Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật có khả năng xử lý tinh bột và ứng dụng xử lý nước thải sản xuất nui

CHƯƠNG MỞ ðẦU 1.1 ðẶT VẤN ðỀ Sự bùng nổ dân số với tốc độ thị hóa, cơng nghiệp hóa nhanh chóng tạo sức ép lớn tới môi trường sống Việt Nam Hầu hết sông hồ thành phố lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, nơi có dân cư đơng đúc khu cơng nghiệp lớn ñều bị ô nhiễm Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2009 Bộ tài nguyên môi trường, gần 70% số triệu m3 nước thải ngày từ khu công nghiệp nước ñược xả thẳng nguồn tiếp nhận mà không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước mặt Hậu tình trạng nhiễm gây ảnh hưởng trực tiếp ñến hệ sinh thái sức khỏe người dân khu vực, tỉ lệ mắc bệnh liên quan viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư … ngày tăng Trong mặt hàng nông nghiệp xuất chủ lực Việt Nam, khoai mì lát khơ tinh bột mì chiếm tỷ lệ đáng kể Hiện nước có 500.000 trồng khoai mì với sản lượng triệu tấn/năm Tồn quốc có 60 nhà máy chế biến tinh bột mì có quy mơ cơng nghiệp với tổng công suất chế biến năm nửa triệu tinh bột mì đồng thời thải lượng nước thải lớn Bên cạnh đó, nhà máy sản xuất thực phẩm ñược chế biến từ tinh bột bún, bánh phở, nui, hủ tiếu… thải môi trường lượng không nhỏ nước thải chưa qua xử lý xử lý chưa ñạt yêu cầu cho phép Nước thải từ nhà máy sản xuất tinh bột có hàm lượng chất hữu cao, khơng xử lý trước, xả ao hồ, sơng suối gây nhiễm mơi trường nước, đất khơng khí, ảnh hưởng đến người sinh giới xung quanh Cụ thể việc nhiều nhà máy sản xuất tinh bột mì Vedan - ðồng Nai, Thanh Chương – Nghệ An, nhà máy tinh bột mì Pococev - Thừa Thiên Huế, sở chế biến tinh bột mì Ngọc Thạch - Bình Thuận … ñã bị ñình hoạt ñộng ảnh hưởng nghiêm trọng từ việc xả nguồn nước thải trực tiếp môi trường sống người dân khu vực Cơng nghệ xử lý nước thải nói chung nước thải sản xuất tinh bột nói riêng ngày sâu vào áp dụng công nghệ sinh học Các biện pháp sinh học ñã -1- chứng minh hiệu xử lý triệt ñể hẳn biện pháp xử lý hóa lý khác Hơn nữa, đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột hàm lượng chất hữu cao, dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao việc xử lý phương pháp sinh học giai đoạn khơng thể thiếu hệ thống xử lý Cơ sở trình xử lý sinh học dựa hoạt ñộng phân hủy chất hữu gây ô nhiễm vi sinh vật Nhằm tìm hiểu khả chuyển hóa chất hữu vi sinh vật nước thải sản xuất tinh bột tuyển chọn số chủng vi sinh vật có tiềm ứng dụng phương pháp xử lý sinh học nước thải sản xuất tinh bột, chúng tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn số chủng vi sinh vật có khả phân hủy tinh bột ứng dụng xử lý nước thải sản xuất nui” 1.2 MỤC TIÊU CỦA ðỀ TÀI Thử nghiệm khả xử lý tinh bột số chủng vi sinh vật phân lập ñược từ nguồn nước thải nhà máy chế biến tinh bột ứng dụng chúng vào phương pháp xử lý hiếu khí nước thải nhà máy sản xuất nui 1.3 Ý NGHĨA CỦA ðỀ TÀI Xử lý nước thải công nghệ sinh học đáp ứng mục đích đưa dịng thải vào vịng tuần hồn tự nhiên vật chất, chất thải ñược xử lý phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên Kết trình xử lý chất thải chuyển hóa hồn tồn thành dịng thải (đù tiêu chuẩn) Trong q trình xử lý này, người khơng tác động trực tiếp biện pháp lý hóa vào quy trình khép kín, lượng nước thải sau xử lý ñược ñưa vào tự nhiên mà không bị biến đổi thành phần tính chất Khơng dùng hố chất xử lý nên hồn tồn đảm bảo chất lượng