.3 Cấu tạo của mô hình thí nghiệm dung tích 50 lít- 123docz.net

1. Bể kính; 2. Modul; 3. Lưới thép; 4. Đường ống; 5. Máy bơm

2.2.3.4. Tạo biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang

Các chủng vi khuẩn và nấm men được nuôi lỏng, lắc trong môi trường HKTS đối với vi khuẩn và Hansen đối với nấm men ở 30oC và 37oC trong 18h. Tiếp đó tiến hành ly tâm thu sinh khối tế bào ở 6.000 vòng/phút đối với vi khuẩn và 4.000 vòng/phút đối với nấm men trong 10 phút, 4oC. Sinh khối được rửa bằng nước cất vô trùng 2 lần, rồi hòa tan trong 1 lít nước muối sinh lý vô trùng. Tiến hành bổ sung dịch sinh khối vi sinh vật và môi trường hỗn hợp HKTS:Hansen (6:4) vào mô hình sao cho được tổng thể tích 50 lít và giá trị OD600 là 0,3. Tiến hành nuôi tĩnh tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển và tạo biofilm trên vật liệu mang.

2.2.3.5. Xác định mật độ vi sinh vật trên vật liệu mang

1cm3 vật liệu mang được thu thập và lắc trong 4,5ml dung dịch đệm PBS (Phosphate buffer solution) trong 1h theo mô tả của Félix de Castro và cs [103], tiến hành pha loãng tới hạn và xác định mật độ vi sinh vật bằng phương pháp MPN. Việc xác định mật độ vi sinh vật trên vật liệu mang được tiến hành tại các thời điểm 18, 24 và 36 giờ nuôi cấy. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần.

2.2.3.6. Quan sát cấu trúc biofilm trên vật liệu mang trên kính hiển vi điện tử quét

Các mẫu vật liệu mang được tiến hành quan sát cấu trúc biofilm trên kính hiển vi điện tử quét Hitachi S-4800 tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương theo quy trình thực hiện như sau:

- Bước 1: 1 cm3 vật liệu mang được gắn (cố định) trên lá kính sạch, mỏng có gắn poly-L-lysine 0,1% (w/v) và cho vào eppendorf có chứa dung dịch cacodylate 0,1 M.

- Bước 2: Cố định mẫu bằng 2,5-3% glutaraldehyte/cacodylate 0,1 M pH 7,2- 7,4 (1h hoặc qua đêm ở nhiệt độ 4oC).

5 1

3 2

- Bước 3: Rửa mẫu bằng dung dịch cacodylate 0,1M (5 phút/ lần x 3 lần). - Bước 4: Cố định mẫu bằng OsO4 1% trong cacodylate 0,1 M trong 1h ở nhiệt độ phòng.

- Bước 5: Rửa mẫu bằng dung dịch cacodylate 0,1 M (5 phút/lần x 2 lần). - Bước 6: Hút nước trong mẫu bằng cồn các nồng độ 50o, 70o, 80o, 90o, 100o

(5 phút/lần x 2 lần).

- Bước 7: Chuẩn bị đế gắn mẫu sử dụng giấy bạc.

- Bước 8: Hòa loãng mẫu với nồng độ thích hợp trong cồn tuyệt đối, nhỏ mẫu lên giấy bạc gắn sẵn trên đế, để khô hoàn toàn.

- Bước 9: Phủ mẫu bằng một lớp dẫn điện Pt – Pd và tiến hành soi mẫu

2.2.4. Đánh giá khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang

2.2.4.1. Xử lý sơ bộ vật liệu và thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm dung tích 50 lít và xử lý sơ bộ vật liệu mang được thiết kế như mục 2.2.3, triển khai tại phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học môi trường, viện Công nghệ sinh học vào tháng 4 năm 2016.

2.2.4.2. Tạo biofilm trên vật liệu mang

Tiến hành tạo biofilm trên vật liệu mang theo mô tả ở mục 2.2.3 ở thời gian mật độ vi sinh vật trên vật liệu đạt cao nhất. Tiếp đó hút nhẹ hết dịch môi trường nuôi cấy và rửa nhẹ vật liệu mang bằng nước cất trong 2 lần để loại bỏ các vi sinh vật ở dạng tự do.

2.2.4.2. Vận hành mô hình thí nghiệm

Thí nghiệm đánh giá khả năng phân hủy dầu DO: Bổ sung nước máy và dầu DO với nồng độ 67.556 mg/l vào mô hình và vận hành mô hình thí nghiệm.

