NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC VI KHUẨN CÓ TIỀM NĂNG PHÂN HỦY TINH BỘT VÀ PROTEIN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC VÀ THỦY SẢN TÓM TẮT Từ nước thải sản xuất của một vài
Trang 1NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC VI KHUẨN CÓ TIỀM NĂNG
PHÂN HỦY TINH BỘT VÀ PROTEIN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC VÀ THỦY SẢN
TÓM TẮT
Từ nước thải sản xuất của một vài nhà máy chế biến nông sản (nui) và thủy sản (tôm, cá), 12 chủng vi khuẩn khác nhau bao gồm 6 chủng có khả năng phân giải tinh bột mạnh nhất và 6 chủng có khả năng phân giải protein tốt nhất đã được phân lập, lựa chọn cho các thử nghiệm tiếp theo Dựa vào các kết quả về đặc điểm hình thái, sinh lý và sinh hóa chuyên biệt thu nhận được kết hợp với khóa phân loại của Bergey, các chủng phân lập và lựa chọn đều thuộc chi Bacillus Kết quả ứng dụng riêng biệt mỗi chủng trên để
xử lý nước thải chế biến nông sản và thủy sản cho thấy sau 24 giờ phối trộn trên máy lắc với tỉ lệ trộn giống và nước thải là 1% (về thể tích), hiệu quả xử lý đạt được là cao nhất, khiến nồng độ chất hữu cơ (COD) trong nước thải đầu vào giảm 76-88% đối với nước thải sản xuất nui và giảm 60 – 70% đối với nước thải chế biến tôm cá Đặc biệt, hiệu quả xử lý chất hữu cơ khi phối hợp các chủng với nhau đều tăng lên so với khi chỉ
sử dụng một chủng riêng rẽ, đạt tới gần 90% với nước thải chế biến nông sản và gần 80% với nước thải chế biến thủy sản Ngoài ra, công nghệ xử lý có bổ sung thêm chế phẩm sinh học đã được tuyển chọn nêu trên còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh bằng việc loại bỏ đến 92,5% lượng Coliform hiện diện trong nước thải ban đầu
Từ khóa: phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn, khả năng phân hủy, chất thải hữu cơ,
hiệu quả xử lý
MỞ ĐẦU
Công nghiệp chế biến thực phẩm (bao gồm các phân ngành chế biến sản phẩm trồng trọt và chăn nuôi) đã và đang chiếm giữ một vai trò đáng kể trong nền kinh tế Việt Nam, thể hiện qua tỉ lệ đóng góp vào GDP của quốc gia đều tăng hàng năm trong thời gian gần đây Trong đó, ngành chế biến lương thực và thủy sản phát triển khá đa dạng và phong phú, song quy mô sản xuất nhỏ lẻ, phân tán theo hình thức hộ gia đình hay liên hộ gia đình chiếm tỉ lệ tới 70-74% với công nghệ chế biến thủ công, thiết bị tự tạo (Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam, 2009) Vấn đề thu gom và xử lý nước thải tại các cơ sở này chưa được quan tâm, phần lớn lượng nước thải không được xử lý hoặc chỉ được xử lý một phần với hiệu quả rất thấp trước khi đổ ra sông ngòi, ao hồ gây nhiễm bẩn nghiêm trọng về lâu dài các nguồn nước và môi trường xung quanh, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe cộng đồng
Một điểm đặc trưng trong nước thải chế biến nông sản thực phẩm nói chung là sự hiện diện với hàm lượng lớn các chất hữu cơ cao phân tử như tinh bột, pectin, protein, lipid, cellulose và một
số chất khác (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Các chất hữu cơ cao phân tử này do chậm phân hủy nên chính là tác nhân khiến nguồn nước bị ô nhiễm nặng nề Để giảm thiểu ô nhiễm, bên cạnh các phương pháp xử lý hóa học, hóa lý, cơ học thì phương pháp xử lý sinh học được coi là rất quan trọng và đem lại hiệu quả cao do đặc trưng ô nhiễm chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học trong nước thải chế biến nông sản thực phẩm Trong số các vi khuẩn hoại sinh hiện diện trong nước thải, phần lớn các nhóm chỉ có khả năng hấp thụ và sử dụng các cơ chất ở dạng dễ tan và đơn giản sẵn có trong môi trường Trong khi đó, một số nhóm khác lại có khả năng tổng hợp
