Luận án Tiến sĩ Vi sinh vật học: Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa nitơ và tích lũy Poly-P trong nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho và ứng dụng xử lý nước thải

Chia sẻ: Elysale Elysale | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:187

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của đề tài là phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, loại bỏ N và tích lũy poly-P trong nước thải hủ tiếu. Nhận diện và tìm hiểu quan hệ phát sinh của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, loại bỏ N và tích lũy poly-P trong nước thải hủ tiếu có các đặc tính tốt bằng phương pháp sinh học phân tử và công cụ Tin Sinh học kết hợp với một số mô tả hình thái tế bào và khuẩn lạc đã có.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vi sinh vật học: Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa nitơ và tích lũy Poly-P trong nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho và ứng dụng xử lý nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÊ THỊ LOAN PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI KHUẨN KẾT TỤ SINH HỌC, CHUYỂN HÓA N VÀ TÍCH LŨY POLY-P TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT HỦ TIẾU MỸ THO VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VI SINH VẬT HỌC Mã ngành: 62 42 01 07 Người hướng dẫn khoa học GS. TS Cao Ngọc Điệp Cần Thơ - 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÊ THỊ LOAN PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI KHUẨN KẾT TỤ SINH HỌC, CHUYỂN HÓA N VÀ TÍCH LŨY POLY-P TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT HỦ TIẾU MỸ THO VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ VI SINH VẬT HỌC Cần Thơ – 2020
LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cám ơn: - Quý thầy cô Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ đã cung cấp kiến thức và hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình học tập. - GS.TS. Cao Ngọc Điệp đã tận tình hướng dẫn, góp ý cũng như là tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. - Tiến sĩ Trần Thị Giang, giảng viên cùng nghiên cứu sinh Trần Vũ Phương và cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm Vi sinh vật môi trường, phòng thí nghiệm vi sinh vật đất của Viện nghiên cứu và phát triển Công nghệ sinh học, sinh viên Nguyễn Võ Tấn Lực, MSSV: B150445, Lớp: CNSH A2K41; Đặng Ngọc Bảo, MSSV: B1504422, Lớp: CNSH A2K41 Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. - Gia đình chú Trương Văn Thuận tại ấp Hội Gia, xã Mỹ Phong, thành phố Mỹ Tho đã cũng cấp nguồn nước thải, địa điểm thực hiện đề tài, tạo điều kiện giúp đở để đề tài được hoàn thiện tốt nhất. - Thạc sĩ Trịnh Thị Thắng phụ trách phòng thí nghiệm, Tiến sĩ Lê Quang Khôi, Phó Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ sinh tỉnh Tiền Giang đã hỗ trợ, cung cấp kết quả cho đề tài. - Quý Thầy cô, anh, chị công tác tại Trung tâm học liệu đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình tìm kiếm tài liệu đề hoàn thành đề tài. Trân trọng! Cần Thơ, ngày tháng năm 2020 Lê Thị Loan
i TÓM LƯỢC Phân lập, tuyển chọn, và nhận diện vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa N và tích lũy poly-P và trong nước thải sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho và ứng dụng xử lý nước thải Hủ tiếu là sản phẩm được sản xuất từ hạt gạo nấu chín ở châu Á; Quá trình chế biến hủ tiếu đã thải ra một lượng nước thải chứa nhiều độc tố gây ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe con người. Mục tiêu đề tài là phân lập, tuyển chọn và ứng dụng các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, dòng vi khuẩn chuyển hóa nitơ và dòng vi khuẩn tích lũy poly-Phosphate tốt để xử lý nước thải. Tổng số 42 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, 59 dòng vi khuẩn chuyển hóa nitơ và 8 dòng vi khuẩn tích lũy poly-Phosphate được phân lập từ nước thải của 8 cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang, Việt Nam. Vi khuẩn kết tụ sinh học chia làm 2 nhóm: kết tụ protein và polysaccharide; vi khuẩn chuyển hóa nitơ dị dưỡng chia làm 4 nhóm: vi khuẩn oxi-hóa ammonium (15 dòng), vi khuẩn oxi-hoa nitrite (15 dòng), vi khuẩn oxi-hoá nitrate (18 dòng) và vi khuẩn nitrate và phản-nitrate hóa (11 dòng). Phân tích gene 16S rDNA và giải trình tự cho thấy tất cả chúng có mức độ đồng hình từ 97% đến 99%, tất cả các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học và tích lũy poly-P đều thuộc họ Bacilaceae trong khi đó chi Bacillus chỉ chiếm 12% ở vi khuẩn chuyển hóa nitơ còn lại thuộc vi khuẩn Gram âm (Proteobacteria). Tuyển chọn được 2 dòng kết tụ sinh học Bacillus subtilis PRO.01.C và Bacillus subtilis PO.03.B, dòng chuyển hóa nitơ Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03C và dòng vi khuẩn tích lũy poly- Phosphat Bacillus megaterium poly-P.06.4B để xử lý nước thải hủ tiếu từ 100-mL, 1-L, 10-L, 100-L và 1000-L và kết quả đạt được pH nước thải từ 4,68 lên 6,13, TSS từ 369 mg/L giảm xuống 17 mg/L, BOD5 từ 1200 mg/L giảm xuống 23 mg/L, TN từ 45 giảm xuống 7,57 mg/l, TP từ 7,57 giảm xuống 4,76 mg/đạt tiêu chuẩn B, của QCVN40:2011/BTNMT sau 4 ngày sục khí 8/24 giờ. Từ khóa: Vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học, Vi khuẩn chuyển hóa đạm ,Vi khuẩn tích lũy lân hòa tan, nước thải hủ tiếu.
