Phân lập tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột trong nước thải sản xuất bia tại công ty sản xuất bia sài gòn phú thọ

Nội dung nghiên cứu Phân lập tuyển chọn một số loài vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột trong nước thải sản xuất bia Công ty cổ phần bia Sài Gòn - tại Phú Thọ.. Đề xuất biện pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MÔI TRƯỜNG

-

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN CHỦNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI TINH BỘT TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA TẠI CÔNG TY

SẢN XUẤT BIA SÀI GÒN – PHÚ THỌ

NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ : 306

Giáo viên hướng dẫn : TS Bùi Xuân Dũng

CN Nguyễn Thị Mai Lương Sinh viên thực hiện : Trần Phan Hải

Mã sinh viên : 1353062161

Hà Nội, 2017

LỜI CẢM ƠN

Để có sự gắn kết giữa thực hành và lý thuyết, đồng thời hoàn thành chương trình Đại học Được sự đồng ý của trường Đại học Lâm Nghiệp, khoa Quản lí tài nguyên rừng và môi trường và quý thầy giáo hướng dẫn TS Bùi

Xuân Dũng và Cô giáo Nguyễn Thị Mai Lương, tôi đã thực hiện đề tài: “ Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột trong nước thải sản xuất bia tại công ty sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ”

Để hoàn thành bài khóa luận này Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô

đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập tại trường ĐH Lâm Nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn đến cô giáo hướng dẫn Nguyễn Thị Mai Lương cùng thầy Bùi Xuân Dũng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành bài báo cáo này Em cũng xin cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong trung tâm Đa dạng sinh học và Phát triển bền vững đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện thí nghiệm ở đây

Em cũng gửi lời cảm ơn đến các anh các bác trong công ty bia Sài Gòn – Phú Thọ đã giúp đỡ e trong quá trình lấy mẫu thực nghiệm và lấy số liệu để làm bài báo cáo tốt nghiệp này

Mặc dù, đã có nhiều cố gắng để thực hiện bài tốt nghiệp này một cách hoàn chỉnh nhất Song do buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế sản xuất cũng như những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm bản thân nên bài nghiên cứu của em không thể tránh khỏi nhưng sai xót

mà bản thân chưa thể thấy được

Em rất mong được sự góp ý của thầy, cô để bài khóa luận của em có thể hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Trần Phan Hải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

========================================================

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận:

“Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột trong nước thải sản xuất bia tại công ty sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ”

2 Sinh viên thực hiện: Trần Phan Hải

3 Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Dũng

CN Nguyễn Thị Mai Lương

Phân lập, chọn lọc các chủng vi sinh vật có hiệu lực xử lí tinh bột cao nhất

từ nguồn nước thải bia ở trên

Xác định một số đặc điểm hình thái, kích thước quan sát được từ việc nghiên cứu của các chủng vi sinh vật được chọn

Đưa ra biện pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy bia bằng phương pháp sinh học

6 Nội dung nghiên cứu

Phân lập tuyển chọn một số loài vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột trong nước thải sản xuất bia Công ty cổ phần bia Sài Gòn - tại Phú Thọ

Nghiên cứu đặc điểm hình thái nhóm vi sinh vật đã đưuọc lựa chọn

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân giải tinh bột của các nhóm vi sinh vật đã được chọn

Đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất phân giải tinh bột của các nhóm vi sinh vật đã được lựa chọn nhằm xử lý nước thải sản xuất bia của Công ty cổ phần bia Sài Gòn - tại Phú Thọ

7 Những kết quả đạt được

- Đã phân lập và chọn ra được 3 mẫu vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột M2(3), M2(4), M1(3) và thu được 5 chủng D1, D2, D3, D4, D5 trong

đó 3 chủng là D1, D2, D4 có hoạt tính phân giải tinh bột cao nhất, chúng là

nhóm vi sinh vật mang Gram (+), hình que ngắn, hiếu khí, thuộc chi Bacillus

- Đề tài cũng xác định được yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tồn tại và sinh trưởng của 3 chủng D1, D2, D4 Giá trị pH tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển của 3 chủng này ở khoảng 6,5-7,5 Giá trị thời gian mà 3 chủng này sinh enzym lớn nhất là sau 48h

