3.2 LỰA CHỌN NGUỒN VI SINH VẬT PHÙ HỢP ĐỂ LÀM GIÀU HỆ VI
3.2.2 Độ ổn định của dòng điện phát sinh trong MFC sau khi làm giàu thành công hệ vi sinh vật điện hóa
Một trong những yêu cầu của cảm biến MFC đánh giá BOD của nước thải là:
với mỗi nồng độ cơ chất nhất đinh, dòng điện sinh ra phải có tính ổn định. Vì vậy, chúng tôi theo dõi và so sánh tính ổn đinh của dòng điện sinh ra bởi các MFC với hệ vi sinh vật đƣợc làm giàu từ các nguồn khác nhau nêu trên. Khi so sánh dòng điện phát sinh của các MFC (trong giai đoạn sau khi làm giàu thành công) tại hai thời điểm cách nhau khoảng 20 ngày, có thể thấy rằng: MFC đƣợc làm giàu từ nguồn đất tự nhiên và bùn hoạt tính có dòng điện phát sinh trong cả hai giai đoạn là khá ổn định, và tại hai thời điểm theo dõi thì giá trị dòng điện của MFC làm giàu từ nguồn đất tự nhiên là khá bằng nhau (0,45 -0,49 mA) (Hình 27). Ngƣợc lại, với các MFC được làm giàu từ nguồn bùn tự nhiên, nước thải, hỗn hợp, dòng điện phát sinh sau 20 ngày theo dõi là không ổn định và có giá trị thấp hơn, dao động trong khoảng 0.2 mA.
Hơn nữa, khi so sánh dòng điện thu đƣợc sau khi làm giàu thành công hệ vi vật điện hóa trong MFC từ các nguồn khác nhau, ta có thể nhận thấy MFC đƣợc làm giàu từ nguồn đất tự nhiên có dòng điện phát sinh (0,45 – 0,49 mA) là cao hơn so với các nguồn làm giàu từ bùn tự nhiên, nước thải, bùn hoạt tính, và nguồn hỗn hợp (dưới 0,4 mA).
Các kết quả trên chứng tỏ các MFC đƣợc làm giàu từ nguồn quần xã vi sinh vật khác nhau cũng ảnh hưởng tới dòng điện phát sinh và độ ổn định của dòng điện tại MFC. Theo Kim và cộng sự (2006), đối với các MFC mà không đƣợc bổ sung chất truyền điện tử trung gian, quá trình làm giàu hệ vi sinh vật điện hóa trong MFC đóng một vai trò quan trọng trong việc phát sinh dòng điện. Hơn nữa, nguồn quần xã làm giàu có thể ảnh hưởng tới cấu trúc hệ vi sinh vật trong MFC và qua đó chúng sẽ có phản ứng khác nhau đối với sự thay đổi điều kiện môi trường hoạt động của MFC. Ana và cộng sự cũng nhận ra rằng, đối với các quần xã khác nhau đƣợc sử dụng cho quá trình làm giàu hệ vi sinh điện hóa trong MFC sẽ tạo ra điện trở trong khác nhau, và ảnh hưởng tới dòng điện phát sinh trong MFC. Theo Logan thì cấu
56
trúc hệ vi sinh vật điện hóa và tốc độ sinh trưởng của chúng trong MFC là một yếu tố giới hạn hiệu điện thế phát sinh trong MFC [27, 39, 67].
Hình 27: So sánh dòng điện sau quá trình làm của MFC tại hai thời điểm có khoảng là cách 20 ngày
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0:00 2:50 5:40 8:30 11:20 14:10 17:00 19:50 22:40 1:35 4:25 7:15 10:05 12:55 15:45 18:35 21:25
6/24/2014 7/22/2014
mA
Nguồn bùn tự nhiên
TXBT BOBT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:05 3:05 6:05 9:05 12:05 15:05 18:05 21:05
6/24/2014 7/18/2014
mA
Nguồn đất tự nhiên
TXĐT BOĐT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0:00 2:50 5:40 8:30 11:50 14:40 17:30 20:20 23:10 2:05 4:55 7:45 10:35 13:25 16:15 19:05 21:55
6/28/2014 7/22/2014
mA
Nguồn nước thải
TXNT BONT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:05 3:05 6:05 9:05 12:05 15:05 18:05 21:05
6/24/2014 7/21/2014