ii ABSTRACT Isolation, Selection and Identification of bioflocculant-producing bacteria, heterotrophic nitrogen removal bacteria and poly-P nurturing bacteria in wastewater from “hu tieu My Tho” mills, Tien Giang province, Vietnam and their application for wastewater treatment Hu tieus are a form of rice product from cooked rice grain in Asia. The process of hu tieu production discharges an amount of wastewater containing a multitude of toxins that cause environmental degradation and human health risks. The aim of the study was to isolate, screen and utilize bioflocculant-producing bacteria, heterotrophic nitrogen-removal bacteria, poly-phosphate nurturing bacteria as way of wastewater treatment. A total of 42 bioflocculant-producing bacterial strains (BPB), 59 heterotrophic nitrogen removal bacterial (HNRB) strains and 8 poly-Phosphate nurturing bacterial strains were isolated from wastewater of 8 hu tieu mills of My Tho City, Tien Giang province, Mekong Delta, Vietnam. Bioflocculant-producing bacterial strains were divided into two groups: protein- flocculant and polysaccharide; HNRB strains were classified into four groups of heterotrophic ammonium-oxidizing bacteria (15 strains), nitrite-oxidizing bacteria (15 strains), nitrate-oxidizing bacteria (18 strains) and heterotrophic nitrifying and denitrifying bacteria (11 strains). The virtually complete 16S rRNA gene was PCR amplified and sequenced. The sequences from the selected BPB, HNR and poly-P bacterial strains all showed high degrees of similarity to those of the GenBank references strains (between 97% and 99%). Phylogenetic trees based on the 16S rDNA sequences displayed high consistency, with nodes supported by high bootstrap (1000) values. These presumptive HNRB strains were categorized into two groups that included members of genera belonged to Gram-positive bacteria phylum and Proteobacteria phylum while BPB and poly-P bacteria strains belonged to bacilli. Application of two strains BPB Bacillus subtilis PRO.01.C and Bacillus subtilis PO.03.B, HNR Stenotrophomonas maltophilia HNa.02.03C and poly-P
iii Bacillus megaterium P.06.4.B to treat wastewater from hu tieu in containers from 100mL, 1L, 10L, 100L and 1000L, the results recorded that pH of wastewater increased from 4.68 to 6.13, TSS and BOD5 concentration of wastewater reduced from 369 and 1200 mg/L to 17 and 23 mg/L, respectively. Total nitrogen and total phosphorous decreased from 45 and 6.3 mg/L to 7.57 and 4.56 mg/L, respectively. All targets reached B level according to QCVN40/2011 standard/Ministry of Natural Resource and Environment of Vietnam. Keywords - Bioflocculant-producing bacteria, Heterotrophic Nitrogen Removal Bacteria, Poly-Phosphate bacteria, Rice-noodle, wastewater
v MỤC LỤC Chương 1 – Giới thiệu...................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu của nghiên cứu ............................................................................. 2 1.3 Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 2 1.4 Thời gian và địa điểm thu mẫu .................................................................... 2 1.5 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 2 1.6 Đóng góp mới và ý nghĩa của luận án.......................................................... 2 Chương 2 – Tổng quan tài liệu....................................................................... 4 2.1 Hiện trạng sản xuất hủ tiếu ở thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang ............. 4 2.2 Quy trình sản xuất bánh hủ tiếu tại các cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ...... 4 2.3 Vấn đề về nước thải và chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất hủ tiếu .......................................................................................................... 7 2.4 Quy trình và biện pháp xử lý nước thải tại các cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ......................................................................................................... 8 2.5 Vi khuẩn kết tụ sinh học............................................................................... 12 2.5.1 Kết tụ sinh học (Bioflocculant) ................................................................. 12 2.5.2 Kiểm tra khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của vi khuẩn bằng dung dịch kaolin ......................................................................................... 13 2.5.3 Cơ chế và đặc điểm của quá trình kết tụ sinh học (Mechanisms of Bioflocculation)......................................................................................... 14 2.5.4 Một số nghiên cứu vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học ...................... 16 2.5.5 Ứng dụng vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học xử lý nuớc thải ........... 17 2.5 Vi khuẩn chuyển hóa Nitơ (đạm) trong nước thải ....................................... 18 2.6.1 Độc tính của Amoni và các hợp chất Nitơ dạng oxy hóa ........................ 20 2.6.2 Tình hình nghiên cứu về vi khuẩn chuyển hóa Nitơ ngoài nước và trong nước ................................................................................................ 25 2.7 Vi khuẩn tích lũy lân dạng poly (poly-P) ..................................................... 28 2.7.1 Các dạng phospho tồn tại trong tự nhiên .................................................. 30