- Đã đề xuất được một số biện pháp để tăng hiệu quả xử lý nước thải bia

Hà Nội, ngày 18 tháng 06 năm 2017

Sinh viên

Trần Phan Hải

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC BIỂU, HÌNH ẢNH

DANH MỤC VIẾT TẮT

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2

1.1 Giới thiệu về công ty bia Sài Gòn – Phú Thọ 2

1.1.1 Giới thiệu về Công ty bia Sài Gòn – Phú Thọ 2

1.1.2 Quy trình sản xuất bia Sài Gòn 3

1.2 Đặc tính của nước thải bia 4

1.2.1 Đặc tính của nước thải bia 4

1.2.2 Tổng quan xử lí nước thải bia 5

1.3 Các nhóm vi sinh vật phân giải tinh bột 8

1.3.1 Khái niệm về tinh bột 8

1.3.2 Cơ chế phân giải tinh bột của vi sinh vật 8

1.3.3 Các loại vi sinh vật phân giải tinh bột 9

1.4 Các nghiên cứu phân giải tinh bột trong và ngoài nước 11

1.4.1 Một số nghiên cứu trên thế giới 11

1.4.2 Một số nghiên cứu trong nước 11

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU13 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 13

2.1.1 Mục tiêu tổng quát 13

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 13

2.2 Nội dung nghiên cứu 13

2.3 Địa điểm, phạm vi nghiên cứu 13

2.3.1 Địa điểm nghiên cứu 13

2.3.2 Phạm vi nghiên cứu 14

2.4 Vật liệu 14

2.4.1 Thiết bị 14

2.4.2 Môi trường phân lập vi sinh vật phân giải tinh bột - Mt1 (amylolytic bacteria) (Ekologija (Vilnius, 2003) 15

2.4.3 Môi trường định tính sinh tổng hợp enzyme amylase 15

2.5 Các phương pháp nghiên cứu 15

2.5.1 Phương pháp lấy mẫu nước phân lập và bảo quản 15

2.5.2 Phương pháp phân lập vi sinh vật 17

2.6 Phương pháp xác định hình thái VSV 19

2.6.1 Phương pháp nhuộm Gram 19

2.6.2 Phương pháp nhuộm bào tử 20

2.7 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân giải tinh bột 20

2.7.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 20

2.7.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 20

2.8 Phương pháp kế thừa số liệu 21

2.9 Phương pháp xử lý số liệu 21

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 22

3.1 Kết quả phân lập các chủng vi sinh vật phân giải tinh bột từ các mẫu nước thải sản xuất bia 22 3.1.1 Hình thái 22 3.1.2 Xác định hình thái của các chủng vi sinh vật 25 3.2 Xác định hoạt tính phân giải tinh bột của các chủng vi sinh vật nghiên cứu 27 3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân giải tinh bột của các nhóm vi sinh vật 29 3.4.1 Sự thay đổi pH ảnh hưởng đến khả năng phân giải 29 3.4.2 Sự thay đổi thời gian ảnh hưởng đến khả năng phân giải 30 3.5 Đề xuất phương án xử lý nước thải bằng vi sinh vật tại công ty cổ phần bia Sài Gòn – Phú Thọ 32 KẾT LUẬN – TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu hóa lí và sinh hóa của nước thải bia nói chung 5

Bảng 2.1: Pha loãng mẫu ở các nồng độ 17

Bảng 2.2: Bảng kí hiệu mẫu pha loãng 18

Bảng 3.1: Hình thái vi sinh vật được phân lập quan sát được 22

Bảng 3.2: Hình thái khuẩn lạc của 5 chủng vi sinh vật đã được chọn 23

Bảng 3.3: Kết quả bắt màu Gram của mẫu 25

Bảng 3.4: Vòng phân giải của các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột 28

Bảng 3.5: Đường kính vòng phân giải enzyme của chủng D1, D2 và D4 30

DANH MỤC CÁC BIỂU, HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ sản xuất bia của nhà máy bia Sài Gòn 4

Hình 2.1:Sơ đồ lấy mẫu tại khu xử lí nước thải của nhà máy 16

Hình 3.1: Bào tử bắt màu của chủng vi khuẩn bắt màu đỏ với thuốc nhuộm Ogietska 27

