ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

----------

NGUYỄN NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG

VI SINH VẬT BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT HIẾU

KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------------------

NGUYỄN NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT

BỔ SUNG VÀO QUÁ TRÌNH BÙN HẠT HIẾU KHÍ ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC

THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng

Mã số: 60 52 03 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Tăng Thị Chính

TS. Trần Thị Huyền Nga

Hà Nội - 2016

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Tất cả các số liệu

nghiên cứu của luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận

văn nào khác và xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được

chỉ rõ nguồn gốc.

Tôi xin cảm ơn mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt

luận văn này.

Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016

Học viên

Nguyễn Ngọc Ánh

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của phòng Vi sinh vật môi

trường, Viện công nghệ môi trường. Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận

được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể.

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Tăng Thị Chính

đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình.

Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Thị Hòa và tập thể

cán bộ phòng Vi sinh vật môi trường đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô

cùng có ích và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi thực hiện nghiên cứu của mình.

Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới TS. Trần Thị Huyền Nga, Bộ môn

Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại

học - Đại học khoa học tự nhiên đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập

cũng như trong thời gian thực hiện nghiên cứu.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn

bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

của mình.

Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016

Học viên

Nguyễn Ngọc Ánh

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3

1.1. Thực trạng ô nhiễm nước thải từ các làng nghề chế biến tinh bột ....................... 3

1.1.1. Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột ..................................................... 3

1.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải các làng nghề chế biến tinh bột ................ 4

1.2. Tác động của nước thải chế biến tinh bột đến môi trường sinh thái ................... 6

1.2.1. Ô nhiễm nguồn nước............................................................................. 6

1.2.2. Ô nhiễm đất .......................................................................................... 7

1.2.3. Ô nhiễm không khí ............................................................................... 7

1.2.4. Ảnh hưởng đến con người ..................................................................... 8

1.3. Các phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột ............................................ 8

1.3.1. Phương pháp hóa học ............................................................................ 8

1.3.2. Phương pháp hóa lý .............................................................................. 9

1.4. Công nghệ vi sinh trong xử lý nước thải chế biến tinh bột ................................ 16

1.4.1. Cấu tạo và quá trình phân hủy tinh bột ................................................. 16

1.4.2. Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột và lợi ích thu được khi ứng dụng

chúng vào trong quá trình xử lý nước thải chứa nhiều tinh bột ......................... 18

1.4.3. Sự phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý ......................... 19

1.4.4. Ưu thế của phương pháp vi sinh vật ..................................................... 20

1.4.5. Bùn hạt hiếu khí ................................................................................. 21

1.5. Xử lý nước thải bằng công nghệ SBR ................................................................ 24

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 27

2.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 27

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 27

2.1.2. Dụng cụ và hoá chất ............................................................................. 27

2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 28

iv

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu nước thải ............................................................ 28

2.2.2. Phương pháp xác định sinh khối tế bào theo mật độ quang ..................... 28

2.2.3. Phương pháp phân lập vi sinh vật ......................................................... 28

2.2.4. Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột ................. 29

2.2.5. Phương pháp tinh sạch, giữ giống và hoạt hóa vi sinh vật ..................... 29

2.2.6. Phương pháp đánh giá khả năng sinh amylase của các chủng vi sinh vật

tuyển chọn .................................................................................................... 30

2.2.7. Phương pháp xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sự sinh

trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn ....... 31

2.2.8. Phương pháp xác định các đặc điểm hình thái, sinh lý hoá của các chủng

vi khuẩn ............................................................................................................... 31

2.2.9. Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) ............................... 32

2.2.10. Phương pháp xác định nito tổng số .......................................................... 33

2.2.11. Phương pháp xác định photpho tổng số .................................................. 34

2.2.12. Phương pháp xác định amoni ................................................................... 34

2.2.13. Phương pháp xác định giá trị SV30 (solid value 30) ............................... 35

2.2.14. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng phương pháp bùn hạt

hiếu khí ................................................................................................................ 35

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 36

3.1. Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật sinh amylase có khả năng phân giải

tinh bột sống cao ....................................................................................................... 36

3.2. Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật tuyển chọn .................................. 39

3.2.1. Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ........................ 39

3.2.2. Phân loại đến loài các chủng vi khuẩn tuyển chọn .................................... 42

3.3. Xác định khả năng sinh enzyme của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ................... 44

3.4. Xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng và sinh tổng hợp

amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn .......................................................... 46

3.4.1. Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 46

3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................ 48

v

3.5. Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp

bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm ............................................................... 52

3.5.1. Kiểm tra tính đối kháng của các chủng vi khuẩn tuyển chọn để sử

dụng vào quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột ....................................... 53

3.5.2. Sự phát triển của các chủng vi sinh vật tuyển chọn trong quá trình tạo

bùn hạt hiếu khí ................................................................................................... 54

3.5.3. Sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí ...................................... 54

3.5.4. Kết quả xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương pháp

bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm .......................................................... 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 63

PHỤ LỤC ................................................................................................................. 66

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu ôxi sinh hóa

COD Nhu cầu ôxi hóa học

DO Lượng ôxi hòa tan

MLSS Nồng độ bùn hạt

KPH Không phát hiện

SBR Sequency Batch Reator

SS Tổng chất rắn lơ lửng

QCVN Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia

TBC Tinh bột chín

TBS Tinh bột sống

VK Vi khuẩn

VSV Vi sinh vật

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề .......... 5

Bảng 1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính ................................................ 13

Bảng 1.3. Một số vi sinh vât có hệ amylase ............................................................. 19

Bảng 3.1. Hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập. ..................................... 36

Bảng 3.2. Hoạt tính amylase của 9 chủng VSV có đường kính............................... 39

Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của hai chủng VSV tuyển chọn . 41

Bảng 3.4. Phản ứng sinh hóa của hai chủng VSV tuyển chọn .................................. 42

Bảng 3.5. Khả năng sinh một số enzyme phân giải protein, xenlulose và tinh bột của

2 chủng VSV tuyển chọn ............................................................................. 44

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của VSV ..................................... 46

Bảng 3.7. Hoạt tính sinh enzyme amylase ở các độ pH khác nhau của môi trường . 47

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của VSV .................. 49

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh amylase của VSV ............... 50

Bảng 3.10. Mật độ vi sinh trong bùn hạt hiếu khí ..................................................... 54

Bảng 3.11. Kết quả phân tích đánh giá hiệu quả xử lý ............................................. 60

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến .................... 4

Hình 1.2. Cấu tạo tinh bột ......................................................................................... 18

Hình 1.3. Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật ................................................... 20

Hình 1.4. Màu sắc bùn hạt trưởng thành ................................................................... 23

Hình 1.5. Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống ................................. 23

Hình 1.6. Các pha trong chu trình hoạt động của SBR ............................................. 25

Hình 2.1. Sơ đồ bể phản ứng SBR sử dụng trong nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí . 35

Hình 3.1. Đánh giá hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập ...................... 38

Hình 3.2. Khuẩn lạc của chủng VSV tuyển chọn .................................................... 40

Hình 3.3. Hình thái tế bào chủng PD17 trên kính hiển vi quang học ....................... 40

Hình 3.4. Hình thái tế bào chủng DL21 trên kính hiển vi quang học ....................... 41

Hình 3.5. Hoạt tính sinh enzyme của hai chủng vi khuẩn tuyển chọn ...................... 45

Hình 3.6. Sinh trưởng của VSV ở các độ pH khác nhau ......................................... 46

Hình 3.7. Hoạt tính sinh amylase ở các độ pH khác nhau. ....................................... 48

Hình 3.8. Sinh trưởng của VSV ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau ................ 49

Hình 3.9. Khả năng sinh enzyme của chủng PD17 ở các mức nhiệt độ ................... 50

Hình 3.10. Hoạt tính sinh amylase của chủng DL21 ở các mức nhiệt độ ................. 51

Hình 3.11. Hoạt tính sinh amylase ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau .......... 51

Hình 3.12. Tính đối kháng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn ............................. 53

Hình 3.13. Bùn hạt hiếu khí sau 3 tuần ..................................................................... 55

Hình 3.14. Sự phát triển của bùn hạt qua 4 tuần ....................................................... 56

Hình 3.15. Hiệu quả xử lý COD trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột ........ 57

Hình 3.16. Kết quả xử lý amoni trong nước thải ..................................................... 57

Hình 3.17. Kết quả xử lý nito trong nước thải ......................................................... 58

Hình 3.18. Kết quả xử lý tổng photpho trong nước thải .......................................... 59

1

MỞ ĐẦU

Các làng nghề thủ công truyền thống là nét đặc trưng của nhiều vùng nông

thôn Việt Nam. Trong những năm qua, các làng nghề truyền thống ở Viêt Nam đã

và đang có nhiều đóng góp cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và nền

kinh tế nông thôn nói riêng. Nhiều làng nghề truyền thống hiện nay đã được khôi

phục, đầu tư phát triển với quy mô và kỹ thuật cao hơn. Hàng hóa thủ công truyền

thống không những phục vụ nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu ra thế giới với

giá trị lớn.

Một trong những loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là

làng nghề chế biến lương thực (làm bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột…). Sự ô

nhiễm môi trường nước ở các làng nghề này đang ở mức báo động, gây bức xúc cho

xã hội. Nước thải từ các làng nghề chế biến lương thực có chứa hàm lượng các chất

hữu cơ rất cao (các loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza,...), đây là nguồn

dinh dưỡng thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật phát triển. Sự phát triển của các loài

vi sinh vật trong môi trường nước thải giàu hữu cơ không có sự kiểm soát của con

người thường tạo ra các sản phẩm có mùi hôi thối như là H2S, CH4, NH4+… tác

dụng xấu đến môi trường sinh thái. Do vậy, nước thải cần được xử lý trước khi thải

ra môi trường tự nhiên. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải làng nghề

như: phương pháp cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học… đã được áp dụng và cho

hiệu quả xử lý khác nhau. Trong đó, phương pháp sinh học (bể sinh học hiếu khí)

cho hiệu quả xử lý tốt và thân thiện với môi trường.

Hiện nay, quá trình bùn hoạt tính vẫn đang là công nghệ xử lý nước thải phổ

biến đang được áp dụng trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Tuy nhiên, nhược

điểm của quá trình bùn hoạt tính thông thường chỉ xử lý được chất thải ô nhiễm tải

lượng thấp (<5kgCOD/m3.ngày) và khả năng chịu sốc tải rất kém. Các nghiên cứu

về quá trình tạo bùn hạt trong điều kiện hiếu khí và ứng dụng nó chỉ mới được thực

hiện trên thế giới trong vòng 10 năm trở lại đây và bước đầu đã có một số kết quả

2

khả quan. Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng, bùn hạt hiếu khí có đặc điểm

nổi trội như khả năng lắng tốt, duy trì nồng độ sinh khối cao, khả năng xử lý chất

hữu cơ cao lên đến 10 – 15 kg COD/m3.ngày (trong khi đó khả năng xử lý của bùn

hoạt tính <5 kg COD/m3.ngày), chịu sốc tải trọng, xử lý đồng thời được nito. Mặc

dù có nhiều ưu điểm nhưng các nghiên cứu về tạo bùn hạt hiếu khí và áp dụng trong

xử lý nước thải ở nước ta còn hạn chế. Trước thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên

cứu đề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật bổ sung vào quá

trình tạo bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột”

Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí để ứng dụng trong xử lý nước thải làng nghề

chế biến tinh bột từ quy mô phòng thí nghiệm.

Nội dung đề tài:

- Thu thập các tài liệu, dữ liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu.

- Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật hữu ích có khả năng phân

hủy tinh bột cao để bổ sung vào quá trình tạo bùn hạt hiếu khí.

- Nghiên cứu các đặc điểm sinh lý hóa của các chủng vi sinh vật tuyển chọn và

bổ sung vào bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún miến

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún miến bằng phương

pháp xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR) sử dụng bùn hạt hiếu khí ở quy mô phòng thí

nghiệm.

3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Thực trạng ô nhiễm nƣớc thải từ các làng nghề chế biến tinh bột

1.1.1. Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột

Sự phát triển của ngành chế biến tinh bột đã và đang nảy sinh ra những vấn

đề bất cập về môi trường, nó tác động không nhỏ đến môi trường sinh thái và sự

phát triển bền vững của làng nghề. Nước thải sinh ra từ hoạt động sản xuất, nước

thải do mưa chảy tràn tạo ra và nước thải sinh hoạt của người dân.

Đặc điểm chung của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân

hủy sinh học như protein (40 – 50 %), hydratcacbon (40 – 50 %), chất béo (5 – 10

%), nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 - 450

mg/l [1].

Nước thải do hoạt động sản xuất có chứa hàm lượng tinh bột cao. Do nguyên

liệu dùng cho các hoạt động sản xuất bún miến là gạo, củ dong riềng. Trong gạo có

chứa khoảng 80% tinh bột, còn trong củ dong riềng là 70,9% [28]. Các làng nghề

chế biến nông sản thực phẩm tiêu thụ một khối lượng nước lớn, có nơi lên đến 7000

m3/ngày. Nước sử dụng cho sản xuất bún, miến chủ yếu ở khâu ngâm bột, tẩy màu,

mùi của bột, ngâm trước khi đem chế biến. Nước thải bún, miến có COD tương đối

cao 4000 – 6000 mg/l, độ đục tương đối lớn 400 – 600 NTU do trong quá trình

ngâm bột một lượng nhỏ tinh bột đi theo nước vào nước thải. Thành phần chủ yếu

của gạo, bột dong riềng là tinh bột nên hàm lượng amoni không cao khoảng 40 – 80

mg/l và nitrit thấp (< 3 mg/l), pH của nước thải khá thấp (2 – 3) và có mùi chua rất

khó chịu, tất cả nước thải của các công đoạn được thải chung xuống cống chung,

cùng với nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm nặng về không khí và nguồn nước [2].

4

Hình 1.1. Lưu lượng nước thải sản xuất của một số làng nghề chế biến

lương thực, thực phẩm

1.1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải các làng nghề chế biến tinh bột

Hiện nay tại nông thôn, tình trạng ô nhiễm nước đang ở mức báo động trầm

trọng nhất là tại các làng nghề. Theo Báo cáo môi trường quốc gia – Môi trường

nông thôn năm 2014, đến hết năm 2014 số làng nghề và làng có nghề ở nước ta

khoảng 5.096, trong đó số làng nghề truyền thống được công nhận theo tiêu chí làng

nghề hiện nay của Chính phủ là 1.748 [1]. Tuy nhiên, mặt trái của các làng nghề

nông thôn cũng là tình trạng gây ô nhiễm môi trường: nước thải, chất thải do các

làng nghề tại các vùng quê gây ô nhiễm nguồn nước, không khí, đất đai ảnh hưởng

đến cây trồng, vật nuôi và sức khỏe người dân. Bên cạnh đó, tỷ lệ làng nghề sử

dụng thiết bị xử lý nước thải, chất thải độc hại chỉ đạt 4,1% và thực trạng này đang

cho thấy rõ nguy cơ gây ô nhiễm môi trường từ các làng nghề ở nông thôn nước ta

[1]. Đặc biệt là nước thải tại các làng nghề chế biến nông sản đang là vấn đề bức

xúc gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Nước thải của các làng nghề chế

biến lương thực, thực phẩm có đặc tính chung là rất giàu chất hữu cơ, dễ phân hủy

sinh học. Ví dụ, nước thải của quá trình sản xuất tinh bột từ sắn có hàm lượng ô

nhiễm rất cao (COD = 13.300 – 20.000 mg/l, BOD = 5.500 – 14.750 mg/l) [4].

