Pyrene được biết đến là hợp chất có cấu tạo phức tạp, khối lượng phân tử lớn có chứa 4 vòng benzene trong phân tử, pyrene có độ hòa tan thấp, nhưng có độc tính cao. Chúng tồn tại trong than đá, khói thuốc lá, xăng xe… Và trở thành một trong các nhân tố gây ung thư, đột biến thai nhi… Nồng độ pyrene có trong nước thải khu công nghiệp Từ Liêm là 24 mg/l là tương đối cao và cần phải loại bỏ pyrene ra khỏi nước thải. Để xác định xem ở nồng độ nào chủng vi khuẩn BTL4 có khả năng sử dụng pyrene là tốt nhất, chúng tôi lựa chọn các nồng độ 50, 75, 100, 125, 150 ppm bổ sung vào môi trường nuôi cấy của chủng vi khuẩn này (hình3.11). Kết quả về cảm quan cho thấy, tại nồng độ 100 ppm, chủng BTL4 phát triển nhanh nhất, màu sắc môi trường cũng đổi màu rõ rệt, do vậy chúng tôi đã lựa chọn nồng độ pyrene 100 ppm để xác định khả năng phân hủy của chủng BTL4. Quá trình phân tích được tiến hành tại phòng hóa phân tích thuộc viện hóa học, và kết quả phân tích được thể hiện ở hình 3.12.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.11: Kết quả nuôi BTL4 ở các nồng độ pyrene khác nhau
Hình 3.12: Kết quả phân tích khả năng phân hủy pyrene của chủng BTL4
Dựa vào chiều cao peak tại các điểm hấp thụ pyrene, tại bước sóng 238,9 nm, chúng tôi tính toán được khả năng phân hủy pyrene của chủng BTL4 là 25,5% trong môi trường dịch thể.
Paracoccus được biết đến như là chi vi khuẩn Gram âm, có hình tròn, có khả
năng sống trong môi trường đất, nước [41], [31] [52]. Quá trình trao đổi chất của chúng có thể diễn ra cả trong điều kiện kỵ khí và hiếu khí và chúng thường được phân lập từ đất. Trên thế giới đã công bố một số nghiên cứu về khả năng phân hủy
PAH của chi Paracoccus. Năm 2009 chủng vi khuẩn Paracoccus aminovorans
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
PAH có 3 vòng thơm với hiệu suất 36% mà còn có khả năng phân hủy PAH có 5 vòng thơm với hiệu suất 26% sau 14 ngày nuôi cấy [31]. Còn theo nghiên của Teng
Y và cộng sự (2010) về khả năng phân hủy PAH của Paracoccus sp. strain HPD-2
được phân lập từ đất có khả năng phân hủy 30,7% PAH 3 vòng thơm, 24,3% PAH 5, 6 vòng thơm [41]. So với các chủng này thì BTL4 có khả năng phân hủy pyrene ở mức độ trung bình, điều này cũng hợp lý bởi trong quá trình thí nghiệm chúng tôi không sử dụng chất hoạt động bề mặt, thời gian thí nghiệm cũng ngắn hơn, đồng thời nồng độ ban đầu của pyrene là 100ppm [40].
Ngoài chi Paracoccus, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả
năng phân hủy PAH của các chủng vi khuẩn khác được công bố. Năm 2002,
Deborah và cộng sự đã công bố chủng Mycobacterium sp. PYR-1 phân lập từ trầm
tích bị ô nhiễm có khả năng phân hủy 74% hỗn hợp PAH gồm phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, chrysene và benzo[a]pyrene sau 7 ngày nuôi cấy. Trong đó, 95% fluoranthene bị loại bỏ sau 24h nuôi cấy, tuy nhiên nồng độ ban đầu chỉ có 17 mg/l (17 ppm) [18].
Năm 2007, Xue-Jing Zheng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng chuyển hóa sinh học của tập đoàn vi sinh vật hiếu khí có trong bùn cống và bổ sung chất hoạt động bề mặt Tween 80 cho hiệu quả loại bỏ PAH trên 95% đối với PAH chứa 3 vòng thơm và tăng tốc độ loại bỏ PAH chứa 4 vòng thơm sau 21 ngày [60]. Chủng
Rhodococcus sp. được phân lập từ mẫu trầm tích có khả năng phân hủy 53%
anthracene sau 24 giờ ở nồng độ 3 µg/ml [18].
