Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa n và tích lũy poly p trong nước thải sản xuất hủ tiếu mỹ tho và ứng dụng xử lý nước thải TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã ngành: 62 42 01 07 TÊN NCS: LÊ THỊ LOAN TÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI KHUẨN KẾT TỤ SINH HỌC, CHUYỂN HĨA NITƠ VÀ TÍCH LŨY POLY-P TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT HỦ TIẾU MỸ THO VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Cần Thơ, 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: GS.TS Cao Ngọc Điệp Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: Phòng bảo vệ Luận án tiến sĩ, Nhà Điều Hành, Trường Đại học Cần Thơ Vào lúc … … ngày … tháng … năm … Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: (ghi rõ học hàm học vị, họ tên, font chữ: Times New Roman, cỡ chữ 13) Xác nhận xem lại chủ tịch Hội đồng Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Le Thi Loan, Tran Vu Phuong, Cao Ngoc Diep 2018 Isolation and identification of bioflocculant-producing bacteria, heterotrophic nitrogen removal bacteria and polyphosphate bacteria in wastewater from “My Tho rice noodle” factories, Tien Giang provice Internation Journal of Innovations in Engineering and Technology (IJIET) 185-198 Le Thi Loan, Tran Vu Phuong, Cao Ngoc Diep 2019 Application of bioflocculant-producing bacteria heterotrophic nitrogen removal bacteria and poly-phosphate bacteria and water-hyacinth (Eichhornia crassipes) for wastewater treatment of My Tho rice noodle factories, Tien Giang provice, Vietnam Internation Journal of Innovations in Engineering Agriculture Research (IJOEAR) 16-26 (Volume-5, Issue-1, PP-26, January, 2019) Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn số 19, kỳ tháng 10/2019, tên báo “Tối ưu hóa khả tổng hợp chất kết tụ sinh học chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PRO.01.B thử nghiệm xử lý nước thải từ sở sản xuất bún” (Lê Thị Loan1, Cao Ngọc Điệp2) NCS chuyên ngành Vi sinh vật học; Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ) Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn số 21, kỳ tháng 11/2019, tên báo “Tối ưu hóa khả tổng hợp chất kết tụ sinh học chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PRO.01.C thử nghiệm xử lý nước thải sau chế biến sữa đậu nành” (Lê Thị Loan1 , Cao Ngọc Điệp2 ) NCS chuyên ngành Vi sinh vật học; Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết luận án Hủ tiếu sản xuất theo quy trình gạo ngâm thời gian 24 giờ, sau tháo nước rửa chua, xay bột ủ bột khoảng thời gian 48 Bước luộc bột tráng bột vĩ mỏng sau phơi khô dùng máy cắt thành sợi Hủ tiếu thành phẩm trộn với rau củ với thịt nước súp (nước lèo) nấu chín từ xương heo đặc sản tiếng Mỹ Tho, Tiền Giang Tuy nhiên, hầu hết sở sản xuất hủ tiếu chưa có hệ thống xử lý nước thải hay xử lý không đạt tiêu chuẩn Nhu cầu nước cho sản xuất sở chế biến nông sản thực phẩm thường lớn, nước thải q trình sản xuất thường khơng xử lý mà xả thẳng môi trường gây ô nhiễm nặng nề cho nguồn nước sông, rạch Cụ thể Mỹ Tho - Tiền Giang, đa số sở mang tính tự phát, nhỏ lẻ nên chưa thật trọng đến việc xử lý nước thải bảo vệ môi trường Nhiều sở sau sản xuất xả trực tiếp nước thải hủ tiếu chưa qua xử lý mơi trường khiến nhiều sơng ngịi, kênh rạch gây ô nhiễm nghiêm trọng đồng thời gây nguy hại cho sinh vật người dân sống quanh Nhận thấy tiềm hiệu nhóm vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa đạm, vi khuẩn tích lũy poly-P việc xử lý nước thải, đồng thời vấn đề cấp bách phải có biện pháp xử lý nước thải hủ tiếu, để ngăn chặn việc ảnh hưởng đến môi trường Quan trọng bảo vệ danh tiếng ẩm thực Việt Nam, danh tiếng 50 năm danh hiệu hủ tiếu Mỹ Tho hình ảnh Việt Nam Vì đề tài “Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa nitơ tích lũy Poly-P nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ứng dụng xử lý nước thải” thực nghiên cứu vô cấp thiết mang tính ứng dụng vào thực tiễn cao nhằm giải khó khăn nêu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Phân lập tuyển chọn dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, loại bỏ nitơ tích lũy poly-P nước thải hủ tiếu từ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho - Nhận diện tìm hiểu quan hệ phát sinh dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, loại bỏ nitơ tích lũy poly-P nước thải hủ tiếu có đặc tính tốt phương pháp sinh học phân tử công cụ Tin Sinh học kết hợp với số mơ tả hình thái tế bào khuẩn lạc có - Tuyển chọn số dòng kết tụ sinh học, loại bỏ nitơ tích lũy poly-P nước thải hủ tiếu tốt để đánh giá hiệu xử lý nước thải hủ tiếu thùng hay bể chứa có dung tích 100 mL, 1-L, 10-L, 100-L 1000-L 1.3 Những điểm luận án Đây cơng trình Việt Nam nghiên cứu cách bản, có hệ thống, từ 08 sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho – tỉnh Tiền Giang thải lượng nước thải lớn có pH thấp (chua), chứa nhiều độc chất có hàm lượng cao Từ 08 mẫu thu từ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho – tỉnh Tiền Giang, phân lập 109 dòng vi khuẩn bao gồm 59 dịng vi khuẩn chuyển hố đạm với 15 dịng vi khuẩn mơi trường nitrite, 18 dịng vi khuẩn mơi trường nitrate, 15 dịng vi khuẩn mơi trường ammonium 11 dịng vi khuẩn mơi trường nitơ tổng hợp; 42 dịng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học bao gồm 23 dòng vi khuẩn kết tụ chất protein 19 dòng vi khuẩn kết tụ chất polysaccharide; 08 dòng vi khuẩn tích luỹ poly-P dịng mơi trường chun biệt Tuyển chọn dòng vi khuẩn kết tụ sinh học Bacillus subtilis PRO.01.C Bacillus subtilis PO.03.B; dòng vi khuẩn chuyển hóa nitơ gồm Bacillus altitudinis HNi.01.03.DL, Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03.C, Enterobacter hormaechei HAm.03.05.C dịng vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus megaterium Poly-P.06.4.B 1.4 Ý nghĩa thực tiễn khả ứng dụng luận án Kết nghiên cứu luận án nguồn tài liệu bản, sưu tập gồm 109 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa N tích lũy poly-P Trong đó: 42 dịng vi khuẩn kết tụ sinh học (23 dịng vi khuẩn có khả kết tụ protein 19 dịng vi khuẩn có khả kết tụ polysaccharide), 59 dịng vi khuẩn chuyển hóa nitơ (15 dịng vi khuẩn chuyển hóa ammonium, 18 dịng vi khuẩn chuyến hóa nitrate, 15 dịng vi khuẩn chuyển hóa nitrite 11 dịng vi khuẩn có khả chuyển hóa ammonium, nitrite, nitrate), dịng vi khuẩn có khả tích lũy poly-P Kết cho thấy dịng vi khuẩn hai nhóm kết tụ sinh học tích lũy poly-P là họ Bacilaceae vi khuẩn nhóm chuyển hóa nitơ có đa dạng loài bao gồm vi khuẩn Gram âm chi Bacillus chi Bacillus chỉ chiếm tới 12% tổng số dòng vi khuẩn CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nuôi cấy phân lập vi khuẩn 3.1.1 Nuôi cấy 3.1.1.1 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein (Hazana et al., 2008) Bảng 3.1 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein Hóa chất Hàm lượng Glucose 20 g L- Acid glutamic MgSO4.7H2O Yeast extract Agar H2O pH 50 g 0,5 g 0,5 g 20 g (bổ sung đổ môi trường thạch) 1L 3.1.1.2 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học polysaccharide ( Deng et al., 2002) Bảng 3.2 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học