Các làng nghề chế biến tinh bột đã có truyền thống lâu đời và đến nay vẫn

tiếp tục phát triển. Ví dụ làng bún Phú Đô, hàng năm sản xuất được khoảng 5000

tấn bún, cung cấp cho khoảng 50% thị trường bún ở Hà Nội. Tuy nhiên, quá trình

5

sản xuất bún, miến lại tốn rất nhiều nước vì có rất nhiều công đoạn. Nước thải của

sản xuất bún, miến chứa nhiều tạp chất hữu cơ dạng hòa tan hoặc lơ lửng, trong đó

chủ yếu là các hợp chất hydro cacbon như tinh bột, đường, các loại axit hữu cơ

(lactic)... cùng chất tẩy màu, mùi. Theo nhiều khảo sát, nước thải sản xuất bún của

làng nghề Phú Đô với giá trị COD trung bình là 3076,3 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho

phép xấp xỉ 40 lần); BOD5 là 2152 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho phép hơn 40 lần);

NH4+ là 29.89 mg/l (vượt tiêu chuẩn cho phép xấp xỉ 2 lần) [16]. Nhưng phần lớn

nước thải tại các làng nghề đều thải thẳng ra ngoài không qua bất kỳ khâu xử lý nào

làm cho nguồn nước nhuốm màu đen ngòm và bốc mùi hôi thối. Nước thải này tồn

đọng ở các cống rãnh thường bị phân hủy yếm khí gây ô nhiễm không khí và ngấm

xuống lòng đất gây ô nhiễm môi trường đất và suy giảm chất lượng nước ngầm.

Thực trạng trên không chỉ xảy ra với làng bún Phú Đô mà còn đối với hầu hết các

làng nghề truyền thống trên cả nước.

Tình trạng ô nhiễm môi trường đã khiến một tỷ lệ không nhỏ người dân làng

nghề hoặc ở các khu vực lân cận mắc các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh

đường ruột, bệnh ngoài da... Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu do môi trường sinh

hoạt không bảo đảm vệ sinh, nguồn nước sạch khan hiếm. Tỷ lệ mắc bệnh nghề

nghiệp ở làng nghề có tỷ lệ cao hơn rất nhiều những làng thuần nông khác...

Bảng 1.1. Thải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của một số làng nghề

chế biến lương thực, thực phẩm [2]

Làng nghề Sản phẩm

Tấn/năm

COD BOD5 SS

Tấn/năm Tấn/năm Tấn/năm

Bún Phú Đô 10200 7690 5314 9.38

Bún Vũ Hội 3100 2262 15.3 2.76

Bún bánh Ninh Hồng 4380 1508 10.42 1.84

Tinh bột Dương Liễu 52000 13050 934.4 2.133

Để từng bước khắc phục ô nhiễm môi trường, đã có nhiều nghiên cứu và

triển khai một số mô hình thí điểm xử lý ô nhiễm làng nghề. Đó là các dự án: Thí

điểm xử lý nước thải cho làng nghề chế biến tinh bột sắn xã Tân Hòa (huyện Quốc

6

Oai);... Các dự án đều thực hiện bằng chế phẩm, đã được nghiệm thu và bàn giao

cho cơ sở sản xuất quản lý sử dụng; đồng thời đang được phổ biến nhân rộng mô

hình xử lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại khu vực làng nghề này.

Tuy vậy, quá trình triển khai vẫn còn chậm và gặp nhiều khó khăn như nguồn

kinh phí đầu tư công nghệ, xây dựng công trình xử lý ô nhiễm môi trường lớn; nhận

thức về trách nhiệm bảo vệ môi trường cho cộng đồng của các hộ sản xuất còn kém;

lực lượng và năng lực chuyên môn của cán bộ quản lý về môi trường cũng còn hạn

chế. Các cấp chính quyền địa phương lại chưa quan tâm đúng mức đến công tác bảo

vệ môi trường nên nhiều chương trình, nhiệm vụ chưa đạt kế hoạch đề ra.

1.2. Tác động của nƣớc thải chế biến tinh bột đến môi trƣờng sinh thái

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội nhiều ngành

thủ công truyền thống đã được khôi phục và phát triển khá mạnh. Tuy nhiên sự phát

triển của các làng nghề còn mang tính chất tự phát, tùy tiện, quy mô sản xuất nhỏ lẻ,

trang thiết bị còn lạc hậu. Tất cả những mặt hạn chế trên không chỉ ảnh hưởng đến

sự phát triển của các làng nghề mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi

trường làng nghề và sức khỏe cộng đồng. Một trong các loại hình làng nghề phổ

biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng nghề chế biến lương thực (làm bún, miến,

bánh đa, chế biến tinh bột). Sự ô nhiễm môi trường nước tại các làng nghề này đang

ở mức báo động, gây nhiều bức xúc cho xã hội.

1.2.1. Ô nhiễm nguồn nước

Không phải nói đến những hiệu quả nhiều mặt của làng nghề chế biến tinh bột:

Vừa tạo được công ăn việc làm cho nhiều lao động sở tại, vừa giữ được nghề truyền

thống và phần nào văn hóa đặc sắc của vùng miền. Tuy nhiên, những năm gần đây,

cộng đồng phải lo ngại, thậm chí bức xúc về nạn ô nhiễm môi trường do hoạt động

sản xuất gây ra. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước đang là một trong những vấn đề ô

nhiễm nghiêm trọng. Hiện nay, việc sử dụng nước cho quá trình sản xuất tinh bột tại

các làng nghề càng gia tăng do nhu cầu thị trường ngày càng cao dẫn đến lượng

nước thải ngày càng lớn. Mỗi ngày có tới hàng chục nghìn mét khối nước thải chứa

nhiều tạp chất hữu cơ - tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển và chứa những chất

7

hóa học, kiềm, sắt, kim loại… theo các cống rãnh chảy ra ngoài ao, hồ và ngấm

xuống mạch nước ngầm làm ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt của người dân.

Nếu không kiểm soát được nước thải cũng như không áp dụng biện pháp xử lý phù

hợp sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của con người.

Ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng trực tiếp đến các sinh vật nước, đặc biệt là ở

các ao, hồ, sông do đây là nguồn tiếp nhận nước thải. Nhiều loài thủy sinh do hấp

thụ các chất độc trong nước, thời gian lâu ngày đã gây ra những biến đổi trong cơ

thể, một số trường hợp gây biến đổi gen, tạo nhiều loài mới, thậm chí còn làm chết

nhiều loài. Nguồn nước thải không qua xử lý không chỉ gây ra ô nhiễm nguồn nước

mà nó còn thấm vào đất gây nên ô nhiễm đất và ô nhiễm nguồn nước ngầm. Ví dụ

như ở làng nghề Phú Đô mỗi ngày mỗi hộ sử dụng 50m3 nước, số nước này sau khi

sử dụng được thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước chung, rồi đổ ra sông Nhuệ.

Một phần không nhỏ còn lại bị cuốn theo nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng nước

mặt, nước dưới đất [2,15].

1.2.2. Ô nhiễm đất

Nước bị ô nhiễm mang nhiều chất vô cơ và hữu cơ thấm vào đất gây ô nhiễm

nghiêm trọng. Khi các chất ô nhiễm từ nước thấm vào đất không những gây ảnh

hưởng đến đất mà còn ảnh hưởng đến cả các sinh vật đang sinh sống trong đất. Các

chất ô nhiễm làm giảm quá trình hoạt động phân hủy chất của một số vi sinh vật

trong đất. Ô nhiễm quá mức là nguyên nhân làm cho nhiều cây cối còi cọc, khả

năng chống chịu kém, không phát triển được hoặc có thể bị thối gốc mà chết [16].

1.2.3. Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm môi trường nước không chỉ ảnh hưởng đến đất, nước mà còn ảnh

hưởng đến không khí. Các hợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại trong nước thải thông qua

vòng tuần hoàn nước, theo hơi nước vào không khí làm cho mật độ bụi bẩn trong

không khí tăng lên. Không chỉ vậy, các hơi nước này còn là giá bám cho các vi sinh

vật và các loại khí bẩn công nghiệp độc hại khác. Đối với không khí, nguồn gây ô

nhiễm đặc trưng nhất của làng nghề là mùi chua, hôi thối do quá trình phân hủy của

các chất hữu cơ, quá trình ủ, lên men của bún. Quá trình này tạo ra các khí độc gây

8

ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Kết quả phân tích mẫu khí thải ở Phú Đô của

ngành chức năng cho thấy hầu hết đều vượt tiêu chuẩn cho phép gấp nhiều lần,

riêng đối với nồng độ bụi vượt từ 113 đến 230 lần cho phép [16].

1.2.4. Ảnh hưởng đến con người

Báo cáo môi trường quốc gia năm 2014 cho thấy, tại nhiều làng nghề, tỷ lệ

người mắc bệnh (đặc biệt là nhóm người trong độ tuổi lao động) đang có xu hướng

gia tăng. Trong vòng 30 năm qua, có khoảng 40 bệnh mới đã phát sinh và đều có

nguồn gốc ô nhiễm từ môi trường [1]. Tại các làng nghề chế biến nông sản thực

phẩm, bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13 – 38 %), bệnh về đường tiêu hóa (8 – 30

%), bệnh viêm da (4,5 – 23 %), bệnh đường hô hấp (6 – 18 %), bệnh đau mắt (9 –

15 %). Tỉ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng bún Dương Liễu là 70%, làng bún Phú

Đô là 50% [1]. Tác hại của ô nhiễm môi trường qua các chỉ số là hết sức lo ngại.

Vào những ngày hè nắng nóng, nước bốc mùi nồng nặc ảnh hưởng nghiêm trọng

đến cuộc sống của người dân. Nhưng vì cuộc sống mưu sinh, người dân ở đây vẫn

phải sống trong môi trường đó dù biết rằng sức khỏe đang bị đe dọa hàng ngày.

Những vấn đề nổi cộm trên không chỉ làm ô nhiễm nghiêm trọng không khí,

nguồn nước, mất mỹ quan làm suy thoái môi trường nghiêm trọng mà còn tác động

xấu tới sức khỏe người dân của làng nghề và cộng đồng dân cư lân cận, đe dọa tới

sự phát triển bền vững làng nghề Việt Nam.

1.3. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột

1.3.1. Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học ít được sử dụng, thường dùng để điều chỉnh pH của

nước thải về giá trị thích hợp, hoặc dùng ở bước cuối cùng của quá trình xử lý. Cơ

sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra

giữa chất bẩn với hóa chất cho vào. Phương pháp hóa học gồm phương pháp trung

hòa và phương pháp oxy hóa-khử [5].

- Trung hòa: Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn nước

thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều

9

chỉnh pH về vùng 6,6 – 7,6. Các hóa chất thường dùng là NaOH, KOH, Na2CO3 với

nước thải có tính axit và H2SO4, HCl, HNO3 với nước thải có tính kiềm.

- Phương pháp oxi hóa – khử: Tiến hành oxi hóa - khử các hợp chất hữu cơ,

vô cơ. Phương pháp này tốn một lượng lớn xúc tác hóa học, chỉ dùng khi nước thải

không thể xử lý được bằng phương pháp khác. Thường được sử dụng ở giai đoạn

cuối của quá trình xử lý. Các hóa chất thường sử dụng là chất oxi hóa như: Clo và

hợp chất của Clo, O3, KMnO4, I2, H2O2. Chất khử như: Cr, As, Hg.

1.3.2. Phương pháp hóa lý

Có nhiều phương pháp hóa lý được sử dụng trong xử lý nước thải.

- Phương pháp keo tụ: Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất

rắn huyền phù có kích thước ≥ 10-2

mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể

lắng được. Ta có thể làm tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt

phân tán liên tiếp vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, cần trung hòa

điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình tạo thành bông

lớn từ các hạt nhỏ được gọi là quá trình keo tụ. Các hóa chất thường sử dụng: phèn

Fe, phèn Al. Khi cho hóa chất vào sẽ tạo điều kiện cho các chất rắn lơ lửng liên kết

lại với nhau tạo thành bông lơ lửng có kích thước lớn, có thể lọc được [5].

- Phương pháp hấp phụ: dùng để loại bỏ hết các chất hòa tan vào nước mà

phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm

lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính hoặc các chất

có màu hoặc mùi khó chịu. Các chất hấp phụ thường sử dụng là: than hoạt tính, xỉ,

đất xét hoạt tính, silicagen, mạt sắt… Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng

hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước. Phương pháp này có

khả năng hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu [5].

- Phương pháp tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các

phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính

vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách các bọt khí cùng các

phần tử dính ra khỏi nước. Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành

bọt nhỏ vào trong nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn

10

các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt,

chúng có thể thu gom bằng bộ phận vớt lọc [5].

- Phương pháp trao đổi Ion: Thực chất của phương pháp này là quá trình

trong đó các ion trên bề mặt chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong

dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion). Chúng

hoàn toàn không tan trong nước. Phương pháp trao đổi Ion được ứng dụng để xử lý

nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Hg, Mn…cũng như các hợp chất của

Asen, Photpho, Xyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này đạt được mức độ xử lý

cao, là phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước cấp và

nước thải. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự

nhiên hay tổng hợp. Nguồn gốc tự nhiên như zeolit, đất sét, than đá… tổng hợp như

silicagen, pecmutit, nhựa tổng hợp… [5]

1.3.4. Phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một quá trình phức tạp bởi đó

là quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong thiết bị xử lý, bị ràng buộc bởi các

hiện tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất và năng lượng. Tính phức tạp của nó

còn ở chỗ các quá trình đó xảy ra ở mức độ vi mô. Các quá trình xử lý sinh học có

thể chia thành hai loại chính: Quá trình hiếu khí và quá trình yếm khí. Trong các hệ

thống hiếu khí, các vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ và vô cơ có sự tham

gia của oxy. Còn trong quá trình yếm khí các chất bị phân huỷ không cần sự có mặt

của oxy [21].

Trong thực tế người ta thường kết hợp cả hai phương pháp xử lý yếm khí và

hiếu khí trong một công nghệ xử lý nước thải. Các phương pháp yếm khí được sử

dụng chủ yếu trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng chất hữu cơ

cao (BOD5 = 1500 – 5000 mg/l). Để thực hiện phương pháp này có thể sử dụng

phương pháp lọc yếm khí, bể ổn định tiếp xúc - hầm biogas, hồ yếm khí.

* Lọc sinh học

Bể lọc sinh học là một hệ thống thiết bị sinh học trong đó vi sinh vật được cố

định trên lớp vật liệu xốp, tạo màng. Khi nước thải được cấp khí và tiếp xúc với

11

màng lọc sinh học, các chất hữu cơ bị oxy hoá, do vậy nước thải được làm sạch

[10]. Bể gồm các bộ phận chính:

- Phần chứa vật liệu lọc (lớp đệm bằng đá hoặc các vật liệu khác như: quả

bóng nhựa, hoa nhựa, tấm nhựa tổng hợp… có đường kính trung bình 20-30 mm và

30-80 mm).

- Hệ thống phân phối nước thải đảm bảo tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt lớp

lọc.

- Hệ thống dẫn và phân phối khí bố trí dưới đáy bể lọc.

Bể lọc sinh học được phân thành các loại:

- Lọc nhỏ giọt (thông khí tự nhiên)

- Lọc tải lượng cao (thông khí nhân tạo)

- Tháp lọc, đĩa lọc sinh học

Vi sinh vật sử dụng trong quá trình lọc sinh học chủ yếu là vi khuẩn. Mặc dù lớp

màng này rất mỏng khoảng 1 – 3 mm nhưng cũng phân biệt thành hai lớp: Lớp yếm

khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở bên ngoài. Các chất hữu cơ được oxy hoá do cả

hai quá trình hiếu khí và yếm khí. Thực chất của quá trình lọc sinh học là nhờ hệ thống

vi sinh vật hiếu khí và yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải khi nước

thải chảy qua lớp màng sinh học này [10].