Ở Việt Nam cũng đã có một số công bố của các tác giả trong nước về khả năng phân hủy các PAH của các chủng vi sinh vật phân lập được từ các nguồn khác nhau. Năm 2003, La Thị Thanh Phương và cộng sự đã phân lập được chủng vi khuẩn
Sphingomonas yanoikuyae MXL-9 từ cặn dầu thô mỏ Bạch Hổ (Quảng Ninh) có khả
năng phân hủy 61,4% anthracene sau 7 ngày nuôi cấy ở nồng độ 12 mg/l [9]. Chủng BQN31 phân lập từ mẫu nước nhiễm dầu của bể thu gom xí nghiệp than Quảng Ninh có khả năng phân hủy 69,38% naphthalene và 25,9% anthracene trong môi trường có bổ sung 100 ppm hai loại PAH trên [7].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Năm 2008, Nguyễn Ngọc Bảo và cộng sự đã phân lập được 2 chủng vi khuẩn BDNR1 và BDNR4 từ mẫu đất nhiễm chất diệt cỏ dioxin trong căn cứ quân sự cũ của Mỹ ở sân bay Đà Nẵng. Kết quả nghiên cứu cho thấy chủng BDNR1 phân hủy 50% anthracene, naphthalene, 86,2% pyrene; chủng BDNR4 phân hủy, 23,1% naphthalene, 50% anthracene và 61,5% pyrene trong môi trường có chứa 100 ppm mỗi loại PAH trên [1].
So với các chủng vi khuẩn khác thì chủng Paracoccus có hiệu suất phân hủy
thấp hơn, nhưng để xử lý nước thải của khu công nghiệp chúng ta không phải chỉ cần một chủng đơn mà cần phải có một tập đoàn gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Chủng BTL4 góp phần làm giàu thêm nguồn vi sinh vật có thể sử dụng trong xử lý nước thải. Để nghiên cứu khả năng xử lý nước thải trong thực tế của các chủng vi sinh vật đã được phân lập chúng tôi tiến hành thử xử lý nước thải khu công nghiệp Từ Liêm ở quy mô phòng thí nghiệm 5 lít.
3.6. Kết quả mô hình xử lý nƣớc thải ở quy mô 5 lít
Sau khi lấy mẫu nước thải từ khu công nghiệp Từ Liêm chúng tôi tiến hành phân tích một số chỉ tiêu và nhận thấy nước thải từ khu công nghiệp Từ Liêm có nhiều hàm lượng các chất vượt quá chỉ tiêu cho phép của tiêu chuẩn nước thải của khu công nghiệp và cần phải xử lý trước khi được thải vào hệ thống nước thải của thành phố. Thời gian xử lý là 3 đến 7 ngày tùy vào lượng nước thải đầu vào và lượng vi sinh vật trong bể lọc. Sau khoảng thời gian 3 ngày sẽ tiến hành kiểm tra các thông số nước thải xem đã đạt tiêu chuẩn chưa, nếu các thông số đã đạt tiêu chuẩn thì nước từ bể xử lý sinh học được đưa qua bể lọc bùn và bể khử vi sinh vật trước đổ vào bể chứa nước sau xử lý và thải ra hệ thống nước thải của thành phố.
Trong quy mô đề tài này chúng tôi chỉ tiến hành xử lý thử nghiệm ở quy mô 5 lít.
3.6.1. Quá trình hoạt hóa bùn
Tập đoàn vi sinh vật từ lần làm giàu thứ 3 được chúng tôi tiến hành hoạt hóa trong môi trường tự pha có các điều kiện gần giống nước thải thật tại KCN Từ Liêm như đã mô tả ở chương 2 vật liệu và phương pháp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bắt đầu hoạt hóa bùn Hoạt hóa sau 6 ngày
Hoạt hóa sau 12 ngày Hoạt hóa sau 18-21 ngày
Hình 3.13: Quá trình hoạt hóa bùn sau 3 tuần
Trong thời gian hoạt hóa chúng tôi nhận thấy lượng sinh khối của vi sinh vật tăng lên từng ngày, dịch nuôi dung dịch hoạt hóa ngày càng đục đi, sang đến ngày 18-21 thì dịch chuyển sang màu nâu đỏ và không đổi mầu nữa (hình 3.13), do đó chúng tôi ngừng quá trình hoạt hóa vi sinh vật, để lắng và loại bỏ nước dịch không có bùn, đồng thời giữ lại bùn để tiến hành thí nghiệm xử lý nước thải ở quy mô 5 lít.
3.6.2. Xử lý nước thải ở quy mô 5 lít
Lấy 5 lít nước thải của khu công nghiệp Từ Liêm cho vào bể 10 lít sau đó cho bùn đã được hoạt hóa vào bể và tiến hành sục khí với độ cấp khí là 4 - 5 mg/l, hàm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
lượng chất rắn lơ lửng từ 1000-1500 mg/l, chỉ số lắng của bùn SVI dao động từ 80 - 100 mg/l. Sau 3 ngày xử lý, chúng tôi nhận thấy nước có sự chuyển màu rõ rệt, từ màu đen sẫm sang màu trắng hình 3.14 D. Sau 5 ngày chúng tôi tiến hành phân tích một số chỉ tiêu, kết quả phân tích được trình bày ở bảng 3.4.
