ĐẶT VẤN ĐỀ PHƢƠNG PHÁP/ KẾT QUẢ

MỤC TIÊU

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHƢƠNG PHÁP/ KẾT QUẢ

Phân lập vi khuẩn phản nitrate từ nước thải chế biến thủy sản và tuyển chọn các chủng tiềm năng xử lý hoàn toàn

nitrate, không tích lũy nitrite và không sinh ra amôn.

Định danh chủng tuyển chọn.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên hiệu quả xử lý và tốc độ chuyển hóa của các chủng chọn lọc.

HỘI NGHỊ CÔNG NGHỆ SINH HỌC TOÀN QUỐC KHU VỰC PHÍA NAM LẦN III - 2013

Nguyễn Hoài Hương*, Huỳnh Văn Thành, Lê Trần Ánh Tuyết

Đại học Công nghệ TP. HCM

Tiểu ban: CNMT – NLSH - VLSH

Mã số báo cáo: P6-2

TÓM TẮT Từ nước thải chế biến thủy sản, vi khuẩn phản nitrate được phân lập và chọn lọc theo khả năng khử N-nitrate, không tích lũy N-nitrite và không sinh N-amôn được tuyển chọn và định danh bằng giải trình tự gene rRNA 16S. Các yếu tố ảnh hưởng

đến hiệu quả phản nitrate bao gồm nguồn carbon, tỉ lệ C/N, nồng độ NaCl, mật độ vi sinh vật được khảo sát trong mô hình mô phỏng MBBR sử dụng nước thải nhân tạo. Kết quả cho thấy hai chủng thuộc loài Achromobacter xylosoxidans thể hiện

tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải giàu nitrate.

Từ khóa: khử nitrate amôn hóa, mật độ vi sinh vật, MBBR, phản nitrate, tích lũy nitrite.

Nghiên cứu trên khẳng định các chủng phân lập từ nước thải chế biến thủy sản III-8 và III-16 thuộc loài Achromobacter xylosoxidans,

một loài thuộc dạng phản nitrate tiềm năng, có thể áp dụng tăng cường sinh học xử lý nước thải giàu nitơ quy mô tập trung, công

nghiệp. Để đạt hiệu quả xử lý gần 100% sau 48 giờ với tốc độ trung bình 0,095 kgN/m3/ngày, không tích lũy nitrite và amôn, cần kiểm

soát mật độ 108 cfu/ml trong hệ thống xử lý dạng MBBR bề mặt bám dính 1177 m2/m3, tỉ lệ C/N = 4-18 không ảnh hưởng lên hiệu quả

xử lý, nồng độ NaCl cao nhất chấp nhận được là 3%. Khi áp dụng công nghệ hậu phản nitrate (postdenitrification), nguồn C bổ sung

thích hợp là acetate natri. Các thông số trên có thể áp dụng cho mô hình xử lý nước thải thực quy mô pilot.

* 475A Điện Biên Phủ, P. 25, Q. BT, E-mail: nh.huong@hutech.edu.vn

Tăng cường sinh học là biện pháp hữu hiệu nhằm rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả xử lý sinh học chất thải. Chiến lược tăng

cường sinh học bao gồm phân lập, tuyển chọn các vi sinh vật từ môi trường ô nhiễm tự nhiên để tìm ra các chủng có hiệu quả

xử lý đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường trong một khoảng thời gian chấp nhận được (Gray N.F., 2004) . Những thách thức

trong áp dụng tăng cường sinh học vào xử lý ô nhiễm là vi sinh vật tăng cường không thích nghi với điều kiện môi trường thực

tế. Vì vậy sau bước phân lập tuyển chọn những vi sinh vật có tiềm năng xử lý chất thải, nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh

hưởng lên hiệu quả xử lý và tốc độ chuyển hóa là một bước đệm quan trọng để đưa vi sinh vật từ phòng thí nghiệm sang giai

đoạn thử nghiệm trên nước thải thực.

Hình 1. Hiệu quả xử lý nitrate (H%) của các chủng tuyển chọn và

nồng độ N-NH4+ (mg/L) tạo thành sau 48 giờ (trong mô hình có giá

thể bám dính).

Hiệu quả xử lý nitơ H%= [1 - (N-NO3- cuối + N-NO2

-cuối

+ N-NH4+

cuối)/(N-NO3-đầu + N-NO2

-đầu+ N-NH4

+đầu)]*100

Thông số III-8 III-16

Hình thái tế bào Que Que

Gram - - Bào tử - - Di động +/ đơn chùm

mao +/chu mao

Tạo màng sinh học (biofilm)

+ +

Catalase + +

Oxidase + +

O/F +/- +/- Indol - - MR - - VP - -

Citrate + +

Hình 2. Nhuộm tiên mao; a) chủng III-8, b) chủng III-16

3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng lên hiệu quả xử lý và tốc độ chuyển hóa

của các chủng chọn lọc

a) Ảnh hƣởng của nguồn C và tỉ lệ C/N

b) Ảnh hƣởng của nồng độ NaCl

Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ muối lên

động học phản nitrate; a) biến đổi nồng độ

N-NO3-, b) biến đổi nồng độ N-NO2

-, c)

biến đổi nồng độ N-NH4+, d) Ảnh hưởng

của nồng độ NaCl lên mức độ tăng trưởng

của VSV, e) Hiệu quả xử lý nitơ.