và đưa vào môi trường các enzyme ngoại bào để phân giải các hợp chất hữu cơ cao phân tử thành các đơn phân tử dễ tan hơn và dễ hấp thụ hơn để làm nguồn dinh dưỡng Tuy nhiên, không phải chủng vi khuẩn nào cũng có thể tổng hợp đủ enzyme ngoại bào cần thiết để phân giải các cơ chất
hữu cơ trong nước thải (Lương Đức Phẩm et al., 2009) Do đó việc nghiên cứu và tập hợp các
chủng vi khuẩn có hiệu lực phân hủy chất hữu cơ cao được tuyển chọn từ nguồn bên ngoài với các
Trang 2chủng tự nhiên có sẵn trong nước thải các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu công nghệ xử lý loại nước thải này
NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
Nguồn phân lập các chủng vi sinh vật
Nguồn phân lập chủng vi sinh vật phân giải protein:
- Nước thải nhà máy thủy sản số 4, đường Hưng Phú, quận 8, TpHCM
- Nước thải Công ty cổ phần hải sản Sài Gòn Fisco, KCN Vĩnh Lộc, quận Bình Tân, TP HCM Nguồn phân lập chủng vi sinh vật phân giải tinh bột:
- Nước thải Công ty TNHH SX - TM - DV Phương Đông , xã Đông Thạnh, huyện Hóc Môn, Tp
Hồ Chí Minh
Nước thải ứng dụng xử lý với các chủng vi sinh vật phân lập được
- Mẫu nước thải Thủy sản số 4
- Mẫu nước thải công ty Phương Đông
Các tính chất ô nhiễm của 2 loại nước thải trên được trình bày ở bảng 1 dưới đây:
Bảng 1 Các tính chất ô nhiễm của nước thải thủy sản và tinh bột
Thiết bị dụng cụ và hóa chất
- Các môi trường, dụng cụ sử dụng cho việc phân lập và thử nghiệm sinh hóa
- Các hóa chất, dụng cụ, máy móc xác định các thông số đặc trưng về khía cạnh môi trường của nước thải
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy protein
Mẫu nước thải của hai nhà máy thủy sản tại TpHCM được đun ở 80oC trong 15-30 phút, pha loãng và cấy trang trên môi trường M1 (g/100ml) bao gồm 1g peptone, 0,3g cao thịt, 0,5g NaCl và 2% agar, tiến hành ủ ở 37oC và cấy ria đến khi thuần nhất các khuẩn lạc thu được Xác định khả năng phân hủy protein trên môi trường cao thịt peptone với thuốc thử Nessler
Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy tinh bột
Tiến hành tương tự đối với mẫu nước thải lấy từ hai cơ sở sản xuất nui trên TpHCM trên môi trường N1 (g/100ml) có 0,5g peptone, 0,2g cao nấm men, 1g tinh bột tan, 0,015g CaCl2, 0,05g MgSO4 và 2% agar, tiến hành ủ ở 37oC và cấy ria đến khi thuần nhất các khuẩn lạc thu được Xác định khả năng phân hủy tinh bột trên môi trường chứa tinh bột tan với thuốc thử Lugol
Xác định đặc điểm hình thái, sinh hóa
Các chủng vi sinh vật được xác định hình thái, nhuộm gram, nhuộm bào tử, thử nghiệm khả năng di động, catalase, nitrate, Indol, Methyl red, VP, citrate, nitrate So sánh với khóa phân loại Bergey để bước đầu xác định nhóm vi khuẩn
Xác định thời gian tăng trưởng tối ưu
Nuôi cấy các chủng vi sinh vật phân lập được trên môi trường dinh dưỡng tương ứng có chứa protein hoặc tinh bột tan ở các thời gian nhất định và đo mật độ tế bào bằng máy đo quang phổ ở bước sống 610nm
Đo đạc các thông số môi trường đặc trưng của mẫu
- Nhu cầu oxy hóa học (COD): xác định bằng phương pháp oxy hóa mẫu với K2Cr2O7 sau đó xác định lượng K2Cr2O7 dư bằng Fe(NH4)2(SO4)2 với chỉ thị feroin
- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): theo phương pháp đo lường sự chênh lệch về hàm lượng DO
Trang 3trong mẫu ủ tại hai thời điểm ban đầu và sau 5 ngày ủ ở 20oC trong bóng tối.