vi 2.7.2 Loại bỏ phospho bằng hóa chất................................................................. 31 2.7.3 Loại bỏ phospho bằng con đường sinh học .............................................. 31 2.7.4 Vi khuẩn tích lũy lân dạng poly (poly-P) .................................................. 31 2.7.5 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn tích lũy poly-P ngoài nước và trong nước ................................................................................................. 33 2.7.5.1 Những nghiên cứu vi khuẩn tích lũy poly-P ngoài nước ....................... 33 2.7.5.2 Những nghiên cứu vi khuẩn tích lũy poly-P ở Việt Nam ...................... 34 2.8 Các nghiên cứu và ứng dụng 3 nhóm vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa đạmNitơ và vi khuẩn tích lũy poly-P trong và ngoài nước ............ 35 2.8.1 Giới thiệu ................................................................................................... 35 2.8.2 Các phương pháp xử lý nước thải trong ngành chế biến thực phẩm ........ 35 2.8.2.1 Nước thải ngành chế biến thực phẩm..................................................... 35 2.8.2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải ngành chế biến thực phẩm ............................................................................................... 36 2.8.2.3 Xử lý nước thải chế biến thực phẩm bằng phương pháp sinh học hiếu khí ................................................................................................... 38 2.9 Các phương pháp xử lý nước thải tiên tiến trong và ngoài nước ................ 50 2.9.1 Các biện pháp loại bỏ Nitơ ........................................................................ 51 2.9.1.1 Loại bỏ nitơ bằng biện pháp sinh học: nitrate hóa và phản nitrate hóa . 51 2.9.1.2 Loại bỏ nitơ bằng phương pháp hóa lý .................................................. 51 2.9.2 Các biện pháp tích lũy Phospho ................................................................ 51 2.9.2.1 Loại bỏ lân bằng biện pháp sinh học...................................................... 51 2.9.2.2 Loại bỏ lân bằng phương pháp hóa lý .................................................... 52 2.9.3 Ứng dụng màng lọc tiên tiến xử lý nước thải ........................................... 52 Chương 3 – Phương tiện và phương pháp nghiên cứu ................................. 55 3.1 Vật liệu thí nghiệm ....................................................................................... 55 3.1.1 Môi trường nuôi cấy .................................................................................. 55 3.1.1.1 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein ..... 55 3.1.1.2 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học
vii polysaccharide ........................................................................................ 56 3.1.1.3 Môi trường phân lập vi khuẩn chuyển hóa nitơ ..................................... 56 3.1.1.4 Môi trường phân lập vi khuẩn tích lũy poly-P ....................................... 57 3.1.2 Nguyên liệu và vật liệu thí nghiệm ........................................................... 57 3.2 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 57 3.2.1 Thu mẫu .................................................................................................... 57 3.2.2 Đếm mật số vi khuẩn................................................................................ 58 3.2.3 Phân lập vi khuẩn ..................................................................................... 59 3.2.3.1 Phân lập vi khuẩn .................................................................................. 59 3.2.3.2 Trữ mẫu và mô tả đặc điểm khuẩn lạc của vi khuẩn.............................. 60 3.2.4 Tuyển chọn và nhận diện các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa Nitơ N và vi khuẩn poly-P ..................................................... 61 3.2.4.1 Tuyển chọn ............................................................................................. 61 3.2.4.2 Nhận diện ............................................................................................... 70 3.2.5 Ứng dụng các dòng vi khuẩn tốt trên nước thải hủ tiếu ............................ 