polysaccharide Hóa chất Hàm lượng Glucose KH2PO4 K2HPO4 MgSO4.7H2O NaCl 10 g 5g 0,2 g 0,1 g 0,1 g Carbamide Yeast extract 0,5 g 0,5 g Agar H2O 20 g (bổ sung đổ môi trường thạch) 1L 3.1.1.3 Môi trường phân lập vi khuẩn chuyển hóa nitơ (Zhao et al., 2010) Bảng 3.3 Môi trường phân lập vi khuẩn chuyển hóa nitơ Mơi Mơi Mơi Mơi trườn trường trường bổ Đơn trường g bổ bổ sung sung T Hóa chất vị bổ sung sung Ammoni (Nitrite, tính Nitrite Nitrat um Nitrate, e Ammoniu) NH4Cl NaNO3 NaNO2 NaCl Na2HPO4.12H2O KH2PO4 Vi lượng * Glucoze Agar g/L g/L g/L g/L g/L g/L mL/L g/L g/L 0,12 0,04 0,04 21,5 0,9 20 21,5 0,9 20 21,5 0,9 3 20 0,12 0,04 0,04 21,5 0,9 20 3.1.1.4 Môi trường phân lập vi khuẩn tích lũy poly-P (Wang et al., 2008) Bảng 3.4 Mơi trường phân lập vi khuẩn tích luỹ poly-P Hóa chất Glucose Acetate Hàm lượng 0,5 g/L g/L Succinate NH4Cl KH2PO4 Pepton MgSO4.7H2O CaCl2 Dung dịch khoáng vi lượng Agar 0,5 g/L 0,02 g/L 0.088 g/L 0,02 g/L 0,01 g/L 0,005 g/L 0,5 mL/L 20 g/L 3.1.2 Phân lập vi khuẩn 3.2 Tuyển chọn nhận diện dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa Nitơ N vi khuẩn poly-P Sau phân lập dòng vi khuẩn từ nước thải sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho, tiến hành tuyển chọn dịng có độ hữu hiệu cao tiếp đến nhận diện (xác định) dòng vi khuẩn để làm sở cho việc xử lý nước thải sau 3.2.1 Tuyển chọn 3.2.1.1 Tuyển chọn dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học môi trường protein polysaccharide Kiểm tra khả kết tụ vi khuẩn: lấy 90 mL dung dich Kaolin (5g/l) thêm vào 10 mL dung dịch CaCl2 (1%) bình tam giác 250 mL, sau thêm 0,1 mL dung dịch vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học, mẫu đối chứng thực tương tự không chủng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học Khuấy hỗn hợp 30 giây 60 vịng/phút máy lắc, giữ n hỡn hợp giờ, lấy phần đo OD độ bước sóng 550 nm Tỷ lệ kết tụ % = (OD đối chứng – OD mẫu)/OD đối chứng x 100 Phương pháp tiến hành cách nhân sinh khối chủng vi khuẩn 20 mL môi trường với phối hợp ba nguồn carbon, nitrogen khống vơ trên, với giá trị pH chọn, nhiệt độ 30oC, lắc 150 vòng/phút, sau thời gian ngày tiến hành xác định hiệu kết tụ với dung dịch kaolin theo mô tả Phối hợp ba nguồn dinh dưỡng (03 nguồn carbon + 04 nguồn nitrogen + 04 nguồn khống vơ cơ) có 48 nghiệm thức khác mỗi nghiệm thức thực 03 lần lặp lại Kết cuối chọn môi trường tối ưu có nguồn carbon, nitrogen khống vơ thích hợp cho vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ cao Ở dịng vi khuẩn kết tụ sinh học nguồn khống nguồn lơ phụ bậc 2, cịn nguồn carbon lơ hay ngược lại để tìm kết tối ưu Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nguồn carbon, nitrogen khống vơ đến hiệu tổng hợp chất kết tụ sinh học Nhân sinh khối chủng vi khuẩn môi trường gồm 03 nguồn carbon, nitrogen khống chọn thí nghiệm Mỡi nguồn dinh dưỡng chia thành 03 mức độ khác phối hợp tạo 27 nghiệm thức với tỷ lệ carbon, nitrogen khống vơ bổ sung khác Chủng vi khuẩn nhân sinh khối ống fancol 50 mL chứa 20 ml môi trường tổ hợp từ 03 nguồn dinh dưỡng với tỷ lệ khác nhau, điều chỉnh giá trị pH cho tỷ lệ kết tụ cao chọn, ủ lắc 150 vòng/phút nhiệt độ 300C Đánh giá khả kết tụ với dung dịch kaolin, phân tích hồi quy tuyến tính 03 nhân tố từ chọn nghiệm thức có tỷ lệ bổ sung thích hợp cho vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ cao 3.2.1.2 Tuyển chọn dòng vi khuẩn chuyển hóa Nitơ Từ phả hệ (Hình 4.28) cho thấy có 02 nhánh lớn nhánh I nhánh II Mỗi nhánh lớn chia làm nhiều nhánh phụ (cluster) Do nói dịng vi khuẩn chuyển hóa nitơ thuộc