CHƯƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
Phương pháp thu thập tài liệu được sử dụng trong nghiên cứu này trên cơ sở kế thừa, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu, thông tin liên quan đến các vấn đề nghiên cứu. Mục đích của phương pháp này là thu thập các dữ liệu, thông tin làm cơ sở khoa học cho việc tạo chế phẩm sinh học để xử lý ô nhiễm trong nước thải sinhhoạt. Các tài liệu, thông tin liên quan như:
- Thành phần và đặc tính của nước thải hữu cơ [11] - Các vi sinh vật có khả năng phân giải chất hữu cơ [11]
- Các vi sinh vật trong nước phân giải chất hữu cơ không tạo mùi khai, hôi thối (vi sinh vật hiếu khí) [11]
- Các vi sinh vật trong nước phân giải chất hữu cơ phân giải chất hữu cơ tạo mùi khai, hối thối (vi sinh vật kỵ khí) [11]
- Các vi sinh vật có khả năng hấp thụ, xử lý mùi khai, hôi thối; vi sinh vật ức chế nhóm vi sinh vật gây mùi, gây bệnh. [10], [17], [19], [20], [22]
- Điều kiện và nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật có lợi phát triển và ức chế các vi sinh vật có hại phát triển. [10], [17], [19], [20], [22]
- Nguồn nguyên liệu có sẵn từ tự nhiên, giá thành rẻ, nguồn cung dồi dào, có giá trị dinh dưỡng cao cho vi sinh vật phát triển. [6], [7], [9], [15], [20].
Dựa trên các nguồn thông tin, tài liệu thu thập được để làm cơ sở cho việc tìm ra cơ sở để chế tạo chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu xây dựng công thức và thực nghiệm chếtạo chế phẩm sinh học
Xây dựng công thức và triển khai thực nghiệm lên men tạo chế phẩm sinh học dựa theo cơ sở lý thuyết đã được xác định.
Quy trình tạo chế phẩm dựa trên sự kế thừa quy trình tạo sản phẩm tương ứng. Cách thức tạo chế phẩm được sơ lược như sau:
- Bước 1: Tạo môi trường lên men giống. - Bước 2: Cấy men giống
- Bước 3: Chăm sóc tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển (lên men) - Bước 4: Thu hoạch, kiểm tra sản phẩm
32
Thực hiện lặp lại 1 lần cùng công thức, thời gian và điều kiện tạo chế phẩm để tiến hành so sánh nếu có sự khác biệt xảy ra.
2.3.3. Phương pháp kiểm tra chếphẩm sinh học a. Khảo sát quá trình lên men học a. Khảo sát quá trình lên men
- Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp xác định: • pH chế phẩm: đo bằng bút đo pH – 009(I)A
• Nhiệt độ của chế phẩm: đo bằng bút đo nhiệt độ Tp101
• Mùi, màu sắc và trạng thái dung dịch: thực hiện đánh giá theo cảm
quan
- Thực hiện theo dõi chế phẩm định kỳ 24 giờ/1 lần kể từ thời điểm bắt đầu lên men chế phẩm. Quá trình theo dõi diễn ra trong 15 ngày.
b. Xác định mật độ của vi sinh vật theo thời gian
- Mục đích: Xác định thời gian lên men tốt nhất để thu được tổng số vi sinh vật có trong chế phẩm nhiều nhất. Từ đó lấy mẫu thử nghiệm hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ.
- Phương pháp: phương pháp xác định mật độ vi sinh vật có trong mẫu chế phẩm theo kỹ thuật cấy trang trên đĩa petri theo TCVN 6404:2016 (ISO 7218:2007) - Vi sinh vật trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi – Yêu cầu chung và hướng dẫn kiểm tra vi sinh vật.
- Thời gian tiến hành thí nghiệm: do hạn chế về mặt trang thiết bị nên tiến hành lấy mẫu và phân tích tích 3 ngày 1 lần vào các khoảng thời gian lên men mẫu chế phẩm sinh học: 3 ngày – 6 ngày – 9 ngày – 12 ngày – 15 ngày.
2.3.4. Phương pháp thực nghiệm tính hiệu quảcủa chếphẩm sinh học khi xử
lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ
a. Phương pháp lấy mẫu nước thải
Phương pháp lấy mẫu nước thải được áp dụng theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5999:1995 (ISO 5667/10:1992) về Chất lượng nước lấy mẫu - Hướng dẫn lấy mẫu nước thải.
33
b. Cách thử nghiệm
- Bước 1: Lấy mẫu nước thải với thể tích nhất định vào cốc nhựa trong suốt và kí hiệu. Thể tích lấy mẫu không nhỏ hơn 100 mL để đảm bảo các thành phần của nước thải.
