Các vi khuẩn chiếm ưu thế (lớn hơn 1%) trong các 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 được chỉ ra trong bảng 3.7.
75
Bảng 3.2. Tỷ lệ các nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế trong các mẫu bùn
Các nhóm vi khuẩn chiếm ưu thế Tỷ lệ (%)
Lớp/bộ Họ Bùn phân tán Bùn hạt Tăng OLR Bổ sung AlCl3 Bổ sung rỉ đường Bacilli/ Lactobacillales Carnobacteriaceae 7,95 8,08 6,10 0,64
Chưa phân loại 0 0,00 0,02 1,42
Clostridia/ Clostridiales Syntrophomonadaceae 6,63 10,47 6,71 1,66 Clostridiaceae 2,86 2,59 2,57 10,59 Christensenellaceae 0,99 1,20 1,23 1,21 Peptococcaceae 1,02 0,44 0,65 0,03 Peptostreptococcaceae 0,84 0,11 0,68 1,57
Chưa phân loại 0,72 0,68 0,82 2,13
Deltaproteobacteria/ Syntrophobacterales Syntrophobacteraceae 1,86 4,78 3,46 0,47 Betaproteobacteria/ Burkholderiales Comamonadaceae 1,13 0,07 0,07 5,76 Gammaproteobacteri/ Pseudomonadales Moraxellaceae 0,04 0,01 0,35 18,59
Chưa phân loại 0,01 0,31 0,35 1,75
Anaerolineae/ Anaerolineales
Anaerolinceae 21,76 16,39 16,01 4,55
Chưa phân loại 12,30 14,18 9,02 1,92
Bacteroidia/
Bacteroidales Chưa phân loại 8,9 3,39 10,64 8,77
Flavobacteria/ Flavobacteriales Cromorphaceae 0,01 0,01 0,00 1,10 Actinobacteria/ Actinomycetales Corynebacteriaceae 0,41 0,5 0,35 5,90 Micromonosporaceae 1,02 0,01 0,27 0,02 Thermoleophilia/
Gaiellales Chưa phân loại 0,64 3,42 0,48 0,20
76
Ngành Firmicutes chứa 3 lớp Bacilli, Clostridia và Erysipelotrichi, trong đó 2 lớp Bacilli
và Clostridia là những lớp chiếm số lượng lớn trong các mẫu bùn nghiên cứu. Vai trò của các lớp này trong con đường phân hủy kỵ khí là thủy phân và axít hóa chất hữu cơ. Các thành viên của lớp Clostridia là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc trong khi các thành viên thuộc lớp Bacilli
và Erysipelotrichi là những vi khuẩn hiếu khí hoặc kỵ khí tùy tiện. Lớp Bacilli xuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã được hoạt hóa và các mẫu bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bổ sung rỉ đường lần lượt là: 8,79%, 10,48%, 6,34% và 2,74%. Hầu hết các nghiên cứu đều thừa nhận rằng trong hệ thống UASB bên cạnh quần xã vi khuẩn kỵ khí vẫn tồn tại một số lượng nhất định quần xã vi khuẩn hiếu khí và tuỳ tiện.
Chi Bacillus có hoạt động trao đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí và có thể phân hủy các loại hợp chất hữu cơ khác nhau như protein, xelluloza, tinh bột hoặc chất béo [54]. Sự xuất hiện chi Bacillus trong hệ thống UASB có thể đóng vai trò trong việc hình thành các bông bùn do khả năng bám dính của chúng [54, 130]. Họ Carnobacteriaceae thuộc lớp/bộ
Bacilli/Lactobacillales có chức năng chuyển hóa đường đơn thành axit axetic và lactic [183]. Họ Carnobacteriaceae trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR và bùn hạt khi bổ sung AlCl3 với tỷ lệ lần lượt là: 7,95%, 8,08% và 6,10%. Trong khi đó bùn hạt khi bổ sung rỉ đường tỷ lệ họ này chỉ chiếm 0,64%, tuy nhiên số lượng thành viên thuộc bộ chưa phân loại Lactobacillales tăng lên trong hạt bùn khi bổ sung rỉ đường(1,42%). Các họ vi sinh vật này đều có chức năng hình thành axit lactic từ hydratcacbon [83].