Biểu đồ 3.1: Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của chủng vi sinh vật D1, D2, D4 29

Hình 3.2: Đường kính vòng kích thước của mẫu D1 31

Hình 3.3: Đường kính vòng kích thước của mẫu D2 31

Hình 3.4: Đường kính vòng kích thước của mẫu D4 31

DANH MỤC VIẾT TẮT

hết khắp các nước trên thế giới và sản lượng ngày càng tăng cao

Theo báo cáo của Hiệp hội Bia rượu Nước giải khát Việt Nam (VBA) cho biết, năm 2015, sản lượng sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam đạt 3,4 tỷ lít, tăng 10% so với năm 2014 và gần 41% so với 2010 Trong đó, riêng Tổng công ty Bia rượu nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) đạt 1,5 tỷ lít, số còn lại thuộc về các doanh nghiệp khác

Tại công ty cổ phần bia Phú Thọ, năm 2016, thời tiết mùa hè nắng nóng nhiệt độ cao mức tiêu thụ bia các loại tăng mạnh nên chỉ số sản xuất bia của Công ty tăng mạnh Đến tháng 11 năm 2016, tổng sản lượng bia các loại đạt 43 triệu lít tăng 38% so với cùng kỳ năm 2015 Trong đó: sản lượng bia lon Sài Gòn 333 đạt 10,9 triệu lít, Bia lon Sài Gòn Lager đạt 25,7 triệu lít, bia Hơi Sài Gòn 6,5 triệu lít

Tuy nhiên, kéo theo việc gia tăng sản lượng tiêu thụ bia theo từng năm thì vấn đề môi trường cũng cần được quan tâm Vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt,

là nước thải có độ ô nhiễm cao Nước thải sản xuất bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải

ra các thủy vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng Thêm vào đó là các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất như: CaSO3, CaSO4, H3PO4, NaOH,

Na2CO3 Với các tính chất và thành phần như vậy, trong việc lựa chọn các biện pháp xử lý chất thải, các nhà quản lí luôn cân nhắc giữa việc sử dụng các biện pháp hóa lí và các biện pháp sinh học Xử lí chất thải bằng biện pháp sử dụng tác nhân sinh học đã được nghiên cứu và chứng minh là đem lại hiệu quả cao, giảm chi phí và ưu điểm đặc biệt là thân thiện với môi trường

Trên cơ sở đó, nhằm tuyển chọn được các chủng các nhóm vi sinh vật có tiềm năng ứng dụng vào trong quy trình xử lí nước thải sản xuất bia, tôi tiến

hành nghiên cứu đề tài: “Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột trong nước thải sản xuất bia tại công ty sản xuất bia Sài Gòn – Phú Thọ”

”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu về công ty bia Sài Gòn – Phú Thọ

1.1.1 Giới thiệu về Công ty bia Sài Gòn – Phú Thọ

Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn - Phú Thọ được khởi công xây dựng vào tháng 5/2009, hoàn thành đưa vào sử dụng vào tháng 8/2010 và là một trong những doanh nghiệp đầu tiên đầu tư vào KCN Trung Hà, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Nhà máy bia Sài Gòn – Phú Thọ được đặt tại KCN Trung Hà huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ với công xuất thiết kế ban đầu 50 triệu lít bia/ năm Trong bối cảnh khó khăn chung của nền kinh tế, với quyết tâm cao và nguồn lực mạnh mẽ, công ty đã đầu tư hoàn thiện dự án sản xuất bia tại tỉnh Phú Thọ và đưa vào sản xuất kinh doanh phát huy hiệu quả nguồn vốn đầu tư

Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn - Phú Thọ là doanh nghiệp trực thuộc Tổng công ty Cổ phần Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (SABECO) đã có 35 năm thương hiệu, uy tín trong ngành sản xuất kinh doanh bia, rượu, nước giải khát Được sự hỗ trợ tích cực của các cấp, các ngành tỉnh Phú Thọ và SABECO, cùng với sự năng động, sáng tạo và quyết tâm cao của Ban Giám đốc, đội ngũ cán bộ, công nhân viên (CBCNV), Công ty đã đưa những lô sản phẩm đầu tiên ra thị trường đảm bảo chất lượng, đánh dấu bước trưởng thành và khẳng định thương hiệu trên địa bàn các tỉnh, thành phố phía Bắc

