L ời cam đoan
3.4.7.Xác định tỷ lệ giống vi khuẩn đông tụ ứng dụng xử lý nước thải
a. Mục đích: nhằm xác định liều lượng giống vi khuẩn đông tụ được bổ
sung phù hợp nhất để xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas cho hiệu suất đông
tụ cao nhất
c. Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu
nhiên với 04 cặp chủng vi khuẩn riêng biệt được khảo sát với 1 nhân tố (liều lượng
giống vi khuẩn ở các tỷ lệ 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1%), 01 nghiệm thức đối chứng dương (bổ sung 0,05% PAC, không bổ sung vi
khuẩn); 01 nghiệm thức đối chứng âm (không bổ sung PAC và vi khuẩn), với 3 lần
lặp lại. Tổng số đơn vị thí nghiệm : 12 x 4 x 3 = 144
c. Thực hiện: 04 cặp chủng vi khuẩn đông tụ được chọn ở thí nghiệm 3.4.5,
tiến hành kiểm tra hiệu suất đông tụ của mỗi cặp chủng vi khuẩn khi bổ sung lượng vi khuẩn lần lượt với các tỷ lệ 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1% cho mỗi lần thực hiện thí nghiệm. Quy trình kiểm tra hiệu suất đông tụ ở mỗi cặp chủng vi khuẩn đông tụ như sau:
- Lấy 36 bình tam giác loại 250 ml, cho vào mỗi bình gồm: 100 ml nước
thải chăn nuôi heo sau biogas.
- Chỉ số pH và muối kim loại được chọn ở mức tối ưu theo kết quả các thí nghiệm tương ứng ở trên.
- Bổ sung 0,05% PAC và dung dịch cặp chủng vi khuẩn (tỷ lệ 1:1) vào mỗi
bình lần lượt với các liều lượng 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1 % (mật độ vi khuẩn lớn hơn hoặc bằng 109 CFU/ml). Mẫu đối chứng dương
không bổ sung vi khuẩn, mẫu đối chứng âm không bổ sung vi khuẩn và PAC (Cao Ngọc Điệp và ctv., 2010; trích từ Gong et al., 2008).
- Đặt trên máy lắc 120 vòng/phút trong 6 giờ; để yên 18 giờ; lấy phần trong
cách mặt nước 2 - 3 cm của mỗi bình đem đo OD660nm; tính hiệu suất đông tụ theo
công thức ở thí nghiệm 3.4.5
3.4.8 Ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas quy mô phòng thí nghiệm và trại chăn nuôi heo
a. Mục đích: nhằm xác địnhđược hiệu suất đông tụ của vi khuẩn trong xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas, xác định chất lượng nước sau quá trình xử lý so
b. Bố trí thí nghiệm quy mô 08 lít tại phòng thí nghiệm:được bố trí theo thể
thức hoàn toàn ngẫu nhiên với 6 nghiệm thức (Bảng 3.2), lặp lại 3 lần, tổng số 18
đơn vị thí nghiệm, mỗi đơn vị thí nghiệm 08 lít, thực hiện trong bình nhựa 10 lít,
để bảo đảm cho nước không bị tràng ra ngoài khi sục khí (Hình 3.2)
c. Thực hiện: thí nghiệm được tiến hành trong 3 chu kỳ.
- Chu kỳ 1: các nghiệm thức được bổ sung vi khuẩn và PAC (Bảng 3.2), sục khí liên tục 6 giờ (công suất 0,05 m3/phút), sau đó để yên, tại thời điểm 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 giờ, tiến hành lấy mẫu phân tích và tính hiệu suất đông tụ. Cuối chu kỳ
1 tổng thời gian vận hành là 24 giờ, tiến hành lấy 50% nước trong ở phần trên bình
ra (4 lít), thêm lượng nước thải mới vào đầy bình (bằng với lượng nước lấy ra). - Chu kỳ 2: các nghiệm thức sục khí liên tục 1 giờ, để yên 6 giờ (tại thời
điểm 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 giờ, tiến hành lấy mẫu phân tích và tính hiệu suất đông tụ). Cuối chu kỳ 2 là 7 giờ, tổng thời gian vận hành (cả hai chu kỳ là 31 giờ), tiến hành lấy 50% nước trong ở phần trên bình ra (4 lít), thêm lượng nước thải mới vào đầy bình (bằng với lượng nước lấy ra).