So với hệ thống bùn hoạt tính, lọc sinh học có ưu điểm là ít nhạy cảm hơn

đối với sự thay đổi tải trọng, tiêu tốn ít năng lượng hơn khi không có bộ phận thông

khí cưỡng bức, ưu điểm nữa của phương pháp lọc sinh học là lượng bùn tạo ra ít.

Thiết bị lọc có chiều cao lớn tiết kiệm được mặt bằng cần thiết để xây dựng hệ

thống xử lý. Tuy nhiên, hệ thống này đòi hỏi kinh phí lớn, vận hành tương đối phức

tạp và đặc biệt yêu cầu phải có khu hệ vi sinh vật ổn định cho quá trình xử lý.

* Bể Aeroten

Bể Aeroten là hệ thống xử lý bằng cấp khí nhân tạo. Trong quá trình xử lý, các

vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại ở trạng thái huyền phù. Quá trình xử lý

nước thải được thực hiện trong bể oxy hoá có cấp khí [10]. Việc sục khí ở đây đảm

bảo cho hai yêu cầu của quá trình:

12

- Đảm bảo độ oxy hoà tan cao, cung cấp đủ khí cho vi sinh vật sinh trưởng và

thực hiện quá trình oxy hoá các chất hữu cơ.

- Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước xử lý, tạo ra hỗn hợp

huyền phù, giúp sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hoà tan trong nước,

thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí làm sạch nước thải.

Nếu không đủ điều kiện hiếu khí hoặc ngừng thổi khí, khuấy trộn các hạt bùn

sẽ kết lại thành khối và lắng xuống đáy.

Như vậy, trong tất cả các phương pháp sinh học xử lý nước thải, vi sinh vật

luôn là một nhân tố chủ đạo. Vi sinh vật tham gia vào quá trình oxy hoá các chất

gây ô nhiễm, làm sạch nước thải. Tuy nhiên, không phải bất kỳ loài vi sinh vật nào

cũng có khả năng làm sạch nước và tạo độ kết lắng tốt. Có những loài sau khi phát

triển chúng không những không tạo kết lắng mà còn sinh ra chất nhầy làm tăng độ

nhớt của nước thải làm cho quá trình làm sạch càng khó khăn hơn. Thậm trí một số

vi sinh vật còn sinh ra các sản phẩm phụ có ảnh hưởng xấu tới môi trường là mầm

gây bệnh cho con người và gia súc. Do vậy, bên cạnh việc lợi dụng những tính năng

ưu việt của các loài vi sinh vật thì chúng ta cần phải lựa chọn những chủng vi sinh

vật thích hợp vừa có khả năng làm sạch, vừa tạo độ kết lắng tốt vừa không gây độc

hại cho môi trường [11].

* Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu

sinh trưởng, sinh sản và phát triển. Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ

lửng khó lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển

thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể

hiện bằng BOD. Các hạt bông bùn này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng ở

trong nước, được lớn dần lên do hấp thu nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi

sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Các hạt bông này khi ngừng thổi khí

hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiệt

chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn. Bùn này được gọi là bùn hoạt tính.

13

Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong môi

trường thích hợp có sục khí) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi.

Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính rất phong phú với các loại vi khuẩn,

nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh. Số lượng vi khuẩn trong bùn

hoạt tính dao động trong khoảng 108

– 1012

trong 1 mg chất khô. Phần lớn chúng là

Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium…

Trong khối nhầy có các loài Zooglea, đặc biệt là Zooglea ramigola, rất giống

Pseudomonas, chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy xung quanh tế bào. Bao nhầy

này là một polyme sinh học, thành phần là polysaccarit, có tác dụng kết các tế bào vi

khuẩn lại thành các hạt bông [13]. Ngoài ra, trong bùn hoạt tính còn có mặt các vi

khuẩn phân hủy các polyme, vi khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn khử sunfat. Một số

giống vi khuẩn điển hình có mặt trong bùn hoạt tính được thể hiện trên bảng 1.2.

Bảng 1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính [5]

TT Vi khuẩn Vai trò

1 Pseudomonas Phân huỷ cacbonhydrat, protein, các hợp chất hữu cơ

và phản nitrat hóa

2 Arthrobacter Phân huỷ cacbonhydrat

3 Bacillus Phân huỷ cacbonhydrat, protein

4 Cytophaga Phân huỷ các polyme

5 Zooglea Tạo thành chất nhầy, hình thành các chất keo tụ

6 Acinetobacter Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat

7 Nitrobacter Nitrat hoá

8 Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ

9 Acaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hóa

10 Flavobacterium Phân hủy protein

11 Acinetobacter Phản nitrat hóa

12 Hyphomicrobium Phản nitrat hóa

13 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat

14

Các động vật nguyên sinh cũng có mặt trong bùn hoạt tính và tham gia vào

quá trình làm sạch nước thải. Chúng ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường

loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích

thích vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết

lắng bùn nhanh.

Để xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính có hiệu quả, cần sử dụng nhiều biện

pháp khác nhau để tạo bùn hoạt tính nhằm tăng số lượng cũng như hoạt lực của các vi

sinh vật có trong đó như: lấy bùn hoạt tính ở nơi xử lý khác có tính chất giống như

nước thải nghiên cứu, hồi lưu bùn đã dùng ở những bể xử lý nước thải trước trở lại

các bể sục khí. Ngoài ra, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát

triển của vi sinh vật có trong bùn hoạt tính như:

- Nhiệt độ của nước thải: Nếu nhiệt độ cao thì phải có thiết bị hạ nhiệt độ

xuống khoảng 25 – 300C;

- pH của nước thải: Cần phải điều chỉnh pH của nước thải đạt khoảng 6,5 – 7,5;

- Các nguyên tố có tính độc có thể tiêu diệt hoặc kìm hãm sinh trưởng của vi

sinh vật. Nước thải có chứa các độc tố đặc biệt này cần phải có biện pháp xử lý riêng

trước khi được xử lý bằng bùn hoạt tính;

- Tỷ số BOD5: N: P: Đây là các chỉ số cần được quan tâm khi cân bằng dinh

dưỡng cho VSV trong nước thải. Tỷ lệ BOD5: N: P được đề xuất tối ưu là 100: 5: 1.

Ngoài chất hữu cơ, nitơ và photpho là hai nguồn dinh dưỡng quan trọng cho sự tạo

thành tế bào mới và hoạt động của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Ngoài ra, để phát

huy được vai trò của bùn hoạt tính đến điều kiện hiếu khí hay nồng độ oxy hòa tan

trong nước, chúng ta phải quan tâm trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải

bằng bùn hoạt tính. Có thể làm tăng nồng độ oxy hòa tan bằng cách tăng mặt thoáng

của ao hồ, áp dụng các biện pháp sục khí và khuấy cưỡng bức [13].

* Phương pháp xử lý nước ô nhiễm bằng vi tảo

Tảo là thực vật bậc thấp, sống theo kiểu quang tự dưỡng, dị dưỡng hoặc tạp

dưỡng. Có loại tảo có cấu trúc đơn bào, có loại mọc nhánh dài. Chúng là thực vật

15

phù du, có thể trôi nổi ở trong nước hay móc vào các giá đỡ (loài thực vật khác).

Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến 2/3. Nhiều loài

tảo, như vi tảo còn được xếp vào nhóm vi sinh vật, tảo lam được xếp vào nhóm vi

khuẩn lam. Tảo phát triển làm nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo (tảo

lam Anabaena cylindrica làm cho nước có màu xanh lam, Oscilatoria rubecens làm

cho nước ngả màu hồng, các loài khuê tảo Melorisa, Navicula làm cho nước có màu

vàng nâu...) [13].

Trong nước thải giàu nguồn N và P là điều kiện tốt cho tảo phát triển. Nguồn

CO2 có thể do vi sinh vật hoạt động thải ra trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo

thành và cung cấp cho tảo hoặc từ không khí.

Cơ sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải là dựa

vào đặc tính sinh trưởng tự nhiên của chúng. Tảo sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làm

nguồn cacbon và nguồn nitơ, photpho vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của

năng lượng ánh sáng mặt trời, đồng thời thải ra khí oxy. Quá trình quang hợp của

tảo được biểu diễn như sau:

Các khí oxy phân tử sinh ra làm giàu thêm hàm lượng oxy hòa tan trong

nước, tạo điều kiện thuận lợi giúp vi khuẩn hiếu khí phát triển và thúc đẩy các phản

ứng oxy hóa - khử trong quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ xảy ra nhanh

hơn.

Vai trò chính của tảo và thực vật thủy sinh là khử nguồn amonium hoặc

nitrat, cùng nguồn photphat có trong nước. Việc làm giảm các chất hữu cơ ô nhiễm

trong nước chủ yếu là nhờ một số loại vi khuẩn, tảo và thực vật khác chỉ sinh oxy

và có rễ để vi khuẩn bám vào, cùng tán lá che chắn làm giảm tác động của ánh sáng

mặt trời giúp vi khuẩn khỏi chết và tạo điều kiện cho chúng hoạt động tốt hơn.

Các loài vi tảo có thể làm thức ăn tự nhiên trong nuôi trồng thủy sản. Một số

loài tảo có khả năng phát triển trên một số loại nước thải đóng vai trò quan trọng

CO2 + NH4 + PO43-

Tế bào tảo mới (tăng sinh khối) + O2 Ánh sáng

16

trong quá trình làm sạch nước thải. Cùng với các vi sinh vât khác, vi tảo giữ vai trò

như máy lọc sinh học tự nhiên, trực tiếp hấp thu tất cả những sản phẩm thừa, sản

phẩm sau cùng của phân huỷ hữu cơ và chuyển hoá chúng sang dạng ít độc hại hơn

hoặc phân giải chúng thành những vật chất khác đơn giản và vô hại. Những loại tảo

và vi khuẩn lam nước ngọt được sử dụng phổ biến trong quá trình xử lý nước thải

chủ yếu thuộc các chi Chlorella, Spirulina, Scenedessmus…Từ nhiều năm qua đã có

nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về việc ứng dụng các loài tảo trong xử lý

nước ô nhiễm. Tại Việt Nam, tảo lam Spirulina đã được sử dụng trong xử lý nước

thải giàu amoni từ một số nguồn phân hóa học trong trồng trọt để giảm thiểu ô

nhiễm môi trường và giảm giá thành sản phẩm từ Spirulina [16]. Ngoài ra, các thử

nghiệm nuôi trồng tảo này bằng nguồn nước thải ươm tơ tằm, nước thải nhà máy

phân đạm, nước thải từ hầm biogas… đã được triển khai, ngay cả các nguồn phế

thải hữu cơ như rỉ đường, phế thải công nghiệp rượu bia cũng đã được thử nghiệm

để nuôi trồng và thu sinh khối của tảo này [15]. Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên

cứu của Liang. W và cộng sự - Trường Đại học Nanchang cũng đã chứng minh

được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu quả của loài tảo Chlorella [24]. Năm

2010 tại Thụy Điền, nhà nghiên cứu Larsdotter K và cộng sự cũng chỉ ra các loài vi

tảo có hiệu quả xử lý nitơ và photpho có trong nước thải rất tốt, hiệu suất xử lý nitơ

đạt 60 - 80% và photpho đạt từ 60 – 100% trong các tháng của mùa hè [23].

1.4. Công nghệ vi sinh trong xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột

1.4.1. Cấu tạo và quá trình phân hủy tinh bột

Tinh bột tiếng Hy Lạp là amidon (công thức hóa học: (C6H10O5)n) là một

polysacarit chứa hỗn hợp amylose và amylopectin. Trong tinh bột tỷ lệ phần trăm

amilose và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ

20:80 đến 30:70. Cả amylose và amylopectin đều được cấu tạo từ đơn phân là D –

glucose. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và

thành phần hóa học khác nhau. Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong

các quả, củ như: ngũ cốc. Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần

quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài

17

động vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công

nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và

lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong

công nghiệp.

- Tính chất vật lý và trạng thái thiên nhiên: Tinh bột là chất rắn vô định

hình, màu trắng, không tan trong nước. Trong nước nóng từ 65oC trở lên, tinh bột

chuyển thành dung dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột. Tinh bột có rất nhiều trong các

loại hạt (gạo, mì, ngô,..), củ (khoai, sắn,...) và quả (táo, chuối,...). Hàm lượng tinh

bột trong hạt khoảng 80%, trong ngô khoảng 70%, trong củ khoai tây tươi khoảng

20% [14].

- Cấu trúc phân tử: Trong hạt, tinh bột tồn tại dưới các dạng hạt có kích

thước biến đổi từ 0,02 tới 0,12 mm. Hạt tinh bột của các loại hạt khác nhau thì có

hình dạng khác nhau. Hạt tinh bột khoai tây có kích thước lớn hơn cả, còn hạt tinh

bột lúa có kích thước nhỏ hơn. Khi tác dụng với Iot, tinh bột cho màu rất đặc trưng.

Phản ứng này dùng để xác định tinh bột.

Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bảo gồm hai cấu tử là amylose

và amylopectin, các chất này khác hẳn nhau về nhiều tính chất lý học và hóa học.

Trong tinh bột, tỉ lệ amylose trên amynopectin bằng khoảng ¼. Về cấu tạo hóa học,

hai thành phần trên đều có chứa các đơn vị cấu tạo là monosaccarit glucose [3].

Amylose là một chuỗi polyme không phân nhánh, dài khoảng gần 300-1000

gốc glucose, chỉ có liên kết α-1,4-glycoside, có khối lượng phân tử từ vài nghìn đến

hơn một triệu Dalton. Chuỗi amylose xoắn theo kiểu lò xo, một vòng xoắn có 6 gốc

glycose, mỗi gốc tạo thành góc 60o so với gốc phía trước. Cấu trúc xoắn được làm

bền nhờ liên kết hydrogen giữa các nhóm –OH tự do của các gốc glucose. Bên trong

vòng xoắn có thể kết hợp với các nguyên tử khác, ví dụ như với Iot, tạo thành màu

xanh đặc trưng. Khi đun nóng, liên kết hydrogen bị cắt đứt, chuỗi amylose duỗi

thẳng, Iot bị tách ra, dung dịch mất màu xanh.

Amylopectin có cấu trúc phân nhánh, ngoài liên kết α-1,4-glycoside, còn có

cả liên kết α-1,6-glycoside ở điểm phân nhánh. Phân tử bao gồm một nhánh trung

18

tâm có các liên kết α-1,4-glycoside, từ nhánh này, cứ cách 24 - 30 gốc lại có 1 phân

nhánh qua liên kết α-1,6-glycoside. Phân tử amylopectin có khối lượng phân tử cao

hơn amylose, có thể bao gồm đến một triệu gốc glucose [3].

Hình 1.2. Cấu tạo tinh bột

- Sự phân giải tinh bột: Các liên kết glycoside của tinh bột có thể bị thủy

phân nhờ hệ enzym amylase tạo thành glucose, maltose hay dextrin tùy thuộc vào

tính chất của từng enzym.

* α – amylase chỉ cắt đứt liên kết α-1,4-glycoside ở giữa chuỗi polysaccarit,

không có khả năng cắt đứt nhánh α-1,6-glycoside và tạo ra nhiều dextrin phân tử

nhỏ và dextrin phân nhánh chứa liên kết α-1,6-glycoside.

* β – amylase cũng chỉ cắt liên kết α-1,4-glycoside nhưng có khả năng cắt từ

đầu tận cùng không khử của chuỗi polysaccharide cho sản phẩm chủ yếu là đường

maltose và các dextrin chứa mạch nhánh α-1,6-glycoside.

* ϒ – amylase đặc biệt được tổng hợp từ vi sinh vật có khả năng cắt đứt cả liên

kết α-1,4-glycoside và α-1,6-glycoside tạo ra sản phẩm chủ yếu là glycose và

dextrin phân tử nhỏ [3].

