2. Mục tiêu nghiên cứu
1.5. Tổng quan về quá trình lên men
Lên men là sự chuyển hoá cacbonhidrat và một vài hợp chất hữu cơ khác thành những chất mới dưới tác dụng của enzyme do vi sinh vật gây ra. Lên men cũng được sử dụng rộng rãi trong sự tăng sinh khối của vi sinh vật trên môi trường sinh trưởng, sự tích lũy các sản phẩm trao đổi chất hữu ích cho con người trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật. [12]
1.5.2. Tác nhân của quá trình lên men
Tác nhân chính của quá trình lên men là các tế bào vi sinh vật, hoặc có thể là enzyme của chúng đã được chế tạo.
Tùy thuộc vào hệ enzyme từng loại vi sinh vật mà quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng thu được các phẩm khác nhau. [12]
1.5.3. Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong quá trình lên men Trongmôi trường dinh dưỡng, mỗi loài vi sinh vật đều phát triển theo các môi trường dinh dưỡng, mỗi loài vi sinh vật đều phát triển theo các
giai đoạn nhất định, có tính quy luật rõ rệt. Nghiên cứu quy luật này sẽ giúp ta có đầy đủ cơ sở khoa học điều khiển quá trình này theo mong muốn.
Quá trình phát triển của vi sinh vật trong môi trường được chia thành các giai đoạn sau:
a. Pha tiềm phát (pha lag)
Vi sinh vật mới được cấy vào môi trường chưa tăng về mặt số lượng. Những yếu tố của môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, pH môi trường, đặc biệt là chất dinh dưỡng có ảnh hưởng rất lớn đến pha tiềm phát. Nếu môi trường nuôi cấy phù hợp thì thời gian làm quen với môi trường được rút ngắn – pha tiềm phát ngắn.
Ngoài ra vấn đề chủng loài vi sinh vật cũng có liên quan nhiều đến thời gian của pha tiềm phát. Trong điều kiện thuận lợi, pha này chỉ kéo dài trong vài phút đến vài chục phút, có khi hàng giờ nếu điều kiện kém thuận lợi hơn.
b. Pha logarit (pha chỉ số)
Trong pha này, số lượng vi sinh vật tăng với tốc độ rất nhanh, vì sau khi làm quen với môi trường, vi sinh vật bắt đầu tiến hành sinh sản với tốc độ khá cao. Thời gian sinh sản của một thế hệ phụ thuộc vào loài vi sinh vật.
Sau một thời gian nuôi cấy, ở cuối pha logarit, điều kiện sinh trưởng trong môi trường thay đổi nhiều, chất dự trữ trong môi trường cạn dần, một số sản phẩm của sự trao đổi có tính độc tích tụ lại, pH môi trường thay đổi. Sự chuyển hóa năng lượng bị chậm dần. Số tế bào chết xuất hiện. Sự tăng tổng số tế bào sống chậm lại và dẫn tới các tế bào mới hình thành bằng số lượng tế bào chết và quá trình sinh trưởng bước sang pha cân bằng.
27
c. Pha cân bằng
Trong pha này, tổng số tế bào gần như không thay đổi. Hiện tượng này không có nghĩa là vi sinh vật ngừng sinh sản mà thực ra vi sinh vật vẫn sinh sản tiếp tục nhưng trong một đơn vị thời gian, số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào chết đi. Chất dinh dưỡng trong pha này giảm nhiều, điều này dẫn đến số tế bào mới sinh ra giảm, tế bào chết ngày càng nhiều. Đặc biệt là các quá trình lên men, ở pha này, vi sinh vật tích tụ nhiều sản phẩm trong môi trường.
d. Pha suy vong
Trong pha này, tổng số tế bào giảm dầm, số vi sinh vật chết nhiều hơn số vi sinh vật sinh ra. Điều này xảy ra là do điều kiện sống tạo nên, chủ yếu là các chất dinh dưỡng đã cạn kiệt trong môi trường nuôi cấy. [12]
28
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Khả năng xử lý ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước của chế phẩm sinh học(vì thời gian và không gian nghiên cứu có hạn nên đề tài này chỉ nghiên cứu tại nguồn nước thải sinh hoạt).
