Xử lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu ở làng nghề bánh bún hủ tiếu mỹ tho tiền giang bằng vi khuẩn bacillus amyloliquefaciens cố định trong tháp lọc sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THÁI PHỤNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA CƠ SỞ SẢN XUẤT HỦ TIẾU Ở LÀNG NGHỀ BÁNH BÚN HỦ TIẾU MỸ THO - TIỀN GIANG BẰNG VI KHUẨN Bacillus amyloliquefaciens CỐ ĐỊNH TRONG THÁP LỌC SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã số: 604280 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Đức Lƣợng Cán chấm nhận xét : PGS TS Lê Phi Nga Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Tấn Trung Luận văn thạc sỹ đƣợc bảo vệ trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh ngày 08 tháng năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: PGS TS Nguyễn Thúy Hƣơng TS Hoàng Anh Hoàng PGS TS Lê Phi Nga TS Nguyễn Tấn Trung PGS TS Phan Phƣớc Hiền Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA………… TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: Huỳnh Thái Phụng MSHV:11310618 Ngày, tháng, năm sinh: 04/01/1985 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 604280 TÊN ĐỀ TÀI: Xử lý nƣớc thải sở sản xuất hủ tiếu làng nghề bánh bún I hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens cố định tháp lọc sinh học NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định khả sinh enzyme amylase protease ngoại bào; xây dựng đƣờng cong sinh trƣởng Bacillus amyloliquefaciens môi trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng (mơi trƣờng huấn luyện thích nghi) Xác định khả xử lý Bacillus amyloliquefaciens tự nƣớc thải hủ tiếu Xác định hiệu suất xử lý nƣớc thải hủ tiếu tháp lọc sinh học nhỏ giọt có cố định Bacillus amyloliquefaciens; so sánh với hiệu suất xử lý tháp lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung Bacillus amyloliquefaciens cố định II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/7/2014 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/5/2015 IV CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Đức Lƣợng Tp HCM, ngày tháng…… năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) i LỜI CÁM ƠN Trân trọng cám ơn PGS.TS Nguyễn Đức Lƣợng quý Thầy, Cô tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích thời gian tham gia học Trƣờng đại học Bách Khoa trình thực luận văn tốt nghiệp Chân thành cám ơn quý Anh, Chị đồng nghiệp; chủ sở sản xuất bánh hủ tiếu Trƣơng Văn Thuận nhiệt tình hỗ trợ để tơi hồn thành nghiên cứu Trân trọng cám ơn Ban lãnh đạo Trung tâm Kỹ thuật Công nghệ Sinh học Tiền Giang, Sở Khoa học Công nghệ Tiền Giang, Sở Nội vụ Tiền Giang tạo điều kiện thời gian để tơi tham gia khóa đào tạo cao học Tp Hồ Chí Minh Cuối cùng, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thành viên gia đình ln hỗ trợ động viên để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tiền Giang, ngày 08 tháng năm 2015 Huỳnh Thái Phụng ii ABSTRACT This study was mainly performed to investigate the efficiency of addition of Bacillus amyloliquefaciens biomass to treat starch wastewater from Hu tieu Mytho craft village - Tiengiang province Though investigating the growth curve of B amyloliquefaciens cultured on the sterilized starch wastewater to train the bacterial adaptation, we found that the stationary phase of this strain is from 36 to 48 hour Therefore, we used the biomass after 36 cultured hours for experiments of starch wastewater treatment Fractions of 5%, 10% and 15% (v/v) of the B amyloliquefaciens biomass were added to starch wastewater Fraction of 10% was suitable to remove starch wastewater’s