Clostridia là một trong các lớp có chức năng chuyển hóa hydratcacbon và pepton thành axit hữu cơ và rượu [101]. Một số loài trong lớp này còn có chức năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đến H2. Lớp Clostridia xuất hiệntrong mẫu bùn phân tán đã được hoạt hóa và các mẫu bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bổ sung rỉ đường lần lượt là: 15,41%, 16,06%, 15,50% và 18,14%. Trong đó, tỷ lệ các thành viên thuộc họ Clostridiaceae trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bổ sung rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là 2,86%, 2,59%, 2,57% và 10,59%. Các thành viên thuộc họ Clostridiaceae trong phân lớp này chuyển hóa glucoza thành axetat, butyrat, lactat, ethanol, H2 và CO2 [136]. Chúng được tìm thấy trong bùn hạt xử lý nước thải nhà máy rượu [83]. Các thành viên thuộc họ
Syntrophomonadaceae trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là 6,63%; 10,47% ; 6,71% và 1,66%. Họ
Syntrophomonadaceae chuyển hóa butyrat thành axetat và hidro [163]. Chi Syntrophomonas
thuộc họ Syntrophomonadaceae có chức năng oxi hóa axit béo và phát triển hội sinh với các loài cổ khuẩn sinh metan sử dụng hidro [66, 162]. Chi Syntrophomonas cũng đã được tìm thấy trong bùn của hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su [182]. Như vậy họ
77
bùn hạt khi tăng OLR và bổ sung AlCl3.Họ Clostridiaceae chiếm tỷ lệ vượt trội trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường. Việc bổ sung rỉ đường đã kích thích các loài thuộc lớp Clostridia phát triển cạnh tranh cơ chất với lớp Bacilli.
Trong nghiên cứu này, tất cả các mẫu bùn đều xuất hiện các lớp Deltaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, đây là 4 lớp trong ngành
Proteobacteria. Lớp Deltaproteobacteria chiếm ưu thế trong mẫu bùn hạt khi tăng OLR và bùn hạt khi bổ sung AlCl3, lớp Gammaproteobacteria và Betaproteobacteria chiếm tỷ lệ vượt trội trong mẫubùn hạt khi bổ sung rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là: 20,34% và 6,00%. Lớp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Deltaproteobacteria thường xuất hiện trong bùn hạt của nước thải có chứa các hợp chất lưu huỳnh và đóng vai trò oxi hóa H2S đến SO42- trong hệ thống UASB [12]. Lớp
Alphaproteobacteria xuất hiện nhiều trong nước thải chế biến sữa gầy. Gammaproteobacteria
là một trong các lớp có chức năng phân giải glucoza đến VFA [101].
