4. Nội dung nghiên cứu
3.3Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải hồ nuôi tôm của chế phẩm lỏng từ chủng
Rhodobacter capsulatus
Nước thải sau khi thu thập về từ các ao nuôi tôm ở Thăng Bình, Quảng Nam được lọc để loại bỏ cặn, chất thải rắn và được đưa đi tiệt trùng ở nhiệt độ 121◦ C trong thời gian
2E+09 2.5E+09 3E+09 3.5E+09 4E+09 4.5E+09 1 15 30 45 60 Mật độ tế bào (CFU/m l)
Thời gian (Ngày)
30
15 phút. Nước thải sau tiệt trùng được pha loãng với nước cất 10 lần và đưa đi xác định các thông số đầu vào như sau:
Bảng 3.4. Đặc điểm nước thải ao nuôi tôm ban đầu.
Thông số Đơn vị Giá trị
QCVN 40:2011/BTNMT Cột A Cột B pH - 6,7 6,0 – 9,0 5,5 – 9,0 NH4+-N mg/l 33,43 5 10 COD mg/l 1896 75 150 BOD5(20OC) mg/l 476 30 50
Từ kết quả trên cho thấy mức độ ô nhiễm của nước thải ao nuôi tôm tại địa điểm nghiên cứu khá cao chỉ có pH là đạt theo QCVN 40:2011/BTNMT, nước thải tại khu vực nghiên cứu ô nhiễm vì: NH4+-N cao gấp 3,34 lần, COD cao gấp 12,64 lần, BOD5 cao gấp 9,52 lần tiêu chuẩn xả thải ra môi trường so với cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia (QCVN 40:2011).
Tiến hành bố trí xử lý nước thải theo 2 lô thí nghiệm (lô TN1: nước thải không xử lý và lô TN2: xử lý nước thải bằng chế phẩm lỏng từ chủng Rhodobacter capsulatus bổ sung 10% trong các bình 5l với các điều kiện cố định: pH = 7, nhiệt độ 30-32◦C và chiếu sáng tự nhiên. Nghiên cứu được tiến hành trong 12 ngày để xác định sự thay đổi của các chỉ tiêu NH4+-N, COD sau mỗi 3 ngày thí nghiệm, pH và BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra sau 12 ngày xử lý.
a. Sự thay đổi của hàm lượng NH4+ trong nước thải
31
Hình 3.7. Sự thay đổi hàm lượng NH4+ sau 12 ngày xử lý.
Kết quả ở hình 3.7 cho thấy sau 12 ngày xử lý hàm lượng NH4+ ở lô thí nghiệm đối chứng là nước thải không xử lý bằng chế phẩm nồng độ NH4+ không có sự thay đổi do vi sinh có trong nước thải không còn tồn tại sau khi hấp ở nhiệt độ cao. Ở lô thí nghiệm dùng chế phẩm để xử lý hàm lượng NH4+ sau 12 ngày xử lý giảm còn 12,43 mg/l (hiệu suất 68%). Nước thải đầu ra có chỉ tiêu NH4+ đạt điều kiện xả thải loại B QCVN 40:2011/BTNMT. Sự giảm của hàm lượng NH4+ trong nước thải do quá trình đồng hóa kị khí của vi khuẩn Rhodobacter capsulatus. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Xuejiao Huang và cộng sự (2018) nhận thấy chủng vi khuẩn Rhodobacter sp. có khả năng xử lý amoni trong nước thải cảnh quan đạt 99,76% sau khi đã chỉ ra sự dư thừa amoni là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng. Việc không phát hiện NO2- -N và NO3-N trong các thí nghiệm của ông chỉ ra có thể chủng vi khuẩn này làm giảm amoni trong nước ở điều kiện kỵ khí do quá trình đồng hóa (Huang et al., 2018).Trong quá trình phát triển, vi khuẩn quang dưỡng sử dụng NH4+ làm nguồn nitrogen.Vi khuẩn quang hợp Rhodobacter capsulatus, hoạt động của nitrogenase được điều chỉnh bởi ADP-ribosyl hóa của thành phần II để phản ứng với việc bổ sung amoni vào môi trường nuôi cấy hoặc loại bỏ ánh sáng. Kích thích amoni dẫn đến ức chế nhanh chóng và gần như hoàn toàn hoạt động khử axetylen in vivo, được gọi là quá trình tắt, được đảo ngược sau khi amoni cạn kiệt (Pierrard et al., 1993).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2 4 6 8 10 12 14 Nồng đ ộ [N H4+ -N]
Thời gian (ngày)
32
b. Sự thay đổi của hàm lượng COD
Sự thay đổi hàm lượng COD sau 12 ngày xử lý được thể hiện ở hình 3.8.