- Chất rắn lơ lửng: Phương pháp khối lượng
- N tổng: theo các phương pháp tương ứng để xác định nồng độ N thành phần, bao gồm N- Kjeldahl, N-NO2-, N-NO3-
- P tổng: xử lý mẫu sau đó xác định bằng phương pháp đo quang ở 690nm của phức tạo thành với ammonium molybdate và SnCl2
- Coliform tổng: phương pháp lên men nhiều ống (MPN)
Phương pháp xác định loại, tỉ lệ giống và thời gian xử lý tối ưu
Bổ sung các chủng phân lập được sau thời gian tăng sinh tối ưu với các tỷ lệ khác nhau (đối với từng loại nước thải) vào mẫu nước thải được bổ sung N, P và pha loãng theo tỷ lệ phù hợp để đạt được nồng độ COD trước khi xử lý là 400mg/l và BOD: N: P = 100: 5: 1 Tiến hành nuôi lắc liên tục ở 150 vòng/phút Mỗi tỷ lệ giống được xác định hiệu quả xử lý (thông qua thông số COD) sau mỗi khoảng thời gian nhất định
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả phân lập và đặc điểm sinh hóa của các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy protein và tinh bột
Việc phân lập các chủng vi sinh vật dựa trên hai yếu tố: (i) khả năng phân giải protein hoặc tinh bột cao, với đường kính vòng phân giải lớn hơn 1cm và (ii) là các chủng vi khuẩn gram dương Khả năng phân giải cao nhằm đảm bảo hiệu quả khi ứng dụng các chủng này vào xử lý nước thải Các chủng phải là vi khuẩn gram dương nhằm loại bỏ các tác nhân gây bệnh trong nước thải - phần lớn là vi khuẩn gram âm Đặc biệt quan tâm các vi khuẩn thuộc chi Bacillus vì đã có nhiều công
trình nghiên cứu về hệ enzyme protease và amylase phong phú của chi vi khuẩn này (Ajayi et al., 2007; Sharmin và Rahman, 2007; Siriporn Yossan et al., 2006).
Từ mẫu nước thải nhà máy thủy sản, phân lập được 20 chủng vi khuẩn có khả năng phát triển trên môi trường M1 chứa protein là nguồn carbon duy nhất Từ mẫu nước thải cơ sở sản xuất nui, phân lập được 25 chủng phân lâp được trên môi trường N1 với nguồn carbon từ tinh bột So sánh
với công trình của Hà Thanh Toàn và đồng tác giả (2008) đã phân lập được 17 chủng vi khuẩn phân giải protein, 21 chủng vi khuẩn phân giải tinh bột từ nước rỉ rác Cần Thơ; công trình của Thippeswamy và đồng tác giả (2006) cũng đã phân lập được 17 chủng Bacillus từ đất và nước thải công nghiệp có khả năng xử lý tinh bột thì số lượng các chủng phân lập được dựa vào hình thái khuẩn lạc như trên là tương đối đa dạng Tuy nhiên, để hiệu quả xử lý được nâng cao, chỉ chọn lựa các chủng có khả năng phân hủy mạnh nhất dựa vào đường kính vòng phân giải
Đối với các chủng phân giải protein, đã chọn lựa được 6 chủng có đường kính phân hủy mạnh nhất từ 1,9 đến 4,2 cm, ký hiệu từ M1 – M6 Đối với các chủng phân hủy tinh bột, đã chọn lựa được 6 chủng vi khuẩn có đường kính phân hủy mạnh nhất, từ 1,9 đến 2,6cm, ký hiệu từ N1 – N6 Hình thái và đường kính vòng phân giải của một số chủng phân lập được thể hiện trên các hình 1, 2
Hình 1 Hình thái của một số chủng phân lập được
Trang 4Hình 2 Đường kính vòng phân hủy protein của 6 chủng M1 – M6 (Hình
