoặc kỵ khí chỉ giảm COD đến 50 và 70%

Từ đặc tính nước thải, các nghiên cứu tham khảo và đặc biệt yêu cầu đầu ra xả thải là 0.5 mg/L (sunfua), 40 mg/L (tổng Nitơ), 150 mg/l (COD) cho nước thải công nghiệp (Cột B QCVN40:2011/BTNMT), không khó thấy rằng loại nước thải này khó

xử lý đạt yêu cầu (Sunfua và Nitơ) bằng các công nghệ truyền thống hiện nay như keo

tụ hoặc sinh học mà phải kết hợp với các phương pháp xử lý khác để giảm thiểu hàm lượng ô nhiễm Điều này không những làm chi phí xử lý tăng cao đồng thời khó vận hành bảo dưỡng Đây là bài toán cho đến nay vẫn chưa thể giải quyết triệt để, vì vậy việc tìm ra một phương pháp đơn giản, kinh tế và hiệu quả hơn có thể xử lý hoàn toàn hoặc một phần (tích hợp được với phương pháp khác) nước thải lò mổ là một vấn đề rất được quan tâm

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu và mô hình nghiên cứu

2.1.1 Vi sinh vật

Vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter sp được cung cấp từ

Viện Vi sinh vật học Ứng dụng – Trường đại học Quốc Gia Hà Nội

2.1.2 Môi trường nhân nuôi vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh

Môi trường nhân nuôi vi khuẩn tía Rhodobacter sp được sử dụng là môi trường

SA (được pha sẳn) với thành phần như sau:

Tiến hành hấp khử trùng môi trường cơ bản ở 121℃, 1atm trong 30 phút Sau đó

để nguội rồi cho hỗn hợp vitamin và dung dịch vi lượng vào

1.1.3 Môi trường nước thải

Nước thải được sử dụng trong mô hình thí nghiệm này là nước thải giết mổ lợn của Cơ sở giết mổ trung tâm quận Bình Tân (272 Trần Đại Nghĩa, khu phố 1, P Tân Tạo, Bình Tân)

Thông số Đơn vị Nồng

Bảng các thông số ô nhiễm của nước thải đầu vào

Các mẫu nước thải được lấy tại hố ga của vào giờ cao điểm của ca sản xuất lúc 2h-3h sáng, được đựng trong can nhựa 5 lít, mẫu được vận chuyển về phòng thí nghiệm trong một giờ vào sáng sớm và bảo quản ở phòng lạnh nên không ảnh hưởng gì đến chất lượng mẫu

2.1.4 Thiết bị dùng trong phân tích

- Tủ sấy, nồi hấp vô trùng

- Máy đo pH, Máy đo DO

- Máy quang phổ DR 5000

- Cân vi lượng, tủ hút

- Tủ lạnh (Nano silver, Việt Nam)

- Kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử

2.1.5 Vật liệu để làm mô hình thí nghiệm

- Sử dụng bình nhựa 5 lít có nắp đậy Kích thước bình: đường kính đáy 14

cm x chiều cao 35.5 cm

- Thau nhựa có dung tích 5 lít, túi nilon màu đen

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Sơ đồ 2 1 Sơ đồ tổng quát các thí nghiệm

2.2.1 Thí nghiệm 1: Nhân nuôi vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi

Rhodobacter trong môi trường SA

Chủng vi khuẩn Rhodobacter có thời gian thế hệ tương đối dài, chính vì vậy để

chuẩn bị giống cũng như quan sát đặc điểm của chung vi khuẩn này, chúng tôi đã tiến hành nhân sinh khối vi khuẩn theo các điều kiện đã được các tác giả công bố trước

đây Chủng Rhodobacter được nuôi cấy trong môi trường SA ở điều kiện tĩnh không

sục khí dưới ánh sáng tự nhiên Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của chủng vi khuẩn này là khoảng 28 – 30℃, khoảng pH tối ưu là 6,5 – 7,5

Trong quá trình nhân nuôi vi khuẩn, chúng tôi cũng đã tiến hành quan sát hình thái tế bào để đàm bảo hiểu rõ về chủng vi khuẩn đang nuôi Độ lập của các thí nghiệm

là 3 lần, các kết quả của thí nghiệm là giá trị trung bình của 3 lần đo, và đã trừ đi giá trị của mẫu đối chứng

