Nghiên cứu tuyển chọn một số chủng vi sinh vật có khả năng xử lý tinh bột và ứng dụng xử lý nước thải sản xuất nui

Hơn nữa, ñối với ñặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột là hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao thì việc xử lý bằng phương pháp sinh học là một giai ñoạn không

CHƯƠNG 1

MỞ ðẦU 1.1 ðẶT VẤN ðỀ

Sự bùng nổ dân số cùng với tốc ñộ ñô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng

ñã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường sống ở Việt Nam Hầu hết sông hồ ở các thành phố lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, nơi có dân cư ñông ñúc và các khu công nghiệp lớn ñều bị ô nhiễm Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm

2009 của Bộ tài nguyên và môi trường, gần 70% trong số hơn một triệu m3 nước thải mỗi ngày từ các khu công nghiệp trong cả nước ñược xả thẳng ra các nguồn tiếp nhận mà không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước mặt Hậu quả của tình trạng ô nhiễm gây này ảnh hưởng trực tiếp ñến hệ sinh thái và sức khỏe của người dân trong khu vực, tỉ lệ mắc các bệnh liên quan như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư … ngày càng tăng

Trong các mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, khoai mì lát khô và tinh bột mì chiếm một tỷ lệ ñáng kể Hiện nay cả nước có trên 500.000 ha trồng khoai mì với sản lượng trên 8 triệu tấn/năm Toàn quốc có 60 nhà máy chế biến tinh bột mì có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột mì ñồng thời cũng thải ra lượng nước thải rất lớn Bên cạnh

ñó, các nhà máy sản xuất thực phẩm ñược chế biến từ tinh bột như bún, bánh phở, nui, hủ tiếu… cũng thải ra môi trường một lượng không nhỏ nước thải chưa qua xử

lý hoặc xử lý chưa ñạt yêu cầu cho phép Nước thải từ các nhà máy sản xuất tinh bột

có hàm lượng chất hữu cơ cao, nếu không ñược xử lý trước, thì khi xả ra các ao hồ, sông suối sẽ gây ô nhiễm môi trường nước, ñất và cả không khí, ảnh hưởng ñến con người và sinh giới xung quanh Cụ thể là việc rất nhiều nhà máy sản xuất tinh bột

mì như Vedan - ðồng Nai, Thanh Chương – Nghệ An, nhà máy tinh bột mì Pococev

- Thừa Thiên Huế, cơ sở chế biến tinh bột mì Ngọc Thạch - Bình Thuận … ñã bị ñình chỉ hoạt ñộng do những ảnh hưởng nghiêm trọng từ việc xả nguồn nước thải trực tiếp ra môi trường sống của người dân trong khu vực

Công nghệ xử lý nước thải nói chung và nước thải sản xuất tinh bột nói riêng ngày càng ñi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học Các biện pháp sinh học cũng ñã

chứng minh hiệu quả xử lý triệt ñể hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý khác Hơn nữa, ñối với ñặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột là hàm lượng chất hữu cơ cao,

dễ phân hủy, giá trị BOD, COD cao thì việc xử lý bằng phương pháp sinh học là một giai ñoạn không thể thiếu trong hệ thống xử lý

Cơ sở của quá trình xử lý sinh học là dựa trên hoạt ñộng phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm của vi sinh vật Nhằm tìm hiểu về khả năng chuyển hóa các chất hữu cơ của vi sinh vật trong nước thải sản xuất tinh bột và tuyển chọn một số chủng vi sinh vật có tiềm năng ứng dụng trong các phương pháp xử lý sinh học nước thải sản xuất tinh bột, chúng tôi tiến hành ñề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn một

số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột và ứng dụng trong xử lý nước thải sản xuất nui”

1.2 MỤC TIÊU CỦA ðỀ TÀI

Thử nghiệm khả năng xử lý tinh bột của một số chủng vi sinh vật phân lập ñược từ nguồn nước thải của nhà máy chế biến tinh bột và ứng dụng chúng vào phương pháp xử lý hiếu khí nước thải nhà máy sản xuất nui

1.3 Ý NGHĨA CỦA ðỀ TÀI

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học ñáp ứng ñược mục ñích ñưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải ñược xử lý và phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải ñược chuyển hóa hoàn toàn thành dòng thải sạch (ñù tiêu chuẩn)

Trong quá trình xử lý này, con người không tác ñộng trực tiếp các biện pháp

lý hóa vào quy trình khép kín, do ñó lượng nước thải sau khi xử lý ñược ñưa vào tự nhiên sạch hơn mà không bị biến ñổi thành phần tính chất

Không dùng hoá chất xử lý nên hoàn toàn ñảm bảo chất lượng nước ñầu ra không gây ảnh hưởng ñến sức khỏe con người và môi trường, tiết kiệm chi phí xử lý

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

2.1.1 Nguồn gốc vi sinh vật trong nước thải công nghiệp

Vi sinh vật có trong nước thải công nghiệp chủ yếu nhất từ nguồn nước thải ñặc trưng cho từng nhà máy, từng loại hình sản xuất Nước thải nhà máy rượu, nhà máy bia giàu thành phần các loại nấm men; nước thải nhà máy thủy sản, thịt giàu thành phần vi sinh vật phân hủy protein; nước thải nhà máy gỗ giàu thành phần vi sinh vật phân hủy cellulose; nước thải nhà máy tinh bột giàu thành phần vi sinh vật phân hủy tinh bột…

Bên cạnh ñó, vi sinh vật có trong nước thải công nghiệp là từ các quá trình sản xuất như rửa nguyên liệu, vệ sinh nhà xưởng, máy móc thiết bị, từ nước thải sinh hoạt của công nhân nếu nhà máy không có hệ thống thu gom, vận chuyển tách hai hệ thống nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt riêng Ngoài ra, vi sinh vật có trong nước thải còn từ thiên nhiên, từ nước mưa, nước chảy tràn hòa chung vào hệ thống nước thải của nhà máy

2.1.2 Thành phần vi sinh vật trong nước thải công nghiệp

Nước thải các ngành công nghiệp khác nhau sẽ khác nhau về tính chất vật lý, hóa học và tính chất sinh học, phụ thuộc vào quá trình hoạt ñộng ñặc trưng cho từng nhà máy, từng loại hình sản xuất ðiều này quyết ñịnh sự phát triển của vi sinh vật và khả năng chuyển hóa vật chất của vi sinh vật Trong nước thải công nghiệp, vi khuẩn thường chiếm một số lượng lớn, ngoài ra còn chứa nhiều nấm men, virus, tảo ñơn bào và nguyên sinh ñộng vật