- Bước 2: Lấy một phần mẫu chế phẩm, dùng ray lọc/ vải lọc để loại bỏ các chất xơ và phần bã có kích thước lớn.
- Bước 3: Thử nghiệm hiệu quả xử lý của chế phẩm với mẫu nước thải theo từng tỉ lệ xử lý giữ chế phẩm và mẫu nước thải (ví dụ tỉ lệ chế phẩm: mẫu nước thải bằng 1 :10, tức là 1 đơn vị thể tích chế phẩm cho 10 đơn vị thể tích nước thải). Tiến hành thử nghiệm với các tỉ lệ giữa thể tích mẫu chế phẩm với thể tích mẫu nước thải bao gồm: 1:5; 1:10; 1:20; 1:30; 1:40; 1:50; 1:100.
Thực hiện làm thí nghiệm lặp 3 lần (tổng là 21 lượt thí nghiệm/ 1 mẫu chế phẩm) và tính giá trị trung bình để có kết quả cuối cùng.
- Các chỉ tiêu theo dõi: pH, BOD, COD, TSS, H2 S, NH4+, NO3-, PO43-, độ trong, độ màu.
• pH nước thải: đo bằng bút đo pH – 009(I)A • Mùi, cặn và độ trong: đánh giá theo cảm quan
• Độ màu (màu sắc): đánh giá theo phương pháp A - TCVN 6185:2015 (ISO 7887:2011) về Chất lượng nước – Kiểm tra và xác định độ màu.
• Các thông số: BOD, COD, TSS, H2 S, NH4+, NO3-, PO43- được xác định theo các TCVN:
34
Bảng 2.2 Phương pháp xác định các thông số môi trường nước
Các thông số Phương pháp xác định
TCVN 6001-1:2008 (ISO 5815-1 : 2003) về Chất lượng nước - Xác định nhu cầu oxy sinh hoá sau n ngày (BODn) TCVN 6491:1999 (ISO 6060 : 1989) về chất lượng nước - xác định nhu cầu oxy hoá học
TCVN 6625:2000 (ISO 11923 : 1997) về chất lượng nước – xác định chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua cái lọc sợi thủy tinh TCVN 4567:1988 về nước thải - phương pháp xác định hàm lượng sunfua và sunfat
4500 NH3 – F, SMWW, 1995 về Xác định NH4+ trong nước bằng phương pháp trắc quang
TCVN 6180:1996 (ISO 7890/3 : 1988 (E)) về chất lượng nước - Xác định nitrat - Phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic TCVN 6202:2008 (ISO 6878 : 2004) về Chất lượng nước - Xác định phospho - Phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat -Thực hiện theo dõi các chỉ tiêu theo thời
gian: + Trước khi sử dụng chế phẩm
+ Sau khi sử dụng chế phẩm: với mùi: trong 2 giờ đầu (định kỳ kiểm tra 10 – 15 phút/1 lần) – sau 3 giờ - sau 6 giờ - sau 12 giờ - sau 24 giờ. Các chỉ tiêu còn lại kiểm tra và phân tích sau 24 giờ.
Các kết quả, hiện tượng theo dõi được ghi chép và lưu lại bằng hình ảnh. 2.3.5. Phương pháp xửlý thống kê sốliệu
- Thực hiện quá trình nghiên cứu đồng thời ghi chép, sao lưu và lưu trữ số liệu một cách có hệ thống, thường xuyên, đảm bảo tính chính xác bằng phần mềm Excel 2016 của Microsoft.
- Phân loại chọn lọc số liệu, tạo bảng tính, vẽ biểu đồ với các giao diện trên phần mềm Excel 2016. Và trình xuất biểu đồ dưới dạng hình ảnh trên phần mềm Paint.
- Hoàn thiện báo cáo khóa luận bằng phần mềm Word và PowerPoint 2016.
35 download by : skknchat@gmail.com PO43- NO3- NH4+ H2S TSS COD BOD
CHƯƠNG III. KẾT QUẢNGHIÊN CỨU
3.1. Cơ sởkhoa học và quy trình lên men tạo chếphẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ
3.1.1. Điều kiện lên men và công thức tạo chế
phẩm a. Điều kiện lên men
Điều kiện lên men đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khối lượng nguyên liệu đưa vào chế phẩm và tạo thành phẩm.