nước ñầu không gây ảnh hưởng ñến sức khỏe người mơi trường, tiết kiệm chi phí xử lý -2- CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 2.1.1 Nguồn gốc vi sinh vật nước thải công nghiệp Vi sinh vật có nước thải cơng nghiệp chủ yếu từ nguồn nước thải ñặc trưng cho nhà máy, loại hình sản xuất Nước thải nhà máy rượu, nhà máy bia giàu thành phần loại nấm men; nước thải nhà máy thủy sản, thịt giàu thành phần vi sinh vật phân hủy protein; nước thải nhà máy gỗ giàu thành phần vi sinh vật phân hủy cellulose; nước thải nhà máy tinh bột giàu thành phần vi sinh vật phân hủy tinh bột… Bên cạnh đó, vi sinh vật có nước thải cơng nghiệp từ trình sản xuất rửa nguyên liệu, vệ sinh nhà xưởng, máy móc thiết bị, từ nước thải sinh hoạt công nhân nhà máy khơng có hệ thống thu gom, vận chuyển tách hai hệ thống nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt riêng Ngồi ra, vi sinh vật có nước thải từ thiên nhiên, từ nước mưa, nước chảy tràn hòa chung vào hệ thống nước thải nhà máy 2.1.2 Thành phần vi sinh vật nước thải công nghiệp Nước thải ngành công nghiệp khác khác tính chất vật lý, hóa học tính chất sinh học, phụ thuộc vào trình hoạt động đặc trưng cho nhà máy, loại hình sản xuất ðiều định phát triển vi sinh vật khả chuyển hóa vật chất vi sinh vật Trong nước thải công nghiệp, vi khuẩn thường chiếm số lượng lớn, cịn chứa nhiều nấm men, virus, tảo đơn bào nguyên sinh ñộng vật 2.1.2.1 Vi khuẩn Vi khuẩn nhóm vi sinh vật có mặt hầu hết loại nước thải ðối với nước thải có hàm lượng chất hữu cao nước thải từ nhà máy chế biến thịt, thủy sản, thực phẩm thành phần số lượng loài vi khuẩn phong phú ña dạng Vi khuẩn tham gia vào nhiều q trình chuyển hóa, từ hợp chất hữu -3- đến vơ cơ, từ chất dễ phân hủy ñến chất ñộc hại Các trình nhờ hệ enzyme phong phú chuyên biệt nhóm, lồi vi khuẩn So với động vật thực vật vi khuẩn có tính thích nghi cao hơn, nhiều lồi có khả tự điều chỉnh q trình trao đổi chất điều kiện sống khơng thuận lợi Bên cạnh đó, vi khuẩn có tốc ñộ trao ñổi chất nhanh Trong ngày ñêm chúng chuyển hóa khối lượng vật chất gấp hàng ngàn lần khối lượng chúng Chính thế, vi khuẩn nhóm vi sinh vật có nhiều tiềm công nghệ xử lý nước thải 2.1.2.2 Nấm men Nấm men chủ yếu có lại nước thải chứa ñường nước thải nhà máy rượu, bia, nhà máy đường … Nấm men phát triển môi trường chứa 1% hàm lượng ñường Tuy nhiên, khả chuyển hóa hợp chất protein, tinh bột lại kém, chí có nhiều lồi khơng có khả chuyển hóa hợp chất protein, hydratcarbon có nước thải ðặc điểm quan trọng nấm men phát triển môi trường nước thải có chứa đường có mặt vi khuẩn tạo sản phẩm acid acid lactic acid acetic Mặt khác nấm men thường tạo sản phẩm ñộc hại với vi sinh vật khác, tế bào nấm men chết làm trầm trọng thêm q trình nhiễm, nước thải có mùi thối khó chịu 2.1.2.3 Tảo ñơn bào Tảo ñơn bào vi sinh vật phổ biến nước ô nhiễm nước thải Tảo thuộc nhóm tự dưỡng quang năng, ưa mơi trường nước có tính kiềm yếu, phát triển mạnh mơi trường có CO2 hịa tan Trong q trình phát triển, tảo cung cấp oxi cho môi trường, chất kháng sinh tiêu diệt mầm bệnh, cạnh tranh nguồn thức ăn vi sinh vật gây bệnh mắt xích quan trọng chuỗi lưới thức ăn cho nhiều loài khác Cùng với vi khuẩn nấm men, tảo ñược sử dụng tác nhân xử lý môi trường -4- 2.1.2.4 Những vi sinh vật khác Virus: loài sinh vật nhỏ bé giới vi sinh vật bị tiêu diệt môi trường nước ô nhiễm nước thải Virus tồn xâm nhập ñược vào tế bào sống tế bào vi