2.1.2.1 Vi khuẩn

Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật có mặt trong hầu hết các loại nước thải ðối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải từ các nhà máy chế biến thịt, thủy sản, thực phẩm thành phần và số lượng các loài vi khuẩn là phong phú và ña dạng nhất Vi khuẩn tham gia vào nhiều quá trình chuyển hóa, từ các hợp chất hữu

cơ ñến vô cơ, từ các chất dễ phân hủy ñến các chất ñộc hại Các quá trình này nhờ hệ enzyme phong phú và chuyên biệt của mỗi nhóm, mỗi loài vi khuẩn So với ñộng vật

và thực vật thì vi khuẩn có tính thích nghi cao hơn, nhiều loài có khả năng tự ñiều chỉnh quá trình trao ñổi chất trong những ñiều kiện sống không thuận lợi Bên cạnh

ñó, vi khuẩn có tốc ñộ trao ñổi chất nhanh Trong một ngày ñêm chúng có thể chuyển hóa một khối lượng vật chất gấp hàng ngàn lần khối lượng của chúng Chính

vì thế, vi khuẩn là nhóm vi sinh vật có nhiều tiềm năng nhất trong công nghệ xử lý nước thải

2.1.2.2 Nấm men

Nấm men chủ yếu có trong các lại nước thải chứa ñường như nước thải nhà máy rượu, bia, nhà máy ñường … Nấm men có thể phát triển trong môi trường chỉ chứa 1% hàm lượng ñường Tuy nhiên, khả năng chuyển hóa các hợp chất như protein, tinh bột lại rất kém, thậm chí có nhiều loài không có khả năng chuyển hóa các hợp chất như protein, hydratcarbon có trong nước thải

ðặc ñiểm quan trọng là khi nấm men phát triển trong môi trường nước thải có chứa ñường bao giờ cũng có mặt các vi khuẩn tạo ra các sản phẩm acid như acid lactic và acid acetic Mặt khác nấm men thường tạo ra những sản phẩm ñộc hại với các vi sinh vật khác, khi tế bào nấm men chết ñi sẽ làm trầm trọng thêm quá trình ô nhiễm, nước thải sẽ có mùi hôi thối khó chịu

2.1.2.3 Tảo ñơn bào

Tảo ñơn bào cũng là vi sinh vật phổ biến trong nước ô nhiễm và nước thải Tảo thuộc nhóm tự dưỡng quang năng, ưa môi trường nước có tính kiềm yếu, phát triển mạnh trong môi trường có CO2 hòa tan Trong quá trình phát triển, tảo cung cấp oxi cho môi trường, các chất kháng sinh tiêu diệt mầm bệnh, cạnh tranh nguồn thức

ăn của vi sinh vật gây bệnh và là mắt xích rất quan trọng trong chuỗi và lưới thức ăn cho nhiều loài khác Cùng với vi khuẩn và nấm men, tảo cũng ñược sử dụng như một tác nhân xử lý môi trường

2.1.2.4 Những vi sinh vật khác

Virus: là loài sinh vật nhỏ bé nhất trong giới vi sinh vật và hầu như bị tiêu diệt trong môi trường nước ô nhiễm hoặc nước thải Virus chỉ tồn tại khi xâm nhập ñược vào tế bào sống như tế bào vi khuẩn Trong chu trình phát triển, chúng sẽ phá hủy tế bào vi khuẩn ñể nhân lên và phát tán ra môi trường xung quanh Nếu quá trình làm tan tế bào này xảy ra trên những vi khuẩn có lợi thì quá trình tự làm sạch nước ô nhiễm và nước thải sẽ bị chậm lại

Nguyên sinh ñộng vật: thường phát triển ở vùng ñáy của nguồn nước, trong

ñó thấy nhiều nhất là amip, trùng ñế giày, thủy tức và trùng roi Các loài nguyên sinh ñộng vật thường chịu ñược các loại ñộc tố rất cao Do ñó việc loại bỏ chúng cũng gặp rất nhiều khó khăn

2.1.3 Chuyển hóa vật chất của vi sinh vật trong nước thải công nghiệp Khi nước thải mới ra khỏi nhà máy, hàm lượng vi sinh vật thường không nhiều Sau một thời gian, những nhóm vi sinh vật thích nghi ñược với ñặc trưng của nước thải sẽ phát triển mạnh, số lượng và số loài dần phong phú hơn

Quá trình trao ñổi chất ở vi sinh vật trong nước thải gồm hai quá trình cơ bản

là quá trình ñồng hóa và quá trình dị hóa Quá trình ñồng hóa xảy ra bên trong tế bào

vi sinh vật, là quá trình cần năng lượng ñể tổng hợp những sản phẩm cấu thành sinh khối tế bào Năng lượng cho quá trình ñồng hóa ñược lấy từ các phân tử cao năng như ATP, ADP , từ quá trình dị hóa hoặc từ các chất dự trữ khác trong tế bào Quá trình dị hóa có thể xảy ra bên trong và bên ngoài tế bào vi sinh vật, là quá trình phân hủy các chất nhằm cung cấp năng lượng, nguyên vật liệu cho quá trình ñồng hóa

Mặt khác, tế bào vi sinh vật thường không chứa nhiều hợp chất hóa học giàu năng lượng Do ñó, vi sinh vật cần phải nhận thêm các nguồn năng lượng từ bên ngoài như năng lượng của ánh sáng mặt trời ở nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang năng, năng lượng sinh ra từ quá trình oxy hóa các chất ở nhóm vi sinh vật tự dưỡng hóa năng ðối với các nhóm vi sinh vật dị dưỡng carbon, chúng sử dụng năng lượng

từ quá trình chuyển hóa các hợp chất carbon hữu cơ trong ñiều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí

Trong quá trình chuyển hóa vật chất, vi sinh vật luôn luôn ưu tiên sử dụng các vật chất dễ chuyển hóa trước, sau ñó mới sử dụng ñến các vật chất khó chuyển hóa hơn Do ñó, ñường cong sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải là ñường cong sinh trưởng kép