Thực tế ngoài enzyme amylase còn có một số enzyme khác có thủy phân tinh

bột như dextranase, glycosidase, β – glucosidase, lactase. Tuy nhiên hệ enzyme

amylase được quan tâm và sử dụng phổ biến hơn.

1.4.2. Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột và lợi ích thu được khi ứng dụng

chúng vào trong quá trình xử lý nước thải chứa nhiều tinh bột

19

Các vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột khi chúng có hệ amylase. Vi

sinh vật phân hủy tinh bột gồm nhiều loại vi khuẩn, xạ khuẩn khác nhau. Trong đó

vi khuẩn đóng vai trò quan trọng. Bảng 1.3 giới thiệu một số loài vi sinh vật có hệ

enzym phân giải tinh bột.

Bảng 1.3. Một số vi sinh vât có hệ amylase [12]

STT VI SINH VẬT HỆ ENZYME

1 Asp. Awamori

α- amylase

β-amylase

glucoamylase

2 Asp.niger α- amylase

glucoamylase

3 Asp.usami

α- amylase

β-amylase

glucoamylase

4 Asp.oryzae β-amylase

glucoamylase

5 Bacillus.spp α- amylase

β-amylase

6 Endomyces.spp glucoamylase

7 Phizopus delemar glucoamylase

Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh tập 2

Viêc bổ sung vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột sống cao vào chế

phẩm sử lý nước thải chứa nhiều tinh bột là hết sức cần thiết, giúp nâng cao hiệu

quả xử lý, thân thiện với môi trường và giúp giảm chi phí so với những phương

pháp khác [12].

1.4.3. Sự phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý

Trong các công trình xử lý nước thải, vi sinh vật sẽ phát triển theo 4 giai đoạn.

Biết được các giai đoạn phát triển của vi sinh vật, ta sẽ biết được khi nào cần loại bỏ

bớt vi sinh vật ra khỏi công trình xử lý để hiệu quả xử lý luôn được tối ưu.

20

Bốn giai đoạn phát triển của vi sinh vật:

- Giai đoạn 1(AB): Giai đoạn thích nghi

Thời gian thích nghi ngắn hay dài phụ thuộc vào loại vi sinh vật, bản chất của

nước thải và kích thước của bể xử lý. Ở giai đoạn này hiệu quả xử lý thấp do vi sinh

vật đang thích nghi, chỉ có sự tăng về kích thước tế bào mà không có sự tăng về số

lượng. Các vi sinh vật hiếu khí có thời gian thích nghi ngắn hơn các vi sinh vật kị khí.

- Giai đoạn 2 (BD): Giai đoạn logarit

Vi sinh vật phát triển mạnh, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ diễn ra mạnh nhất.

Do vậy lượng chất hữu cơ giảm mạnh, cần duy trì tối đa thời gian ở giai đoạn này.

- Giai đoạn 3 (DE): Giai đoạn cân bằng

Tốc độ oxi hóa ổn định, không cần cung cấp nhiều oxi, sinh khối vi sinh vật

nhiều nhất, lượng hợp chất hữu cơ giảm tối đa.

- Giai đoạn 4 (EF): Giai đoạn tự phân của vi sinh vật

Sự phát triển của vi sinh vật tỉ lệ thuận với lượng oxi hóa các hợp chất hữu cơ,

vi sinh vật tự phân hủy làm tăng mật độ ô nhiễm của môi trường lên.

Hình 1.3. Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật

1.4.4. Ưu thế của phương pháp vi sinh vật

Phương pháp vi sinh vật luôn được ưu tiên trong quá trình xử lý vì:

- Vi sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé nên diện tích bề mặt của một tập

đoàn VSV là rất lớn, do vậy khả năng tiếp xúc với chất cần xử lý cao.

X

mg/l

A

B

C

D E

F

t

21

- Năng lượng hấp thu và chuyển hóa lớn, vượt xa sinh vật bậc cao. Khả năng

sinh trưởng và phát triển mạnh, thời gian nhân đôi số lượng tế bào ngắn.

- Khả năng thích ứng với môi trường tốt.

- Có khả năng kết dính (có màng nhày) nên dễ tách khỏi nước sau quá trình xử

lý. Việc tách sinh khối VSV là vô cùng quan trọng trong quá trình xử lý.

Những VSV có màng nhày, dễ kết dính thì được ứng dụng để xử lý môi

trường nhiều.

- Kinh tế, an toàn cho con người, không gây ô nhiễm thứ cấp.

- Sản phẩm của quá trình xử lý có thể sử dụng làm phân bón hoặc phục vụ

chăn nuôi.

1.4.5. Bùn hạt hiếu khí

Bùn hạt là tập hợp các sinh khối lơ lửng kết dính lại với nhau tạo thành hạt, là

sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí trong điều

kiện được cấp khí và các chất nền cần thiết.

Bùn hạt trước đây được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị phân hủy kỵ khí dòng

chảy ngược (UASB), hiện nay đang mở rộng ứng dụng dưới dạng bùn hạt hiếu khí.

Bùn hạt thường có cấu trúc 3 lớp:

- Lớp trong cùng: Gồm vi khuẩn methanothrix, những tế bào hình thành trung

tâm của bùn hạt.

- Lớp giữa: Là những vi khuẩn hình gậy của nhóm vi khuẩn sử dụng acetone

sinh hydro, nhóm sử dụng hydro.

- Lớp ngoài cùng: Nhóm vi khuẩn hình gậy, hình sợi và hình cầu, hỗn hợp vi

khuẩn lên men sinh khí hydro.

Mỗi cấu trúc bùn hạt là tập hợp các nhóm vi khuẩn khác nhau cần thiết cho

quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, thành phần của bùn hạt phụ thuộc vào

loại cơ chất

Cơ chế tạo bùn hạt: Quá trình tạo hạt là quá trình các bông bùn kết dính với

nhau dưới tác dụng của polyme ngoại bào. Lực xáo trộn càng mạnh thì các vi sinh

vật càng tiết ra nhiều polyme ngoại bào để kết dính lại với nhau hoặc là sẽ bị rửa

22

trôi ra ngoài. Độ xáo trộn cao tạo điều kiện va chạm tốt và tác động xoáy hình elip

làm các hạt được vo tròn, bề mặt mịn có dạng hình cầu, đặc chắc. Trong thực tế các

giai đoạn hình thành hạt bùn được chia theo cơ chế như sau: Thích nghi, hình thành

hạt và trưởng thành. Ban đầu hình thành là những viên dạng sợi trong bể phản ứng,

bắt đầu phát triển nhanh hơn tạo thành hạt và được gọi là những hạt ban đầu. Giai

đoạn tương ứng từ lúc bắt đầu cho đến khi hình thành hạt ban đầu gọi là giai đoạn

thích nghi. Giai đoạn hình thành hạt tương ứng từ những hạt ban đầu đến điểm

trưởng thành. Dựa vào sự phân loại trên, quá trình hình thành hạt được bắt đầu và

sau đó trưởng thành trong bể phản ứng [20,25].

Bùn nuôi trong bể phản ứng theo mẻ SBR là dạng bùn sợi màu nâu, lỏng lẻo.

Trong thời gian tồn tại, hầu hết bùn trong bể phản ứng biến đổi thành dạng bông.

Sau 8 tuần, bùn dạng bông ban đầu biến đổi thành bùn hạt. Sau một thời gian hoạt

động bùn hạt xuất hiện trong khi những bông bùn vẫn chiếm ưu thế trong bể phản

ứng. Bùn hạt ban đầu hình thành trong bể phản ứng SBR có kích thước nhỏ, và có

hình dạng không rõ ràng. Những hạt nhỏ phát triển nhanh chóng trong những ngày

tiếp theo, kết quả dẫn đến sự lớn lên của hạt. Sau thời gian này, bùn trong bể phản

ứng gần như hoàn toàn là hạt và quan sát không thấy sinh khối lơ lửng hiện diện

[25].

Bùn hạt được hình thành trên môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng, các điều

kiện vận hành nghiêm ngặt như pH = 6.8 - 7.2, DO phải lớn hơn 2 mg/l, thời gian

lưu nước càng ngắn thì khả năng tạo hạt càng cao. Thành phần nước trong bùn hạt

hiếu khí là 94,3%. Thành phần nước trong hạt kỵ khí là 97,2%.

23

Hình 1.4. Màu sắc bùn hạt trưởng thành

Bùn hạt có nhiều ưu điểm hơn bùn hoạt tính truyền thồng. những đặc tính

của bùn hạt được thể hiện trong hình 1.5 [25].

Hình 1.5. Đặc tính của bùn hạt và bùn hoạt tính truyền thống

* Ưu điểm của bùn hạt

- Mật độ vi sinh vật trong cấu trúc bùn hạt cao

- Hiệu quả xử lý nước thải cao khi hình thành bùn hạt

Bùn hạt Bùn hoạt tính truyền thống

o Bề mặt ngoài rõ ràng, đều đặn

o Tỷ trọng, tính nén cao hơn

o Khả năng lắng tốt

o Khả năng lưu bùn cao

o Khả năng chịu tải hữu cơ và

nitrogen cao

o Rời rạc

o Không có hình dạng cố định

o Cấu trúc lỏng lẻo

24

- Chịu được tải trọng cao

- Kích thước hạt bùn lớn nên có khả năng lắng nhanh

- Ít bị rửa trôi

- Chịu được xốc tải

- Giảm thể tích công trình

- Quá trình thích nghi và tạo mầm hạt xảy ra rất nhanh, ít tốn thời gian.

Bùn hạt rất thích hợp cho việc xử lý nguồn nước thải có hàm hượng chất hữu

cơ cao, ngày nay đang được tập trung nghiên cứu mạnh để ứng dụng vào trong quá

trình xử lý nước thải.

1.5. Xử lý nƣớc thải bằng công nghệ SBR

Ở Việt Nam, việc xử lý nước thải bằng công nghệ truyền thống được áp dụng

rộng rãi vì các nguyên nhân chủ yếu là hệ thống vận hành đơn giản, chi phí đầu tư

thấp và tâm lý ngại tiếp cận với công nghệ mới. Tuy nhiên, hiện nay đã có rất nhiều

công nghệ mới được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý trong sản xuất, sinh

hoạt và các hoạt động khác. Hiệu quả của chúng mang lại đã được chứng minh qua

các công trình thực tế chứ không chỉ trên lý thuyết. Một trong những công nghệ tiên

tiến thường được áp dụng trong các hệ thống xử lý nước thải ở các nước phát triển

đó là công nghệ xử lý nước thải SBR (Sequency Batch Reator). SBR là bể xử lý

nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục,

diễn ra trong cùng một bể [25].

SBR đã được nghiên cứu từ những năm 1920 và được sử dụng ngày càng rộng

rãi trên toàn thế giới. Ở Châu Âu, Trung Quốc và Hoa Kỳ, họ đang áp dụng công

nghệ này để xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong các

khu vực có lưu lượng nước thải thấp và biến động. Các khu đô thị, khu nghỉ dưỡng,

khu nghỉ mát và một số ngành công nghiệp như sản xuất sữa, bột giấy, thuộc da

đang sử dụng công nghệ SBRs để xử lý nước thải. Sự cải tiến trong thiết bị và công

nghệ, đặc biệt là các thiết bị sục khí và hệ thống điều khiển tự động thì việc lựa

chọn SBR là lựa chọn khả thi hơn bể bùn hoạt tính thông thường. Một số lý do mà

các công trình này được lựa chọn là:

25

- Tất cả các quá trình xảy ra trong một bể, hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng đầu

ra có thể đạt 10mg/l thông qua hiệu quả của việc sử dụng decanter mà không cần

đến bể lắng 2.

- Trong một chu kỳ xử lý có thể điều chỉnh được 3 điều kiện: hiếu khí, kị khí và

thiếu khí trong việc loại bỏ hợp chất hữu cơ. Chúng bao gồm quá trình nitrat hóa,

phản nitrat hóa và loại bỏ photpho.

- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) đầu ra có thể đạt được mức 5mg/l, hàm lượng

nito tổng cũng có thể đạt được 5 mg/l thông qua quá trình chuyển hóa ammoniac

thành nitrat trong điều kiện hiếu khí và chuyển hóa nitrat thành nito trong điều kiện

thiếu khí trong cùng một bể. Hàm lượng photpho sau cùng củng có đạt được mức

nhỏ hơn 2 mg/l nhờ sự kết hợp của xử lý sinh học và các tác nhân hóa học [25].

* Các giai đoạn xử lý bằng SBR:

- Pha làm đầy (Filling): Đưa nước thải đủ lượng đã quy định trước vào bể SBR

và nó bắt đầu các chất ô nhiễm sinh học bị thối rữa.

- Pha thổi khí (Reaction): Các phản ứng sinh hóa hoạt động nhờ vào việc cung

cấp khí, sinh khối tổng hợp BOD, amoni, nito hữu cơ.

- Pha lắng (Settling): Sau khi oxy hóa sinh học xảy ra, bùn được lắng và nước

nổi tren bề mặt tạo lớp màng phân cách bùn nước đặc trưng.

- Pha rút nước (Discharge): Nước nổi lên trên bề mặt sau thời gian lắng (nước

đầu ra đã xử lý) được tháo khỏi bể SBR mà khong có cặn nào theo sau.

Hình 1.6. Các pha trong chu trình hoạt động của SBR

26

* Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ SBR:

+ Ưu điểm:

– Không cần bể lắng và tuần hoàn bùn.

– Trong pha làm đầy bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có

thể chịu dựng được tải trọng cao và sốc tải.

– Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn sợi thông qua việc điều

chỉnh tỉ số F/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy.

– Ít tốn diện tích đất xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh

học và lắng được thực hiện trong cùng một bể.

– Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo

nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy

thổi khí, hệ thống thổi khí.

– Hệ thống có thể điều khiển hoàn toàn tự động

– TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao.

– Ít tốn diện tích do không có bể lắng 2 và quá trình tuần hoàn bùn.

+ Nhược điểm:

– Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn đến bùn bị trôi theo ống

đầu ra.

– Khi xả tốc độ dòng chảy rất lớn sẽ làm ảnh hưởng đến các hệ thống xử lý phía

sau.

– Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu như thời gian lưu bùn

dài. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nitơ đẩy lên. Hiện tượng này

càng nghiêm trọng vào những ngày nhiệt độ cao.

27

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải làng nghề sản xuất bún Phú Đô.

- Các chủng vi sinh vật tham gia vào quá trình làm sạch nước thải chế biến

tinh bột được phân lập từ rãnh nước thải ở các làng nghề chế biến tinh bột.

2.1.2. Dụng cụ và hoá chất

2.1.2.1. Dụng cụ

- Nồi khử trùng ướt (Tawai)

- Tủ sấy khô (Sellab -Mỹ)

- Tủ ấm ổn nhiệt (Sellab - Mỹ)

- Tủ lạnh (Hàn Quốc)

- Máy đo pH (Nhật Bản)

- Máy lắc ổn nhiệt (Sellab-Mỹ)

- Tủ cấy vô trùng (Singapo)

- Kính hiển vi quang học Olympus (Nhật)

- Máy đo mật độ quang (Shimazu)

- Cân phân tích (Nhật)

- Lò vi sóng

- Ống đong: 100ml, 500ml

- Cốc đong: 200ml, 1lit, 2 lit

- Các dụng cụ vi sinh khác: ống nghiệm, hộp petri, que cấy, que trang, lam

kính, đèn cồn….

2.1.2.2. Hóa chất

- Thạch (Agar) (Merck- Đức)

- Cao thịt (Merck-Đức)

- Pepton (Merck-Đức )

- Cao nấm men (Merck-Đức)

- Bột xenluloza (Nhật)

28

- Các hoá chất vô cơ khác: NaCl, KH2PO4, MgSO4.7H2O, KNO3….