khuẩn Trong chu trình phát triển, chúng phá hủy tế bào vi khuẩn ñể nhân lên phát tán môi trường xung quanh Nếu trình làm tan tế bào xảy vi khuẩn có lợi q trình tự làm nước ô nhiễm nước thải bị chậm lại Nguyên sinh ñộng vật: thường phát triển vùng ñáy nguồn nước, ñó thấy nhiều amip, trùng ñế giày, thủy tức trùng roi Các lồi ngun sinh động vật thường chịu loại ñộc tố cao Do ñó việc loại bỏ chúng gặp nhiều khó khăn 2.1.3 Chuyển hóa vật chất vi sinh vật nước thải công nghiệp Khi nước thải khỏi nhà máy, hàm lượng vi sinh vật thường không nhiều Sau thời gian, nhóm vi sinh vật thích nghi với đặc trưng nước thải phát triển mạnh, số lượng số lồi dần phong phú Q trình trao ñổi chất vi sinh vật nước thải gồm hai q trình q trình đồng hóa q trình dị hóa Q trình đồng hóa xảy bên tế bào vi sinh vật, trình cần lượng để tổng hợp sản phẩm cấu thành sinh khối tế bào Năng lượng cho trình đồng hóa lấy từ phân tử cao ATP, ADP , từ trình dị hóa từ chất dự trữ khác tế bào Q trình dị hóa xảy bên bên tế bào vi sinh vật, trình phân hủy chất nhằm cung cấp lượng, ngun vật liệu cho q trình đồng hóa Mặt khác, tế bào vi sinh vật thường không chứa nhiều hợp chất hóa học giàu lượng Do đó, vi sinh vật cần phải nhận thêm nguồn lượng từ bên lượng ánh sáng mặt trời nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang năng, lượng sinh từ q trình oxy hóa chất nhóm vi sinh vật tự dưỡng hóa ðối với nhóm vi sinh vật dị dưỡng carbon, chúng sử dụng lượng từ q trình chuyển hóa hợp chất carbon hữu ñiều kiện hiếu khí kỵ khí -5- Trong q trình chuyển hóa vật chất, vi sinh vật luôn ưu tiên sử dụng vật chất dễ chuyển hóa trước, sau sử dụng đến vật chất khó chuyển hóa Do đó, đường cong sinh trưởng vi sinh vật nước thải ñường cong sinh trưởng kép Thời gian Hình 2.1 ðường cong sinh trưởng kép vi sinh vật nước thải (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải) Ghi : : giai đoạn thích nghi ban đầu 1’: giai ñoạn thích nghi với saccharose 1’’ giai ñoạn thích nghi với tinh bột : giai ñoạn tăng trưởng ban ñầu 2’: giai ñoạn tăng trưởng sử dụng saccharose 2’’ giai ñoạn tăng trưởng sử dụng tinh bột : giai ñoạn cân : giai ñoạn suy vong A : ñường cong sinh trưởng kép B : đường cong sin trưởng đơn -6- Hình 2.2 Q trình chuyển hóa vật chất vi sinh vật (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải) 2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 2.2.1 Mục đích q trình xử lý nước thải Mục đích quan trọng q trình xử lý nước thải làm giảm hàm lượng chất hữu cơ, giảm bớt loại bỏ chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học gây ñộc Mục ñích thứ hai loại bỏ giảm bớt chất dinh dưỡng N P ñể giảm bớt ô nhiễm cho nguồn nước nhận nước ngầm nước thải đổ đất Mục đích thứ ba loại bỏ hay bất hoạt vi sinh vật gây bệnh, virus ký sinh trùng có nước thải Một cách tổng quát, xử lý sinh học chia thành hai nhóm phương pháp lớn: - Nhóm phương pháp hiếu khí: sử dụng vi sinh vật hiếu khí hoạt động điều kiện cung cấp oxy - Nhóm phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí hoạt động điều kiện khơng có oxy -7- Bảng 2.1 Các q trình xử lý sinh học chủ yếu (ðỗ Hồng Lan Chi - Lâm Minh Triết (2005), Vi sinh vật môi trường) Loại Tên Mục đích Q trình bùn hoạt tính Loại bỏ BOD carbon, Hồ/mương oxy hóa nitrat hóa Tăng trưởng dính Bể lọc sinh học có lớp Loại bỏ BOD carbon, bám vật liệu lọc ngập nước nitrat hóa Bể lọc sinh học có lớp Loại bỏ BOD carbon, vật liệu khơng ngập nitrat