Việc nghiên cứu cộng đồng vi khuẩn xử lý ammonium (N-NH4 + ) trong bùn hoạt tính và ảnh hưởng của tỷ lệ C:N:P đến khả năng xử lý N-NH4 + là rất cần thiết. Nghiên cứu được thực hiện khảo sát cộng đồng vi khuẩn xử lý N-NH4 + của mẫu bùn bằng phương pháp sinh học phân tử DGGE và lắp dựng mô hình khảo sát ảnh hưởng của mối quan hệ giữa COD, N-NH4 + vàP-PO4 3- đến sự thích ứng và khả năng xử lý N-NH4 + của vi khuẩn trong bùn hoạt tính.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 20 (3) (2020) 116-124 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN TỪ BÙN HOẠT TÍNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ C:N:P LÊN HIỆU SUẤT XỬ LÝ AMMONIUM TỪ NƯỚC THẢI Trần Trung Kiên1*, Huỳnh Thị Điệp1, Nguyễn Hoàng Dũng1, Lê Quỳnh Loan1, Trần Quang Vinh1, Nguyễn Thị Ly2, Vũ Thị Tuyết Nhung1, Phạm Anh Vũ1, Trần Thị Mỹ Ngọc1 Viện Sinh học Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh *Email: trkientr@yahoo.com Ngày nhận bài: 06/5/2020; Ngày chấp nhận đăng: 24/7/2020 TÓM TẮT Nhiều nhóm vi sinh vật tự nhiên có khả chuyển hóa hợp chất nitơ nước thải thành chất không độc hại với môi trường Việc nghiên cứu cộng đồng vi khuẩn xử lý ammonium (N-NH4+) bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến khả xử lý N-NH4+ cần thiết Nghiên cứu thực khảo sát cộng đồng vi khuẩn xử lý N-NH4+ mẫu bùn phương pháp sinh học phân tử DGGE lắp dựng mô hình khảo sát ảnh hưởng mối quan hệ COD, N-NH4+ vàP-PO43- đến thích ứng khả xử lý N-NH4+ vi khuẩn bùn hoạt tính Kết nghiên cứu cho thấy hệ vi khuẩn mẫu bùn từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có đa dạng cao, có xuất lồi vi khuẩn có khả xử lý N-NH4+ gồm Nitrosomonas sp Anammox Mơ hình với tỷ lệ C: N:P tương ứng 100:15:1 có hiệu suất xử lý N-NH4+cao trung bình đạt 89,5% giai đoạn thí nghiệm Từ khóa: Ammonium, nước thải sinh hoạt, phương pháp DGGE, vi khuẩn xử lý nitơ GIỚI THIỆU Hiện nay, bùn hoạt tính cơng nghệ xử lý nước thải áp dụng nhiều giới Việt Nam Bùn hoạt tính hiếu khí có đặc điểm trội khả lắng tốt, trì nồng độ sinh khối cao lên đến 10-15 kg COD/m3.ngày, khả xử lý chất hữu cao, chịu sốc tải trọng đặc biệt có khả xử lý N-NH4+ nước thải Tuy nhiên, việc xử lý nước thải phương pháp sinh học q trình phức tạp q trình phát triển vi sinh vật xảy thiết bị xử lý, bị ràng buộc tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất lượng.Việc sử dụng bùn hoạt tính có nhược điểm mật độ vi sinh giảm trình vận hành, gây hiệu khơng ổn định làm tăng chi phí vận hành sử dụng nhiều loại chế phẩm sinh học Do đó, việc khảo sát cộng đồng vi khuẩn bùn hoạt tính cần thiết nhằm xác định rõ diện số nhóm vi khuẩn có lợi, từ có biện pháp giúp trì tốt hoạt động nhóm vi khuẩn Trong số yếu tố giúp cho phát triển vi khuẩn bùn hoạt tính, tỷ lệ cacbon (C), nitơ (N) phospho (P) yếu tố quan trọng việc liên kết chu trình sinh hóa vi khuẩn Mối quan hệ COD, N P có ảnh hưởng lớn đến hình thành khả oxy hóa bùn vi sinh Chính vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến khả xử lý N-NH4+ nước