00060000904 nghiên cứu chế tạo chế phẩm chứa vi sinh vật Ưa Ấm nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm

00060000904 nghiên cứu chế tạo chế phẩm chứa vi sinh vật Ưa Ấm nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm

Đ¾I HâC QUÞC GIA HÀ NÞI

K¾T QUÀ THĀC HIÞN ĐÀ TÀI KH&CN

CÂP Đ¾I HâC QUÞC GIA

Tên đÁ tài:

NGHIÊN CĄU CH¾ T¾O CH¾ PHÆM CHĄA VI SINH V¾T ¯A ÂM

NHÀM NÂNG CAO HIÞU QUÀ XĀ LÝ N¯àC THÀI DÞT NHUÞM

Mã sß đÁ tài: QG.21.22

Chă nhißm đÁ tài: TS TrÅn Thá HuyÁn Nga

Hà Nßi, 2024

1

PHÄN I THÔNG TIN CHUNG

1.1 Tên đÁ tài: Nghiên cư뀁u chĀ tco chĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām nhằm nâng cao hi⌀u

quk xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m

1.2 Mã sß: QG.21.22

1.3 Danh sách chă trì, thành viên tham gia thāc hißn đÁ tài

TT Chąc danh, hãc vá, hã và tên Đ¡n vá công tác Vai trò thāc hißn đÁ tài

ĐHKHTN-ĐHQGHN

Chủ nhi⌀m đnhi⌀m chung

ĐHKHTN-ĐHQGHN

Thư k礃Ā khoa học + Thành viên thực hi⌀n chính

học, Vi⌀n Hàn lâm KH&CN Vi⌀t Nam

Thành viên thực hi⌀n chính

học, Vi⌀n Hàn lâm KH&CN Vi⌀t Nam

Thành viên thực hi⌀n chính

học, Vi⌀n Hàn lâm KH&CN Vi⌀t Nam

2

1.4 Đ¡n vá chă trì: Trường Đci học Khoa học Tự nhiên

1.5 Thãi gian thāc hißn: 24 tháng, từ tháng 4/2021 đĀn tháng 4/2023

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 4 năm 2021 đĀn tháng 4 năm 2023

1.5.2 Gia hcn (nĀu có): đĀn tháng 4 năm 2024

1.5.3 Thực hi⌀n thực tĀ: từ tháng 4 năm 2021 đĀn tháng 4 năm 2024

1.6 Nhÿng thay đái so vái thuy¿t minh ban đÅu (nĀu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Táng kinh phí đ°ÿc phê duyßt căa đÁ tài: 280 tri⌀u đồng

PHÄN II TàNG QUAN K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU

ViĀt theo cĀu trúc m⌀t bài báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sẽ được đăng trên tcp chí khoa học ĐHQGHN sau khi đph

1 Đặt vÃn đÁ

Nươꄁc thki ngành d⌀t nhu⌀m nói chung rĀt phư뀁c tcp và đa dcng vơꄁi rĀt nhiđặc trưng như thuác nhu⌀m, chĀt hoct đ⌀ng bhóa, các tcp chĀt tách ra từ sợi vki bao gồm dbám vào sợi (chiĀm 6% trọng lượng sợi),… Đ⌀ phư뀁c tcp của nươꄁc thki này còn thể hi⌀n ở

pH kithki ra ngoài (Bhattacharya và c⌀ng sự, 2017) Nươꄁc thki phát sinh từ quá trknh skn xuĀt d⌀t nhu⌀m thông thường khokng 12-300m3/tĀn vki, chủ yĀu từ công đocn nhu⌀m và nĀu tऀy, do

đó, vơꄁi quy mô và sự phát triển của ngành công nghi⌀p d⌀t nhu⌀m trong mô hknh phát triển kinh tĀ tci Vi⌀t Nam thời gian qua, lưu lượng phát sinh nươꄁc thki từ ngành công nghi⌀p d⌀t nhu⌀m rĀt lơꄁn, có thể là tác nhân gây suy thoái môi trường và b⌀nh t⌀t cho con người Các đ⌀c chĀt trong nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m nĀu không được xư뀉 l礃Ā, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiĀp hay gián tiĀp, sẽ tích luỹ trong cơ thể con người và gây các b⌀nh nghiêm trọng như viêm loét da, viêm đường hô hĀp, eczima, ung thư,…(Wei và c⌀ng sự 2020) Các h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m phổ biĀn bao gồm 3 công đocn Bươꄁc 1 bao gồm khâu tiki⌀n môi trường thông thường cho các bươꄁc xư뀉 lý tiĀp theo; Bươꄁc 2 có thể kĀt hợp các quá trình lý hóa (lắng, lọc), hóa học (keo tụ tủa bông, hĀp phụ, oxy hoá, trung hoà…) và sinh

di̀n ra ở bươꄁc 2, hoct đ⌀ng của vi sinh v⌀t trong bể sinh học có vai trò then chát; Bươꄁc 3 là bươꄁc khư뀉 trùng và vi lọc cuái cùng nhằm đkm bko các chỉ tiêu đ

nhi⌀t không cho thĀy hi⌀u quk làm mát như mong muán, nhi⌀t đ⌀ qua bể lý hóa chuyển sang

bể vi sinh có thể đct tơꄁi 45 oC, th⌀m chí có ngày lên tơꄁi 50 oC Nhi⌀t đ⌀ cao knh hưởng rĀt lơꄁn đĀn khk năng thích nghi và tồn tci của vi sinh v⌀t trong bể, có thể dẫn đĀn hi⌀n tượng bùn chĀt và hi⌀u quk xư뀉 lý thĀp Vì v⌀y, vi⌀c phát triển nhóm vi sinh v⌀t có nhi⌀t đ⌀ sinh

chi phí đ

dụng vào thực tĀ ở Vi⌀t Nam nên có tinghĩa khoa học và thực ti̀n Trong sá các nhóm vi sinh v⌀t ch椃⌀u nhi⌀t đã được ư뀁ng dụng, vi khuऀn tía quang hợp là m⌀t trong những nhóm có nhiphân giki các hợp chĀt khó phân hủy, ch椃⌀u được giki nhi⌀t đ⌀ r⌀ng, nồng đ⌀ muái cao, (Imhoff, 1989)

Vi khuऀn tía quang hợp (VKTQH) là nhóm vi khuऀn có khk năng sinh trưởng trong điki⌀n kỵ khí bằng cách quang hợp, có chư뀁a sắc tá quang hợp bacteriochlorophyll (Bchl), phân bá r⌀ng rãi trong tự nhiên, là nhóm vi khuऀn quang dưỡng, sáng kỵ khí hoặc kỵ khí twy ti⌀n trong môi trường có ánh sáng VKTQH đã được chư뀁ng minh khk năng loci bß các chĀt ô nhi̀m khác nhau như kim loci nặng, chĀt dinh dưỡng và thuác nhu⌀m khßi nươꄁc thki (Talaiekhozai và Rezania, 2017) Nhóm vi khuऀn này có khk năng cháng ch椃⌀u các điv⌀t lý và hóa học bao gồm các nguồn mặn, nhi⌀t đ⌀, pH, cacbon và nitơ… Chúng có tinăng ư뀁ng dụng hi⌀u quk trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may (Srisuwun và c⌀ng sự, 2018) VKTQH đã được các nhà nghiên cư뀁u khác sư뀉 dụng để xư뀉 lý các loci nươꄁc thki khác nhau như nươꄁc thki từ sữa, nươꄁc thki cáng, nươꄁc thki nhà máy chĀ biĀn ô liu, nươꄁc thki lò giĀt mổ gia c

