Khảo sát khả năng ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh trong lọc nước

Khảo sát khả năng ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh trong lọc nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TR ƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN CNSH KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÀNG BC LÀM MÀNG LỌC VI SINH TRONG LỌC NƯỚC GVHD: Th.S NGUYỄN MINH KHANG Th.S PHẠM QUỐC VIỆT SVTH: NGUYỄN THỊ THU HIỀN Bình Dương 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC CỬ NHÂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - THỰC PHẨM KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÀNG BC DÙNG LÀM MÀNG LỌC VI SINH TRONG LỌC NƯỚC Giáo viên hướng dẫn 1) ThS NGUYỄN MINH KHANG 2) ThS PHẠM QUỐC VIỆT Bình Dương 2009 Trong suốt gần năm học tập, em nhận nhiều dìu dắt tất thầy trường Giúp chúng em nắm vững kiến thức chuyên nghành Cơng Nghệ Sinh Học chúng em có đủ hành trang để bước vào sống Để hôm nay, chúng em, lần thực đề tài lớn, tự độc lập nghiên cứu học tập Chúng em hiểu rõ hội để chúng em vận dụng tất kiến thức học vào thực tiễn, trình bày báo cáo vấn đề khoa học cách khoa học, logic Để có thành công ngày hôm Lời xin cảm ơn bố me ủng hộ, động viên tạo điều kiện cho hoàn thành tốt chương trình học Em xin chân thành cảm ơn q thầy giáo Trường Đại Học Bình Dương đặc biệt thầy cô Khoa Công Nghệ Sinh Học hết lòng truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian em học trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Minh Khang thầy Phạm Quốc Việt hướng dẫn em đợt thực tập lời cảm ơn đến anh chị phòng vi sinh khoa Sinh Học Ứng Dụng trường Cao Đẳng Kinh Tế Cơng Nghệ TP Hồ CHÍ MINH Một lần nữa, em xin chúc tất thầy cô bạn bè lời chúc sức khỏe thành đạt sống ! - i- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Ngày……Tháng … Năm 2009 - ii- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Ngày……Tháng … Năm 2009 - iii- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Ngày……Tháng … Năm 2009 - iv- MUÏC LUÏC Trang Lời cảm ơn i Nhận xét giáo viên hướng dẫn ii Nhận xét giáo viên phản biện iv Muïc luïc v Danh sách bảng viii Danh saùch hình ix Danh sách sơ đồ .x Danh sách biểu đồ xi Danh sách chữ viết tắt .xii Tóm tắt luận văn xiii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích, yêu cầu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cellulose vi khuẩn (Bacterial cellulose – BC) 2.1.1 Lịch sử nghiên cứu 2.1.2 Cellulose vi khuẩn 2.1.3 Vi sinh vật sản sinh cellulose 2.1.4 Quá trình tổng hợp cellulose 14 2.1.5 Ảnh hưởng yếu tố dinh dưỡng điều kiện nuôi cấy đến qúa trình lên men sản xuất cellulose vi khuẩn 16 2.1.6 Ứng dụng màng BC .20 2.2 Màng lọc nước 23 - v- 2.2.1 Các loại màng lọc nước 22 2.2.2 Tính chất màng lọc nước 24 2.2.3 Chất lượng màng lọc nước 28 2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước 29 2.4 Các tiêu đánh giá chất lượng nước 33 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 44 3.