Hình 2.1 ðường cong sinh trưởng kép của vi sinh vật trong nước thải (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải) Ghi chú :

1 : giai ñoạn thích nghi ban ñầu

1’: giai ñoạn thích nghi với saccharose

1’’ giai ñoạn thích nghi với tinh bột

2 : giai ñoạn tăng trưởng ban ñầu

2’: giai ñoạn tăng trưởng khi sử dụng saccharose

2’’ giai ñoạn tăng trưởng khi sử dụng tinh bột

3 : giai ñoạn cân bằng

4 : giai ñoạn suy vong

A : ñường cong sinh trưởng kép

B : ñường cong sin trưởng ñơn

Thời gian

Hình 2.2 Quá trình chuyển hóa vật chất của vi sinh vật (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải)

2.2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

2.2.1 Mục ñích của quá trình xử lý nước thải

Mục ñích quan trọng nhất của quá trình xử lý nước thải là làm giảm hàm lượng chất hữu cơ, giảm bớt hoặc loại bỏ những chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học và có thể gây ñộc Mục ñích thứ hai là loại bỏ hoặc giảm bớt chất dinh dưỡng N và P ñể giảm bớt ô nhiễm cho nguồn nước nhận và nước ngầm nếu nước thải ñược ñổ ra ñất Mục ñích thứ ba là loại bỏ hay bất hoạt những vi sinh vật gây bệnh, virus và các ký sinh trùng có trong nước thải

Một cách tổng quát, xử lý sinh học có thể chia thành hai nhóm phương pháp lớn:

- Nhóm các phương pháp hiếu khí: sử dụng những vi sinh vật hiếu khí hoạt ñộng trong ñiều kiện cung cấp oxy

- Nhóm các phương pháp kỵ khí: sử dụng những vi sinh vật kỵ khí hoạt ñộng trong ñiều kiện không có oxy

Bảng 2.1 Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu (ðỗ Hồng Lan Chi - Lâm Minh Triết (2005), Vi sinh vật môi trường)

Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập nước

Bể lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập

nước

Loại bỏ BOD carbon, nitrat hóa Loại bỏ BOD carbon, nitrat hóa Loại bỏ BOD carbon, nitrat hóa Loại bỏ BOD carbon, nitrat hóa

chất thải Loại bỏ BOD Loại bỏ BOD, nitrat hóa

2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học

Cơ sở lý thuyết của các phương pháp xử lý sinh học là quá trình chuyển hóa vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh vật có trong tự nhiên nhờ khả năng chuyển hóa ñược rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nước thải

Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải tiếp xúc với tế bào vi sinh vật, sau ñó các quá trình chuyển hóa vật chất diễn ra

với ba giai ñoạn chính: (i) chuyển các vật chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào

vi sinh vật, (ii) khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng ñộ bên trong và bên ngoài tế bào, (iii) chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới

Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa chất hữu cơ nhờ các vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành các hợp chất ñơn giản hơn là polypeptide, oligopeptide Các chất này hoặc tiếp tục phân hủy thành các acid amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào hoặc ñược tế bào vi khuẩn hấp thụ rồi sau ñó ñược phân hủy tiếp thành các acid amin trong tế bào Một phần các acid amin ñược tế bào vi khuẩn sử dụng ñể tổng hợp protein tạo sinh khối Một phần các acid amin theo các con ñường phân giải khác nhau ñể tạo ra NH3, CO2 và các sản phẩm trung gian khác Với các protein có chứa sulfure, nhờ enzyme desulfurase của nhóm

vi khuẩn lưu huỳnh và các nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, sẽ bị phân hủy tạo thành

H2S

Theo con ñuờng thủy phân trong ñiều kiện hiếu khí, các vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Actinomyces … và các loài nấm men chuyển hóa nhanh tinh bột thành ñường Sản phẩm ñường này một phần bị phân hủy thành CO2 cùng các sản phẩm khác, một phần ñược chuyển hóa tiếp tục theo các quá trình trao ñổi chất khác trong tế bào ðối với cellulose, Cytophase và Sporocytophaga là hai loài có khả năng phân hủy trong ñiều kiện hiếu khí mạnh nhất, tiếp theo là các loài Pseudomonas, Vibrio, Myxobacterium, Actinomyces… Sản phẩm của quá trình phân hủy này là các loại ñường Trong bùn lắng, quá trình phân hủy cellulose kỵ khí chủ yếu bởi Clostridium tạo thành các sản phẩm etanol, acid formic, acid lactic và CO2

Có rất nhiều loài phân hủy chất béo Quan trọng nhất là các loài Pseudomonas, Vibrio, Sarcine, Bacillus… Sản phẩm thủy phân là glycerin và acid béo nhờ enzyme lipase nội bào và ngoại bào Sau ñó, glycerin và acid béo lại ñược chuyển hóa thành nhiều sản phẩm khác

Cùng với vai trò chuyển hóa vật chất, vi sinh vật còn tham gia tạo cặn lắng Nhờ quá trình sinh trưởng lơ lửng hoặc bám dính của vi sinh vật, các hạt chất bẩn nhỏ liên kết lại thành các hạt chất bẩn lớn hơn và tăng cường quá trình sa lắng Nấm sợi và vi khuẩn có tiên mao là các loài ñóng vai trò tạo cặn lắng nhiều nhất

Trong nước thải, vi sinh vật luôn có mối quan hệ rất phức tạp Quan hệ cạnh tranh quyết ñịnh thành phần vi sinh vật Quan hệ con mồi – săn mồi ảnh hưởng số lượng vi sinh vật Quan hệ cộng sinh, hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình chuyển hóa vật chất làm phong phú và ña dạng cho hệ vi sinh vật trong nước thải Các mối quan hệ này quyết ñịnh khả năng, tốc ñộ và hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của vi sinh vật

2.2.3 ðiều kiện áp dụng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ðiều kiện ñầu tiên ñể áp dụng phương pháp xử lý sinh học là nước thải phải chứa một lượng chất hữu cơ dễ phân hủy nhằm tăng nguồn cacbon và năng lượng cho vi sinh vật ðiều kiện thứ hai là nước thải không có chất ñộc làm chết hoặc ức chế sự phát triển của vi sinh vật ðối với phương pháp xử lý hiếu khí cần thêm một ñiều kiện là hai thông số ñặc trưng COD và BOD5 của nước thải phải có tỷ lệ BOD5/COD ≥ 0,5 Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần, trong ñó có chứa cellulose, hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan thì phải qua xử lý sinh học kỵ khí trước