75 3.2.5.1 Ứng dụng các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học vào xử lý nước thải hủ tiếu Mỹ Tho ............................................................................................ 75 3.2.5.2 Ứng dụng các dòng Vi khuẩn chuyển hóa Nitơ và dòng vi khuẩn Poly-P vào xử lý nước thải hủ tiếu Mỹ Tho........................................... 76 3.2.5.3 Khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 1- L ........................................................ 78 3.2.5.4 Khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 10-L ....................................................... 79 3.2.5.5 Khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 100-L ...................................................... 79 Chương 4 - Kết quả và thảo luận ................................................................... 81 4.1 Mật số vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa nitơ và vi khuẩn tích lũy poly-P ....................................................................................... 81 4.2 Phân lập các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa N và
viii vi khuẩn tích lũy poly-P .......................................................................... 82 4.2.1 Phân lập các dòng vi khuẩn kết tụ sinh sinh học ...................................... 82 4.2.1.1 i khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường protein ............ 82 4.2.1.2 i khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường Polysaccharide........................................................................................ 85 4.2.2 Phân lập các dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ ........................................... 88 4.2.2.1 Đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường nitrite............... 88 4.2.2.2 Đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường nitrate .............. 90 4.2.2.3 Đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường ammonium ...... 93 4.2.2.4 Đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường tổng ................. 96 4.2.3 Phân lập các dòng vi khuẩn tích lũy poly-P .............................................. 99 4.3 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hóa nitơ và vi khuẩn tích lũy poly-phosphate ....................................................... 102 4.3.1 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học ........................................ 102 4.3.1.1 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học protein............................ 102 4.3.1.2 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học polysaccharide ............. 103 4.3.2 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn chuyển hóa Nitơ ...................................... 104 4.3.2.1 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn chuyển hóa Nititrite (NO2-) .................. 104 4.3.2.2 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn chuyển hóa nitrate ( NO3-) ................... 106 4.3.2.3 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn chuyển hóa ammonium (NH4+)............ 106 4.3.2.4 Tuyển chọn các dòng vi khuẩn chuyển hóa nitơ tổng hợp .................... 107 4.3.3 Tuyển chọn dòng vi khuẩn tích lũy poly-P ............................................... 108 4.4 Nhận diện vi khuẩn ...................................................................................... 109 4.4.1 Nhận diện vi khuẩn kết tụ sinh học ........................................................... 109 4.4.2 Nhận diện các dòng vi khuẩn có khả năng chuyển hoá Nitơ .................... 112 4.4.3 Nhận diện các dòng vi khuẩn có khả năng tích lũy poly-P ....................... 117 4.5 Ứng dụng các dòng Vi khuẩn kết tụ sinh học, Vi khuẩn chuyển hóa N và Vi khuẩn Poly-P vào xử lý nước thải hủ tiếu Mỹ Tho............................... 120
ix 4.5.1 Ứng dụng các dòng Vi khuẩn kết tụ sinh học vào xử lý nước thải hủ tiếu Mỹ Tho......................................................................................... 120 4.5.1.1 Chọn pH thích hợp ................................................................................. 120 4.5.1.2 Tối ưu hóa khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PO.03.B 122 4.5.1.3 Tối ưu hóa khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PRO.01.C 128 4.5.1.4 Kết hợp các dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein và polysaccharide ở 100-mL nước thải hủ tiếu Mỹ Tho.............................. 132 4.5.1.5 Kết hợp các dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein và polysaccharide ở 1-L nước thải nước thải .............................................. 134 4.5.1.6 Kết hợp các dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein và polysaccharide ở 10-L nước thải nước thải ............................................ 