 Đặc điểm hình thái của vi khuẩn tía được xác định bằng phương pháp nhuộm Gram và soi dưới kính hiển vi

 Nguyên tắc nhuộm Gram: Vi khuẩn Gram (-) bắt màu hồng của fuchsin, vi khuẩn Gram (+) bắt màu tím của violet

 Cách tiến hành: Dùng que cấy lấy mẫu, dàn trải mẫu trên lam kính sau đó cố định mẫu trên đèn cồn Tiến hành nhuộm bằng dung dịch tím tinh thể (Gentian Violet) trong 1 phút rồi rửa với nước cất, phủ dung dịch lugol trong 1 phút, sau

đó đổ bỏ dung dịch và rửa nhẹ bằng nước cất Tẩy cồn trong 15 – 20 giây và rửa lại bằng nước cất sau đó phủ dung dịch fuchsin lên lam kính trong 30 giây, đổ

bỏ dung dịch và rửa qua nước Dùng giấy thấm để thấm hoặc để khô tự nhiên Khảo sát hình thái tế bào và tính chất bắt màu của vi khuẩn tía dưới kính hiển vi với vật kính dầu

 Xác định mật độ tế bào vi khuẩn: sử dụng phương pháp đếm trực tiếp, dựa trên

sự quan sát và đếm trực tiếp số lượng tế bào vi khuẩn trên kính hiển vi và buồng đếm

 Đo quang phổ tế bào của dịch vi khuẩn: (1) Sau khi chuẩn bị mẫu (lọc, pha loãng phá mẫu, chưng cất) (2) rồi cho mẫu vào cuvet đo tráng rửa cuvet với mẫu sẽ phân tích trước khi cho đúng thể tích cần đo (3) cho thuốc thử vào mẫu

và chất chỉ thị theo hướng dẫn (4) Lau chùi sạch bên ngoài ống thí nghiệm, đặt vào máy và nhấn zero (5) Sau thời gian chờ phản ứng, lau ống thí nghiệm sạch, đặt vào máy và nhấn Read (6) ghi kết quả Lập lại 3 lần và lấy giá trị trung bình

 Phương pháp chụp SEM: kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật rắn bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật

Lượng vi khuẩn nhân nuôi ở thí nghiệm này sẽ được sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo

Kết quả mật độ tế bào khi nuôi cấy nhân sinh khối vi khuẩn được trình bày ở phần 3.1

2.2.2 Thí nghiệm 2: Xác định khả năng sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn

quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter trong nước thải lò mổ

Để có thể ứng dụng vi khuẩn này trong xử lý nước thải lò mổ, vi khuẩn này phải thích ứng được các điều kiện về hóa lý của nước thải lò mổ Chính vì vậy, tôi đã tiến hành thí nghiệm này nhằm tìm ra điều kiện thích hợp cho vi khuẩn phát triển

Vi khuẩn Rhodobacter sp là nhóm vi khuẩn kỵ khí và có khả năng quang hợp

Chính vì vậy môi trường nuôi cấy cần đảm bảo điều kiện kỵ khí và có ánh sáng Tuy nhiên, trong quá trình xử lý nước thải thực tế ở các lò mổ, do điều kiện kinh tế xã hội không thể đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt về sự phát triển của vi khuẩn này Chính vì vậy việc tìm ra một giải pháp trung dung giữa thực trạng xử lý tại các lò mổ

và điều kiện sống của vi khuẩn này là cần thiết Trong thí nghiệm này chúng tôi sẽ khảo sát cả điều kiện được các nhà khoa học thừa nhận là tối ưu cho vi khuẩn (kỵ khí

và có ánh sáng) lẫn các điều kiện không thích hợp cho vi khuẩn (mặt thoáng, không ánh sáng) Đồng thời, chúng tôi cũng nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến khả năng phát triển của vi khuẩn theo thời gian

Bảng 2.5 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ giống, ánh sáng và không khí

đến khả năng phát triển Nhóm STT Ánh sáng Không khí Tỷ lệ giống (%)

Hinh 2 1 Hình bố trí thí nghiệm 2

Mật độ vi khuẩn được xác định thông qua độ hấp thụ của dịch huyền phù tế bào (turbidometic method) trên máy quang phổ DR 5000 ở bước sóng 862nm