Nhận thấy các chủng phân lập được đều là trực khuẩn hiếu khí, gram dương, có bào tử và catalse dương tính, so với tài liệu phân loại vi khuẩn của Bergey (1957), đây đều là các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus Một số tính chất sinh hóa của 12 chủng được trình bày ở bảng 2
Bảng 2 Đặc điểm sinh hóa của 12 chủng vi khuẩn phân lập
6 chủng phân hủy protein Chủng
6 chủng phân hủy tinh bột
TSI vàngĐỏ/ vàng vàngĐỏ/ Đỏ/ vàng vàngĐỏ/ Đỏ/ vàngĐỏ/ vàng vàng vàngĐỏ/ Đỏ/ Đỏ/ vàng vàngĐỏ/ Đỏ/ vàngĐỏ/ Thời gian tăng trưởng tối ưu của 6 chủng phân hủy protein và 6 chủng phân hủy tinh bột
Khi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng chứa protein, 6 chủng M1-M6 có giá trị OD cực đại thay đổi từ 24h đến 32h tương ứng sinh khối tế bào cực đại tại pha cân bằng (Bảng 3) Dựa trên đồ thị biểu diễn ở hình 3, nhận thấy chủng M2 và M5 đạt ODmax sau 32h và 30h; các chủng M1, M3, M4, M6 đều đạt ODmax sau 24h Nhìn chung thì giá trị ODmax của 6 chủng không chênh lệch nhau nhiều trừ ODmax của M6 là 1,408
Bảng 3 Biến động giá trị OD của 6 chủng M1 – M6 theo thời gian
Giá trị OD Chủng
Trang 5Hình 3 Sự tăng trưởng của 6 chủng M1 – M6 theo thời gian
Đối với 6 chủng N1 – N6, khi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng chứa tinh bột cũng có giá trị OD cực đại thay đổi từ 24 đến 28h (Bảng 4) Trong đó, chủng N1, N4 đạt ODmax sau 24h, chủng N2, N3, N5 đạt ODmax sau 28h, riêng chủng N6 lại có ODmax sau 26h (Hình 4)
Như vậy, kết quả OD của các chủng cho biết thời gian tăng trưởng tối ưu của các chủng phân lập trong điều kiện nuôi lắc tại nhiệt độ phòng, từ đó rút ra thời gian tăng sinh thích hợp trước khi
bổ sung các chủng vào giai đoạn xử lý nước thải
B ảng 4 B i ến động g i á t r ị O D của 6 ch ủ ng N 1 – N 6 t heo t h ờ i g i an
Giá trị OD
Chủng
Hình 4 Sự tăng trưởng của 6 chủng N1 – N6 theo thời gian
Kết quả thử nghiệm các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn để xử lý nước thải thủy sản và sản xuất nui
Sự có mặt của 6 chủng riêng rẽ từ M1 – M6 ở các tỷ lệ giống 1%, 2% và 3% (về thể tích) trong nước thải thủy sản và 6 chủng độc lập từ N1 – N6 ở các tỷ lệ giống 1%, 1,5% và 2% (về thể tích) trong nước thải sản xuất nui sau các khoảng thời gian khác nhau (24 giờ, 48 giờ và 72 giờ) đã
Trang 6góp phần làm giảm đáng kể hàm lượng chất hữu cơ (thể hiện qua thông số COD) của nước thải ban đầu Các đồ thị trên các hình 5a, 5b, 5c cho thấy đối với loại nước thải giàu protein như nước thải thủy sản, sau 24 giờ phối trộn với chủng vi sinh vật, trung bình khoảng 60% lượng COD đã được khoáng hóa Đối với nước thải giàu tinh bột như nước thải sản xuất nui mà sự thay đổi của nồng độ COD trong nước thải có bổ sung các chủng vi sinh phân giải tinh bột tương ứng đã phân lập được (N1 – N6) trước đó theo thời gian thể
hiện trên các hình 6a, 6b, 6c, tốc độ
khoáng hóa các hợp chất hữu cơ trong
loại nước thải này còn nhanh hơn
100.0%
80.0%
Tỉ lệ 1% Tỉ lệ 2% Tỉ lệ 3%
nước thải thủy sản, với nhiều mẫu mà
COD giảm rất nhanh tới 88% chỉ sau
24 giờ phối trộn với giống vi sinh vật
Trong khi đó, ở mẫu đối chứng là mẫu
nước thải được lắc ở cùng điều kiện
