Luận văn tốt nghiệp theo dõi sự biến động mật số coliform và escherichia coli trong hệ thống thí nghiệm xử lý đạm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG  NGUYỄN THU HIỀN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG THEO DÕI SỰ BIẾN ĐỘNG MẬT SỐ COLIFORM VÀ ESCHERICHIA COLI TRONG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM XỬ LÝ ĐẠM Cán hướng dẫn: LÊ ANH KHA Cần Thơ, 5/2010 LỜI CẢM TẠ Xin gửi lời cám ơn chân thành tới quý thầy cô Trƣờng Đại học Cần Thơ, đặc biệt quý thầy cô môn Khoa học Môi trƣờng – Khoa Môi Trƣờng & TNTN - Trƣờng Đại học Cần Thơ tận tình truyền đạt kiến thức kinh nghiệm chuyên môn suốt khố học, làm tảng giúp tơi hồn thành đề tài Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Anh Kha - ngƣời bên cạnh dìu dắt trực tiếp hƣớng dẫn trình thực đề tài Cơ Trƣơng Thị Nga cô Nguyễn Thị Nhƣ Ngọc cho lời khuyên q báu, góp phần hồn thiện viết Xin cảm ơn nhà máy chế biến tôm Nam Hải – Khu cơng nghiệp Trà Nóc, Cần Thơ tạo điều kiện giúp thực đề tài Xin cảm ơn gia đình bạn lớp Khoa học mơi trƣờng khố 32 ln động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Thu Hiền MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ i MỤC LỤC ii DANH SÁCH BẢNG iv DANH SÁCH HÌNH v Chƣơng 1: MỞ ĐẦU Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Thành phần tế bào dinh dƣỡng vi sinh vật 2.1.1 Thành phần tế bào 2.1.2 Các dạng dinh dƣỡng vi sinh vật 2.2 Vi sinh vật thị 2.2.1 Giới thiệu chung 2.2.2 Vi sinh vật thị việc ô nhiễm nguồn nƣớc phân 2.3 Coliform Ecsherichia coli (E coli) 2.3.1 Vi khuẩn nƣớc thải 2.3.2 Coliform 2.3.3 Ecsherichia coli (E coli) 2.4 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến vi sinh vật .11 2.4.1 Yếu tố vật lý .11 2.4.2 Yếu tố hoá học 13 2.4.3 Yếu tố sinh học 14 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .16 3.1 Nội dung nghiên cứu .16 3.2 Địa điểm thời gian 16 3.3 Phƣơng tiện nghiên cứu 16 3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu .16 3.4.1 Tiến hành thí nghiệm 16 3.4.2 Thu mẫu phân tích 18 3.4.3 Phƣơng pháp thu bảo quản mẫu 19 3.5 Chỉ tiêu phƣơng pháp phân tích .19 3.6 Xử lý số liệu 19 Chƣơng 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 20 4.1 Thí nghiệm thăm dị .20 4.1.1 Chỉ tiêu lý hoá (nhiệt độ, pH, DO) .20 4.1.2 Giai đoạn amon hoá 21 4.1.3 Giai đoạn nitrat hoá 22 4.1.4 Giai đoạn xử lý lân .23 4.1.5 Giai đoạn khử nitrat 24 4.2 Thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm 25 4.2.1 Chỉ tiêu lý hoá (nhiệt độ, pH, DO) .25 4.2.2 Giai đoạn amon hoá 26 4.2.3 Giai đoạn nitrat hoá 28 4.2.4 Giai đoạn xử lý lân .29 4.2.5 Giai đoạn khử nitrat 30 4.3 Phần mở rộng 31 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 32 5.1 Kết luận 32 5.2 Đề xuất 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần nguyên tố chủ yếu tế bào vi khuẩn E coli Bảng 2.2: Các nhóm hợp chất chủ yếu tế bào vi khuẩn E coli Bảng 2.3: Thành phần hóa học tế bào vi khuẩn Bảng 4.1: Các tiêu lý hố hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân với nƣớc pha từ lòng trắng trứng nƣớc pha từ hoá chất Bảng 4.2: Các tiêu lý hố hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: E coli Hình 4.1: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn amon hóa nƣớc pha từ lịng trắng trứng Hình 4.2: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrat hoá nƣớc pha từ hố chất Hình 4.3: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian hệ thống xử lý lân với nƣớc pha từ hố chất Hình 4.4: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn khử nitrat với nƣớc pha từ hố chất Hình 4.5: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn amon hoá nƣớc thải nhà máy chế biến tơm Hình 4.6: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrate hoá nƣớc thải nhà máy chế biến tơm Hình 4.7: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn xử lý lân với nƣớc thải nhà máy chế biến tơm Hình 4.8: Biến động mật số coliform E.coli theo thời gian giai đoạn khử nitrat với nƣớc thải nhà máy chế biến tơm Chƣơng MỞ ĐẦU Q trình cơng nghiệp hóa - đại hóa với gia tăng dân số thị hóa làm suy giảm chất lƣợng môi trƣờng nghiêm trọng, nguyên nhân trực tiếp vấn đề nƣớc thải Trong thành phần gây nguy hại nƣớc thải tác nhân sinh học thƣờng có mức độ nhiễm cao, kể qua hệ thống xử lý Và thực trạng đáng lo ngại minh chứng cho điều giá trị coliform nguồn nƣớc thải qua xử lý cao, đặc biệt sở chế biến thực phẩm, chăn nuôi nhƣ: coliform nƣớc thải qua xử lý công ty cổ phần Sữa Hà Nội vƣợt 480.000 lần so với tiêu chuẩn Việt Nam, DNTN Nam Hải Cần Thơ có thông số coliform vƣợt 10 lần chuẩn cho phép… (http://tintuc.xalo.vn) Ngoài số chủng gây tiêu chảy Escherichia coli (E coli) đƣợc phát nƣớc xử lý (Đỗ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết, 2005) Đáng lƣu tâm coliform tăng trình xử lý Cụ thể nhƣ giá trị coliform nƣớc thải công ty cổ phần thủy sản Cafatex sau qua hệ thống xử lý 8,6x104 – 2,4x105 (CFU/ml), cao gần hai lần so với giá trị đầu vào 5x104 – 8,5x104 (CFU/ml) (Hồ Thị Mỹ Loan, 2007) Điều đặt nghi vấn tính thị nhiễm phân coliform Có phải kết ảnh hƣởng việc ô nhiễm phân tăng không? Hay mơi trƣờng hệ thống xử lý thuận lợi cho phát triển coliform? Để lý giải vấn đề nhƣ để giải tình trạng ô nhiễm sinh học nƣớc thải qua xử lý cách hiệu cần có nghiên cứu sâu khả tồn tại, phát triển vi sinh vật trình xử lý nhằm tìm khuyết điểm hệ thống Từ làm sở để đƣa giải pháp đạt hiệu cao kỹ thuật nhƣng lại giảm bớt đƣợc chi phí đầu tƣ Đồng thời giúp cho công tác đánh giá tiêu sinh học nƣớc thải đầu có đƣợc nhận định xác Do chúng tơi tiến hành thực đề tài “Theo dõi biến động mật số coliform Escherichia coli hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân” với mục tiêu cụ thể theo dõi biến động mật số coliform E coli giai đoạn hệ thống, đồng thời kiểm nghiệm khả thị ô nhiễm phân chúng Chƣơng LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Thành phần tế bào dinh dƣỡng vi sinh vật 2.1.1 Thành phần tế bào Các chất dinh dƣỡng vi sinh vật chất đƣợc vi sinh vật hấp thụ từ môi trƣờng xung quanh đƣợc chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho trình sinh tổng hợp tạo thành phần tế bào để cung cấp cho trình trao đổi lƣợng Quá trình hấp thụ chất dinh dƣỡng để thoả mãn nhu cầu sinh trƣởng phát triển đƣợc gọi q trình dinh dƣỡng Thành phần hố học tế bào vi sinh vật định nhu cầu dinh dƣỡng chúng Cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào vi sinh vật nguyên tố hoá học Các nguyên tố chủ yếu bao gồm: C, H, O, N, nguyên tố khoáng đa lƣợng vi lƣợng Chỉ riêng nguyên tố C, H, O, N, P chiếm đến 96% khối lƣợng khô tế bào vi khuẩn E coli Bảng 2.1: Thành phần nguyên tố chủ yếu tế bào vi khuẩn E coli Nguyên tố C O N % chất khô 50 20 14 H P S K Na Ca Mg Ca 0,5 0,2 1 0,5 Fe Nguyên tố khác 0,3 (Nguyễn Lân Dũng, 2001) Lƣợng chứa nguyên tố vi sinh vật khác không giống Ở điều kiện nuôi cấy khác nhau, giai đoạn khác nhau, lƣợng chứa nguyên tố lồi vi sinh vật khơng giống Trong tế bào vi sinh vật hợp chất đƣợc phân thành hai nhóm lớn: (i) Nƣớc muối khoáng (ii) Các chất hữu Bảng 2.2: Các nhóm hợp chất chủ yếu tế bào vi khuẩn E coli Loại hợp chất Nƣớc Protein AND ARN Hidrat C Lipit Chất hữu phân tử nhỏ Các phân tử vô Lƣợng chứa (%) 15 (Nguyễn Lân Dũng, 2001) a) Nƣớc muối khoáng Nƣớc chiếm đến 70 – 90% khối lƣợng thể vi sinh vật Tất phản ứng xảy tế bào vi sinh vật địi hỏi có tồn nƣớc Phần nƣớc tham gia vào q trình trao đổi chất vi sinh vật đƣợc gọi nƣớc tự Đa phần nƣớc tế bào vi sinh vật tồn dạng nƣớc tự Nƣớc kết hợp phần nƣớc liên kết với hợp chất hữu cao phân tử tế bào (protein, lipit, hidrat cacbon…) Muối khoáng chiếm khoảng – 5% khối