- Chu kỳ 3: thực hiện giống như chu kỳ 2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.2: Mô hình ứng dụng xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas quy mô 8 lít tại phòng thí nghiệm - (A) chưa sục khí, (B) đang sục khí
Hình chụp ngày:21/02/2014
Bảng 3.2: Thể thức bố trí ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải quy mô 08 lít Nghiệm thức PAC (0,05%) Cặp chủng vi khuẩn (500 µl/lít), mật độ >109 tế bào/ml Ký hiệu NT1 - - ĐC NT2 + - PAC NT3 + Cặp vi khuẩn thứ nhất PAC+C1
NT4 + Cặp vi khuẩn thứ hai PAC+C2
NT5 + Cặp vi khuẩn thứ ba PAC+C3
NT6 + Cặp vi khuẩn thứ tư PAC+C4
Ghi chú: (+) có; (-) không; ĐC: đối chứng; C1, C2, C3, C4: là cặp vi khuẩn 1, 2, 3, 4
B A
Các chủng vi khuẩn đông tụ được nhân nuôi sinh khối trước khi bố trí thí nghiệm 24 giờ và bổ sung theo tỉ lệ 1:1 trong các nghiệm thức có bổ sung vi
khuẩn. Tại thời điểm cuối của mỗi chu kỳ xử lý đều được lấy mẫu ngẫu nhiên để
phân tích các thông số (Bảng 3.3).
Bảng 3.3: Các thông số và phương pháp phân tích mẫunước thải sau xử lý
Thông số phân tích (mg/l) Phương pháp So sánh kết quả
pH pH meter Cuối mỗi chu kỳ
BOD5ở 20oC SMEWW 5210 D: 2012 QCVN 40:2011/BTNMT
Hàm lượng Nitơ tổng (TN) TCVN 6638: 2000 QCVN 40:2011/BTNMT Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng(TSS) SMEWW 2540 D: 2012 QCVN 40:2011/BTNMT Hàm lượng Phosphor tổng (TP) SMEWW 4500 E: 2012 QCVN 40:2011/BTNMT Hàm lượng Ammonium (N-NH4+) Phương pháp Kjedahl QCVN 40:2011/BTNMT Hàm lượng orthophosphate (PO43-) Watanabe và Olsen QCVN 40:2011/BTNMT Hiệu suất đông tụ (%) Kimchhayarasy et al., 2009 So sánh kết quả cuối
mỗi chu kỳ với ban đầu
d. Bố trí thí nghiệm quy mô 80 lít thực hiện tại trại chăn nuôi heo: được bố
trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 nghiệm thức, quy mô 80 lít/đơn vị
nghiệm thức, thực hiện trong thùng nhựa 100 lít (Bảng 3.4), lặp lại 3 lần. Thí nghiệm được tiến hành tại trại chăn nuôi heo Lê Hoàng Minh, ấp Đông Hưng 2, xã
Đông Thành, huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long, thực hiện qua 3 chu kỳ giống như
thí nghiệm quy mô 08 lít.
Bảng 3.4: Thể thức bố trí thí nghiệm ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước
thải quy mô 80 lít tại trại chăn nuôi heo
Nghiệm thức Sục khí PAC (0,05%) Cặp chủng vi khuẩn (500 µl/lít), mật số >109 tế bào/ml Ký hiệu NT1 + - - ĐC
NT2 + - Tối ưu ở thí nghiệm 08 lít VK
NT3 + - - PAC
NT4 + + Tối ưu ở thí nghiệm 08 lít VK+PAC
Ghi chú: (+) có; (-) không; ĐC: đối chứng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chủng vi khuẩn đông tụ được nhân nuôi sinh khối trước khi bố trí thí
nghiệm 24 giờ và bổ sung theo tỉ lệ 1:1 trong các nghiệm thức có bổ sung vi
khuẩn. Tại thời điểm cuối của mỗi chu kỳ xử lý đều được lấy mẫu ngẫu nhiên để
e. Bố trí thí nghiệm quy mô 800 lít thực hiện tại trại chăn nuôi heo: được bố
trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên, 2 nghiệm thức quy mô 800 lít/đơn vị nghiệm thức, trong thùng nhựa 1.000 lít (Bảng 3.5), lặp lại 3 lần, thực hiện 3 chu kỳtương
tựnhư thí nghiệm 80 lít.
