Nghiên cứu phát triển sinh phẩm hỗ trợ công nghệ lên men tạo khí sinh học trong các điều kiện môi trường đặc biệt đề tài NCKH QG 11 27

Đ Ạ Ỉ H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I V IỆ N V I S IN H V Ậ T V À C Ô N G N G H Ệ S IN H H Ọ C • • • • B Á O C Á O K ÉT Q U Ả T H ự C HIỆN Đ È TÀI K H C N : “N g h i ê n c ứ u p h t tr iể n s in h p h ẩ m h ỗ tr ợ c ô n g n g h ệ lê n m e n tạ o k h í s in h h ọ c tr o n g c c đ iề u k iệ n m ô i tr n g đ ặ c b iệ t” M ã số: Q G 1 C o’ q u a n ch ủ trì: V iện V i sinh vật & C ô n g nghệ sinh học - Đ H Q G H N C h ủ trì đ ề tài: T S Đ in h T húy H ằng Hà N ộ i- BÁ O C Á O KÉT Q U Ả T H Ụ C HIỆN ĐẺ TÀI K H C N N H Ó M B C Á P Đ H Q G H N BÁO C Á O T Ó M TẮT T ên đê tài: Nghiên cứu phát triến sinh phâm hô trợ công nghệ lên men tạo khí sinh h ọ c t r o n g c c đ iề u k iệ n m ô i t r n g đ ặ c b iệ t M ã số: QG 11.27 T h òi gian thực hiện: 24 tháng (8/2011 - 8/2013) Cấp quản lý: Đại học Quốc gia Hà Nội C hủ trì đề tài: TS Đinh Thuý Hằng Viện Vi sinh vật Cône nghệ sinh học - ĐHQGHN Điện thoại: 0437547488; Fax: 0437547407 Email: dthang@ vnu.edu.vn; hangdinh_cbhn@ yahoo.com Cán tham gia: ThS NCS Nguyễn Thu Hoài ThS Nguyễn Thị Hải CN Nguyễn Thị Hằng CN Dương Chí Cơng M ục tiêu nội dung nghiên cứu M ục tiêu: Tạo nguồn m ethanogen có tính thích ứng cao với môi trường nhiễm mặn để làm sở cho việc sản xuất chế phẩm sinh học hỗ trợ cho công nghệ biogas điều kiện nước lợ nước mặn Nghiên cứu qui trình nhân giống methanogen phương pháp bảo quản dạng chế phẩm vi sinh N ội dung nghiên cứu: - Tạo quần thể vi sinh vật sinh methane ưa mặn phương pháp làm giàu điều kiện môi trường nước lợ, nước mặn sử dụng nguồn chất thích hợp methanol, acetate, rong biển - Xác định thành phần loài quần thể thơng qua phân tích gen 16S rDNA phương pháp PCR-DGGE - Phân lập chủng methanogen khiết phương pháp ống thạch bán lỏng kỵ khí Nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hoá, phân loại chủng khiết Bảo quản chủng phân lập cũne mẫu quần thể điều kiện kỵ khí °c - chọn tổ hợp methanogen có mức sinh trưởng cao thử nghiệm hoạt tính Lựa cua chúng qui m lít phịng thí nghiệm bùn từ ao nuôi tôm n c lợ v r o n g b iể n t r o n g n c m ặ n - Nghiên cứu qui trình nhân giống methanogen điều kiện nước lợ nước mặn qui 1Ĩ 1Ơ - lít Nghiên cứu phương pháp bảo quản dạne chế phâm sinh học Các kết đạt đ ọc 8.1 - K ết nghiên cứu M ethanogen từ trầm tích biển Việt Nam (Cát Bà Nha T ran g ) làm giàu thành công với nguồn chất methanol Na-acetate điều kiện môi trường nước lợ (17 g NaCl/L) nước biển (26,4 g NaCl/L) Phân tích quần thể cổ khuẩn mẫu làm giàu bằne phương pháp PCR-DGGE cho thấy M e t ì u m o s a r c in a s p p v M e t h a n o lo b u s s p p c h i ế m u t h ế đ â y - Tổng số 10 chủng m ethanogen phân lập từ mẫu làm giàu dựa đặc điểm hình thái khác khuẩn lạc tế bào Phân tích PCR-DGGE giải trình tự gen 16S rDNA cho thấy chủng thuộc chi Methanosarcina (theo nhóm gần gũi với loài khác M semesiae, M vacuolata M.siciỉiae) chủng thuộc chi Methanolobus (gần gũi với loài M profundii), chi methanogen chiếm sổ đông mầu làm giàu Bốn chủng đại diện giải trình tự gen 16S rD N A đăng ký mã GenBank, gồm Methanosarcina sp M21 (KC571195), Methanosarcina sp M 25a (KC571194), Methanosarcina sp M37 (KC951109) Methanolobus sp M23b (KC571 193) - Chủng M37 thể khả sinh m e th a n e cao số chủng phân lập, có khả sinh trưởng tốt phổ rộng hàm lượng muối, tối ưu mức nước biển 26 - 33 g/L, chủng lựa chọn để tạo neuồn methanogen bổ sung vào hệ thống xử lý kỵ khí điều kiện nước mặn Dựa so sánh trình tự gen 16S rD NA , chủng M3 xếp vào chi Methanosarcina với tên khoa học Methanosarcina sp M37, loài gần gũi M siciliae (98% tương đồng) - Quy trình tạo nguồn methanogen BMS từ chủng M37 sử dụng nước biển nhân tạo cám gạo thiết lập, cho nguồn methanogen có hoạt tính cao (35 Ịimol CH 4/m l/ngày), mật độ methanogen 1,1 X 109 TB/ml (theo phân tích MPN) Thử nghiệm bổ sung BMS vào hỗn hợp lên men kỵ khí điều kiện nước lợ nước biển cho thấy tác động hỗ trợ rõ rệt việc rút ngắn thời gian khởi động C c m ô h ìn h x lý c h ấ t th ả i h ữ u c ( g m ro n g b iể n U lv a s p , b ù n đ y đ ầ m nuôi tô m v c h ấ t th ả i c h ă n n u ô i) tr o n g b ể lê n m e n k ỵ k h í s in h m e t h a n e đ iề u k iệ n n c mặn (nước lợ nước biển) thiết lập phịng thí nghiệm với ne,uồn m e th a n o g e n M đ ợ c b o s u n s đ ể tă n g tố c k h i đ ộ n g Q u trìn h p h â n h ủ y d iễ n tích cực mơ hình có hàm lượng muối 17 g/L, chất hồn họp rong, bùn chất thải chăn nuôi với N a-m olypđate bổ sung (1 mM ) để ức chế SRB Kết 64,4% COD bị loại sau 60 ngày 98% sau 90 ngày, tương ứng tỷ lệ CH4 biogas đạt 40% 81,8% M ethanosarcina sp M 37 tìm thấy chiếm ưu mơ hình 8.2 Cơng trình khoa học cơng bố - N guyễn T hu H ồi, N gu yễn T hị Tuyền, Đ inh T húy H ằng Làm giàu phân lập m ethanogen từ trầm tích biển Việt Nam Tạp chí CNSH, chờ in - N guyễn T hu H oài, N gu yễn T hị H ải, D o n g C hí C ơng, Đ inh T h ú y H ằng Phân lập cô khuân sinh m ethane ưa mặn Methanosarcina sp M37 từ trâm tích biển Cát Bà, Việt Nam Tạp chí CNSH, chờ in 8.3 Đào tạo sau đụi Itọc Hỗ trợ đào tạo 01 tiến sỹ: N guyễn Thu Hoài Tên luận án: “Nghiên cứu vi sinh vật ứng dụng cho sản xuất biogas làm tăng hiệu suất điều kiện nước lợ nước m ặn” 8.4, Sản phẩm ứng dụng - Quy trình công nghệ tạo nguồn vi sinh vật sinh m ethane thích ứng với điều kiện nước lợ nước mặn (BM S) Sản phẩm BMS hỗ trợ bể lên men kỵ khí điều kiện nước lợ nước mặn (5 lít loại) - T ình hình sử dụng kinh phí Tổng kinh phí đề tài duyệt: - Tơng kinh phí đề tài chi: 180.000.000 VNĐ 180.000.000 VNĐ, bao gồm + Chi phí thuê mướn: 77.000.000 + Chi phí nghiệp vụ chuyên mơn: 70.000.000 + V ăn phịng phẩm : 0 0 0 + Chi khác (lệ phí đơn vị DT): 3.000.000 + Viết báo cáo tổng quan tài liệu: 3.000.000 + Thù lao