2 Māc tiêu

ChĀ tco chĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām, ư뀁ng dụng chĀ phऀm vi sinh v⌀t thu được vào bươꄁc xư뀉 l礃Ā sinh học trong h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m có nhi⌀t đ⌀ Ām nhằm nâng cao hi⌀u quk xư뀉 l礃Ā và tiĀt ki⌀m chi phí

3 Nguyên v¿t lißu, thi¿t bá, dāng cā, hoá chÃt và ph°¡ng pháp nghiên cąu

3.1 Nguyên v¿t lißu, đßi t°ÿng nghiên cąu

Mẫu nươꄁc thki được thu th⌀p tci Công ty d⌀t may Nam Đ椃⌀nh tỉnh Nam Đ椃⌀nh, tọa đ⌀ 20o21’234”B và 106o06’03,9”E Mẫu được lĀy vào tháng 7, tci bể xư뀉 l礃Ā sinh học khi nhi⌀t

Tủ nuôi cĀy vi sinh (Binder, Đư뀁c), Máy quang phổ NOVASPEC II (Anh), Cân phân tích (Mettler toldo, Thụy Sĩ), Máy ly tâm (Đư뀁c), Lò vi sóng, Máy lắc, Box cĀy Biocyt ESI Flufrance (Pháp), Máy khư뀉 trwng, Micropipet các loci, àng đong, Bknh đ椃⌀nh mư뀁c, Các thủy tinh, Đũa thủy tinh, Đĩa petri, Bknh thủy tinh, bknh tam giác…

3.3. Hoá chÃt, môi tr°ãng nuôi cÃy vi sinh v¿t

- Hóa chĀt: Succinate – Na, glucose, acetate, cao nĀm men, pepton, metanol, glycerol, formate, muái của Na, Mg, Ca và các chĀt khoáng, nươꄁc cĀt và các chĀt khác đkm bko đ⌀ tinh scch cho kĀt quk nghiên cư뀁u đáng tin c⌀y

- Môi trường DSMZ 27: Cao nĀm men (0,3 g/l); succinate - Na (1 g/l); acetate (0,5 g/l);

K2HPO4 (1g/l); KH2PO4 (0,5 g/l); MgSO4.7H2O (0.4 g/l); CaCl2.2H2O (0,05 g/l); NH4Cl (0,4 g/l); vi lượng SL6(1 ml/l); dung d椃⌀ch vitamin B12(0,4 ml/l); Nươꄁc cĀt (1000 ml); NaCl (20 g/l); pH (6,8) Dung d椃⌀ch vi lượng SL6 (mg/l): HCl (25%) (6,5 ml/l; FeCl2.4H2O (1,5 g/l); H3BO3 (0,3 g/l); MnCl2.2H2O (0,03 g/l); CoCl2.6H2O (0,2 g/l); ZnSO4 7 H2O (0,1 g/l); CuCl2.2 H2O (17 mg/l); NiCl2.6H2O (24 mg/l); Na2MoO4.2 H2O (36 mg/l), Nươꄁc cĀt (993 ml) Dung d椃⌀ch vitamin B12: 10 mg trong 100 ml nươꄁc cĀt sau đó được lọc bằng màng lọc

vô trwng (kích thươꄁc 0,2 µm, Merck) và bổ sung vào môi trường trươꄁc khi sư뀉 dụng

- Môi trường DSMZ 27 cki tiĀn có bổ sung 1,4 g Glutamat và 0,6 g Malate thay succinate -

Na (1 g/l); acetate (0,5 g/l)

- Trong phòng thí nghi⌀m: VKTQH được nuôi trong áng thủy tinh có nắp đ⌀y cao su hoặc trong các bknh thủy tinh hknh trụ có thể tích chư뀁a d椃⌀ch môi trường DSMZ 27 Môi trường trong các bknh và các áng thủy tinh được sục khí nitơ qua màng lọc vô trwng thay thĀ khí oxy trong môi trường sao cho nồng đ⌀ oxy hòa tan 0 mg/l Giáng VKTQH được nuôi trong áng thủy tinh V= 12 ml hoặc bknh thủy tinh V=100 ml chư뀁a môi trường DSMZ 27 ở đi

5

109thì được cĀy vào bknh thí nghi⌀m khokng 5 - 10% (v/v) để đct m⌀t đ⌀ ban đ800

tính loci bß sulfide (xác đ椃⌀nh thông qua hàm lượng sulfide còn lci trong môi trường nuôi) của các chủng VKTQH

- Ngoài tự nhiên: VKTQH được nuôi trong các bknh nhựa trong vơꄁi các thể tích khác nhau: 500ml, 1,5 l, 5l hoặc bể có thể tích 100l đĀn 1m3 VKTQH được nuôi trên môi trường DSMZ 27 cki tiĀn và bổ sung 1g đ⌀u tương, đặt ở ngoài trời và có khuĀy đko

chư뀁a Bchl có cực đci hĀp thụ ở 800 nm và đ⌀ hĀp thụ này tỷ l⌀ vơꄁi hàm lượng Bchl và do v⌀y tỷ l⌀ thu⌀n vơꄁi sinh khái của tĀ bào Các chỉ sá này được đo trên máy quang phổ Novaspec II hoặc máy quang phổ UV - 1650PC

- M⌀t đ⌀ được xác đ椃⌀nh theo phương pháp pha loãng như sau: mẫu được pha loãng liên tục bằng nươꄁc cĀt vô trwng vơꄁi đ⌀ pha loãng từ 10-1 đĀn 10-14 Dwng pipet vô trwng lĀy 50 µl dung d椃⌀ch ở các nồng đ⌀ thích hợp nhß lên bDwng que gct vô trwng dàn đtrong đisau 5 -7 ngày

Sá lượng khuऀn lcc xuĀt hi⌀n trên đĩa được đĀm và tính theo công thư뀁c:

N= a ×1/v×n (CFU/ml) Trong đó: n là đ⌀ pha loãng mẫu, a là sá khuऀn lcc đĀm được trên b

v là thể tích mẫu được cĀy, 1/v thể tích mẫu qui v

3.6 Ph°¡ng pháp xác đánh khÁ năng t¿o biofilm căa các chăng vi khuÇn

Để đánh giá khk năng tco màng sinh học của các chủng vi khuऀn phân l⌀p được, quy trình được tiĀn hành khi đưa chủng nuôi cĀy non vào môi trường DSMZ 27 lßng Màng sinh học tco thành sẽ được rư뀉a bằng nươꄁc cĀt vô trwng để loci bß hoàn toàn môi trường nuôi cĀy và

cá đ椃⌀nh bằng dung d椃⌀ch tím tinh thể 0,1 % Màng hknh thành này sẽ được rư뀉a lci bằng DMSO và đo ở bươꄁc sóng 590 nm Các chủng có m⌀t đ⌀ quang học cao sẽ được lựa chọn (Morikawa (2006)

m⌀t đKính hiển vi đi⌀n tư뀉 quét SEM tco hknh knh có đ⌀ phóng đci lơꄁn (hàng chục nghkn, hàng trăm nghkn l

