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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Tất số liệu nghiên cứu luận văn trung thực, chưa công bố luận văn khác xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tôi xin cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho thực tốt luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Ánh i LỜI CẢM ƠN Luận văn thực phòng thí nghiệm phòng Vi sinh vật môi trường, Viện công nghệ môi trường Để hoàn thành luận văn nhận nhiều động viên, giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Tăng Thị Chính hướng dẫn thực nghiên cứu Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Hòa tập thể cán phòng Vi sinh vật môi trường đem lại cho kiến thức bổ trợ, vô có ích tạo điều kiện tốt giúp thực nghiên cứu 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 tạo điều kiện cho trình học tập thời gian thực nghiên cứu Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người bên tôi, động viên khuyến khích trình thực đề tài nghiên cứu Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Ánh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng ô nhiễm nước thải từ làng nghề chế biến tinh bột .3 1.1.1 Đặc điểm nước thải chế biến tinh bột 1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nước thải làng nghề chế biến tinh bột 1.2 Tác động nước thải chế biến tinh bột đến môi trường sinh thái 1.2.1 Ô nhiễm nguồn nước 1.2.2 Ô nhiễm đất 1.2.3 Ô nhiễm không khí 1.2.4 Ảnh hưởng đến người 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến tinh bột 1.3.1 Phương pháp hóa học 1.3.2 Phương pháp hóa lý 1.4 Công nghệ vi sinh xử lý nước thải chế biến tinh bột 16 1.4.1 Cấu tạo trình phân hủy tinh bột 16 1.4.2 Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột lợi ích thu ứng dụng chúng vào trình xử lý nước thải chứa nhiều tinh bột 18 1.4.3 Sự phát triển vi sinh vật công trình xử lý 19 1.4.4 Ưu phương pháp vi sinh vật 20 1.4.5 Bùn hạt hiếu khí 21 1.5 Xử lý nước thải công nghệ SBR 24 CHƢƠNG 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 hoá chất 27 2.2 Phương pháp nghiên cứu 28 iii 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 hoạt hóa vi sinh vật 29 2.2.6 Phương pháp đánh giá khả sinh amylase chủng vi sinh vật tuyển chọn 30 2.2.7 Phương pháp xác định ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng sinh tổng hợp amylase chủng vi sinh vật tuyển chọn 31 2.2.8 Phương pháp xác định đặc điểm hình thái, sinh lý hoá 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 phương pháp bùn hạt hiếu khí 35 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật sinh amylase có khả phân giải tinh bột sống cao .36 3.2 Đặc điểm sinh học chủng vi sinh vật tuyển chọn 39 3.2.1 Đặc điểm hình thái chủng vi sinh vật tuyển chọn 39 3.2.2 Phân loại đến loài chủng vi khuẩn tuyển chọn 42 3.3 Xác định khả sinh enzyme chủng vi sinh vật tuyển chọn 44 3.4 Xác định ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy đến sinh trưởng sinh tổng hợp amylase chủng vi sinh vật tuyển chọn 46 3.4.1 Ảnh hưởng pH 46 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 48 iv 3.5 Nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột phương pháp bùn hạt hiếu khí qui mô phòng thí nghiệm 52 3.5.1 Kiểm tra tính đối kháng chủng vi khuẩn tuyển chọn để sử dụng vào trình xử lý nước thải chế biến tinh bột 53 3.5.2 Sự phát triển chủng vi sinh vật tuyển chọn trình tạo bùn hạt hiếu khí 54 3.5.3 Sự hình thành phát triển bùn hạt hiếu khí 54 3.5.4 Kết xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột 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 v 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 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 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thải lượng chất ô nhiễm nước thải số làng nghề Bảng 1.2 Quần thể vi sinh vật bùn hoạt tính 13 Bảng 1.3 Một số vi sinh vât có hệ amylase .19 Bảng 3.1 Hoạt tính amylase chủng VSV phân lập 36 Bảng 3.2 Hoạt tính amylase chủng VSV có đường kính .39 Bảng 3.3 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc tế bào hai chủng VSV tuyển chọn 41 Bảng 3.4 