Hình 4. Động học biến đổi các dạng N và

hiệu quả xử lý nitrate trong 3 môi trường

MT1, MT2 và MT3; a) MT1 (đối chứng), b)

MT2, c) MT3, d) Tăng trưởng vi khuẩn III-8

trên 3 môi trường thí nghiệm, e) So sánh

hiệu quả xử lý nitơ trong ba môi trường.

c) Ảnh hƣởng của giá thể bám dính (plastic, 1177 m2/m3)

Mật độ VS ảnh hƣởng mạnh đến tốc

độ khử nitrate và hiệu quả xử lý

Mật độ >108 cfu/ml: không kinh tế

108 cfu/ml đạt hiệu quả xử lý 100%

sau 36 giờ, tốc độ chuyển hóa tƣơng

đƣơng kết quả thực tế (Weiss

WEFTEC, 2005).

d) Ảnh hƣởng của mật độ VK phản nitrate

Giá thể tăng bề mặt tiếp xúc VSV với môi trƣờng, tăng hiệu quả chuyển hóa ngay cả khi có mặt 3% NaCl.

Hình 8. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn ban

đầu lên quá trình phản nitrate; a) sinh khối tự

do, b) lượng khí sinh ra, c) hiệu quả xử lý và

d) tốc độ chuyển hóa.

Hình 6. Ảnh hưởng của giá thể bám dính lên quá trình phản nitrate; a) Hiệu quả xử lý nitơ,

b) Lượng N-nitrite và N-amôn tích lũy khi có và không có giá thể sau 48 giờ hoạt động.

Hình 7. VK tạo biofilm, có thể bám dính trên giá

thể (phương pháp theo O’Toole GA., 2011)

0< [NaCl] =< 3%, VK tăng trƣởng

gần nhƣ bình thƣờng, nhƣng tốc độ

xử lý nitơ giảm.

[NaCl] >= 5%, VK bị ức chế tăng

trƣởng

Phù hợp nghiên cứu của Woolard

& Irvine, 1995.

MT 1: 5 g acid citric ; 1 g asparagine (MT

Giltay)

MT2 : 5,86 g acetate natri, 1 g asparagine

MT3: 5,86 g acetate natri, 1 g peptone

Điều kiện thiếu khí, không giá thể

Hiệu quả xử lý nitơ sau 96 giờ cao

nhất ở MT3 100%

Không có khác biệt rõ rệt giữa các tỉ

lệ C/N trong khoảng 4-18

Bảng 1. Đặc điểm của các chủng khảo sát

(KF534510)

(KF534511)

So sánh gene rRNA 16S, III-8 trùng với III-16

99,5%, Achromobacter xylosoxydans TPL14

99,8%, các chủng khác (hình 3) ≥ 99%.

Alcaligenes xylosoxidans, Alcaligenes

denitrificans ngày nay đổi thành Achromobacter

xylosoxidans (Busse, HJ. &Stolz, A., 2006). Đa số

các chủng trên hình 3 đều đƣợc phân lập trong

môi trƣờng hoặc và VK nội sinh thực vật ứng

dụng xử lý môi trƣờng. Có thể xác định III-8 và

III-16 là A. xylosoxidans.

VK phân lập phản nitrate gần nhƣ

hoàn toàn, tích lũy nitrite và amôn,

sinh khí là VK gram -, di động,có khả

năng tạo màng sinh học, catalase+,

oxydase+, hô hấp hiếu khí glucose,

không lên men glucose (bảng 1, hình

2).

Hình 3. Cây phát sinh loài được thiết lập theo giải thuật NJ (neighbor joining) xác

định mối quan hệ giữa các chủng phân lập III-8 và III-16 với các chủng tương

đồngene rRNA 16S > 99% (trong ngoặc đơn là mã số truy cập trên

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/).

AWWA/APHA/WEF, 1999. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition.

Busse, HJ. and Stolz, A., 2006. Achromobacter, Alcaligenes and related genera. In: M. Dworkin, S. Falkow, E. Rosenberg, K. H. Schleifer & E.

Stackebrandt. (eds). The Prokaryotes: a Handbook on the Biology of Bacteria, T. 5, 3rd edn, New York: Springer, pp. 675-700.

Nguyễn Hoài Hương, Huỳnh Văn Thành, Nguyễn Thị Hồng Đào 2012. Phân lập tuyển chọn vi khuẩn khử nitrate để tăng cường sinh học trong xử lý

nước thải giàu nitrate, Tài nguyên & Môi trường 2012, 22 (156), 18-20.

O’Toole GA, 2011. Microtiter dish biofilm formation assay. J. Vis. Exp. 30 (47). pii: 2437. doi: 10.3791/2437.

Weiss J.S., Alvarez M., Tang C.C., Horvath R. W., Stahl J. F., 2005. Evaluation of moving bed biofilm reactor technology for enhancing nitrogen

removal in a stabilization pond treatment plant. WEFTEC®, (http://www.environmental-expert.com/Files/384/articles/16315/2.pdf).

(http://www.faculty.ait.ac.th/visu/data/AITThesis/Doctoral%20Thesis%20final/Dan%20Thesis%20%20pdf%202002.pdf).

Woolard CR, Irvine RL , 1995. Treatment of hypersaline wastewater in the sequencing batch reactor. Water Res. 29:1159–1168.

1. Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phản nitrate từ

nƣớc thải chế biến thủy sản

(Nguyễn Hoài

Hương và

nnk., 2012)

2. Định danh VK chọn lọc

KẾT LUẬN