A B
C D
Hình 3.14: Màu sắc của nƣớc thải trƣớc xử lý (A, C) và sau xử lý (B, D) với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.4: Kết quả đo và phân tích 1 số chỉ tiêu của nƣớc thải KCN Từ Liêm
trƣớc và sau xử lý ở quy mô 5 lit phòng thí nghiệm
TT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị
Hàm lƣợng các chất Đầu
vào
Đầu ra Theo quy chuẩn QCVN24:2009 Sau 5 ngày Sau 10 ngày B 1 TDS mg/l 1162,02 898,6 448,8 --- 2 COD mg/l 1104,2 154,6 97,52 100 3 BOD mg/l 615,2 80,9 63,15 50 4 Tổng lượng N mgN/l 120,7 42,7 27,52 30 5 Tổng lượng P mgP/l 9,1 16,32 4,8 6 6 phenol mg/ 8,16 0,16 0.1 0,5 7 Tổng lượng dầu, mỡ mg/ 9,18 4,705 4,1 5 8 Cặn lơ lửng mg/l 1190,4 51,61 44,6 100 9 pH -- 7,78 8,7 8,15 5,5-9 10 Benzo(b)fluoracene mg/l 160,74 101,6 15,25 -- 11 Chrysene mg/l 5,6 4,05 1,15 -- 12 Fluoranthene mg/l 92 81 15,6 -- 13 Naphthalene mg/l 474,7 230 78,2 -- 14 Phenantherene mg/l 5,11 0,1 0,1 -- 15 Pyrene mg/l 24 0,1 0,1 --
Kết quả phân tích được thực hiện ở phòng hóa phân tích thuộc Viện Hóa học. Từ số liệu phân tích ta có thể nhận thấy hầu hết các chỉ tiêu trong nước thải công nghiệp trước khi xử lý đều vượt quá ngưỡng cho phép, nước thải công nghiệp không đảm bảo theo tiêu chuẩn nước thải công nghiệp Việt Nam, nhưng sau 10 ngày xử lý bằng phương pháp sử dụng vi sinh vật thì các chỉ tiêu đều giảm rất nhiều và nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B.
Trong quy chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp chưa có tiêu chuẩn về hàm lượng PAH, tuy nhiên, sau 10 ngày xử lý, so với mẫu ban đầu hàm lượng PAH, đặc biệt là pyrene đã giảm đáng kể. Điều này khẳng định phần nào vai trò của chủng vi khuẩn BTL4 trong quá trình phân hủy sinh học PAH. Chủng BTL4 được sử dụng để bổ sung vào nguồn giống làm bùn hoạt tính để xử lý nước thải tại KCN Từ Liêm ngoài hiện trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1. Từ nguồn nước thải của khu công nghiệp Từ liêm, dựa vào sự khác nhau của hình thái khuẩn lạc chúng tôi phân lập được 11 chủng vi khuẩn khác nhau được đặt tên từ BTL1 đến BTL11, trong đó có chủng BTL4 là phát triển tốt nhất trên môi trường có chứa hỗn hợp PAH.
2. Khuẩn lạc của chủng BTL4 có hình tròn, màu trắng đục, nhớt, lồi trên mặt thạch, có đường kính khoảng 1:2mm tiết ra sắc tố có mầu vàng. Dưới kính hiển vi điện tử quét, tế bào chủng BTL4 có hình tròn, kích thước từ 0,8- 1,2 µm. So sánh trình tự gen 16S rRNA cho thấy chủng BTL4 có độ tương đồng cao với các chủng
thuộc chi Paracoccus, đặc biệt có độ tương đồng tới 97% với loài Paracoccus
bengalensis, do đó, chúng tôi đặt tên chủng này là Paracoccus sp. BTL4. Trình tự
gen 16Sr RNA của chủng Paracoccus sp BTL4 đã được đăng ký trên ngân hàng
gen Nhật Bản DDBJ với mã số là AB646256.
3. BTL4 là chủng ưa nhiệt và có khả năng phát triển tốt ở nhiệt độ 370C, và
pH 6 - 8.
4. BTL4 có khả năng phân hủy 25,5% pyrene với nồng độ pyrene ban đầu là 100 ppm.
5. Nước thải công nghiệp sau khi dùng những chủng vi sinh vật phân lập được để xử lý đã đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B theo quy chuẩn QCVN24: 2009.