với các mẫu khác nhưng không bổ
sung chủng vi sinh tuyển chọn từ
ngoài vào thì nồng độ COD chỉ giảm
60.0% 53.6% 55.2%
40.0%
20.0%
0.0%
60.0% 64.8% 61.6%
66.4%
34.4%
hơn 30% với nước thải thủy sản và
hơn 40% với nước thải nông sản
Như vậy, trong nghiên cứu này,
các chủng vi khuẩn phân lập được làm
giống bổ sung vào nước thải đều thuộc
chi Bacillus có khả năng thủy phân tốt
tinh bột và protein nhờ tiết ra các
M1 M2 M3 M4 M5 M6 Đối chứng
Nước thải thủy sản có bổ sung 1-3% các chủng M1-M6
Hình 5a Hiệu quả xử lý nước thải thủy sản (xét theo COD) của
các chủng M1 – M6 ở các tỉ lệ 1% - 3% sau 24 giờ cấy giống
100.0%
Tỉ lệ 1% Tỉ lệ 2% Tỉ lệ 3% enzyme amylase và protease đã được
chứng minh ở thử nghiệm đo đạc
đường kính vòng phân giải các cơ chất
tương ứng (hình 2) chính là nguyên
nhân thúc đẩy hoạt lực bùn hoạt tính,
giúp tăng cường phân giải các chất
hữu cơ trong nước thải được nhanh
hơn và hoàn toàn hơn Một số thử
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
45.6%
76.0%
56.8% 55.2%
63.2%
56.8%
39.2%
nghiệm tiến hành ở Việt Nam về khả
năng phân giải nhanh chất hữu cơ khi
bổ sung chế phẩm có Bacillus vào các
loại nước và nước thải khác nhau (Võ
Thị Thứ et al., 2005; Trần Liên Hà và
Đặng Ngọc Sâm, 2006; Mai Thị Hằng
et al., 1999) đều khẳng định hiệu quả
M1 M2 M3 M4 M5 M6 Đối chứng
Nước thải thủy sản có bổ sung 1-3% các chủng M1-M6
Hình 5b Hiệu quả xử lý nước thải thủy sản (xét theo COD) của
các chủng M1 – M6 ở các tỉ lệ 1% - 3% sau 48 giờ cấy giống
100.0%
Tỉ lệ 1% Tỉ lệ 2% Tỉ lệ 3% của chủng vi sinh vật này khi ứng
dụng vào công tác giảm thiểu ô nhiễm
với khoảng 50-80% lượng chất hữu cơ
trong nước thải được loại bỏ
Tuy nhiên, khi so sánh từng đồ thị
theo mỗi nhóm 5a, 5b, 5c và 6a, 6b, 6c
đều cho thấy ở cùng một tỉ lệ bổ sung
giống vi sinh vật, nếu tiếp tục tăng
thời gian xử lý nước thải trong các
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
42.4%
76.0%
52.0% 53.6% 50.4% 53.6%
39.2%
bình lên 48 giờ và 72 giờ thì hiệu quả
loại bỏ COD của đa số các mẫu nước
thải thủy sản cũng như nông sản đều
giảm đi hoặc không hầu như không
M1 M2 M3 M4 M5 M6 Đối chứng
Nước thải thủy sản có bổ sung 1-3% các chủng M1-M6
Hình 5c Hiệu quả xử lý nước thải thủy sản (xét theo COD) của
các chủng M1 – M6 ở các tỉ lệ 1% - 3% sau 72 giờ cấy giống
Trang 7đổi Đó cũng chính là thời điểm khi hàm lượng chất dinh dưỡng trong bình đã cạn kiệt, sự sinh trưởng của vi sinh vật sẽ chậm dần và dần tiến đến đình trệ, khi đó chúng chết và tự thủy phân bởi chính các enzyme do chúng giải phóng ra (Nguyễn Thành Đạt, 2005), khiến nồng độ các chất hữu
cơ trong nước thải lại có xu hướng tăng lên và dẫn đến hiệu quả xử lý giảm đi
Một điều đáng chú ý là đối với từng chủng riêng rẽ được bổ sung vào hai loại nước thải với các tỉ lệ giống thay đổi, các kết quả xử lý quan sát thấy ở tỉ lệ 1% hầu hết đều cao hơn ở các tỉ lệ còn lại (1,5%; 2% và 3%) Kết quả này
cũng khá tương đồng với kết quả nghiên
cứu của Ngô Tự Thành (2009) khi ứng
dụng vi sinh phân lập từ các mẫu đất ở
các vùng địa lý khác nhau để xử lý nước