chủ trì đề tài: 12.000.000 mục: + Nghiệm thu: 0 0 0 + Viết báo cáo: 0 0 0 + Xây dựne; đề cương: X ác 0 0 0 n h ậ n c ủ a CO’ q u a n c h ủ t r ì Chủ trì đề tài VIỆN TRƯỞNG Đ inh T húy H ằng Văn Hợp Xác nhận Đ ại học Q uốc gia MỤC LỤC Da.nh mục ký hiệu, chữ viết tắt D a n h m ụ c b ả n g v h ìn h I T Ỏ N G Q U A N T À I LIỆU 1.1 Phân hủy kỵ khí ứng dụng xử lý mơi trường 1.1.1 Phân hủy kỵ khí 1.1.2 Bản chất sinh học phân hủy kỵ khí 1.1.3 Một số cơng nghệ phổ biến vận hành theo nguyên lý phân hủy kỵ khí l 1.3.1 Be lên men kỵ khí sinh methane (biogas) 1.1.3.2 Be tự hoại (Septic tank) 1.1.3.3 U A S B (U p flo w A n a e r o b ic S lu d g e B la n k et) 1.1.3.4 M n g lọ c k ỵ k h í (A n a e ro b ic F ilte r) 1.2 Vi sinh vật tham gia trình phân hủy kỵ khí 1.2.1 Nhóm - Vi khuẩn có hoạt tính thủy phân 1.2.2 Nhóm - Vi khuẩn lên men sinh axit 1.2.3 Nhóm - Vi khuẩn sinh acetate (acetogens) 1.2.4 Nhóm - Vi sinh vật sinh methane (methanogen) 1.3 Các yểu tố ảnh hưởng sinh trưởng vi sinh vật hệ thống phân hủy kỵ khí 10 11 1.3.1 Cân dinh dưỡng 11 1.3.2 Các yếu tố lý hóa sinh học 12 1.4 N ghiên cứu ứng dụng cơng nghệ phân hủy kỵ khí Việt Nam 13 II N G U Y Ê N V Ậ T L IỆ U V À PH Ư Ơ N G PH Á P N G H IÊ N CỨtJ 2.1 N guyên liệu 16 2.2 Phương pháp 16 2 C c p h n g p h p v i s in h v ậ t h ọ c 16 2.2.2 Các phương pháp sinh học phân tử 18 2 C c p h n g p h p p h â n tíc h h ó a h ọ c 19 III K É T QUẢ V À T H Ả O L U ẬN 3.1 Làm giàu methanogen từ trầm tích biển Cát Bà Nha Trang 21 3.2 Phân lập methanogen từ mẫu làm giàu 23 3.3 Quần xã methanogen mẫu làm giàu 25 3.4 Lựa chọn chủng thích hợp để phát triển chế phẩm 3.4.1 Lựa chọn chủng có hoạt tính cao 3.4.2 Nghiên cứu đặc điểm sinh học chủng M37 27 27 28 3.5 Tạo nguồn methanogen để bổ sung vào mơ hình phân hủy kỵ khí 31 3.6 Xác định khả hồ trợ trình lên men kỵ khí BMS 34 3.7 Thử nghiệm vận hành mơ hình bể lên men kỵ khí để xử lý chất thải hữu điều kiện nước mặn 34 3.7.1 Thiết lập mơ hình bể lên men kỵ khí phịng thí nghiệm 34 3.7.2 Loại COD hịa tan mơ hình 36 3.7.3 Thành phần m ethanogen mơ hình 37 V K É T LU Ậ N 38 KI ÉN N G H Ị 39 TÀI LIỆU T H A M K H Ả O 40 D A N H M Ụ C C Á C K Ý HIỆU, C Á C C H Ữ VIÉT T Ả T AF Anaerobic Filter BMS N guồn methanogen cho lên men kỵ COD Chemical Oxygen Demand DGGE D enaturing Gradient Gel Electrophoresis DMSO D im ethyl Sulfoxide DNA Deoxyribonucleic Acid 16S rDNA 16S ribosomal DNA FISH Fluorscent in situ Hybridization F 420 Coenzym e F 420 HDPE High Density Polyethylene M PN M ost Probable Number PCR Polym erase Chain Reaction RNA Ribonucleic Acid SRB Sulfate Reducing Bacteria TA E Tris-acetate-EDTA buffer TC D Therm al Conductivity Detector UASB U pflow Anaerobic Sludge Blanket ƯV Ultra Violet V FA Volatile Fatty Acid khí điều kiện nước mặn DANH M Ụ C C Á C BẢ N G Báng 3.1 Các chủng methanogen phân lập từ mẫu làm giàu khác 23 Bảng 3.2 Khả sinh khí biogas mức độ phát sáng tế bào 27 kính hiển vi huỳnh quang ghi nhận chủng methanogen phân lập Báng 3.3 Cơng thức thiết lập mơ hình lên men kỵ khí thực 34 DANH M Ụ C C Á C H ÌN H Hình 1.1 Chuyển hóa cacbon hữu phân hủy hiếu khí kỵ khí Hình 1.2 Các bước q trình phân hủy kỵ khí chất hữu tạo khí sinh học Hình 1.3 Be phân hủy kỵ khí hoạt động chế độ lên men ấm lên men nóng Hình 1.4 Bể lên m en kỵ khí hai cấp Hình 1.5 Be tự hoại hai ngăn H i n h C ấ u t o v n g u y ê n lý h o t đ ộ n g c ủ a b ể U A S B Hỉnh 1.7 Cấu tạo nguyên lý hoạt động màng lọc kỵ khí Hình í Vi khuẩn acetogen cổ khuẩn methanogen bùn từ bể biogas H'.nh 1.9 Methanosarcina sp Methanothrix sp 10 H n h 1.10 M ethanogen bùn kỵ khí kính hiển vi huỳnh quang 11 Hình 1.11 Bể biogas vật liệu HDPE dung tích 30 000 m nhà máy 14 rượu H Nội Htnh 2.1 N guyên lý phương pháp cột nước xác định lượng khí sinh 20 từ bể lên men kỵ khí Hình 3.1 Làm giàu methanogen từ mẫu trầm tích biển Nha Trang 21 Cát Bà mơi trường nước biển Hình 3.2 Làm giàu methanogen từ mẫu trầm tích biển Nha Trang 22 Cát Bà mơi trường nước lợ Hình 3.3 Tính đa dạng độ tinh chủng methanogen phân lập 24 thể qua phương pháp phân tích PCR-DGGE đoạn gen 16S rDNA H ình P h â n tíc h q u ầ n x ã m e t h a n o g e n tr o n g c c m ẫ u m g ià u v i tr ầ m 25 tích từ biển N Trang Cát Bà phương pháp PCR-DGGE gen 16S rDNA H ình 3.5 Cây phân loại neibourgh joining dựa trình tự đoạn gen 16S 26 rDNA chủng methanogen đại diện H ình 3.6 Hình thái tế bào vị trí phân loại chủng methanogen M37 28 H ình 3.7 Ảnh hưởng điều kiện mơi trường nuôi cấy đến mức tăng 29 trưởng sinh methane chủng M37 H ình 3.8 Sinh trưởng sinh methane chủng M37 nguồn chất 30 khác H ình 3.9 Quy trìn h tạo nguồn methanogen từ chủng M37 H ình 3.10 Sinh trưởng tạo methane methaogen M37 mơi trường 31 32 khống cám gạo (1,5%) lên men H ình 3.11 N guồn methanogen từ chủng M37 nuôi cám gạo môi 33 trường nước biển sau 15 ngày quan sát kính hiển vi huỳnh quang H ình 3.12 Lên men sinh methane điều kiện nước lợ nước mặn 34 bổ sung hay không bổ sung BMS H ình 3.13 Mơ hình bể lên men kỵ khí xử lý rong biển bùn thải đầm tôm 35 điều kiện nước mặn H ình 3.14 Chuyển hóa COD tạo methane mơ hình thí nghiệm 36 lên men kỵ khí rong biển H ình 3.15 Phân tích thành phần methanogen mơ hình thí nghiệm phương pháp PCR-DGGE gen 16S rDNA 37 10 17 20 26 3.1 40 50 60 NaCI (g/L) Hình Anh h n g c ủ a điều kiện môi trư n g nuôi cấy đ ế n m ứ c tăng trư n g v sinh m e th a n e chùng M37 A - Ảnh h n g c ủ a nhiệt độ; B - Ảnh h n g c ủ a pH; c - Ảnh h n g c ủ a độ m ặ n (áp su ấ t th ẩm thấu) Ký hiệu: B OD600; ■ CH4 (mol) Trong số nguồn chất thừ nghiệm , chủng M3 sinh trưởng tốt với trimethylamine, lại sinh methane tốt vói acetate (Hình 3) Hydro methanol sử dụng để tăng sinh (Hình 3A) khơng chuyển hóa thành methane (Hình 3B) Trong số ba chủng M sicilia e cơng bố có chủng C2J phân lập từ trầm tích biển Canyon có khả sử dụng acetate làm