Kiến nghị
1 Xây dựng quy trình xử lý nước thải công nghiệp trên cơ sở các kết quả đạt được ở quy mô lớn hơn.
2 Phát triển và nghiên cứu phương pháp sản xuất chế phẩm sinh học có thể xử lý nước thải công nghiệp trên quy mô công nghiệp
Kết quả của luận án này đã được viết thành 1 bài báo khoa học và được gửi đăng trên tạp chí CNSH.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
1. Nghiêm Ngọc Minh , Nguyễn Hương Quỳnh, Cung Thị Ngọc Mai, "Hình thái tế bào, một số yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và khả năng phân hủy pyrene của chủng btl4 được phân lập từ nước thải khu công nghiệp từ liêm",
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Nguyễn Ngọc Bảo, Phan Thị Hoàng Hảo, Nguyễn Bá Hữu, Nguyễn Thanh
Thủy, Vũ Đức Lợi, Đặng Thị Cẩm Hà (2008), “Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học hydrocarbon thơm đa vòng của một số chủng vi khuẩn phân lập
từ bioreactor xử lý đất nhiễm độc hóa học”, Tạp chí Công nghệ Sinh học, 7(1),
tr. 117-124.
2. Bộ Tài Nguyên và Môi Trường (2009), “Môi trường khu công nghiệp Việt Nam”,
Báo cáo môi trường quốc gia 2009, chương I, tr. 1-20.
3. Đặng Thị Cẩm Hà, Nguyễn Đương Nhã, Nghiêm Ngọc Minh, Nguyễn Thành Đức
(2003), “Phân loại xạ khuẩn XKDN11 sử dụng dibenzofuran, hyđrocarbon thơm
đa nhân phân lập từ đất nhiễm chất độc hóa học”, Tạp chí Công nghệ Sinh học,
3(1), tr. 377-386.
4. Hoàng Thị Mỹ Hạnh, Nguyễn Thanh Thủy, Ngô Xuân Quý, Nghiêm Xuân
Trường, Nghiêm Ngọc Minh, Đặng Thị Cẩm Hà (2004), “Khả năng phân hủy
2,4-D và dibenzofuran của chủng nấm sợi FDN20”, Tạp chí Công nghệ Sinh
học, 2(4), tr. 517-528.
5. Nguyễn Bá Hữu (2002), “Nghiên cứu các nhóm vi sinh vật và khả năng phân
hủy hydrocacbon thơm đa nhân của một số chủng vi khuẩn trong quá trình xử
lý ô nhiễm dầu tại Khe Chè, Quảng Ninh”, Luận văn Thạc sĩ Sinh học, Viện
sinh thái và tài nguyên sinh vật, Hà Nội.
6. Nguyễn Bá Hữu, Trần Thị Tường Vi, Nghiêm Ngọc Minh, Đặng Thị Cẩm Hà
(2007), “Phân huỷ sinh học dầu diesel và hydrocarbon thơm đa nhân của một số chủng vi khuẩn phân lập từ nước thải nhiễm dầu kho cảng B12, Quảng Ninh”,
Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại Học Thái Nguyên, 2(42), tr. 61-67.
7. Lê Tiến Mạnh, Nghiêm Ngọc Minh (2007), “Nghiên cứu phân lập và khả
năng sử dụng hydrocarbon thơm đa nhân (PAH) của chủng vi khuẩn BQN31”,
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 42(2),tr. 59-66.
8. Nghiêm Ngọc Minh, Nguyễn Thành Đức (2004), “Phân loại chủng vi khuẩn
HDG1 phân lập từ mẫu nước thải nhà máy giấy Hải Dương”, Tạp chí Công
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9. La Thị Thanh Phương, Nguyễn Bá Hữu, Đặng Thị Cẩm Hà (2003), “Phân hủy
sinh học hydrocarbon thơm đa nhân (PAH) bởi chủng vi khuẩn MLX-9 phân
lập từ cặn dầu thô của mỏ Bạch Hổ, Vũng Tàu”, Tạp chí Công nghệ Sinh học,
1(1), tr. 109-117.
10. Mai Anh Tuấn, Nghiêm Ngọc Minh, Đặng Thị Cẩm Hà (2004), “Nghiên cứu
phân loại và khả năng sử dụng hydrocarbon thơm đa nhân bởi chủng xạ khuẩn
XKDN19 phân lập từ đất nhiễm chất độc hóa học”, Tạp chí Công nghệ Sinh học,
2(3), tr. 389-396.
11. Lều Thọ Bách, D. Xanthouluis, Wang Chengduan (2010), “Xử lý nước thải
chi phí thấp”, tr. 6-10.
Tiếng Anh
12. Ahn Y., Sanseverino J., Sayler G.S. (1999), “Analyses of polycyclic aromatic
hydrocarbon-degrading bacteria isolated from contaminated soil”, Biodegradation,