lƣợng khô tế bào Chúng thƣờng tồn dƣới dạng muối sunphat, photphat, cacbonat, clorua… Trong tế bào chúng thƣờng dạng ion (Nguyễn Lân Dũng, 2001) b) Chất hữu Chất hữu tế bào vi sinh vật chủ yếu cấu tạo nguyên tố C, H, O, N, P, S… Riêng bốn nguyên tố C, H, O, N chiếm tới 90 – 97% tồn chất khơ tế bào Đó nguyên tố chủ chốt để cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit, hidrat cacbon (Nguyễn Lân Dũng, 2001) Bảng 2.3: Thành phần hoá học tế bào vi khuẩn Phân tử khô (1) / tế bào - Nƣớc - Các đại phân tử +Protein +Polysaccharide +Lipid +ADN +ARN - Các đơn phân tử +Aminoacid tiền thể +Đƣờng tiền thể +Nucleotid tiền thể - Các ion vô Tổng cộng % khối lƣợng 96 55 9,1 3,1 20,5 3,0 0,5 0,5 100 Số phân tử 24.609.802 2.350.000 4.300 22.000.000 2,1 255.500 Số loại phân tử khoảng 2.500 khoảng 1.850 (2) (3) khoảng 660 khoảng 350 khoảng 100 khoảng 50 khoảng 200 khoảng 18 (F.C.Neidhardt et al, 1996) Chú thích: (1) Khối lƣợng khô tế bào vi khuẩn E coli sinh trƣởng khoảng 2.8 x 10-13 g (2) Giả thiết Peptidoglycan Glycogen thành phần chủ yếu (3) Tế bào chứa vài loại phospholipid, tính đa dạng thành phần acid béo chi vi khuẩn khác ảnh hƣởng điều kiện sinh trƣởng mà có nhiều hình thức tồn loại phospholipid Protein cấu tạo chủ yếu nguyên tố: C (50 – 55%), O (21 – 24%), N (15 – 18%), S (0 – 0,24%), cịn có lƣợng nhỏ nguyên tố khác nhƣ P, Fe, Zn, Mn, Ca… Protein đƣợc tạo thành từ axit amin (Nguyễn Lân Dũng, 2001) 2.1.2 Các dạng dinh dƣỡng vi sinh vật Thức ăn (chất dinh dƣỡng) phải thoả mãn nhu cầu chất dạng nguyên tố có thành phần tế bào vi sinh vật Trong giới vi sinh vật có nhiều dạng (kiểu) dinh dƣỡng khác Có số lồi dinh dƣỡng giống xanh (tự dƣỡng), dùng chất khoáng để tổng hợp nên cấu tử thành phần thể Một số lớn khác dinh dƣỡng giống nhƣ động vật, cần có chất hữu làm thức ăn (dị dƣỡng) Từ kiểu dinh dƣỡng ngƣời ta chia vi sinh vật thành hai nhóm lớn: vi sinh vật tự dƣỡng vi sinh vật dị dƣỡng Nhóm thứ hai lớn, có vai trị quan trọng tự nhiên Đó tác dụng phân huỷ chất hữu khoáng hoá vật chất tự nhiên Nhu cầu vi sinh vật khác quan hệ với chất dinh dƣỡng Đặc biệt nguồn cacbon nitơ khác đặc trƣng (Lƣơng Đức Phẩm ctv, 2009) a) Dinh dƣỡng cacbon Cacbon chất tạo nên vật chất sống quan trọng bậc nhất, nguồn vật chất cung cấp C trình sinh trƣởng vi sinh vật Trong tế bào nguồn C trải qua loạt q trình biến hố hố học phức tạp biến thành vật chất thân tế bào sản phẩm trao đổi chất C chiếm đến khoảng nửa trọng lƣợng khô tế bào Đồng thời hầu hết nguồn C trình phản ứng sinh hố cịn sinh tế bào nguồn lƣợng cần thiết cho hoạt động sống vi sinh vật Một số vi sinh vật dùng CO2 làm nguồn C hay chủ yếu để sinh trƣởng, nguồn C khơng phải nguồn sinh lƣợng Nguồn C chủ yếu đƣợc vi sinh vật sử dụng gồm có đƣờng, acid hữu cơ, rƣợu, lipid, hydrocarbon, CO2, carbonat Vi sinh vật sử dụng cách chọn lọc nguồn C Đƣờng nói chung nguồn C nguồn lƣợng tốt cho vi sinh vật Nhƣng tuỳ loại đƣờng mà vi sinh vật có khả sử dụng khác Ví dụ mơi trƣờng chứa glucose galactose vi khuẩn E coli sử dụng trƣớc glucose (gọi nguồn C tốc hiệu) galactose đƣợc sử dụng sau (gọi nguồn C trì hiệu) Hiện sở lên men công nghiệp ngƣời ta sử dụng nguồn C chủ yếu glucose, saccharose, rỉ đƣờng (phụ phẩm nhà máy đƣờng), tinh bột (bột ngô, bột khoai sắn ), cám gạo, nguồn cellulose tự nhiên hay dịch thuỷ phân cellulose b) Thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm - Hai giai đoạn amon hóa nitrat hóa kéo dài ngày (144 giờ) nên số mẫu đƣợc thu là: (giai đoạn) x [1 (mẫu đầu vào) + (mẫu đầu ra)] = 14 (mẫu) - Hai giai đoạn khử lân khử nitrat kéo dài ngày (72 giờ) nên số mẫu đƣợc thu là: (giai đoạn) x [1 (mẫu đầu vào) + (mẫu đầu ra)] = (mẫu) - Thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tơm đƣợc lặp lại hai lần nên tổng số mẫu thu đƣợc thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm là: (lần) x [14 (mẫu) + (mẫu)] = 44 (mẫu) 3.4.3 Phƣơng pháp thu bảo quản mẫu Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5993: 1995 Chất lƣợng nƣớc – Lấy mẫu – Hƣớng dẫn bảo quản xử lý mẫu 3.5 Chỉ tiêu phƣơng pháp phân tích Chỉ tiêu sinh học: Coliform E coli Xác định phƣơng pháp đếm khuẩn lạc (Colony Count) (Nguyễn Đức Lƣợng Phạm Minh Tâm, 2002) 3.6 Xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Excel để tổng hợp số liệu, tính tốn vẽ biểu đồ Chƣơng KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 4.1 Thí nghiệm thăm dị 4.1.1 Chỉ tiêu lý hố (nhiệt độ, pH, DO) Bảng 4.1: Các tiêu lý hoá hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân với nƣớc pha từ lòng trắng trứng nƣớc pha từ hoá chất Chỉ tiêu Giai đoạn Nhiệt độ (oC) pH DO (mg/L) Amon hoá 30 – 32,5 6,86 - 7,59 KPH (< 0,1) Nitrat hoá 28 - 30 8,17 - 8,43 7,32 - 8,11 Khử lân 27,5 - 29,5 7,41 - 7,85 2,5 - 2,57 Khử nitrat 28 - 30 7,82 - 7,85 0,35 - 0,37 Nhiệt độ: Mỗi sinh vật phát triển khoảng nhiệt độ định, ngồi khoảng nhiệt độ vi sinh vật bị hạn chế phát triển (http://vocw.edu.vn) Kết cho thấy nhiệt độ giai đoạn qua ngày có khoảng dao động hẹp (chỉ 2oC) giai đoạn với chênh lệch không đáng kể Nhiệt độ giai đoạn amon hoá cao so với ba giai đoạn cịn lại hệ thống kín nên khả giải nhiệt thấp Theo Trần Cẩm Vân, 2005: “E coli có khả phát triển nhiệt độ - 50oC, nhiệt độ tối ƣu 37oC” Cịn coliform có khả phát triển nhiệt độ rộng từ - 50oC, riêng số lồi nhóm coliform có khả chịu nhiệt cao (Đỗ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết, 2005) Nên với biên độ từ 27,5 – 32oC, nhiệt độ hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân phù hợp cho vi sinh vật ƣa ấm nhƣ coliform E.coli pH: Nhìn chung giá trị pH qua ngày giai đoạn ổn định pH ba giai đoạn: amon hoá, khử lân khử nitrat thí nghiệm thăm dị trung tính đến kiềm yếu (dao động khoảng 6,86 – 7,85), phù hợp cho môi trƣờng sống coliform E coli nói riêng với vi khuẩn nói chung chúng phát triển thuận lợi môi trƣờng trung tính kiềm yếu (http://vocw.edu.vn) Riêng giai đoạn nitrat hố có giá trị pH lớn nhƣng nằm khả chịu đựng coliform E coli Theo Nguyễn Hữu Hiệp, 2008: “giá trị pH E coli tối thiểu 4,4; tối hảo – tối đa 9” (http://vocw.edu.vn) Oxy hịa tan (DO): Kết DO cho thấy mơi trƣờng giai đoạn amon hố yếm khí hồn tồn ảnh hƣởng đáng kể đến vi vinh vật hiếu khí nhóm coliform Giai đoạn nitrat hố mơi trƣờng hiếu khí giá trị DO cao tăng dần theo thời gian, gần đạt mức bão hồ nƣớc tảo phát triển mạnh, mà nhƣ dinh dƣỡng với vi sinh vật mơi trƣờng giai đoạn bị hạn chế chịu cạnh tranh tảo Còn với giá trị DO giai đoạn khử lân khử nitrat ổn định phù hợp cho vi sinh vật kỵ khí tuỳ nghi nhƣ E coli số lồi nhóm coliform 4.1.2 Giai đoạn amon hoá E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 Thời gian (giờ) 72 Hình 4.1: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn amon hóa nƣớc pha từ lòng trắng trứng Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Nhìn chung, E coli coliform có xu hƣớng giảm giai đoạn amon hố nƣớc pha từ lịng trắng trứng (Hình 3.1) Điều lý giải mơi trƣờng giai đoạn mơi trƣờng yếm khí hồn toàn (DO< 0,1 mg/L), coliform bao gồm vi khuẩn hiếu khí (trong q trình phát triển chúng cần phải đƣợc cung cấp oxy) vi khuẩn kỵ khí tùy nghi (Đỗ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết, 2005), có E coli (chúng phát triển mơi trƣờng có hay khơng có oxy nhƣng mơi trƣờng có oxy chúng phát triển tốt hơn) (Nguyễn Hữu Hiệp, 2008) Vì số lƣợng coliform giảm chủ yếu vi khuẩn hiếu khí Ngồi ra, việc suy giảm số lƣợng coliform E coli yếu tố dinh dƣỡng q trình amon hố khơng phù hợp cho hai nhóm vi sinh vật Tuy q trình này, vi sinh vật phân giải protit để sử dụng chúng làm nguồn thức ăn nitơ, thức ăn cacbon làm nguồn lƣợng cho (Nguyễn Đức