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu .44 3.2 Vật liệu 44 3.3 Phương pháp nghiên cứu 47 3.3.1 Khảo sát số đặc điểm sinh học chủng Acetobacter xylinum 48 3.3.2 Phương pháp tạo màng mỏng BC 49 3.3.3 Thử nghiệm ứng dụng màng BC lọc nước 51 3.3.4 Khảo sát Các phương pháp kiểm tra chất lượng nước lọc 53 3.3.5 Phương pháp xác định độ pH .55 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .50 4.1 Khảo sát số đặc điểm sinh học chủng Acetobacter xylinum .50 4.1.1 Kiểm tra vi thể .50 4.1.2 Kiểm tra đại thể 50 4.2 Phương pháp lên men tĩnh truyền thống trải mỏng 51 4.2.1 Bề dày màng 53 4.2.2 Đo khả thẩm thấu màng .54 4.2.3 Kiểm tra vi sinh sau lọc 55 4.2.4 Độ bền học màng BC 57 4.3 Đánh giá khả lọc nước màng BC bình lọc nước 58 4.3.1 Khả lọc vi sinh 58 4.3.2 Khả thẩm thấu màng BC bình lọc nước 59 - vi- 4.3.3 So sánh khả lọc nước màng BC với khả lọc màng lọc sứ bình lọc nước 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .61 5.1 Kết luận 61 5.2 Giới hạn đề tài 61 5.3 Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 64 - vii- DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Cấu trúc màng phụ thuộc vào loại vi khuẩn tạo màng cellulose Bảng 2.2: Phân loại vi khuẩn acetic theo Frateur Bảng 2.3: Ảnh hưởng loại đường khác đến hình thành màng BC nước dừa pH = 5.0 17 Bảng 2.4 : Ảnh hưởng pH đến hình thành màng BC 19 Bảng 2.5 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến hình thành màng nước dừa pH = 5,0 20 Bảng 2.6: Tính chất số loại màng lọc 29 Bảng 2.7: Phân loại độ cứng 30 Bảng 2.8: Chỉ tiêu vi sinh cho nước uống đóng chai 32 Bảng 2.9: Chỉ tiêu cảm quan nước uống 33 Bảng 2.10 Chỉ tiêu hóa lý nước ng châu âu 33 Bảng 2.11 Chi tiêu vi sinh nước uống 36 Bảng 3.1 Bề dày màng thí nghiệm 43 Bảng 3.2 Cách bố trí thí nghiệm đo bề dày màng 45 Bảng 4.1 Bề dày màng BC 53 Bảng 4.2 Tốc độ thẩm thấu màng 54 Bảng 4.3 Kết kiểm tra khả lọc vi sinh màng BC áp suất thường 55 Bảng 4.4 Kết kiểm tra khả lọc vi sinh màng BC áp suất chân không 56 Bảng 4.5 Độ bền kéo màng 57 Bảng 4.6 Kết lọc vi sinh màng BC màng lọc nước 58 Bảng 4.7 Khả thẩm thấu màng BC màng lọc sứ 59 Bảng 4.8 Chất lượng nước lọc màng BC màng lọc sứ 60 - viii- DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Màng bacteria cellulose Hình 2.2 Màng BC A xilinum kính hiển vi điện tử điều kiện nuôi khác Hình 2.3 Vi khuẩn A Xylinum 12 Hình 2.4 Màng BC điều kiện nuôi cấy tĩnh 17 Hình 2.5 Màng BC điều kiện ni cấy có sử dụng cánh khuấy 18 Hình 2.6 Cấu trúc màng lọc Cellulose acetate 24 Hình 2.7 Cấu trúc màng lọc Cellulose nitrat 25 Hình 2.8 Cấu trúc màng lọc Cellulose tái sinh 25 Hình 2.9 Cấu trúc màng lọc Cellulose tái sinh 26 Hình 2.10 Một đoạn màng UF (dày 0,2mm) 26 Hình 2.11 Lọc màng UF 26 Hình 2.12 Cấu tạo lõi lọc RO 28 Hình 3.1 Bình lọc nước 47 Hình 3.2 Bộ lọc bình lọc nước 47 Hình 4.1 Giống Acetobacter xylinum 50 Hình 4.2 Khuẩn lạc Acetobacter xylinum 51 Hình 4.3 Acetobacter xylinum mơi trường lỏng 51 Hình 4.4 Màng BC thu từ phương pháp lên men truyền thống trải mỏng 52 Hình 4.5 Màng BC chụp kính hiển vi điện tử 57 - ix- DANH SAÙCH CAÙC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 So sánh đường kính sợi BC với sợi tự nhiên