organics with initial chemical oxygen demand (COD) of 600 mg/L, 750 mg/L and 900 mg/L The final CODs were 133,3 mg/L (after 36 hour of treating), 130 mg/L and 146,7 mg/L (after 48 hour of treating) respectively These results met the Vietnamese standard (QCVN 40:2011/BTNMT) for type B wastewater in which COD concentration is 150 mg/L The performance of a lab-scale trickling filter for the treatment of starch wastewater was conducted B amyloliquefaciens cultured on sterilized starch wastewater after 36 hours was attached on bamboo media of trickling filter Experiment parameters were 50 L/min air rate, 3,6 L/h flow rate and 600 mg/L initial COD concentration The final COD was 118,7 mg/L, and the organic removal efficiency was 80,2% Whereas, for the trickling filter without Bacillus amyloliquefaciens addition, the final COD was 159 mg/L; this made the organic removal efficiency decrease to 73,5 % iii TĨM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn này, chúng tơi khảo sát ảnh hƣởng việc bổ sung sinh khối vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens hiệu xử lý nƣớc thải hủ tiếu làng nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang Đƣờng cong sinh trƣởng B amyloliquefaciens đƣợc khảo sát môi trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng (dùng làm môi trƣờng huấn luyện thích nghi) cho thấy giai đoạn ổn định khoảng thời gian 36 - 48 B amyloliquefaciens đƣợc nuôi nƣớc thải hủ tiếu khử trùng 36 đƣợc sử dụng cho thí nghiệm xử lý nƣớc thải hủ tiếu Tỷ lệ 5%, 10% 15% (v/v) canh trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng có ni B amyloliquefaciens đƣợc bổ sung vào nƣớc thải để khảo sát hiệu xử lý B amyloliquefaciens tự Tỷ lệ vi khuẩn 10% phù hợp để xử lý nƣớc thải với COD đầu vào 600 mg/L, 750 ml/L 900 mg/L COD đầu lần lƣợt 133,3 mg/L (sau 36 xử lý), 130 mg/L 146,7 mg/L (sau 48 xử lý); đạt yêu cầu nƣớc thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT với COD chuẩn 150 mg/L Xử lý nƣớc thải B amyloliquefaciens cố định đệm lọc tre tháp lọc sinh học nhỏ giọt: Các thơng số thí nghiệm gồm tốc độ thổi khí 50 L/phút, tốc độ nƣớc bơm vào tháp lọc 3,6 L/giờ, COD đầu vào 600 mg/L COD đầu 118,7 mg/L; hiệu suất xử lý đạt 80,2% Trong đó, xử lý nƣớc thải hủ thiếu tháp lọc sinh học không bổ sung B amyloliquefaciens q trình tạo màng biofilm có COD đầu 159 mg/L hiệu suất xử lý đạt 73,5 % iv MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i ABSTRACT ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHƢƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan tinh bột enzyme amylase thủy phân tinh bột 2.1.1 Tổng quan tinh bột 2.1.2 Enzyme amylase thủy phân tinh bột 2.2 Chi Bacillus vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens 2.2.1 Chi Bacillus 2.2.2 Vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens 2.2.3 Các nghiên cứu ứng dụng Bacillus xử lý nƣớc thải 2.3 Phƣơng pháp sinh học xử lý nƣớc thải 2.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ sinh học hiếu khí lọc sinh học 11 2.4.1 Cơng nghệ sinh học hiếu khí 11 2.4.2 Lọc sinh học 13 2.4.3 Lọc sinh học nhỏ giọt 15 2.4.4 Các nghiên cứu lọc sinh học 17 2.5 Nƣớc thải hủ tiếu làng nghề xử lý nƣớc thải chứa tinh bột theo phƣơng án sinh học hiếu khí 19 2.5.1 Nƣớc thải hủ tiếu làng nghề 19 2.5.2 Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải chứa tinh bột theo phƣơng án sinh học hiếu khí 20 CHƢƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 v 3.1 Nguyên liệu 22 3.1.1 Nguồn nƣớc thải 22 3.1.2 Giống vi sinh vật 22 3.2 Vật liệu, thiết bị - dụng cụ hóa chất 22 3.2.1 Vật liệu làm đệm lọc 22 3.2.2 Thiết