chất để sinh trưởng tạo methane (Elberson, Sow ers, 1997) Như đặc tính sinh học chủng M 37 phân lập nghiên cứu gần với chủng C2J so với hai chủng lại T hời gian (ngày) Thời gian (ngày) Hình Sinh tr n g sinh m e th a n e ch ù n g M c c nguồn c c h ấ t k h c A - Thay đổi giá trị m ậ t độ q u a n g ODeoo; B - Khí m e th a n e sinh q u trinh sinh trư n g Trong q trình lên men kỵ khí chất hữu sinh biogas, lượng m ethane sinh chủ yếu nhóm m ethanogen sử dụng acetate (trên 70%), có phần nhỏ nhóm methanogen sử dụng hydro (Lettinga, 1995; Bitton, 1999; Whitman et a l., 2006) Chủng M37 chuyên biệt hóa tạo methane từ acetate có khả sinh trưởng tạo methane phổ rộng điều kiện nhiệt độ, pH, đặc biệt m trường có hàm lượng muối cao, có khả cạnh tranh tốt bể lên men kỵ khí điều kiện nước lợ nước biên K É T LU Ậ N M3 chủng m ethanogen ưa mặn phân lập biển V iệt Nam , có khả sinh trưởng tốt m trường có hàm lượng muối từ - g/L (tối ưu 26 - 33 g/L), nhiệt độ từ 20 - ° c (tối ưu 37°C) pH từ 6,5 - (tối ưu 7,5) Chủng M 37 có độ tương đồng cao trình tự đoạn gen 16S rD N A với M e thanosarcina s ic iỉia e (98%) chuyên biệt hóa sử dụng acetate để sinh trưởng tạo methane Với đặc tính mơ tả chủng sử dụng làm nguồn methanogen để bổ sung vào hệ thống xử lý kỵ khí điều kiện nước mặn nhằm tăng hiệu suất rút ngắn thời gian khởi động L Ờ I C Ả M ƠN Cơng trình hồn thành nhờ hỗ trợ kinh phí đề tài mã số Q G l 1.27 Các tác giả xin trân trọng cảm ơn V iện Vi sinh vật Công nghệ sinh học tạo điều kiện tiến hành thí nghiệm nghiên cứu T À I L IỆ U T H A M K H Ả O Bitton G (1999) W astewater m icrob io lo g y John W iley & Sons, N ew York, U SA Colwell FS, Boyd s , D elw iche ME, Reed DW , Phelps TJ, N ew by D T (2008) Estimates o f biogenic methane production rates in deep marine sedim ents at Hydrate Ridge, Cascadia Margin A p p l E v iro n M ic ro b io l 74: 3444-3452 Chen Y, Cheng JJ, Creamer KS (2007) Inhibition o f anaerobic digestion process: a review Biores Technol 99:4044 - 4064 D olfing J, M ulder JW (1985) Comparison o f methane production rate and coenzym e F420 content o f m ethanogenic consortia in anaerobic granular sludge A p p l E n viro n M ic ro b io l 49: 1142-1145 Elberson M A, Sow ers KR (1997) Isolation o f an aceticlastic strain o f M ethanosarcina sieiliae from marine Canyon sediments and emendation o f the species description for M ethanosarcina s ic ilia e In t J S y s t B a c te rio l 47:1258-1261 Felsenstein J (1985) Confidence limits on phytogenies: an approach using the bootstrap E volutio n 39, 783-791 Ganzert L, Jurgens G, Muenster u , Wagner D (2007) M ethanogenic com m unities in permafrost-affected soils o f the Laptev Sea coast, Siberian Arctic, characterized b y l 6S rRNAgene fingerprints FEMS Microbiol Ecol 59: 476-488 G rosskopf R, Janssen p, Liesack w (1998) Diversity and structure o f the methanogenic community in anoxic rice paddy soil m icrocosm s as exam ined by cultivation and direct 16S rRNA gene sequence retrieval A p p l E n v iro n M ic ro b io l 64: 960-969 Kuivila KM , Murray JW, D evol AH (1990) M ethane production in the sulfate-depleted sediments o f two marine basins Geochim Cosmochim A cta 54: 403-411 Lazar c s , Parkes RJ, Cragg B A , L'Haridon s , Toffin L (2011) M ethanogenic diversity and activity in hypersaline sediments o f the centre o f the N apoli mud volcan o, Eastern Mediterranean Sea E n v iro n M ic ro b io l 13: 2078-2091 Lettinga G (1995) Anaerobic digestion and wastewater treatment system s Antonnie Van Leeuw enhoek 67:3-28 M adigan MT, M artinko JM, Parker J (2003) B ro ck B io lo g y o f M icro o rg a n ism s, 10th Ed Pearson Education Inc., U SA M ikucki AJ, Liu Y, D elw iche M, C olw ell FS, Boone DR (2003) Isolation o f a m ethanogen from deep marine sedim ents that contain methane hydrates and description of M ethanoculleus subm arinus sp.nov A p p l E nviro n M ic ro b io l 69: 3 1-3316 Marmur J (1961) A procedure for the isolation o f deoxyribonucleic acid from m icroorganism s J M o l B io l 3: 208-218 N i s , B oone D R (19 ) Isolation and characterization o f a dim ethyl sulfide-degrading m ethanogen, M e thanolobus s ic ilia e HI350, from an oil w ell, characterization o f M s ic ilia e T4/MT, and emendation o f M siciliae Int JSyst Bacteriol 41:410-416 Rabus R, Hansen TA , W iddel F (2006) Dissim ilatory sulphate- and sulphur-reducing prokaryotes In D w orkin M, Falkow s , Rosenberg E, Schleifer K H, Stackebrandt E eds The P ro karyote s , 3rd ed Springer, Berlin H eidelberg N e w York :659-768 Saitou N , N ei M (1987) The neighbor-joining method: a new m ethod for reconstructing phylogenetic trees M o l B io l E vol 4: 406-425 Singh N , Kendall M M , Liu Y, Boone D R (2005) Isolation and characterization o f methylotrophic m ethanogens from anoxic marine sedim ents in description o f M ethanococcoides alskense sp nov., and Skan B ay, Alaska: em ended description of M e thanosarcina b altica In t JSystem E v o l M ic ro b io l 55: 2531-2538 Whitman W B, B ow en TL, Boone D R (2006) The m ethanogenic bacteria In D w orkin M , Falkow s , R osenberg E, Schleifer KH, Stackebrandt E eds The P ro karyote s, 3rd ed Springer, Berlin H eidelberg N ew York 3:165-207 10 W iddel F, Bak F (1992) G ram -negative m esophilic su lfate -re d ucing bacteria In Balow s A, Trũper HG, D w orkin M , Harder w , Schleifer KH eds The P rokaryotes, 2nd ed Springer, Berlin Heidelberg N e w York: 3352-3378 IS O L A T IO N OF A H A L O P H IL IC M E T H A N O G E N IC ARCHAEON M ethanosarcỉna sp M 37 F R O M M A R IN E S E D IM E N T C A TB A , V IE T N A M N guyen T h u H o a i1, N guyen T h i H ai2, D uong C hi C ong2, D inh T h u y H an g 2* Vietnam-Russia T ro p ic a l Center, M in is try o f Defence o f Vietnam Institute o f M ic ro b io lo g y a n d