nhân tạo Sơ đồ 2.2 Con đường chuyển hóa fructose glucose A.xylinum 15 Sơ đồ 3.1 Phương pháp nghiên cứu 40 Sơ đồ 3.2 Q trình tạo màng BC thơ 42 Sơ đồ 3.3 Phương pháp xử lý màng BC sau lên men 44 Sơ đồ 3.4 Phương pháp pha loãng mẫu 48 - x- DANH SÁCH BIỂU ĐỒ Biểu đồ 4.1 So sánh tốc độ thẩm thấu 64 - xi- DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BC Bacteria cellulose CS Cellulose synthase FK Fructokinase Fru-bi-P Fructose-1,6-bi-phosphate Fru-6-P Fructose-6-phosphate FBP Fructose-1,6-biphosphate phosphatase GK Glucokinase G6PDH Glucose-6-phosphate dehydrogenase Glc-6-P Glucose-6-phosphat Glc-1-P Glucose-1-phosphate Gluconcogenesis Glucose giải 1PFK Fructose-1-phosphate kinase PC Cellulose thực vật PGA Phosphogluconic acid PGI Phosphoglucoisomerase PGM Phosphoglucomutase PTS Hệ thống phosphotransferase SPW Nước peptone UDPGlc Uridine diphosphoglucose UGP UDP-glucose pyrophosphorylase TĨM TẮT LUẬN VĂN - xii- Cơng nghệ màng lọc cho “ công nghệ xanh ” áp dụng rộng rãi công nghệ lọc nước Quá trình lọc nước màng lọc đem lại hiệu lượng gây ô nhiễm cho môi trường Hiện nay, Việt Nam sử dụng nhiều cơng nghệ lọc nước có sử dụng màng lọc: vi lọc, siêu lọc, lọc thẩm thấu ngược Các loại màng lọc phải nhập từ nước ngồi nên giá thành nước lọc cịn cao chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng nước người dân Vì vậy, việc tìm loại màng lọc với giá thành rẻ sản xuất nước vấn đề cần giải Do đó, cơng nghệ màng lọc sử dụng rộng rãi giới Việt Nam Chính lý đó, để đáp ứng nhu cầu trên, bước đầu Khảo sát ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh lọc nước Màng BC tạo vi khuẩn A.xylinum theo phương pháp lên men tĩnh truyền thống trải mỏng Màng BC thu sau lên men với bề dày 0,5 mm; 1mm; 1,5mm; 2mm; 2,5mm; khảo sát tính chất học khả lọc nước Màng BC dày 1mm cho kết lọc nước khả quan với kết qủa sau: Lọc 100% vi khuẩn nước, tốc độ thẩm thấu 399,4 lít.m-2.h-1 độ bền kéo 25,3 MPa Theo định hướng ứng dụng màng BC làm màng lọc nước tiến hành kiểm chứng khả lọc màng BC đưa vào thí nghiệm ứng dụng bình lọc nước Các kết tiêu xét nghiệm vi sinh qua màng lọc BC cho thấy màng BC đủ điều kiện để đáp ứng yêu cầu làm màng lọc nước - xiii- TĨM TẮT LUẬN VĂN Cơng nghệ màng lọc cho “ công nghệ xanh ” áp dụng rộng rãi công nghệ lọc nước Quá trình lọc nước màng lọc đem lại hiệu lượng gây nhiễm cho môi trường Hiện nay, Việt Nam sử dụng nhiều cơng nghệ lọc nước có sử dụng màng lọc: vi lọc, siêu lọc, lọc thẩm thấu ngược Các loại màng lọc phải nhập từ nước nên giá thành nước lọc cao chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng nước người dân Vì vậy, việc tìm loại màng lọc với giá thành rẻ sản xuất nước vấn đề cần giải Do đó, cơng nghệ màng lọc sử dụng rộng rãi giới Việt Nam Chính lý đó, để đáp ứng nhu cầu trên, bước đầu Khảo sát ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh lọc nước Màng BC tạo vi khuẩn A.xylinum theo phương pháp lên men tĩnh truyền thống trải mỏng Màng BC thu sau lên men với bề dày 0,5 mm; 1mm; 1,5mm; 2mm; 2,5mm; khảo sát tính chất học khả lọc nước Màng BC dày 1mm cho kết lọc nước