Ngoài ra, các ñiều kiện khác như hàm lượng oxy, pH, nhiệt ñộ của nước thải

… cũng phải nằm trong khoảng giới hạn nhất ñịnh ñể ñảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển bình thường của vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý

Bảng 2.2 Nồng ñộ giới hạn cho phép của một số chất có trong nước thải áp dụng xử lý bằng phương pháp sinh học (Ccp* - g/m3 nước thải)

2.2.4 Một số quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai ñoạn:

- Giai ñoạn 1: oxy hóa các chất hữu cơ

2.2.4.1 Quá trình sinh học tăng trường lơ lửng – bùn hoạt tính Trong bể bùn hoạt tính, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn có chứa vi sinh vật dạng lơ lửng trong ñiều kiện sục khí liên tục Việc sục khí nhằm cung cấp ñủ lượng oxy và duy trì bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng

Một số chủng vi sinh vật có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải ñược trình bày ở bảng 2.3

Bảng 2.3 Các vi sinh vật trong bùn hoạt tính lơ lửng (ðỗ Hồng Lan Chi – Lâm Minh Triết (2005), Vi sinh vật môi trường )

STT

1 Pseudomonas Phân hủy hydratcarbon, protein…và khử

nitrat

5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccharide), chất

keo tụ

6 Acinetobacter Tích lũy poliphosphat, khử nitrat

10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrat

12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat thành N2

13 Thiobacillus denitrificans Khử nitrat thành N2

20 Haliscomenobacter hydrosis Gây sự cố bung bùn

2.2.4.2 Quá trình sinh học tăng trưởng dính bám – màng sinh học Màng sinh học là một quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật không di ñộng và bám dính lên trên bề mặt các vật liệu rắn ñể tiếp xúc liên tục hay gián ñoạn với nước thải tạo thành lớp màng sinh học (biofilm)

Phương pháp màng sinh học gồm các công trình xử lý như: lọc sinh học với vật liệu lọc không ngập trong nước hay còn gọi là lọc nhỏ giọt - ñĩa quay sinh học

tiếp xúc; lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc ngập trong nước - lọc sinh học ngập nước

bể ổn ñịnh hay lọc hiếu khí ngập nước

Nguyên lý hoạt ñộng của quá trình sinh học bám dính tương tự như ở dạng lơ lửng, nhưng ở ñây vi sinh vật phát triển dính bám cố ñịnh trên lớp vật liệu tiếp xúc tạo thành lớp màng nhầy, nước thải ñược dẫn qua lớp vật liệu này ñể tiếp xúc với vi sinh vật Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ hấp phụ vào màng và bị phân hủy bởi

vi sinh vật hiếu khí Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, oxy ñược tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng, do ñó hình thành môi trường kỵ khí ngay sát bề mặt vật liệu lọc Quá trình ñồng hóa các chất xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt, kết quả là sinh vật ở ñây bị phân hủy nội bào, không còn khả năng dính bám nên bị rửa trôi

2.2.5 Một số quá trình sinh học kỵ khi

Quá trình phân hủy kỵ khí gồm bốn giai ñoạn

- Giai ñoạn 1: Quá trình thuỷ phân các chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, cacbohydrat, cenlulose, lignin … thành các phân tử ñơn giản hơn như: acid amin, ñường, acid béo mạch dài, rượu, glycerin, H2O Trong hệ thống xử lý, quá trình thủy phân tương ñối chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường như nhiệt ñộ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải

- Giai ñoạn 2: Quá trình acid hoá các sản phẩm của quá trình thủy phân ở giai ñoạn một dưới tác ñộng của vi sinh vật lên men acid tạo thành các acid dễ bay hơi như acid acetic, propionic, formic, lactic, butyric, succinic Ngoài ra còn có một số dạng khác như rượu và các xeton (như etanol, metanol, glycerol, aceton), NH3, CO2,

và H2… Ở cuối giai ñoạn này do sản phẩm tạo thành là acid làm cho pH của môi trường giảm xuống nên làm chậm quá trình trao ñổi chất của vi khuẩn

- Giai ñoạn 3: quá trình acetat hóa tiếp tục các acid là sản phẩm của giai ñoạn hai ñể tạo lượng acid acetic nhiều hơn Nhóm vi khuẩn chủ yếu trong giai ñoạn này

là những vi khuẩn không thể sinh trưởng khi nồng ñộ oxy vượt quá 0,1% như Methalnobacterium, Methalnosacrina, Methalnococcus, Methalnobrevibacter, Methalnothrix

- Giai ñoạn 4: Quá trình metan hóa nhờ nhóm vi sinh vật chuyển hóa metan sử dụng một số loại cơ chất nhất ñịnh ñể tạo thành sản phẩm là metan và một số khí khác Nhóm vi khuẩn metan sử dụng cơ chất là acetate có tốc ñộ phát triển chậm và cần thời gian lưu nước tương ñối dài Nhóm vi khuẩn metan sử dụng cơ chất hydrogen có tốc ñộ phát triển nhanh hơn, ñóng vai trò quan trọng trong quần thể vi sinh vật sinh metan tổng thể

2.2.5.1 Bể tự hoại

Bể tự hoại là phương pháp xử lý kỵ khí ra ñời sớm nhất Nguyên tắc hoạt ñộng của bể dựa trên quá trình phân hủy sinh học các chất thải hữu cơ trong ñiều kiện kỵ khí sau khi có sự phân chia chất rắn và lỏng từ ñầu vào Kết quả của quá trình sẽ tạo ra bùn tự hoại và một lớp váng gồm các chất rắn nhẹ và chất béo Bùn tự hoại sinh ra ñược chế biến làm phân bón cho ñất hoặc dùng ñể xử lý nước thải Bể tự hoại là nguồn chủ yếu làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, do ñó phải xây dựng bể tự hoại cách xa nguồn nước sinh hoạt