Biotechnology, Vietnam N a tio n a l U niversity H a n o i C orresp on d in g author: Tel +84 972 523 466 E -m ail: hangdinh_cbhn@ yahoo.com SUMMARY From laboratory anaerobic bioreactor operating under seawater condition, a m ethanogenic archaeon strain M 37 was isolated via dilution series in anaerobic agar tubes containing a mixture o f acetate, methanol and trimethylamine (10 mM o f each) as substrates The isolate show ed the highest hom ology in the 16S rDNA gene sequence with M ethanosarcina s ic ilia e (98%) and was able to produce methane with acetate but not with H2/C O or other tested substrates such as methanol and trimethylamine Especially, strain M3 grew best in the m edium containing - g-L~’ N aC l, coưesponding to brackish and seawater conditions in nature B esides that, strain M 37 grew in a broad range o f temperature and pH values, where the optimal conditions were °c and pH 7.5 Owning such physiological properties, strain M3 could be used as m ethanogenic source for adding into anaerobic digesters that operate under high salt concentration conditions Keywords Anaerobic digestion, M ethanosarcina sic ilia e methanogen, biogas, marine sedim ent, halophilic, 11 JSPS Y SS 2012 - H a n o i sem inar P o s te r p re s e n ta tio n (P -5 ) Methane fermentation of seaweed in saline water condition N guyen T h u H o a i1, D uong C h i C o n g 2, D inh T h u y H a n g Vietnam - Russia T ro p ic a l Center, M in is try o f Defence 2In s titu te o f M ic ro b io lo g y a n d B iotechnology, Vietnam N a tio n a l University, H a n o i Several seaw eed species such as U lva sp and L o b o p h o sp often grow in a large quantity along shoreline areas where contaminated water from land com es out These are not edible and cause problems for the envữonm ent as w ell as touristic activities In this study, the seaweed U lv a sp w as used for generating energy in laboratory biogas reactors to demonstrate the possibility o f the making use o f this kind o f waste D islike other studies reported so far, here the reactors have been operated in saline water environment w ith the salinity o f 17 g N aC l r \ This envừonm ent w as created by m ixing wastwater from a pig manure biogas plant and natural seawater at the ratio 50:50 (vol/vol) The experim ent w as performed within 60 days in liter glass bottles containing 1.8 liter o f substrate in a slurry form To inhibit the effect o f sulfate reducing bacteria w hich were highly abundant in seawater, sodium m olybdate w as added into one reactor (at the concentration o f mM) A s inoculum s, a mixture o f m ethanogenic organism s previously enriched with acetate in saline water w as added ( 10 % vol) Is has show n that total gas produced increased consistently over tim e, reaching 5000 ml at the end o f the operation, w hile the soluble CO D content decreased as much as 65% The highest m ethane concentration in the biogas w as m easured as 40% after w eeks and stayed constant toward the end o f the experiment The total gas produced as w ell as methane concentration w as significantly higher in the reactor w ith sodium m olybdate as inhibitor for the sulfate reducing bacteria in comparison to the reactor without this reagent K ey w o rd s: seaw eed, biogas reactor, m ethanogen, saline water, soluble COD M E T H A N E F E R M E N T A T IO N O F S E A W E E D IN S A L IN E W A T E R CONDITIOIN - N g u y e n T h u H o a i \ D u o n g C h i C o n g 2, D in h T h u y H a n g V ie tn a m - R u s s ia T ro pical C e n te r, M in is try o f D e fe n c e In stitu te o f M ic ro b io lo g y a n d B io tech no log y, V ie tn a m N a tio n a l University, H a n o i INTRODUCTION S e v e r a l s e a w e e d s p e c i e s s u c h a s U lv a s p a n d L o b o p h o s p o fte n gro w in a la rg e q u a n tity a lo n g s h o r e li n e a r e a s w h e r e c o n t a m i n a t e d w a t e r from land c o m e s out T h e s e a r e not e d ib le a n d c a u s e problems for the environment a s well as touristic activities In this study, the seaw eed Ulva sp w as used for g e n e r a t in g e n e r g y in la b o r a to r y b io g a s r e a c t o r s u n d e r s a l i n e w a t e r condition to d e m o n s t r a t e th e possibility of t h e m a k in g u s e o f this kind of w a s t e EXPERIM ENT SETU P • Condition: - 17g NaCI L'1 (mixture of w astew ater from pig manure biogas plant and natural s e a w a te r at th e ratio 50:50, vol:vol) - 30 °c, pH 7.5, N2 a tm o sp h e re - S e a w e e d powder (50 g L"1) a s substrate ♦ Time: 60 days ♦ S e e d in g : mixure of m e th a n o g e n s (10% vol), previously adapted to the salt water condition ♦ A n a ly se s: - Total volume of biogas - M ethane content - C o Double METHANE FERMENTATION B io g a s yield M e th a n e c o n t e n t in th e b io g a s • Total g a s p r o d u c e d i n c r e a s e d c o n s is te n tly o v e r t i m e , r e a c h in g 0 ml a t t h e e n d of th e e x p e r im e n t • Methane content w as highest a t - w eeks, r e a c h in g % in the b io g a s • T h e total g a s p r o d u c e d a s well a s m e t h a n e c o n t e n t w a s a little h ig h e r w h e n N a 2M o w a s p r e s e n t • The soluble COD content d e c r e a s e d a s much a s % after d a y e x p e r i m e n t TIỂ U BAN C Ô NG N G H Ệ VI SIN H VẬ T BÁ O C Á O T Ạ I H Ộ I N G H Ị K H O A H Ọ C C N SH T O À N Q U Ó C 2013 Thòi gian Họ Tên Bài báo Đon vị Sáng 10:30-10:45 SELECTION OF MICROORGANISM FOR CARDBOARD PACKAGE RESIDUE BIOCONVERSION 10:45-11:00 Moscow state university o f food production Viện CNSH 11:00-11:15 Glazova A.A., Ivanova L.A., Sheludko Y.V., Zdorovilo N.V., Sokolova E Key speaker Đinh Thị Ngọc Mai, Nguyên Câm Hà, Lê Thị Thơm, Hoàng Thị Lan Anh, Ngơ Thị Hồi Thu, Đặng Diễm Hồng Trân Văn Dũng, Dương Minh