Phản ứng sinh hóa hai chủng VSV tuyển chọn 42 Bảng 3.5 Khả sinh số enzyme phân giải protein, xenlulose tinh bột chủng VSV tuyển chọn .44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng pH đến sinh trưởng VSV .46 Bảng 3.7 Hoạt tính sinh enzyme amylase độ pH khác môi trường 47 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả sinh trưởng VSV 49 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ lên khả sinh amylase VSV .50 Bảng 3.10 Mật độ vi sinh bùn hạt hiếu khí .54 Bảng 3.11 Kết phân tích đánh giá hiệu xử lý .60 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Lưu lượng nước thải sản xuất số làng nghề chế biến Hình 1.2 Cấu tạo tinh bột 18 Hình 1.3 Đường cong sinh trưởng vi sinh vật 20 Hình 1.4 Màu sắc bùn hạt trưởng thành 23 Hình 1.5 Đặc tính bùn hạt bùn hoạt tính truyền thống 23 Hình 1.6 Các pha chu trình hoạt động SBR .25 Hình 2.1 Sơ đồ bể phản ứng SBR sử dụng nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí 35 Hình 3.1 Đánh giá hoạt tính amylase chủng VSV phân lập 38 Hình 3.2 Khuẩn lạc chủng VSV tuyển chọn 40 Hình 3.3 Hình thái tế bào chủng PD17 kính hiển vi quang học .40 Hình 3.4 Hình thái tế bào chủng DL21 kính hiển vi quang học .41 Hình 3.5 Hoạt tính sinh enzyme hai chủng vi khuẩn tuyển chọn 45 Hình 3.6 Sinh trưởng VSV độ pH khác 46 Hình 3.7 Hoạt tính sinh amylase độ pH khác 48 Hình 3.8 Sinh trưởng VSV mức nhiệt độ nuôi cấy khác 49 Hình 3.9 Khả sinh enzyme chủng PD17 mức nhiệt độ 50 Hình 3.10 Hoạt tính sinh amylase chủng DL21 mức nhiệt độ 51 Hình 3.11 Hoạt tính sinh amylase mức nhiệt độ nuôi cấy khác 51 Hình 3.12 Tính đối kháng hai chủng vi sinh vật tuyển chọn .53 Hình 3.13 Bùn hạt hiếu khí sau tuần .55 Hình 3.14 Sự phát triển bùn hạt qua tuần .56 Hình 3.15 Hiệu xử lý COD nước thải làng nghề chế biến tinh bột 57 Hình 3.16 Kết xử lý amoni nước thải .57 Hình 3.17 Kết xử lý nito nước thải 58 Hình 3.18 Kết xử lý tổng photpho nước thải 59 viii TÀI LIỆU THAM KHẢO A - Tài liệu tiếng Việt Bộ Tài nguyên Môi trường (2014), Báo cáo môi trường quốc gia năm 2014: Môi trường nông thôn, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường (2009), Báo cáo trạng môi trường quốc gia 2008: Môi trường làng nghề ô nhiễm nghiêm trọng, Hà Nội Phạm Thị Trân Châu (1992), Hóa sinh học, Nxb Giáo dục Việt Nam Nguyễn Thị Phương Chi (1997), Giáo trình cao học vi sinh vật học đại cương, Trung tâm Khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia - Viện Sinh thái Tài nguyên sinh vật, Hà Nội Tăng Thị Chính (2015), Công nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng cộng (1985), Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật, Nxb Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội Nguyễn Lân Dũng (1983), Thực tập vi sinh vật học, Nxb Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (1997), Vi sinh vật học, Nxb Giáo dục, Hà Nội 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 xử lý nước thải công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Nguyễn Đức Lượng (2014), Công nghệ vi sinh tập - 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 công nghệ bảo vệ môi trường, tập – Cơ sở vi sinh công nghệ bảo vệ môi trường, Nxb Giáo dục, Hà Nội 63 13 Lê Ngọc Tú (2002), Giáo trình hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 Trần Văn Tựa, Vũ Văn Vụ (1994), “Nghiên cứu khả 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 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 số biện pháp sinh học để làm môi trường đất 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 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 64 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 65 PHỤ LỤC 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 66 ... 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... trình xử lý nước thải chế biến tinh bột 53 3.5.2 Sự phát triển chủng vi sinh vật tuyển chọn trình tạo bùn hạt hiếu khí 54 3.5.3 Sự hình thành phát triển bùn hạt hiếu khí ... Phương pháp hóa lý 1.4 Công nghệ vi sinh xử lý nước thải chế biến tinh bột 16 1.4.1 Cấu tạo trình phân hủy tinh bột 16 1.4.2 Một số vi sinh vật phân hủy tinh bột lợi ích thu