2.2.5.2 Bể UASB (Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket)

Bể UASB ñược giáo sư Hà Lan Gatze Lettinga và cộng sự phát triển vào những năm 70 tại trường ðại học Wageningen UASB là một bể phân hủy bao gồm phần ñáy có lớp bùn nén chặt, một lớp bùn và lớp chất lỏng phía trên

Nguyên tắc hoạt ñộng của bể: nước thải ñi vào bể theo chiều từ dưới lên trên xuyên qua lớp bùn ñược bao phủ bởi bông bùn vi khuẩn hoạt tính Một màng lắng phân chia bông bùn, nước ñã xử lý và khí ñược thu ở phần trên của bể Vi sinh vật kết cụm có tính lắng cao sẽ tạo thành những hạt bùn phân biệt có kích thước 1 – 5mm Một hạt bùn là nơi tập hợp các nhóm vi khuẩn khác nhau cần thiết chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành methan Thành phần vi khuẩn phụ thuộc vào loại cơ chất, ñiều kiện vận hành, nhiệt ñộ, pH…

2.2.6 So sánh hai quá trình xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí

Bảng 2.4 So sánh hai quá trình sinh học hiếu khí và kỵ khí (Nguồn: ðỗ Hồng Lan Chi – Lâm Minh Triết (2005), Vi sinh vật môi trường)

Xử lý sinh học hiếu khí Xử lý sinh học kỵ khí

Quá trình chuyển hóa diễn ra nhanh Quá trình chuyển hóa diễn ra chậm

Không thể phân hủy các hợp chất khó

phân hủy

Có thể phân hủy các hợp chất khó phân hủy (lignin), các hydrocarbon béo có Clo (trichloroethylen, trihalomethan…) Sản xuất lượng bùn nhiều sản xuất lượng bùn ít hơn

Sản sinh năng lượng trong quá trình

nhiều hơn

Sự sản sinh năng lượng trong quá trình

tương ñối thấp

Cần ít thời gian khởi ñộng Cần nhiều thời gian khởi ñộng

Nồng ñộ cơ chất ít hơn Nồng ñộ cơ chất ban ñầu tương ñối cao

Hoạt ñộng ở tải trọng ít hơn Hoạt ñộng ở chế ñộ tải trọng cao

Cần ít diện tích xây dựng Cần nhiều diện tích xây dựng

Không sinh khí có lợi Sinh khí CH4 có lợi làm nhiên liệu

2.3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT

2.3.1 Sơ lược về ngành sản xuất tinh bột ở Việt Nam

Sản xuất tinh bột là một mắt xích quan trọng trong ngành chế biến lương thực – thực phẩm của Việt Nam Theo thống kê năm 2009, khoai mì là mặt hàng có khối lượng và kim ngạch xuất khẩu tăng ñột biến Bảy tháng ñầu năm, cả nước xuất khẩu ñược 2,66 triệu tấn khoai mì lát khô (sắn cồn) và tinh bột sắn, kim ngạch ñạt 406 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng, 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ năm trước Với kết quả trên, Bộ Công thương ñã xếp khoai mì vào mặt hàng xuất khẩu chủ lực năm 2009

Bên cạnh ñó, ngành sản xuất tinh bột ở Việt Nam chủ yếu dùng cho chế biến các mặt hàng lương thực thực phẩm dùng hàng ngày như: sản xuất bún, bánh phở, miến dong, mì, hủ tíu … cũng ñóng một vai trò không nhỏ trong thị phần chung của

việc sản xuất tinh bột Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất này còn mang tính tự phát, tùy tiện, quy mô sản xuất không lớn chỉ tập trung ở các làng nghề, trang thiết bị còn lạc hậu.…ðối với loại hình sản xuất các sản phẩm từ khoai mì như tinh bột mì, khoai mì cho sản xuất ethanol, thức ăn gia súc dạng khoai mì lát,…chiếm tỷ lệ cao trong cơ cấu ngành chế biến lương thực và hầu hết lại ñược sản xuất bởi các nhà máy lớn, trang thiết bị hiện ñại…vì khoai mì ñược xem là mặt hàng ñắt giá và là ngành kinh tế nông nghiệp xuất khẩu quan trọng

Như vậy có thể thấy chế biến tinh bột ñóng vai trò rất lớn không những ñối với ngành lương thực – thực phẩm Việt Nam mà còn ñóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế, nâng cao kim ngạch xuất khẩu cho ñất nước

2.3.2 Tác ñộng của nước thải sản xuất tinh bột ñến môi trường

Thời gian gần ñây số lượng các nhà máy chế biến tinh bột bị ñình chỉ hoạt ñộng như nhà máy chế biến tinh bột sắn VEDAN Hà Tĩnh, nhà máy tinh bột sắn Thanh Chương Nghệ An; các nhà máy bị lên án về tình trạng ô nhiễm môi trường do

xả nước thải chưa qua xử lý hay xả nước thải chưa ñạt tiêu chuẩn ra môi trường như: nhà máy tinh bột sắn Intimex tỉnh Nghệ An; nhà máy tinh bột sắn Pococev tỉnh Thừa Thiên Huế, cơ sở chế biến tinh bột mì Ngọc Thạch tỉnh Bình Thuận; nhà máy sản xuất tinh bột sắn Tịnh Phong, nhà máy chế biến tinh bột sắn ðắk …

Mặt khác, hiện nay các cơ sở chế biến tinh bột tập trung thành làng nghề với trang thiết bị còn lạc hậu và quy mô sản xuất nhỏ nên hầu như không có hệ thống xử

lý nước thải riêng và ñúng kỹ thuật Còn các nhà máy sản xuất với quy mô lớn tuy ñã trang bị hệ thống xử lý nước thải nhưng mới chỉ có rất ít hệ thống hoàn chỉnh có khả năng xử lý triệt ñể nước thải trước khi xả ra môi trường

Gần ñây nhất là hậu quả tác ñộng lên sông Thị Vải của Nhà máy Vedan – ðồng Nai Theo kết quả mô phỏng của Viện Tài nguyên Môi trường, khu vực ô nhiễm khiến hoạt ñộng nuôi trồng, ñánh bắt thủy sản bị ảnh hưởng nặng có diện tích gần 2.000ha thuộc ñịa bàn các xã Phước An, Long Thọ (huyện Nhơn Trạch), Long Phước, Phước Thái (huyện Long Thành) của tỉnh ðồng Nai cùng các xã Mỹ Xuân, Phước Hòa và thị trấn Phú Mỹ của huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Vùng

ô nhiễm gây ảnh hưởng nhẹ ñến nuôi trồng, ñánh bắt thủy sản có diện tích gần 700ha

thuộc các xã Phước An, Vĩnh Thanh (huyện Nhơn Trạch, ðồng Nai), Phước Hòa (huyện Tân Thành, Bà Rịa - Vũng Tàu) và xã Thạnh An, huyện Cần Giờ, TP.HCM Trong ñó, diện tích bị ảnh hưởng của xã Thạnh An ước tính chỉ gần 84ha.