135 4.5.2 Ứng dụng các dòng của các dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ poly-P ở thể tích 1-L 136 4.5.2.1 Kết quả khảo sát khả năng xử lý nước thải của các dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ ..................................................................................... 136 4.5.2.2 Khả năng xử lý NH4+ trong nước thải của các dòng vi khuẩn tích luỹ Poly-P ..................................................................................................... 138 4.5.3 Kết quả ứng dụng khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 1-L ................................... 139 4.5.4. Khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 10-L ........................................................... 140 4.5.5. Khả năng xử lý nước thải của dòng vi khuẩn chuyển hoá N và tích luỹ 142 Poly-P tốt nhất ở thể tích 100-L ............................................................... 4.5.6. Khả năng xử lý nước thải của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi 143 khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P tốt nhất ở thể tích 1000-L..... Chương 5 – Kết luận và Đề xuất ..................................................................... 149 5.1 Kết luận ........................................................................................................ 149
x 5.2 Đề xuất ......................................................................................................... 149 Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 150
xi DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Bản đồ vị trí thành phố Mỹ Tho và xã Mỹ Phong, nơi các làng nghề sản xuất hủ tiếu ................................................................................... 4 Hình 2.2 Quy trình sản xuất bánh hủ tiếu ở các cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho ................................................................................................ 5 Hình 2.3 Sơ đồ phân giải protein ngoại và nội bào vi khuẩn cùng các con đường biến đổi acid amin nội bào ...................................................... 10 Hình 2.4 Công thức cấu tạo kaolin..................................................................... 13 Hình 2.5 Cơ chế kết tụ sinh học của vi khuẩn sinh ra chất kết tụ ...................... 15 Hình 2.6 Chu trình nitơ ...................................................................................... 19 Hình 2.7 So sánh sự tổ chức của các gen khử đạm trong các vi khuẩn P. stutzeri, P. aeruginosa, Paracoccus denitrificans .......................... 25 Hình 2.8 Cây phát sinh thể hiện mối quan hệ giữa các loài tham gia sự khử 26 đạm triệt để ......................................................................................... Hình 2.9 Phân phối HPO42- và H2PO4- tùy theo pH của môi trường ................. 30 Hình 2.10 (A) Mô tả các đặc điểm sinh hóa chính trong quá trình EBPR (B) Sự chuyển đổi kiểu trao đổi chất xảy ra dưới điều kiện kỵ khí và hiếu khí ......................................................................................... 33 Hình 2.11 Các thành phần chính của hệ thống bùn hoạt tính ............................ 39 Hình 2.12 Các công đoạn của quy trình xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính .............................................................................................. 40 Hình 2.13 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt. ...... 43 Hình 2.14 Sơ đồ bể lọc sinh học nhỏ giọt .......................................................... 45 Hình 2.16 Phân phối nước bằng các cánh xoay tròn .......................................... 48 Hình 2.17 Sơ đồ một hệ thống xử lý nước thải bằng đĩa quay sinh học ............ 49 Hình 2.18 Sơ đồ trao đổi chất của PAO trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí...... 53 Hình 2.19 Phân loại màng lọc dựa trên kích thước ............................................ 54 Hình 3.1 (A) Pha loãng mẫu và đếm sống nhỏ giọt
xii (B) xác định mật số vi khuẩn .............................................................. 59 Hình 3.2 Mẫu đã kiểm ròng được trữ trong ống nghiệm ................................... 60 Hình 3.3 Đường chuẩn đo lân ............................................................................ 68 Hình 3.4 Chu kỳ nhiệt của phản ứng PCR ......................................................... 72 Hình 3.5 Chương trình PCR dùng để nhận diện vi khuẩn chuyển hoá Nitơ...... 73 Hình 3.6 Chương trình PCR dùng để nhận diện vi khuẩn tích luỹ Poly-P ........ 74 Hình 3.7 Sơ đồ đánh giá khả năng kết tụ hay % kết tụ và hàm lượng TSS của nước thải ....................................................................................... 76 Hình 3.8 Sơ đồ thí nghiệm đánh giá hiệu quả Vi khuẩn kết tụ sinh học, chuyển hóa N và vi khuẩn poly-P trên nước thải hủ tiếu Mỹ Tho ........ 