Lƣợng, 2000) nhƣng sản phẩm khơng thích hợp cho coliform E coli (thành phần môi trƣờng nuôi cấy thích hợp chúng cần có pepton lactose) Chính thay đổi đột ngột môi trƣờng sống (từ bình ni cấy chuyển sang hệ thống), điều kiện khơng thuận lợi nên cá thể thích nghi bị chết Điều thấy đƣợc E coli coliform qua số lƣợng bị giảm 10 lần 24 đầu (coliform giảm từ 4,3x107 xuống 2,3x106 CFU/ml; E coli giảm từ 2,8x106 xuống 2,9x105 CFU/ml) Sau chúng giảm chậm lại theo thời gian kết thúc q trình (coliform cịn 4,2x105 CFU/ml, E coli 3,1x104 CFU/ml) 4.1.3 Giai đoạn nitrat hoá E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 Thời gian (giờ) 72 96 Hình 4.2: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrat hoá nƣớc pha từ hoá chất Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Kết phân tích cho thấy E coli coliform giảm nhiều qua q trình nitrat hố nƣớc pha từ hố chất (Hình 3.2) Ngun nhân chung thay đổi đột ngột môi trƣờng sống, yếu tố oxy (từ bình ni cấy mơi trƣờng yếm khí chuyển sang hệ thống mơi trƣờng hiếu khí DO > 7,3 mg/L) nên chúng khơng kịp thích nghi Điều thấy đƣợc qua số lƣợng E coli coliform bị giảm 100 lần 24 đầu (coliform giảm từ 2,0x107 xuống 1,2x105 CFU/ml; E coli giảm từ 2,2x106 xuống 2,6x104 CFU/ml) Bên cạnh q trình nitrat hố có tham gia tảo dƣới tác dụng ánh sáng mặt trời Đây yếu tố ảnh hƣởng đáng kể đến số lƣợng hai nhóm vi khuẩn vì: (i) ánh sáng mặt trời làm tổn thƣơng tế bào vi khuẩn nên có khả tiêu diệt chúng, nhóm vi khuẩn ký sinh gây bệnh chúng thƣờng nhạy cảm với ánh sáng (Nguyễn Đức Lƣợng, 2000), (ii) tảo lấy chất hữu dinh dƣỡng nƣớc thải chuyển đổi thành chất dinh dƣỡng tế bào tảo qua q trình quang hợp làm giảm lƣợng thức ăn nƣớc vi sinh vật (Lê Hoàng Việt, 2005) Những yếu tố khiến E coli giảm dần kết thúc trình (chỉ cịn 1,2x102 CFU/ml) Đối với coliform tƣơng đối ổn định khoảng thời gian từ 24 – 48 nhờ điều kiện môi trƣờng hiếu khí nhƣng sau giảm tốc độ tăng dần theo thời gian, kết thúc q trình nitrat hố Coliform 1,1x104 CFU/ml 4.1.4 Giai đoạn xử lý lân E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 72 Thời gian (giờ) Hình 4.3: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian hệ thống xử lý lân với nƣớc pha từ hoá chất Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Coliform E coli có xu hƣớng giảm sau qua hệ thống xử lý lân với nƣớc pha từ hoá chất tốc độ giảm E coli nhanh so với coliform (Hình 3.3) Thời gian giảm mạnh 24 đầu (coliform giảm từ 2,5x107 xuống 2,8x106 CFU/ml; E coli giảm từ 2,9x106 xuống 1,7x105 CFU/ml) thay đổi mơi trƣờng sống từ bình ni cấy chuyển sang hệ thống điều kiện dinh dƣỡng không thuận lợi nên kìm hãm phát triển, cá thể thích nghi dần chết dẫn đến việc suy giảm số lƣợng Sau coliform giảm đều, thời điểm 72 3,2x105 CFU/ml Tốc độ giảm E coli tăng dần theo thời gian, số lƣợng E coli lúc 72 6,9x103 CFU/ml Qua thấy E coli vi sinh vật thuộc nhóm ký sinh, thích hợp sống đƣờng ruột ngƣời động vật máu nóng khơng thích hợp với mơi trƣờng thể Theo Trần Cẩm Vân, 2005: “hầu hết vi sinh vật gây bệnh không tồn đƣợc lâu mơi trƣờng ngồi thể chúng thuộc nhóm ký sinh” 4.1.5 Giai đoạn khử nitrat E coli Coliform Log (CFU/ml) 7.5 6.5 5.5 24 48 Thời gian (giờ) 72 Hình 4.4: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn khử nitrat với nƣớc pha từ hoá chất Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Kết thí nghiệm thể hình 3.4 cho thấy, chuyển coliform E coli từ bình ni cấy sang hệ thống khử nitrat với nƣớc pha từ hoá chất giảm 24 đầu thay đổi đột ngột mơi trƣờng sống, cá thể thích nghi dần chết Tuy nhiên tỉ lệ giảm khoảng thời gian so với giai đoạn trƣớc (coliform giảm từ 1,7x107 xuống 4,5x106 CFU/ml; E coli giảm từ 2,9x106 xuống 4,1x105 CFU/ml) Theo nguồn (http://maxreading.com): “Cacbon chất tạo nên vật chất sống quan trọng bậc trình sinh trƣởng