Năm 2012, Công ty phải đối mặt với nhiều khó khăn, thách thức do những biến động với thị trường kinh doanh đồ uống nước giải khát Tuy nhiên, với sự chỉ đạo sâu sát, kịp thời và định hướng chiến lược phù hợp của Hội đồng quản trị, tinh thần đoàn kết và quyết tâm của Ban lãnh đạo cùng tập thể CBCNV, Công ty đã nỗ lực hết mình hoàn thành các chỉ tiêu kinh tế mà Đại hội cổ đông năm 2011 đề ra, tạo việc làm, thu nhập ổn định cho hơn 100 lao động, duy trì mức tăng trưởng

Đến nay, sản phẩm của Công ty đã góp phần đưa thương hiệu SABECO đến với đông đảo người tiêu dùng miền Bắc và ngày càng được nhiều khách

hàng ưa chuộng Năm 2011, sản lượng bia tiêu thụ của Công ty đạt 41,7 triệu lít; doanh thu đạt 724,0 tỷ đồng; lợi nhuận đạt 15 tỷ đồng; đóng góp cho ngân sách địa phương 205,6 tỷ đồng 8 tháng đầu năm 2012, sản lượng bia tiêu thụ của Công ty đạt 32,4 triệu lít; doanh thu đạt 515,0 tỷ đồng; lợi nhuận đạt 25,2 tỷ đồng; đóng góp cho ngân sách địa phương đạt 199,6 tỷ đồng.[2]

1.1.2 Quy trình sản xuất bia Sài Gòn

Dây chuyền sản xuất bia của công ty là một dây chuyền khép kín và có thể chia làm 3 giai đoạn sau chính: giai đoạn nấu, giai đoạn lên men, giai đoạn chiết

Giai đoạn nấu: Nguyên liệu (Malt, gạo) được vận chuyển về và chứa trong

các kho của công ty, tại đây nguyên liệu được bảo quản cẩn thận sau đó đưa vào các bồn của phân xưởng nấu – đường hóa

Trong giai đoạn này Malt, gạo được xay còn nguyên vỏ và nghiền nát được đưa vào trong nồi để nấu (nồi đường hóa) Sau khi nguyên liệu được nấu một thời gian nhất định sẽ tự động lọc bã kỹ và cho ra dịch đường Đường này

sẽ được chuyển đến bộ phận lên men

Giai đoạn lên men và lọc:

Tại đây bộ phận lên men tiếp nhận dịch đường của bộ phận nấu trộn chung với hoa Houlon và một số phụ gia khác để lên men, sau khi trải qua hai quá trình lên men chính và lên men phụ Quá trình lên men chính sẽ tạo ra bia bán thành phẩm (bia chưa lọc) Bia chưa lọc này sẽ được trải qua quá trình lọc

để lọc các tạp chất lẫn trong nước bia và chuyển đến phân xưởng chiết

Giai đoạn chiết:

Hấp, làm lạnh nhằm tiệt trùng vi khuẩn, làm khô ráo sau đó chiết bia và đóng nút, rồi được chuyển đến các kho có trang bị hệ thống làm lạnh và các thiết

bị khác để đảm bảo bia tươi sản xuất ra

Hình 1.1: Sơ đồ sản xuất bia của nhà máy bia Sài Gòn

[Nguồn: Công ty bia SABECO]

1.2 Đặc tính của nước thải bia

1.2.1 Đặc tính của nước thải bia

Nước thải ngành công nghiệp sản xuất nước giải khát nói chung, và ngành công nghiệp sản xuất bia nói riêng có lượng nước thải phát sinh cao, lượng chất

Malt (75%) Gạo (25%)

Cân

Nghiền Nghiền

Cân

Đường hóa Hồ hóa

Lọc dịch đường Bã

Houblon Hóa Hoa Houblon

Lọc hoa Houblon Lắng

Thu hồi men

Thanh trùng Dán nhãn SP bia chai

hữu cơ, tinh bột, TSS cao, COD, BOD, Nito, Photpho cao… đồng thời, do trong nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng nên lượng vi khuẩn trong nước thải cao Nếu không được xử lý hiệu quả mà xả thải ra ngoài môi trường sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh và các thành phần môi trường khác (như môi trường nước, môi trường đất, môi trường không khí)