Các chủng VKTQH được nuôi cĀy trong môi trường DSMZ-27 trong khí nitơ và đặt dươꄁi ánh đèn sợi đát trong 3 – 4 ngày đĀn khi OD800 đct 0,8 – 1 thk DNA của chúng được tách ra theo quy trình được hươꄁng dẫn, gồm các bươꄁc thuỷ phân protein, chiĀt xuĀt ADN, tủa, lọc và thu được ADN tinh scch DNA được hoà tan trong 30µL TAE 50X và bko qukn mẫu ở tủ lcnh sâu

Trong phkn ư뀁ng PCR có các thành ph

1 μL mồi xuôi (10 ng), 1 μL mồi ngược (10ng), 2 μL mẫu

Chu trknh nhi⌀t tiĀn hành phkn ư뀁ng PCR nhân gen 16S rADN: 95oC/5 phút; 30 chu kỳ (95oC/50 giây; 55,8oC/45 giây; 72oC/ 90 giây); 72oC/7 phút trong 40 chu kỳ

Gel agarose 1% được chuऀn b椃⌀, mẫu DNA được tr⌀n vơꄁi 3 μL thuác nhu⌀m (loading dye) và tra vào các giĀng nhß và tra chỉ th椃⌀ phân tư뀉 DNA chuऀn để xác đ椃⌀nh kích thươꄁc phân tư뀉 của mẫu DNA trên bkn gel Chcy đi⌀n di vơꄁi đi⌀n thĀ 100V trong 35 phút Sau khi kĀt thúc quá trknh đi⌀n di, đưa bkn gel vào nhu⌀m trong Ethidium bromide trong 10 phút bkn gel được rư뀉a lci bằng nươꄁc và mang đi quan sát dươꄁi ánh sáng tư뀉 ngoci 254nm trên máy soi DNA và chụp knh

Từ các chủng vi sinh v⌀t phân l⌀p được, các chủng vi khuऀn đã được sàng lọc và 02 chủng

có hoct tính taọ màng sinh học tát, có chư뀁a sắc tá bacteriochlorophyll, có khk năng sinh

DN8, DN62 Hai chủng này đã được đánh giá tính đái kháng khi sinh trưởng cwng nhau trong môi trường nươꄁc thki cho thĀy không có sự đái kháng

Sinh khái vi sinh v⌀t được nhân giáng nĀu m⌀t đ⌀ tĀ bào trong các bknh giáng đct 108-

109CFU/ml, d椃⌀ch vi khuऀn tía có màu đß nâu đĀn đß tía, rồi phái tr⌀n vơꄁi chĀt mang là sßi nhẹ keramizit theo tỷ l⌀ tương ư뀁ng 1:10 (thể tích/trọng lượng), sau khi tr⌀n đsau 48h để vi sinh v⌀t bám dính, tco màng sinh học, đkm bko cho vi⌀c thích nghi và tồn tci của vi sinh v⌀t, thu được skn phऀm phái tr⌀n QG8

7

Nươꄁc thki được thu từ Công ty d⌀t may Nam Đ椃⌀nh, được đưa vào h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā sinh

học bằng h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā 50 lít, theo mẻ (mô hknh xư뀉 l礃Ā ở Hknh 8) Đi

h⌀ được đkm bko ở nhi⌀t đ⌀ 45-550C, DO tự nhiên, theo dõi và đánh giá m⌀t sá đặc tính như

ngày xư뀉 l礃Ā H⌀ tháng được bổ sung chĀ phऀm QG8 m⌀t l

1:10 (trọng lượng chĀ phऀm/thể tích nươꄁc xư뀉 l礃Ā)

ChĀt lượng nươꄁc trươꄁc và sau xư뀉 l礃Ā sinh học được đánh giá bằng m⌀t sá đặc tính như

phương pháp tiêu chuऀn (Rice và c⌀ng sự 2012)

4 K¿t quÁ nghiên cąu

Hình 1: a) Hình thái khuऀn lcc DN8, b) TĀ bào vi khuऀn DN8; c) Hình thái khuऀn lcc DN62, d) TĀ bào vi khuऀn DN62

Từ các mẫu nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m tci nhà máy d⌀t nhu⌀m Nam Đ椃⌀nh, đã phân l⌀p được 5

chủng vi khuऀn ưa Ām được k礃Ā hi⌀u là DN1, DN2, DN8, DN61, DN62, trong đó 02 chủng

tía, đường kính d ~ 1 – 2 mm Khi so sánh vơꄁi hknh thái khuऀn lcc của các chủng vi khuऀn

8

tía quang hợp đã được công bá cho thĀy đây là những đặc điểm cơ bkn của nhóm vi khuऀn tía quang hợp KĀt quk được thể hi⌀n ở Hknh 1

Các chủng vi khuऀn tía quang hợp được biĀt đĀn bởi khk năng quang tự dưỡng bằng

sắc tá bacteriochlorophyll, do đó có thể khẳng đ椃⌀nh sự có mặt của các chủng vi khuऀn tía quang hợp qua vi⌀c xác đ椃⌀nh đ⌀ hĀp phụ huỳnh quang của bacteriochlorophyll KĀt quk xác

đ椃⌀nh phổ hĀp phụ bacteriochlorophyll trong vùng 400 – 900 nm được thể hi⌀n trên Hknh 2

Khk năng tco màng sinh học là m⌀t trong các đặc tính quan trọng đáng chú 礃Ā của nhóm vi khuऀn tía quang hợp bởi chúng liên quan đĀn quá trknh hknh thành chĀt hoct đ⌀ng btco khk năng bám dính, tham gia vào quá trknh chuyển hoá, phân giki hay hĀp phụ các v⌀t chĀt Hơn nữa khk năng tco màng sinh học cũng liên quan m⌀t thiĀt đĀn khk năng thích nghi vơꄁi điđược đánh giá khk năng tco màng sinh học theo phương pháp của Morikawa và c⌀ng sự (2006) KĀt quk được trknh bày ở Hknh 3

Từ kĀt quk ở Hình 3, chủng P23 là chủng đái chư뀁ng dương, được nhóm nghiên cư뀁u của GS Morikawa tặng và chủng này đã được công bá là có khk năng tco màng sinh học rĀt tát (Morikawa và c⌀ng sự 2006) Ck 5 chủng lựa chọn đ

9

chủng DN8 và DN62 thể hi⌀n khk năng tco màng sinh học cao gĀp 2 l

do đó 2 chủng này được lựa chọn cho nghiên cư뀁u tiĀp theo

Hình 3 Khk năng tco màng sinh học của các chủng đã phân l⌀p được

Hình 4 Cây phát sinh chủng loci dựa trên trình tự 16S rDNA của chủng, DN8, DN62 vơꄁi các loài có quan h⌀ g

tích Neighbor- Joining Giá tr椃⌀ bootstrap (%) dựa trên 1.000 l

Để đ椃⌀nh danh phân loci chủng vi khuऀn DN8, DN62, trình tự đocn gen 16S rDNA đã được phân tích và so sánh trên ngân hàng dữ li⌀u KĀt quk cho thĀy theo cơ sở dữ li⌀u