thải yêu cầu cấp thiết [1] Việc khảo sát cộng đồng vi khuẩn bùn hoạt 116 Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P tính kết hợp với tỷ lệ chất dinh dưỡng (C:N:P) làm liệu sở việc vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt hiệu suất cao, giúp trì tính ổn định hiệu suất theo thời gian Trong nghiên cứu này, phương pháp điện di gel biến tính (DGGE) sử dụng để khảo sát cộng đồng vi khuẩn xử lý N-NH4+ bùn hoạt tính làm tiền đề cho nghiên cứu ổn định nhóm vi khuẩn có mặt bùn Phương pháp DGGE thường sử dụng để nghiên cứu đa dạng di truyền cộng đồng vi sinh vật mơi trường sinh thái khác nhau, cho ta cách nhìn trực quan tính phức tạp vi sinh vật nhận biết đến lồi sau đọc trình tự băng cắt từ gel hay sau tiến hành phân tích lai với mẫu dị đặc hiệu [2] Do đó, phương pháp DGGE nhà khoa học nước áp dụng rộng rãi nghiên cứu đa dạng thay đổi cộng đồng vi sinh vật sinh thái môi trường Năm 2009, Yamamoto cộng sử dụng phương pháp DGGE để nghiên cứu cộng đồng vi khuẩn mẫu compost từ phân động vật DNA tổng số vi khuẩn tách chiết từ mẫu thu từ nhà máy compost khác Nhật Bản Các tác giả thành công việc nhận dạng cộng đồng vi sinh vật kỹ thuật PCR- DGGE, ghi nhận thay đổi cộng đồng vi sinh vật diện nhiệt độ khác [3] Cùng năm 2009, Nguyễn Thị Tuyền cộng bước đầu ứng dụng kĩ thuật DGGE để nghiên cứu đa dạng vi khuẩn khử nitrat số môi trường sinh thái Việt Nam Khi phân tách DNA tổng số mẫu phương pháp điện di gel biến tính, nhóm tác giả ghi nhận nhóm vi khuẩn chiếm ưu bao gồm Ochrobactrum Paracocus Hai nhóm vi khuẩn có khả loại bỏ nitrat mơi trường bị nhiễm có biến động q trình làm giàu mẫu bùn [4] Trong số nguyên nhân ảnh hưởng đến tính ổn định vi sinh vật bùn hoạt tính, tỷ lệ cacbon (C), nitơ (N), phospho (P) môi trường yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hình thành khả oxy hóa bùn hoạt tính [5] Trong đó, cacbon thành phần chất hữu tìm thấy nước thải Các chất hữu phân hủy vi sinh vật bùn hoạt tính điều kiện hiếu khí Các vi sinh vật sử dụng hợp chất cacbon để xây dựng cấu trúc tế bào để tạo lượng Vi sinh vật sử dụng nitơ để tổng hợp vật liệu tế bào protein Quá trình khử nitơ việc kết hợp bước oxy hóa cacbon, nitrat hóa khử nitơ trình đơn lẻ Quá trình này, ngồi việc làm giảm khối lượng khí cần thiết để hồn thành q trình nitrat hóa, cịn làm giảm tải lượng COD Cần thiết phải thêm nguồn chất hữu cung cấp cacbon cho trình khử nitơ [6] Nhu cầu phospho sinh vật vai trị đặc biệt phospho chuyển hóa lượng chúng Phospho cần thiết để tạo thành màng tế bào DNA Trong trình xử lý nước thải sinh học, polyphosphat liên kết hữu phospho chuyển đổi thành phosphat Một số phospho nước thải loại bỏ sinh học Phần cịn lại loại bỏ hóa học phospho kết tủa [1] Năm 2014, nghiên cứu Mouginot cộng đưa trung bình tỷ lệ C:N:P phù hợp cho phát triển sinh trưởng vi sinh vật bùn hoạt tính 88:15:1 [7] Theo Lê Văn Cát (2007), loại vi sinh dị dưỡng hiếu khí hệ xử lý bùn hoạt tính, tỷ lệ C:N:P thường khuyến cáo 100:5:1 [8] Tỷ lệ sử dụng rộng rãi hệ thống xử