Viên Dirk Springae 11:15-11:30 11:30-11:45 11:45-12:00 Nguyên Thị Thu Trang, Lê Thị Thanh Hương Đồn Thị Oanh, Đặng Đình Kim, Bùi Thị Kim Anh, Nguyễn Tiến Cư, Trần Thị Minh Nguyệt, Đặng Diễm Hồng, Đặng Thị Thơm, Mai Trọng Chính, Nguyễn Minh Chuyên Nguven TienCuong and ChuKy Son NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DIESEL SINH HỌC TỪ VI TẢO BIỂN QUANG T ự DƯỠNG ỦNG DỤNG KỶ THUẬT ĐIỆN DI BIẾN TÍNH (DGGE) ĐÊ PHÂN TÍCH CỌNG ĐỔNG XẠ KHUẨN TRONG RƠM RẠ ĐƯỢC VÙI VÀO ĐẤT LÚA NGẢP NƯỚC VÀ ĐẤT TRỔNG MÀU ổ ĐBSCL ỨNG DỤNG REAL-TIME PCR ĐẺ ĐỊNH LOẠI NHANH VIRƯT BẠI L IỆ T T Ử C Á C C A B Ệ N H L IỆ T M Ề M C Á P V A S À N G LỌ C C H Ủ N G C ố NGUỔN GỐC VACXIN NUÔI THỬ'NGHIỆM SPIRULINA PLATENSIS Ở QUI MÔ PILOT TẬN DỤNG C 02 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN SIMULTANEOUS LIQUEFACTION, SACCHAR1F1CATION AND FERMENTATION FOR ETHANOL PRODUCTION FROM RICE ĐH Cân Thơ Vệ sinh Dịch tễ Trung ương Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Trường ĐH Bách khoa HN Chiêu 13:30-13:45 N g u v ê n T h u Hồi, Dương Chí Cơns, KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TỪ RONG BIẺN QUA PHÂN HỦY KỴ T r u n g tâm nhiệt Đinh Thúy Hằng KHÍ TRONG ĐIỀU KIÊN NƯỚC MAN đới Việt-Nga L I^ T E K V N { R o c h e t ( Ễ ề ì GE Heolthcore B i^ m e d ỉc iố ncbt ^ :4 -1 :0 2013 J*ji Na t i o n a l C o n fe r e n c e o f B io t e c h n o lo g y , H a n o i, Nguyễn Thị Hòa, Đ ặ n g Thị M A nh, T ă n g Thị C h ín h , T rần Thị K im H ạnh, N g Đình Bính :0 -1 :1 Cung Thị Ngọc Mai, Lê Thị Nhi C ôn g, Nghiêm Ngọc Minh 10 :4 - :0 11 :0 - :1 Đào Văn Thông, L n g H ữu T h ành , Pham Văn Tồn Lê Cơng Nhất Phương; N g u v ễ n Đ ắc K hải; T rầ n T r u n g Kiên, N g u y ễ n H uỳnh V C H Ế T Ạ O M Ô I T R Ư Ờ N G M Ó I T Ừ B Ù N T H Ả I S IN H H Ọ C C Ủ A N H À M Á Y SẢ N X U Á T B IA D Ừ N G C H O L Ê N M E N S Ả N X U Ấ T T H U Ố C T R Ừ SÂ U S IN H H Ọ C B acillus thu rin gien sis KHẢ NĂ NG PHÂN HỦY CÁC HỢP C H Ấ T H Y D R O C A R B O N CÓ T R O N G D À U D I E S E L BỞI M À N G SIN H H Ọ C C Ủ A C H Ủ N G R h o d o c o c c u s sp B N P H Â N L Ậ P T Ừ N Ư Ớ C T H Ả I C Ủ A BẺ C H Ứ A K H O X Ă N G D Ầ U Đ Õ X Á , T H Ư Ờ N G T ÍN , H À N Ộ I N G H I Ê N C Ứ U H O À N T H IỆ N C Ô N G N G H Ệ S Ả N X U Ấ T C H Ê P H Ẩ M VI SIN H V À T X Ử L Ý P H Ế T H Ả I C H Ă N N U Ô I D A N G RẮ N V iệ n C N Môi trư ờn g, V A S T NGHIÊN CỬU ỨNG DỤNG NHÓM VI KHUÂN NITROSOMONASANAMMOX x LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA V iện sinh học Tấn Long V iện C N S H Viện Môi trư n g N N nhiệt đới TP HCM Giải lao :1 -1 :3 Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, N G H I Ê N C Ứ U Q U Á T R ÌN H L Ê N M E N E T H A N O L T Ừ SIN H K H Ố I N g u y ễ n T h a n h Hằng N gh iên RONG CHAETOMORPHA SP Lê Văn Nhật, Bùi Hông Quân, Nguyên Đức Lượng NGHIÊN CỨU TƠI ƯU HĨA ĐIỀU KIỆN NI CẤY BACILLUS SUBTILIS, BACILLUS MEGATERIUM, NITROSOMONAS MARINA VÀ NITROBACTER WINOGRADSKYI ĐẾ TẠO CHẾ PHẨM x LÝ NƯỚC AO NUÔI CÁ TRA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẠO FLOC VÀ x LÝ AMMONIA CỦA VI KHUẨN Pseudomonas spp PHÂN LẬP TỪ AO NUÔI TÔM CÔNG NGHIỆP 12 15:30-15:45 13 15:15-16:00 14 :0 -1 :1 Phan Cơng Hồng, Lê Bảo & Hồng Tùng 15 16:15-16:30 Nguyễn Thị Việt Anh, Bùi Thị Thúy Hà, Nguyễn Đình Thơng, Nguyễn Thanh Hùng TƯYEN CHỌN VI KHUAN LACTIC VA BACILLUS c o KHA NANG C H ỊU M U Ó I C A O Ử N G D Ụ N G C H O Q U Á T R ÌN H SINH H Ư Ơ N G TRONG SẢN XUẤT NƯỚC MẮM BCE Vietniam L I ^ T E K V N / R och et j j f f ii GE Healthcare B i® m e d ic Viện NC ứng dụng CN Nha Trang Đ H Bách K ho a TPHCM Trường ĐH Quốc tế, ĐHQG TPHCM Viện CNTP TẬN THU NĂNG LƯỢNG TỪ CHẤT THẢI HỮU c QUA PHÂN HỦY KỴ KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC MẶN Nguyễn Thu Hồi1, Dương Chí Cơng2, Đinh Thúy Hằng2 1Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga, Bộ Quốc Phịng 2Viện Vi sinh vật Cơng nghệ sinh học - Đại học Quốc gia Hà Nội TÓM TÁT () nhiễm hừu đọc bờ biển Việt Nam trở thành mối quan tâmcủa nhà khoa học nhiều ITnhvực Lên men kỵ khí sinh methane cơng nghệ áp dụng để xừ lý nguồn thải có hàm lượng hữu cao cách hiệu nhất, Việt Nam nay, công nglhệ nàv chưa thừ nghiệm với nguồn chất đa dạng chưa dược vận hành điều kiện nước mặn, nơi q trình phân hủy thường khơng đạt hiệu q cao._Trong nghiên cứu này, q trình lèn men kỵ khí thiết lập dạng mơ hình, sử dụng tàơ Ulva sp kết hợp với nguồn thài hữu khác bùn đầm tôm chất thài chăn nuôi làm chất Các mơ hình vận hành điều kiện nước mặn, sử dụng nước biển từNha Trang (26 %o) Cát Bà (17 %o) Ket quà cho thấy lên men kỵ khí diễn tích cực mơi trường có hàm lượng muối 17 %0 Q trình phân hủy đạt hiệu suất cao có mặt nguồn thải hữu cao cạnh tảo Ulva sp Sau 60 ngày vận hành mơ hình, 60%COD bị loại sau 90 ngày COD gần dược loại hoàn toàn (dạt 9K%) Dể ức chế cạnh tranh cùa vi khuẩn khử sulfate, Na-molybdate (1 mM) đà bồ sung vào mơ hình làm tăng tỳ lệ methíine tổng thể tích khí tạo từ 51.8% lèn mức 81,8% Phân tích thành phần methanogen mơ hình bàng phương pháp PCR-DGGE gen 16S rDNA cho thấy Melhanosarcina spp đóng vai trị chù đạo cho q trình sinh methane Kết quà thu thông tin cần thiết cho phát triển công nghệ biogas để xử lý chất thải hữu nhàm tận thu lượng, góp phần giài vấn đề ô nhiễm cho vùng ven biền hái đào Từ khóa: rong biển Ulva sp., phân húy kỵ khí, biogas, methanogen, Methanosarcina sp MỞĐẢU Phân hủy kỵ khí chất hữu q trình chuyển hóa sinh học tạo sản phẩm cuối methane vá CƠ2 Do có nhiều điểm ưu so với phân hủy hiếu khí (i) tạo sinh khối phụ, (ii) khơng có nhu cầu sử dụng lượng cho trình cáp oxy (iii) tận thu lượng từ chất thải hũ’u dạng khí nhiên liệu methane, phân hủy kỵ khí cơng nghệ lựa chọn số cho mục đích xử lý ô nhiễm hữu (Lettinga, 1995) Nếu trước công nghệ biogas vận hành với nguồn thải chủ yếu từ nông nghiệp thực vật, chất thải chăn ni