Hình 3.8. Sự thay đổi hàm lượng COD sau 12 ngày xử lý.
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.8 cho thấy, sự thay đổi hàm lượng COD ở hai lô thí nghiệm là khác nhau. Ở lô thí nghiệm nước thải không sử dụng chế phẩm để xử lý không có sự thay đổi sau 12 ngày. Ở lô TN 2, sau 12 ngày xử lý bằng chế phẩm vi sinh
Rhodobacter capsulatus hàm lượng COD đạt còn 126,4 (mg/l) (hiệu suất 93,3%), đảm bảo yêu cầu của nước thải đầu ra cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT. Sở dĩ có sự giảm COD trong nước thải do vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ và sử dụng chúng như nguồn cơ chất cho hoạt động sống và phân chia. Theo nghiên cứu của Die Dong và cộng sự (2021) cho thấy khi sử dụng chủng Rhodobacter sphaeroides S1 để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản loại bỏ tối đa 65,45% COD trong mẫu nước thải so với ban đầu (Dong et al., 2021) Như vậy sau khi bước đầu khảo sát khả năng xử lý nước thải ao nuôi bằng chế phẩm vi sinh từ chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus, nước thải đạt các chỉ số sau:
Bảng 3.5. Đặc điểm nước thải ao nuôi tôm sau khi xử lý.
Thông số Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/BTNMT Cột A Cột B Đầu vào Đầu ra pH - 6,7 7,2 6,0 – 9,0 5,5 – 9,0 NH4+-N mg/l 27,9 12,43 5 10 COD mg/l 1896 126,4 75 150 BOD5(20OC) mg/l 476 48 30 50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 2 4 6 8 10 12 14 Hàm lượ ng COD
Thời gian (Ngày)
33
Từ kết quả khảo sát thể hiện ở bảng 3.5 nhận thấy, sau 12 ngày xử lý bằng chế phẩm lỏng từ chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus các chỉ tiêu chất lượng pH, NH4+-N, COD, BOD5 của nước thải hồ nuôi tôm đều đảm bảo yêu cầu của nước thải đầu ra cột B theo QCVN 40:2011/BTNMT.
34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu trên đây, chúng tôi rút ra được một số kết luận sau: 1. Đã xây dựng được quy trình tạo chế phẩm lỏng từ chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus với các điều kiện xác định sau đây: môi trường DSMZ 27 cải tiến có bổ sung 2 (g/l) bột đậu nành với tỉ lệ tiếp giống 10%.
2. Đánh giá được chất lượng của chế phẩm trong 2 điều kiện bảo quản là chiếu sáng tự nhiên và che tối và xác định được che tối là điều kiện bảo quản phù hợp.
3. Bước đầu khảo sát hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm từ chế phẩm đã tạo cho thấy: sau 12 ngày xử lý các chỉ tiêu xử lý NH4+ giảm 68%, COD giảm 93,3%, và BOD5 giảm 89,92%, nước thải đầu rađạt điều kiện xả thải theo cột B của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải (QCVN 40:2011/BTNMT).
2. Kiến nghị
1. Khảo sát nghiên cứu công thức tạo chế phẩm rắn từ chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus.
2. Tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng chế phẩm từ chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus.
35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Arulampalam, P., Yusoff, F. M., Shariff, M., Law, A. T., & Srinivasa Rao, P. S. (1998). Water quality and bacterial populations in a tropical marine cage culture farm.
Aquaculture Research, 29(9), 617–624.