lý nước thải Các tỷ lệ sử dụng làm cở sở lý thuyết để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến hiệu xử lý N-NH4+ cộng đồng vi khuẩn mẫu bùn Nghiên cứu tiến hành với mục tiêu chính: Sử dụng kỹ thuật điện di gel có gradient biến tính (DGGE) để khảo sát cộng đồng vi khuẩn xử lý N-NH4+ từ bùn hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt; Lắp dựng chạy mô hình với nước thải lấy từ bể điều hịa hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Chi nhánh Cơng ty Cổ phần Toyota Đơng Sài Gịn 117 Trần Trung Kiên, Huỳnh Thị Điệp, Nguyễn Hoàng Dũng, Lê Quỳnh Loan, Trần Quang Vinh,… để khảo sát tỷ lệ C:N:P cho phù hợp với hoạt động vi khuẩn xử lý nitơ từ bùn hệ thống thông qua việc theo dõi tiêu COD, N-NH4+ P-PO43- VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu nghiên cứu Mẫu bùn thải lấy từ bể hiếu khí nước thải lấy từ bể điều hòa hệ thống xử lý nước thải Chi nhánh Công Ty Cổ Phần Toyota Đơng Sài Gịn, địa 18 Phan Văn Trị, Phường 7, Quận Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh 2.2 Phương pháp phân tích DGGE Khảo sát đa dạng cộng đồng vi khuẩn mẫu bùn kỹ thuật DGGE Kỹ thuật DGGE áp dụng để xác định cộng đồng vi khuẩn xử lý nitơ bùn Quy trình phân tích bao gồm tách chiết DNA phương pháp cetyltrimethyl ammonium bromaide (CTAB), khuếch đại mẫu DNA với mồi đặc hiệu cho vi khuẩn Bảng Mồi dùng phản ứng khuếch đại gen 16S rDNA Mồi Trình tự (5’-3’) Số nucleic 27F 5’-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’ 20 1492R 5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’ 21 357FGC* 5’-CCTACGGGAGGCTGCAG-3’ GC*(5’-CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGG CACGGG -3’) 17 5’-CCGGGAAGCGCCTCATTCAGTTCA-3’ 24 517R Tham khảo [9] [10] Phương pháp DGGE giúp khuếch đại trình tự vùng V3 Sản phẩm PCR vùng V3 từ DNA gửi giải trình tự Công ty Macrogen, Hàn Quốc so sánh độ tương đồng công cụ Blast ngân hàng liệu NCBI 2.3 Thiết kế thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến hiệu suất xử lý N-NH4+ cộng đồng vi khuẩn xử lý nitơ 2.3.1 Mơ hình nghiên cứu Mơ hình nghiên cứu mơ tả Hình 1, bao gồm: thùng chứa nước thải đầu vào, bể phản ứng, thùng chứa nước thải đầu Trong đó, bể phản ứng có dạng hình hộp chữ nhật phía để hở, kích thước dài × rộng × cao tương ứng 300 × 150 × 280 mm (thể tích hữu ích 10 lít) Bể phản ứng chia làm ngăn: ngăn phản ứng lít ngăn lắng lít, ngăn thơng với đáy Trong ngăn phản ứng có chứa giá thể bổ sung bùn với hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay (volatile suspended solids - VSS) bể phản ứng 5.300 mg/L Nước thải bơm vào bể phản ứng với lưu lượng 10 lít/ngày.