hóa nước Loại bỏ BOD carbon, Xử lý hiếu khí Tăng trưởng lơ lửng nitrat hóa Xử lý kỵ khí Tăng trưởng lơ lửng Tăng trưởng dính Bể phân hủy kỵ khí Ổn định, loại bỏ BOD UASB Ổn ñịnh, loại bỏ BOD Lọc kỵ khí Ổn định chất thải, loại bỏ bám Hồ sinh học BOD Hồ hiếu khí Loại bỏ BOD Hồ kỵ khí Loại bỏ BOD, ổn định chất thải Hồ tùy tiện Loại bỏ BOD Hồ bậc ba Loại bỏ BOD, nitrat hóa 2.2.2 Cơ sở lý thuyết q trình xử lý sinh học Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý sinh học trình chuyển hóa vật chất, q trình tạo cặn lắng q trình tự làm nguồn nước vi sinh vật có tự nhiên nhờ khả chuyển hóa ñược nhiều nguồn chất khác có nước thải Các chất hữu hòa tan, chất keo chất phân tán nhỏ nước thải tiếp xúc với tế bào vi sinh vật, sau q trình chuyển hóa vật chất diễn -8- với ba giai đoạn chính: (i) chuyển vật chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật, (ii) khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng ñộ bên bên tế bào, (iii) chuyển hóa chất tế bào vi sinh vật, sản sinh lượng tổng hợp tế bào Trong nguồn nước ln xảy q trình amon hóa chất hữu nhờ vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành hợp chất ñơn giản polypeptide, oligopeptide Các chất tiếp tục phân hủy thành acid amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào ñược tế bào vi khuẩn hấp thụ sau phân hủy tiếp thành acid amin tế bào Một phần acid amin ñược tế bào vi khuẩn sử dụng ñể tổng hợp protein tạo sinh khối Một phần acid amin theo ñường phân giải khác ñể tạo NH3, CO2 sản phẩm trung gian khác Với protein có chứa sulfure, nhờ enzyme desulfurase nhóm vi khuẩn lưu huỳnh nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, bị phân hủy tạo thành H2S Theo đuờng thủy phân điều kiện hiếu khí, vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Actinomyces … loài nấm men chuyển hóa nhanh tinh bột thành đường Sản phẩm ñường phần bị phân hủy thành CO2 sản phẩm khác, phần chuyển hóa tiếp tục theo q trình trao đổi chất khác tế bào ðối với cellulose, Cytophase Sporocytophaga hai lồi có khả phân hủy điều kiện hiếu khí mạnh nhất, lồi Pseudomonas, Vibrio, Myxobacterium, Actinomyces… Sản phẩm trình phân hủy loại đường Trong bùn lắng, q trình phân hủy cellulose kỵ khí chủ yếu Clostridium tạo thành sản phẩm etanol, acid formic, acid lactic CO2 Có nhiều lồi phân hủy chất béo Quan trọng loài Pseudomonas, Vibrio, Sarcine, Bacillus… Sản phẩm thủy phân glycerin acid béo nhờ enzyme lipase nội bào ngoại bào Sau đó, glycerin acid béo lại chuyển hóa thành nhiều sản phẩm khác Cùng với vai trị chuyển hóa vật chất, vi sinh vật tham gia tạo cặn lắng Nhờ trình sinh trưởng lơ lửng bám dính vi sinh vật, hạt chất bẩn nhỏ liên kết lại thành hạt chất bẩn lớn tăng cường q trình sa lắng Nấm sợi vi khuẩn có tiên mao lồi đóng vai trị tạo cặn lắng nhiều -9- Trong nước thải, vi sinh vật ln có mối quan hệ phức tạp Quan hệ cạnh tranh ñịnh thành phần vi sinh vật Quan hệ mồi – săn mồi ảnh hưởng số lượng vi sinh vật Quan hệ cộng sinh, hỗ trợ lẫn q trình chuyển hóa vật chất làm phong phú ña dạng cho hệ vi sinh vật nước thải Các mối quan hệ ñịnh khả năng, tốc độ hiệu xử lý chất nhiễm vi sinh vật 2.2.3 ðiều kiện áp dụng xử lý nước thải phương pháp sinh học ðiều kiện ñầu tiên ñể áp dụng phương pháp xử lý sinh học nước thải phải chứa lượng chất hữu dễ phân hủy nhằm tăng nguồn cacbon lượng cho vi sinh vật ðiều kiện thứ hai nước thải khơng có chất độc làm chết ức chế phát triển vi sinh vật