thải sông Tô Lịch (Hà Nội) với hai tỉ lệ
chế phẩm khác nhau thì hiệu quả xử lý
của mẫu có tỉ lệ chế phẩm thấp lại lớn
hơn 14% so với mẫu có tỉ lệ chế phẩm
cao Theo tác giả này, hiện tượng này có
thể liên quan đến hiệu ứng phụ do việc
bổ sung các chủng vi sinh ở tỷ lệ giống
100.0%
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
88.0%
84.0%
80.0%
76.0%
66.5% 64.3%
Tỉ lệ 1%
Tỉ lệ 1,5%
Tỉ lệ 2%
44.0%
cao vào nước thải thì cũng đồng thời
đưa thêm chất hữu cơ vào, do đó bù lại
một phần COD được giảm do tác dụng
của chế phẩm dẫn đến hiệu quả xử lý
kém hơn
Trong nước thải tồn tại rất nhiều
N1 N2 N3 N4 N5 N6 Đối chứng
Nước thải sản xuất nui có bổ sung 1-2% các chủng N1-N6
Hình 6a Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất nui (xét theo COD)
của các chủng N1 – N6 ở các tỉ lệ 1% - 2% sau 24 giờ cấy giống
100.0%
loại vi sinh vật khác nhau Hoạt động
sống của chúng dựa trên quan hệ cộng
sinh (hoặc hội sinh) của toàn bộ quần
thể sinh vật có trong nước Chúng có tác
dụng hỗ trợ nhau trong sự phát triển và
phân hủy các chất hữu cơ trong môi
trường Một số vi sinh vật, để tổng hợp
tế bào mới và gia tăng sinh khối, ngoài
việc phân hủy cơ chất, chúng cũng có
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
76.0%
72.0% 76.0%
68.0% 68.0%
Tỉ lệ 1,5%
Tỉ lệ 2% 56.0%
thể sử dụng sản phẩm phân hủy của vi
sinh vật khác làm nguồn carbon (Lương
Đức Phẩm et al., 2009) Chính vì vậy,
sự hiện diện đồng thời của nhiều chủng
vi sinh vật trong bể xử lý thường khiến
quá trình phân hủy chất hữu cơ trong
N1 N2 N3 N4 N5 N6 Đối chứng
Nước thải sản xuất nui có bổ sung 1-2% các chủng N1-N6
Hình 6b Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất nui (xét theo COD)
của các chủng N1 – N6 ở các tỉ lệ 1% - 2% sau 48 giờ cấy
100.0%
88.0%
nước diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn
Các đồ thị hình 7a và 7b mô tả tác
dụng rõ rệt của các chủng vi sinh phân
lập được khi tổ hợp chúng lại với nhau
để oxy hóa các chất hữu cơ nhằm làm
sạch nước thải Đối với nước thải thủy
sản, hỗn hợp các chủng M2 và M5 cũng
như hỗn hợp M1, M3, M4 và M6 được
hình thành dựa trên sự tương đồng về
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
80.0%
76.0%
72.0% 75.0% 76.0%
Tỉ lệ 1%
Tỉ lệ 1,5%
Tỉ lệ 2% 56.0%
hiệu quả xử lý nước thải sau cùng một
khoảng thời gian (với M2 và M5 là sau
48 giờ, với M1, M3, M4 và M6 là sau
24 giờ), còn hỗn hợp 6 chủng từ M1 đến
N1 N2 N3 N4 N5 N6 Đối chứng
Nước thải sản xuất nui có bổ sung 1-2% các chủng N1-N6
Trang 8Hình 6c Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất nui (xét theo COD) của các chủng N1 –
N6 ở các tỉ lệ 1% - 2% sau 72 giờ cấy
Trang 9M6 là sự trộn lẫn của tất cả 6 chủng phân
lập và chọn lọc từ nước thải giàu protein
Đối với nước thải chế biến nui, cứ 1 đến
2 chủng trong số 3 chủng mạnh (N1, N4,
N5) được phối hợp với 2 đến 1 chủng
trong số 3 chủng yếu hơn (N2, N3, N6),
đồng thời hỗn hợp 6 chủng cũng được
hình thành để thử nghiệm kết quả xử lý
Trong tất cả các chế phẩm tăng cường
sinh học là hỗn hợp các chủng trên, cố