vi sinh vật Trong tế bào, nguồn C trải qua loạt q trình biến hố hố học phức tạp biến thành vật chất thân tế bào sản phẩm trao đổi chất Đồng thời hầu hết nguồn C phản ứng sinh hố cịn sinh tế bào nguồn lƣợng cần thiết cho hoạt động sống vi sinh vật C chiếm đến khoảng nửa trọng lƣợng khô tế bào” Bể khử nitrat có nguồn cacbon từ đƣờng đƣợc cấp liên tục vào bể nguồn dinh dƣỡng từ pepton (thành phần nƣớc thải thí nghiệm), đồng thời khối đá có lớp màng biofilm bể tạo hệ bám dính cho vi sinh vật nên môi trƣờng thuận lợi cho phát triển chúng Vì từ 24 – 48 coliform ổn định tăng lên lần vào ngày cuối thí nghiệm (48h: 5,0x106 tăng lên 2,9x107 CFU/ml lúc 72giờ) Đối với E coli vi sinh vật ký sinh, khó thích nghi với điều kiện mơi trƣờng bên ngồi nên chúng khơng tăng lên nhƣng sau 24 chúng giảm chậm lại tƣơng đối ổn định, thời điểm kết thúc thí nghiệm (lúc 72 giờ) số lƣợng E coli 3,1x105 CFU/ml 4.2 Thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm 4.2.1 Chỉ tiêu lý hoá (nhiệt độ, pH, DO) Bảng 4.2: Các tiêu lý hố hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm Chỉ tiêu Giai đoạn Nhiệt độ (oC) pH DO (mg/L) Amon hoá 29 – 32 7,08 - 7,58 KPH (< 0,1) Nitrat hoá 27 - 29 7,99 - 8,30 7,05 - 8,16 Khử lân 27 - 30 4,42 - 5,56 1,51 - 2,05 Khử nitrat 28 – 30 6,38 - 7,06 0,79 - 2,32 Nhìn chung tiêu nhiệt độ, pH DO thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm không ổn định thí nghiệm thăm dị Nhiệt độ: Kết cho thấy nhiệt độ giai đoạn q trình thí nghiệm có khoảng chênh lệch từ - 3oC phù hợp với coliform E coli (biên độ nhiệt độ hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân từ 27 – 32oC nằm khoảng nhiệt độ để coliform E coli phát triển) Nhƣ thấy nhiệt độ khơng phải yếu tố ảnh hƣởng đáng kể đến số lƣợng coliform E coli hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân, thí nghiệm thăm dị lẫn thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm pH: Giá trị pH giai đoạn amon hoá khử nitrat trung tính, pH giai đoạn nitrat hố có tính kiềm yếu nên phù hợp với phát triển coliform E coli vi khuẩn phát triển thuận lợi mơi trƣờng trung tính kiềm yếu (http://vocw.edu.vn) Riêng giá trị pH nƣớc thải sau qua giai đoạn khử lân có tính axit (4,42 - 5,56) hệ đệm đất có pH = 3,56, giá trị gần giới hạn pH tối thiểu với coliform E coli ( Theo Nguyễn Hữu Hiệp, 2008: “giá trị pH E coli tối thiểu 4,4”) nên chƣa có khả gây hại đến chúng Oxy hòa tan (DO): Oxy yếu tố cần thiết cho sinh vật hiếu khí, với chúng thiếu oxy trình trao đổi chất bị ngƣng trệ sinh vật chết Hệ thống amon hóa mơi trƣờng yếm khí hồn tồn (DO< 0,1 mg/L), nghĩa khơng có oxy nên khơng phát đƣợc giá trị DO giai đoạn Vì DO giai đoạn amon hóa ảnh hƣởng đáng kể đến vi vinh vật hiếu khí nhóm coliform Giá trị DO giai đoạn khử lân khử nitrat thấp nhƣng phù hợp cho vi sinh vật kỵ khí tuỳ nghi nhƣ E coli số lồi nhóm coliform Với mơi trƣờng hiếu khí nhƣ giai đoạn nitrat hóa nên giá trị DO > có xu hƣớng tăng phát triển tảo, có khả vi sinh vật chịu cạnh tranh dinh dƣỡng với tảo 4.2.2 Giai đoạn amon hoá Xu hƣớng số lƣợng coliform E coli bị giảm giai đoạn amon hoá nƣớc thải nhà máy chế biến tơm đƣợc thể rõ qua hình 3.5 Việc thay đổi môi trƣờng sống với điều kiện không thuận lợi: mơi trƣờng yếm khí hồn tồn chất dinh dƣỡng khơng phù hợp làm cho hai nhóm sinh vật giảm 10 lần so với đầu vào 24 đầu thí nghiệm (coliform giảm từ 3,9x108 xuống 3,0x107 CFU/ml; E coli giảm từ 2,7 x 106 xuống 2,7x105 CFU/ml) Sau E coli giảm kết thúc q trình (cịn 4,3x103 CFU/ml) So với E coli coliform giảm chậm không đáng kể, số lƣợng coliform giảm chậm dần theo thời gian, kết thúc thí nghiệm coliform cịn 1,1x105 CFU/ml 10 E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 72 96 Thời gian (giờ) 120 144 Hình 4.5: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn amon hoá nƣớc