đêm, vào đầu ngăn phản ứng phía trên, chảy qua ngăn lắng từ phía dưới, tiếp tục chảy vào bể đầu từ phía Mơ hình cấp khí thơng qua bơm khí hoạt động liên tục [11] Sau 48 thu nhận mẫu nước đầu tiến hành phân tích thơng số pH, COD, N-NH4+, P-PO43- Các thông số COD, N-NH4+, P-PO43- đo dựa theo phương pháp “Standard methods for the examination of water and wastewater” [12] pH đo máy đo pH Sigma 950 Flow Meter 118 Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P Hình Mơ hình thí nghiệm 2.3.2 Thiết kế thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành với giai đoạn, gồm: Giai đoạn khảo sát ảnh hưởng pH: chạy khảo sát ảnh hưởng pH đến hoạt động vi sinh vật mẫu bùn Ở giai đoạn này, thực chạy mơ hình (mơ hình đối chứng mơ hình thực nghiệm) khác điều kiện pH giống điều kiện nhiệt độ, DO nước thải tự nhiên tỷ lệ bùn bổ sung Mơ hình đối chứng (pH khoảng 5,8-6,4) không điều chỉnh pH, mô hình thực nghiệm điều chỉnh pH (pH trì mức 7,0-7,5) dung dịch NaOH 10% Thời gian vận hành mơ hình 30 ngày Giai đoạn khảo sát hiệu suất xử lý mơ hình: khảo sát hiệu suất xử lý N-NH4+ mơ hình thực nghiệm với giai đoạn khác theo tỷ lệ C:N:P gồm: giai đoạn (GĐ 1) 100:5:1, GĐ 100:10:1, GĐ 100:15:1 GĐ 100:20:1 Ở giai đoạn khảo sát này, mơ hình điều chỉnh mức pH thích hợp khảo sát giai đoạn trên, để có tỷ lệ C:N:P mong muốn, nước thải sau đưa điều chỉnh nồng độ COD, P-PO43theo hàm lượng N-NH4+ sẵn có nước thải Nồng độ COD điều chỉnh mật rỉ đường, P-PO43- điều chỉnh KH2PO4 Thời gian vận hành mơ hình giai đoạn khảo sát 30 ngày KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính đa dạng cộng đồng vi khuẩn mẫu bùn hoạt tính Sản phẩm DNA tổng số từ mẫu bùn khuếch đại đoạn gen16S rDNA với cặp mồi chuyên biệt cho vi khuẩn 27F 1492R Sản phẩm điện di sau PCR đoạn 16S rDNA có kích thước khoảng 1500 bp thể Hình 2A Hình 2.Sản phẩm PCR DNA phân tách từ mẫu bùn A Sản phẩm PCR đoạn gen 16S rDNA; B Sản phẩm PCR vùng V3 thuộc đoạn gen 16S rDNA gel agarose 1%; M: Ladder, M1, M2, M3 số lần lặp lại mẫu 119 Trần Trung Kiên, Huỳnh Thị Điệp, Nguyễn Hoàng Dũng, Lê Quỳnh Loan, Trần Quang Vinh,… Sản phẩm PCR đoạn gen 16S rDNA sử dụng làm khn cho việc khuếch đại trình tự V3 cặp mồi có GC clamp: 357F_GC* 518R trước tiến hành chạy DGGE Kết Hình 2B cho thấy, mẫu bùn cho sản phẩm PCR vùng V3 giống với kích thước khoảng 200 bp Sản phẩm PCR vùng V3 đem phân tích DGGE gel polyacrylamide (Hình 3A) A B M Band1 Band2 Band3 Band4 Band5 M Band6 Band7 Band8 kb 1000 500 200 100 Hình Kết điện di A) Sản phẩm PCR vùng V3 gel polyacrylamide B) Sản phẩm PCR vùng V3 thuộc gel agarose 1% Kết chạy DGGE cho thấy có phân tách band gel rõ, tổng cộng có trình tự có kích thước khác tạo thành band riêng lẻ gel Tiến hành cắt gel band ký hiệu từ đến Tách lấy DNA từ gel band tinh kit Gel Extraction QIAEX để thu nhận DNA tinh từ gel polyacrylamide, sau mẫu khuếch đại trình tự V3 cặp mồi 357F 518R trước đem giải trình tự Sản phẩm PCR kiểm tra gel agarose 1% (Hình 3B) Sản phẩm PCR vùng V3 cho kết vạch sáng rõ kích thước khoảng 200 bp Sản phẩm gửi giải trình tự cơng ty Macrogen, Hàn Quốc Sau xử lý, trình tự chủng BLAST NCBI để so sánh độ tương đồng Kết có loài vi khuẩn so sánh band với ngân hàng GenBank có độ tương đồng tương ứng là: Clostridium sp - 94%, Gordonibacter sp - 93%, Actinobacterium sp - 96%, Nitrosomonas sp - 100%, Anammox - 100%, Microbacterium phyllosphaerae - 93% Như vậy, bùn hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Chi nhánh Công ty Cổ Phần Toyota Đơng Sài Gịn có diện số vi khuẩn xử lý N-NH4+ thuộc nhóm hiếu khí kỵ khí Kết nghiên cứu cho thấy nhóm vi khuẩn hiếu khí xử lý N-NH4+ có vi khuẩn Nitrosomonas sp nhóm vi khuẩn kỵ khí có vi khuẩn Anammox Kết khảo sát phù hợp với nghiên cứu nhóm tác giả Hồng Phương Hà cộng (2016), nhóm tác giả tiến hành phân lập định danh chủng vi khuẩn khử nitrat từ mẫu nước thải trạm xử lý Trúc Bạch Kết ghi nhận có xuất nhóm vi khuẩn Nitrosomonas sp Anammox [13] Kết nghiên cứu làm sở cho việc sử dụng bùn hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Chi nhánh Công ty Cổ phần Toyota Đơng Sài Gịn làm bùn hoạt tính chạy mơ hình quy mơ 10 lít/ngày.đêm Sự diện nhóm vi khuẩn Nitrosomonas sp Anammox bùn hoạt tính nhân tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất xử lý N-NH4+có nước thải 3.2 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý N-NH4+ mơ hình Nước thải lấy từ bể điều hịa hệ thống xử lý nước thải Chi nhánh Cơng ty Cổ phần Toyota Đơng Sài Gịn có hàm lượng N-NH4+ dao động khoảng 30-40 mg/L, hàm lượng COD khoảng 180-220 mg/L hàm lượng P-PO43- khoảng 16-2,2 mg/L Đây nguồn nước thải đầu vào sử dụng chạy thí nghiệm mơ bố trí Đối với mơ hình đối chứng, sau 30 ngày theo dõi, hiệu suất xử lý N-NH4+ đạt trung bình 26,4%, cao 120 Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đạt 40,6% ngày vận hành thứ 23 thấp nhiều so với mô hình thực nghiệm Ở mơ hình thực nghiệm, hiệu suất xử lý N-NH4+ đạt trung bình 62,5%, cao đạt 66,9% ngày vận hành thứ 27 Bên cạnh đó, hiệu suất xử lý COD mơ hình (đối chứng thực nghiệm) không cao đạt trung bình 50,9% 60,1% Tuy nhiên, hiệu suất xử lý P-PO43- trung bình tăng từ 23,9% mơ hình đối chứng lên 58,5% mơ hình thực nghiệm (Hình 4) pH đầu mơ hình suốt q trình vận hành thay đổi khơng đáng kể (pH 5,8-6,4 mơ hình đối chứng, pH 7,0-7,5 mơ hình thực nghiệm) Điều giải thích mơ hình thí nghiệm có tồn hoạt động đồng thời nhóm vi khuẩn Nitrosomonas sp Anammox Chart Title Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý mơ hình Hiệu suất (%) 80 70 pH đối chứng 60 50 40 30 pH điều chỉnh 20 10 13 N-NH4 N-NH4+ 17 21 25 P-PO4 P-PO43- 29 33 37 41 45 COD 49 53 57 Thời gian (ngày) Hình Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý N-NH4+ Theo kết khảo sát ảnh hưởng pH, mơ hình thực nghiệm cho hiệu suất xử lý COD, N-NH4+, P-PO43- tốt mô hình đối chứng Từ kết ghi nhận được, tiêu pH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý N-NH4+ mơ hình xử lý nước thải Vi khuẩn Nitrosomonas tiêu thụ HCO3- làm cho pH môi trường giảm xuống theo phương trình đây: 2,34NH4+ + 1,85O2 + 2,66HCO3-0,024C5H7NO2 + NH4+ + 1,32NO2- + 2,54CO2 + 3,94H2O (1) Trong vi khuẩn Anammox tiêu thụ ion H+ làm cho pH môi trường tăng lên theo phương trình: NH4+ + 1,32 NO2- + 0,066 HCO3- + 0,13 H+ 1,02 N2 + 0,26NO3- + 0,066CH2O0.5N0.15 + 2,03H2O (2) Hai nhóm vi khuẩn tác động qua lại làm cho pH môi trường tương đối ổn định Bởi vì, pH mơi trường tác động trực