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu hóa lí và sinh hóa của nước thải bia nói chung

1.2.2 Tổng quan xử lí nước thải bia

Đối với các hoạt động công nghiệp, nước thải được thải ra môi trường nếu

bị lưu đọng hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt đối với nguồn nước tiếp nhận, hậu quả kéo theo gây tác động xấu đến vệ sinh môi trường và sức khoẻ con người Do đó, quy trình XLNT được áp dụng rất nhiều phương pháp nhằm đạt hiệu quả xử lý cao Thông thường, hệ thống xử lý nước thải bao gồm tổng hợp các phương pháp lý học (cơ học), hoá học và sinh học.[4] Việc áp dụng các phương pháp trên ngoài sự phụ thuộc vào tính chất nước thải, lưu lượng nước thải còn phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác như: kinh phí, diện tích dành cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình, hệ thống thoát nước, mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận v.v

Chính từ các đặc tính của nước thải có hàm lượng chất hữu cơ, đặc biệt là hàm lượng tinh bột cao nên lựa chọn phương pháp xử lý bằng phương pháp sinh học là hợp lí và cần thiết Một số phương pháp áp dụng XLNT như sau:

1.2.2.1 Phương pháp xử lý cơ học

Áp dụng phương pháp xử lý cơ học nhằm loại bỏ tất cả các tạp chất có thể gây sự cố trong quá trình vận hành hệ thống XLNT như tắc ống bơm, đường ống hoặc ống dẫn Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo Một số công trình và thiết bị được áp dụng trong XLNT bằng phương pháp cơ học như lưới chắn rác, bể điều hòa, bể lắng cát, lọc,

1.2.2.2 Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý

Bản chất của quá trình XLNT bằng phương pháp hóa học và hóa lý là áp dụng các phản ứng hóa học và vật lý khi bổ sung các hợp chất khác nhau vào để loại bỏ bớt các chất ô nhiễm, các quá trình thường được áp dụng trong phương pháp xử lý hóa học và hóa lý bao gồm:

Phương pháp đông tụ: để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo.[5]

Phương pháp oxy hóa - khử: quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp oxi hóa khử thực chất là sử dụng các chất hóa học phù hợp để tác dụng với các chất bẩn, tạp chất có trong nước thải để tạo thành chất hòa tan ít độc hoặc không độc với môi trường hoặc tạo ra chất lắng đọng dễ xử lý

Phương pháp hấp phụ: Quá trình hấp phụ là quá trình tập hợp các chất hòa tan trong dung dịch lên bề mặt chung của chất lỏng và khí, hai chất lỏng hoặc giữa chất lỏng và chất rắn thích hợp

oxy hóa sinh hóa Nước thải đuợc xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bằng chỉ tiêu COD và BOD5 Đặc biệt quá trình tự làm sạch do trong môi trường có các VK giúp cho quá trình chuyển hóa, phân hủy chất hữu cơ nên khi XLNT cần xem xét nước có các VSV hay không để lợi dụng sự có mặt của nó

và nếu có thì tạo diều kiện tốt nhất cho các VSV phát triển Do đó, đối với dòng nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ thì phương pháp xử lý sinh học là tối ưu nhất [6], [7]

Hiện nay, người ta xử lý các nước thải hữu cơ bằng hai nhóm phương pháp:

Thứ nhất: Xử lý nước thải hữu cơ bằng phương pháp sinh học hiếu khí

được dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hòa tan Nếu oxy được cung cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Ngược lại, nếu oxy vận chuyển và hòa tan nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo như

bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học

có vật liệu lọc ngập trong nước (bể bioten), kênh oxy hóa tuần hoàn, bể

Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR) Bênh

cạnh đó còn có một số công trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên như: cánh đồng ngập nước tự nhiên, cánh đồng ngập nước nhân tạo (gồm cánh đồng ngập nước bề mặt và cánh đồng ngập nước phía dưới), hồ sinh học Theo đó, có một số công trình xử lý sinh học hiếu khí được áp dụng cho xử lý nước thải tinh bột như: bể Aerotank, lọc sinh học hiếu khí, lọc sinh học nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, cũng góp phần làm giảm đáng kể lượng hợp chất hữu cơ [8]