thải nhà máy chế biến tôm Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Do nƣớc thải nhà máy chế biến tơm có nhiều yếu tố ảnh hƣởng nhƣ chất nền, muối, axit amin dạng khó phân huỷ … nên q trình amon hố diễn lâu so với thí nghiệm thăm dị, nhƣng hai thí nghiệm cho thấy coliform E coli giảm qua hệ thống amon hoá Đồng thời kết thí nghiệm giai đoạn cho thấy E coli vi khuẩn hiếu khí tuỳ nghi, tồn phát triển tốt bên ruột ngƣời (mơi trƣờng yếm khí) nhƣng khơng thích hợp sống mơi trƣờng yếm khí bên ngồi 4.2.3 Giai đoạn nitrat hoá E coli Coliform Log (CFU/ml) 0 24 48 72 96 Thời gian (giờ) 120 144 Hình 4.6: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrat hoá nƣớc thải nhà máy chế biến tôm Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Kết thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm qua giai đoạn amon hoá cho thấy coliform E coli giảm hệ thống nitrat hố (Hình 3.6) Tuy nhiên so với thí nghiệm thăm dị, coliform E coli giảm 24 đầu tốc độ giảm chậm Nhìn chung coliform giảm tƣơng đối kết thúc trình Từ thời điểm 72h, tốc độ giảm chậm lại số lƣợng ổn định khoảng thời gian 120 (4,8x102 CFU/ml) đến 144 (3,5x102 CFU/ml) E coli không cịn thời điểm 96 Ngồi yếu tố nguồn đầu vào (2,8x103 CFU/ml) so với thí nghiệm thăm dị cịn ánh sáng thí nghiệm nhiều nên cản trở đến phát triển vi sinh vật, loài sống ký sinh, bên cạnh tảo phát triển tốt nên cạnh tranh dinh dƣỡng trở nên mạnh Từ cho thấy mơi trƣờng giai đoạn nitrat hố hồn tồn khơng phù hợp với E coli 4.2.4 Giai đoạn xử lý lân E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 72 Thời gian (giờ) Hình 4.7: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn xử lý lân với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Đối tƣợng thí nghiệm nƣớc thải nhà máy chế biến tơm qua giai đoạn nitrat hố đƣợc cấy thêm E coli Qua kết hình 3.7 cho thấy, coliform E coli có xu hƣớng giảm qua giai đoạn xử lý lân Tỉ lệ giảm nhiều 24 đầu thí nghiệm (Coliform giảm 11 lần: từ 1,6x108 xuống 8,0x105 CFU/ml; E coli giảm 23 lần: từ 1,3x106 xuống 5,6x104 CFU/ml) Qua khoảng thời gian hai có dấu hiệu tỉ lệ giảm tăng dần theo thời gian Tại thời điểm 72 giờ, số lƣợng coliform 8,0x105 E coli 8,5x102 Ở thí nghiệm số lƣợng coliform E coli giảm nhiều so với thí nghiệm thăm dị Điều lý giải nƣớc thải nhà máy chế biến tơm khơng cịn nguồn dinh dƣỡng thích hợp cho chúng pepton nhƣ thí nghiệm thăm dị, đồng thời nƣớc thải nhà máy chế biến tơm lại có số lƣợng vi sinh vật dị dƣỡng nhiều so với nƣớc pha từ hoá chất nên chúng cạnh tranh dinh dƣỡng với coliform E coli 4.2.5 Giai đoạn khử nitrat E coli Coliform Log (CFU/ml) 24 48 Thời gian (giờ) 72 Hình 4.8: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn khử nitrat với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm Ghi chú: Thanh đường biểu diễn giá trị lớn nhỏ lần lặp lại thí nghiệm Kết phân tích cho thấy E coli giảm dần qua hệ thống khử nitrat với nƣớc thải nhà máy chế biến tôm qua giai đoạn nitrat xử lý lân (Hình 3.8) Thời gian giảm mạnh 24 đầu thí nghiệm, E coli giảm 10 lần (từ 1,1x 104 xuống 1,2x103 CFU/ml) Sau E coli giảm chậm lại kết thúc q trình (cịn 3,1x102) Đối với coliform giảm nhiều vào 24 đầu (từ 5,6x105 xuống 8,0x104 CFU/ml) nhƣng sau coliform ổn định tăng lên vào 24 cuối thí nghiệm (từ 7,0x104 tăng lên 2,4x105 CFU/ml) Nguyên nhân đƣợc giải thích tƣơng tự nhƣ mục 4.1.5 Tuy nhiên thấy khả tồn phát triển coliform E coli thí nghiệm so với thí nghiệm thăm dị khơng cịn nguồn dinh dƣỡng thích hợp cho chúng pepton Ngồi nƣớc thải nhà máy chế biến tơm có số lƣợng vi sinh vật dị dƣỡng 1,1x107 CFU/ml nhiều nhiều so với nƣớc thải thí nghiệm thăm dị 4,0x105 CFU/ml, thức ăn coliform E coli bị giảm cạnh tranh dinh dƣỡng loài vi sinh vật 4.3 Phần mở rộng Qua tất thí nghiệm thấy khả tồn phát triển E coli so với vi khuẩn khác