Xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô bằng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp xác định số lượng các nhóm VSV trong nước thải và trong bùn hoạt tính

Tiến hành lắc đều ống nghiệm, sau đó lấy 1 ml dung dịch có nồng độ pha loãng 10-1 cho vào ống nghiệm chứa 9 ml nước cất vô trùng, được nồng độ pha loãng 10-2. Cho vào các ống nghiệm có chứa môi trường thích hợp cho sự tăng trưởng của đối tượng VSV cần định lượng một thể tích chính xác dung dịch mẫu ở 3 nồng độ pha loãng bậc 10 liên tiếp. Dựa vào kết quả biểu kiến chứng minh sự tăng trưởng của VSV cần kiểm định trong từng ống nghiệm, ghi nhận số lượng các ống nghiệm dương tính ở từng độ pha loãng.

Mẫu nước thải sản xuất bún ở cống chung cuối làng được lấy về, sau khi kiểm tra và điều chỉnh pH về giá trị trung tính, để lắng khoảng 1 ngày, nước thải được chia làm năm phần bằng nhau và cho vào 5 bình tam giác dung tích 500ml. Các bước được tiến hành tương tự như phần xác định nồng độ N tối ưu: Nước thải sau khi đã để lắng, bổ sung bùn hoạt tính và phân đạm theo tỷ lệ tối ưu như đã xác định ở phần trên vào. Ở từng công đoạn xử lý: trước khi có sục khí, sau thời gian sục khí có bổ sung bùn hoạt tính và sau khi nuôi tảo đều tiến hành xác định cả bốn thông số COD, BOD5, Nts, Pts.

Kết quả đánh giá hiện trạng và đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng bún Phú Đô

Ghi chú: QCVN 24:2009/BTNMT, loại B: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp năm 2009, áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Kết quả chỉ ra trên bảng 6 cho thấy nước thải sau các thời gian lắng khác nhau tuy không có mặt của xạ khuẩn song vẫn có thành phần VSV khá phong phú, gồm đầy đủ các loại vi khuẩn, nấm men, nấm mốc. Sự không có mặt của xạ khuẩn trong nước thải để lắng theo các thời gian khác nhau có thể được lý giải do xạ khuẩn vốn là loài VSV hiếu khí và phân bố chủ yếu trong đất, trong nước thải chúng tồn tại với số lượng rất ít; quá trình tự làm sạch của nước thải chủ yếu là do vi khuẩn, một số ít nấm men và nấm mốc, đặc biệt là vi khuẩn [16, 25].

Nguyên nhân có thể được giải thích là do khi được nuôi tạo trong điều kiện bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lắc trên máy lắc trong vòng 24 giờ, chúng tôi đã làm giàu được loại VSV hiếu khí vốn phân bố trong nước thải với số lượng rất ít này. Sau đó tiến hành xác định lượng VSV phân giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải (vì VSV phân giải tinh bột tổng số tỷ lệ nghịch với hàm lượng COD trong nước thải). Sau đó chúng tôi cũng tiến hành xác định lượng VSV phân giải tinh bột hiếu khí tổng số có trong nước thải trong tất cả các công thức thí nghiệm được bổ sung nguồn phân lân khác nhau.

Kết quả xác định thời gian sục tối ưu đối với nước thải

Do vậy, chúng tôi tiến hành bổ sung lượng phân lân tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún là 80 mg/l trong các thí nghiệm tiếp theo. Do vậy, chúng tôi chọn thời gian sục khí tối ưu cho xử lý nước thải sản xuất bún được lấy tại cống chung cuối làng là 16 giờ.

Kết quả về sự thay đổi các thông số đặc trưng của nước thải và VSV phân giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô

Quy trình xử lý nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB. - Giai đoạn 2: Sau thời gian lắng 14 tiếng, nước thải được chia đều vào các bình thí nghiệm và chuyển sang giai đoạn sục khí trong 16 giờ có và không bổ sung bùn hoạt tính. - Giai đoạn 3: Sau 16 giờ sục ở giai đoạn 2 là giai đoạn nuôi chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB trong nước thải sản xuất bún trong 20 ngày.

Kết quả về sự thay đổi các thông số COD, BOD5, Nts, Pts và VSV phân giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún được chỉ ra trên bảng 13. Kết quả trong bảng 13 cho thấy tại địa điểm thu mẫu nước thải bún Phú Đô, hệ VSV phân giải tinh bột hiếu khí và kị khí đều rất phong phú. Mẫu nước thải sản xuất bún tại cống chung cuối làng sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam CNTĐB là mẫu nước thải duy nhất có cả ba chỉ tiêu về hàm lượng COD, Nts và Pts đều đạt QCVN 24:2009/BTNMT (bảng 5).

