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 bẩn, giảm đáng kể hoặc không có hóa chất từ thuốc bảo vệ thực vật trong trồng cây và tạp chất trong quá trình luân chuyển.
- Dụng cụ: bát tô lớn, bao tay.
Sử dụng bao tay lột vỏ và giữ lại phần thịt chuối. Phần thịt chuối được chứa trong bát tô đã được làm sạch.
(3) Xay nhuyễn (hoặc bóp nát)
- Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào của nguyên liệu chuối, góp phần tiêu thụ nguồn chất hữu cơ của hệ vi sinh chế phẩm một cách thuận lợi.
41
- Dụng cụ: máy xay hoa quả hoặc bao tay và bình chứa dùng để lên men mẫu chế phẩm.
Cho phần chuối đã được lột vỏ vào trong máy xay và xay nhuyễn trong khoảng 1 – 2 phút. Hoặc sử dụng bao tay và bóp nát phần thịt chuối. Cho phần thịt chuối đã được xay nhuyễn hoặc bóp nát vào bình chứa đã được làm sạch trước đó.
(4) Tạo môi trường nuôi cấy
-Mục đích: cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng phát triển. Thêm vào bình chứa đã có phần chuối đã được sơ chế một lượng đường và
nước đã định lượng từ trước để tạo môi trường nuối cấy. (5) Khuấy trộn
- Mục đích: khuấy trộn tạo môi trường nuôi cấy đồng đều. - Dụng cụ: đũa khuấy
Sử dụng đũa khuấy, khuấy đều phần hỗn hợp trong 1 phút sao cho các nguyên liệu được trộn đều.
(6) Cấy giống
- Mục đích: đưa vi sinh vật vào môi trường nuôi cấy để tiến hành quá trình sinh trưởng phát triển
- Dụng cụ: đũa khuấy
Cho vào bình hỗn hợp lượng men rượu để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men. Sau đó bổ sung phần men vi sinh và sữa chua vào bình hỗn hợp. Sử dụng đũa khuấy, khuấy đều phần hỗn hợp để phân bổ đồng đều men giống trong môi trường nuôi cấy.
(7) Bổ sung chất mang
- Mục đích: tạo chất mang đảm bảo quá trình sinh trưởng, duy trì ổn định mật độ của các vi sinh vật.
Rắc bột cám gạo bao phủ lên toàn bộ bề mặt của hỗn hợp.
(8) Lên men
- Mục đích: tăng sinh khối hệ vi sinh vật được đưa vào môi trường nuôi cấy. - Dụng cụ: vải xô
Phủ lớp vải lên miệng bình chứa để đảm bảo có oxy đi vào bên trong bình chứa và chặn được một phần tạp chất từ bên ngoài (có thể sử dụng phần nắp để đậy lên, không vặn).
42
Tiến hành lên men dung dung dịch ở điều kiện nhiệt độ thường từ 27 – 35oC, tránh ánh sáng trực tiếp của Mặt Trời. Trong quá trình lên men, định kỳ 1 ngày 2 lần thực hiện động tác khuấy đảo phần dung dịch để tạo oxy và dung dịch được đồng nhất.
(9) Lọc
- Mục đích: loại bỏ phần chất rắn và tế bào nấm men, tạo độ trong cho sản phẩm.
- Dụng cụ: vải lọc/ lưới lọc, bình chứa
Đổ phần dung dịch cần lọc qua lưới lọc vào bình chứa đã được làm sạch và bảo quản ở nơi thoáng mát. Sau quá trình lọc với khối lượng nguyên liệu đã sử dụng thu được 4L chế phẩm sinh học.
3.2. Kết quả đánh giá sản phẩm
3.2.1. Kết quảkhảo sát quá trình lên mena. Nhiệt độ chế phẩm a. Nhiệt độ chế phẩm
Nhiệt độ trong bình chế phẩm có thể phản ánh một phần về quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Qua theo dõi diễn biến nhiệt độ trong bình chế phẩm thu được kết quả như sau:
33 32 31 30 29 28 27 26 25 0 1
Hình 3.2 Biểu đồdiễn biến nhiệt độtrong bình chếphẩm CT1.1 và CT 1.2
Ở 15 ngày đầu lên men chế phẩm, 2 bình chế phẩm không có sự chênh lệch nhiều và gần như tương đương nhau về nhiệt độ bên trong bình chứa.
43
Nhiệt độ môi trường bên ngoài cũng tác động một phần đến nhiệt độ bên trong bình chế phẩm. Tuy nhiên, khi so sánh diễn biến nhiệt độ trong 2 bình chế phẩm với diễn biến nhiệt độ môi trường ngoài cho thấy sự chênh lệch từ ngày đầu tiên (ứng với ngày 0) đến ngày thứ 10 lên men chế phẩm.
- Ngày đầu tiên, nhiệt độ môi trường ngoài cao hơn nhiệt độ bên trong bình chế phẩm. Đây là lúc vi sinh vật được cấy vào môi trường chưa tăng về mặt số lượng, cần thời gian thích nghi với môi trường và đây là giai đoạn đầu của pha tiềm phát.
- Sau 1 ngày (sau 24 giờ) có thể thấy sự thay đổi về mặt nhiệt độ trong bình chế phẩm cao hơn ngày hôm trước và cao hơn nhiệt độ môi trường ngoài. Sự gia tăng về nhiệt độ là dấu hiệu cho thấy sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, bởi trong quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng vi sinh vật sẽ sản sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Như vậy trong khoảng 24 giờ đầu là khoảng thời gian của pha tiềm phát.
- Nhiệt độ trong bình chế phẩm tăng dần theo ngày và luôn cao hơn nhiệt độ môi trường ngoài. Nhiệt độ trong bình chế phẩm cao nhất và có sự chênh lệch lớn nhất với môi trường ngoài là sau 5 - 6 ngày lên men. Thời gian có sự gia tăng nhiệt lớn đồng thời là khoảng thời gian tế bào vi sinh vật được sinh ra nhiều nhất.
- Từ sau 7 ngày đến sau 10 ngày lên men vẫn có sự chênh lệch nhiệt độ trong bình chế phẩm so với môi trường ngoài tuy nhiên nhiệt độ trong bình chế phẩm có xu hướng giảm dần. Giai đoạn này có thể coi là pha cân bằng của quá trình sinh trưởng bởi chất dinh dưỡng giảm dần không đủ cung cấp cho toàn bộ vi sinh vật tại