nhóm coliform Ngồi ngun nhân E coli nhóm ký sinh đƣờng ruột động vật máu nóng cịn coliform ký sinh đƣờng ruột động vật máu nóng máu lạnh (Trần Cẩm Vân, 2005), khả thích nghi điều kiện mơi trƣờng thay đổi coliform tốt E coli Hệ thống nitrat hố có khả loại trừ coliform E coli lớn bốn giai đoạn: thí nghiệm thăm dị coliform giảm 1.000 lần so với đầu vào E coli giảm 10.000 lần; thí nghiệm với nƣớc thải nhà máy tơm, coliform giảm gần 250 lần cịn E coli hồn tồn hết sau ngày thí nghiệm (giá trị đầu vào 2,8x103 CFU/ml) Ở thí nghiệm thăm dò, giá trị coliform sau kết thúc giai đoạn khử nitrat (2,9x107 CFU/ml) cao giá trị đầu vào (1,7x107 CFU/ml) có yếu tố dinh dƣỡng thuận lợi cho phát triển chúng nhiễm phân tăng thêm, khả thị ô nhiễm phân coliform không đáng tin cậy Qua kết thí nghiệm cịn cho thấy E coli khơng thích hợp sống mơi trƣờng ngồi thể mà tồn phát triển tốt đƣờng ruột động vật máu nóng nên dùng E coli làm sinh vật thị ô nhiễm phân thích hợp Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận - Số lƣợng coliform bị giảm qua ba giai đoạn: amon hóa, nitrat hóa khử lân nhƣng lại tăng lên giai đoạn cuối khử nitrat nhờ thuận lợi yếu tố dinh dƣỡng - Nhìn chung E coli giảm nhanh giai đoạn hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân - Giai đoạn nitrat hố có khả lớn việc làm giảm số lƣợng coliform E coli với tác dụng ánh sáng mặt trời cạnh tranh dinh dƣỡng tảo - Khả tồn phát triển E coli so với vi khuẩn khác nhóm coliform mơi trƣờng ngồi thể - Tính thị ô nhiễm phân coliform không đáng tin cậy E coli 5.2 Đề xuất - Kéo dài thêm thời gian theo dõi coliform E coli giai đoạn hệ thống để biết rõ khả thích ứng hai nhóm vi sinh vật - Cần phân tích thêm tiêu khác nhƣ hàm lƣợng cacbon ion nƣớc thải - Tiến hành thêm thí nghiệm sinh hố với nhóm coliform E coli ni cấy để kiểm tra kết thí nghiệm mơi trƣờng Chomocult dùng TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Kim Chi 2001 Hoá học môi trƣờng Tập I Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội Đỗ Hồng Lan Chi Lâm Minh Triết 2005 Vi sinh kỹ thuật môi trƣờng ĐH Quốc gia Tp.HCM Hồ Thị Mỹ Loan 2007 So sánh hiệu xử lý nƣớc thải hệ thống thí nghiệm tự chế hệ thống xử lý công ty cổ phần thủy sản CAFATEX Luận văn tốt nghiệp ngành Khoa Học Mơi Trƣờng ĐH Cần Thơ Lê Hồng Việt 2003 Giáo trình phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ĐH Cần Thơ Lê Hồng Việt 2005 Giáo trình phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ĐH Cần Thơ Lƣơng Đức Phẩm, Đinh Thị Kim Nhung Trần Cẩm Vân 2009 Cơ sở khoa học công nghệ bảo vệ môi trƣờng - Tập II: Cơ sở vi sinh công nghệ bảo vệ môi trƣờng Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam Nguyễn Đức Lƣợng Phạm Minh Tâm 2002 Vệ sinh an toàn thực phẩm ĐH Kỹ Thuật Nguyễn Đức Lƣợng 2000 Công nghệ vi sinh vật Tập I ĐH Quốc gia Tp.HCM Nguyễn Hữu Hiệp 2008 Giáo trình vi sinh vật ĐH Cần Thơ Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến Phạm Văn Ty 2001 Vi sinh vật học Nhà Xuất Bản Giáo Dục Trần Cẩm Vân 2005 Giáo trình vi sinh vật mơi Trƣờng ĐH Quốc gia Hà Nội http://maxreading.com/?chapter=37170 http://tintuc.xalo.vn/00106519674/xu_phat_2_cong_ty_vi_pham_quy_din h_ve_bao_ve_moi_truong.html http://vocw.edu.vn ... tài ? ?Theo dõi biến động mật số coliform Escherichia coli hệ thống thí nghiệm xử lý đạm lân” với mục tiêu cụ thể theo dõi biến động mật số coliform E coli giai đoạn hệ thống, đồng thời kiểm nghiệm. .. biến tơm Hình 4.6: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrate hố nƣớc thải nhà máy chế biến tơm Hình 4.7: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn xử lý. .. trứng Hình 4.2: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian giai đoạn nitrat hoá nƣớc pha từ hoá chất Hình 4.3: Biến động mật số coliform E coli theo thời gian hệ thống xử lý lân với nƣớc