tiếp lên trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật Điều kiện pH khoảng 7,0-7,5 bể thực nghiệm phù hợp cho phát triển nhóm vi khuẩn nitrat hóa bao gồm Nitrosomonas sp Anammox Do đó, chọn mức pH trì từ 7,0-7,5 để áp dụng cho mơ hình giai đoạn khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến hiệu suất chuyển hóa N-NH4+ 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P đến hiệu suất xử lý N-NH4+ mơ hình Giai đoạn khảo sát hiệu suất xử lý N-NH4+ tỷ lệ C:N:P khác cho kết thể rõ Hình Sau thời gian 30 ngày theo dõi giai đoạn, tỷ lệ C:N:P khác cho hiệu suất xử lý N-NH4+ khác 121 Trần Trung Kiên, Huỳnh Thị Điệp, Nguyễn Hoàng Dũng, Lê Quỳnh Loan, Trần Quang Vinh,… Hiệu suất (%) Hiệu suất xử lý mơ hình qua giai đoạn khảo sát 100 90 80 70 60 50 40 GĐ GĐ GĐ GĐ 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 30 COD P-PO43P-PO4 N-NH4+ N-NH4 Thời gian (ngày) Hình Hiệu suất xử lý mơ hình thí nghiệm qua giai đoạn khảo sát Đối với hiệu suất xử lý COD GĐ trung bình đạt 55,6%, cao đạt 57,9% ngày khảo sát thứ 23; hiệu suất xử lý ổn định tăng dần GĐ đạt cao 69,7% ngày thứ 43, trung bình đạt 64,8% Hiệu suất tiếp tục tăng GĐ đạt trung bình 72,1% sau giảm dần GĐ trung bình cịn khoảng 60% Đối với hiệu suất xử lý P-PO43- GĐ trung bình đạt 53,4%, cao đạt 59,5% ngày khảo sát thứ 9; hiệu suất xử lý ổn định tăng dần GĐ 2, đạt cao 66,7% ngày thứ 39, trung bình đạt 62,4% Hiệu suất tiếp tục tăng GĐ 3, đạt trung bình 73,2% sau giảm dần GĐ 4, trung bình cịn khoảng 57% Điều điều kiện có oxy, vi khuẩn tích lũy phosphat trùng ngưng sinh khối từ phosphat đơn theo phương trình: C2H4O2 + 0,16NH4+ + 1,2O2 + 0,2PO43-→0,16C5H7NO2 + 1,2CO2+ 0,2(HPO3) + 0,44OH- + 1,44H2O (3) Đối với hiệu suất xử lý N-NH4+ GĐ trung bình đạt 76,6%; hiệu suất xử lý ổn định tăng dần GĐ trung bình đạt 82,2% Đặc biệt GĐ đạt hiệu suất trung bình 89,5% sau đột ngột giảm GĐ 4, trung bình cịn khoảng 61,4% Hệ vi sinh vật bùn mơ hình thí nghiệm hoạt động hiệu trình xử lý N-NH4+ thơng qua phương trình (1) (2) Bên cạnh đó, có tạo thành lượng nhỏ N-NO3- suốt q trình vận hành thí nghiệm Như vậy, từ kết cho thấy,trong vận hành mơ hình xử lý nước thải, việc quan tâm đến yếu tố mơi trường cần thiết Ngồi tiêu pH, tỷ lệ C:N:P ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý N-NH4+ có nước thải Tùy thuộc vào tính chất loại nước thải khác mà có thay đổi khác tỷ lệ C:N:P Trong tỷ lệ khảo sát trên, tỷ lệ C:N:P tương ứng GĐ 100:15:1 cho hiệu suất xử lý N-NH4+ cao nhất, phù hợp với loại nước thải có hàm lượng N-NH4+ đầu vào khoảng 30-40 mg/L Điều đáng ý, trình vận hành mơ hình thí nghiệm khơng bổ sung thêm vi sinh vật chế phẩm vi sinh khác, hiệu suất xử lý mơ hình dựa vào vi sinh vật diện sẵn có bùn hoạt tính nước thải Điều chứng tỏ, yếu tố môi trường pH, tỷ lệ C:N:P ảnh hưởng lớn đến trình xử lý nước thải, giúp trì ổn định hệ vi sinh vật, từ tăng hiệu suất xử lý Ngoài ra, việc hạn chế sử dụng chế phẩm vi sinh giúp giảm chi phí việc vận hành hệ thống nước thải, giải pháp vừa tiết