- Nhiệt độ
Mỗi loại nấm men đều chịu ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt động sống của chúng. GiốngSaccharomyces lên men tốt ở nhiệt độ 28 – 32oC, giới hạn nhiệt độ nhỏ nhất là 5o C và lớn nhất là 38oC. Khi tiến hành men thì khả năng chịu đựng nhiệt độ sẽ cao hơn, trên 50o C và dưới 0oC thì khả năng lên men sẽ bị đình trệ. [5]
Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn phát triển trùng hợp với nhiệt độ thích hợp của nấm men rượu. Ở nhóm khuẩn Bacillus và Lactobacillus thì nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn phát triển là 30 – 45oC.
- pH môi trường
Mỗi loại vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong vùng pH nhất định. Nấm men có thể phát triển trong nhiệt độ môi trường pH = 2 - 8 nhưng phát triển mạnh nhất khi pH = 4,5 - 5.
Nhóm vi khuẩnBacillus và Lactobacillus bắt đầu phát triển ở khoảng pH ≥ 4. Do vậy khi môi trường có pH < 4 thì chỉ có nấm men phát triển.
Để điều chỉnh pH thì có thể dùng một trong các loại acid hữu cơ như: axit
lactic.
Khi pH môi trường tăng lên thì nấm men hoạt động yếu dần và môi trường dễ bị nhiễm vi khuẩn, vi khuẩn phát triển rất nhanh. [5]
Dựa trên điều kiện pH trên có thể làm cơ sở để theo dõi sự thay đổi pH của chế phẩm theo thời gian từ đó đưa ra phỏng đoán về sự tồn tại và phát triển của các nhóm vi sinh vật trong chế phẩm.
- Nồng độ đường của dịch lên men
36
Nồng độ đường thích hợp nhất cho quá trình lên men là từ 8 - 20%. Khi nồng độ đường lớn hơn 30% sẽ ức chế quá trình lên men. [16]
- Nồng độ O2 môi trường
O2 cần thiết cho sự tăng sinh khối của vi sinh vật trong đó có vi khuẩn và nấm men. [16]
Trong điều kiện hiếu khí với sự có mặt của oxy sẽ xảy ra phương trình phản ứng:
C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + Q → gia tăng sinh khối - Số lượng men giống
Số lượng men giống được sử dụng thích hợp là 0,1 – 2% thể tích dịch lên
men.
- Nồng độ CO2 của môi trường
CO2 được hình thành trong quá trình lên men. Sự có mặt của CO2 sẽ làm giảm khả năng sinh sản của nấm men nhưng không làm yếu khả năng lên men, kìm hãm sự phát triển của những vi sinh vật hiếu khí gây hại. [16]
- Thể tíchdung dịch lên men
Không nên cho dịch lên men quá đầy bình, phải để trống phía trên khoảng 1/3 – 1/5 thể tích để đề phòng khi lên men sủi bọt mạnh, dịch lên men không bị tràora ngoài và bị nhiễm vi khuẩn không mong muốn. [8]
b. Kết quả tính toán khối lượng nguyên liệu tạo chế phẩm
Dựa vào điều kiện lên men được đưa ra và sử dụng thể tích bình lên men là 5L.
Tiến hành thí nghiệm khảo sát quá trình lên men với tỷ lệ chuối và nước là 1:7 (w/v) tương ứng 500 gam thịt chuối với 3,5L nước.
❖ Nồng độ dịch đường trong dung dịch lên men
Nồng độ đường thích hợp nhất cho quá trình lên men là từ 8 - 20%. Khảo sát quá trình lên men với hàm lượng 15%. Tính toán khối lượng có trong 3,5 L nước được tính như sau:
Khối lượng riêng của nước thường là: D = 1000 kg/m3 = 1000 g/L
37
Cách tính hàm lượng đường được áp dụng theo công thức sau:
đườ = (
ị × C%) / 100%
- Khối lượng đường có trong 3,5 L nước với nồng độ 8% là: 280 gam với nồng độ 20% là: 700 gam
Như vậy, khối lượng đường thích hợp nhất cho quá trình lên men là 280 – 700 gam.
Trong trái chuối chín nồng độ đường được khảo sát ở bảng 1.3 và bảng 1.4 là từ 16 – 19,5%. Hàm lượng đường trong trái chuối cũng được sử dụng để thúc đẩy quá trình lên men do đó cũng cần được tính toán để xác định hàm lượng đường bổsung thêm từ bên ngoài.
Với khối lượng chuối chín sử dụng là 500 gam sẽ có hàm lượng đường từ 80 - 97,5 gam đường.
Như vậy, lượng đường bổ sung từ bên ngoài nhiều nhất là 620 gam và lượng đường bổ sung ít nhất là 182,5 gam.