ðối với phương pháp xử lý hiếu khí cần thêm ñiều kiện hai thông số ñặc trưng COD BOD5 nước thải phải có tỷ lệ BOD5/COD ≥ 0,5 Nếu COD lớn BOD nhiều lần, có chứa cellulose, hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan phải qua xử lý sinh học kỵ khí trước Ngồi ra, ñiều kiện khác hàm lượng oxy, pH, nhiệt ñộ nước thải … phải nằm khoảng giới hạn ñịnh ñể ñảm bảo cho sinh trưởng phát triển bình thường vi sinh vật tham gia vào trình xử lý Bảng 2.2 Nồng ñộ giới hạn cho phép số chất có nước thải áp dụng xử lý phương pháp sinh học (Ccp* - g/m3 nước thải) - 10 - 4.1.2 Kết xác ñịnh phản ứng sinh hóa Bảng 4.5 Kết xác định phản ứng sinh hóa chủng vi khuẩn phân lập Chủng Indol - - - - - - Metyl + + + + + + Voges-p - - - - - - Citrate + + + + + + Ureas - - - - - - Lipase + + + + + + Nitrate + + + + + + Glucose + + + + + + Lactose + - - - - - Catalase + + + + + + red - 47 - Bảng 4.6 Kết xác định phản ứng sinh hóa (thứ tự chủng từ – tính từ trái sang) Thử nghiệm catalase Thử nghiệm TSI Thử nghiệm Indol Thử nghiệm Metyl red Thử nghiệm Vogesproskauer Thử nghiệm ureas Thử nghiệm Nitrte Thử nghiệm Lipase Thử nghiệm Citrate - 48 - Từ kết tổng hợp phản ứng sinh hóa chủng, nhận thấy tất chủng mang đầy đủ đặc tính Bacillus so sánh với bảng phân loại Bergey Sáu chủng vi khuẩn giữ giống mơi trường thạch nghiêng tủ mát ñược tiến hành tăng sinh ñể sử dụng xử lý nước thải giai ñoạn 4.2 Kết xác ñịnh thời gian tăng trưởng tối ưu Khi nuôi cấy mơi trường lỏng, có lắc, chủng có ñường cong sinh trưởng tương tự nhau, bao gồm giai đoạn: thích ứng, tăng trưởng, cân suy vong Tuy nhiên, thời gian ñạt giá trị OD cực ñại, tương ứng với thời gian tăng trưởng tối ưu chủng có khác biệt Các chủng 1, ñạt giá trị OD cực ñại sau 24h, chủng 2, 3, tăng trưởng tối ưu sau 28h, riêng chủng lại có giá trị OD cực đại sau 26h Mặt khác, xét mật ñộ sinh khối chủng nuôi cấy khoảng thời gian 24h – 28h, chúng tối nhận thấy giá trị OD không tăng đáng kể Do đó, chúng tơi chọn thời gian tăng trưởng tối ưu trung bình cho tất chủng 26h chủng chủng chủng 3 giá trị OD 2.5 1.5 0.5 18h chủng 1.535 chủng 1.1 chủng 0.865 24h 26h 28h 32h 34h 48h 1.974 1.932 1.921 1.926 1.9 1.349 1.4 2.1 2.67 2.72 2.66 1.87 1.186 1.35 1.83 1.81 1.862 1.5 thời gian ni cấy Hình 4.1 ðồ thị biểu diễn tương quan giá trị OD thời gian nuôi cấy chủng 1, 2, - 49 - chủng chủng chủng giá trị OD 2.5 1.5 0.5 18h 24h 26h 28h 32h 34h 48h chủng 1.37 1.892 1.816 1.85 1.77 1.69 1.03 chủng 1.05 1.42 2.04 2.4 2.36 2.4 2.1 chủng 1.17 1.63 2.2 2.19 2.22 1.38 thời gian ni cấy Hình 4.2 ðồ thị biểu diễn tương quan giá trị OD thời gian nuôi cấy chủng 4, 5, 4.3 Kết thơng số đầu vào nước thải Nước thải nhà máy sản xuất nui có nồng ñộ COD cao nên nồng ñộ pha lỗng 10, 20 30 lần, chúng tơi khơng xác ñịnh ñược giá trị COD Ở nồng ñộ pha loãng 50 lần 70 lần, giá trị COD trung bình 8840 mg/l nước thải Kết phù hợp với cơng trình nghiên cứu cho thấy nước thải tinh bột có giá trị COD khoảng 2500 – 17000 mg/l ðể xử lý sinh học, giá trị BOD phải gấp khoảng 0.5 – 0.7 lần giá trị COD nước thải ñầu vào Với kết COD 8840 mg/l nước thải, nồng độ pha lỗng mẫu ñể ñạt ñược tỷ lệ BOD/COD = 0.5 850 lần Thể tích nước thải dùng 0.35ml 300ml dung dịch pha lỗng Kết BOD đo ñược 4888 mg/l nước thải, tỷ lệ BOD/COD 0.56 Kết phù hợp với số kết phân tích BOD nước thải tinh bột từ 2120 – 14750mg/l - 50 - Từ ñường chuẩn giá trị ñộ hấp thụ mẫu, chúng tơi tính nồng độ P tổng 