80 Hình 4.1 Đặc điểm của một số dạng khuẩn lạc vi khuẩn sản xuất chất kết tụ 83 sinh học ............................................................................................... Hình 4.2 i khuẩn kết tụ sinh học (PRO.01.C) có dạng que ngắn dưới độ phóng đại 10.000 lần ........................................................................... 85 Hình 4.3 Vi khuẩn kết tụ sinh học (PO.03.B) có dạng que dài dưới độ phóng đại 9.000 lần ....................................................................................... 86 Hình 4.4 Dạng khuẩn lạc vi khuẩn kết tụ sinh học ............................................ 87 Hình 4.5 Độ nhớt của khuẩn lạc ......................................................................... 88 Hình 4.6 Hình dạng khuẩn lạc vi khuẩn nitrite có màu trắng đục, mô, bìa nguyên ................................................................................................. 89 Hình 4.7 Tế bào vi khuẩn nitrite (HNi.01.03.DL) đa số có hình que ngắn, dưới độ phóng đại 6.000 lần.................................................................. 90 Hình 4.8 Hình dạng khuẩn lạc vi khuẩn nitrate có tròn, đục, bìa nguyên.......... 91 Hình 4.9 Tế bào i khuẩn nitrate (HNa.02.03.C) có hình dạng que ngắn dưới độ phóng đại 6.000 lần................................................................. 92 Hình 4.10 huẩn lạc của vi khuẩn ammonium .................................................. 94 Hình 4.11 Hình dạng vi khuẩn ammonium (HAm.03.05.C) có dạng que ngắn dưới độ phóng đại 6.000 lần 96
xiii Hình 4.12 Dạng khuẩn lạc vi khuẩn chuyển hóa nitơ ........................................ 97 Hình 4.13 Hình dạng vi khuẩn (COM.04.07.C) tổng hợp 03 loại nitơ dưới độ phóng đại 7.500 lần ........................................................................... 98 Hình 4.14 Một số hình dạng khuẩn lạc của vi khuẩn tích lũy poly-P phân lập từ nước thải hủ tiếu............................................................................. 99 Hình 4.15 Dạng khuẩn lạc vi khuẩn tích lũy poly-P .......................................... 100 Hình 4.16 Hình dạng vi khuẩn tích lũy Poly-P (Poly-P.06.4.B) có dạng que dài ............................................................................................... 101 Hình 4.17 Tỷ lệ kết tụ của dòng vi khuẩn kết tụ protein trong dung dịch Kaolin ................................................................................................ 102 Hình 4.18 Tỷ lệ kết tụ của dòng vi khuẩn kết tụ polysaccharise trong dung dịch aolin ........................................................................................ 103 Hình 4.19 Sự phát triển của một số dòng vi khuẩn khi thử nghiệm trên môi trường tối thiểu bổ sung nitrite ở 10 mM (A) và giảm dần ở 30 mM (B) ......................................................................................... 105 Hình 4.20 Số dòng vi khuẩn khử nitrite giảm dần trên môi trường bổ sung NO2- với nồng độ tăng dần ............................................................... 105 Hình 4.21 Số dòng vi khuẩn khử nitrite giảm dần trên môi trường bổ sung NO3- với nồng độ tăng dần ............................................................... 106 Hình 4.22 Khả năng phát triển của vi khuẩn khử ammonium trên môi trường bổ sung NH4+ với nồng độ tăng dần ................................................... 107 Hình 4.23 hả năng phát triển của vi khuẩn chuyển hóa N trên môi trường bổ sung 3 loại Nitơ với nồng độ tăng dần ......................................... 108 Hình 4.24 hả năng tích luỹ poly-P của các dòng vi khuẩn trên môi trường phospho ............................................................................................. 108 Hình 4.25 Phổ điện di sản phẩm PCR được nhân lên từ DNA của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học trên gel agarose 1,2%. ................................ 109 Hình 4.26 Cây phả hệ biểu thị mối quan hệ di truyền giữa các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học .................................................................................. 111
xiv Hình 4.27 Phổ điện di của sản phẩm PCR của các dòng vi khuẩn chuyển hóa N trên gel agarose 2% ...................................................................... 112 Hình 4.28 Cây phả hệ biểu thị mối quan hệ di truyền giữa các dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ ............................................................................... 114 Hình 4.29 Cây phả hệ biểu thị mối quan hệ di truyền giữa các dòng vi khuẩn tích lũy poly-P .................................................................................. 118 Hình 4.30 Tỷ lệ kết tụ sinh học trung bình của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học protein và polysaccharide xử lý trong 100 mL nước thải hủ tiếu Mỹ Tho ....................................................................................... 