cơng nghệ náy phát triển ứng dụng nhiều nguồn thải khác rác thái đô thị, bùn cống hay bùn cặn từ hệ thống xử lý nước thai (Lettinga, 1995) Gần rong biển hay bùn nạo vét từ hồ nuôi thủy sản nguồn hữu đưa vào làm nguyên liệu cho phân hủy kỵ sinh biogas (Bruhn etal., 2011; Matsui e/a/.2010; Nkemka, Murto, 2010) Ulva spp loại rong biển phổ biến, có khả sinh trường tốt chứa hàm lượng cacbohydrat cao (Bruhn et al 2011) Loại rong nảy phát triển mậtìh vùng biển ô nhiễm chất hữu nitơ, ứng dụng việc loại nitơ nước thải từ công nghiệp nuôi trồng thủy sản (Dang et al., 2012; Matsui et a i, 2010) Đứng trước tình hình biến đổi khí hậu chiến lược phát triển lượng tái tạo mang tính tồn cầu, mối quan tâm sử dụng tảo biển, lồi Ulva spp đối tượng làm nguồn nguyên liệu sản xuất lượng lại trở nên cấp thiết (Bruhn et ai., 2011) Nhiều nước giới Mỹ, úc, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản nghiên cứu phát triển cơng nghệ lên men kỵ khí để khai thác nguồn lượng từ tảo biển (Matsui et al., 2010; Knemka, Murto, 2010) So với điêu kiện nước ngọt, mơi trường nước biển q trình phân hủy kỵ khí diễn với tốc độ thấp đáng kể (Matsui et al., 2010) Bẽn cạnh ức chế nồng độ muối cao, trình sinh methane mơi trường biển cịn bị cạnh tranh trình khử sulfate, dẫn đến sản phẩm cuối H2 S thay methane (Peu et a i, 2011; Chen et al., 2007) Để tránh ảnh hường ức chế nêu trên, nhiều hệ thống biogas sử dụng rong biển làm nguồn chất vận hành với điều kiện bổ sung nước tới độ ấm cần thiết (Bruhn et al., 2011; Matsui etal., 2010) Việt Nam, theo chương trình phát triển biogas cho ngành chản ni phù Hà Lan trợ giúp, cơng nghệ biogas thành cõng nhiều địa phương xử lý tận thu lượng từ chất thải chăn nuôi (www.biogas.org.vn) Tuy nhiên, chương trình dừng quy trình lên men kỵ khí với nguồn thải chăn ni phế thải nông nghiệp điều kiện nước Các hệ thống phân hủy kỵ khí điều kiện nước biển cịn hoạt động chưa có biện pháp khắc phục Bên cạnh đó, rong biển dại nguồn hữu nạp vào bể kỵ khí chưa nghiên cứu Dọ vậyi nghiên cứu này, thực thử nghiệm lên men sinh methane với rong biển làm nguồn chât môi trường nước mặn nhằm tìm hiểu khả cơng nghệ điều kiện đặc biệt Bên cạnh đó, nhóm methanogen đóng vai trị q trình phân hủy kỵ khí điều kiện đặc biệt xác định để làm sở cho việc xây dựng biện pháp hỗ trợ phù hợp NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Làm giàu phân lập methanogen Mau trầm tích biển thu thập Cát Bà Nha Trang độ sâu 20 - 30 cm lớp bùn đáy bề mặt Mẫu lấy vào bình kỵ khí, bảo quản lạnh đưa phịng thí nghiệm Mơi trường khống (Rabus et al, 2006) để làm giàu methanogen gồm 26,4 g NaCI (đối với môi trường nước lợ: 13,7 g NaCI); 11,4 g MgCl2.6H20; 1,47 g CaCl2.2H20; 0,66 g KOI; 0,09 g KBr; 0,25 g NH4 CI; 0,2 g KH2 PO4 ; nước cất lit Môi trường sau khử trùng 20 phút 12 1°c để nguội xuống 80°c, sục khí N2 /CO (90:10, v/v) phút, làm nguội đến nhiệt độ phòng nước máy Các chất bổ sung sau cho lít mơi trường gồm 30 ml đệm NạHCŨ3 1M; ml hỗn hợp vitamin; ml hỗn hợp vi lượng (Rabus a/, 2006); ml Na2 S 1M; 10 ml M loại chất (acetate, methanol trimethyamin) Trong bồ sung chất, dịng khí N2 /CO trì sục qua môi trường để loại oxy pH môi trường chỉnh đến 7,2-7,4 bẳng dung dịch Na2CŨ3 M HCI M Mơi trường sau san vào bình serum thể tích 100 ml (50 ml/bình), đậy nút cao su kẹp nhơm để ni methanogen Mơ hình thử nghiêm Các mơ hình biogas đặt binh Scott lít chứa 1,8 lít nước biển tự nhiên (từ Nha Trang Cát Bà) với chất rong xả lách phối trộn với số chất thải có hàm lượng hữu cao bùn đáy đầm tôm chất thải từ trại nuôi lợn thịt theo tỷ lệ 20% loại (thể tích) Trong thí nghiệm sử dụng rong biển kết hợp với bùn đầm tôm chât thải chăn ni, hai mơ hình thiết lập để so sánh, mơ hình có bồ sung Namolybdat (1 mM) để ức chê phát triển vi khuẩn khử sulfate (SRB) mô hinh Nguồn vi sinh khởi động bổ sung vào mơ hình dịch làm giàu methanogen từ trầm tích biển với Na-acetate nguồn điện tử (theo tỷ lệ 10% thể tích) Tồng lượng sinh mơ hình xác định phương pháp cột khí (Lettinga, 1995) Hàm lượng khí methane biogas đo phương pháp sắc ký khí thiết bị Agilent 7900A Phân tích thực cột Agilent 19095p-Q04 với nhiệt độ cột đầu đọc TCD 250°c, nhiệt lị 60°c, khí mang heli bơm với tốc độ dòng ml/phút theo chế độ tách dòng COD xác định theo phương pháp quy chuẩn TCVN 6491:1999 Hàm lượng muối nước biển xác định phương pháp cân trọng lượng Lấy 20 ml mẫu vảo chén sứ biết trọng lượng, đun cách thuỷ tới cạn nước Bổ sung 20 ml H2 O2 20% vào chén sử, lắc đun cách thuỷ để oxy hố chát hữu có mẫu nước biển cạn Tiếp tục rửa mẫu H2 O2 20% từ đến lần sấy chén sứ 105°c h đến trọng lượng không đổi Cân trọng lượng mẫu khô chén sứ để tính hàm lượng muối mẫu Điện di biến tính DNA tổng số từ mẫu hỗn hợp chủng khiết vi sinh vật tinh theo phương pháp Zhou cs miêu tả (Zhou et ai., 1996) Để phân tich cấu trúc quần thể methanogen mẫu làm giàu, đoạn gen 16S rDNA (350 bp) khuếch đại PCR sử dụng cặp mồi đặc hiệu 348AÍ- TCCAGGCCCTACGGG 691RGGATTACARGATTTCAC (Wanatabe et a i, 2004) Đe ổn định mức di chuyển sản phẩm PCR gel điện di biên tính, kẹp GC (Wanatabe et al., 2004) gắn vào đầu 5’ đoạn mồi 0348aF PCR thực với chế độ nhiệt: 94°C/3', 40 chu kỳ 94°c/1', 49°c/1' 72°C/2’; 72°C/8' sản phẩm PCR điện di gel % agarose, đệm TAE, 110 V, 15 phút Điện di biến tính (DGGE - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) thực gel 8% polyacrylamide đệm 1xTAE với độ biến tính gel (urea/formamide) từ 25 đến 60%, chế độ điện di 200 V 60°c 3,5 (Wanatabe et al., 2004) Gel điện di nhuộm với edithidium bromide (5 mg/ml) 15 phút, rửa nước cất phút quan sát đèn uv máy soi gel GelDoc (Biorad, USA) Băng điện di sau cắt chuyển vào 100 |il nước khử ion để gel qua đêm 4°c Dịch thơi gel sau sử dụng làm khuôn phản ứng PCR khuyếch đại đoạn gen 16S rDNA sử dụng cặp mồi 348Af 691R không gắn kẹp GC Sản phẩm PCR