Bergey, Brenner, D. J., Krieg, R., Staley, J. T., & Garrity, G. M. (2001). Manual of Systematic Bacteriology: Volume Two The Proteobacteria Part C The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteobacteria. In Bergey’s Manual of Bacterial Systematics (Vol. 2, Issue 2).
Binkley, W. W., & Wolform, M. L. (1953). Composition of Came Juce and Cane Final Molasses. Advances in Carbohydrate Chemistry, 8(C), 291–314.
Bonam, D., Lehman, L., Roberts, G. P., & Ludden, P. W. (1989). Regulation of carbon monoxide dehydrogenase and hydrogenase in Rhodospirillum rubrum: Effects of CO and oxygen on synthesis and activity. Journal of Bacteriology, 171(6), 3102–3107. Đặng Thị Hoàng Oanh, & Nguyễn Thanh Phương. (2012). Các bệnh nguy hiểm trên tôm
nuôi ở đồng bằng sông Cửu Long. Tạp Chí Khoa Học, 22c, 106–118.
Đỗ Thị Liên. (2016). Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn tía quang hợp để xử lý Sulfide trong các nguồn nước ô nhiễm. 1–25.
Dong, D., Sun, H., Qi, Z., & Liu, X. (2021). Improving microbial bioremediation efficiency of intensive aquacultural wastewater based on bacterial pollutant metabolism kinetics analysis.
Ehrenreich, A., & Widdel, F. (1994). Anaerobic oxidation of ferrous iron by purple bacteria, a new type of phototrophic metabolism. Applied and Environmental Microbiology, 60(12), 4517–4526.
Elder, D. J. E., Morgan, P., & Kelly, D. J. (1992). Evidence for two differentially regulated phenylpropenoyl-coenzyme A synthetase activities in Rhodopseudomanas palustris.
FEMS Microbiology Letters, 98(1–3), 255–260.
Ensign, S. A., & Ludden, P. W. (1991). Characterization of the CO oxidation/H2 evolution system of Rhodospirillum rubrum: Role of a 22-kDa iron-sulfur protein in mediating electron transfer between carbon monoxide dehydrogenase and hydrogenase. Journal of Biological Chemistry, 266(27), 18395–18403.
Garcia, D., Parot, P., Verméglio, A., & Madigan, M. T. (1986). The light-harvesting complexes o f a thermophilic purple sulfur photosynthetic Several biophysical properties ( absorption , fluorescence , linear dichroism ) are reported for the chromato- phore membranes of the thermophilic purple sulfur bacterium , Chr.
Biochimica et Biopl~vsica A Cta, 850(1986), 390–395.
Hiền, T. (2020). Dự báo thương mại thủy sản toàn cầu và TOP 10 nước nhập khẩu thủy sản hàng đầu thế giới đến năm 2030. Tổng Cục Thủy Sản.
Huang, X., Ni, J., Yang, C., Feng, M., Li, Z., & Xie, D. (2018). Efficient ammonium removal by bacteria rhodopseudomonas isolated from natural landscape water: China case study. Water (Switzerland), 10(8).
36
Hương, P. T., & Hạnh, V. V. (2018). Lựa chọn điều kiện lên men cho sự sinh trưởng chủng Bacillus subtilis BSVN 15 ứng dụng sản xuất chế phẩm probiotic trong chăn nuôi. In
Tạp chí Công nghệ Sinh học (Vol. 16, Issue 1, pp. 167–172).
Imhoff, J. F., Truper, H. G., & Pfennig, N. (1984). Rearrangement of the species and genera of the phototrophic “purple nonsulfur bacteria.” International Journal of Systematic Bacteriology, 34(3), 340–343.
Imhoff, Johannes F. (2017). Anoxygenic phototrophic bacteria from extreme environments. Modern Topics in the Phototrophic Prokaryotes: Environmental and Applied Aspects, 427–480.