2.1.3. Môi trường

Môi trường dinh dưỡng sử dụng để phân lập, nuôi cấy, và thử các hoạt tính hoá

lý của các chủng vi sinh vật sử dụng trong nghiên cứu: MPA, tinh bột sống, tinh bột

chín,…

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp lấy mẫu nước thải

Mẫu được lấy ở các mương nước thải tại các làng nghề chế biến tinh bột. Các

mẫu được phân tích ngay sau khi đưa về phòng thí nghiệm, thời gian lưu mẫu

không quá 48 giờ.

2.2.2. Phương pháp xác định sinh khối tế bào theo mật độ quang

Tốc độ tích lũy sinh khối của vi sinh vật được xác định bằng phương pháp đo

mật độ quang (OD560nm) của dịch nuôi cấy trên máy quang phổ kế. Sinh khối của

VK được xác định bằng kết quả đo OD của dịch nuôi cấy so với môi trường nuôi

cấy ban đầu.

2.2.3. Phương pháp phân lập vi sinh vật

Bƣớc 1: Chuẩn bị môi trường và dụng cụ

+ Môi trường: Môi trường tinh bột sống và môi trường tinh bột chín.

+ Bình pha loãng: Bình tam giác 250 ml, mỗi bình chứa 90 ml nước máy.

+ Ống pha loãng: Mỗi ống chứa 9 ml nước muối sinh lý.

Môi trường, bình và ống pha loãng sau đó được đem khử sạch trong nồi khử

trùng thời gian 15 phút, nhiệt độ 121oC và áp suất 1 atm. Môi trường sau khi đã vô

trùng được đem đổ vào các đĩa petri vô trùng với một lượng phù hợp.

Bƣớc 2: Xác định thành phần và số lượng vi sinh vật theo phương pháp pha

loãng tới hạn.

+ Lấy 1ml nước thải cho vào ống nghiệm chứa 9ml nước đã thanh trùng,

lắc cho mẫu tan đều.

29

+ Sử dụng pipet hút 1ml mẫu đã pha loãng ở nồng độ 10-1

vào ống nghiệm

chứa 9ml nước thanh trùng, ta được độ pha loãng 10-2

. Tiếp tục cho tới khi dịch

mẫu được pha loãng tới nồng độ 10-8

.

+ Dùng pipet vô trùng lấy 100µl dịch pha loãng ở các nồng độ 10-5

, 10-6

, 10-7

lên trên bề mặt môi trường thạch đặc hiệu cho từng loại vi sinh vật trong đĩa petri

vô trùng. Dùng que gạt thủy tinh vô trùng dàn đều giọt dịch đó trên bề mặt thạch.

Nuôi cấy ở 300C trong tủ ấm. Sau 1-2 ngày lấy ra quan sát và đếm các khuẩn lạc

hình thành [6].

2.2.4. Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột

Phân lập vi sinh vật từ mẫu bùn, nước thải từ làng bún Phú Đô, Dương Liễu

theo phương pháp trình bày ở mục 2.2.3. Sau 48h, quan sát các khuẩn lạc có hình

thái khác nhau, mã hóa và cấy chuyển sang ống thạch nghiêng. Sau đó sử dụng que

cấy vô trùng cấy chuyển theo phương pháp cấy chấm điểm mỗi khuẩn lạc vào 1 đĩa

tinh bột sống (TBS) và 2 đĩa tinh bột chín (TBC). Nuôi ở 30oC trong 48h.

Sau 48h, sử dụng dung dịch lugol để kiểm tra hoạt tính phân giải của các

chủng đã phân lập được trên môi trường tinh bột sống và tinh bột chín. Tuyển

chọn những chủng vi sinh vật có vòng phân giải tinh bột lớn.

Các giống vi sinh vật thuần chủng trong các ống nghiệm được giữ ở nhiệt độ

40C- 6

0C trong tủ lạnh. Mỗi tháng cấy truyền định kỳ sang môi trường mới [6,7,8]

2.2.5. Phương pháp tinh sạch, giữ giống và hoạt hóa vi sinh vật

- Tinh sạch: Sau khi tuyển chọn được vi sinh vật, ta tiến hành tinh sạch trên

môi trường MPA. Sử dụng que cấy đầu tròn lấy một lượng nhỏ sinh khối vi sinh

vật, cấy ziczac liên tiếp lên 3 đĩa MPA. Đem nuôi trong tủ ấm 30oC trong 48h. Sau

48h, bỏ đĩa thạch ra và quan sát, nếu thấy xuất hiện những khuẩn lạc riêng rẽ, tách

rời nhau và có hình dạng giống nhau thì chủng vi sinh vật đã sạch, không bị nhiễm

chủng khác và tiếp tục tiến hành giữ giống [6]

- Giữ giống: Sau khi tinh sạch xong ta chọn khuẩn lạc mọc riêng rẽ và cấy

ziczac vào ống thạch nghiêng có chứa môi trường MPA. Sau đó đem nuôi ở tủ ấm

trong 48h. Sau 48h mang ra và bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 40C, trong thời

30

gian tốt nhất là 1 tháng. Sau 1 tháng phải cấy truyển định kỳ để đảm bảo dinh

dưỡng cho vi sinh vật. Trước khi sử dụng chủng thuần cần được hoạt hóa [7].

- Hoạt hóa: Hoạt hóa theo phương pháp cấy chấm điểm: Lấy một lượng nhỏ vi

sinh vật từ trong ống thạch giống và cấy chấm điểm vào môi trường MPA hoặc môi

trường tinh bột chín. Nuôi trong tủ ấm trong 24h.

Phương pháp hoạt hóa trong môi trường dịch thể: Lấy một lượng nhỏ vi sinh

vật cho vào bình tam giác có chứa môi trường MPA dịch thể. Đem nuôi trong tủ lắc

trong 24h, nhiệt độ 30oC, tốc độ lắc 150 vòng/phút [8].

2.2.6. Phương pháp đánh giá khả năng sinh amylase của các chủng vi

sinh vật tuyển chọn

Để đánh giá khả năng sinh amylase của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn ta

tiến hành nuôi các chủng vi sinh vật trong môi trường MPB. Amylase sẽ được vi

sinh vật tiết ra môi trường trong quá trình trao đổi chất [6]

Ta tiến hành theo các bước sau:

Bƣớc 1: Chuẩn bị môi trường và hoạt hóa giống.

Môi trường nuôi là môi trường MPB.

Hoạt hóa giống trong môi trường MPB

Bƣớc 2: Cấy giống

Dùng pipet hút 1ml dịch sau hoạt hóa cho vào các bình chứa môi trường

MPB, tiếp tục đem nuôi ở tủ lắc trong 24h, nhiệt độ 30oC, tốc độ lắc 150 vòng/phút.

Bƣớc 3: Chuẩn bị môi trường thạch đục lỗ

Môi trường dinh dưỡng được đổ vào các đĩa thạch (khoảng 30ml/đĩa), để

nguội. Sau đó tiến hành đục lỗ trên đĩa thạch.

Bƣớc 4: Ly tâm

Ly tâm nhằm mục đích tách riêng sinh khối vi sinh vật, thu lấy dịch thể để

xác định hoạt lực amylase. Dùng pipet hút 1ml dịch sau nuôi cấy cho vào ống

eppendorf, sau đó đem li tâm ở To = 20

oC, tốc độ 8000 vòng/phút, trong thời gian 20

phút.

31

Bƣớc 5: Nhỏ dịch

Nhỏ khoảng 100 – 150 µl dịch sau ly tâm vào lỗ thạch. Sau đó để trong tủ lạnh

trong 2h, rồi để trong tủ ấm 30oC trong 24h.

Bƣớc 6: Kiểm tra hoạt tính sinh sinh amylase

Sau 24h lấy đĩa thạch ra khỏi tủ ấm, sử dụng lugol để thử hoạt tính phân giải

tinh bột của amylase. Đo vòng phân giải để xác định hoạt lực sinh enzym của vi

sinh vật.

2.2.7. Phương pháp xác định ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến sự

sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn

2.2.7.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Các chủng vi sinh vật được nuôi trong môi trường MPB ở điều kiện nhiệt độ

khác nhau. Các mốc nhiệt độ là 15oC, 20

oC, 25

oC, 30

oC, 35

oC và 40

oC. Môi trường

sau khi được cấy giống được nuôi trong tủ lắc 150 vòng/phút trong 24h.

Sau đó xác định khả năng sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase ở từng mốc

nhiệt độ khác nhau. Khả năng sinh trưởng của vi sinh vật được xác định bằng cách

đo OD để xác định độ đục quang học, nhờ đó tính toán được lượng sinh khối vi sinh

vật. Khả năng sinh tổng hợp amylase được đánh giá bằng phương pháp thạch đục lỗ

[6].

2.2.7.2. Ảnh hưởng của pH

Để xác định ảnh hưởng của pH lên sự sinh trưởng và sinh tổng hợp amylase

của vi sinh vật, ta tiến hành nuôi vi sinh vật trên môi trường MPB, nhiệt độ 300C ở

các mức pH = 3, pH = 4, pH = 5, pH = 6, pH = 7, pH = 8 và pH = 9.

Sau đó tiến hành xác định khả năng sinh trưởng bằng phương pháp đo OD.

Đánh giá khả năng sinh tổng hợp amylase bằng phương pháp thạch đục lỗ [6]

2.2.8. Phương pháp xác định các đặc điểm hình thái, sinh lý hoá của các

chủng vi khuẩn

2.2.8.1. Phương pháp nhuộm Capsule

Chuẩn bị các lam kính sạch, lau cồn để khử trùng. Nhỏ một giọt nước vô trùng

lên trên lam kính. Lấy một lượng nhỏ VSV hòa tan đều trong giọt nước vô trùng, để

32

khô tự nhiên. Nhỏ dung dịch tím gentian lên tiêu bản VSV, dàn đều, dể dung dịch tím

trong vòng 2 phút. Rửa sạch dung dịch tím bằng dung dịch CuSO4 20%. Lấy giấy

thấm khô bề mặt lam kính và soi dưới kính hiển vi [6,8,18].

2.2.8.2. Phương pháp nhuộm Gram

Chủng vi khuẩn để nhuộm Gram được nuôi cấy trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ

300C. Nhỏ một giọt nước vô trùng lên lam kính đã khử trùng và lau sạch bằng cồn.

Lấy một lượng nhỏ mẫu hòa đều vào giọt nước trên lam kính, hơ khô. Sau đó, nhỏ

một giọt dung dịch tím kết tinh lên lam kính và gạt đều lên phần dịch mẫu đã hơ khô.

Để 3 phút sau đó rửa bằng nước rồi hơ khô. Nhuộm tiếp bằng dung dịch Lugol trong

1 phút, rửa lại bằng nước, hơ khô. Tiếp đó ngâm phần lam kính có chứa mẫu và đã

được nhuộm màu trong cồn 30 giây, rửa và hơ khô. Tiếp tục nhỏ một giọt Fuchsin

lên, gạt đều để 1 phút, rửa, hơ khô và soi dưới kính hiển vi.

Nhóm vi khuẩn Gram dương có đặc tính không bị dung môi hữu cơ (etanol)

tẩy phức chất màu giữa tím kết tinh và iốt, kết quả cuối cùng sẽ bắt màu tím. Nhóm

vi khuẩn Gram âm bị dung môi tẩy màu thuốc nhuộm đầu do đó sẽ bắt màu thuốc

nhộm bổ sung đỏ tía với thuốc nhuộm Fuchsin [6,18]

2.2.9. Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD)

Hóa chất: K2Cr2O7, dung dịch AgSO4/H2SO4, chỉ thị Ferrion và dung dịch

chuẩn độ FAS 0.1M.

Cách tiến hành: Lấy vào ống COD 2,5ml mẫu; thêm 1,5ml dung dịch K2Cr2O7

0,01667M; 3,5ml dung dịch AgSO4/H2SO4. Đậy chặt nắp đun ở 1500C trong 2 giờ. Sau

đó để nguội về nhiệt độ phòng. Cho hỗn hợp sang bình chứa lớn hơn để tiến hành chuẩn

độ, tráng ống nghiệm bằng nước cất nhiều lần. Trước khi chuẩn độ thêm vào dung dịch

0,05 – 0,1ml (tương đương 1 – 2 giọt) dung dịch Ferroin. Chuẩn độ với dung dịch FAS:

màu của dung dịch chuyển từ xanh lá cây sang nâu đỏ [20].

Tính toán:

33

Trong đó: A là thể tích FAS sử dụng đối với mẫu trắng, ml

B là thể tích FAS sử dụng đối với mẫu thử nghiệm, ml

M là nồng độ mol của FAS, mol/l

8000: đương lượng của oxy x 1000mg/l

Vmẫu: thể tích mẫu đã dùng, ml

2.2.10. Phương pháp xác định nito tổng số

Hóa chất: dung dịch K – Cu – SO4, NaOH 40%, H3BO3 2%, HCl 0,1N và

metyl xanh – đỏ.

Phân tích nito tổng số trong mẫu:

- Phá mẫu: Lấy 50ml mẫu, cho thêm 50ml dung dịch phá mẫu K – Cu – SO4

đun sôi đến khi khói trắng bốc lên.

- Để nguội định mức thành 100ml. Cho thêm 50ml dung dịch NaOH 40%.

- Dung dịch hấp thụ: 50ml dung dịch H3BO3 2% và 5ml dung dịch metyl xanh

– đỏ.

- Lắp vào thiết bị chưng cất: Thiết lập máy chưng cất trong 5 phút. Dung dịch

hấp thụ chuyển từ màu tím sang màu xanh.

- Chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1N. Chuẩn độ đến khi màu tím xuất hiện và

ghi lại thể tích HCl đã dùng [16]

Công thức tính:

Trong đó:

V0: thể tích mẫu ban đầu, ml

mN = V1 – V2

V0

x CHCl x 14,01 x 1000

COD (mg/l) = (A – B) x M x 8000

Vmẫu

34

V1: thể tích HCl chuẩn độ, ml

V2: thể tích HCl của mẫu trắng, ml

CHCl: nồng độ HCl, N

14,01: khối lượng nguyên tử nito.

2.2.11. Phương pháp xác định photpho tổng số

- Phá mẫu: Dùng pipet lấy lượng mẫu thử tối đa là 40 ml vào các bình nón 100

ml. Nếu cần, pha loãng bằng 40 ml ± 2 ml nước. Thêm 4 ml dung dịch kali

peroxodisulfat và đun sôi nhẹ trong khoảng 30 min. Duy trì thể tích khoảng 25 ml

đến 35 ml bằng nước. Làm nguội, chỉnh pH từ 3 đến 10 bằng dung dịch kali

hydroxyt hoặc axit sulfuric rồi chuyển sang bình dung tích 50 ml, pha loãng bằng

nước tới khoảng 40 ml. Cũng có thể vô cơ hóa trong 30 min trong nồi hấp ở nhiệt

độ từ 1150C đến 120

0C [17].

- Lập đường chuẩn: Dùng pipet, chuyển lượng thể tích thích hợp, như 1,0 ml;

2,0ml; 3.0 ml; 4,0 ml; 5,0 ml; 6,0 ml; 7,0 ml; 8,0 ml; 9,0 ml; và 10,0 ml dung dịch

chuẩn octophosphat vào các bình nón dung tích 100 ml, pha loãng tới khoảng 40

ml với nước. Khoảng nồng độ octophosphat của dung dịch này từ p = 0,04 mg/l tới

0,4 mg/l. Tiếp tục tiến hành phá mẫu.

Thêm vào mỗi bình 1 ml axit ascobic và sau 30 giây, 2 ml dung dịch II axit

molipdat. Định mức lên 50ml. So màu với mẫu trắng ở bước sóng 720nm được

bảng số liệu hiển thị quan hệ giữa nồng độ với mật độ quang, lập đường chuẩn từ

bảng số liệu thu được.