khả quan với kết qủa sau: Lọc 100% vi khuẩn nước, tốc độ thẩm thấu 399,4 lít.m-2.h-1 độ bền kéo 25,3 MPa Theo định hướng ứng dụng màng BC làm màng lọc nước tiến hành kiểm chứng khả lọc màng BC đưa vào thí nghiệm ứng dụng bình lọc nước Các kết tiêu xét nghiệm vi sinh qua màng lọc BC cho thấy màng BC đủ điều kiện để đáp ứng yêu cầu làm màng lọc nước - xiii- CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nước thành phần thay chiếm hàm lượng lớn thể Trữ lượng nước giới năm gần khơng khơng tăng lên, mà cịn ln bị giảm theo thời gian, ảnh hưởng gia tăng dân số, phát triển kinh tế… Một lý không phần quan trọng nữa, nguồn nước ngày bị ô nhiễm nghiêm trọng Do vậy, thiếu nguồn lương thực, thực phẩm mà thiếu nước trầm trọng Việt Nam có nguồn tài nguyên nước mặt nước ngầm dồi Nhưng nay, lượng nước bị ô nhiễm lớn có khuynh hướng tăng nhanh Trên 60% nguồn nước nông thôn bị ô nhiễm số liệu công bố Hội nghị giới thiệu dự án luật phòng, chống bệnh truyền nhiễm Bộ Y tế phối hợp Văn phịng Chính phủ tổ chức vào ngày 22/06/2006 Hà Nội Theo Bộ Tài nguyên Môi trường, Việt Nam đứng trước nguy thiếu nước trầm trọng vào năm 2010 Tình trạng khơ hạn ngày trầm trọng nhu cầu sử dụng nước lại tăng nhanh Do giải vấn đề nước vấn đề cấp thiết Công nghệ màng lọc cho “ công nghệ xanh ” áp dụng rộng rãi cơng nghệ lọc nước Q trình lọc nước màng lọc đem lại hiệu lượng gây nhiễm cho mơi trường Do đó, cơng nghệ màng lọc sử dụng rộng rãi giới Việt Nam Hiện nay, Việt Nam sử dụng nhiều công nghệ lọc nước có sử dụng màng lọc: Vi lọc (Microfiltration), siêu lọc (Ultrafiltration), lọc thẩm thấu ngược (Revese Osmosis)… Để lọc nước Các loại màng lọc phải nhập từ nước ngồi nên giá thành nước lọc cịn cao chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng nước người dân Vì vậy, việc tìm loại màng lọc với giá thành rẻ sản xuất nước vấn đề cần giải Chính lý đó, để đáp ứng nhu TRANG - - CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU cầu trên, bước đầu Khảo sát khả ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh lọc nước 1.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu trình tạo màng vi khuẩn - Sản xuất thử nghiệm màng lọc sinh học - Ứng dụng màng lọc xử lý nước 1.3 Nội dung nghiên cứu - Khảo sát số đặc tính sinh học Acetobacter A.xylinum - Khảo sát phương pháp nuôi cấy tạo màng cellulose vi khuẩn A.xylinum - Khảo sát số tính chất lý khả lọc nước màng BC độ dày khác - Ứng dụng cụ thể màng BC lọc nước TRANG - - ... đầu Khảo sát khả ứng dụng màng BC làm màng lọc vi sinh lọc nước 1.2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu trình tạo màng vi khuẩn - Sản xuất thử nghiệm màng lọc sinh học - Ứng dụng màng lọc xử lý nước. .. định hướng ứng dụng màng BC làm màng lọc nước tiến hành kiểm chứng khả lọc màng BC đưa vào thí nghiệm ứng dụng bình lọc nước Các kết tiêu xét nghiệm vi sinh qua màng lọc BC cho thấy màng BC đủ điều... hướng ứng dụng màng BC làm màng lọc nước tiến hành kiểm chứng khả lọc màng BC đưa vào thí nghiệm ứng dụng bình lọc nước Các kết tiêu xét nghiệm vi sinh qua màng lọc BC cho thấy màng BC đủ điều