nhiều nhóm khác mặt di truyền Cụ thể: 4.3 Phân lập, nhận diện dịng vi khuẩn có khả tích lũy poly-P Kết phân lập 08 dịng vi khuẩn có khả tích lũy poly-P Đặc điểm hình thái khuẩn lạc: 08 dịng vi khuẩn phân lập mơi trường lân quan sát 72 sau cấy phần lớn khuẩn lạc có dạng hình trịn, mơ, trắng đục bìa ngun Hình dạng: Khuẩn lạc dạng trịn chiếm tỷ lệ 87,5% dạng không chiếm 12,5% Màu sắc: phần lớn khuẩn lạc có màu trắng đục (75%) màu lại chiếm tỷ lệ thấp 25% Dạng bìa: có dạng bìa ngun chiếm 87,5% so với 12,5% có dạng bìa cưa Độ nổi: 100% khuẩn lạc có độ mơ 21 Bảng 4.23 Kết giải trình tự dịng vi khuẩn tích luỹ Poly-P TT Dòng vi khuẩn Poly-P.1.A Poly-P.03.C PolyP.06.4.B Số nucleotide 960 1280 737 Tên vi khuẩn đồng hình KC456633 Bacillus subtilis strain TUST019 KR703626 Bacillus sp JES1 độ đồng hình (%) 98 98 KU877333 Bacillus sp M29(2016b) 98 KU179323 Bacillus subtilis strain L4 97 KU179345 strain L42 MG430247 strain CS40 Bacillus aryabhattai Bacillus megaterium 99 99 Từ phả hệ cho thấy, 02 dòng vi khuẩn Poly-P.1.A Poly-P.03.C nhánh A dòng Poly-P.06.4.B nhánh B có quan hệ gần gũi với dịng vi khuẩn thuộc chi Bacillus Do đó, 03 dịng vi khuẩn thuộc chi Bacillus (Hình 4.29) Các dòng vi khuẩn sau phân lập nhận diện tuyển chọn qua khả kết tụ mơi trường có Kaolin việc xử lý nước thải hủ tiếu Mỹ Tho Kết là: tuyển chọn 22 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học Bacillus subtilis PRO.01.C Bacillus subtilis PO.03.B; dòng vi khuẩn chuyển hóa nitơ gồm Bacillus altitudinis HNi.01.03.DL, Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03.C, Enterobacter hormaechei HAm.03.05.C dịng vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus megaterium Poly-P.06.4.B 4.4 Khả xử lý nước thải dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P tốt 4.4.1 Ở thể tích 100 mL Ở pH = 7, kết hợp 01 dòng vi khuẩn kết tụ protein 01 dòng vi khuẩn kết tụ polysaccharide cho kết sau: Sự kết hợp dòng PRO.01.C + PO.03.B cho hiệu kết kết tụ nước thải cao với 33,04% Và giảm lượng TSS (tổng rắn lơ lửng = total suspended solid) nước thải (Bảng 4.28) tổ hợp dòng dòng vi khuẩn kết PO.07.04 + PRO.01.C 29.29 PO.01.C + PRO.01.C 30.01 PO.03.B + PRO.01.C 33.04 Đới chứng 0.23 10 15 20 25 30 35 Tỉ lệ % kết tụ Hình 4.36 Tỷ lệ kết tụ trung bình tổ hợp dòng vi khuẩn kết tụ sinh học xử lý 100 mL nước thải hủ tiếu Mỹ Tho 23 Bảng 4.28 Hiệu kết hợp 02 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học lượng TSS nước thải hủ tiếu Mỹ Tho Nghiệm thức Hàm lượng TSS (mg/L) PO.07.04 + PRO.01.C 1,197 PO.01.C + PRO.01.C 0,933 PO.03.B + PRO.01.C 0,733 Đối chứng 1,863 CV(%) 3,57 LSD.01 0,116 tổ hợp dòng vi khuẩn kết tụ 4.4.2 Ở thể tích L Kết hợp dịng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein polysaccharide L nước thải nước thải hủ tiếu Mỹ Tho Kết từ thí nghiệm cho thấy tỷ lệ kết tụ sinh học cao chỉ tiêu TSS giảm tốt chọn ứng dụng vào xử lý nước thải thể tích L (Hình 4.37) PO.03.B + PRO.01.C 30.86 Đới chứng 1.98 10 15 20 25 30 35 tỉ lệ % kết tụ Hình 4.37 Tỷ lệ kết tụ trung bình dòng vi khuẩn kết tụ sinh học PO.03.B PRO.01.C xử lý L nước thải hủ tiếu Mỹ Tho 24 Bảng 4.29: Hiệu kết hợp 02 dòng vi khuẩn kết tự sinh học lượng TSS nước thải hủ tiếu Mỹ Tho 1-L nước thải Nghiệm thức PO.03.B + PRO.01.C Đối chứng CV (%) LSD.01 Hàm lượng TSS (mg/L) 0,233 3,000 3,96 0,176 Kết từ Bảng 4.29 Hình 4.37 cho thấy nghiệm thức kết hợp 02 dòng vi khuẩn PRO.03.B PO.01.C có tỷ lệ kết tụ tốt làm giảm chỉ tiêu TSS tốt so với mẫu nước thải ban đầu Từ kết trên, ứng dụng 02 dòng vi khuẩn kết hợp để xử lý 10 L nước thải hủ tiếu Mỹ Tho Đề tài nghiên cứu chọn 04 vi khuẩn chuyển hố N (HNi.01.03.DL, HNa.02.03.C, HAm.03.05.C, COM.04.07.C), 01 dịng vi khuẩn tích luỹ Poly-P.06.4.B để tiến hành ứng dụng xử lý nước thải với thể tích 1-L 03 ngày Từ ngày đến ngày 3, hàm lượng orthophosphate nước thải giảm lại từ 13,13 mg/L cịn 11,32 mg/L, lúc vi khuẩn tích luỹ gần đủ lượng polyphosphate bên tế bào có xu hướng giải phóng orthophosphate mơi trường bên ngồi Vì kết hợp kết khảo sát khả xử lý ammonium polyphosphate dòng vi khuẩn tích luỹ Poly-P, chọn dịng vi khuẩn poly-P.06.4.B có sục khí dịng vi khuẩn có khả xử lý polyphosphate ammonium hiệu Sau thử nghiệm khả xử lý dòng vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P chọn dịng HNa.02.03.C Poly-P.06.04.B có khả xử lý đạt hiệu cao Tiến hành ứng dụng kết hợp 02 dòng vi khuẩn để xử lý nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho dung tích 1-L, kết trình bày Hình 4.43 25 tổ hợp dịng vi khuẩn kết tụ sinh học Hình 4.43 Hàm lượng ammonium orthophosphate (mg/L) nước thải sau xử lý Kết cho thấy hiệu xử lý 02 dịng vi khuẩn HNa.02.03.C Poly-P.06.4.B tốt, ứng dụng mơ hình lớn 4.4.3 Ở thể tích 10L Kết hợp 02 dịng vi khuẩn PRO 03.B PO 01.C có tỷ lệ kết tụ tốt làm giảm chỉ tiêu TSS xuống 1,597 mg/L tốt so với mẫu nước thải đối chứng từ 2,030 mg/L xuống 0,433 mg/L PO.03.B + PRO.01.C 42.54 Đới chứng 0.82 10 15 20 25 30 35 40 45 tỉ l ệ % kêt tụ Hình 4.38 Tỷ lệ kết tụ trung bình tổ hợp 02 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học PO.03.B PRO.01.C xử lý 10 lít nước thải hủ tiếu Mỹ Tho 26 Bảng 4.30 Hiệu kết hợp 02 dòng vi khuẩn kết tự sinh học lượng TSS nước thải hủ tiếu Mỹ Tho 10-L nước thải Nghiệm thức Hàm lượng TSS (mg/L) PO.03.B + PRO.01.C 0,433 Đối chứng 2,030 CV (%) 1,57 LSD.01 0,053 Việc kết hợp 02 dòng vi khuẩn PO.03.B PRO.01.C việc xử lý nước thải cho tỷ lệ kết tụ cao giảm tỷ lệ TSS tốt mức thể tích 100-mL, 1-L, 10-L Kết tiếp tục ứng dục cho thí nghiệm Sau thử nghiệm khả xử lý dòng vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P chọn dịng HNa.02.03.C Poly-P.06.4.B có khả xử lý đạt hiệu cao Tiến hành ứng dụng kết hợp 02 dòng vi khuẩn để xử lý nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho dung tích 10-L với 03 lần lặp lại Kết nước thải có bổ sung vi khuẩn sau xử lý có hàm lượng orthophosphate từ 27,2 mg/L giảm xuống 0,72 mg/L tổng P từ 13,1 mg/L giảm 8.7 mg/L khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng đồng thời hai đạt quy chuẩn B QCVN: 40/2011 BTNMT Kết cho thấy hiệu xử lý 02 dòng vi khuẩn HNa.02.03.C Poly-P.06.4.B tốt, ứng dụng mơ hình lớn (100-L 1000-L) 4.4.4 Ở thể tích 100 L Kết từ Bảng 4.31 cho thấy pH nước thải lúc đầu 3,84 nghiệm thức đối chứng (NT1) [khơng có vi khuẩn], pH nuớc thải gia tăng lên 4,61 bổ sung vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn Poly-P nước thải pH nước thải gia tăng 6,02 Tổng chất rắng lơ lửng (TSS) nhu cầu oxi sinh học (BOD5) nước thải cao (620 950 mg/L, theo thứ tự) 27 hàm lượng TSS BOD5 nước thải giảm mạnh sau 04 ngày Đặc biệt nghiệm thức có ứng dụng vi khuẩn, hàm lượng BOD5 nước thải giảm chỉ 1/3 (so với ban đầu) Tổng nitơ (TN) nước thải giảm tổng phopho (TP) nước thải lại gia tăng Bảng 4.31 Hiệu vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa Nitơ vi khuẩn tích lũy Poly-P pH lý, hóa tính nước thải hủ tiếu Mỹ Tho * Vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa Nitơ vi khuẩn tích lũy Poly-P 4.4.5 Ở thể tích 1000 L Trong bồn 1000 lít, pH nước thải hủ tiếu có diển biến mạnh mẻ bổ sung vi khuẩn kết tụ sinh học vào nước thải làm pH nước thải bắt