10

Eztax, trknh tự 16S rDNA của chủng DN8 có tương đồng cao nhĀt vơꄁi Rhodobacter

của chủng chuऀn Rhodopseudomonas palustris MP4 (MK788359) (Hình 4)

tkm thĀy ở các vwng đ椃⌀a l礃Ā khác nhau trên thĀ giơꄁi, trong tĀ bào của chúng đ

nhưng điểm khác nhau cơ bkn là nhu clơꄁn nhĀt đó là trknh tự nucleotide của gen 16S-rDNA Chủng này đã được ư뀁ng dụng r⌀ng rãi trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki và nuôi trồng thủy skn Đinhững chủng khác, chủng DN62 rĀt có ti

khuÇn DN8, DN62

Để phục vụ cho vi⌀c tco chĀ phऀm chư뀁a vi khuऀn tía quang hợp hỗ trợ hi⌀u quk cho quá trknh xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki, skn xuĀt sinh khái chư뀁a VKTQH là bươꄁc quan trọng được nghiên cư뀁u tiĀp theo VKTQH sinh trưởng phụ thu⌀c vào nhi⌀t đ⌀, đ⌀ pH và lượng chĀt dinh dưỡng trong môi trường Màng sinh học của VKTQH có thể b椃⌀ gikm khi chĀt dinh dưỡng b椃⌀ thiĀu hụt (Talaiekhozani và Rezania, 2017) Vk v⌀y, hai chủng DN8, DN62 được đánh giá knh hưởng của nhi⌀t đ⌀, pH và nồng đ⌀ NaCl, nguồn dinh dưỡng đĀn khk năng hknh thành màng sinh học của chúng KĀt quk sau 3 ngày ủ được thể hi⌀n lđược, các chủng DN8 và DN62 hknh thành màng sinh học tát Có thể giki thích rằng ở loci màng sinh học, sinh v⌀t d̀ dàng vượt qua các đi2006) Để skn xuĀt chĀ phऀm chư뀁a hỗn hợp các chủng vi khuऀn tco 02 chủng vi khuऀn này

đã được đánh giá tính đái kháng cho thĀy chúng không đái kháng lẫn nhau

Hình 5 ¾nh hưởng của nhi⌀t đ⌀, pH và nồng đ⌀ muái đĀn khk năng tco màng sinh học của

2 chủng DN8 (bên trái) và DN62 (bên phki)

11

Hình 6 ¾nh hưởng của nguồn dinh dưỡng đĀn khk năng tco màng sinh học của 2 chủng

DN8 (a) và DN62 (b)

4.6 Ch¿ t¿o ch¿ phÇm chąa vi sinh v¿t °a Ãm QG8

Chủng DN8, DN62 từ áng thcch nghiêng giữ giáng được nhân nuôi cho đĀn khi m⌀t đ⌀ tĀ bào đct khokng 108- 109CFU/ml TiĀp tục nhân nuôi hỗn hợp giáng 120 ml sang 2 bình có thể tích 500 ml cho đĀn khi m⌀t đ⌀ tĀ bào đct khokng108- 109CFU/ml Nhân giáng từ hai bknh thể tích 500 ml sang 2 bknh nhựa trong có thể tích 5l bổ sung 5 g b⌀t đ⌀u tương và 5 g glutamat cho đĀn khi m⌀t đ⌀ tĀ bào đct khokng108- 109CFU/ml Nhân giáng sang bể kính có thể tích 50 (lít) bổ sung100 g b⌀t đ⌀u tương và 100 g glutamat vơꄁi 10 lít hỗn hợp giáng, kiểm tra m⌀t đ⌀ tĀ bào đct khokng108- 109CFU Phái tr⌀n bằng cách kĀt hợp d椃⌀ch vi khuऀn gác và sßi nhẹ keramizit Cân 1kg sßi nhẹ keramizit đã được khư뀉 trwng ươꄁt ở 121oC trong

30 phút để loci các nhóm vi sinh v⌀t ngoci lai, sau đó bổ sung 10 lít d椃⌀ch vi khuऀn, khuĀy

gian lên men trong 48 giờ, thu được chĀ phऀm xư뀉 l礃Ā vi khuऀn ưa Ām dwng để xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m ChĀ phऀm được sư뀉 dụng bằng cách phân phái đtháng xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki, twy từng giai đocn xk nươꄁc thki của nhà máy có thể bổ sung chĀ phऀm 1-2 ltrong thời gian 6 tháng, sư뀉 dụng tát nhĀt trong thời gian 3 tháng kể từ ngày skn xuĀt

12

Hình 7 Sơ lược quá trknh skn xuĀt chĀ phऀm QG8

ch¿ phÇm QG8

Nươꄁc thki d⌀t may từ nhà máy d⌀t được đánh giá bằng m⌀t sá đặc tính như pH, đ⌀ màu,

chuऀn Vi⌀t Nam vgia v

Theo Bkng 1, sau 07 ngày xư뀉 l礃Ā, h(QCVN 13:2015/BTNMT) chỉ có BOD5 và màu của nươꄁc thki, muái còn cao hơn, tuy nhiên nĀu so sánh vơꄁi c⌀t B dành cho nươꄁc xk ra nguồn tiĀp nh⌀n không dwng cho mục đích cĀp nươꄁc sinh hoct thk hoàn toàn đct tiêu chuऀn Theo sá li⌀u phân tích, lượng cyanide, crom VI (Cr6+) và chĀt hoct đ⌀ng b13:2015/BTNMT, tuy nhiên kĀt quk sau 7 ngày xư뀉 l礃Ā cho thĀy chúng đã gikm so vơꄁi ban đr⌀t Cụ thể, các chỉ sá này đ

Nhân giáng m⌀t đ⌀ tĀ bào đct khokng108-

109CFU

Vi khuऀn tía quang hợp giáng

Lên men vơꄁi sßi nhẹ keramizit

Khư뀉 trwng ươꄁt sßi nhẹ keramizit ở

121oC trong 30 phút,

bổ sung sßi nhẹ vơꄁi tỉ l⌀ 1:10 (trọng

lượng/thể tích) vào d椃⌀ch VKTQH thu

được ở bươꄁc 4; Lên men ở nhi⌀t đ⌀ 40

đĀn 45oC, đko tr⌀n theo chu kỳ 6 giờ,

thời gian lên men trong 48 giờ

Môi trường DSMZ 27,

tỷ l⌀ giáng 10% (v/v), nuôi kỵ khí, có

chiĀu sáng đèn sợi đát, To: 30±3; T: 120h

13

Hình 8 Mô hknh xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki (bể sinh học) chư뀁a chĀ phऀm vi sinh QG8

B Áng 1 ChĀt lượng nươꄁc thki trươꄁc và sau xư뀉 lý ở bể sinh học

(mg/L)

COD (mg/L)

TSS (mg/L)

Cyanide (mg/L)

Chlor ine (mg/

L)

Chromi

um VI (mg/L)

Ch Ãt

ho ¿t đßng bÁ

m ặt (mg/L)

5 Đánh giá vÁ các k¿t quÁ đã đ¿t đ°ÿc và k¿t lu¿n

Các chủng vi sinh v⌀t phân l⌀p được có khk năng tco màng sinh học tát ở dki pH từ 4-9, có thể sinh trưởng ở nhi⌀t đ⌀ từ 35-45 oC Trong 5 chủng thu được, ND8 và ND62 thể hi⌀n khk