4,55 mg/l Kết không cao nằm giới hạn cho phép thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp loại B (QCVN 24: 2009/BTNMT) Hàm lượng N tổng số thấp (40.47 mg/l) so với cơng trình nghiên cứu nước thải tinh bột khác (136 – 300 mg/l) nằm giới hạn cho phép thông số ô nhiễm nước thải cơng nghiệp loại B (QCVN 24: 2009/BTNMT) ðể xử lý phương pháp sinh học, tỷ lệ BOD:N:P 100:5:1 Do đó, chúng tơi bổ sung thêm Phopspho dạng K2HPO4 với hàm lượng 0.13g/100ml nước thải pha loãng 20 lần bổ sung thêm N dạng NH4NO3 với hàm lượng 0.3g/100ml nước thải pha loãng 20 lần để sử dụng cho q trình xử lý chủng phân lập ñược ðồng thời pH nước thải thấp ño ñược khoảng 4.2 – 4.6 nên tiến hành ñiều chỉnh pH 6.5 – 7.0 dung dịch NaOH ðối với kết tiêu Coliform tổng, nhận thấy tổng số Coliform nước thải tinh bột không cao, khoảng 210x102 MPN/100ml Nguyên nhân nước thải tinh bột có độ pH thấp, chứa lượng CN- ñịnh ðây yếu tố ức chế trình phát triển vi sinh vật ðồng thời, thành phần nước thải chủ yếu tinh bột nên số vi khuẩn có hệ enzyme amylase phát triển Một lượng nhỏ Coliform có nước thải nguyên nhân khác bị nhiễm vào nước mưa rửa trôi lẫn nước thải sinh hoạt rơi vào hệ thống thu nước thải… Do yếu tố Coliform tổng khơng đáng kể Bảng 4.7 Kết thơng số ñầu vào nước thải Kết Chỉ tiêu ðơn vị Kết cơng trình nghiên cứu khác pH QCVN 24: 2009/BTNMT - 4.2 – 4.6 4,2 – 5,1 5.5 – 9.0 COD mg/l 8840 2500 – 17000 50 - 100 BOD5 mg/l 4888 2120 – 14750 30 - 50 N mg/l 40.47 136 – 300 15 - 30 P mg/l 4,55 - 70 4-6 Coliform MPN/100ml 210x102 - 3000 - 5000 - 51 - 4.4 Kết khảo sát tỷ lệ giống tối ưu cho chủng Hiệu xử lý chủng cao giá trị COD ño ñược sau thời gian xử lý thấp Sau tăng sinh chủng với thời gian tăng trưởng tối ưu ñã chọn 26h, tỷ lệ giống 1%, 1,5% 2% chủng, ghi nhận kết COD sau ba khoảng thời gian xử lý 24h, 48h 72h Biểu ñồ biểu diễn kết chủng ñược trình bày Phụ lục Giá trị COD ghi nhận ñược tỷ lệ 1% chủng 1, 2, 3, qua ba thời ñiểm 24, 48 72h ñều thấp so với tỷ lệ 1,5 2% ðối với chủng 4, giá trị COD tỷ lệ 1,5% vào thời ñiểm 24h 48 mg/l, thấp tỷ lệ 1% 80 mg/l Sau 72h, giá trị COD tỷ lệ 1,5% lại tăng cao, tỷ lệ 1% lại có xu hướng bắt ñầu giảm Chênh lệch COD thời ñiểm 24h hai tỷ lệ giống không nhiều, nên chọn tỷ lệ 1% tối ưu cho chủng ðối với chủng 6, giá trị COD 24h tỷ lệ 1,5% 64 mg/l, thấp nhiều so với giá trị COD tỷ lệ giống 1% 143 mg/l Sau 72h, giá trị COD tỷ lệ 1,5% tăng mạnh lên 160 mg/l giá trị COD tỷ lệ giống 1% lại giảm dần xuống 96 mg/l Như vậy, tỷ lệ giống 1,5% sau 24h, chủng bắt ñầu hiệu xử lý Ngược lại, khuynh hướng q trình xử lý bắt đầu có hiệu tỷ lệ giống 1% Do đó, thí nghiệm xử lý với khoảng thời gian từ 24h đến 72h, chúng tơi chọn tỷ lệ 1% tỷ lệ giống tối ưu cho chủng Về thời gian xử lý, chủng 5, có giá trị COD thấp sau 72h, chủng 1, 2, 3, có giá trị COD thấp sau 24h ðiều tùy thuộc vào khả thích nghi với ñặc ñiểm nước thải khả sử dụng nguồn chất có nước thải loại vi sinh vật So sánh giá trị COD hiệu xử lý cao chủng sau 24h (COD = 48 mg/l) Chủng cho thấy hiệu xử lý sau 24h ngang với chủng sau 72h (COD = 48 mg/l) Nhìn chung, giá trị COD chủng ñều giảm mạnh so với COD ñầu vào nước thải 420 mg/l Mẫu ñối chứng ñược tiến hành ñiều kiện tương tự không bổ sung vi sinh vật giảm COD 176 mg/l sau 48h 72h So sánh tỷ lệ % hiệu xử lý chủng 1, 4, xử lý COD 48mg/l chủng 2, 3, xử lý COD giảm 64 , 96 64mg/l Vậy mẫu đối chứng có hiệu xử lý khơng cao mẫu nước thải có bổ sung