Cấu trúc quần xã vi sinh vật trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa với nước thải sơ chế mủ cao su và các mẫu bùn hạt được lấy mẫu từ cổng của hệ thống UASB đã được phân tích trình tự gen 16S rRNA để kiểm tra tính đa dạng của vi sinh vật. Hệ thống Miseq đã phát hiện ra 158,884 trình tự trong 5 mẫu. Mỗi mẫu có xấp xỉ 26,000 - 52,000 trình tự đọc đã được phân tích và có 2,500 - 8,000 OTU được phát hiện với tỉ lệ tương đồng 97%. Tỷ lệ các ngành vi sinh vật chiếm ưu thế trong các mẫu bùn được thể hiện ở hình 3.18.
Hình 3.18.Tỷ lệ các ngành vi sinh vật của bùn phân tán đã hoạt hóa và bùn hạt
Kết quả chỉ ra rằng các ngành Chloroflexi, Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria,
Actinobacteria, Euyachaeota, và WWE1 (Waste Water of Evry 1) chiếm ưu thế trong các mẫu
bùn. Các ngành này xuất hiện thường xuyên trong bùn kỵ khí [112, 140], trong số đó 4 ngành vi khuẩn Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes và Proteobacteria chiếm khoảng 63% tổng số trình tự của các ngành vi sinh vật tham gia vào con đường phân hủy chất hữu cơ thu khí metan [113]. Trong nghiên cứu này, ngành Chloroflexi xuất hiện trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, hạt bùn khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là 34,2%, 30,7%, 25,1% và 6,5%. Riviere và cộng sự (2009) cho rằng ngành Chloroflexi hỗ trợ việc chuyển hóa các vật liệu hữu cơ khó phân hủy từ sinh khối bị phân rã nội bào (chúng là nhóm làm nhiệm vụ dọn dẹp các phần sinh khối bị thối rữa) [140]. Bên cạnh đó, Chloroflexi
73
đường mạch dài, các polyphenol [69]. Ngành này sử dụng cơ chất là các loại hydratcacbon và axit amin khác nhau để sinh trưởng phát triển [100, 187]. Ngành Chloroflexi xuất hiện trong hạt bùn ưa ấm trong xử lý nước thải tổng hợp mà thành phần cơ chất chính trong nước thải là sucroza, axetat, propionat, nước chiết nấm men, terephthalat, 4-methylebenzoat và nước thải nhà máy sản xuất khô đậu tương, nước thải công nghiệp rượu, nước thải công nghiệp cồn bổ sung sunphat, nước thải lactat bổ sung sunphat và nước thải chứa trichlorobenzene. Tuy nhiên, trong một số hạt bùn ưa ấm (30 - 35oC), tỷ lệ ngành này không chiếm ưu thế [187]. Trong nghiên cứu này, ngành Chloroflexi chiếm tỷ lệ cao trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR và bùn hạt khi bổ sung AlCl3 nhưng lại chiếm tỷ lệ rất thấp trong mẫu bùn hạt bổ sung rỉ đường. Điều này có thể do rỉ đường chứa nhiều hydratcacbon làm thay đổi tỷ lệ hydratcacbon /axit amin nên ít phù hợp với nhóm Anaerolineae (một nhóm sử dụng cơ chất là hydratcacbon và axit amin) dẫn đến làm giảm số lượng tế bào vi sinh vật của ngành
Chloroflexi [155].
Ngành Proteobacteria xuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3 và bùn hạt khi bổ sung rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là 3,8%, 6,4%, 5,8% và 28,7%. Các vi sinh vật thuộc ngành Proteobacteria liên quan đến bước đầu tiên của quá trình phân giải các chất hữu cơ, chúng cũng là nhóm chính tiêu thụ các vật liệu gluocse, butyrat, propionat, và axetat [19]. Một số thành viên trong ngành này có thể chuyển hóa nitơ, khử sulfat và tích lũy photpho [100, 176]. Các thành viên của ngành này thường xuất hiện trong nước thải của các quá trình sản xuất đường, dấm, dưa muối, các sản phẩm từ đậu và axit amin [112]. Lớp Gammaproteobacteria thuộc ngành Proteobacteria cùng với lớp
Bacteroidia và Clostridia là các lớp chính phân hủy glucoza. Trong mẫu bùn hạt khi bổ sung rỉ đường, tỷ lệ ngành Proteobacteria rất cao có thể do cơ chất glucoza trong rỉ đường đã thúc đẩy lớp Gammaproteobacteria phát triển vượt trội và cạnh tranh nguồn thức ăn với các loài vi sinh vật thuộc ngành Chloroflexi khiến tỷ lệ tế bào vi sinh vật thuộc ngành này sụt giảm mạnh. Ngành Firmicutes có sự biến động rất thấp trong các loại bùn.Tỷ lệ ngành nàyxuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, hạt bùn khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là: 24,3%, 26,61%, 22% và 20,7%. Ngành Firmicutes được biết đến như ngành vi khuẩn có thể sản sinh các hợp chất ngoại bào và có mặt chủ yếu trong các hạt bùn kỵ khí [111]. Hầu hết các thành viên của ngành này đều có khả năng phân giải các VFA như butyric [60]. Các thành viên thuộc ngành Firmicutes cũng sử dụng H2 và CO2 nên chúng cạnh tranh cơ chất với một số nhóm methanogen và ngay lập tức làm giảm tỷ lệ chi
Methanobacterium và/hoặc Methanosarcina trong bùn kỵ khí. Một số thành phần vi khuẩn trong nhóm này vừa có khả năng chuyển hóa thuận nghịch H2 và CO2 đến axetat và ngược lại [100]. Ngành Bacteroidetes xuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là: 9,3%, 11,2%,
74
11,3% và 10,3%. Ngành Bacteroidetes liên quan đến bước thủy phân và axit hóa trong con đường phân hủy kỵ khí [41]. Các thành viên ngành này tham gia vào việc phân giải polysacarit và protein thành các đơn phân tử [87]. Sau đó, chúng chuyển hóa tiếp axit amin đến axetat và NH3 [140], đường đơn thành các axit lactic, axetic, propionic và formic [57]. Như vậy sự phát triển của ngành Bacteroidetes sẽ gây ra sự tích lũy axit hữu cơ và làm giảm pH. Ngành Actinobacteria chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, hạt bùn khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là 2,4%, 4,1%, 1,4% và 6,5%. Các thành viên của ngành này có chức năng phân giải các hợp chất hữu cơ (glucoza, một số loại đường đơn và tinh bột) [156, 158]. Chúng cũng thường xuất hiện với tỷ lệ từ 1 – 5% trong bùn hạt của nhà máy bia và đồ hộp [101]. Một số thành viên của ngành
Actinobacteria có khả năng hô hấp hiếu khí hoặc ky khí tùy tiện. Cụ thể, loài
Corynebacterium khi nuôi cấy trong môi trường thông khí sẽ tổng hợp glutamic, còn khi nuôi cấy trong môi trường kỵ khí sẽ chuyển hóa glucoza thành lactat, succinat và axetat [106, 166]. Ngành WWE1 cũng chiếm tỷ lệ lần lượt là 4%, 0,5%, 4,8% và 0,3%. Đây là ngành chưa phân loại, chúng xuất hiện trong bùn kỵ khí với vai trò thủy phân xelluloza ngoại bào và/hoặc hấp thu các sản phẩm lên men này [96]. Ngoài ra, ngành WWE1 còn tham gia vào quá trình chuyển hóa axit amin trong chuỗi thức ăn [127].
Ngành cổ khuẩn Euyachaeota chiếm tỷ lệ trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là 7,4%, 8,9%, 11,2% và 19,0%. Kết quả này cho thấy ngành này xuất hiện trong bùn hạt với tỷ lệ cao hơn bùn phân tán. Ngành này có vai trò chuyển hóa các chất hữu cơ đến sản phẩm cuối cùng là metan. Hiệu suất sinh khí metan trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, hạt bùn khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3, bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là: 0,258 ± 0,066; 0,260 ± 0,093; 0,322 ± 0,091 và 0,324 ± 0,033 (m3-CH4/kg-COD chuyển hóa). Như vậy, tỷ lệ các cổ khuẩn sinh metan cao sẽ cho hiệu suất sinh khí metan cao.