14

năng tco màng sinh học cao nhĀt, có chư뀁a sắc tá bacteriochlorophyll, phân tích cây chủng

loci phát sinh bằng 16S-rDNA, chủng DN8 có tương đồng cao nhĀt vơꄁi Rhodobacter

sắc tá đß đĀn nâu đß, có chư뀁a bacteriochlorophyll, đã được ư뀁ng dụng r⌀ng rãi trong xư뀉 l礃Ā

nươꄁc thki và nuôi trồng thủy skn

ChĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t QG8 được chĀ tco từ sinh khái chủng vi sinh v⌀t phân l⌀p được vơꄁi m⌀t đ⌀ tĀ bào vi sinh v⌀t dcng d椃⌀ch đct 108- 109CFU/ml, phái tr⌀n vơꄁi sßi nhẹ keramizit Thư뀉 nghi⌀m chĀ phऀm QG8 vơꄁi tỉ l⌀ bổ sung là 1:10 (trọng lượng chĀ phऀm/thể tích) vào hê tháng sinh học xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki 50 lít, ở nhi⌀t đ⌀ 35-45 0C, theo dõi và đánh giá m⌀t sá đặc tính như pH, đ⌀ màu, BOD5, COD, TSS, cyanide, clo, crom VI (Cr6+) và chĀt hoct đ⌀ng bmặt sau 3,5,7 ngày xư뀉 l礃Ā KĀt quk sau 07 ngày, hchuऀn theo c⌀t A (QCVN 13:2015/BTNMT) trừ BOD5 và màu của nươꄁc thki, muái còn cao hơn, tuy nhiên nĀu so sánh vơꄁi c⌀t B dành cho nươꄁc xk ra nguồn tiĀp nh⌀n không dwng cho mục đích cĀp nươꄁc sinh hoct thk hoàn toàn đct tiêu chuऀn Chỉ sá BOD5, COD, TSS, clo, Crom (VI) đ

Có thể thĀy, chưa có nhiki⌀n nhi⌀t đ⌀ cao 35 - 450C ư뀁ng dụng trong vi⌀c hknh thành màng sinh học gắn vơꄁi chĀt mang sinh học để áp dụng trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may Những kĀt quk này đưa ra mở ra triển vọng v

để áp dụng trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may khi mà hi⌀u quk của tháp giki nhi⌀t ở các h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā của nhà máy thường không cao, đặc bi⌀t trong đivào mwa hè ở mi

6 Tóm t¿t k¿t quÁ (tiĀng Vi⌀t và tiĀng Anh)

Tiếng Việt

vơꄁi đó lượng nươꄁc thki trong quá trknh skn xuĀt ngày càng tăng Thành phnươꄁc thki d⌀t nhu⌀m có thể là dchĀt tco màu, chĀt hĀp thụ màu, chĀt tऀy giặt… Loci nươꄁc thki này có nhi⌀t đ⌀ cao, BOD, COD, rắn lơ lư뀉ng SS, đ⌀ màu cao… có thể gây đ⌀c cho các loài thủy sinh và con người Trong h⌀ tháng xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may, nĀu tháp giki nhi⌀t hoct đ⌀ng không hi⌀u quk thk nhi⌀t đ⌀ trong bể xư뀉 l礃Ā sinh học sẽ cao, lên tơꄁi 35 - 450C khiĀn bwn hoct tính b椃⌀ chĀt, knh hưởng đĀn hi⌀u quk xư뀉 l礃Ā chĀt thki của toàn h⌀ tháng Vk v⌀y, nghiên cư뀁u này t⌀p trung vào phân l⌀p và ư뀁ng dụng vi sinh v⌀t ưa Ām (thu⌀c nhóm vi khuऀn tía quang hợp VKTQH) hình thành màng sinh học trên chĀt mang để tăng cường khk năng phân hủy sinh học của nươꄁc

thki d⌀t may KĀt quk, đã thu được chủng DN8 có tên Rhodobacter sphaeroides và DN62

15

Rhodopseudomonas palustris, được sư뀉 dụng để tco ra chĀ phऀm chư뀁a VKTQH trong hct chĀt mang là sßi nhẹ QG8 ChĀ phऀm QG8 được bổ sung vào nươꄁc thki d⌀t may và sau 7 ngày các chỉ tiêu nươꄁc thki d⌀t may như BOD, COD, TSS, pH, clo, Crom (VI) gikm rõ r⌀t

so vơꄁi QCVN 13:2015/BTNMT quy chuऀn kỹ thu⌀t quác gia vnhu⌀m khi xk ra nguồn tiĀp nh⌀n Hi⌀n nay, có rĀt ít công bá vsinh học trong nhóm vi khuऀn tía quang hợp gắn trên chĀt mang để ư뀁ng dụng trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may Những kĀt quk này đưa ra gợi 礃Ā để phát triển phương pháp rẻ tiquk và thân thi⌀n vơꄁi môi trường để áp dụng trong xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t may

Tÿ khóa: phân huỷ sinh học, màng sinh học, vi khuऀn tía quang hợp, nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m

Tiếng Anh

Currently, the textile and garment industry are increasing remarkably to serve people, which means that the amount of wastewater in the production process is rising The origin of components in textile dyeing wastewater can be grease, nitrogen-containing impurities, chemicals in yarn, dyes, color aids, color absorbents, laundry detergents, etc This type of wastewater has alkaline pH, high temperature, BOD, COD, SS suspension and high color… which is toxic to aquatic species or humans In textile wastewater treatment systems, if the cooling tower does not operate effectively, the temperature in the biological treatment tank will be high, up to 35 - 450C, causing the activated sludge to die, affecting the waste treatment efficiency of the entire system Therefore, this study focused on using halo-mesothermophilic (purple phototrophic bacteria PPB) which formed biofilm on the biocarrier to enhance biodegrading of textile wastewater As a result, the strains named

analysis were isolated and used to create a product QG8 containing PPB in cinder beads The carriers attached by QG8 were supplemented into textile wastewater and after 7 days, characters of textile wastewater such as BOD, COD, TSS, pH, chlorine and Crom (VI) were reduced notably in comparison to QCVN 13:2015/BTNMT- national technical regulation on textile and dyeing industry wastewater when discharged to receiving sources To our knowledge, there are rare publications on meso-thermophilic biofilm-forming photosynthetic purple bacteria attached to biocarrier to apply in textile wastewater treatment These results give a hint to develop an in-expensive, effective and friend-ecosystem method to apply in textile wastewater treatment

Keywords: Biodegradation, biofilm, purple phototrophic bacteria PPB, textile wastewater

16

TÀI LIÞU THAM KHÀO

1 A Bhattacharya, N Goyal, A Gupta, Degradation of azo dye methyl red by

alkaliphilic, halotolerant Nesterenkonia lacusekhoensis EMLA3: application in

alkaline and salt-rich dyeing effluent treatment, Extremophiles 21 (2017) 479–490

2 F Zhang, X Guo, D.-K Qian, T Sun, W Zhang, K Dai, R.J Zeng, Decolorization

of acid Orange 7 by extreme-thermophilic mixed culture, Bioresour Technol 291 (2019) 121875

3 F Wei, M.J Shahid, G.S.H Alnusairi, M Afzal, A Khan, M.A El-Esawi, Z Abbas,

K Wei, I.E Zaheer, M Rizwan, S Ali, Implementation of floating treatment wetlands for textile wastewater management: a review, Sustainability 12 (2020)