chủng - 52 - phân lập thân nước thải sản xuất tinh bột có tỷ lệ ñịnh vi sinh vật, hàm lượng BOD, COD khơng q cao, nước thải tự làm sau thời gian Tuy nhiên, với tải lượng hàm lượng nước thải sản xuất tinh bột thường cao, việc bổ sung vi sinh vật có khả phân hủy tinh bột đẩy mạnh trình xử lý cho hiệu cao Bảng 4.8 Kết giá trị COD (mg/l) chủng tỷ lệ giống 1% Thời Chủng Chủng Chủng Chủng Chủng Chủng ðối ðầu gian chứng vào 24h 48 64 96 80 134 143 224 48h 64 96 112 96 128 128 176 72h 96 112 100 48 96 176 88 84 76 88 88 84 56 400 Tỉ lệ % tối ưu Như vậy, tỷ lệ giống tối ưu cho chủng 1% Chủng 1, 4, ñược xem chủng mạnh, có hiệu xử lý cao chủng 2, 3, Tổng hợp phẩn phục lục Kết phù hợp với kết xác định bán kính phân hủy tinh bột Các chủng 1, 4, có bán kính phân hủy cao (1.2 1.3 cm) chủng phân lập ñược 4.5 Kết xử lý nước thải phối hợp chủng Từ kết trình khảo sát tỷ lệ giống hiệu xử lý chủng trên, ta tiến hành phối chủng ñể nâng cao hiệu xử lý chủng thuộc nhóm mạnh (1, 4, 5) ñược phối với chủng thuộc nhóm yếu (2, 3, 6) theo phương pháp chập ba ðồng thời tiến hành phối chủng với - 53 - Bảng 4.9 Bố trí thí nghiệm phối hợp chủng Chủng Thí nghiệm 123 Thí nghiệm 423 Thí nghiệm 623 Thí nghiệm 136 Thí nghiệm 436 Thí nghiệm 536 Thí nghiệm 126 Thí nghiệm 426 Thí nghiệm 526 Với tỷ lệ giống tối ưu 1%, chủng thí nghiệm phối hợp ñược bổ sung vào nước thải theo tỷ lệ 0,4:0,3:0,3 Trong đó, chủng mạnh (chủng 1, 4, 5) ñược bổ sung với tỷ lệ 0,4%, chủng cịn lại (2, 3, 6) bổ sung với tỷ lệ 0,3% Ở thí nghiệm phối chủng với nhau, tỷ lệ giống ñược cho vào chủng 0.067 ml/100 ml nước thải Giá trị COD ñược xác ñịnh bốn thời ñiểm 24h, 48h, 72h 96h 4.5.1 Kết xử lý nước thải thí nghiệm phối hợp với chủng Hiệu xử lý thí nghiệm phối hợp chủng ñánh giá qua giá trị COD COD thấp nghĩa hiệu xử lý cao Ở thí nghiệm phối hợp với chủng 1, giá trị COD ñều giảm mạnh theo thời gian ñạt giá trị nhỏ 72h Sau đó, giá trị COD tăng cao ñến thời ñiểm 96h Trong chu trình sinh trưởng, sau giai ñoạn tăng trưởng tối ưu bước vào giai ñoạn cân bằng, vi sinh vật thực trình phân hủy nội bào Chính làm tăng giá trị COD bình thí nghiệm Ở thí nghiệm 123, giá trị COD thời ñiểm 48h ñạt 136 mg/l, tăng nhẹ so với giá trị COD thời ñiểm 24h 128 mg/l Khi phối hợp chủng 1, có ức chế lẫn chủng làm giảm số lượng vi sinh vật ban đầu Sau đó, vi sinh vật thích nghi dần phát triển mạnh trở lại, làm tăng hiệu xử lý Mặt khác, sai sót thao tác xác định COD nên kết khơng phù hợp mà chúng tơi khơng có đủ điều kiện thời gian để tiến hành lại thí nghiệm Tuy nhiên, ñến thời ñiểm 72h, giá trị COD 80 mg/l, giảm 83% so với COD ñầu vào Giá trị COD thấp thí nghiệm 136 Vào thời điểm 72h ñạt giá trị 28 mg/l, tỷ lệ % xử lý ñạt 93% ðiều cho thấy chủng phối hợp với chủng 136 cho hiệu cao - 54 - TN 123 TN 126 TN 136 Giá trị COD mg/l 150 100 50 24h 48h 72h 96h TN 123 128 138 80 128 TN 126 128 80 64 96 TN 136 120 80 28 96 Thời gian xử lý Hình 4.3 Kết thí nghiệm phối với chủng Bảng 4.10 Kết tối ưu thí nghiệm phối hợp 123, 126, 136 COD tối ưu Thời gian Tỷ lệ % COD ñầu (mg/l) tối ưu xử lý vào 123 80 72h 83% 480 mg/l 126 64 72h 87% 480 mg/l 136 28 72h 94% 480 mg/l Thí nghiệm 4.5.2 Kết xử lý nước thải thí nghiệm phối hợp với chủng Các thí nghiệm 423 436 cho kết xử lý tối ưu vào thời ñiểm 72h với giá trị COD thấp đạt 80 64 mg/l Thí nghiệm 426 có gia tăng giá trị COD từ thời ñiểm 24 ñến 96h Có hai khả xảy Thứ phối hợp chủng chủng 2, khơng đạt hiệu