Thứ hai: XLNT hữu cơ bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình xử

lý dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ nhờ quá trình lên men kỵ khí Một số

hệ thống XLNT tinh bột vừa và nhỏ người ta thường áp dụng phương pháp sinh học kỵ khí này và đồng thời tiến hành thu khí Biogas [9]

1.3 Các nhóm vi sinh vật phân giải tinh bột

1.3.1 Khái niệm về tinh bột

Tinh bột theo tiếng Hi Lạp có tên là Amidon với công thức tổng quát (C6H10O5)n, là một polysacrit carbohydrate chứa hỗn hợp amyloza và amylopectin Có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và hóa học khác nhau Chúng đều là các polymer carbohydrat phức tạp của glucoze Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ, ngũ cốc Tinh bột, cùng với các protein và chất béo là thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, thì tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, bia, băng bó xương Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ

và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp

1.3.2 Cơ chế phân giải tinh bột của vi sinh vật

Trong các nghiên cứu trước đó thì có khá nhiều cơ chế về phân giải tinh bột, nhưng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài nên lựa chọn phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân giải tinh bột Cơ chế phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật tiết ra hệ Enzym amylase gồm có 4 enzym:

α – amylase: Tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucoside nào trong phân tử tinh bột Bởi thế α – amylase còn được gọi là endoamylase.Tinh bột được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch hóa tinh bột Sản phẩm của sự dịch hóa thường là đường 3 carbon gọi là maltotriose

β – amylase: β – amylase chỉ có khả năng cắt đứt liên kết 1,4 glucoside ở cuối phân tử tinh bột bởi thế còn gọi là exoamylase Sản phẩm của β – amylase thường là đường disaccharide maltose

Amylose 1,6 – glucosidase có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucoside tại những chỗ phân nhánh của amylosepectin

Glucoamylase phân giải tinh bột thành glucose và các oligosacharide Enzyme này có khả năng phân cắt cả 2 loại liên kết 1,4 và 1,6 glucoside

1.3.3 Các loại vi sinh vật phân giải tinh bột

Hiện nay, người ta đã phát hiện được trên 2000 enzyme khác nhau, nhưng chỉ có khoảng 140 enzyme có thể được sử dụng cho mục đích thương mại Trong đó, enzyme amylase được sử dụng nhiều trong công nghiệp và sản xuất với số lượng lớn Ngoài việc sử dụng các enzyme có nguồn gốc từ thực vật thì nhiều nhóm vi sinh vật cũng được biết đến như các “nhà máy” sản xuất amylase,

ví dụ như các vi khuẩn, nấm mốc và nấm men [10]

1.3.3.1 Giới thiệu về vi nấm

Vi nấm là nhóm nấm có kích thước hiển vi Vi nấm khác với vi khuẩn và

xạ khuẩn, chúng có cấu tạo nhân điển hình Vi nấm gồm 2 nhóm lớn: Nấm men

có cấu trúc đơn bào và nấm sợi (nấm mốc) có cấu trúc đa bào

* Nấm men

Hình thái và kích thước: Nấm men thường có hình cầu hoặc hình bầu dục, một số loại có hình que và một số hình dạng khác Kích thước trung bình của nấm men là 3 - 5 x 5 - 10μm Nấm men là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, nó tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, phân huỷ chất hữu cơ trong đất

Một số loại nấm men phân giải tinh bột có khả năng sinh enzyme amylase

điển hình như: Candida, Saccharomyces, Endomycopsis, Endomyces (Gratrova,

1975; Conovalov, 1972; Fukumoto, 1962; Hattori, 1961) Theo đó, người ta ứng

dụng các chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae trong ngành sản xuất rượu,

bia để lên men nhờ khả năng sinh enzyme amylase của chúng [12]

ti: khuẩn ti khí sinh mọc trên bề mặt môi trường, từ đây sinh ra những cơ quan sinh sản Khuẩn ti cơ chế mọc sâu vào môi trường

Khuẩn lạc của nấm mốc cũng có nhiều màu sắc như khuẩn lạc xạ khuẩn Khuẩn lạc nấm mốc khác với xạ khuẩn ở chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to hơn xạ khuẩn ở chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to hơn khuẩn lạc xạ khuẩn nhiều lần Dạng xốp hơn do kích thích khuẩn ti to hơn Thường thì mỗi khuẩn lạc sau 3 ngày phát triển có kích thước 5 - 10 mm, trong khi đó khuẩn lạc xạ khuẩn chỉ khoảng 0,5 - 2 mm