Bảng 3.5: Thể thức bố trí thí nghiệm ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước
thải quy mô 800 lít tại trại chăn nuôi heo
Nghiệm thức Sục khí PAC (0,05%) Cặp chủng vi khuẩn (500 µl/lít), mật số >109 tế bào/ml Ký hiệu NT 1 + - - ĐC
NT 2 + + Tối ưu ở thí nghiệm 08 lít VK+PAC
Ghi chú: (+) có; (-) không; ĐC: đối chứng
Các chủng vi khuẩn đông tụ được nhân nuôi sinh khối trước khi bố trí thí nghiệm 24 giờ và bổ sung theo tỉ lệ 1:1 trong các nghiệm thức có bổ sung vi
khuẩn. Tại thời điểm cuối của mỗi chu kỳ xử lý đều được lấy mẫu ngẫu nhiên để
phân tích các thông số (Bảng 3.3).
Các thông số phân tích của nước thải được tính bằng công thức: Cmax = C x Kq x Kf (QCVN 40:2011/BTNMT)
- C: giá trị mẫu phân tích
- Kq = 0,9 (nguồn tiếp nhận nước thải chăn nuôi heo sau biogas tại nơi lấy mẫu ứng dụng không có số liệu vềlưu lượng dòng chảy)
- Kf = 1,1 (lưu lượng nguồn nước thải chăn nuôi heo sau biogas tại nơi lấy mẫu ứng dụng ứớc tính 50<f<500 m3/24 giờ)
3.5 Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu thí nghiệm được chuyển sang dạng arcsin để xử lý bằng phần mềm
thống kê Minitab.16 và SPSS.16, so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê bằng
phép thử DUNCAN ở độ tin cậy 99%, sử dụng Microsoft Excel để vẽđồ thị, phần mềm DNAsp 5.1 và bioEdit để phân tích sựđồng hình/đa dạng trình tự nucleotide trong nhóm vi khuẩn đông tụ, phần mềm Mega 5.2 để xây dựng mối tương quan di
CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Kết quả phân lập, nhận diện và tuyển chọn vi khuẩn đông tụ 4.1.1 Kết quả phân lập và nhận diện hình thái vi khuẩn đông tụ 4.1.1 Kết quả phân lập và nhận diện hình thái vi khuẩn đông tụ
Một trăm hai mươi bốn chủng vi khuẩn được phân lập từ 150 mẫu nước thải
trại chăn nuôi heo sau biogas, ở 52 huyện/thị tại 13 tỉnh/thành phố, khu vực đồng
bằng sông Cửu Long, thời gian thu mẫu vào buổi sáng trong ngày. Kết quả phân
tích các mẫu cho thấy, chỉ số pH trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas ở khu
vực ĐBSCL dao động từ 6,0 – 8,7. Mật độ vi khuẩn ở mỗi địa điểm thu mẫu trong tỉnh/thành cũng như ở các tỉnh/thành trong khu vực nghiên cứu có sự khác biệt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhau (Bảng 4.1). Kết quả cho thấy, các chủng vi khuẩn phân lập có thể tồn tại trong môi trường nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas ở nhiều nơi trong khu
vực ĐBSCL, thích nghi được với nhiều điều kiện sống khác nhau, không phụ
thuộc vào môi trường nước mặn/lợ/ngọt hay cấu trúc, quy mô, thời gian tồn tại của
hầm biogas; số lượng, tuổi của heo và tồn tại ở mật độ cao (105 – 109 cfu/ml) trong cộng đồng vi khuẩn có trong môi trường mẫu nghiên cứu (Bảng 4.1).