xử lý chủng ức chế trình phát triển Thứ hai, hiệu phối hợp mạnh nhanh chóng khoảng thời gian ngắn 24h Tuy nhiên, đây, chúng tơi khơng có ñiều kiện ñể thực lại thí nghiệm 426 khoảng thời gian ngắn Về giá trị COD, thời gian tối ưu 72h, giá trị COD thí nghiệm 423 436 80 64 mg/l, với kết thí nghiệm 123, 126, cao giá trị COD 28 mg/l thí nghiệm 136 - 55 - TN 423 TN 426 TN 436 Giá trị COD 300 200 100 24h 48h 72h 96h TN 423 160 120 80 96 TN 426 112 128 136 140 TN 436 192 128 64 68 Thời gian xử lý Hình 4.4 Kết thí nghiệm phối với chủng Bảng 4.13 Kết tối ưu thí nghiệm phối hợp 423, 426, 436 COD tối ưu Thời gian Tỷ lệ % COD ñầu (mg/l) tối ưu xử lý vào 423 80 72h 83% 480 mg/l 426 112 24h 77% 480 mg/l 436 64 72h 87% 480 mg/l Thí nghiệm 4.5.3 Kết xử lý nước thải thí nghiệm phối hợp với chủng Ở thí nghiệm phối hợp với chủng 5, có thí nghiệm 523 cho kết xử lý tối ưu sau 72h tương tự thí nghiệm phối hợp với hai chủng mạnh Thí nghiệm 526 536 cho kết COD thấp ñều 112 mg/l sau 48h xử lý Giá trị COD ñạt ñược tối ưu thí nghiệm cao so với giá trị COD thí nghiệm 136 Tỷ lệ phần trăm xử lý thí nghiệm phối hợp với chủng thấp so với thí nghiệm phối hợp với chủng - 56 - TN 523 TN 526 TN 536 Giá trị COD mg/l 250 200 150 100 50 24h 48h 72h 96h TN 523 144 128 96 128 TN 526 160 112 112 120 TN 536 196 112 128 136 Thời gian xử lý Hình Kết thí nghiệm phối với chủng Bảng 4.10 Kết tối ưu thí nghiệm phối hợp 523, 526, 536 Thí COD tối ưu Thời gian Tỷ lệ % nghiệm (mg/l) tối ưu xử lý 523 96 72h 80% 480 mg/l 526 112 48h 77% 480 mg/l 536 112 48h 77% 480 mg/l COD ñầu vào 4.5.4 Kết xử lý nước thải thí nghiệm phối hợp chủng Trong tự nhiên hệ thống nhân tạo, việc phân hủy chất có nước thải ln cần hỗ trợ lẫn quần thể vi sinh vật Với chủng vi khuẩn phân lập so với số lồi thực tế có nước thải Tuy nhiên, chúng tơi chọn lựa nhóm có khả phân hủy tinh bột mạnh Vì vậy, thí nghiệm phối hợp chủng vi khuẩn nhẳm xem xét khả hỗ trợ chủng trình xử lý - 57 - TN 123456 TN 123456 Giá trị COD mg/l 200 150 100 50 TN 123456 24h 48h 72h 96h 176 112 96 64 Thời gian xử lý Hình 4.6 Kết xử lý COD thí nghiệm phối chủng Kết cho thấy giá trị COD giảm dần theo thời gian xử lý Giá trị COD ño ñược vào thời ñiểm 96h 64 mg/l, giảm 87% so với COD ñầu vào 480 mg/l ðường biểu diễn giá trị COD cho thấy khuynh hướng giảm tiếp tục Tuy nhiên, điều kiện thí nghiệm khơng cho phép nên không tiếp tục theo dõi thời gian Như vậy, việc phối hợp chủng với có tiềm xử lý nước thải tinh bột cao so với chủng phối Song song với thí nghiệm phối hợp chủng, chúng tơi tiến hành đo giá trị COD thí nghiệm đối chứng Bình đối chứng cân tỷ lệ BOD:N:P 100:5:1 ñược lắc ñiều kiện bình thí nghiệm, nhiên khơng bổ sung vi sinh vật Kết COD bình đối chứng thời điểm 24h, 48h, 72h có giảm dần giá trị COD ñạt giá trị nhỏ 192 mg/l thời ñiểm 72h Như vậy, thân hệ vi sinh vật nước thải sản xuất tinh bột có khả tự làm sạch, cần cung cấp thêm hàm lượng N, P, giảm tải trọng ñồng thời cung cấp ñầy ñủ oxi Quá trình tự làm cần khoảng thời gian lâu so với q trình có bổ sung vi sinh vật cho nguồn nước Kết xử lý nước thải thí nghiệm phối hợp chủng sau 24h, 48h, 72h 96h - 58 - 24h 48h 72h 96h 350 Giá trị COD mg/l 300 250 200 150 100 50 Thí nghiệm phối chủng D C 53 12 34 56 52 52 43 42 42 13 12 12 Hình 4.7 Kết xử lý thí nghiệm phối chủng So sánh với quy chuẩn xả thải QCVN 24:2009/BTNMT, hàm lượng COD ñầu tối ưu hầu hết thí nghiệm đạt tiêu chuẩn xả thải loại B (COD