- Xác định photpho tổng số trong mẫu: Thêm vào mỗi bình mẫu đã phá 1 ml

axit ascobic và sau 30 giây, 2 ml dung dịch II axit molipdat. Định mức lên 50ml. So

màu với mẫu trắng ở bước sóng 720nm [17].

2.2.12. Phương pháp xác định amoni

Hóa chất: Dung dịch Natri – Kali – Tactrat, thuốc thử Nessler, NH4Cl.

Lập đường chuẩn: Pha dung dịch gốc có nồng độ 1mg/l N – NH4+. Chuẩn bị

các ống nghiệm có đánh số từ 0 – 7 với các nồng độ tương tự 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4;

0,6; 0,8 và 1,0. Sau đó thêm vào mỗi ống nghiệm 1ml dung dịch Natri – Kali –

Tactrat và 1ml dung dịch thuốc thử Nessler. Định mức lên 50ml. Lắc đều, để yên 5

phút rồi đo mật độ quang tại bước sóng 450nm.

35

Xác định N – NH4+ trong nước: Lấy 50ml mẫu nước đã loại bỏ đục, thêm vào

1 ml dung dịch Natri – Kali – Tactrat. Sau đó thêm 1ml dung dịch thuốc thử

Nessler. Định mức lên 50ml. Lắc đều, để yên 5 phút rồi đo mật độ quang tại bước

sóng 450nm.

2.2.13. Phương pháp xác định giá trị SV30 (solid value 30)

Đây là phương pháp xác định khả năng tạo bùn lắng của dịch xử lý. Dịch nước

thải đã xử lý lắc đều rót vào ống đong 500 ml. Để lắng tự nhiên, sau 30 phút ghi lại

thể tích bùn lắng (Vbl). Giá trị SV30 được tính như sau:

SV30 = (Vbl /500) x1000.

2.2.14. Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột bằng phương pháp

bùn hạt hiếu khí

Thí nghiệm được thực hiện trên hệ thiết bị thí nghiệm bùn hạt hiếu khí có

khả năng điều chỉnh và điều khiển nhiệt độ, pH, DO như ở Hình 2.1. Thể tích của

bể phản ứng là 25 lít với tốc độ sục khí là 4 lít/giờ.

Hình 2.1. Sơ đồ bể phản ứng SBR sử dụng trong nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí

Bể phản ứng

Van xả/thu nước

Bộ phận sục khí

Bơm định lượng

Bể chứa nước

thải

36

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật sinh amylase có khả năng

phân giải tinh bột sống cao

Với mục đích là tuyển chọn các chủng vi sinh vật để xử lý nước thải làng nghề

chế biến tinh bột, mẫu được lấy tại địa điểm có lượng tinh bột sống xả ra môi

trường nhiều như các làng nghề sản xuất bún, miến. Địa điểm lấy mẫu được chọn là

cống xả làng bún Phú Đô – Từ Liêm và tại làng miến Dương Liễu – Hoài Đức – Hà

Nội.

Sử dụng môi trường tinh bột chín (TBC) và môi trường tinh bột sống (TBS) để

phân lập vi sinh vật, thu được 43 chủng VSV có hình thái khuẩn lạc khác nhau. Sau

đó tiến hành bước đầu quá trình tuyển chọn bằng phương pháp cấy chấm điểm trên

môi trường TBS, TBC và dùng lugol để kiểm tra hoạt tính phân giải tinh bột. Kết

quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 4.

Bảng 3.1. Hoạt tính amylase của các chủng VSV tuyển chọn

sau 48 giờ nuôi cấy

STT Kí hiệu

chủng

Địa điểm lấy

mẫu

Đường kính vòng

phân giải TBS

(cm)

Đường kính vòng

phân giải TBC

(cm)

1 PD1 Phú Đô 1 0,4

2 PD2 Phú Đô 2,4 1,7

3 PD3 Phú Đô 2,1 0,8

4 PD4 Phú Đô - -

5 PD5 Phú Đô 2,6 2,4

6 PD6 Phú Đô 1,8 1,5

7 PD7 Phú Đô - 0,7

8 PD8 Phú Đô 2 1,8

9 PD9 Phú Đô + 0,7

10 PD10 Phú Đô 3,2 2,8

37

STT Kí hiệu

chủng

Địa điểm lấy

mẫu

Đường kính vòng

phân giải TBS

(cm)

Đường kính vòng

phân giải TBC

(cm)

11 PD11 Phú Đô - -

12 PD12 Phú Đô 3 2,7

13 PD13 Phú Đô 2,5 2

14 PD14 Phú Đô - +

15 PD15 Phú Đô 2 1,6

16 PD16 Phú Đô 2 1,7

17 PD17 Phú Đô 3,5 3,1

18 PD18 Phú Đô - -

19 PD19 Phú Đô + +

20 DL1 Dương Liễu - -

21 DL2 Dƣơng Liễu 2,6 2,2

22 DL 3 Dương Liễu + +

23 DL4 Dương Liễu - -

24 DL5 Dương Liễu + +

25 DL6 Dương Liễu - -

26 DL7 Dương Liễu 1 +

27 DL8 Dương Liễu - -

28 DL9 Dương Liễu 2 1,5

29 DL10 Dương Liễu - -

30 DL11 Dương Liễu + +

31 DL12 Dƣơng Liễu 3 2,7

32 DL13 Dương Liễu 1.3 0,8

33 DL14 Dương Liễu - -

34 DL15 Dương Liễu 1 0,7

35 DL16 Dương Liễu 0,8 0,5

38

STT Kí hiệu

chủng

Địa điểm lấy

mẫu

Đường kính vòng

phân giải TBS

(cm)

Đường kính vòng

phân giải TBC

(cm)

36 DL17 Dương Liễu - +

37 DL18 Dương Liễu - -

38 DL19 Dương Liễu - -

39 DL20 Dương Liễu - -

40 DL21 Dƣơng Liễu 3,4 3

41 DL22 Dương Liễu 2 1,7

42 DL23 Dương Liễu - -

43 DL24 Dƣơng Liễu 3,2 2,7

Chú thích: “-” không có hoạt tính

“+” hoạt tính < 0,5

Kết quả trên bảng 3.1 cho thấy có 16 chủng không có hoạt tính phân giải tinh

bột sống chiếm 37,21%, 5 chủng có vòng phân giải < 1 cm chiếm 11,63%, 13 chủng

có vòng phân giải từ 1 - 2,4 cm chiếm 30,23% và 9 chủng có vòng phân giải 2,5 -

3,5 cm chiếm 20,93%. Trong đó có thể thấy chủng PD17 có hoạt tính tốt nhất

(Đường kính vòng phân giải TBS là 3,5 cm), thứ hai là chủng DL21 với đường kính

vòng phân giải TBS là 3,4 cm và TBC là 3 cm. Ngoài ra còn có chủng DL24 với

đường kính vòng phân giải TBS là 3,2 cm và một số chúng khác như: PD13, PD5…

Qua kết quả phân tích cho thấy trong tự nhiên đã có sẵn các chủng VSV phân hủy

tinh bột nhưng với số lượng rất ít nên cần nghiên cứu để tăng số lượng VSV có khả

năng sinh amylase đề xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột.

Hình 3.1. Đánh giá hoạt tính amylase của các chủng VSV phân lập

39

Qua đánh giá sơ bộ dựa vào hình thái khuẩn lạc đã tuyển chọn được 9 chủng

vi khuẩn là các chủng PD5, PD10, PD12, PD13, PD17, DL2, DL12, DL21 và

DL24. Tiếp tục tiến hành kiểm tra hoạt tính sinh enzym ngoại bào của 9 chủng vi

sinh vật có đường kính vòng phân giải tinh bột sống > 2,5 cm bằng phương pháp

thạch đục lỗ trên các môi trường TBS, TBC. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở

bảng 3.2.

Bảng 3.2. Hoạt tính amylase của 9 chủng VSV có đường kính

vòng phân giải TBS > 2,5 cm

STT Tên

chủng

Đường kính vòng

phân giải TBS (cm)

Đường kính vòng

phân giải TBC (cm)

1 PD5 2,9 2,4

2 PD10 2,7 2,2

3 PD 12 2,7 2,2

4 PD13 2,6 2,1

5 PD17 3,2 2,9

6 DL2 2,7 2,2

7 DL12 2,7 2,0

8 DL21 3,3 2,8

9 DL24 3,1 2,8

Từ bảng 3.2 ta thấy 2 chủng có hoạt tính phân giải TBS mạnh nhất đó là

PD17 (đường kính vòng phân giải 3,2 cm) và DL21 (3,3 cm). Do vậy 2 chủng

PD17 và DL21 rất thích hợp để tuyển chọn.

3.2. Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật tuyển chọn

3.2.1. Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật tuyển chọn

Để quan sát đặc điểm hình thái khuẩn lạc của các chủng VSV đã tuyển chọn,

các chủng VSV được cấy chấm điểm trên môi trường thạch đĩa (môi trường MPA)

để quan sát hình dạng khuẩn lạc (hình 3.2)

40

Hình 3.2. Khuẩn lạc của chủng VSV tuyển chọn

Đặc điểm hình thái các chủng vi khuẩn được quan sát bằng cách cấy các

chủng vi khuẩn trên môi trường thạch nghiêng (môi trường MPA). Sau 24 giờ lấy ra

làm tiêu bản, nhuộm Gram, nhuộm Capsule và quan sát dưới kính hiển vi quang học

(hình 3.3 và hình 3.4). Kết quả quan sát đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của

các chủng VSV được trình bày trong bảng 3.3.

Nhuộm gram Nhuộm capsule

Hình 3.3. Hình thái tế bào chủng PD17 trên kính hiển vi quang học

41

Nhuộm Gram

Nhuộm Capsule

Hình 3.4. Hình thái tế bào chủng DL21 trên kính hiển vi quang học

Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của hai chủng VSV tuyển chọn

Tên

Chủng

Đặc điểm hình thái

khuẩn lạc

Đặc điểm hình thái tế bào

vi khuẩn

Khả năng

sinh

Capsule

Nhuộm

Gram

PD17

Tròn, to, có nhân

màu trắng đục, ria

ngoài trắng trong, bề

mặt lồi, mép trơn

láng.

Tế bào hình cầu, vỏ

Capsul dày, bắt màu tím

Đường kính 1,3 µm

Có Gr+

DL21

Nhỏ, màu trắng đục,

bề mặt phẳng, khô,

mép răng cưa.

Tế bào hình que,bắt màu

tím.

Kích thước:

chiều dài: 2,6-3,4 µm,

chiều rộng: 0,8-0,9 µm.

Có nhưng

ít Gr

+

42

Vậy kết luận:

- Chủng PD17 thuộc nhóm cầu khuẩn, Gr+, bao quanh tế bào là lớp màng nhày

dày.

- Chủng DL21 thuộc nhóm trực khuẩn, Gr+, bao quanh tế bào là lớp bao nhày

mỏng.

3.2.2. Phân loại đến loài các chủng vi khuẩn tuyển chọn

Các chủng vi khuẩn tuyển chọn được phân loại dựa vào 50 phản ứng sinh

hóa trong bộ kit Api 50 CH. Đọc kết quả ở 24h và 48h. Tra kết quả trên phần

mềm phân loại Apiweb do nhà sản xuất cung cấp. Kết quả được trình bày trong

bảng 3.4.

Bảng 3.4. Phản ứng sinh hóa của hai chủng VSV tuyển chọn

STT Tên phản

ứng Thành phần hoạt chất

PD17 DL21

24 giờ 48 giờ 24 giờ 48 giờ

00 CONTROL - - - -

01 GLY GLYcerol - + + +

02 ERY ERYthritol + + - -

03 DARA D-ARAbinose - - - -

04 LARA L-ARAbinose - - + +

05 RIB D-RIBose + + + +

06 DXYL D-XYLose + + + +

07 LXYL L-XYLose + + - -

08 ADO D-ADOnitol - - - +

09 MDX Methyl-ẞD-Xylopyranoside - - - -

10 GAL D-GALactose - - + +

11 GLU D-GLUcose - - + +

12 FRU D-FRUctose + + + +

13 MNE D-MaNnosE + + + -

43

14 SBE L-SorBosE + - - -

15 RHA L-RHAmnose - + - -

16 DUL DULcitol - - - -

17 INO INOsitol - - + +

18 MAN D-MANnitol + + + +

19 SOR D-SORbitol + + + +

20 MDN Methyl-αD-Mannopyranoside + + - -

21 MDG Methyl-αD-Glucopyranoside - - + +

22 NAG N-AcetylGucosamine - - + +

23 AMY AMYgdalin + + + +

24 ARB ARButin + + + +

25 ESC ESCulin ferric citrat + + + +

26 SAL SALicin + + + +

27 CEL D-CELlobiose + + + +

28 MAL D-MALtose + + - -

29 LAC D-LACtose - - - -

30 MEL D-MELibose - - + +

31 SAC D-SACcharose + + + +

32 TRE D-TREhalose + + + +

33 INU INUlin + + - -

34 MLZ D-MeLeZitose - - + +

35 RAF D-RAFfinose + + + +

36 AMD AmiDon + + + +

37 GLYG GLYcoGen + + - -

38 XLT XyLiTol - - + +

39 GEN GENtiobiose + + + +

44

40 TUR D-TURanose - - - -

41 LYX D-LYXose - - + -

42 TAG D-TAGatose - - + +

43 DFUC D-FUCose - - - -

44 LFUC L-FUCose - - - -

45 DARL D-ARabitoL - - - -

46 LARL L-ARabitoL - - + +

47 GNT Potassium GlucoNaTe - - + +

48 2KG Potassium 2-KetoGluconate - - - -

49 5KG Potassium 5-KetoGluconate - - - -

Ghi chú: (-): không phản ứng, (+): phản ứng

Kết quả đọc trên phần mềm cho thấy chủng PD17 và DL21 thuộc nhóm

Bacillus Subtillis và Bacillus Licheniform với ID đạt 91,3% và 92%.

3.3. Xác định khả năng sinh enzyme của các chủng vi sinh vật tuyển chọn

Trong nước thải ở các làng nghề sản xuất bún miến có chứa nhiều thành phần

như các hợp chất protein, tinh bột, xenlulose... chúng đều là những chất hữu cơ khó

phân hủy hoặc do có trọng lượng phân tử lớn nên không thể thâm nhập vào tế bào

vi sinh vật. Muốn hấp thụ được các chất này VSV phải sinh ra enzym để thủy phân

chúng thành những hợp chất có cấu trúc đơn giản hơn. Kết quả nghiên cứu khả

năng sinh các loại enzym của các chủng vi khuẩn tuyển chọn được trình bày trong

bảng 3.5.

Bảng 3.5. Khả năng sinh một số enzyme phân giải protein, xenlulose và tinh bột của

2 chủng VSV tuyển chọn

Chủng Đường kính vòng phân giải cơ chất (cm)

Casein xenluloza CMC-Na TBS TBC

PĐ17 3,5 3,3 3 3,3 3,2

DL21 3,8 3,3 3,1 3,4 3,1

45

Từ kết quả ở bảng 3.5 cho thấy hai chủng PĐ17 và DL21 không những có khả

năng sinh enzym phân hủy tinh bột mà nó còn có khả năng sinh enzyme phân hủy

xenluloza và casein. Do đó, các chủng vi khuẩn này rất thích hợp để ứng dụng trong

xử lý nước thải ở các làng nghề sản xuất bùn miến.