Một số loại nấm mốc phân giải tinh bột điển hình: Các nấm mốc sinh

enzyme amylase mạnh có thể được kể đến như là các mốc thuộc chi Aspergillus, Penicillium, Mucorsnr, Neurospora, Rhizopus sp, Rhizopus japanicus Trong đó, chế phẩm enzyme amylse được thu từ hai loài nấm mốc Aspergillus oryzae,

Aspergillus awamori ứng dụng nhiều trong sản xuất bánh mì

1.3.3.2 Vi khuẩn

Vi khuẩn (VK) là một nhóm vi sinh vật nhân sơ đơn bào có kích thước rất nhỏ, một số thuộc kí sinh trùng Thuộc nhóm sinh vật đươn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) Hầu hết vi khuẩn có kích thước nhỏ, thường chỉ

(Thiomargarita).[13]

Một số loài vi khuẩn có thể tiết ra Enzym amylase tham gia vào quá trình phân giải tinh bột, điển hình: loài Bacillus như Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus licheniformis được sử dụng để sản xuất một loạt

các enzyme trong nhiều thập kỷ qua Bên cạnh đó có một số loài vi khuẩn khác

như Lactobacillus, Micrococus, Pseuclomonas, Arthrobacter, Proteus, Seratia

cũng có khả năng sinh enzyme amylase.[14]

1.3.3.3 Xạ khuẩn

Xạ khuẩn thuộc nhóm Procaryotes, có cấu tạo nhân đơn giản giống như vi khuẩn Tuy vậy, đa số tế bào xạ khuẩn lại có cấu tạo dạng sợi, phân nhánh phức

tạp và có nhiều màu sắc giống như nấm mốc Đa số xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, các sợi kết với nhau tạo thành khuẩn lạc có nhiều màu sắc khác nhau: trắng, vàng, nâu, tím, xám v.v Màu sắc của xạ khuẩn là một đặc điểm phân loại quan

trọng Đường kính sợi của xạ khuẩn khoảng từ 0,1 - 0,5 μm [15]

1.4 Các nghiên cứu phân giải tinh bột trong và ngoài nước

1.4.1 Một số nghiên cứu trên thế giới

Năm 2014, tác giả Ashabil Aygan và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu đề tài Kết quả nghiên cứu trên môi trường kiềm với nghiên cứu chủng Bacillus subitis A10 cho biết khả năng sinh enzyme phân giải tối ưu ở pH=8,5 và T=45°C Ổn định nhiệt của nó giữa 20-50°C là khoảng 89,5% trong 30 phút Sự

ổn định độ pH đã được quan sát giữa pH=7 và pH=10 với mức trung bình 84,9% của duy trì hoạt động trong 15 phút [18]

Để khảo sát sự ảnh hưởng của pH và nhiệt độ tối ưu về khả năng sinh hoạt tính amylase của VK thì P Ruban và cộng sự (2013) đã tiến hành phân lập VK

Bacillus subtilis và Aspergillus niger từ hai loại chất thải tinh bột khác nhau

(chất thải cao lương và lúa mì cám), đã xác định với pH=7, nhiệt độ ổn định

370C và pH=5, nhiệt độ ổn định 200C là thích hợp cho khả năng sinh hoạt tính mạnh nhất [19]

1.4.2 Một số nghiên cứu trong nước

Trên Tạp chí Khoa học ĐHQGHN năm 2009, Ngô Tự Thành và các công

sự đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu hoạt tính enzym ngoại bào của một số chủng Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải”, đã phân lập được 236 chủng Bacillus từ các mẫu đất và nước thải

khác nhau Theo đó, khi khảo sát hoạt tính enzyme ngoại bào như amylase, protease và CMC - aza của 236 chủng trên thì có 3 chủng có khả năng sinh enzyme amylaza mạnh và xử lí nước thải hiệu quả Hiệu suất sinh hoạt tính đạt

của một số yếu tố lên quá trình thu nhận chế phẩm amylase ngoại bào trên đối

tượng Bacillus subtilis DC5 Trong nghiên cứu này, cùng với việc đã xác định được thành phần môi trường thích hợp để nuôi cấy chủng Bacillus subtilis DC5

là pepton 1%; cao thịt 0,3%; NaCl 0,5%; lactose 0,25%, nhiệt độ 35oC và pH=5, tác giả cũng xác định được sau 24 giờ nuôi cấy cũng là thời điểm tốt nhất cho khả năng sinh tổng hợp amylase ngoại bào.[17]