Thí nghiệm đánh giá khả năng phân hủy hydrocarbon thơm: Bổ sung nước máy và các thành phần hydrocarbon thơm bao gồm phenol, anthracene, pyrene và flourene với nồng độ 50 mg/l vào mô hình và vận hành mô hình thí nghiệm.

Các thí nghiệm đối chứng được thực hiện bằng cách bổ sung các thành phần dầu DO và hydrocarbon thơm ở cùng nồng độ trong mô hình có vật liệu mang nhưng không có vi sinh vật ở cùng các điều kiện thí nghiệm khác.

2.2.5. Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 50 lít

2.2.5.2. Tạo biofilm trên vật liệu mang

2.2.5.3. Vận hành mo hình thí nghiệm

Bổ sung 50 lít nước thải nhiễm dầu đã pha loãng vào mô hình và vận hành hệ thống đảo trộn và sục khí để biofilm vi sinh vật tiến hành phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải.

Thí nghiệm đối chứng được thực hiện bằng cách bổ sung 50 lít nước thải nhiễm dầu ở cùng nồng độ pha loãng trong mô hình có vật liệu mang nhưng không có vi sinh vật.

Hình 2.4. Mô hình thí nghiệm dung tích 50 lít

Hình 2.5. Mô hình thí nghiệm đối chứng dung tích 50 lít

2.2.5.4. Xác định hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu

Hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu được xác định sau 3, 5 và 7 ngày xử lý bằng các biện pháp phân tích hóa học theo tiêu chuẩn TCVN 5070:1995, GC, GSMC và HPLC. Mỗi mẫu phân tích được lặp lại 3 lần.

2.2.6. Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 300 lít

tốt nhất và đem lại hiệu quả xử lý các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu cao nhất để tiếp tục đánh giá khả năng xử lý nước thải nhiễm dầu ở hệ thống 300 lít.

2.2.6.1. Xử lý sơ bộ vật liệu mang

Vật liệu mang được xử lý sơ bộ như mục 2.2.3. Vật liệu được cắt thành các tấm có kích thước 85*85*15cm.

2.2.6.2. Thiết kế hệ thống 300 lít thí nghiệm

Hệ thống 300 lít được triển khai thí nghiệm theo 2 nguyên lý là xử lý theo mẻ và xử lý liên tục để đáp ứng các yêu cầu khác nhau trong xử lý nước thải nhiễm dầu trong thực tế.

a, Hệ thống xử lý theo mẻ

Hệ thống được thiết kế theo nguyên lý xử lý theo mẻ áp dụng kỹ thuật biofilm tầng tĩnh được mô tả bởi Burghate & Ingole [102] với dung lượng 300 lít/mẻ được triển khai tại Trại thực nghiệm sinh học, Cổ Nhuế - Hà Nội vào tháng 7 năm 2016. Hệ thống gồm 3 bộ phận chính: bể xử lý, hệ thống bơm tuần hoàn và hệ thống phân phối khí.

Bể xử lý: kích thước 100*100* 50cm (dài*rộng*cao), dung tích vận hành 300 lít. Trong mỗi bể xử lý được lắp đặt các module vật liệu mang kích thước 85*85*15cm (dài*rộng*cao). Tỷ lệ thể tích vật liệu mang: dung tích vận hành bể xử lý là 1:5.

Hệ thống bơm tuần hoàn: Hệ thống bơm tuần hoàn bao gồm máy bơm lifetech AP 3100 và đường ống PVC phi 21, hút chất lỏng từ đáy bể và phân phối đều lên trên bề mặt hệ thống màng sinh học. Lưu lượng đảo trộn là 1350 lít/h.

Hệ thống phân phối khí: Hệ thống phân phối khí sử dụng máy nén khí. Mỗi bể được bố trí 6 đĩa phân phối khí RSD 270mm, lưu lượng không khí 100 lít/phút/đĩa.

b, Hệ thống xử lý liên tục

Hệ thống được thiết kế theo nguyên lý xử lý liên tục áp dụng kỹ thuật biofilm tầng tĩnh được mô tả bởi Burghate & Ingole [102] với dung lượng 300 lít/ngày được triển khai tại Viện Công nghệ Sinh học vào tháng 7 năm 2016. Hệ thống gồm 5 bộ phận chính: hệ thống cấp đầu vào, bể xử lý, hệ thống bơm tuần hoàn, hệ thống phân phối khí và bồn chứa nước đầu ra.