- Phạm vi nghiên cứu: cơ chất sử dụng: trái chuối, vi sinh vật, các chủng vi khuẩn có lợi, nấm men có lợi cho việc xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở khoa học, xây dựng quy trình tạo chế phẩm sinh học xử lý nước thải sinh hoạt ô nhiễm hữu cơ.
- Đánh giá một số chỉ tiêu trong quá trình lên men tạo chế phẩm (Các chỉ tiêu màu sắc, mùi vị, nhiệt độ, pH và mật độ vi sinh vật tổng số).
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt ô nhiễm hữu cơ.
2.2. Nguyên liệu và dụng cụsửdụng2.2.1. Nguyên liệu 2.2.1. Nguyên liệu
- Chuối Tiêu chín vàng cả phần thịt và vỏ, đảm bảo không thối - Nước sạch không chứa Clo và kim loại
- Đường cát vàng - Men nấu rượu - Men vi sinh
- Sữa chua không đường - Cám gạo
2.2.2. Dụng cụvà thiết bị
a. Dụng cụ và thiết bịlên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ
- Dụng cụ chứa: lựa chọn bình chứa trong suốt (dễ dàng quan sát hiện tượng) có chất liệu bền, đàn hồi như bình thủy tinh, bình nhựa...
- Dụng cụ xay nghiền: máy xay
29
- Dụng cụ khuấy: bằng nhựa, gỗ, không sử dụng dụng cụ kim loại để tránh tạo muối kim loại vào môi trường nuôi cấy.
- Ray lọc, vải thô: lọc bã, loại bỏ phần chất rắn không cần thiết sau quá trình
lên men
- Cân điện tử: định lượng chính xác lượng nguyên liệu tạo chế phẩm - Bút đo nhiệt độ, bút đo pH môi trường chất lỏng: theo dõi yếu tố về nhiệt độ, pH của chế phẩm.
b. Dụng cụ và thiết bị thử nghiệm mẫu nước thải
- Cốc trong suốt: sử dụng đựng mẫu nước thải thử nghiệm
- Cốc đong thể tích chất lỏng: đong chính xác lượng mẫu nước thải thử nghiệm
- Pipet và quả bóp cao su: lấy thể tích mẫu chế phẩm
- Bút đo pH môi trường chất lỏng: theo dõi pH của mẫu nước thải thử nghiệm
- Bút và sổ ghi chép
- Điện thoại: bấm giờ, chụp ảnh
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tiếp cận
- 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,
30
Phương pháp Quy trình thực tiếp cận hiện Tiếp cận sinh thái học Tiếp cận kinh tế Tiếp cận kế thừa Xây dựng quy Tiếp cận logic trình chế tạo chế
phẩm sinh học Thực nghiệm chế tạo chế phẩm, kiểm tra chất lượng chế phẩm Thử nghiệm,
đánh giá hiệu quả
xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ
Xử lý số liệu, phân tích, thống kê và trình bày kết quả
Nội dung thực hiện gây bệnh
-Điều kiện và nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật có lợi phát triển
-Điều kiện ức chế các vi sinh vật có hại phát triển Sử dụng 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
Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ
-Chuẩn bị nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị -Quy trình thực hiện
-Thực nghiệm chế tạo chế phẩm sinh học -Kiểm tra các chỉ tiêu của chế phẩm: pH chế phẩm, nhiệt độ chế phẩm, mùi vị, màu sắc và mật độ vi sinh vật.
-Thử nghiệm xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ: nước thải hữu cơ có nguồn gốc từ chất thải động vật, chất thải thực vật (nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi,...)
-Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ (trước và sau các khoảng thời gian xử lý, liều lượng xử lý, thời gian xử lý, các chỉ tiêu về pH, mùi vị, màu sắc, độ đục)
Khóa luận tốt nghiệp hoàn chỉnh
download by :
skknchat@g mail.com
2.3.1. Phương pháp kếthừa 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