121 Hình 4.31 Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi sinh khối đến khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PO.03.B ............................................................................................. 122 Hình 4.32a Đồ thị mặt đáp ứng của tỷ lệ kết tụ theo khoáng vô cơ = 0,75%, tinh bột = X (0,5% - 1,5%) và urê = Y (0,025% - 0,075%) ............. 126 Hình 4.32b Đồ thị đường mức của tỷ lệ kết tụ theo khoáng vô cơ FeCl2 = 0,75%, tinh bột = X (0,5% - 1,5%) và urê = Y (0,025% - 0,075%) .......................................................................... 126 Hình 4.33 Ảnh hưởng của nồng độ dịch vi khuẩn bổ sung đến khả năng kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PO.03.B ................. 127 Hình 4.34 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả kết tụ sinh học dòng vi khuẩn PRO.01.C. ......................................................................................... 128 Hình 4.35 Ảnh hưởng của liều lượng dung dịch vi khuẩn lên khả năng kết tụ sinh học của dòng vi khuẩn Bacillus subtilis PRO.01.C................... 132 Hình 4.36 Tỷ lệ kết tụ trung bình của tổ hợp các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học xử lý trong 100 mL nước thải hủ tiếu Mỹ Tho ......................... 133 Hình 4.37 Tỷ lệ kết tụ trung bình của 2 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học PO.03.B và PRO.01.C xử lý trong 1 L nước thải hủ tiếu Mỹ Tho .. 134 Hình 4.38 Tỷ lệ kết tụ trung bình của tổ hợp 02 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học PO.03.B và PRO.01.C xử lý trong 10 lít nước thải hủ tiếu Mỹ
xv Tho.................................................................................................. 135 Hình 4.39 Hàm lượng ammonium (mg/L) ở các dòng vi khuẩn chuyển hoá N sau 03 ngày xử lý ............................................................................. 136 Hình 4.40 Hàm lượng orthophosphate (mg/L) ở các dòng vi khuẩn chuyển hóa N sau 03 ngày xử lý .................................................................... 137 Hình 4.41 Hàm lượng ammonium (mg/L) ở các dòng vi khuẩn tích luỹ Poly-P sau 03 ngày xử lý................................................................................ 138 Hình 4.42 Hàm lượng orthophosphate (mg/L) ở các dòng vi khuẩn tích luỹ Poly-P sau 03 ngày xử lý .................................................................. 139 Hình 4.43 Hàm lượng ammonium và orthophosphate (mg/L) nước thải sau khi xử lý ...................................................................................... 140 Hình 4.44 Hàm lượng ammonium và orthophosphate (mg/L) nước thải sau khi xử lý ở qui mô 10-L ............................................................... 141 Hình 4.45 Hiệu quả của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P trên pH của nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau 4 ngày xử lý ............................................................................... 143 Hình 4.46 Hiệu quả của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hoá Nitơ và tích luỹ Poly-P trên BOD5 và TSS của nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau 4 ngày xử lý ........................................................... 144 Hình 4.47 Hiệu quả của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học, vi khuẩn chuyển hoá N và tích luỹ Poly-P trên tổng nito và tổng phospho của nước thải hủ tiếu Mỹ Tho sau 4 ngày xử lý .............................................. 145
xvi DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Chỉ tiêu thành phần nước thải của các cơ sở sản xuất bánh hủ tiếu tại cơ sở sản xuất hủ tiếu tại thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang ....... 6 Bảng 2.2 Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp quy định bởi QCVN 40:2011/BTNMT ....................................................... 36 Bảng 3.1 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học protein 55 Bảng 3.2 Môi trường phân lập vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học 56 polysaccharide ..................................................................................... Bảng 3.3 Môi trường phân lập vi khuẩn chuyển hóa nitơ.................................. 56 Bảng 3.4 Môi trường phân lập vi khuẩn tích luỹ poly-P ................................... 57 Bảng 3.5 Địa điểm 08 cơ sở sản xuất hủ tiếu ở Thành phố Mỹ Tho, Tiền 58 Giang được lấy mẫu............................................................................. Bảng 3.6 Các nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ được bổ sung trong môi trường nuôi sinh khối chủng vi khuẩn kết tụ sinh học tốt nhất ......... .. 63 Bảng 3.7 Nghiệm thức bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến hiệu quả kết tụ sinh học ở dòng kết tụ sinh học polysaccharide hat protein tốt nhất ................................................................................................ 