Hình 3.5. Hoạt tính sinh enzyme của hai chủng vi khuẩn tuyển chọn

46

3.4. Xác định ảnh hƣởng của điều kiện nuôi cấy đến sinh trƣởng và sinh

tổng hợp amylase của các chủng vi sinh vật tuyển chọn

3.4.1. Ảnh hưởng của pH

Độ pH của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng của vi sinh vật. Các

ion H+, OH

- là hai loại ion có tác động lớn nhất đến hoạt động của vi sinh vật,

những biến đổi dù nhỏ trong nồng độ của chúng cũng có ảnh hưởng mạnh mẽ đến

sinh trưởng của vi sinh vật. Vì vậy, việc xác định pH ban đầu và duy trì pH cần thiết

trong suốt thời gian sinh trưởng của tế bào là rất quan trọng. Các thí nghiệm nghiên

cứu ảnh hưởng của pH ban đầu của môi trường nuôi cấy lên sinh trưởng của các

chủng VK tuyển chọn được thay đổi từ 3 đến 8 ở nhiệt độ 30oC. Sau 24h, xác định

khả năng sinh trưởng và sinh enzyme của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn.

Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của VSV

pH

Tên

chủng

Giá trị OD

(λ=560nm)

pH=3 pH=4 pH=5 pH=6 pH=7 pH=8 pH=9

PĐ17 0 0,23 0,87 0,92 1,06 0,7 0,12

DL21 0 0,19 0,81 0,9 1,1 0,63 0,05

Hình 3.6. Sinh trưởng của VSV ở các độ pH khác nhau

47

Từ kết quả ở bảng 3.6 và hình 3.6 cho thấy các chủng VSV tuyển chọn có thể

phát triển trong khoảng pH từ 4 – 8, pH sinh trưởng tốt nhất bằng 7. Khả năng sinh

trưởng của các chủng VSV tăng dần khi tăng pH từ 5 - 7, sau đó thì bắt đầu giảm. Ở

pH = 9, chúng phát triển rất kém. Vậy, cả hai chủng VSV tuyển chọn đều thuộc

nhóm vi sinh vật ưa trung tính. Theo kết quả đánh giá ban đầu về nước thải làng

nghề chế biến tinh bột thì pH của nước thải chưa qua xử lý nằm trong khoảng 5,5 –

6,5, do vậy các chủng VSV tuyển chọn hoàn toàn có thể sinh trưởng và phát triển

được trong môi trường này.

Ảnh hưởng của pH lên khả năng sinh amylase

Bảng 3.7. Hoạt tính sinh enzyme amylase ở các độ pH khác nhau của môi trường

Chủng pH Đường kính vòng phân giải (cm)

TBS TBC

PĐ17

4 0 0

5 3 3,2

6 3 3,2

7 3 3,2

8 3 3,2

9 1,7 2

DL21

4 0 0

5 3 3,1

6 3 3,1

7 3 3,1

8 2,9 3

9 2,1 2,3

Kết quả ở bảng 3.7 cho thấy khả năng sinh amylase của hai chủng VSV

tuyển chọn khá ổn đinh trong khoảng pH từ 5 – 8, còn ở các giá trị pH thấp hơn 5,

chúng không có khả năng sinh amylase. Khi pH của môi trường chuyển dần sang

vùng kiềm thì khả năng sinh tổng hợp enzyme giảm đi rõ rệt.

48

CHỦNG 17 CHỦNG 17

CHỦNG 21 CHỦNG 21

Hình 3.7. Hoạt tính sinh amylase ở các độ pH khác nhau.

3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố tác động trực tiếp đến khả năng sinh trưởng và phát triển

của VSV. Mỗi chủng VSV đều có một khoảng nhiệt độ tối ưu khác nhau, ở đó

chúng có khả năng phát triển và sinh trưởng tốt nhất. Ở nhiệt độ thấp VSV thường

sinh trưởng chậm, với nhiệt độ cao có thể gây chết VSV một cách nhanh chóng, do

49

nhiệt độ cao làm biến đổi cấu trúc hệ enzyme, khiến hệ enzyme bị bất hoạt, VSV dễ

dàng bị tiêu diệt. Do vậy, cần phải đánh giá tác động của nhiệt độ đến sinh trưởng

và sinh tổng hợp các enzyme của các chủng vi sinh vật tuyển chọn. Thí nghiệm

được tiến hành ở các mức nhiệt độ: 15oC, 20

oC, 25

oC, 30

oC, 35

oC, 40

oC, thời gian

nuôi cấy 24h.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng

Dịch môi trường sau nuôi cấy được tiến hành đo OD để xác định khả năng sinh

trưởng. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 3.8 và hình 3.8.

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của VSV

Nhiệt độ

Chủng

Giá trị OD (λ=560nm)

15oC 20

oC 25

oC 30

oC 35

oC 40

oC

PĐ17 0,11 0,3 0,43 0,61 0,75 0,43

DL21 0,09 0,23 0,32 0,57 0,7 0,4

Hình 3.8. Sinh trưởng của VSV ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau

Kết quả cho thấy khả năng sinh trưởng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn

tăng khi tăng nhiệt độ nuôi cấy tăng từ 15 - 35oC và sau 35

oC khả năng sinh trưởng

của các chủng vi sinh vật tuyển chọn giảm. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy mức

50

nhiệt độ phù hợp cho sinh trưởng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn từ 30 - 35oC.

Như vậy, hai chủng vi sinh vật tuyển chọn thuộc nhóm vi sinh vật ưa ấm.

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh amylase của VSV

Khả năng sinh amylase được xác định trên môi trường TBS và TBC, kết quả

thí nghiệm được thể hiện ở bảng 3.9, hình 3.9 và hình 3.10.

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh amylase của VSV tuyển chọn

Tên

chủng

Nuôi cấy ở

nhiệt độ oC

Đường kính vòng phân giải (cm)

TBS TBC

PĐ17

15 - -

20 1,8 1,5

25 2,5 2

30 3,1 2,8

35 3,3 3

40 2,4 2

DL21

15 - -

20 2,1 1,3

25 2,8 2,3

30 3,2 2,8

35 3,4 3

40 2,7 2,5

Hình 3.9. Khả năng sinh enzyme của chủng PD17 ở các mức nhiệt độ

nuôi cấy khác nhau

51

Hình 3.10. Hoạt tính sinh amylase của chủng DL21 ở các mức nhiệt độ

nuôi cấy khác nhau

CHỦNG PĐ17 CHỦNG PĐ17

Hình 3.11. Hoạt tính sinh amylase ở các mức nhiệt độ nuôi cấy khác nhau

Nhiệt độ không những tác động đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi

sinh vật tuyển chọn, nó còn tác động đến khả năng sinh enzyme. Kết quả ở bảng 10

52

cho thấy: hoạt tính enzyme tăng dần khi nhiệt độ tăng dần từ 15 – 35oC. Ở 40

oC cả

hai chủng vi sinh vật tuyển chọn sinh trưởng yếu và hoạt tính amylase cũng bị giảm.

Từ các kết quả nghiên cứu thu được cho thấy các chủng vi sinh vật tuyển chọn

có một số đặc tính cơ bản sau:

- Nhiệt độ sinh trưởng từ 30 – 35oC.

- Khả năng thích ứng pH môi trường rộng 4,5 – 8.

- Hai chủng VK tuyển chọn đều có khả năng sinh amylase cao trong môi

trường có nguồn cacbon là bột xenluloza, casein và bột CMC – Na

- Hai chủng VK tuyển chọn thuộc nhóm Bacillus subtillis và Bacillus

licheniform với ID đạt 91,3% và 92%.

Vì vậy, các chủng vi khuẩn đã tuyển chọn ở trên có thể áp dụng vào công nghệ

xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột.

3.5. Nghiên cứu xử lý nƣớc thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phƣơng

pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm

Để có thể ứng dụng các chủng VK đã tuyển chọn vào quá trình xử lý nước thải

chế biến tinh bột có hiệu quả, chúng tôi đã tiến hành đánh giá khả năng xử lý nước

thải chế biến tinh bột của các chủng VSV tuyển chọn trong thiết bị thí nghiệm bùn

hạt hiếu khí SBR.

Quá trình khởi động hệ thống được tiến hành như sau: Bể SBR được vận hành

tự động theo chu kỳ lập trình sẵn. Mỗi chu kỳ hoạt động là 4h (tương ứng với 8 chu

kỳ/ngày) gồm 4 pha: bơm nước thải vào, sục khí, lắng và xả nước thải ra. Tỉ lệ

giống bổ sung là 10%V. Nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) ban đầu là 3510 mg/l, chỉ

số bùn SVI là 30 ml/g. Khi nồng độ MLSS vượt quá 5000mg/l, một lượng bùn nhất

định được rút bớt khỏi hệ để duy trì nồng độ MLSS trong bể sục khí ở trong khoảng

4500 – 5000mg/l. Quá trình khởi động được thực hiện ở mức tải lượng COD ban

đầu là 2,5 kg – COD/m3.ngày. Quá trình khởi động hệ thống cũng như quá trình thí

nghiệm ổn định sau này được tiến hành ở điều kiện:

- pH: pH = 6,3 – 7,5

- Nhiệt độ: nhiệt độ phòng (25 – 32oC)

- DO = 10,6 mg/l

- MLSS: 3500 - 5000 mg/l

53

Để có thể đánh giá được tính ổn định của hệ thống, các thí nghiệm được thực

hiện trong một khoảng thời gian đủ dài, tối thiểu 60 ngày, các thông số pH, DO,

MLSS được theo dõi thường xuyên để điều chỉnh và duy trì trong giới hạn mong

muốn.

3.5.1. Kiểm tra tính đối kháng của các chủng vi khuẩn tuyển chọn để sử

dụng vào quá trình xử lý nước thải chế biến tinh bột

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy 2 chủng vi khuẩn (PD17 và DL21) có thể

sử dụng để bổ sung vào hệ thống xử lý nước thải, vì vậy chúng tôi tiến hành

kiểm tra tính đối kháng giữa các chủng này để kiểm tra xem trong quá trình sinh

trưởng và phát triển chúng ức chế nhau không. Tiến hành thử tính đối kháng của

2 chủng tuyển chọn trên môi trường MPA. Hai chủng vi khuẩn (PD17 và DL21)

được cấy thành các đường thẳng và mỗi chủng đều cắt nhau tại nhiều điểm, sau

được nuôi cấy trong tủ ấm ở 35oC và sau 24h lấy ra đọc kết quả. Nếu tại các

điểm cắt nhau của mỗi chủng vẫn phát triển bình thường thì các chủng vi sinh

vật tuyển chọn trên không đối kháng nhau và ngược lại nếu tại các điểm cắt mà

chúng không phát triển được thì chúng có tính đối kháng. Quan sát hình 3.12 cho

thấy cả 2 chủng VSV tuyển chọn đều phát triển bình thường tại các điểm giao

nhau, không có sự ức chế phát triển giữa các chủng, vì vậy hoàn toàn có thể sử

dụng chúng để bổ sung vào qui trình xử lý nước thải chế biến tinh bột.

Hình 3.12. Tính đối kháng của hai chủng vi sinh vật tuyển chọn

54

3.5.2. Sự phát triển của các chủng vi sinh vật tuyển chọn trong quá trình tạo

bùn hạt hiếu khí

Bùn hạt hiếu khí được khởi động trên cơ sở tạo bùn hoạt tính truyền thống,

lượng giống vi sinh vật bổ sung 10% giống đã được kích hoạt trên môi trường

chuẩn. Bể phản ứng dùng để nuôi cấy bùn hạt hiếu khí tại tải trọng 2 – 2,5

kgCOD/m3.ngày. Để theo dõi sự sinh trưởng của vi sinh vật trong quá trình tạo bùn

hạt, mẫu được lấy hàng ngày và phân tích mật độ vi sinh vật. Kết quả được trình

bày ở bảng 3.10.

Bảng 3.10. Mật độ vi sinh trong bùn hạt hiếu khí

Ngày

Môi

trƣờng

15/10 19/10 23/10 26/10 28/10 30/10 02/11 05/11 07/11 12/11

TBS

(CFU/ml) 2,0.10

7 2,8.10

8 3,4.10

8 4,0.10

9 4,5.10

9 5,5.10

10 7,0.10

10 7,5.10

10 5,0.10

11 6,7.10

11

Xenluloza

(CFU/ml) 4,3.10

5 4,0.10

7 7,5.10

7 2,1.10

8 6,2.10

8 8,0.10

8 8,8.10

8 6,7.10

8 7,1.10

8 7,8.10

8

VSV tổng số

(CFU/ml) 3,2.10

8 3,7.10

8 4,1.10

9 4,8.10

9 5,5.10

10 6,1.10

10 6,8.10

10 7,2.10

11 7,0.10

11 7,5.10

11

Từ bảng trên cho thấy mật độ vi sinh vật trong hạt bùn duy trì ở mức khá cao

và tăng dần theo thời gian. Qua đó chứng tỏ các chủng vi sinh vật tuyển chọn khi bổ

sung vào hệ SBR có thể tồn tại và phát triển mạnh mẽ trong hạt bùn, từ đó có thể xử

lý các chất ô nhiễm có trong nước thải của làng nghề chế biến tinh bột.

3.5.3. Sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí

Sau khi bùn thích nghi, thì bắt đầu giai đoạn tạo hạt cho đến khi hạt trưởng

thành, sau khi hạt trưởng thành tiến hành duy trì tải trọng để khảo sát các đặc tính

của bùn hạt. Bùn giống được cho vào mô hình với nồng độ MLVSS khoảng

600mg/l. Khi hiệu quả khử COD đạt hơn 80%, COD đầu ra luôn nhỏ hơn 150mg/l,

55

bùn trong mô hình có màu sắc thay đổi. Bùn giống có màu nâu đen, bùn thích nghi

và chuyển sang màu nâu đỏ và dần dần chuyển sang màu vàng cam. Bùn thích nghi

lắng tốt, bông bùn lớn, khả năng lắng của bùn gia tăng nhẹ. Sau ba tuần vi sinh

trong bùn giống dường như thích nghi với nước thải mới, hiệu quả loại bỏ chất hữu

cơ cao hơn 90%. Lúc này trong mô hình xuất hiện một số hạt nhỏ màu trắng nhưng

bùn ở dạng bông vẫn chiếm ưu thế (hình 3.13). Điều này chứng tỏ các tế bào vi

khuẩn đã hình thành và có xu hướng kết hợp lại với nhau và bắt đầu hình thành hạt.

Hình 3.13. Bùn hạt hiếu khí sau 3 tuần

Vào đầu tuần thứ 4, lúc này toàn bộ sinh khối bùn có màu sắc thay đổi rõ rệt

chuyển từ màu nâu đỏ đậm sang màu nâu đỏ nhạt có lẫn màu vàng. Nếu quan sát kỹ

sẽ thấy có những hạt nhỏ trong khối bùn và chiếm đa số trong khối bùn, còn lại chỉ

có một lượng bông bùn nhỏ trong sinh khối. Như vậy là đã có sự tích lũy một lượng

lớn sinh khối trong bể phản ứng. Khi quan sát kỹ bùn trong bể phản ứng ta thấy các

hạt chiếm đa số, những hạt có kích thước dao động từ 0,1 – 0,2 mm, có những hạt

có kích thước 0,5 – 0,6mm. Đối với những hạt nhỏ hơn 0,1 mm thì có màu trắng

dường như trong suốt, còn đối với những hạt có kích thước 0,1 – 0,2 mm thì hạt

chia làm 2 phần: bên ngoài có màu trắng như những hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1

56

mm, phần bên trong hình thành nhân như nhân của hạt có màu nâu đậm, còn những

hatk có kích thước 0,5 – 1 mm thì hạt chỉ quan sát thấy một màu nâu (Hình 3.14).

Tuần 1 Tuần 4

Hình 3.14. Sự phát triển của bùn hạt qua 4 tuần

3.5.4. Kết quả xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng phương

pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm

Sau giai đoạn hình thành và phát triển hạt bùn hiếu khí đã đi vào hoạt động ổn

định, tiến hành lấy mẫu nước thải làng bún Phú Đô để phân tích và đánh giá hiệu

quả xử lý nước thải bằng phương pháp xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR).