kiệm vừa mang lại hiệu cần nghiên cứu nhiều thời gian tới 122 Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P KẾT LUẬN Kết điện di DGGE nghiên cứu cho thấy hệ vi khuẩn mẫu bùn từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt có đa dạng cao, gồm vi khuẩn xử lý N-NH4+ nhóm vi khuẩn hiếu khí có Nitrosomonas sp nhóm vi khuẩn kỵ khí Anammox Ngồi cịn có diện lồi thuộc họ Microbacterium, Actinobacterium, Clostridium Gordonibacter Kết chạy mô hình thu được, pH thích hợp cho hoạt động vi khuẩn từ 7,0-7,5 tỷ lệ C:N:P tương ứng 100:15:1 tỷ lệ phù hợp cho vi khuẩn tăng trưởng phát triển sử dụng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Hiệu suất chuyển hóa trung bình COD; N-NH4+; P-PO43- theo dõi sau 10 ngày đạt 72,5%, 93,5% 74,3% Kết thí nghiệm sở đưa cơng nghệ xử lý nước thải với tỷ lệ C:N:P thích hợp cho hệ sinh vật hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Sinh học Nhiệt đới Chi nhánh Cơng ty Cổ phần Toyota Đơng Sài Gịn giúp đỡ trình thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Đức Phẩm, Đinh Thị Kim Nhung, Trần Cẩm Vân - Cơ sở khoa học công nghệ bảo vệ môi trường, Tập 2: Cơ sở vi sinh công nghệ bảo vệ môi trường, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội (2009) Subasinghe R.M., Samarajeewa A.D., Scroggins R., Beaudette L.A - Evaluation of denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and next generation sequencing (NGS) in combination with enrichment culture techniques to identify bacteria in commercial microbial-based products,Journal of Microbiological Methods 161 (2019) 118-130 Yamamoto N., Otawa K., Nakai Y - Bacterial communities developing during composting processes in animal manure treatment facilities, Asian-Australasian Journal of Animal Sciences 22 (6) (2009) 900-905 Nguyễn Thị Tuyền, Nguyễn Minh Giảng, Vũ Hoàng Giang, Đinh Thị Thúy Hằng - Đa dạng vi khuẩn nitrat số môi trường sinh thái Việt Nam chủng đại diện, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25 (2009) 265-273 Xuechao G., Bing L., Renxin Z., Jiayu Z, Lin L., Guijuan Z., Ruohong L., Jie L., Pu L., Yingyu L., Xiao-yan L - Performance and bacterial community of moving bed biofilm reactors with various biocarriers treating primary wastewater effluent with a low organic strength and low C/N ratio, Bioresource Technology 287 (2019) 121424 Lê Xuân Phương - Vi sinh vật học môi trường, Chương 4: Khả chuyển hóa vật chất vi sinh vật môi trường tự nhiên, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội (2008) Mouginot C., Kiwamura R., Matulich K.L., Berlemont R., Allison S.D., Amend A.S., Martiny A.C - Elemental stoichiometry of fungi and bacteria strains from grassland leaf litter, Soil Biology & Biochemistry 76 (2014) 278-285 Lê Văn Cát - Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ photpho, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội (2007) Oksana K., Ruben G., Yaron D., Tirza D., Yosef S - Sedimentary Marl mudstone as a substrate in a xeric environment revealed by microbiome