Bảng 4.1: Vi khuẩn trong nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas ở ĐBSCL
STT Địa điểm thu mẫu (tỉnh/TP)
Tổng số
chủng/mẫu Ký hiệu pH
Mật số (tế bào/ml)
1 An Giang 9/11 AG01 AG09 6,5 – 8,3 105 – 107 2 Bạc Liêu 6/6 BL01 BL06 6,0 – 7,6 106 – 107 3 Bến Tre 11/14 BT01 BT11 6,1 – 7,8 106 – 108 4 Cà Mau 9/14 CM01 CM09 6,5 – 7,4 106 – 108 5 Cần Thơ 8/11 CT01 CT08 6,1 – 7,2 106 – 107 6 Đồng Tháp 7/7 DT01 DT07 6,2 – 7,1 106 – 107 7 Hậu Giang 10/11 HG01 HG10 6,8 – 8,0 106 – 108 8 Kiên Giang 16/21 KG01 KG16 6,5 – 8,7 106 – 109 9 Long An 6/6 LA01 LA06 6,4 – 7,1 106 – 106 10 Sóc Trăng 12/14 ST01 ST12 6,6 – 8,0 106 – 109 11 Tiền Giang 15/20 TG01 TG15 6,2 – 7,3 106 – 108 12 Trà Vinh 7/7 TV01 TV07 6,6 – 7,6 106 – 108 13 Vĩnh Long 8/8 VL01 VL08 6,0 – 8,5 106 – 109
Kết quả Bảng 4.1 cho thấy, mật độ vi khuẩn phân lập trong khu vực nghiên cứu dao động từ 105 – 109 tế bào/ml, pH dao động từ 6,0 – 8,5, phổ biến nhất ở
mức 6,5 – 8,0 tương đồng với kết quả của Lương Đức Phẩm, (2009) và có tính
tương quan thuận với nhau trong môi trường (Hình 4.1). y = 1,0078x - 0,0421 R2 = 0,9014 6 7 8 9 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0
pH môi trường mẫu phân lập
M ậ t đ ộ v i k h u ẩ n ( L o g 1 0 c fu /m l)
Hình 4.1: Mối tương quan giữa pH với mật độ vi khuẩn trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas
Chủng vi khuẩn phân lập được tách thuần và bảo quản ở ống trữ riêng biệt,
tiến hành nhận dạng khuẩn lạc, kiểm tra hình thái vi khuẩn. Kết quả cho thấy, màu sắc khuẩn lạc trên môi trường thạch polypepton phần lớn có màu trắng đục
(64,5%), một số ít khuẩn lạc có màu trắng trong (14,5%) hay trắng sữa (12,1%)
hoặc trắng vàng (8,9%). Khi khảo sát về hình dạng khuẩn lạc, có 84,7% khuẩn lạc
có dạng bìa không đều hoặc răng cưa, thậm chí chia thùy, một số ít khuẩn lạc
(15,3%) có bìa nguyên, kích thước khuẩn lạc sau 24 giờ cấy chuyền dao động từ
0,68 – 1,69 mm, độ nổi khuẩn lạc có hai dạng nhô hoặc lài, mặt ngoài khuẩn lạc
luôn ẩm ướt và có chất nhầy. Khi kiểm tra vi khuẩn dưới kính hiển vi quang học độ phóng đại 400 lần (thị kính 10x vật kính 40) nhận thấy các chủng vi khuẩn phân lập đều có khả năng chuyển động, tuy nhiên có chủng chuyển động nhanh hoặc
chậm, tất cả đều có dạng hình que (ngắn hoặc dài). Kết quả nhuộm Gram vi khuẩn
cho thấy có 75,8% chủng vi khuẩn phân lập thuộc Gram dương, còn lại 24,2% là vi khuẩn Gram âm. (Hình 4.2b), (Bảng 4.2). Vi khuẩn Gram dương có thành peptidoglycan dày hơn vi khuẩn Gram âm, đây là một trong những đặc tính sinh
học đặc trưng của nhóm vi khuẩn Gram dương, giúp chúng thích nghi được với
nhiều điều kiện sống khác nhau trong môi trường, đồng thời chịu được điều kiện
trường chất thải đặc biệt là nước thải chăn nuôi heo sau biogas, vi khuẩn Gram
dương chiếm ưu thế hơn vi khuẩn Gram âm (Bảng 4.2). Thành peptidoglycan dày cũng là yếu tố giúp cho bề mặt tế bào vi khuẩn có được nhiều vùng kỵ nước hơn, đây là cơ sở cho quá trình tạo sự đông tụ của vi khuẩn hoạt động hiệu quả hơn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trong quá trình xử lý nước thải.