Trên sông Vàm Cỏ - Tây Ninh, chỉ tính riêng khu vực xã Phước Vinh, tháng 5/2009 ñã có hơn 150.000 con cá lăng nha 10 tháng tuổi và 1 tháng tuổi nuôi trong

bè chết, gây thiệt hại nhiều tỷ ñồng ðầu tháng 4/2010 vừa qua, khoảng 80.000 con

cá nuôi của 16 hộ tại ấp Phước Lập, Phước Trung lại tiếp tục chết Tại Báo cáo kết quả kiểm tra mẫu nước mặt trên sông Vàm Cỏ Ðông ñoạn Ðồi Thơ - khu vực ranh giới giữa huyện Châu Thành và huyện Tân Biên (nơi có hai nhà máy chế biến khoai,

mì thường xuyên xả nước thải ra sông vào ban ñêm) cho thấy hàm lượng COD vượt gấp 2,2 lần, hàm lượng BOD5 vượt 3,5 lần so với QCVN 08:2008/BTNMT quy ñịnh cho cấp nước sinh hoạt Nguyên nhân chết cá nuôi ở những khu vực này ñược xác ñịnh do nước thải từ hơn 80 nhà máy sản xuất mì trong khu vực

2.3.3 ðặc ñiểm nguồn nước thải nhà máy sản xuất tinh bột

Nước thải sản xuất tinh bột mì gồm hai loại chính:

- Nước rửa củ: nước thải từ công ñoạn rửa, loại bỏ phần rễ, lớp vỏ gỗ và ñất cát bám trước khi ñưa vào nghiền Theo ước tình, lượng nước thải rửa củ chiếm 42% tổng lượng nước thải của nhà máy Nước này chỉ ô nhiễm bởi cát ñất tách ra từ củ, ít

ô nhiễm chất hữu cơ hòa tan Do ñó, ñối với nước rửa củ nên tách riêng nhằm giảm lượng nước thải và có thể tái sử dụng sau khi xử lý ñơn giản

- Nước thải chế biến: nước thải từ các công ñoạn nghiền, tách bã, lọc … trong quá trình sản xuất Nước thải chế biến có chứa hàm lượng cặn lơ lửng và chất hữu cơ rất cao Thành phần nước thải chế biền gồm tinh bột, ñường, protein, cellulose, các khoáng chất và ñộc tố CN-

Khi ñề cập ñến ñặc ñiểm của nước thải nhà máy chế biến tinh bột thì cần xem xét ở cả hai quy mô sản xuất là quy mô nhỏ với các sản phẩm như bún, phở, nui…và quy mô lớn hơn với sản phẩm là tinh bột khoai mì

Quy mô sản xuất nhỏ

Hình 2.3 Quy trình sản xuất nui và công ñoạn phát sinh nước thải

Hình 2.4 Quy trính sản xuất tinh bột mì và các công ñoạn phát sinh nước thải (Nguồn: Báo cáo Dự án cấp Nhà nước (KC.05.11 2005), Viện nghiên cứu thiết kế

chế tạo máy Nông nghiệp)

Từ các quy trình sản xuất mì, nui và tinh bột khoai mì trên nhận thấy nguồn phát sinh của nước thải tinh bột chủ yếu từ các công ñoạn trích ly, tách nước và tách

bã, nước rửa dụng cụ thiết bị Với hàm lượng chất hữu cơ cao, COD dao ñộng từ 13.300 – 19.500 mg/l, N và P tổng dao ñộng 86 – 115, pH 3.8 – 5.2, về mặt cảm quan, nước thải sản xuất tinh bột có màu trắng ngà, ñục, bốc mùi chua nồng Hàm lượng cặn lơ lửng của tương ñối cao vì xác mì mịn và khó lắng nên bị cuốn theo nước xả từ bể ngâm, SS có thể lên ñến vài ngàn mg/l tùy thuộc vào công nghệ sản xuất ðộc tố CN-trong nước thải dao ñộng từ 2 – 75 mg/l, ñây là yếu tố cản trở hoạt ñộng của vi sinh vật trong quá trình xử lý Mức ñộ ô nhiễm của một số loại nước thải tinh bột ñiển hình ñược trình bày trong các bảng 2.5, 2.6, 2.7

Bảng 2.5 Thành phần nước thải nhà máy chế biến tinh bột mì (Nguồn: Báo cáo Dự án cấp Nhà nước (KC.05.11–2005), Viện nghiên cứu

thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp) Các chỉ tiêu ðơn vị tính Giá trị

4.2 – 5.1 2.500 – 17.000 2.120 – 14.750

120 – 3.000

136 – 300

0 – 0.2 0.5 – 0.8

250 – 450

2 – 75

52 - 65

Bảng 2.6 Thành phần nước thải cơ sở tinh chế tinh bột mì làng nghề Mỹ ðức (Nguồn: ðề tài nghiên cứu khoa học (QMT06.03), ðại học Quốc gia Hà Nội)

và hiếu khí

Tuy nhiên, nước thải sản xuất tinh bột có chứa hàm lượng ñộc ñố CN-, là yếu

tố gây ức chết hoạt ñộng của vi sinh vật Do ñó, trong quá trình xử lý, trước hết phải loại bỏ ñộc tố này Phương pháp hiệu quả nhất là lên men acid dưới tác dụng của vi sinh vật trong bùn tự hoại

 Một số hệ thống xử lý nước thải tinh bột thường ñược áp dụng

Hình 2.5 Quy trình xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn (Nguồn: Báo cáo Dự án cấp Nhà nước (KC.05.11 2005), Viện nghiên cứu

thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp)