analysis, Extremophiles 23 (3) (2019) 337-346 123 Trần Trung Kiên, Huỳnh Thị Điệp, Nguyễn Hoàng Dũng, Lê Quỳnh Loan, Trần Quang Vinh,… 10 Ngơ Đức Duy, Đào Thị Thu Hiền, Hồng Quốc Khánh, Nguyễn Thị Tường Vi - Phân tích cộng đồng vi khuẩn phân ủ kỹ thuật DGGE, Tạp chí Sinh học 34 (3SE) (2012) 118-124 11 Lê Công Nhất Phương, Nguyễn Huỳnh Tấn Long, Ngô Kế Sương - Mối tương quan bicacbonat ammonium trình nitrit hóa phần/Anammox để loại ammonium nước thải ni lợn, Tạp chí Sinh học 34 (3SE) (2012) 63-68 12 Andrew D.E - Standardmethods for the examination of water and wastewater, 21st Edn, APHA-AWWA-WEF, Washington D.C (2005) 13 Hoàng Phương Hà, Nguyễn Quang Huy, Hoàng Thị Yến - Nghiên cứu số điều kiện thích hợp cho sinh trưởng tạo biofilm chủng vi khuẩn khử nitrate, Tạp chí Cơng nghệ Sinh học 14 (1) (2016) 191-196 ABSTRACT STUDY ON THE CHARACTERIZATION OF NITROGEN-FIXING BACTERIAL COMMUNITY IN ACTIVATED SLUDGE AND EFFECTS OF RATIO C:N:P ON REMOVAL OF AMMONIA FROM WASTEWATER TREATMENT PLANT Tran Trung Kien1*, Huynh Thi Diep1, Nguyen Hoang Dung1, Le Quynh Loan1, Tran Quang Vinh1, Nguyen Thi Ly2, Vu Thi Tuyet Nhung1, Pham Anh Vu1, Tran Thi My Ngoc1 Tropical Biology Institute, Vietnam Academy of Science and Technology Nong Lam University Ho Chi Minh City *Email: trkientr@yahoo.com Many groups of microorganisms in nature are able to convert nitrogen compounds in wastewater into non-toxic compounds to the environment It is necessary to exactly determine the bacterial community that posed abilities to remove nitrogen in activated sludge and the effect of the C:N:P ratio to efficiently convert ammonia of the bacterial community This study was aimedto investigate the bacterial community which can treat nitrogen in the sludge samples by the DGGE method and investigated the effect of the relationship between COD, N-NH4+, and P -PO43- on the formation and oxidation ability of bacteria in activated sludge This research results show that the bacteria community in the sludge sample from the domestic wastewater treatment system is highly diverse, including the presence of two bacteria capable of converting ammonia including Nitrosomonas sp and Anammox A ratio of C:N:P of 100:15:1 yielded the highest ammonia removal efficiency for 89.5% in experimental periods Keywords: Ammonium, domestic wastewater, DGGE method, nitrogen treats bacteria 124 .. .Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P tính kết hợp với tỷ lệ chất dinh dưỡng (C:N:P) làm liệu sở vi? ??c vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt hiệu suất. .. biến tính (DGGE) để khảo sát cộng đồng vi khuẩn xử lý N-NH4+ từ bùn hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt; Lắp dựng chạy mô hình với nước thải lấy từ bể điều hịa hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. .. lại hiệu cần nghiên cứu nhiều thời gian tới 122 Khảo sát đặc tính cộng đồng vi khuẩn từ bùn hoạt tính ảnh hưởng tỷ lệ C:N:P KẾT LUẬN Kết điện di DGGE nghiên cứu cho thấy hệ vi khuẩn mẫu bùn từ