III. KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.7.3. Thành phần methanogen trong các mô hình
Thành phần m ethanogen trong các bình mô hình phân hủy kỵ khí ở điều kiện nước biển được phân tích bằng phương pháp điện di biến tính (DGGE) gen 16S rDNA ( H ì n h 3.15). Có thể t h ấ y r ằ n g các l o à i methanogen t h u ộ c chi Methanosarcina
tạo nên các băng chính trên gel điện di DGGE, chứng tỏ chúng là đại diện của nhóm methanogen chiếm ưu thế trong các mô hình thí nghiệm. Các nghiên cứu về đa dạng
m e t h a n o g e n t r o n g c á c b ể p h â n h ủ y k ỵ k h í c ũ n g c h o t h ấ y M e t h a n o s a r c in a l à n h ó m c h i ế m s ố đ ô n g , b ê n c ạ n h đ ó M e t h a n o lo b u s s p p . , M e t h a n o t h r i x s p p . h a y
M e th a n o s a e ta spp. cũng đóng vai trò quan trọng (Zhu et al., 2011; Klocke et al.,
2007). Theo tính toán cân bàng chất, methane tạo ra từ acetate do nhóm
m e t h a n o g e n s ử d ụ n g a c e t a t e n h ư M e t h a n o c a r c in a đ ó n g g ó p t ớ i t r ê n 7 0 % c ủ a t ố n g
lượng methane có trong biogas, phần còn lại do nhóm sử dụng hydro như
M e t h a n o lo b u s h a y M e t h a n o s a e t a ( L e t t i n g a , 1 9 9 5 ) . MH2 MII3A MH3B É l I M e t h a n o s a r c i n a sp. M37 ■ { r T—4 • jr - 'M e th a n o s a r c ìn a sp . M ¥ < - M e t h a n o s a r c i n a sp. M37
Hình 3.15. Phân tích thành phần methanogen trong các mô hình thí nghiệm bằng phương pháp PCR-DGGE gen 16S rDNA.
Rõ ràng là Methanosarcỉna sp. M37 chiếm đa số trong hai mô hình MH2 và MH3B, nhưng trong mô hình M H3A nhóm này lại không đóng vai trò chủ đạo, thay vào đó là một nhóm Methanosarcina khác, tự được làm giàu trong mô hình theo quá trình phân hủy. Hiện tượng này có thể được giải thích bằng mức độ bền vững khác nhau đối với H 2S của các loài methanogen. Trong mô hình MH3A, do chất hữu cơ dễ phân hủy từ bùn đầm tôm và chất thải chăn nuôi được bổ sung, vi khuấn
khử sulfate sẽ phát triển mạnh, cạnh tranh với methanogen về cơ chất, đồng thời gây độc cho nhóm này bằng sản phẩm trao đổi chất H2S của mình. Trong khi đó, m ô hình MH2 có hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn (77%), hay mô hình MH3B có hám lượna cơ chất tương đương nhưng được bổ sung chất ức chế vi khuẩn SRB là N a-m olybdate, do vậy mức độ cạnh tranh của SRB với methanogen cũng thấp hơn. N hư vậy, Methanosarcina sp. M37 thể hiện mức cạnh tranh với SRB thấp hơn so với nhóm Methanoarcina sp. xuất hiện trong mô hình M H3A nhưng chưa phân lập được trong nghiên cứu này.
V. K É T LDẬN
1. M ethanogen từ trầm tích biển Việt Nam (Cát Bà và N ha Trang) được làm giàu thành công với các nguồn cơ chất là methanol và N a-acetate trong điều kiện môi trường nước lợ (17 g N aCl/L) và nước biển (26,4 g NaCl/L). Phân tích quần thể cổ khuẩn trong các mẫu làm giàu bằng phương pháp PCR-D G G E cho thấy
Methanosarcina spp. và Methanolobus spp. chiếm ưu thế ở đây.
2. Tổng số 10 chủng m ethanogen đã được phân lập từ các mẫu làm giàu dựa trên các đặc điếm hình thái khác nhau của khuẩn lạc và tế bào. Phân tích PCR-DG GE và giải t r ì n h t ự g e n 16S rD N A c h o thấy 7 c h ủ n g thuộc c h i M e t h a n o s a r c in a (theo 3
nhóm gần gũi với 3 loài khác nhau là M. semesiae, M. vacuolata và M.siciliae) và 3 chủng thuộc chi Methanolobus (gần gũi với loài M. profunda), là những chi methanogen chiếm số đông trong các mẫu làm giàu. Bốn chủng đại diện được giải trình tự gen 16S rD N A và đăng ký m ã trên GenBank, gồm Methanosarcina sp. M21 (KC571 195), M e t h a n o s a r c in a sp. M 25a (KC571194), M e t h a n o s a r c in a sp. M37 (KC951 109) và Methanolobus sp. M 23b (K C 571193).
3. Chủng M37 thể hiện khả năng sinh methane cao nhất trong số các chủng phân lập, có khả năng sinh trưởng tốt trong phổ rộng hàm lượng muối, tối ưu ở mức nước
b i ể n 2 6 - 3 3 g / L , d o v ậ y c h ủ n g n à y đ ư ợ c l ự a c h ọ n đ ể t ạ o n g u ồ n m e t h a n o g e n b ô
sung vào các hệ thống xử lý kỵ khí trong điều kiện nước mặn. Dựa trên so sánh trình tự gen 16S rD N A , chủng M37 được xếp vào chi Methanosarcina với tên khoa học là Methanosarcina sp. M37, loài gần gũi nhất là M siciliae (98% tương đồng). 4. Quy trình tạo nguồn m ethanogen BMS từ chủng M37 sử dụng nước biển nhân
t ạ o v à c á m g ạ o đ ã đ ư ợ c t h i ế t l ậ p , c h o n g u ồ n m e t h a n o g e n c ó h o ạ t t í n h c a o ( 3 5 0
Ị i m o l C tV m l/n g ày ), mật độ methanogen 1,1 X 109 M PN/ml (theo phân tích bằng MPN). Thử nghiệm bố sung BMS vào hỗn hợp lên m en kỵ khí ở điều kiện nước lợ và nước biển cho thấy tác động hồ trợ rõ rệt trong việc rút ngắn thời gian khởi động.
5. Các mô hình xử lý chất thải hữu cơ (gồm rong biển Ulva sp., bùn đáy đầm nuôi tôm và chất thải chăn nuôi) trong bể lên men kỵ khí sinh m ethane ở điều kiện nước mặn (nước lợ và nước biển) đã được thiết lập trong phòng thí nghiệm với nguồn methanogen M37 được bổ sung để tăng tốc khởi động. Quá trình phân hủy diễn ra tích cưc nhất ở mô hình có hàm lượng muối 17 g/L, cơ chất là hỗn hợp rong, bùn và chất thải chăn nuôi với N a-m olypdate được bổ sung (1 mM) đế ức chế SRB. Ket quả 64,4% COD đã bị loại sau 60 ngày và trên 98% sau 90 ngày, tương ứng tỷ lệ CH4 trong biogas đạt được là 40% và 81,8%. Methanosarcina sp. M37 được tìm thấy chiếm ưu thế trong mô hình này.
KIÉIN N G H Ị
1. Triến khai áp dụng quy trình tạo nguồn methanogen từ chủng M 37 (BMS) đế hỗ trợ các hệ thống xử lý kỵ khí hoạt động ở điều kiện nước mặn.
2. L ia chọn công nghệ kỵ khí phù hợp, thiết kế và vận hành (có sử dụng nguồn rrethanogen từ chủng M37) xử lý chất thải hữu cơ của một cụm dân cư/cơ sở sán xuất hay doanh trại quân đội ở ven biển/hải đảo.