3.5.4.1. Hiệu quả xử lý COD

Đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột

bằng phương pháp xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR) ở các nồng độ khác nhau, tiến

hành điều chỉnh nồng độ COD trong nước thải đầu vào. Nồng độ COD được điều

chỉnh tăng lên bằng cách thêm tinh bột sống hoặc pha loãng bằng nước cất.

Giá trị COD nước thải sau khi xử lý có sự giảm đều theo thời gian hay nói

cách khác hiệu quả xử lý chất hữu cơ tăng lên theo thời gian. Điều này có thể lý giải

do các vi khuẩn trong bể phản ứng tăng nhanh. Hiệu quả xử lý COD được thể hiện

qua hình 3.15.

57

Hình 3.15. Hiệu quả xử lý COD trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột

Từ kết quả thí nghiệm ở hình 3.15 cho thấy hiệu quả xử lý COD chỉ đạt 74%

khi bắt đầu tiến hành xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột. Sau đó hiệu suất

xử lý đạt được tăng đều và ổn định dao động trong khoảng 85 – 94%. Sau 40 ngày vận

hành, giá trị COD đầu ra là 148mg/l thấp hơn tiêu chuẩn nước thải loại B được quy

định trong QCVN 40:2011/BTNMT, hiệu quả đạt cao nhất 94% vào các ngày từ 40 –

50.

3.5.4.2. Hiệu quả xử lý amoni trong nước thải

Theo khảo sát hàm lượng N – NH4+ trong nước thải làng nghề chế biến tinh

bột là rất cao từ 47 – 50 mg/l. Hiệu quả xử lý N – NH4+ trong nước thải làng nghề

chế biến tinh bột được thể hiện qua hình 3.16.

Hình 3.16. Kết quả xử lý amoni trong nước thải

58

Từ kết quả thí nghiệm trên hình 3.16 cho thấy những ngày đầu khi tiến hành

thí nghiệm với nước thải làng bún Phú Đô cho thấy khả năng xử lý amoni của bùn

hạt chỉ đạt 61%, nồng độ N – NH4+

đầu ra tương ứng là từ 18,6 mg/l. Sau 38 ngày,

khả năng xử lý N – NH4+ của bùn hạt đã giảm rõ rệt từ 18,6 mg/l xuống 10,01 mg/l

và đạt 81%. Hiệu quả xử lý N – NH4+ của bùn hạt tiếp tục giảm trong 2 ngày tiếp

theo (từ ngày thứ 38 đến ngày thứ 40) xuống còn 9,82 mg/l. Từ ngày thứ 40 trở đi

tốc độ xử lý N – NH4+ của bùn hạt tiếp tục giảm nhẹ và ổn định. Như vậy, hiệu quả

xử lý N – NH4+

trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột của bùn hạt hiếu khí phù

hợp với tiêu chuẩn nước thải loại B được quy định tại QCVN 40:2011/BTNMT.

3.5.4.3. Khả năng loại bỏ nitơ trong nước thải chế biến tinh bột

Nitơ trong nước thải cao chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh

dưỡng. Do vậy nitơ gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như

rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng

nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong

nước H2S, CH4, CO2,… tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước, gây mùi hôi

thối và làm ô nhiễm không khí khu dân cư. Qua phân tích và đánh giá hiệu quả xử

lý nitơ bằng bùn hạt hiếu khí cho kết quả rất cao. Kết quả xử lý nito trong nước thải

làng nghề chế biến tinh bột được thể hiện qua hình 3.17.

Hình 3.17. Kết quả xử lý nito trong nước thải

59

Kết quả phân tích ở hình 3.17 cho thấy hiệu quả xử lý nito trong nước rất cao

đạt 90% và đạt tiêu chuẩn xả thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT. Qua phân

tích chúng tôi thấy hàm lượng nito trong nước thải làng nghề chế biến tinh bột là

khá cao từ 164 – 177 mg/l, sau khi được xử lý bằng bùn hạt hiếu khí thì hàm lượng

tổng nito trong nước thải đầu ra đã giảm đi rất nhiều xuống còn 25,75 – 17,03 mg/l.

Hiệu quả xử lý hàm lượng tổng nito trong nước thải thể hiện rõ rệt ngay từ những

ngày đầu tiên từ 173,72 mg/l xuống còn 30,61 mg/l đạt hiệu suất là 82%. Trong

những ngày xử lý tiếp theo hàm lượng tổng nito trong nước thải tiếp tục giảm và ổn

định

3.5.4.4. Khả năng xử lý tổng photpho

Chất dinh dưỡng nito và photpho rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát

triển của vi sinh vật. Mỗi một cơ thể sinh vật nhất định có một nhu cầu dinh dưỡng

về N, P. Trong điều kiện môi trường thừa hoặc thiếu N, P, sự sinh trưởng và phát

triển của vi sinh vật đều có thể bị ảnh hưởng. Ngoài ra, photpho cũng là nguyên

nhân chính gây ra bùng nổ tảo ở một số nguồn nước mặt, gây ra hiện tượng tái

nhiễm bẩn và nước có màu, mùi khó chịu. Kết quả phân tích hàm lượng tổng

photpho trong nước thải xử lý bằng bùn hạt hiếu khí được thể hiện qua hình 3.18.

Hình 3.18. Kết quả xử lý tổng photpho trong nước thải

60

Từ kết quả phân tích ở hình 3.18 cho thấy, hàm lượng tổng photpho trong

nước thải làng nghề chế biến tinh bột có chiều hướng giảm và đạt hiệu suất xử lý

lên đến 96%. Khi so sánh với tiêu chuẩn xả thải QCVN40:2011/BTNMT, hàm

lượng tổng photpho đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải loại B (≤6 mg/l).

Sau khi tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm, hiệu quả xử lý của các chủng

VSV tuyển chọn khi bổ sung vào hệ xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR) sử dụng bùn hạt

hiếu khí đã thu được những kết quả theo bảng 3.11 sau:

Bảng 3.11. Kết quả phân tích đánh giá hiệu quả xử lý

STT Chỉ tiêu Đơn vị Đầu vào Đầu ra QCVN 40:2011/BTNMT

A B

01 pH - 5,5-6,5 6,5-7,3 6 - 9 5,5 – 9

02 COD mg/l 2556 140 75 150

03 N – NH4+

mg/l 55,61 8,73 5 10

04 Nts

mg/l 177,50 17,03 20 40

05 Pts mg/l 16,32 4,11 4 6

06 Coliform MPN/100ml 151x103

KPH 3000 5000

07 Salmonella MPN/100ml 82x102 KPH - -

08 E.Coli MPN/100ml 31x102

KPH - -

09 VSV tổng số CFU/ml 126x104 7,5.10

11 - -

Kết quả phân tích ở bảng 3.11 cho thấy hiệu quả xử lý nước thải chế biến tinh

bột của hệ thống xử lý hiếu khí theo mẻ là rất cao và đạt tiêu chuẩn xả thải loại B

được quy định trong QCVN 40:2011/BTNMT. Sự phát triển của hai chủng VSV bổ

sung vào hệ ổn định, đạt mật độ cao và không phát hiện sự có mặt của các chủng

VSV gây bệnh trong nước thải đầu ra.

61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

1.1. Hai chủng VSV tuyển chọn là những vi khuẩn phân giải tinh bột, là vi

khuẩn Gram dương, tế bào hình que, hình cầu và là nhóm vi khuẩn hiếu khí.

1.2. Các đặc điểm sinh lý hóa của các chủng vi sinh vật tuyển chọn và bổ

sung vào bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún miến

+ Sử dụng kit API 50CHB/E để phân loại đến loài thì hai chủng VSV tuyển

chọn thuộc nhóm Bacillus subtillis và Bacillus licheniformic với ID đạt 91,3% và

92%.

+ Nhiệt độ sinh trưởng từ 20 – 35oC, độ pH sinh trưởng tốt nhất là pH = 7.

+ Hai chủng VK tuyển chọn đều có khả năng sinh amylase cao trong môi

trường có nguồn cacbon là bột xenluloza, casein và bột CMC – Na.

1.3. Hiệu quả xử lý nước thải làng nghề sản xuất bún miến bằng phương

pháp xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR) sử dụng bùn hạt hiếu khí ở quy mô phòng thí

nghiệm

+ Mật độ các chủng VSV đã tuyển chọn khi bổ sung vào hệ SBR đạt giá trị

cao: VSV phân giải tinh bột: 2,0.107 – 6,7.10

11, VSV phân giải xenlulose: 4,3.10

5 –

7,8.109.

+ Khi hệ thống hoạt động ổn định, bùn lắng tốt, hiệu suất xử lý COD đạt trên

90%. Các chỉ tiêu khác của nước thải sau xử lý như tổng nito, tổng photpho, N –

NH4+ đều đạt tiêu chuẩn nước thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT.

+ Không phát hiện sự có mặt của các chủng vi sinh vật gây bệnh trong nước

thải sau khi xử lý như salmonella, E.Coli và tổng Coliform.

2. Kiến nghị

Do thời gian triển khai còn ngắn nên chưa thể đánh giá hết được hiệu quả xử

lý ô nhiễm nước thải làng nghề chế biến tinh bột trong các điều kiện thời tiết khác

nhau và ở mô hình rộng lớn hơn. Nên chúng tôi mong muốn được tạo điều kiện để

triển khai mô hình ở quy mô rộng lớn hơn trong thời gian dài hơn nhằm có đủ các

62

cơ sở để đánh giá được cụ thể hơn các hiệu quả về giảm ô nhiễm môi trường nước

làm tăng lợi ích về kinh tế, môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Từ thực tế thu thập và tìm hiểu, chúng tôi nhận thấy việc thu gom nước thải

chế biến tinh bột ở các làng nghề chưa được chú trọng, hầu hết nước thải đều được

thải ra cống thoát nước chung hoặc thải thẳng ra sông nên rất khó áp dụng mô hình

xử lý. Do vậy cần có những quy hoạch cụ thể cho việc thu gom và xử lý nước thải ở

các khu vực làng nghề này.

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi nhận thấy rằng việc xử lý và duy trì

môi trường trong sạch không chỉ là trách nhiệm của các cấp chính quyền, mà trách

nhiệm và ý thức của cộng đồng dân cư, của các hộ gia đình có quy mô sản xuất nhỏ,

lẻ trong việc giữ gìn và bảo vệ môi trường. Do vậy, cần nâng cao ý thức của các hộ

sản xuất nói riêng và cộng đồng nói chung trong việc bảo vệ môi trường.

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A - Tài liệu tiếng Việt

1. Bộ Tài nguyên Môi trường (2014), Báo cáo môi trường quốc gia năm 2014:

Môi trường nông thôn, Hà Nội.

2. Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia

2008: Môi trường làng nghề ô nhiễm nghiêm trọng, Hà Nội.

3. Phạm Thị Trân Châu (1992), Hóa sinh học, Nxb Giáo dục Việt Nam.

4. Nguyễn Thị Phương Chi (1997), Giáo trình cao học vi sinh vật học đại

cương, Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia - Viện Sinh thái

và Tài nguyên sinh vật, Hà Nội.

5. Tăng Thị Chính (2015), Công nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học Tự nhiên

và Công nghệ, Hà Nội.

6. Nguyễn Lân Dũng và các cộng sự (1985), Một số phương pháp nghiên cứu vi

sinh vật, Nxb Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội.

7. Nguyễn Lân Dũng (1983), Thực tập vi sinh vật học, Nxb Đại học và Trung

học chuyên nghiệp, Hà Nội.

8. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (1997), Vi sinh vật

học, Nxb Giáo dục, Hà Nội.

9. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1997), Công nghệ xử lý nước thải, Tủ sách

công nghiệp xanh – ĐHBK Hà Nội, tr 58 – 236.

10. Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, Nxb

Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

11. Nguyễn Đức Lượng (2014), Công nghệ vi sinh tập 2 - Vi sinh vật học công

nghiệp, Nxb Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

12. Lương Đức Phẩm, Đình Thị Kim Nhung, Trần Cẩm Vân (2009), Cơ sở khoa

học trong công nghệ bảo vệ môi trường, tập 2 – Cơ sở vi sinh trong công

nghệ bảo vệ môi trường, Nxb Giáo dục, Hà Nội.

64

13. Lê Ngọc Tú (2002), Giáo trình hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và Kỹ

thuật, Hà Nội.

14. Trần Văn Tựa, Vũ Văn Vụ (1994), “Nghiên cứu khả năng nuôi trồng tạp

dưỡng tảo Spirulia platensis”, Tạp chí Sinh học 16(3), tr 25 – 31.

15. Bùi Thị Vụ (2014), Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất bún bằng phương

pháp kị khí kết hợp đĩa quay sinh học, Khoa Môi trường, Đại học dân lập Hải

Phòng.

16. Đặng Như Xuyến (1998), Sử dụng một số biện pháp sinh học để làm sạch

môi trường đất và nước, Báo cáo khoa học đề tài cấp bộ, tr 23 – 42.

17. TCVN 5987 – 1995, Chất lượng nước – Xác định nito Kenda – Phương pháp

vô cơ hóa với Seelen.

18. TCVN 6202:2008, Chất lượng nước – Xác định phospho – Phương pháp đo

phổ dùng amoni Molipdat.

B - Tài liệu tiếng Anh

19. G. Andreottla (2002), “Treatment of Winery”, Water science And

Technology, pp 347-354

20. Barnett J.A., Payne R.W. & Yarow D. (1990), Yeasts Identification PC Program

Version2-Use Manual, Cambridger University, United Kingdom.

21. Andrew D. Eaton, Awwa, Chair Lenore S. Clesceri, Wef Arnold E.

Greenberg, APHA (1995), Standard methods for the examination of water

and wastewater, American Public Health Association 1015 Fifteenth street,

NW Washington, DC 20005.

22. Larsdotter K, Jansen JC, Dalhammar G (2010), “Phosphorus removal from

wastewater by microalge in Sweden-a year – round perspective”,

Environmental Technology, 31 (2), pp.117 – 123,.

23. Liang. W, Min. M, Y. Li, P. Chen, Y. Chen, Y. Liu, Y. Wang and Roger

Ruan (2009), “Cultivation of Green Algae Chlorella sp. in Different

Wastewater from Municipal Wastewater Treatment Plant”, Applied

Biochemistry and Biotechnology, 162 (4), pp. 1174 – 1186.

65

24. Lui, Y., Wang, Z., Yao, J., Sun, X., Cai, W. (2005), Investigation on the

properties and kinetics of glucose –fed aerobic granular sludge, Enzyme and

microbial Technology, 36, pp. 307 – 313.

25. Jang, A., Yoo, Y.H., Kim, I.S., Kim, K.S, Bishop, P.L. (2003)

Characterization and Evaluation of Aerobic Granules in Sequencing Batch

Reactor, Journal of Biotechnology, 105, pp. 71 – 82.

66

PHỤ LỤC

1. Thành phần môi trƣờng

1.1. Môi trường MPA

Cao thịt: 3g

Pepton: 5g

NaCl: 5g

Thạch: 20g

Nước máy: 1000ml

1.2. Môi trường tinh bột

Tinh bột: 20g

Pepton: 7g

NaCl: 0,5g

Thạch: 20g

Nước máy: 1000ml

1.3. Môi trường phân giải xenlulose

(NH4)2SO4: 1,5g

KH2PO4: 0,5g

K2HPO4: 0,5g

MgSO4: 0,4g

NaCl: 0,1g

MnSO4: vết

FeSO4: vết

Bột giấy: 2g

Thạch: 20g

Nước máy: 1000ml

1.4. Môi trường đục thạch

Thạch: 20g

Cơ chất (TB, casein, CMC – Na, Cell): 2g

Nước: 1000ml

67

2. Một số hình ảnh

Hình 2.1. Đặc điểm sinh hóa của chủng PD17

Hình 2.2. Đặc điểm sinh hóa của chủng DL21

Hình 2.3. Phản ứng sinh hóa của chủng PD17 sau 48 giờ nuôi cấy