Sinh trưởng của tảo lam Spirulina platensis CNTĐB thu được trong nước thải làng nghề bún Phú Đô

Các VSV kị khí cùng với các VSV hiếu khí phân giải tinh bột tổng số này góp phần quan trọng trong quá trình tự làm sạch của nước thải. Sinh trưởng của chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB qua các ngày nuôi cấy trong nước thải sản xuất bún đã qua giai đoạn xử lý. Sở dĩ mật độ OD tăng chậm như vậy có thể được giải thích do đây là giai đoạn thích nghi của tảo trong môi trường nước thải.

Như vậy, với đặc thù nước thải sản xuất bún Phú Đô, chúng ta có thể sử dụng chủng tảo S. Kết quả trên hình 11 cho thấy hình thái sợi tảo không bị thay đổi, sợi tảo không bị đứt gẫy, vẫn giữ được màu sắc đặc trưng của tảo lam S. Kết quả chỉ ra trên hình 11 cho thấy chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB có thể sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường nước thải sản xuất bún.

Kết quả phân tích hàm lượng PHA ở chủng Spirulina platensis CNT và CNTĐB

Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đã cho thấy tia UV với liều chiếu thấp sẽ làm tăng quá trình phân chia tế bào trong khi liều chiếu cao sẽ cảm ứng tạo các đột biến về hình thái [38]. Do vậy, các chủng tảo đột biến chọn tạo được (với một đặc điểm mong muốn nào đó) cũng cần phải kiểm tra tính ổn định của tính trạng đó qua nhiều thế hệ. Vì vậy, để nâng cao hàm lượng PHAs trong tảo lam này theo hướng áp dụng các kỹ thuật di truyền, chúng tôi cũng đã tiến hành nhân gen mã hoá cho 2 tiểu phần này ở tảo lam Spirulina, sau đó gắn 2 gen này vào vectơ chuyển gen và đưa chúng trở lại cơ thể Spirulina với các promoter mạnh trong Spirulina đã sàng lọc được.

2 gen phaE và phaC sẽ được biến nạp trở lại cơ thể Spirulina nhờ sử dụng hệ thống Tn5 transposase/transposon DNA cation liposome complex để nâng cao hàm lượng PHAs trong tảo này. Để nâng cao hiệu suất biến nạp vào cơ thể Spirulina (do kích thước của véctơ chuyển gen theo tính toán lý thuyết là lớn, khoảng 6Kb), vectơ pHSG397 đã được chuyển nạp thành công vào cơ thể Spirulina theo phương pháp thể mỡ (lipofection) theo công bố của Ngô Hoài Thu và cộng sự (2007). Với những kết quả thu được, chúng tôi hi vọng rằng sẽ nâng cao được hàm lượng PHA trong cơ thể tảo lam Spirulina bằng cách áp dụng kỹ thuật di truyền.

Đánh giá sơ bộ hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún

Kết quả trên bảng 15 cho thấy mẫu nước thải chỉ để lắng có hiệu quả xử lý COD, BOD5, Nts,Pts thấp nhất trong khi hiệu quả xử lý cả bốn thông số này của mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng bùn hoạt tính và chủng tảo lam Spirulina platensis CNTĐB đạt cao nhất. - Tiến hành nuôi thử nghiệm trong nước thải sản xuất bún các chủng tảo lam Spirulina platensis khác nhau để lựa chọn được chủng tảo lam có hiệu quả xử lý nước thải cao nhất, đồng thời hàm lượng PHA thu được trong sinh khối tảo sau xử lý cũng đạt giá trị cao nhất;. - Giá thành xây dựng hệ thống xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô cần được tính toán cụ thể, đặc biệt tính đến hiệu quả kinh tế từ hàm lượng PHA thu được trong sinh khối tảo sau xử lý dùng trong công nghiệp sản xuất chất dẻo sinh học.

Kawata (2007), “Bước đầu ứng dụng vi khuẩn và vi tảo Spirulina đột biến để làm sạch nước thải và định hướng sản xuất nguồn nguyên liệu chất dẻo sinh học dùng cho công nghiệp ở làng nghề bún Phú Đô”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học Công nghệ môi trường - nghiên cứu và ứng dụng, Hà Nội, tr. Ngô Thị Hoài Thu (2006), Bước đầu sử dụng một số kỹ thuật sinh học phân tử trong nghiên cứu tạo các chủng Spirulina platensis tái tổ hợp để sản xuất chất dẻo sinh học – PHA, Luận văn thạc sỹ khoa học, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Jau MH, Yew SP, Toh PSY, Chong ASC, Chu WL, Phang AM, Najimudin N, Sudesh K (2005), “Biosynthesis and mobilization of poly (3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] by Spirulina platensis”, International Journal of Biological Macromolecules, 36, pp.144-151.