bị - dụng cụ 23 3.2.3 Hóa chất 23 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 24 3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 24 3.3.2 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 26 3.3.2.1 Kiểm tra đại thể, vi thể xây dựng đƣờng cong sinh trƣởng vi khuẩn B amyloliquefaciens 26 3.3.2.2 Xử lý nƣớc thải hủ tiếu B amyloliquefaciens tự 26 3.3.2.3 Xử lý nƣớc thải hủ tiếu B amyloliquefaciens cố định tháp lọc sinh học 28 3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái vi khuẩn 30 3.5 Phƣơng pháp xác định mật số vi sinh vật 31 3.6 Phƣơng pháp kiểm tra định tính enzyme amylase protease 31 3.6.1 Kiểm tra định tính enzyme amylase 31 3.6.2 Kiểm tra hoạt tính enzyme protease 32 3.7 Các phƣơng pháp phân tích hóa lý 32 3.7.1 Xác định pH 32 3.7.2 Xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) 33 3.7.3 Xác định Nitơ tổng số (Ntổng) 33 3.7.4 Xác định Phospho tổng số (Ptổng) 33 3.7.5 Phƣơng pháp xác định Clorua 34 3.8 Phƣơng pháp xử lý số liệu 34 3.9 Công thức tính hiệu suất xử lý 34 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35 vi 4.1 Kiểm tra đại thể, vi thể xác định khả sinh enzyme amylase protease ngoại bào 35 4.1.1 Kiểm tra đại thể vi thể 35 4.1.2 Kiểm tra định tính enzyme amylase protease 36 4.2 Khảo sát đƣờng cong sinh trƣởng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens môi trƣờng 802 mơi trƣờng huấn luyện thích nghi 38 4.3 Kết kiểm nghiệm tiêu nƣớc thải nguồn 39 4.4 Khảo sát khả xử lý nƣớc thải hủ tiếu vi khuẩn B amyloliquefaciens tự 40 4.5 Xử lý nƣớc thải với vi khuẩn B amyloliquefaciens cố định tháp lọc sinh học 48 4.5.1 Giai đoạn thích nghi 48 4.5.2 Giai đoạn tiền xử lý 49 4.5.3 Giai đoạn xử lý 49 4.6 Khảo sát hiệu xử lý nƣớc thải hủ tiếu tháp lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung B amyloliquefaciens 55 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Tài liệu tiếng Việt 58 Tài liệu tiếng nƣớc 60 PHỤ LỤC 64 Phụ lục A Tổng quan nƣớc thải hủ tiếu 64 Phụ lục B Các phƣơng pháp phân tích 65 B.1 Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxy hóa học COD (SMEWW 5220C) 65 B.2 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Nitơ tổng số (TCVN 6638:2000) 67 B.3 Phƣơng pháp xác định Phospho tổng số (TCVN 6202:2008) 68 B.4 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Clorua 71 vii Phụ lục C Xác định khả sinh enzyme amylase protease ngoại bào 73 Phụ lục D Sự tăng sinh vi khuẩn B.amyloliquefaciens từ - 96 môi trƣờng 802 môi trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng 75 Phụ lục E Các tiêu nƣớc thải dùng thực thí nghiệm 79 Phụ lục F Ảnh hƣởng tỷ lệ vi khuẩn B amyloliquefaciens tự đến pH COD đầu nƣớc thải hủ tiếu đƣợc xử lý 79 Phụ lục G Xử lý nƣớc thải hủ tiếu lọc sinh học nhỏ giọt có bổ sung B amyloliquefaciens cố định 84 Phụ lục H Xử lý nƣớc thải hủ tiếu lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung B amyloliquefaciens 87 ... Công nghệ sinh học Mã số: 604280 TÊN ĐỀ TÀI: Xử lý nƣớc thải sở sản xuất hủ tiếu làng nghề bánh bún I hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens cố định tháp lọc sinh học NHIỆM... sở sản xuất hủ tiếu làng nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho- Tiền Giang vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens cố định tháp lọc sinh học? ?? đƣợc tiến hành để khảo sát ảnh hƣởng vi? ??c bổ sung sinh khối vi khuẩn. .. khảo sát ảnh hƣởng vi? ??c bổ sung sinh khối vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens hiệu xử lý nƣớc thải hủ tiếu làng nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang Đƣờng cong sinh trƣởng B amyloliquefaciens