Hình 2.6. Cấu tạo hệ thống xử lý 300 lít/ngày

Hệ thống cấp đầu vào: bao gồm bồn chứa nước thải nhiễm dầu bằng nhựa và máy bơm. Nước thải được cấp từ bồn chứa vào bể xử lý bằng máy bơm định lượng Cheonsei KS-22-PTC-HWS-S.

Bể xử lý: bao gồm 02 bể có kích thước 1,5*1*1,2m (dài*rộng*cao), dung tích vận hành 1,5m3/bể. Bể được cấu tạo bằng inox SS304 chống ăn mòn. Trong mỗi bể xử lý được lắp đặt các module vật liệu mang kích thước 85*85*15cm (dài*rộng*cao). Tỷ lệ thể tích vật liệu mang: dung tích vận hành bể xử lý là 1:5.

Hệ thống phân phối khí: Hệ thống phân phối khí sử dụng máy nén khí Wing TM 0.1/8. Mỗi bể được bố trí 6 đĩa phân phối khí RSD 270mm, tổng lưu lượng không khí 100 lít/phút.

(c)

Hình 2.7. Sơ đồ bố trí hệ thống module vật liệu mang, đĩa phân phối khí trong bể xử lý (a,c) và cấu tạo khung giữ vật liệu mang (b)

1 Dây phi 3, khung lưới 4 Ecu M8, long đen,vênh, inox

2 Tai định vị (trượt trong hèm) 5 Bulong M8, dài 115, inox 3 Miếng tăng cứng góc lỗ phi 9 6 Hộp 10x10, inox, làm khung

2.2.6.3. Tạo biofilm trên vật liệu mang

Các chủng vi khuẩn và nấm men được nuôi lỏng, lắc trong môi trường HKTS đối với vi khuẩn và Hansen đối với nấm men ở 30 và 37oC trong 18h. Tiếp đó tiến hành ly tâm thu sinh khối tế bào ở 6000 vòng/phút đối với vi khuẩn và 4000 vòng/phút đối với nấm men trong 10 phút, 4oC. Sinh khối được rửa bằng nước cất vô trùng 2 lần, rồi hòa tan trong 1 lít nước muối sinh lý vô trùng. Tiến hành bổ sung dịch sinh khối vi sinh vật và môi trường hỗn hợp HKTS:Hansen (6:4) vào mô hình sao cho được tổng thể tích 50 lít và giá trị OD600 là 0,3. Nuôi trong nhiệt độ phòng, sục khí liên tục trong 24h. Tiếp đó bổ sung dịch sinh khối vi sinh vật và môi trường HKTS:Hansen (6:4) vào bể xử lý sao cho được tổng thể tích 1500 lít và giá trị OD600 là 0,3. Nuôi tĩnh tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển tạo biofilm trên vật liệu mang. Sau khi biofilm có mật độ vi sinh vật đạt yêu cầu, tiến hành hút dịch nuôi và rửa nhẹ module vật liệu bằng nước cất.

2.2.6.4. Vận hành hệ thống xử lý

Hệ thống xử lý theo mẻ: cấp 300 lít nước thải nhiễm dầu vào bể xử lý và vận hành các hệ thống đảo trộn và sục khí. Thí nghiệm đối chứng được thực hiện trên bể xử lý không bổ sung vi sinh vật tạo biofilm trên vật liệu.

Hệ thống xử lý liên tục: Vận hành hệ thống xử lý với dung lượng cấp vào 1,25 l/h (300l/ngày). Các hệ thống đảo trộn và sục khí được vận hành để tăng cường khả năng xử lý của biofilm. Thí nghiệm đối chứng được thực hiện trên

cùng hệ thống, tuy nhiên không bổ sung vi sinh vật tạo biofilm trên vật liệu.

2.2.6.5. Xác định hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu

Hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu được xác định sau 5, 7 và 14 xử lý bằng các biện pháp phân tích hóa học theo tiêu chuẩn TCVN 5070:1995, GC, GSMC và HPLC. Mỗi mẫu phân tích được lặp lại 3 lần.

2.2.7. Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải

nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 20m3

Biofilm các chủng vi sinh vật trên vật liệu mang phù hợp tiếp tục được đánh giá khả năng xử lý các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu tại kho xăng dầu Đỗ Xá, Thường Tín, Hà Nội. Thời gian thực hiện trong tháng 5 năm 2019.

2.2.7.1.Xử lý sơ bộ vật liệu mang

Vật liệu mang được xử lý sơ bộ như mục 2.2.3. Vật liệu được cắt thành các tấm có kích thước 120*100*20cm.