64 Bảng 3.8 Thành phần môi trường cơ bản bổ sung nitrate, nitrite và ammonium........................................................................................... 66 Bảng 3.9 Thành phần hóa chất xây dựng đường lân chuẩn ............................... 67 Bảng 3.10 Thành phần cho 1 phản ứng PCR (50 μL) ........................................ 71 Bảng 3.11 Thành phần cho 1 phản ứng PCR (50 L). ...................................... 72 Bảng 3.12 Thành phần cho 1 phản ứng PCR (50 L) ....................................... 73 Bảng 4.1 pH và mật số 3 nhóm vi khuẩn trong 08 mẫu nước thải hủ tiếu của 08 cơ sở sản xuất hủ tiếu Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang ........................... 81 Bảng 4.2 Đặc điểm các dòng vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường protein ...................................................................................... 84 Bảng 4.3 Tổng hợp các đặc điểm hình thái tế bào vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường protein. ....................................................... 85 Bảng 4.4 Tổng hợp các đặc điểm hình thái tế bào vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường polysaccharide ........................................... 86 Bảng 4.5 Đặc điểm hình thái tế bào vi khuẩn sản xuất chất kết tụ sinh học trên môi trường polysaccharide.......................................................... 87 Bảng 4.6 Tổng hợp các đặc điểm hình thái tế bào vi khuẩn phân lập trên môi trường nitrite ............................................................................... 89 Bảng 4.7 Tổng hợp các đặc điểm hình thái tế bào vi khuẩn phân lập được
xvii trên môi trường nitrite ......................................................................... 90 Bảng 4.8 Tổng hợp các đặc điểm hình thái khuẩn lạc của vi khuẩn phân lập trên môi trường nitrate ...................................................................... 91 Bảng 4.9 Tổng hợp các đặc điểm vi khuẩn phân lập được trên môi trường nitrate .................................................................................................. 92 Bảng 4.10 Tổng hợp các đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường nitrate .................................................................................. 93 Bảng 4.11 Tổng hợp các đặc điểm hình thái khuẩn lạc của vi khuẩn phân lập trên môi trường ammonium ............................................................ 94 Bảng 4.12 Tổng hợp các đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường ammonium ............................................................................ 95 Bảng 4.13 Tổng hợp các đặc điểm vi khuẩn phân lập được trên môi trường ammonium........................................................................................ 96 Bảng 4.14 Tổng hợp các đặc điểm hình thái khuẩn lạc của vi khuẩn phân lập trên môi trường tổng ........................................................................ 97 Bảng 4.15 Tổng hợp các đặc điểm các dòng vi khuẩn phân lập trên môi trường tổng ....................................................................................... 98 Bảng 4.16 Tổng hợp các đặc điểm vi khuẩn phân lập được trên môi trường tổng (T)............................................................................................. 99 Bảng 4.17 Tổng hợp các đặc điểm hình thái khuẩn lạc của vi khuẩn phân lập trên môi trường lân ........................................................................... 100 Bảng 4.18 Tổng hợp các đặc điểm vi khuẩn phân lập trên môi trường tích luỹ poly-P ............................................................................................... 101 Bảng 4.19 Tổng hợp các đặc điểm vi khuẩn trên môi trường tích luỹ poly-P ... 101 Bảng 4.20 So sánh tỷ lệ kết tụ của các dòng vi khuẩn kết tụ sinh học .............. 104 Bảng 4.21 Kết quả giải trình tự 06 dòng vi khuẩn kết tụ sinh học .................... 110 Bảng 4.22 ết quả giải trình tự 11 dòng vi khuẩn chuyển hoá Nitơ ................. 113 Bảng 4.23 ết quả giải trình tự 03 dòng vi khuẩn tích luỹ Poly-P .................... 118 Bảng 4.24 Ảnh hưởng của nguồn (%) carbon, (%) nitrogen và (%) khoáng vô cơ đến tỷ lệ kết tụ (%) của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PO.03.B ............................................................................................. 123 Bảng 4.25 Ảnh hưởng của nguồn (%) tinh bột, (%) urê, (%) va FeCl3 (%) đến tỷ lệ kết tụ (%) của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis PO.03.B .......... 125 Bảng 4.26 Ảnh hưởng của nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của dòng vi khuẩn Bacillus subtilis PRO.01.C ............................................................................ 129 Bảng 4.27 Ảnh hưởng của sự thay đổi tỷ lệ (%) tinh bột, (%) urê, (%) va Cl (%) đến tỷ lệ kết tụ (%) của chủng vi khuẩn Bacillus subtilis