Hình 4.2: Đặc điểm hình thái chủng vi khuẩn phân lập
(a) Khuẩn lạc chủng ST02, (b) Nhuộm Gram chủng VL01, (c) Chủng KG05 (d) Chủng VL05, (e) Chủng ST02 (f) Chủng VL01 [ảnh c, d, e, f chụp dưới KHV điện tử
quét (SEM), tại phòng thí nghiệm vi sinh vật chuyên sâu, trường Đại học Cần Thơ] Ngày chụp hình: 11/04/2013 c b a d f e
Bảng 4.2: Đặc điểm hình thái và hiệu suất hấp thụ với p-xylen của 32 chủng vi khuẩn phân lập trong nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas
S T T Chủng vi khuẩn phân lập Màu sắc, hình dạng khuẩn lạc Hình dạng tế bào Kích thước khuẩn lạc (mm) Kết quả nhuộm Gram Hiệu suất hấp thụ với p-xylen (%±SD)
1 AG01 Trắng trong, bìa nguyên, lài, ít nhầy /, + 1,06 Âm 64±0,05 2 AG07 Trắng vàng, rìa cạn, lài, ít nhầy O, − 0,86 Dương 62±0,15 3 AG08 Trắng trong, bìa nguyên, mô, nhầy O, − 1,66 Dương 70±0,38 4 BL01 Trắng trong, bìa nguyên, lài, nhầy /, + 1,26 Dương 70±0,27 5 BL06 Trắng đục, rìa sâu, mô, nhầy /, − 0,93 Âm 59±0,38 6 BT02 Trắng trong, bìa nguyên, lài, ít nhầy O, − 0,90 Dương 70±0,11 7 BT05 Trắng vàng, rìa cạn, mô, nhầy /, + 1,16 Dương 71±0,59 8 CM01 Trắng đục, rìa cạn, mô, khô /, − 0,73 Dương 65±0,17 9 CM03 Trắng đục, rìa cạn, lài, ít nhầy O, − 0,86 Dương 71±0,10 10 CT02 Trắng trong, bìa nguyên, lài, nhầy /, + 0,33 Âm 71±0,38 11 CT03 Trắng sữa, rìa cạn, mô, khô /, + 1,10 Dương 66±0,66 12 DT06 Trắng trong, bìa nguyên, lài, ít nhầy O, + 0,36 Dương 65±0,17 13 DT07 Trắng sữa, bìa nguyên, khô, nhầy /, − 0,87 Âm 51±0,32 14 HG04 Trắng trong, rìa cạn, mô, nhầy O, + 1,10 Dương 71±0,40 15 HG09 Trắng vàng, rìa cạn, mô, ít nhầy /, + 1,06 Âm 65±0,56 16 HG10 Trắng vàng, rìa cạn, mô, ít nhầy /, − 1,23 Dương 73±0,21 17 KG03 Trắng trong, bìa nguyên, mô, khô /, − 1,33 Dương 65±0,12 18 KG05 Trắng đục, rìa cạn, mô, nhầy /, + 1,5 Dương 82±0,01 19 KG09 Trắng sữa, rìa cạn, mô, nhầy /, − 1,13 Âm 51±0,03 20 LA01 Trắng đục, rìa cạn, mô, khô /, + 1,06 Âm 53±0,02 21 LA04 Trắng đục, rìa cạn, mô, khô O, − 1,10 Dương 59±0,08 22 ST02 Trắng đục, rìa sâu, mô, nhầy /, + 1,10 Dương 77±0,03 23 ST04 Trắng trong, bìa nguyên, lài, ít nhầy /, + 0,4 Dương 69±0,05 24 ST07 Trắng trong, bìa nguyên, lài, khô /, + 1,03 Âm 70±0,02 25 TG02 Trắng trong, bìa nguyên, mô, ít nhầy O, − 0,96 Dương 71±0,06 26 TG03 Trắng sữa, rìa sâu, mô, nhầy /, + 1,06 Âm 55±0,17 27 TG09 Trắng vàng, rìa cạn, lài, ít nhầy O, − 1,10 Dương 72±0,01 28 TV03 Trắng trong, rìa cạn, lài, ít nhầy /, − 1,20 Dương 58±0,05 29 TV06 Trắng trong, rìa cạn, mô, ít nhầy /, + 1,16 Dương 70±0,05