Nguyên tắc: Khi pha lỏng có chứa nhiều phần tử không tan thì sẽ hình thành

một hệ huyền phù và có độ đục bởi các phần tử hiện diện trong môi trường lỏng cản trở ánh sáng, làm phân tán chùm ánh sáng tới Tế bào vi sinh vật là một thực thể nên khi hiện diện trong môi trường cũng làm cho môi trường đục hơn Giá trị OD (Optical Density, mật độ quang) càng cao thì độ đục càng cao, chứng tỏ mật độ vi khuẩn sinh trưởng càng mạnh Do đó có thể xác định khả năng sinh trưởng của vi khuẩn thông qua đo độ đục bằng máy so màu, phổ hấp thụ ánh sáng cực đại của sắc tố tế bào được xác định khi quét huyền phù tế bào ở dãy bước sóng từ 200 – 1000nm (ở đây ta chọn bước sóng 862nm) bằng máy đo quang phổ (DR5000)

Mật độ vi khuẩn của các nghiệm thức được theo dõi trong 19 ngày liên tục và được trình bày ở phần 3.2

2.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng xử lý nước thải lò mổ của Rhodobacter sp

Để xác định khả năng xử lý của chủng vi khuẩn Rhodobacter sp trên nước thải

lò mổ, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm tương tự như thí nghiệm 2 (bảng 2.6.) nhưng kết quả phân tích là các chỉ tiêu như bảng 2.7

Bảng 2 7 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ giống, ánh sáng và không khí

đến khả năng phát triển

Nhóm STT Ánh sáng Không khí Tỷ lệ giống (%)

Chỉ

tiêu theo dõi

Bảng 2.7

Bảng 2 8 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu theo dõi

STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Hóa chất/thiết bị

3 COD standard Methods 5220-B Định phân

4 Sunfite standard Methods 3500-D Chuẩn độ iot

Standard Methods for the Examination of water and wastewater

Các chất ô nhiễm trong nước thải lò mổ sẽ được phân tích theo kiểu ngày cách ngày trong vòng 19 ngày theo dõi

Kết quả phân tích này được trình bày ở phần 3.3

Hinh 2 2 Hình bố trí thí nghiệm 3

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Kết quả nhân nuôi vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter

Chủng vi khuẩn Rhodobacter đã được nuôi trong môi trường SA ở điều kiện không

sục khí dưới ánh sáng tự nhiên Sau một thời gian nuôi cấy, mật độ vi khuẩn ngày càng tăng cao làm cho dung dịch chuyển từ màu vàng nhạt (màu của môi trường ban đầu) chuyển sang màu đỏ tía như hình 3.1

Trong quá trình nhân nuôi, chúng tôi đã tiến hành quét phổ hấp thụ dịch huyền phù

tế bào vi khuẩn quang hợp tía không lưu huỳnh chi Rhodobacter xác định được độ hấp

thụ cực đại là 0,599 Abs tại bước sóng 862 nm được trình bày trong hình 3.2

Hình 3 1 Sự thay đổi mật độ của Rhodobacter sp sau một thời gian nuôi cấy

Hình 3 2 Phổ hấp thụ của dịch tế bào vi khuẩn Rhodobacter sp

Ngoài việc xác định bước sóng hấp thu của vi khuẩn như đã trình bày ở trên, chúng tôi cũng đã tiến hành xác định hình dạng của tế bào bằng kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét Chúng tôi cũng đã xác định được hình thái tế bào vi khuẩn được trình bày

trong hình 3.3 Tế bào vi khuẩn Rhodobacter thường được mô tả là dạng cầu khuẩn có

xu hướng kéo dài như hình elip Kết quả chụp trên kính hiển vi điện tử vi khuẩn

Rhodobacter chúng tôi đang nghiên cứu có hình dạng gần giống với các miêu tả trước

đó

Hình 3 3 Hình chụp SEM tế bào Rhodobacter sp

Việc xác định số lượng tế bào vi khuẩn Rhodobacter được chúng tôi thực hiện

bằng cách xác định độ hấp thu Abs862nm ở bước sóng 862nm như đã kết luận ở trên, đồng thời, để thuận tiện trong quá trình làm thí nghiệm, chúng tôi đã xác định mối quan hệ giữa độ hấp thu của huyền phù vi khuẩn với logarit mật độ tế bào Kết quả được trình bày trong biểu đồ 3.1