2.2.7.2.Thiết kế hệ thống xử lý

Hệ thống xử lý được thiết kế xử lý theo mẻ với dung tích 20m3/mẻ theo nguyên lý kỹ thuật biofilm tầng tĩnh được mô tả bởi Burghate & Ingole [102]. Hệ thống bao gồm 05 bộ phận chính: Bể xử lý, các module vật liệu mang, hệ thống đảo trộn, hệ thống cấp khí và bể khử trùng.

Hình 2.8. Mô hình xử lý 20m3/mẻ

Bể xử lý: Bể xử lý được thiết kế bằng bê tông chống thấm đặt chìm dưới lòng đất, kích thước bể 6,8*3*1,5m, dung tích vận hành 20m3.

Module vật liệu mang: Trong bể xử lý được đặt 20 module vật liệu mang. Mỗi module được thiết kế bao gồm khung module và vật liệu mang với kích thước

120*100*20cm. Khung module được cấu tạo từ inox không gỉ SS304, trên khung được bố trí đường cấp khí và đĩa phân phối khí để cung cấp khí cho biofilm vi sinh vật trong quá trình xử lý. Vị trí đặt vật liệu mang được bao ngoài bằng lưới inox không gỉ để cố định vật liệu bên trong.

(a) (b)

Hình 2.9. Cấu tạo khung module (a) và module vật liệu mang (b)

Hệ thống đảo trộn: Hệ thống đảo trộn sử dụng máy bơm Pedrollo NGA 1A với lưu lượng đảo trộn là 12.000 lít/h. Hệ thống cấp khí sử dụng máy nén khí, cấp không khí thông qua đĩa phối khí RSD 270mm, lưu lượng không khí 100 lít/phút/đĩa.

2.2.7.3. Tạo biofilm trên vật liệu mang

Việc tạo biofilm trên vật liệu mang được triển khai trên các bể 1,5m3. Phương pháp tiến hành được thực hiện như mô tả tại mục 2.2.5.3.

2.2.7.4. Vận hành hệ thống

Vật liệu mang sau khi được tạo biofilm được lắp đặt vào các module trong bể xử lý. Nước thải nhiễm dầu tại kho xăng dầu được xử lý bằng hệ thống tuyển nổi trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học.

Hệ thống xử lý được vận theo mẻ 20m3/mẻ. Trong quá trình xử lý được đảo trộn và cấp khí liên tục. Nước thải sau khi xử lý đạt yêu cầu QCVN 40:2011/BTNM, được chuyển sang bể khử trùng bằng chlorine và để lắng 2 ngày trước khi xả ra ngoài môi trường

Thí nghiệm đối chứng được thực hiện trên cùng hệ thống với các module vật liệu mang không được bổ sung vi sinh vật tạo biofilm.

2.2.7.5. Xác định hàm lượng các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu

định sau 5 ngày, 7 ngày và 14 xử lý bằng các biện pháp phân tích hóa học theo tiêu chuẩn TCVN 5070:1995, GC, GSMC và HPLC. Mỗi mẫu phân tích được lặp lại 3 lần.

2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được xử lý bằng phương pháp thống kê

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật

Sáu chủng vi khuẩn và bốn chủng nấm men được nuôi cấy trên các ống eppendorf và theo dõi khả năng hình thành biofilm sau 24h. Khả năng tạo biofilm được đánh giá bằng việc bắt màu tím tinh thể và độ hấp phụ của tím tinh thể tại bước sóng 570nm, kết quả được trình bày ở Hình 3.1.

Hình 3.1. Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật

So với chủng Acinetobacter calcoaceticus P23 là đối chứng dương (OD570

đạt 11,04), các chủng Acinetobacter sp. QN1 và Bacillus sp. B8 cho khả năng hình thành biofilm ở mức khá tốt sau 24h nuôi cấy, chỉ số OD570 đạt từ 9,58 đến 12,06. Đặc biệt 05 chủng Debaryomyces sp. BN5, Serratia sp. DX3, Debaryomyces sp. QNN1, Debaryomyces sp. QN5 và Trichosporon sp. B1 có khả năng hình thành biofilm rất tốt với OD570 đạt từ 15,23 đến 27,4. Hai chủng Bacillus sp. HY1 và

Rhodotorula sp. QNB3 có khả năng hình thành biofilm thấp nhất trong số các chủng

thí nghiệm.

Bảy chủng vi sinh vật bao gồm 4 chủng vi khuẩn Acinetobacter sp. QN1,

.3 Cấu tạo của mô hình thí nghiệm dung tích 50 lít

Vật liệu mang vi sinh