Kantachote, D., & Chaiprapat, S. (2010). The use of the purple non sulfur bacterium isolate P1 and fermented pineapple extract to treat latex rubber sheet wastewater for possible use as irrigation water. African Journal of Microbiology Research, 4(23), 2604–2616. Kobayashi, H. A., Stenstrom, M., & Mah, R. A. (1983). Use of photosynthetic bacteria for hydrogen sulfide removal from anaerobic waste treatment effluent. Water Research,
17(5), 579–587.
Lê Trần Tiểu Trúc, L. T., Trang, Ái, Đ. T. T., Ngọc, N. T. H., Trang, Đ. T. T., Nữ, P. V., & Trang, N. T. D. (2018). Hiện trạng quản lý và xử lý chất thải từ ao nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) thâm canh tại tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau. Can Tho University Journal of Science, 54(1), 82.
Liên, Đ. T., Phương, N. T. D., Thùy, N. T. B., Uyên, Đ. T. T., & Khánh, Đ. D. (2014). Ảnh hưởng của chế phẩm vi khuẩn tía quang hợp đến chất lượng môi trường ao nuôi cá rô phi thâm canh Effect of Bioproduct of Purple Photosynthetic Bacteria on Environmental Quality of Pond under Intensive Tilapia Farming. Tạp Chí Khoa Học và Phát Triển, 12(3), 379–383.
Lueking, D., Pike, L., & Sojya, G. (1976). Glycerol utilization by a mutant of Rhodopseudomonas capsulata. Journal of Bacteriology, 125(2), 750–752.
Lương Hữu Thành, Vũ Thúy Nga, L. T. T. T. (2013). Tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật để xử lý nước thải của nhà máy chế biến tinh bột sắn. Journal of Chemical Information and Modeling, 53(9), 1689–1699.
Madigan, M. T., & Jung, D. O. (2009). An Overview of Purple Bacteria: Systematics, Physiology, and Habitats. 1–15.
Madukasi, E. I., Dai, X., He, C., & Zhou, J. (2010). Potentials of phototrophic bacteria in treating pharmaceutical wastewater. International Journal of Environmental Science and Technology, 7(1), 165–174.
Merrick, M. J., & Edwards, R. A. (1995). Nitrogen control in bacteria. Microbiological Reviews, 59(4), 604–622.
Mirzoyan, N., Parnes, S., Singer, A., Tal, Y., Sowers, K., & Gross, A. (2008). Quality of brackish aquaculture sludge and its suitability for anaerobic digestion and methane production in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Aquaculture,
279(1–4), 35–41.
Myers, J. A., Curtis, B. S., & Curtis, W. R. (2013). Improving accuracy of cell and chromophore concentration measurements using optical density. BMC Biophysics.
37
Nguyễn Lân Dũng, Quyến, ; Nguyễn Đình, & Phạm Văn Ty. (2001). Giáo trình Vi sinh vật học (p. 180).
Nguyễn Thị Hằng Nga1, N. L. H., Hiệp, T. K., Tâm, N. K. B., & Thành, L. H. (2016).
Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật để xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn làm phân hữu cơ sinh học. 282–288.
Nguyễn Thị Thảo Nguyên, Lê Minh Long, H. B. và N. T. D. T. (2012). Khả năng xử lý nước nuôi thủy sản thâm canh bằng hệ thống đất ngập nước kiến tạo. Tạp Chí Khoa Học, Trường Đại Học Cần Thơ, 1, 198–205.
Panwichian, S., Kantachote, D., Wittayaweerasak, B., & Mallavarapu, M. (2010). Factors affecting immobilization of heavy metals by purple nonsulfur bacteria isolated from contaminated shrimp ponds. World Journal of Microbiology and Biotechnology,
26(12), 2199–2210.
Pfennig, N. (1969). Rhodopseudomonas acidophila, sp. n., a new species of the budding purple nonsulfur bacteria. Journal of Bacteriology, 99(2), 597–602. https://doi.org/10.1128/jb.99.2.597-602.1969
Pfennig, Norbert. (1974). Rhodopseudomonas globiformis, sp. n., a new species of the Rhodospirillaceae. Archives of Microbiology, 100(1), 197–206.