Họ Syntrophobacteraceae thuộc bộ Syntrophobacterales có chức năng khử sunphat, tuy nhiên chi Syntrophobacter thuộc họ này còn có chức năng chuyển hóa các hợp chất propionat và lactat thành axetat [101, 104]. Chi Syntrophobacter xuất hiện trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là 0,31%; 0,83%; 0,57% và 0,22%. Trong bộ này, họ Syntrophaceae có chức năng phân hủy butyrat [101] cũng xuất hiện trong các mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và rỉ đường với tỷ lệ lần lượt là 0,41%; 0,35%, 1,39% và 0,36%. Chi Comamonas (còn có tên gọi là Pseudomonas) thuộc họ Comamonadaceae chiếm tỷ lệ vượt trội trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường (5,76%). Chi Comamonas được tìm thấy trong bùn hạt của các hệ thống xử lý nước thải nhà máy rượu, bia, nước ép đào [83] và nước thải sản xuất dầu oliu [119]. Chúng phân hủy các hợp chất thơm và sản sinh các polysacarit ngoại bào tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành bùn hạt [129]. Li và cộng sự (2003) cũng chỉ ra chi Comamonas đóng vai trò chuyển hóa và hấp thụ photpho được sản xuất bởi các loài acidogen [93]. Chi
Comamonas xuất hiện trong hạt bùn từ nước thải bia, rượu cồn và đồ hộp nước ép đào nhưng hầu hết chúng được xác định trong nước thải đồ hộp nước ép đào, rõ ràng môi trường nước thải này thích hợp cho sự phát triển của chi Comamonas. Có thể giải thích cho sự xuất hiện của chi Comamonas có thể là do môi trường nước thải có nồng độ muối cao [99, 107] và cũng có thể do chúng chịu được môi trường kiềm (pH 8,5) gây ra bởi sự kiềm hóa nước thải này. Loài Acinetobacter johnsonii thuộc họ Moraxellaceae xuất hiện trong bùn hạt của nhà máy xử lýnước thải sản xuất dầu oliu. Các loài Comamonas sp. và A. johnsonii đềucó khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ khác nhau [119]. Loài A. johnsonii sinh enzym lipaza thủy phân các chất béo và axit béo [181]. Ngoài ra, loài A. johnsonii còn có khả năng tích tụ photpho dưới dạng polyphotphat [10]. Bề mặt tế bào A. johnsonii có tính kỵ nước cao [97]. Người ta đã phân
78
lập loài A. johnsonii từ bùn cống và bổ sung với các vi khuẩn, kết quả cho thấy loài A. johnsonii thúc đẩy sự kết tụ các tế bào vi sinh vật và hình thành nên các bông bùn. Chúng được ví như cầu nối cho các vi sinh vật [132]. Trong nghiên cứu này loài A. johnsonii chiếm ưu thế trong bùn hạt khi bổ sung rỉ đường với tỷ lệ 18,59%.
Ngành Chloroflexi xuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và rỉ đường bao gồm 4 lớp Anaerolineae, Thermobacula, Dehalococcoidetes và
Ktedonobacteria. Lớp Anaerolineae chiếm tỷ lệ cao trong tất cả các loại bùn. Họ
Anaerolinaceae thuộc bộ Anaerolineales chiếm tỷ lệ trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và rỉ đường lần lượt là 21,76%, 16,39%, 16,01% và 4,55%. Các thành viên của họ Anaerolinceae là các tế bào có tiêm mao dài 100 µm [186]. Do có tiêm mao dài nên khi hình thành hạt bùn, loài này có thể tạo ra hạt bùn xốp và ảnh hưởng đến chỉ số lắng. Trong nghiên cứu này SVI của bùn hạt khi tăng OLR, bùn hạt khi bổ sung AlCl3 và bùn hạt khi bổ sung rỉ đường lần lượt là 16,64 mL/g; 17,1 mL/g và 12,03 mL/g. Do đó, giá trị SVI tương ứng với tỷ lệ họ Anaerolinceae trong hạt bùn. Như vậy, giá trị SVI có thể bị ảnh hưởng bởi các loài vi khuẩn thuộc họ Anaerolinceae.
Trong các mẫu bùn nghiên cứu, ngành Bacteroidetes chứa 5 bộ tương ứng với 5 lớp là:
Bacteroidales, Flavobacteriales, Sphingobacteriales, Saprospirales và Cytophagales. Bộ
Bacteroidales là một trong 5 bộ chiếm ưu thế trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi tăng OLR, bổ sung AlCl3 và rỉ đường với các tỷ lệ lần lượt là 8,8%, 3,38%, 10,31% và 9,85%.