định tỉ lệ bổ sung chế phẩm hỗn hợp và
nước thải là 1% (theo thể tích)
Từ hình 7a, có thể thấy rõ hiệu quả
xử lý đạt cao nhất tới gần 80% khi sử
100.0%
80.0%
60.0%
40.0%
20.0%
0.0%
Sau 24 giờ Sau 48 giờ Sau 72 giờ
M(25) M(1346) M(123456) Đối chứng
Nước thải thủy sản có bổ sung 1% tổ hợp các chủng VSV
dụng hỗn hợp 6 chủng, là mẫu có hiệu
quả xử lý cao nhất trong tất cả các mẫu
thử nghiệm, tuy nhiên lại đạt được sau
thời gian xử lý là 72 giờ, dài hơn so với
khi sử dụng hỗn hợp M(25) với hiệu quả
xử lý gần tương đương nhau nhưng thời
gian xử lý ngắn hơn (48 giờ) Kết quả
này cần được kiểm định lại để thu được
những kết luận rõ ràng và chắc chắn hơn
Đối với mẫu bổ sung 6 chủng vi
sinh ở trên, thí nghiệm xác định hiệu quả
loại bỏ BOD và Coliform tổng trong
mẫu nước thải thủy sản ban đầu cũng
được tiến hành Kết quả cho thấy trong
nước thải sau xử lý, nồng độ BOD đã
giảm được 67% (từ 260mg/L giảm còn
85,8mg/L) và mật độ Coliform đã giảm
tới 92,5% (từ 120.105 MPN/100ml giảm
còn 9.105 MPN/100ml)
Hình 7a Hiệu quả xử lý nước thải thủy sản (xét theo COD) của 1% tổ hợp các chủng tương ứng sau 24 - 72 giờ cấy giống
Hình 7b Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất nui (xét theo COD) của 1% tổ hợp các chủng tương ứng sau 24 - 72 giờ cấy giống
Qua hình 7b, các mẫu nước thải chế biến nui có sử dụng hỗn hợp các chủng N(136), N(126)
và N(436) là có hiệu quả xử lý cao nhất, lần lượt giảm được 94%, 87% và 87% Hiệu quả xử lý của các mẫu có sử dụng hỗn hợp khác của 6 chủng trên cũng khoảng trên dưới 80% Ngoài ra, đối với mẫu sử dụng hỗn hợp 6 chủng từ N1-N6, hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ sau 96 giờ đối với COD đạt 85% và với BOD đạt 76% (không thể hiện trên đồ thị) và vẫn có xu hướng tăng lên, tuy nhiên do điều kiện thời gian không cho phép việc tiếp tục theo dõi nên thí nghiệm phải dừng tại đây, nhưng điều đó cho thấy việc sử dụng đồng thời 6 chủng để xử lý là có tiềm năng
KẾT LUẬN
Từ nước thải sản xuất của một vài nhà máy chế biến nông sản (nui) và thủy sản (tôm, cá), 12 chủng vi khuẩn khác nhau bao gồm 6 chủng có khả năng phân giải tinh bột mạnh nhất và 6 chủng
có khả năng phân giải protein tốt nhất đã được phân lập, lựa chọn cho các thử nghiệm tiếp theo Kết quả ứng dụng các chủng vi khuẩn phân lập và chọn lọc được để xử lý nước thải hữu cơ giàu các chất biopolymer như protein và tinh bột cho thấy các chất hữu cơ trong nước thải chế biến tôm, cá giảm được 80% và trong nước thải sản xuất nui giảm được 94%, cải thiện rõ rệt so với khi chỉ sử dụng hệ vi sinh vật sẵn có trong nước thải (chất hữu cơ chỉ giảm được 40-50%) ứng với cùng thời gian xử lý Các điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý cũng đã được xác lập: tỉ lệ bổ sung chủng vi sinh vào nước thải là 1% (về thể tích), pH trung tính, thời gian xử lý (dạng mẻ) dao động từ 48 giờ đến 72 giờ Những kết quả ban đầu này có thể được coi là tiền đề để tiếp tục mở rộng quy mô
Trang 10nghiên cứu và thử nghiệm các tổ hợp vi sinh vật tuyển chọn đối với nước thải chế biến nông thủy sản nói riêng và nước thải chứa các cơ chất khó phân hủy hơn nói chung