5801, https://doi.org/10.3390/su12145801

4 J.F Imhoff, Purple nonsulfur bacterua, in: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, 3, 1989, pp 1658–1682

and evaluation of membrane sequencing batch reactor (MSBR) with mixed cultures photosynthetic bacteria for dairy wastewater treatment, J Environ Manage 91 (2010) 1161–1168

6 Morikawa M, Kagihiro S, Haruki M, Takano K, Branda S, Kolter R, Kanaya S

(2006) Biofilm formation by a Bacillus subtilis strain that produces γ-polyglutamate

pulp and paper sludge and monosodium glutamate waste liquor for methane production in a bench-scale digester Bioresour Technol 2011 Feb; 102(4):3673-8 doi:10.1016/j.biortech.2010.10.114 Epub 2010 Oct 28

8 A Talaiekhozani, S Rezania, Application of photosynthetic bacteria for removal of heavy metals, macro-pollutants and dye from wastewater: a review, J Water Process Eng 19 (2017) 312–321

Seesuriyachan, Decolorization of reactive red 159 by a consortium of photosynthetic bacteria using an anaerobic sequencing batch reactor (AnSBR), Prep Biochem Biotechnol 48 (2018) 303–311

10 R.P Singh, P.K Singh, R.L Singh, Present status of biodegradation of textile dyes, Curr Trends Biomed Eng Biosci 3 (2017) 66–68

11 Trüper H G and Fischer U (1982) Anaerobic oxidation of sulphur compounds as electron donors for bacterial photosynthesisPhil Trans R Soc Lond B298529–542

12 E W Rice, R B Baird, A D Eaton and L S Clesceri, 2012 Standard methods for the examination of water and wastewater American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA) and Water Environment Federation (WEF), Washington, D.C., USA

17

PHÄN III SÀN PHÆM, CÔNG BÞ VÀ K¾T QUÀ ĐÀO T¾O CĂA ĐÀ TÀI

3.1 K¿t quÁ nghiên cąu

TT Tên sÁn phÇm Yêu cÅu khoa hãc hoặc/và chß tiêu kinh t¿ - kỹ thu¿t

1 Quy trknh chĀ tco chĀ phऀm

chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām

01 quy trknh mô tk các bươꄁc tiĀn hành và dụng cụ, thiĀt b椃⌀

3 Mô hknh xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki

bằng phương pháp sinh học

để thư뀉 nghi⌀m khk năng

ư뀁ng dụng của chĀ phऀm vi

sinh v⌀t ưa Ām trong vi⌀c

xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki nhà máy d⌀t

nhu⌀m

01 h⌀ mô hknh bể phkn ư뀁ng sinh học xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m có công suĀt 20lit/ngày.đêm

Đ¿t

3.2 Hình thąc, cÃp đß công bß k¿t quÁ

Ghi đáa chß và cÁm

¡n sā tài trÿ căa ĐHQGHN đúng quy đánh

Đánh giá chung

( Đạt, không đạt)

1 Công trình công bá trên tcp chí khoa học quác tĀ theo h⌀ tháng ISI/Scopus

1.1 Tran Thi Huyen Nga, Do Thi Lien, Cung Thi

Nguyen Viet Linh, Nguyen Xuan Canh, Jun

Wei Roy Chong, Kuan Shiong Khoo,

hi⌀n

Đct

18

photosynthetic purple bacteria, Journal of

Water Process Engineering 58 (2024)

https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104769

1.2

2 Sách chuyên khko được xuĀt bkn hoặc k礃Ā hợp đồng xuĀt bkn

2.1

3 Đăng k礃Ā sở hữu trí tu⌀

3.1 Quy trknh skn xuĀt chĀ phऀm vi khuऀn ưa Ām

dwng để xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m và chĀ

phऀm thu được từ quy trknh này

Đơn đăng k礃Ā sáng chĀ được chĀp nh⌀n hợp l⌀ theo QĐ sá 43733/QĐ-

Cục Sở hữu trí tu⌀

ngành quác gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yĀu h⌀i ngh椃⌀ quác tĀ

Huy

Đào, Cung Thi Ngọc Mai, Nguy̀n Trọng Gia

Khánh, Lê Th椃⌀ Nhi Công, 2023 Phân l⌀p và

ư뀁ng dụng vi khuऀn tía quang hợp trong xư뀉 l礃Ā

nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m Tcp chí Khoa học nông

nghi⌀p Vi⌀t Nam, Vol 23, No3: 345-353

19

3.3 K¿t quÁ đào t¿o

TT Hã và tên

Thãi gian và kinh phí tham gia đÁ tài

tiền)

Công trình công bß liên quan

Học viên cao học

ưa Ām để xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m

S ß l°ÿng

đã hoàn thành

1 Bài báo công bá trên tcp chí khoa học quác tĀ theo h⌀

tháng ISI/Scopus

2 Sách chuyên khko được xuĀt bkn hoặc k礃Ā hợp đồng

xuĀt bkn

4 Bài báo quác tĀ không thu⌀c h⌀ tháng ISI/Scopus

5 Sá lượng bài báo trên các tcp chí khoa học của

ĐHQGHN, tcp chí khoa học chuyên ngành quác gia

hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yĀu h⌀i ngh椃⌀ quác

tĀ

6 Báo cáo khoa học kiĀn ngh椃⌀, tư vĀn chính sách theo đặt

hàng của đơn v椃⌀ sư뀉 dụng

đ椃⌀nh chính sách hoặc cơ sở ư뀁ng dụng KH&CN

21

PHÄN VI PHĀ LĀC

I K¿t quÁ nghiên cąu và sÁn phÇm đÁ tài

Phā lāc 1 Quy trknh chĀ tco chĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām

Phā lāc 2 ChĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām

Phā lāc 3 Mô hknh xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki bằng phương pháp sinh học để thư뀉 nghi⌀m khk năng

ư뀁ng dụng của chĀ phऀm vi sinh v⌀t ưa Ām trong vi⌀c xư뀉 l礃Ā nươꄁc thki nhà máy d⌀t nhu⌀m

Phā lāc 4 Công trình công bá trên tcp chí khoa học quác tĀ theo h⌀ tháng ISI/Scopus

Phā lāc 5 Đăng k礃Ā sở hữu trí tu⌀: Quy trknh skn xuĀt chĀ phऀm vi khuऀn ưa Ām dwng để xư뀉

l礃Ā nươꄁc thki d⌀t nhu⌀m và chĀ phऀm thu được từ quy trknh này

Phā lāc 6 Bài báo trên tcp chí khoa học chuyên ngành quác gia

Phā lāc 7 KĀt quk đào tco

PHĀ LĀC 1 QUY TRKNH CHË T䄃⌀O CHË PH숃ऀM CHƯ꼁A

PH þ LþC 1 Quy trình ch Ā t愃⌀o chĀ phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām

trong nước, nhập ngoại và chế phẩm sinh học đang được sử dụng tại bể sinh học có nhiệt

độ cao (35 - 45oC) Chế phẩm được tạo ra bằng cách cho vi khuẩn tía quang hợp (sinh khối đạt 108- 109 CFU/g) bám lên sỏi nhẹ Quy trình chế tạo được thể hiện như trên hình Sau đây là các bước chi tiết để thu được chế phẩm QG8