Phan Thị Hồng Ngân, P. K. L. (2012). Đánh giá khả năng xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản nước lợ của bể lọc sinh học hiếu khí có lớp đệm ngập nước Tạp chí khoa học, Đại Học Huế, 113–122.
Pierrard, J., Ludden, P. W., & Roberts, G. P. (1993). Posttranslational regulation of nitrogenase in Rhodobacter capsulatus: Existence of two independent regulatory effects of ammonium. Journal of Bacteriology, 175(5), 1358–1366.
Quayle JR, and K. D. (1959). Carboxydismutase activity in formate- and oxalate-grown Pseudomonas oxalaticus (strain OX1). Preliminary notes, 31, 587–588.
R.FULLER. (1989). Probiotics in man and animals. Journal of Applied Bacteriology,
66(5), 365–378.
Rengpipat, S., Phianphak, W., Piyatiratitivorakul, S., & Menasveta, P. (1998). Effects of a probiotic bacterium on black tiger shrimp Penaeus monodon survival and growth.
Aquaculture, 167(3–4), 301–313.
Sasikala, C., & Ramana, C. V. (1995). Biotechnological Potentials of Anoxygenic Phototrophic Bacteria. I. Production of Single-Cell Protein, Vitamins, Ubiquinones, Hormones, and Enzymes and Use in Waste Treatment. Advances in Applied Microbiology, 41(C), 173–226.
Tabita, F. R. (2006). The Biochemistry and Metabolic Regulation of Carbon Metabolism and CO2 Fixation in Purple Bacteria. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria, 885–914.
Tổng quan ngành tôm. (n.d.).
V.T.Hạnh, Phượng, L. B., Hưng, L. T., Vân, T. T. H., & Phong, T. T. (2007). Sản xuất và thương mại hóa các sản phẩm sinh học dùng trong nuôi trồng thủy sản.pdf.
Van Niel, C. B. (1944). The Culture, General Physiology, Morphology, and Classification of the Non-Sulfur Purple and Brown Bacteria. Bacteriological Reviews, 8(1), 1–118.
38
Vieira, R. H. S. F., & Volesky, B. (2000). Biosorption: a solution to pollution?
International Microbiology, 3(1), 17–24. https://doi.org/10.2436/im.v3i1.9237
Weaver, P. F., Wall, J. D., & Gest, H. (1975). Characterization of Rhodopseudomonas capsulata.ArchivesofMicrobiology, 105(1), 207–216.
Wen, S., Liu, H., He, H., Luo, L., Li, X., Zeng, G., & Zhou, Z. (2016). Bioresource Technology Treatment of anaerobically digested swine wastewater by Rhodobacter blasticus and Rhodobacter capsulatus. Bioresource Technology, 222, 33–38.
39
PHỤ LỤC Thành phần các môi trường
Môi trường DSMZ 27 (Doutch samlung microorganisms zentrum 27) (J. F. Imhoff et al.,
1984) Thành phần môi trường DSMZ 27 lỏng (g/l) Cao nấm men 0,3 Succinate - Na 1 Acetate 0,5 K2HPO4 1 KH2PO4 0,5 MgSO4.7H2O 0,4 CaCl2.2H2O 0,05 NH4Cl 0,4 Vi lượng SL6 (*) 1 ml Vitamin B12 (**) 0,4 ml Nước cất 1000 ml pH 6,8
Thành phần môi trường thạch: Môi trường DSMZ 27 bổ sung 2% agar (*) Dung dịch vi lượng SL6 (mg/l): HCl (25%) 6,5 ml FeCl2.4H2O 1,5 g H3BO3 0,3 g MnCl2.2H2O 0,03 g CoCl2.6H2O 0.2 g ZnSO4. 7H2O 0,1 g CuCl2. 2H2O 17 mg NiCl2. 6H2O 24 mg Na2MoO4.2H2O 36 mg H2O 993 ml
(**) Dung dịch vitamin B12: 10 mg trong 100 ml nước cất, bổ sung vào môi trường trước khi sử dụng.
Thành phần môi trường DSMZ 27 cải tiến
KH2PO4 0,5 g/l
NH4Cl 0,4 g/l
40
Nước cất 1000 ml