đầu thay đổi theo chiều hướng tăng lên, đặc biệt thêm vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn poly-P làm pH nước thải tăng mạnh mẻ so với pH nước thải nghiệm thức đối chứng (Hình 4.45) Hàm lượng BOD5 nước thải có bổ sung vi khuẩn giảm mạnh giai đoạn: xử lý vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn Poly-P (gấp 2,4 lần so với ban đầu) Trong nghiệm thức đối chứng, hàm lượng BOD5 chỉ giảm giai đoạn bổ sung vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn Poly-P (Hình 4.46), điều chứng tỏ vai trò vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn Poly-P đến hàm lượng BOD5 nước thải Tương tự trường hợp BOD5, hàm lượng TSS nước thải chỉ giảm mạnh giai 28 đoạn vi khuẩn chuyển hóa nitơ vi khuẩn Poly-P nước thải (hơn 23,6 lần so với ban đầu) pH7 đối chứng vi khuẩn 6.5 Hàm lượng TSS (mg/L) LSD.01 =0.21 CV =1.22% 5.5 4.5 ban đầu vi khuẩn kết tụ sinh học vi khuẩn N-P Dịng vi khuẩn Hình 4.45 Hiệu dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P pH nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau ngày xử lý 29 1400 mg/L LSD.01 (BOD)=25 CV (BOD)= 2.11 LSD.01 (TSS) = 11 CV (TSS) = 5,41% đối chứng TSS 1200 nghiệm thức vi khuẩn TSS 1000 800 Hàm lượng TSS (mg/L) 600 400 200 ban đầu Vi khuẩn kết tụ vi khuẩn N-P Dịng vi khuẩn Hình 4.46 Hiệu dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P BOD5 TSS nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau ngày xử lý Bổ sung vi khuẩn vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hố Nitơ tích luỹ Poly-P vào nước thải hủ tiếu cho thấy hàm lượng tổng N (TKN) giảm tất giai đoạn (từ 45 mg/L giảm liên tục cịn 7,5 mg/L [giảm 49,44%]) hàm lương TKN nước thải nghiệm thức đối chứng gia tăng tất giai đoạn (từ 45 mg/L tăng lên 120 mg/L), có lẻ giai đoạn vi khuẩn kỵ khí tiếp tục hoạt động để phóng thích liên tục nitơ vào nước thải Điều đặc biệt bổ sung vi khuẩn kết tụ sinh học làm giảm lượng tổng phospho (TP) nước thải (từ 6,3 mg/L xuống 3,42 mg/L) bổ sung vi khuẩn chuyển hóa nitơ Poly-P gia tăng lượng tổng P (9,35 mg/L) sau nước thải để yên ngày tổng P giảm xuống 4,76 mg/L [số liệu khơng trình bày đây] Ngược lại, hàm lượng tổng phospho nước thải nghiệm thức đối chứng tăng tất giai đoạn (từ 6,3 tăng lên 7.98 mg/L - giai đoạn vi khuẩn kết tụ sinh học) (12,7 mg/L - giai đoạn vi khuẩn chuyển hóa N tích lũy Poly-P) (Hình 4.47) 30 140 mg/L 120 100 Hàm lượng TSS (mg/L) đối chứng TKN nghiệm thức vi khuẩn TKN 80 LSD.01 (TKN) = 5.7 C.V (TKN) = 2.12% 60 LSD.01 (TP) = 1.5 C.V (TP) = 1.25% 40 20 ban đầu vi khuẩn kết tụ vi khuẩn N-P Dịng vi khuẩn Hình 4.47 Hiệu dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hố N tích luỹ Poly-P TN tổng TP nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau ngày xử lý Như vậy, qua thí nghiệm 1000-L, kết rút nhận xét sau: Bổ sung vi khuẩn cải thiện pH nước thải hủ tiếu từ tạo mơi trường thuận lợi cho vi khuẩn chuyển hoá nitơ vi khuẩn tích lũy Poly-P hoạt động tốt Vi khuẩn chuyển hố nitơ vi khuẩn tích lũy Poly-P hoạt động tích cực loại bỏ ammonium, giảm bớt P, BOD5 TSS góp phần làm cho nước thải Theo Pimpa (2004), sở sản xuất bán hủ tiếu sử dụng tinh bột gạo nguồn nguyên liệu nên sản xuất lượng lớn nước thải chứa nhiều tinh bột Nước thải gây nhiều vấn đề mơi trường chứa hàm lượng oxi hòa tan cao (BOD) tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 31 Sau cellulose, tinh bột nguồn đường đa (polysaccharide) thứ hai tìm thấy tự nhiên, sản xuất thực vật dạng dự trữ Cây trồng chủ yếu cho tinh bột ngũ cốc, đặc biệt bắp (ngơ) lúa mì, lúa gạo khoai tây (de