- Phân lập vi sinh vật ưa ấm: Mẫu nước thải được thu thập tại Công ty dệt may Nam Định tại bể xử lý sinh học khi nhiệt độ trung bình trong nước thải là 35 – 450C

DSMZ 27 cải tiến và bổ sung đậu tương, đặt ở ngoài trời và có khuấy đảo Thu được 05 chủng vi sinh vật có khả năng tồn tại thích nghi ở nhiệt độ 35 – 450C

- Sàng lọc để thu được chủng giống vi sinh vật ưa ấm: Để đánh giá khả năng tạo màng sinh học của các chủng vi khuẩn phân lập được, quy trình được tiến hành khi đưa chủng nuôi cấy non vào môi trường DSMZ 27 lỏng, nhiệt độ 35 – 450C Màng sinh học

tạo thành sẽ được rửa bằng nước cất vô trùng để loại bỏ hoàn toàn môi trường nuôi cấy

và cố định bằng dung dịch tím tinh thể 0,1 % Màng hình thành này sẽ được rửa lại bằng DMSO và đo ở bước sóng 590 nm Các chủng có mật độ quang học cao sẽ được lựa chọn 02 chủng vi sinh vật thể hiện khả năng tạo màng sinh học tốt được đánh giá các yếu tố về nhiệt độ, pH, độ muối, dinh đưỡng để đề xuất quy trình nhân giống phù hợp

- Nhân giống từ ống thạch nghiêng sang môi trường lỏng trong bình 10 ml: Chủng VKTQH DN8 từ các ống thạch nghiêng giữ giống được nhân nuôi riêng trong các bình penicillin có thể tích 10ml chứa môi trường DSMZ 27 dạng lỏng, ủ ở điều kiện kỵ khí,

có chiếu sáng trong phòng thí nghiệm, sau khoảng 3- 5 ngày, mật độ tế bào sẽ đạt khoảng

108- 109 CFU/g tiếp tục nhân giống ở bước tiếp theo

- Nhân giống trong lọ thủy tinh 500 ml: Tiếp tục nhân nuôi hỗn hợp giống sang các bình có thể tích 500ml chứa môi trường dịch thể DSMZ 27 với tổng thể tích giống hỗn hợp 10% (v/v) Sau 5-7 ngày mật độ đạt 108- 109CFU/ml có thể sử dụng làm nguồn giống cấp 1

- Nhân giống thể tích 5, 10, 20, 50 (lít): Các bình giống được đặt dưới ánh sáng mặt trời Sau khoảng 6 -7 ngày kiểm tra nếu mật độ tế bào trong các bình giống đạt 108-

109CFU/ml, dịch vi khuẩn tía có màu đỏ nâu đến đỏ tía (tùy thuộc vào điều kiện khí hậu như nhiệt độ, ánh sáng) thì có thể tiến hành thu sinh khối cho bước tiếp theo

- Tạo chế phẩm xử lý nước thải dệt nhuộm bằng lên men vi khuẩn ưa ấm trên chất mang sỏi nhẹ keramizit: Khi mật độ tế bào VKTQH dạng dịch đạt 108- 109CFU/ml, tiến hành phối trộn bằng cách phối trộn dịch vi khuẩn gốc và sỏi nhẹ keramizit theo tỷ lệ

tương ứng 1:10 (thể tích/trọng lượng), sau khi trộn đều, chờ lên men sau 48h, thu được sản phẩm phối trộn

S ỏi nhẹ keramizit được sử dụng làm cơ chất không những có vai trò gắn các vi

sinh vật có khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ và tạo màng sinh học cao mà con là nguồn cơ chất giúp thấm hút một phần các hợp chất này tạo chế phẩm sinh học Sỏi nhẹ keramizit được khử trùng ướt ở 121oC trong 30 phút để loại các nhóm vi sinh vật ngoại lai

Chế phẩm tạo thành được đóng đóng gói trong túi kẽm 1 kg, 5 kg hoặc 10 kg; chế

phẩm được sử dụng bằng cách phân phối đều trong bể sinh học của khu xử lý nước thải dệt nhuộm tại các nhà máy dệt nhuộm, tùy từng giai đoạn xả nước thải của nhà máy có thể bổ sung chế phẩm 1-2 lần/tuần Chế phẩm vi khuẩn ưa ấm dùng để xử lý nước thải dệt nhuộm bảo quản trong thời gian 6 tháng, sử dụng tốt nhất trong thời gian 3 tháng kể

từ ngày sản xuất

Hình 1 Thể hiện sơ đồ quy trình sản xuất chế phẩm vi khuẩn ưa ấm dùng để xử lý nước thải dệt nhuộm

Chế phẩm vi khuẩn ưa

ấm

(1)

Nhân giống bình 500ml

Môi trường DSMZ 27 Nuôi kỵ khí, có chiếu sáng đèn sợi đốt

To: 28±3; T: 120 giờ

Nhân giống lọ penicillin 10ml

Vi khuẩn tía quang hợp giống

Môi trường DSMZ 27,

tỷ lệ giống 10% (v/v), nuôi kỵ khí, có chiếu sáng

đ đèn sợi đốt, To: 30±3; T: 120 giờ

(2)

Môi trường lỏng chứa bột đậu tương

và glutamate (1g/lit), tỷ lệ giống 10% (v/v)

Nuôi vi hiếu khí, có chiếu sáng mặt trời

To: 28±5; T: 150 giờ

(3) Nhân giống bình nhựa PET 5, 10 và 20 lít

Môi trường chứa bột đậu tương / và glutamate 1g/lit, tỷ lệ giống 10% (v/v) Nuôi vi hiếu khí, có chiếu sáng mặt trời

Phân lập vi khuẩn tía

quang h ợp ưa ấm từ

nước thải Nhà máy dệt

may bằng môi trường

PHĀ LĀC 2 CHË PH숃ऀM CHƯ꼁A VI SINH V숃⌀T ƯA 숃ĀM

PH þ LþC 2

Ch Ā phऀm chư뀁a vi sinh v⌀t ưa Ām QG8, 20 lít chĀ phऀm d愃⌀ng lỏng, m⌀t đ⌀ vi sinh v⌀t 10 8 CFU/g

D ịch nuôi chư뀁a vi khuऀn ưa Ām (5l) D ịch nuôi chư뀁a vi khuऀn ưa Ām (50l) Ch Ā phऀm có vi sinh v⌀t bám dính trên sỏi nhẹ

PHĀ LĀC 3 MÔ HKNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HàC Đ쨃ऀ THỬ NGHIëM KHẢ NĂNG Ư꼁NG DĀNG C唃ऀA CHË PH숃ऀM VI SINH V숃⌀T ƯA 숃ĀM TRONG VIëC XỬ LÝ NƯỚC THẢI NH䄃

- Sỏi keramzit cố định vi sinh vật (QG8)

Bể chứa nước thải

- Lưu lượng thiết kế: 20L/24h

- Chiều cao bể: 0,5m

- Thể tích yêu cầu của bể: V = 50L

- Chọn kích thước bể phản ứng: 0,4x0,5x0,7m3

V⌀n hành mô hình:

kiểm tra các thông số về pH, BOD5, COD, TSS, cyanua, Chlo, Cr6+, và chất hoạt động bề mặt, phù hợp cho xử lý hiếu khí được chuyển vào bể chứa nước thải đầu vào