Bacteroidales là nhóm vi khuẩn có tính đa dạng về kiểu hình cao. Các thành viên của bộ này có chức năng chuyển hóa các sản phẩm của quá trình thủy phân hydratcacbon thành các VFA [139, 172]. Các vi khuẩn thuộc ngành Bacteroidetes là các tế bào có tiêm mao, được tìm thấy trong bùn hoạt tính và có khả năng chuyển hóa glucoza và propionat trong điều kiện kỵ khí [85]. Các thành viên thuộc bộ Bacteroidales được phân lập từ môi trường chứa propionat. Chúng là nhóm vi khuẩn giúp tăng tốc sự phân hủy propionat. Bộ Bacteroidales có chức năng phân hủy các VFA (trừ axetat) mà chúng là thành phần cơ chất chính trong nước thải nhà máy bia (propionat, ethanol và axetat) [101]. Bộ Bacteroidales chiếm tỷ lệ lớn trong bùn hạt từ hệ thống xử lý kỵ khí của nhà máy bia, rượu và đồ hộp [83]. Proteiniphilum acetatigenes là loài vi sinh vật thuộc bộ này cũng được phân lập từ quá trình phân hủy propionat [39]. Loài này cũng có khả năng phân hủy protein thành etanol, axit axetic, H2 và CO2 [117]. Như vậy các thành viên thuộc ngành Bacteroidetes xúc tiến cho quá trình chuyển hóa các hợp chất trung gian của quá trình thủy phân đến axetat tạo điều kiện thuận lợi cho các nhóm methanogen chuyển hóa thành metan.
Các thành viên thuộc ngành Actinobacteria bao gồm các lớp Actinobacteria, Thermoleophilia, Coriobacteria và Acidimicrobia đều xuất hiện trong tất cả các mẫu bùn
79
nhưng tỷ lệ thành viên chiếm ưu thế trong mẫu bùn hạt khi tăng OLR là lớp Thermoleophilia
(3,42%) và trong mẫu bùn hạt khi bổ sung rỉ đường là lớp Actinobacteria (5,9%). Bộ
Gaiellales mới được nhận dạng gần đây và những hiểu biết về chúng còn rất hạn chế. Các thành viên thuộc bộ này đồng hóa hydratcacbon, axit hữu cơ và axit amin [14]. Chi
Corynebacterium thuộc bộ Actinomycetales chiếm tỷ lệ cao (5,6%) trong mẫu bùn hạt khi bổ sung rỉ đường. Chi Corynebacterium thuộc nhóm acidogen, chúng tham gia vào quá trình khử màu và xử lý COD dòng ra pha với rỉ đường theo tỷ lệ 1:1 của nhà máy cồn sản xuất từ rỉ đường [171]. Chi Corynebacterium cũng được tìm thấy trong các bể UASB xử lý phenol [110]. Ngành WWE1 chỉ có 1 họ tương ứng với 1 bộ và 1 lớp. Họ Cloacamonaceae là các nhóm vi sinh vật không có khả năng nuôi cấy. Các thành viên của họ này chỉ xuất hiện trong mẫu bùn phân tán đã hoạt hóa, bùn hạt khi bổ sung AlCl3 với tỷ lệ lần lượt là 3,65% và 4,47%. Họ Cloacamonaceae có chức năng thủy phân xelluloza và sử dụng các sản phẩm lên men [96]. Nhóm vi khuẩn này cũng xuất hiện với tỷ lệ cao trong hệ thống xử lý nước thải sơ chế mủ cao su [182], nước thải nhà máy bia và và đồ hộp [101]. Tỷ lệ các thành viên thuộc họ
Cloacamonaceae thường xuất hiện ở phần trên cao hơn phần đáy thiết bị UASB [182].
Candidatus cloacamonas là loài vi khuẩn thuộc họ này. Chúng có khả năng sinh năng lượng
từ việc lên men axit amin, đường và các axit hữu cơ succinat, lactat và axetat. Ngoài ra, chúng cũng phân hủy propionat thành axetat và CO2 dưới điều kiện áp suất H2 thấp [127].