Hình 2.6 Quy trình xử lý nước thải cục bộ cho một cơ sở sản xuất quy mô gia

ñình (A) và cụm các cơ sở sản xuất tập trung (B) (Nguồn: Công trình xử lý nước thải làng nghề lương thực Hoài Hảo, Công ty

Môi Trường Ngọc Lân)

Từ các hệ thống xử lý nước thải tinh bột trên nhận thấy các hệ thống xử lý ñều

áp dụng phương pháp sinh học Bản chất của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải là sử dụng khả năng sống và hoạt ñộng của vi sinh vật ñể khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ trong nước thải thành các chất vô cơ, các chất khí ñơn giản và nước

Vai trò của giai ñoạn xử lý sinh học ñối với nước thải tinh bột

Công nghệ xử lý nước thải nói chung và nước thải tinh bột nói riêng ngày càng ñi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học và các biện pháp sinh học cũng ñã chứng minh hiệu quả xử lý triệt ñể hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý khác, ñể xử

lý các chất hữu cơ hòa tan và keo dễ phân hủy Chi phí xử lí bằng phương pháp sinh học, so với các phương pháp hóa học và hóa lý là thấp hơn một cách ñáng kể Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải ñược chuyển hóa hoàn toàn thành dòng thải ñáp ứng tiêu chuẩn ñè ra với các mục ñích sử dụng khác nhau

2.4 TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT PHÂN HỦY TINH BỘT

2.4.1 Tổng quan về tinh bột

Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu trong thực vật, ñặc biệt là trong những cây có

củ Trong tế bào thực vật, tinh bột tồn tại ở dạng các hạt tinh bột Các loài thực vật khác nhau thì các hạt tinh bột có kích thước và hình dạng khác nhau, ñồng thời tính chất vật lý và hóa học cũng khác nhau

Tinh bột là một polysaccaride chứa hỗn hợp amylose và amylopectin Trong tinh bột tỷ lệ amylose thường chiếm 25% còn amylopectin chiếm 75% Tỷ lệ này thay ñổi tùy theo từng loại thực vật Cả amylose và amylopectin ñều ñược cấu tạo tử ñơn phân là D-glucose Amylose tan ñược trong nước nóng, còn amylopectin không tan ñược trong nước nóng mà tạo thành các thể keo

Amylose có trọng lượng phân tử 50.000 - 160.000 Dallton, ñược cấu tạo từ 200-1000 phân tử D-glucose, liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4 glucoside tạo thành một mạch xoắn dài không phân nhánh Amylose chứa 0.03% photpho và bắt màu xanh với Iot, khi bị ñun nóng màu xanh này nhanh chóng biến mất

Hình 2.7 Cấu trúc phân tử amylose (Nguồn: www.starch.dk/isi/starch/starch.htm) Amylopectin có trọng lượng phân tử 400.000 ñến hàng chục triệu Dallton, ñược cấu tạo từ 600-6000 phân tử D-glucose, liên kết với nhau bằng liên kết α-1,6 glucoside và α-1,4 glucoside tạo thành mạch thẳng phân nhánh, mỗi nhánh có khoảng 8 – 30 gốc α-D glucopyroranose Amylopectin chứa 0.1 – 0.8% photpho và bắt màu tím hay màu ñỏ tím với Iot

Hình 2.8 Cấu trúc phân tử amylopectin (Nguồn: www.starch.dk/isi/starch/starch.htm)

2.4.2 Quá trình phân hủy tinh bột

Tinh bột bị phân hủy bời enzyme amylase Sản phẩm của quá trình phân hủy tinh bột gồm ñường glucose, ñường maltose, dextrin … Một phần các ñường này sẽ tan trong nước, một phần ñi vào tế bào vi sinh vật và tham gia các quá trình chuyển hóa khác trong tế bào

Hình 2.9 Quá trình chuyển hóa tinh bột của vi sinh vật (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải)

Glucose ñi vào trong tế bào vi sinh vật, chúng sẽ ñi theo hai hướng chuyển hóa cơ bản Hướng thứ nhất, vi sinh vật dùng glucose như nguồn vật liệu xây dựng tế bào Từ glucose tế bào vi sinh vật sẽ tạo ra các polysaccharide của tế bào (protein, lipid trung tính, acid nucleic, photpholipid) Hướng thứ hai, ngoài sự tham gia vào quá trình tổng hợp vật chất của tế bào thì vi sinh vật còn thực hiện các quá trình hô hấp hiếu khí giải phóng toàn bộ năng lượng có trong glucose Trong hô hấp yếm khí, năng lượng không ñược giải phóng hết mà chúng ñược giữ lại trong các sản phẩm trung gian

2.4.3 Hệ enzyme tham gia quá trình phân hủy tinh bột

Nhóm enzyme có tên gọi chung là glycoside hay carbohydase xúc tác cắt liên kết glucoside nối các ñơn vị ñường ñơn trong thành phần tinh bột, giải phóng glucose

và các loại ñường khác Trong ñó glucose là nguyên liệu ñầu vào ñể sản xuất ra

nhiều sản phẩm công nghiệp quan trọng Các vi sinh vật tham gia quá trình thủy phân tinh bột thường có khả năng sinh tổng hợp enzyme amylase ngoại bào, các enzyme này ñược chia ra làm 4 nhóm:

- Enzyme α-amylase (α-1,4 glucan-4-glucanohydrolase) : có khả năng tác ñộng vào bất kỳ liên kết 1,4-glucoside nào trong phân tử tinh bột, do ñó α-amylase còn ñược gọi là endoamylase Dưới tác ñộng của α-amylase, phân tử tinh bột ñược cắt thành nhiều ñoạn ngắn gọi là sự dịch hóa tinh bột, tạo ra dextrin có phân tử lượng thấp và một lượng nhỏ maltose

Hình 2.10 Các giai ñoạn quá trình thủy phân tinh bột của α-amylase

(Nguồn: www.starch.dk/isi/starch/starch.htm)

- Enzyme β-amylase (α-1,4 glucan-maltohydrolase) : có khả năng cắt ñứt liên kết 1,4 glucoside ở cuối phân tử tinh bột, bởi thế còn gọi là exoamylase, tạo ra sản phẩm là maltose và β-limit dextrin (chiếm khoảng 40 – 45%)

- R-enzyme (α-1,6-glycosiadse) có khả năng cắt ñứt mối liên kết 1,6 glucoside tại những chỗ phân nhánh của amylopectin