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Ajayi, Adedayo Olajide, Fagade Obasola Ezeikiel (2007) Heat activation and stability of amylase from Bacillus species African Journal of Biotechnology 6: 1181-1184
Hà Thanh Toàn, Mai Thu Thảo, Nguyễn Thu Phướng, Trần Lê Kim Ngân, Bùi Thế Vinh và Cao Ngọc Diệp (2008) Phân lập vi khuẩn phân giải cellulose, tinh bột và protein trong nước rỉ từ bãi rác ở thành phố Cần Thơ Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ 10: 195 – 199
Lương Đức Phẩm, Đinh Thị Kim Nhung, và 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 Việt Nam, Huế
Mai Thị Hằng, Nguyễn Thị Thu Nga, và Trần Văn Lư (1999) Bước đầu tuyển chọn các vi sinh vật hiếu khí có khả năng thủy phân tinh bột tươi từ một số mẫu đất ở Hà Nội TC Khoa học: Các khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học sư phạm) số 1, trang 31-35 Ngô Tự Thành, Bùi Thị Việt Hà, Vũ Minh Đức, và Chu Văn Mẫn (2009) Nghiên cứu hoạt tính enzyme ngoại bào của một số chủng Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong
xử lý nước thải Tạp chí Khoa học Đại học quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25: 101-106
Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) Công nghệ sinh học môi trường – tập 1: công nghệ xử lý nước thải NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh
Nguyễn Thành Đạt (2005) Cơ sở sinh học vi sinh vật – tập 1 NXB Đại học Sư phạm
Sharmin F and Rahman M (2007) Isolation and characterization of protease procing Bacillus strain FS-1 Agricultural Engineering International - the CIGR Ejournal 9: 289-297
Siriporn Yossan, Alissara Reungsang and Masaaki Yasuda (2006) Purification and characterization
of protease from Bacillus megaterium isolated from Thai fish sauce fermentation process Science Asia 32: 377-383
Thippeswamy S, Girigowda K, and Mulimani VH (2006) Isolation and identification of α-amylase producing Bacillus sp from dhal industry waste Indian Journal of Biochemistry & Biophisics 43: 295-298
Trần Liên Hà và Đặng Ngọc Sâm (2006) Phân lập và tuyển chọn Bacillus để xử lí nước hồ bị ô nhiễm Hội nghị Khoa học lần thứ 20 - Kỷ niệm 50 năm thành lập trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trang 55-58
Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam (2009) Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn cho ngành sản xuất tinh bột sắn Nguồn: http://vncpc.vn/index.php?/articles/detail/c:7/a:53 (Website của Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam)
Võ Thị Thứ, Trương Ba Hùng, Nguyễn Minh Dương, La Thị Nga, Lê Thị Thu Hiền, Phạm Thị Minh Hà, Lê Doanh Toại, Nguyễn Trường Sơn, và Đào Thị Thanh Xuân (2005) Nghiên cứu sử
dụng Bacillus subtilus, Bacillus megaterium, Bacillus licheniformis và Lactobacillus acidophilus
để sản xuất chế phẩm sinh học Biochie xử lý nước nuôi thuỷ sản Tuyển tập hội thảo toàn quốc
về nghiên cứu và ứng dụng khoa học công nghệ trong nuôi trồng thuỷ sản, Bộ Thuỷ sản, trang 815-822