Khảo sát lượng đường bổ sung là 15% tương ứng với khối lượng là 525 gam Qua đây, có thể dự đoán nồng độ đường lên men vào khoảng 17,2 – 17,78%. Với nồng độ này vẫn nằm trong khoảng nồng độ đường thích hợp cho quá trình lên men.
❖ Lượng men giống
Số lượng men giống được sử dụng thích hợp là 0,1 - 2% thể tích dịch lên men. Lựa chọn lượng men giống như sau:
- Men nấu rượu (nấm men) là 0,1% tương ứng với khối lượng là 35 gam.
- Men vi sinh Merika Fort: 1 gói = 1 gam. Thành phần vi sinh:
Bacillus subtilis: 3×107 CFU/g.
Lactobacillus acidophilus: 3×107 CFU/g.
- Sữa chua Vinamilk không đường trong 100gam thành phần có sữa (99%) còn lại là gelatin thực phẩm, chất ổn định, menStreptococus thermophilus và
Lactobacillus bulgaricus.
38
Với lượng sử dụng là 100gam dựa vào thành phần mà nhà sản xuất cung cấp thì lượng menLactic xấp xỉ 1gam.
c. Công thức tạo chế phẩm
Tiến hành thực nghiệm tạo chế phẩm sinh học theo công thức như sau:
Nước lọc: 3,5 L
Chuối Tiêu chín: 500 gam thịt quả Đường cát vàng: 525 gam
Men nấu rượu: 35 gam Men vi sinh: 1 gói = 1 gam Sữa chua: 100 gam Cám gạo: 20 gam
Thực hiện lặp lại 1 lần cùng công thức, thời gian và điều kiện tạo chế phẩm giống nhau để tiến hành so sánh nếu có sự khác biệt xảy ra.
3.1.2. Quy trình lên men chếphẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơa. Sơ đồ quy trìnhlên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm a. Sơ đồ quy trìnhlên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ
Quy trình lên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ từ nguyên liệu chuối (Musa spp.) được thực hiện theo sơ đồ sau:
39
Đường
Nước
Men giống
Bột cám gạo
Hình 3.1 Quy trình lên men chếphẩm sinh học xử lý nước thải hữu cơ b. Thuyết minh quy trình
(1) Nguyên liệu và dụng cụ
- Nguyên liệu phải được lựa chọn và chuẩn bị kỹ lưỡng đảm bảo độ tinh khiết, nguyên vẹn, không dập hay thối nát, không có lẫn tạp chất bởi nguồn nguyên liệu tốt là cơ sở để tạo ra chế phẩm tốt.
+ Chuối: lựa chọn trái đã chín hoàn toàn, còn nguyên vẹn, đảm bảo không bị dập, không có mùi thối.
+ Đường cát vàng: sử dụng loại đường có nguồn gốc rõ ràng, có bao bì nhãn mác, đảm bảo còn hạn sử dụng và phần đường còn khô không dính nước hay bị chảy nước.
+ Men nấu rượu: men sử dụng ở dạng bột mịn, có nguồn gốc rõ ràng, không bị ẩm mốc.
+ Men vi sinh: trước khi sử dụng cần lưu ý đến hạn sử dụng, phần bao bì bên ngoài đảm bảo còn nguyên vẹn không bị rách.
+ Sữa chua: cần để về nhiệt độ phòng trước khi sử dụng, sữa chua vẫn còn ở dạng đồng nhất không bị tách nước và có mùi lạ.
+ Cám gạo: sử dụng cám gạo còn khô không bị lẫn tạp chất, không có mối mọt.
- Dụng cụ cần sử dụng bao gồm: + Bát tô lớn
+ Máy xay
+ Bình chứa để lên men chế phẩm sinh học có thể tích 5L
+ Đũa khuấy: làm bằng thủy tinh hoặc bằng gỗ. Không sử dụng đũa làm từ vật liệu kim loại để tránh tạo muối kim loại gây ảnh hướng đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật.
+ Vải xô
+ Vải lọc hoặc lưới lọc
+ Bình chứa hoặc chai nhựa sử dụng để đựng chế phẩm sau khi lọc. Tất cả dụng cụ trước khi sử dụng cần được làm sạch bằng xà phòng. Tráng lại dụng cụ bằng nước nóng đun sôi với dụng cụ làm bằng sứ, thủy tinh, gỗ và nước lọc với dụng cụ làm bằng nhựa.
(2) Xử lý sơ bộ nguyên liệu
- Mục đích: đảm bảo phần nguyên liệu được sử dụng không có bụi