mA
Nguồn bùn hoạt tính
TXBH BOBH
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0:00 2:20 4:40 7:00 9:20 11:40 14:00 16:20 18:40 21:00 23:20 1:45 4:05 6:25 8:45 11:05 13:25 15:45 18:05 20:25 22:45
6/24/2014 7/22/2014
mA
Nguồn hỗn hợp
TXHH BOHH
57
3.2.3 Kết quả phân lập hệ vi sinh vật trong điện cực anode của MFC sau khi làm giàu thành công
Nhằm hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nguồn vi sinh vật ban đầu đến hệ vi sinh vật hình thành trong các MFC, chúng tôi tiến hành phân lập các chủng vi sinh vật trong điện cực anode của những MFC nêu trên. Sau khi phân lập mẫu điện cực anode được cắt ra từ các MFC (sau quá trình làm giàu) trên các môi trường (môi trường LB, C; Hansen; PDA, BG11), chúng tôi chỉ thu được các khuẩn lạc mọc trên môi trường LB. Điều này chứng tỏ hệ vi sinh vật trên điện cực anode trong MFC của chúng tôi đa phần là vi khuẩn dị dƣỡng. Theo nhiều nghiên cứu khác, nhiều vi khuẩn trong các MFC vận hành với các cơ chất hữu cơ là các vi khuẩn dị dƣỡng [37]. Ngoài ra, số chủng phân lập đƣợc trong các MFC của chúng tôi là khác nhau giữa các nguồn quần xã ban đầu, thậm chí ngay cả trong MFC đƣợc làm giàu cùng nguồn quần xã ban đầu cũng có số chủng phân lập đƣợc và tỷ lệ có mặt của các chủng là hoàn toàn khác nhau (Hình 29). Theo Kim và cộng sự 2011 khi nghiên cứu về biến đổi quần xã trong MFC đã nhận thấy rằng, quần xã vi khuẩn giữa các MFC là khác nhau nhƣng thời gian hoạt động của MFC càng dài thì các quần xã trong các MFC lại càng giống nhau hơn [28].
Hình 28: Ảnh phân lập mẫu điện cực anode từ MFC đã đƣợc làm giàu thành công
(A) Phân lập mẫu điện cực MFC BTTXH4 trên môi trường LB
(B) Phân lập mẫu điện cực MFC BTTXH4 trên môi trường Hansen (C) Phân lập mẫu điện cực MFC BTTXH4 trên môi trường PDA
A C
58
64.5%
0.8%
4.8%
0.8%
0.8%
25.8%
0.8% 0.8% 0.8%
HHTXT 2.1 HHTXT 2.2 HHTXT 2.3 HHTXT 2.4 HHTXT 2.5 HHTXT 2.6 HHTXT 2.7 HHTXT 2.8`
HHTXT 2.9
81.8%
7.3%
0.2% 4.0%
0.7%
0.2%
0.2%
4.5% 0.2%
0.2% 0.2%
0.2%
HHBOT4.1 HHBOT 4.2 HHBOT4.3 HHBOT 4.4 HHBOT4.5 HHBOT 4.6 HHBOT4.7 HHBOT 4.8 HHBOT4.9 HHBOT 4.10 HHBOT4.11 HHBOT 4.12
1.3%
25.5%
73.2%
ĐTTXH 1.1 ĐTTXH 1.2 ĐTTXH 1.3
0.11%
99.76%
0.13%
ĐTBOE 2.1 ĐTBOE 2.2 ĐTBOE 2.3
80.94%
16.44%
0.32%
0.32%
0.32% 0.32% 0.32% 0.00% 0.70% 0.32%
BTTXH 4.1 BTTXH 4.2 BTTXH 4.3 BTTXH 4.4 BTTXH 4.5 BTTXH 4.6 BTTXH 4.7 BTTXH 4.8 BTTXH 4.9
95%
5%
BTBOE 4.1 BTBOE 4.2
59
Hình 29: Tỷ lệ phần trăm số chủng vi khuẩn phân lập đƣợc từ điện cực anode tại các MFC
HH: nguồn hỗn hợp, ĐT: đất tự nhiên, BT: bùn tự nhiên, BH: bùn hoạt tính, NT: nước thải, BO: MFC có khoang anode 7,5 ml, TX: MFC khoang anode 5 ml
100%
0%
BHTXB 2.1
70.9%
9.9%
0.2%
0.2%
0.2%
0.2%
0.2%
17.1%
0.7%
0.2%
0.2% BHBOBL 1.1
BHBOBL 1.2 BHBOBL 1.3 BHBOBL 1.4 BHBOBL 1.5 BHBOBL 1.6 BHBOBL 1.7 BHBOBL 1.8 BHBOBL 1.9 BHBOBL 1.10 BHBOBL 1.11
1.2% 0.6% 0.6% 1.2%
96.4%
NTTXB3.1 NTTXB3.2 NTTXB3.3 NTTXB3.4 NTTXB3.5
2.9%
36.0%
17.6%
39.5%
0.3%
0.3%
0.3% 0.3% 0.3% 1.6%
0.3%
0.3%
0.3% NTBOBL 4.1 NTBOBL 4.2 NTBOBL 4.3 NTBOBL 4.4 NTBOBL 4.5 NTBOBL 4.6 NTBOBL 4.7 NTBOBL 4.8 NTBOBL 4.9 NTBOBL 4.10 NTBOBL 4.11 NTBOBL 4.12
60