tinh PCR-purification Kit (Bioneer, Hàn Quốc) giải trình tự với mồi 348Af Hàm lượng muối nước biển xác định phương pháp cân trọng lượng Lấy 20 ml mẫu vào chén sứ biết trọng lượng, đun cách thuỷ tới cạn nước Bổ sung 20 ml H2 O2 20% vào chén sứ, lắc đun cách thuỷ để oxy hoá chat hữu có mẫu nước biển cạn Tiếp tục rửa mẫu H2 O2 20% từ đến lần sấy chén sứ 105°c h đến trọng lượng không đổi Cân trọng lượng mẫu khơ vả chén sứ để tính hàm lưựng muối mẫu KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mơ hình hệ thống phân hủy kỵ khí rong biển điều kiện nước mặn Hỗn hợp chất điều kiện vận hành cùa mộ hình thực nghiên cửu trình bày bảng Nước mặn sử dụng để bổ sung vào mơ hình lấy từ hai địa điềm biển khác có hàm lượng muối khác nhau, cụ thể nước biển Nha Trang có nồng độ muối 26 % nước biển Cát Bà với nồng độ muối 17 % Báng Công thức thiết lập mơ hình lên men ky khí thực nghiên cứu STT Tên mơ hình Thành phần hữu CO’ phôi trộn Điều kiện vận hành (nồng độ muối, %o) Hàm lượng COD hòa tan (mg/L) MH1 Rong xà lách (Ulva sp.) 26 % (nước biển Nha Trang) 7200 MH2 Rong xà lách (Ulva sp.) Bùn đầm tôm 17 %0 (nước biển Cát Bà) 9760 MH3A Rong xà lách (Ulva sp.) Bùn đầm tôm Chất thải chăn nuôi 17 %0 (nước biển Cát Bà) 12560 MH3B Rong xà lách (Ulva sp.) 17 %0 (nước biền Cát Bà) 12560 Bùn đâm tôm Chất thải chăn nuôi Na-molybdat (1 mM) Như vậy, cách bổ sung thêm nguồn thài giàu hữu khác vào mơ hình với rong biển bùn đầm tôm hay chất thải từ trang trại ni lợn thịt, COD hịa tan mơ hình tăng lên đáng kể, MH1 MH3A, MH3B kem 74,4% Đẻ rút ngắn thời gian khởi động mơ hình, dịch làm giàu methanogen từ trầm tích biển với chất Na-acetate bổ sung váo bình lên men theo tỷ lệ 10 % thể tích Quá trinh phân hủy đánh giá thơng qua mức giảm COD hịa tan tăng tỷ lệ methane khí biogas sinh bình thí nghiệm (hinh 1) M Hl M H2 M H 3A M H 3B Mơ hình thí nghiệm M H1 M H2 M H 3A M H JB Mơ hình thí nghiệm Hinhi Chuyển hóa COD (A) tạo methane (B) mõ hình thí nghiệm lên men kỵ khí rong biển Có thể thấy 'ằnig q trinh phân hủy kỵ khí mơ hình 2, 3A 3B diễn tích cực (hinh 1A) Đặc biệt mơ hình 3B, 64,4 % COD bị loại sau 60 ngày (từ 12560 mg/L 4480 mg/L) 98% COD bị loại tiếp tục (cịn 240 mg/L) sau 90 ri'gay Trong mơ hình với điều kiện vận hành nước biển có hàm lượng muối cao (26 %o) thi trinh phân hủy hâu không diễn ra, hàm lượng COD hịa tan khơng thay đổi sau 90 ngày Tuy nhiên, ảnh hưởng nồng độ muối khác biệt thành phần chất hữu mô hinh co thể nguyên nhân dẫn đến tốc độ phân hủy chậm mô hình Kết Xấc đinh tỷ lệ methane sinh mơ hình thống với Kết phân tích COD (hình 1B) thời điểm 60 ngả/, khí methane chiếm 25,5% tổng lượng khí sinh MH2 tới gần 40% mơ hình 3A 3B thời điểm 90 ngày, tỷ lệ methane MH2 MH3A tăng tới mức ~50% thi MH3B tỷ lệ methane lên tới 81,8%, mót tỷ lệ cao, chí hệ thống lên men kỵ khí hoạt động điều kiện nước (Nasir et 3/., 2012) Mặc dù vậy, th'ời gian phân hủy kỵ khí điều kiện nước mặn mơ hình thí nghiệm dải đáng kể so với điều kiện nuớc: (thường loại tới 90% COD 30 ngày, Lettinga, 1995) Bên cạnh đó, có mặt nguồn thải hữui dễ phân hủy bùn đầm tôm, hay đặc biệt chất thải chăn nuôi yếu tố làm tăng hiệu suất tố; đtộ phân hủy Hàm lượng muối cao (như MH1, 26 %o) ức chế q trình phân hủy Ngồi ra, việc bổ sung Na-molybda:e ((1 mM) vào MH3B làm tăng mức chuyển hóa sinh methane (do SRB bị ức chế) mà cịn tăng hiệu suất loai COD nói chung Phân tích thành phần methanogen mơ hình Thành phần miethanogen bình mơ hình phân hủy kỵ khí dịch làm giàu điều kiện nước biển phân tích phương pháp điện di biến tinh (DGGE) gen 16S rDNA (hình 2)._CĨ thể thấy loài methanogen thuộc chi Methancsaircina tạo nên băng gel điện di DGGE, chứng tị chúng đại diện nhóm methanogen chiếm ưu thè mơ hình thí nghiệm Các nghiên cứu đa dạng methanogen bề phân hủy kỵ khí cho thây Methanosarcina lả nhóm chiếm số đơng, bên cạnh Methanolobus spp., Methanothrix spp hay Methanosaeta spp đóng vai trị quan trọng (Klockea et a i, 2008) Theo tính toán cân chất, methane tạo từ acetate rhóim methanogen sử dụng acetate Methanocarcina đóng góp tới 70% tổng lượng methane có biogaỉ, pihần cịn lại nhóm sử dụng hydro Methanolobus hay Methanosaeta (Lettinga, 1995) MH2 MH3A MH3B tethanosarcina sp Methanosarcina sp -> Methanosarcina sp ■: :W Wmit Hình Phán tích thành phần methanogen mơ hình thí nghiệm phương pháp điện di biến tính gen 16S rDNA (DGGE) KÉT LIUẬN Rong biển Ulva sp với bùn đáy đầm nuôi tôm chất thải chăn nuôi dùng làm nguồn chất cho trình lẽn men kỵ khí sinh methane điều kiện nước mặn Quá trình phân hủy diễn tích cực mơi trường có hàm lượng muối % 26 % Sau 90 ngày, 98% COD loại vả thành phần methane tổng thể tích khí tạo thành đạt mức cao 81,8% mơ hình có bổ sung Na-molybdate (1 mM) để ức chế vi khuẩn khử sulfate Phân tích thành phần methanogen mơ hình phương pháp điện di biến tính (DGGE) gen 16S rDNA cho thấy Methanosarcina spp đóng vai trị chủ đạo cho q trình sinh methane Kết thu nghiên cứu sờ để phát triển công nghệ biogas sử dụng rong biển kết hợp xử lý chất thải hữu để tận thu lượng, góp phần giải vấn đề ô nhiễm đồng thời tạo thêm nguồn lượng cho vùng ven biển hải đảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Bruhn A, Dahl J, Nielsen HB, Nikolaisen L, Rasmussen MB, Markager s, Olesen B, Arias c, Jensen PD (2011) Bioenergy potential of Ulva lactuca: Biomass yield, methane production and combustion Biores TechnoI 102: 2595 2604 Chen Y, Cheng JJ, Creamer KS (2007) Inhibition of anaerobic digestion process: a review Biores TechnoI 99:4044 4064 Dang TT, Mishima Y, Dang DK (2012) Potential of Ulva sp in biofiltration and bioenergy production J Viet Env 3: 55-59 Klockea M, Nettmanna E, Bergmanna I, Mundta K, Souidia K, Mummea J, Linke B (2008) Characterization of the methanogenic archaea within two-phase biogas reactor systems operated with plant biomass