- Amyloseglycosidase phân giải tinh bột thành glucose và các oligosaccharide, enzyme này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 glucosice

và 1,6 glucoside

Hình 2.11 Cơ chế thủy phân tinh bột (Nguồn: Nguyễn Tiến Thắng (2008), Giáo trình công nghệ enzyme) Ngoài amylase, trong thực tế còn có sự hiện diện của các enzyme khác thủy phân tinh bột và ñường oligo như dextranase, glycosidase, β-glucosidase, lactase Tuy nhiên hệ enzyem amylase thường ñược quan tâm và sử dụng phổ biến hơn

2.4.4 Vi sinh vật phân hủy tinh bột

Các vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột khi chúng có hệ enzyme amylase Một số vi sinh vật có hệ enzyme amylase ñược trình bày ở bảng 2.13 Bao gồm nhiều loại nấm men, vi khuẩn, xạ khuẩn, trong ñó chiếm vai trò quan trọng là

vi khuẩn

Bảng 2.8 Các vi sinh vật có hệ enzyme amylase (Nguồn: Nguyễn ðức Lượng, Công nghệ vi sinh tập 2-Vi sinh vật học công nghiệp)

α-amylase β-amylase glucoamylase α-amylase glucoamylase α-amylase glucoamylase α-amylase β-amylase glucoamylase α-amylase

β -amylase glucoamylase glucoamylase

Bảng 2.9 Một số chủng vi khuẩn trong nước thải có hệ enzyme α- amylase :

vi sinh vật

khối lượng phân tử của

nhiệt ñô tối ưu

Bảng 2.10 Một số chủng vi khuẩn trong nước thải có hệ enzyme β- amylase :

vi sinh vật khối lượng phân tử của enzyme pH tối ưu

nhiệt ñô tối ưu

ðể phân lập vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột, ñầu tiên, phải lựa chọn nguồn lấy mẫu là nguồn có sự hiện diện của tinh bột (nước thải tinh bột, bùn hoạt tính tinh bột, các chế phẩm xử lý nước thải tinh bột…) Tách rời các tế bào vi sinh vật và nuôi cấy các tế bào trên trong môi trường dinh dưỡng ñặc trưng ñể cho khuẩn lạc riêng rẽ, cách biệt nhau (môi trường dinh dưỡng ñặc trưng ở ñây thành phần phải

có tinh bột là nguồn carbon duy nhất) Kiểm tra và khẳng ñịnh các ñặc ñiểm hình thái

và các phản ứng sinh hóa của vi sinh vật Sau cùng, giữ giống và bảo quản giống mới phân lập

2.5.2 Phương pháp phân lập

Lựa chọn nguồn lấy mẫu: có ba cách lựa chọn nguồn lấy mẫu: phân lập giống trong tự nhiên, phân lập giống trong ñiều kiện sản xuất và phân lập từ các ống giống bị thoái hóa

- Phân lập giống trong tự nhiên: lựa chọn nguồn phân lập là từ môi trường

tự nhiên bản thân vi sinh vật Ví dụ, cần phân lập các vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột, trước hết phải xác ñịnh ñược các chủng vi sinh vật có hệ enzyme amylase và nơi sinh sống của chúng, từ ñiểm xuất phát ñó sẽ xác ñịnh ñược nguồn lấy mẩu phân lập Ví dụ như vi khuẩn Bacillus subtilis có hệ enzyme amylase rất mạnh có thể phân lập chủ yếu từ môi trường ñất

- Phân lập giống trong điều kiện sản xuất: chọn vị trí nguồn phân lập từ nguồn phát sinh cơ chất cần cho quá trình sống của vi sinh vật đĩ Ví dụ cần phân lập chủng vi khuẩn cĩ khả năng phân hủy tinh bột và ứng dụng ty trong xử lý nước thải tinh bột thì nguồn lấy mẫu phân lập ở đây chính là nước thải hoặc bùn hoạt tính của nhà máy sản xuất tinh bột

- Phân lập giống trong các ống giống thối hĩa: do các điều kiện bảo quản

và giữ giống khơng đảm bảo ảnh hưởng đến các đặc tính của vi sinh vật từ đĩ làm kéo theo ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của giống trong ản xuất nên ta phải phân lập lại giống Mục đích của phương pháp này là luơn luơn duy trì được giống tốt cho sản xuất

Tạo ra các khuẩn lạc riêng rẽ từ quần thể vi sinh vật ban đầu: bằng các phương pháp tạo khuẩn lạc riêng rẽ như trải đĩa, cấy ria, đổ đĩa, tiến hành cấy truyền đến khi đạt được thuần nhất một loại khuẩn lạc trên mơi trường Sau đĩ, pha lỗng khuẩn lạc với nước muối sinh lý, dùng kỹ thuật cấy trang và quan sát sự thuần nhất của khuẩn lạc khi phát triển trên mơi trường

Kiểm tra các đặc điểm hình thái và khẳng định các phản ứng sinh hĩa của vi sinh vật: bao gồm các phương pháp nhuộm gram, nhuộm bào tử, nguộm vỏ nhày, kiểm tra khả năng di động… khẳng định các phản ứng sinh hĩa bằng các phương pháp kiểm định catalase, indol, metyl red, citrate… sau đĩ thống kê kết quả

và đưa ra dự đốn giống cần phân lập

Giữ giống và bảo quản giống: cĩ thể áp dụng một trong những phương pháp như phương pháp cấy chuyền và bảo quản lạnh, phương pháp bảo quản trong đất hoặc cát, phương pháp bảo quản giống trong hạt ngũ cơc, phương pháp bảo quản giống trong lớp dầu, phương pháp đơng khơ, phương pháp làm lạnh đơng… ðược sử dụng rộng rãi hiện nay là cấy chuyền và bảo quản lạnh, phương pháp đơng khơ và phương pháp làm lạnh đơng

Ở phần tìm hiểu chung về nước thải tinh bột nhận thấy thành phần của nước thải tinh bột chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, đồng thời tỷ lệ BOD5/COD khoảng 0.5 - 0.6 do đĩ thích hợp cho xử lý bằng phương pháp sinh học Trong số các vi sinh vật cĩ khả năng phân hủy tinh bột thì Bacillus là nhĩm vi khuẩn cĩ vai trị quan trọng