Một nghiên cứu của Nguyễn Hữu Hiệp và Nguyễn Thị Hải Lý (2012), đề

tài: “Phân lập các dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột từ nước thải làng nghề sản suất bột gạo” đã tiến hành phân lập được 13 dòng vi khuẩn thuộc

gram âm và 10 dòng vi khuẩn thuộc gram dương và các vi khuẩn này đều có hoạt tính enzyme amylase từ 72,44 U/ml đến 910,89 U/ml sau thời gian là 72 giờ nuôi cấy và xác định đó là chủng Bacillus.[18]

Ngoài ra còn rất nhiều các nghiên cứ về vi sinh vật phân giải tinh bột, chính vì vậy đây là một hướng nghiên cứu cần được quan tâm để góp phần tìm

ra thêm nhiều chủng vi sinh vật có thể làm giảm tác động xấu đến môi trường

của nước thải

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Phân lập, chọn lọc các chủng vi sinh vật có hiệu lực xử lí tinh bột cao

nhất từ nguồn nước thải bia ở trên

Xác định một số đặc điểm hình thái, kích thước quan sát được từ việc

nghiên cứu của các chủng vi sinh vật được chọn

Đưa ra biện pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải của nhà máy bia

bằng phương pháp sinh học

2.2 Nội dung nghiên cứu

Phân lập tuyển chọn một số loài vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột trong nước thải sản xuất bia Công ty cổ phần bia Sài Gòn - tại Phú Thọ

Nghiên cứu đặc điểm hình thái nhóm vi sinh vật đã đưuọc lựa chọn

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân giải tinh bột của

các nhóm vi sinh vật đã được chọn

Đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất phân giải tinh bột của các nhóm vi sinh vật đã được lựa chọn nhằm xử lý nước thải sản xuất bia của Công ty cổ

phần bia Sài Gòn - tại Phú Thọ

2.3 Địa điểm, phạm vi nghiên cứu

2.3.1 Địa điểm nghiên cứu

- Địa điểm thu mẫu ngoài thực địa

Quá trình thu mẫu nước để phân lập và xác định các chủng vi khuẩn phân giải tinh bột được thực hiện tại Công ty cổ phần bia Sài Gòn thuộc xã Thượng Nông – huyện Tam Nông – tỉnh Phú Thọ

- Địa điểm tiến hành thí nghiệm

Quá trình phân lập, xác định hoạt tính, nghiên cứu đặc điểm sinh học, sử dụng vi khuẩn phân giải tinh bột để nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải bia chứa tinh bột và phân tích các chỉ số được tiến hành ở phòng thí nghiệm của trung tâm Đa dạng sinh học và Phát triển bền vững

2.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, tôi xin tập trung vào đối tượng các

là loại vi sinh vật được lựa chọn từ nước thải của các nhà máy sản xuất bia ở xã Thượng Nông – Tam Nông - Phú Thọ, đồng thời chú trọng nghiên cứu đến khả năng sinh hoạt tính phân giải tinh bột

2.4.2 Môi trường phân lập vi sinh vật phân giải tinh bột - Mt1 (amylolytic bacteria) (Ekologija (Vilnius, 2003)

2.5 Các phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp lấy mẫu nước phân lập và bảo quản

Về nguyên tắc cần thu mẫu sao cho mẫu thu được có tính đại diện cho khối lượng nước cần phân tích Quá trình lấy mẫu tôi sử dụng bình dùng một lần Mẫu nước được thu vào bình đã khử trùng, cần để một khoảng không khí đủ lớn giữa mặt nước và nắp bình Chọn ở độ sâu 20 - 30cm để thu mẫu Trên mỗi bình chứa mẫu cần ghi chú rõ ràng, đầy đủ các thông tin cần thiết (địa điểm, thời