Syst Appl Microbiol 31: 19 -20 Lettinga G (1995) Anaerobic digestion and wastewater treatment systems Antonnie Van Leeuwenhoek 67:3-28 Matsui T, Amano T, Koike Y, Saiganji A, Saito H (2010) Methane fermentation of seaweed biomass Tokyo Gas project Nasir IM, Ghazi TIM, Omar R (2012) Production of biogas from solid organic wastes through anaerobic digestion: a review Appl Microbiol Biotechnol 95:321-329 Nkemka VN, Murto M (2010) Evaluation of biogas production from seaweed in batch tests and in UASB reactors combined with the removal of heavy metals J Environ Manag 91: 1573 - 1579 Peu p, Sassi J-F, Girault R, Picard s, Saint-Cast p, Beline F, Dabert B (2011) Sulphur fate and anaerobic biodegradation potential during co-digestion of seaweed biomass (Ulva sp.) with pig slurry Biores Technol 102: 10794 - 10802 Rabus R, Hansen TA, Widdel F (2006) Dissimilatory sulfate- and sulphur-reducing prokaryotes In Dworkin M, Falkow s, Rosenbers E, Schleifer KH, stackebrandt E eds The Prokaryotes, 3rd ed Springer, Singapore 659-769 Watanabe T, Asakawa s, Nakamura A, Nagaoka K, Kimura M (2004) DGGE method for analyzing 16S rDNA of methanogenic archaeal community in paddy field soil FEM S Microbiol Lett 232:153-163 Zhou J, Bruns MA, Tiedje JM (1996) DNA recovery from soils of diverse composition Appl Environ Microbiol 62: 316322 ENERGY RETRIEVAL FROM ORGARIC WASTES VIA ANAEROBIC DIGESTION IN SALTWATER CONDITIONS Nẹuyen Thu Hoai1, Duong Chi Cong2, Dinh Thuy Hang2 Vietnam-Russia Tropical Center, Vietnam Defence Ministry 2Institute of Microbiology and Biotechnology - Vietnam National University, Hanoi SUMMARY Organic contamination along coastal lines in Vietnam is of concern for the scientific community Anaerobic fermentation with methane production has been proven as an effective technology for the treatment of organic wastes In Vietnam, biogas technology presently has not yet been demonstrated with variable organic substrates, as well has not been efficiently operated under salt water condition where the digestion processes generally are not active.Jn the present study, anaerobic fermentation was established in the laboratory models using seaweed U l v a sp in co-digestion with some other organic wastes such as shrimp pond sludge and waste from a pig farm as organic substrates The models were operated under salt water condition, using natural seawater from Nhatrang and Catba The obtained results showed that the anaerobic fermentation was active at the salinity of 17 %0 NaCI (seawater from Catba) The process was more efficient when shrimp pond sludge and pig farm waste were co-digested with the seaweed After 60 day operation, more than 60% o f the soluble COD was removed and after 90 days, almost all (over 98%) COD was removed To minimize the competition of sulfate reducing bacteria (SRB) in the seawater environment, sodium molybdate (I mM) was added in one experimental model and as the result, the methane ratio in the produced gas increased from 51.8% to 81.8% Analyses of the experimental models by using PCR-DGGE for the 16S rDNA gene showed that Methanosarcina spp were the key methanogens in the models This study would provide neccesary informations for the development o f biogas technology in the treatment oi'organic wastes with energy retrieval, giving a solution for the pollution problems in shoreline and island areas m e lh a n o g e n s in Keywords Seaweed Ulva sp., anaerobic digestion, biogas, mcthanogen, Methanosarcina sp Đ Ạ Ị HỌC QUỐC GIA H À N Ộ I T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N CỘNG HÒA X Ã HỘI CHỦ N G H ĨA VIỆT N A M Sô: 2.15 /Q Đ -S Đ H H N ội' ngớy QJ thảng Q2 năm 2010 Đ ộc lậ p - T ự d o - H n h p h ú c Q U Y Ể T Đ ỊNH V/v: Công nhận đề tài luận án tiến sĩ cán hướng dẫn NCS năm 2009 HIỆU TRƯỞNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN Căn Quy định tổ chức hoạt động củạ Đại học Quốc gia Hà N ội ban hành theo Quyết định số 600/TCCB ngày 01/10/2001 Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội; ' Căn Quy chế Đ tạo sau đại học Đại học Quốc gia Hà N ội ban hành theo Quyết định số 3810/K H C N ngày 10/10/2007 Giám đốc Đại học Quốc gia H Nội; Căn Quyết định số 3614/Q Đ -SĐ H ngày 22/10/2009 Giám đổc Đại học Quốc gia Hà N ội.về việc công nhận nghiên cứu sinh năm 2009 Trường Đại học K hoa học Tự nhiên - Đ ại học Quốc gia Hà Nội; Theo đề nghị ơng: Trưởng phịng Sau đại học, Chủ nhiệm Khoa Sinh học, Q U Y Ế T Đ ỊN H Đ iều 1: Công nhận đề tài luận án tiến sĩ người hướng dẫn nghiên cứu sinh N gu yễn T hu H oài, sau: Tên đề tài: N ghiên cứu vi sinh, vật ứng dụng cho sản xuất biogas làm tăng hiệu suất ong điều kiện nước lợ nước mặn Chuyên ngành: V i sinh vật học Cán hướng dẫn: HDC: TS Đinh Thúy Hằng, V iện V i sinh vật Công nghệ sinh học - ĐHQGHN HDP: GS TS N guyễn Lân Dũng, V iện Vi sinh vật C ông nghệ sinh học - ĐHQGHN Đ ối tượng: Thi tuyển tò thạc sĩ Đ iều 2: N gư ời hướng dẫn nghiên cửu sinh có nhiệm vụ quyền lợi ghi Q uy chế Đ tạo sau đại học hành Đ iều 3: Các ơng (bà): Trưởng phịng Sau đại học, Chủ nhiệm Khoa Sinh, học, Thủ trưởng đơn v ị liên quan,'nghiên cứu sinh người hướng dẫn có tên ứ o n g Đ iều chịu ữách nhiệm thi hành Quyết định KT HIỆU TRƯỞNG ... KÉT Q U Ả T H Ụ C HIỆN ĐẺ TÀI K H C N N H Ó M B C Á P Đ H Q G H N BÁO C Á O T Ó M TẮT T ên đê tài: Nghiên cứu phát triến sinh phâm hô trợ công nghệ lên men tạo khí sinh h ọ c t r o n g c c đ... chuyên biệt hóa tạo methane từ acetate có khả 30 sinh trưởng tạo methane phổ rộng điều kiện nhiệt độ, pH, đặc biệt mơi trường có hàm lượng muối cao, có khả cạnh tranh tốt bể lên men kỵ khí điều kiện. .. Nghiên cứu qui trình nhân giống methanogen phương pháp bảo quản dạng chế phẩm vi sinh N ội dung nghiên cứu: - Tạo quần thể vi sinh vật sinh methane ưa mặn phương pháp làm giàu điều kiện môi trường