Baere, 1999) Russ and Meyer-Pittroff (2004) khuyến cáo nước thải chứa tinh bột nên đo xác lượng hay chỉ số chất thải đặc biệt “specific waste index” để đánh giá hay phân chia loại nước thải cho xác Mironescu (2011) ghi nhận rắng tinh bột protein nước thải q trình chế biến khoai tây có pH giảm lên men vi khuẩn lactic Trong qui trình sản xuất hủ tiếu, gạo ngâm thời gian dài cần thiết để lên men tự nhiên Trong suốt q trình này, gạo ngâm khơng chỉ hấp thu nước mà cho phép lên men tự nhiên nhiều loại vi sinh vật khác đặc biệt vi khuẩn lactic (LAB) (Li et al., 2015) nấm men (Liu, 2007) Ảnh hưởng vi khuẩn lac tic (LAB) vi khuẫn khác suốt trình lên men làm giảm pH nước thải Gạo nước ngâm gạo có pH ban đầu (trung tính) giảm lần xuống cịn pH qua trình lên men hồn tồn (Li et al., 2015) nghiên cứu tôi, pH nước thải giảm 4,68 sau 24 hay 4,13 3,48 sau 48 (Bảng 4.18) Các acid hữu nước thải acid lactic acetic; acid lactic chiếm ưu (Li et al., 2015), điều nàu cho thấy vài vài vi khuẩn lac tic (LAB) thuộc nhóm dị hình (heterofermentative) (Lu et al., 2008), pH nước thải môi trường tốt cho vi khuẩn vi khuẩn kỵ khí (heterotrophic bacteria) phóng thích H2S (1 loại khí thúi) Chất kết tụ sinh học loại đa phân tử phân hủy sinh học tiết từ vi sinh vật (biodegradable macromolecular flocculant secreted by microorganisms) Bởi sinh phân hủy chúng, không độc không tạo chất ô nhiểm thứ cấp, chất kết tụ sinh học ý nghiên cứu sử dụng rộng rãi (Li et al., 1999) Ứng dụng chất kết tụ sinh học xử lý nước thải hủ tiếu nghiên cứu nhiều điều kiện khác khác trình chế biến thực phẩm sử dụng hóa chất (Salehizadeh Shojaosadati, 2001) Trong nghiên cứu tôi, ứng dụng vi khuẩn kết tụ sinh học vào nước thải hủ tiếu làm làm giảm lượng chất rắn lơ lửng 32 tinh bột hay protein trầm hay lắng xuống đáy Gong et al (2008) quan sát thấy tỉ lệ kết tụ (flocculating activity) (%) đạt 80% pH nước thải (như thịt, bia, nước chấm nước thải sông) 6.0 lúc 36 với vi khuẩn dòng Serratia ficaria SF-1 Kết chứng minh hàm lượng TSS nước thải mạnh (Hình 4.28) pH nước thải gia tăng (Hình 4.45) kết giúp cho vi khuẩn chuyển hóa nitơ dị dưỡng và vi khuẩn tích lũy Poly-P hoạt động hữu hiệu để loại bỏ hay chuyển hóa nitrogen orthophosphate khỏi nước thải (Hình 4.48) Bên cạnh đó, hàm lượng BOD5 giảm mạnh mẻ hoạt động tích cực nhóm vi khuẩn (Hình 4.46) Sự hoạt động hữu hiệu vi khuẩn thuộc nitrate hóa dị dưỡng (heterotrophic nitrification) vi khuẩn phản nitrate-hóa hiếu khí (aerobic denitrification) nhiều báo cáo đề cập (Castignetii Hollocher, 1984) Như nitơ nước thải loại bỏ với hợp tác nhiều nhóm vi khuẩn khác Pseudomonas stutzeri, Alcaligenes faecalis, Paracoccus denitrificans Thiosphaera pantotropha (Su et al., 2001; Stouthamer et al., 1997; Gupta Gupta, 2001) Loại vi khuẩn có tiềm vượt qua giới hạn trình loại bỏ nitơ Nghiên cứu tập trung vào vi khuẩn nitrate hóa dị dưỡng (heterotrophic nitrification) vi khuẩn phản nitrate-hóa hiếu khí (aerobic denitrification) điều kiện hàm lượng ammonium thấp từ nước thải sinh hoạt nghiên cứu xử lý nước thải có hàm lượng ammonium cực cao (Gupta Gupta, 2001) Alcaligenes faecalis dịng số 4, vi khuẩn nitrate hóa dị dưỡng (heterotrophic nitrification) vi khuẩn phản nitrate-hóa hiếu khí (aerobic denitrification), sử dũng để xử lý nước thải chăn nuôi heo chứa hàm lượng ammonium cực cao điều kiện hiếu khí Trong thí nghiệm liên tục khơng chất thải rắn (SFW) có trộn với phân heo, nước thải đạt đến 2000 NH4+–N mg/L 12,000 COD mg/L tỉ lệ ammonium loại bỏ khoảng 30 mg– N/L/h, 5–10 lần cao tỉ lệ nhận từ vi khuẩn khác có lực Tỉ lệ phản nitrate-hóa (denitrification ratio) 65% loại NH4+–N, cho thấy dịng số.4 thể tính nitrat-hóa dị 33 dưỡng phản nitrat-hóa hiếu khí mạnh mẻ nước thải chăn nuôi heo (Zoo et al., 2000) Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri Acinetobacter lwoffii để loại bỏ ammonia nước thải bải rác thực để đánh giá lực loại bỏ ammonia hàm lượng khác điều kiện có hay khơng có sục khí phịng thí nghiệm Thí nghiệm cho thấy loại có khả loại bỏ ammonia cách hữu hiệu hai nồng độ 50 mg/l 100 mg/l ammonia Vi khuẩn Pseudomonas stutzeri dòng D3b vi khuẩn Acinetobacter lwoffii dịng TN7 lồi vi khuẩn tốt để loại bỏ Bên cạnh đó, hai lồi loại bỏ ammonia điều kiện hiếu khí (sục khí) tốt khơng sục khí Trong ngày, hiệu loại bỏ ammonia vi khuẩn Pseudomonas stutzeri dòng D3b 97,2% 98,57% vi khuẩn Acinetobacter lwoffii dòng TN7 96,32% 98.31% nước thải bải rác chứa hàm lượng 50 mg/l 100 mg/l, theo thứ tự (Cao Ngọc Điệp Nguyễn Thị Hoàng Nam, 2012) Trong thí nghiệm này, sử dụng hai dịng vi khuẩn kết tụ sinh học Bacillus subtilis PRO.03.B, Bacillus subtilis PO.01.C xử lý kết tụ (quậy mạnh) sau để yên giờ, lấy phần bên (phần trong) chuyển sang bồn để bổ sung 0,1% vi khuẩn chuyển hóa nitơ Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03.C vi khuẩn poly-P Bacillus megaterium PolyP.06.4.B, sục khí 8/24 (4 buổi sáng, buổi chiều) liên tục ngày, để yên ngày, lấy mẫu để đo với kết quả: - pH = 6.13 - TSS = 17 mg/L - BOD5 = 23 mg/L - TKN = 7,57 mg/L - TP = 4,76 mg/L Đạt tiêu chuẩn B, QCVN40:2011/BTNMT 34 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Tám sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho – tỉnh Tiền Giang thải lượng nước thải lớn có pH thấp (chua), chứa nhiều độc chất có hàm lượng cao Từ 08 mẫu thu từ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang, phân lập 109 dòng vi khuẩn bao gồm 59 dòng vi khuẩn chuyển hố đạm với 15 dịng vi khuẩn mơi trường nitrite, 18 dịng vi khuẩn mơi trường nitrate, 15 dịng vi khuẩn mơi trường ammonium 11 dịng vi khuẩn mơi trường nitơ tổng hợp; 42 dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học bao gồm 23 dòng vi khuẩn kết tụ chất protein 19 dòng vi khuẩn kết tụ chất polysaccharide; 08 dịng vi khuẩn tích luỹ poly-P dịng mơi trường chuyên biệt Tuyển chọn dòng vi khuẩn kết tụ sinh học Bacillus subtilis PRO.01.C Bacillus subtilis PO.03.B; dịng vi khuẩn chuyển hóa nitơ gồm Bacillus altitudinis HNi.01.03.DL, Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03.C, Enterobacter hormaechei HAm.03.05.C dòng vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus megaterium Poly-P.06.4.B 5.2 Đề xuất Ứng dụng mơ hình để xử lý nước thải cho sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho Thiết lập hệ thống xử lý nước thải tập trung cho 08 sở sản xuất trước đổ sơng, rạch Cần đánh giá tính an tồn sinh học trước đưa vào sử dụng 35 ... tài ? ?Ph? ?n l? ?p, tuy? ?n ch? ?n vi khu? ?n kết tụ sinh học, chuy? ?n hóa nitơ tích lũy Poly- P n? ?ớc thải s? ?n xuất hủ tiếu Mỹ Tho ứng dụng xử lý n? ?ớc thải? ?? thực nghi? ?n cứu vô c? ?p thiết mang tính ứng dụng vào... hiệu Vi khu? ?n kết tụ sinh học, chuy? ?n hóa N vi khu? ?n poly- P n? ?ớc thải hủ tiếu Mỹ Tho 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LU? ?N 4.1 Ph? ?n l? ?p, nh? ?n di? ?n vi khu? ?n kết tụ sinh học Đề tài ph? ?n l? ?p 42 dịng vi khu? ?n. .. chuy? ?n hóa Nitơ N vi khu? ?n poly- P Sau ph? ?n l? ?p dòng vi khu? ?n từ n? ?ớc thải sở s? ?n xuất hủ tiếu Mỹ Tho, ti? ?n hành tuy? ?n ch? ?n dịng có độ hữu hiệu cao ti? ?p đ? ?n nh? ?n di? ?n (xác định) dòng vi khu? ?n để