- Nước sẽ được lắng lần 1 và trong bể có thanh chắn lọc để bơm lên bể xử lý sinh

học bằng vi sinh vật

- Thanh chắn lọc này giúp loại bỏ cặn và các loại rác kích thước lớn

- Tốc độ máy bơm nước vào bể xử lý là là 0,5 lit/h Tại bể xử lý, sục khí (tốc độ 4

mg/L) (Quá trình sục khí giúp cung cấp oxy cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển

tốt nhất

- Sau 3 ngày, nước chảy tới mức ngăn giữa bể xử lý và bể lắng, quá trình sục khí vẫn được hoạt động, nước thải vẫn được bơm cho tới khi nước tràn sang bể lắng Máy bơm hoạt động liên tục như vậy, cho tới khi nước ở bể lắng chảy tới ống nhựa vòng quanh bể qua các lỗ nhỏ tại đó sẽ được chảy vào bể chứa nước thải đầu ra

- Sau 3,5,7 ngày, đánh giá các thông số về pH, BOD5, COD, TSS, cyanua, Chlo, Cr6+,

và chất hoạt động bề mặt trong nước thu được, so sánh với cột A (QCVN 13:2015/ BTNMT về chất lượng nước thải công nghiệp dệt nhuộm Kết quả sau 07 ngày, hầu

hết các chỉ số đánh giá đều đạt tiêu chuẩn theo cột A (QCVN 13:2015/BTNMT) trừ BOD5 và màu của nước thải, muối con cao hơn, tuy nhiên nếu so sánh với cột B dành cho nước xả ra nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt thì hoàn toàn đạt tiêu chuẩn

PHĀ LĀC 4 CÔNG TRÌNH CÔNG B퐃Ā TRÊN T䄃⌀P CHÍ KHOA HàC QU퐃ĀC TË THEO Hë TH퐃ĀNG ISI/SCOPUS

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

Available online 25 January 2024

2214-7144/© 2024 Elsevier Ltd All rights reserved.

Enhancement of textile wastewater biodegradation by bio昀椀lm formed on

carriers by two halo thermophilic photosynthetic purple bacteria

Tran Thi Huyen Nga a , Do Thi Lien b , Cung Thi Ngoc Mai b , Pham Kien Cuong c ,

Nguyen Viet Linh b , d , Nguyen Xuan Canh e , Jun Wei Roy Chong f , Kuan Shiong Khoo g ,

Le Thi Nhi-Cong b , d , * , Pau Loke Show h , i , **

aVNU University of Science, Vietnam National University-Hanoi, Hanoi 11400, Viet Nam

bInstitute of Biotechnology, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

cInstitute of New Technology, Academy of Military Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

dGraduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi 10072, Viet Nam

eVietnam National University of Agriculture, Trau Quy, Gia Lam, Ha Noi 12406, Viet Nam

fDepartment of Chemical and Environmental Engineering, Faculty of Science and Engineering, University of Nottingham Malaysia, Jalan Broga, 43500 Semenyih,

Selangor Darul Ehsan, Malaysia

gDepartment of Chemical Engineering and Materials Science, Yuan Ze University, Taoyuan, Taiwan

hDepartment of Chemical Engineering, Khalifa University, P.O Box 127788, Abu Dhabi, United Arab Emirates

iZhejiang Provincial Key Laboratory for Subtropical Water Environment and Marine Biological Resources Protection, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China

to enhance biodegrading of textile wastewater As a result, the DN62 and DN8 strains named Rhodopseudomonas

palustris DN62 and Rhodobacter sphaeroides DN8 by 16S DNA analysis were isolated and used to treat textile

wastewater They could well grow and form bio昀椀lm at 35–60 ç C, pH 4–9, and salinities with 0–4 % Cinder beads were suitable carriers for bio昀椀lm formation The carriers attached by DN1 were supplemented into textile wastewater and after 7 days, characters of textile wastewater such as BOD, COD, TSS, chlorine, Chromium (VI) were reduced notably In details, these indicators were reduced 97.3; 95.7; 88.8;68.9 and 56.5 %, respectively These results give hint to develop an in-expensive, effective, and friend-ecosystem method to apply in textile wastewater treatment with raised temperature and salinity

1 Introduction

Annually, approximately 2.8 × 10 5 tons of textile wastewater were

spilt into the environment [ 1 ] The components in textile wastewater are

an important relevant agent of environmental pollution and human

illness [ 2 ] Textile wastewater overall is very multifarious and varies as

high temperature, numerous typical chemicals such as dyes, surfactants,

electrolytes, starch, substances oxidized [ 3 ] Textile wastewater could

alter the obtaining water bodies not only physically, chemically but also

biologically Textile wastewater is comprised of harmful dyes, pigments,

dissolved/suspended solids, and heavy metals [ 4 ] Characteristics of the

obtaining water such as biochemical oxygen demand (BOD), chemical

oxygen demand (COD), total dissolved solids (TDS), total suspended solids (TSS) all increase Moreover, the pH also changes leads to water bodies be colored extremely [ 5 ]

To treat textile wastewater, there are a number of approaches were applied However, these methods normally are expensive, incomplete removal and production of concentrated sludge ([ 4 ] A basic processing system including 3 levels was used Step 1 includes pre-treatment, pre- liminary treatment of raw waste, and cooling tower to lower the tem- perature of wastewater to normal conditions for the next treatment steps Step 2 can combine physicochemical, chemical and biological processes, at this stage the main components of wastewater will be treated, in the processes taking place at level 2, microbial activity in the

* Correspondence to: L.T.N Cong, Institute of Biotechnology, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, CauGiay, Hanoi, Viet Nam

** Correspondence to: P.L Show, Department of Chemical Engineering, Khalifa University, P.O Box 127788, Abu Dhabi, United Arab Emirates

E-mail addresses: lenhicong@ibt.ac.vn (L.T Nhi-Cong), PauLoke.Show@ku.ac.ae , PauLoke.Show@nottingham.edu.my (P.L Show)

Contents lists available at ScienceDirect

Journal of Water Process Engineering

journal homepage: www.elsevier.com/locate/jwpe

https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104769

Received 5 July 2023; Received in revised form 26 December 2023; Accepted 31 December 2023

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

2

biological tank is the key to the treatment process Step 3 is the 昀椀nal

sterilization and micro昀椀ltration step to ensure the output criteria of

wastewater before being released into the ecosystem according to

cur-rent regulations [ 6 , 7 ] The biological treatment process is usually placed

after the cooling tower to balance the temperature of the system and

after the physicochemical process to ensure the stability of the pollutants

in the tank, helping the microbiological treatment process Objects with

the best performance However, in fact, in many textile and dyeing

wastewater treatment systems, the cooling tower is not showing the

desired cooling effect As a consequence, the textile wastewater

tem-perature discharged from the dye bath and washing procedures can

reach 50–80 ç C [ 2 ], which inhibits cell viability and destructures of the

azo reductase enzyme Moreover, high salinities of 15 to 20 % [ 2 ] may

lead to plasmolysis and enzyme activity reduction [ 3 ] High temperature

and salinity have a great in昀氀uence on the adaptation and survival of

microorganisms in the tank, which can lead to sludge death and low

treatment ef昀椀ciency Thermal textile dyeing wastewater treatment

sys-tem is feasible and makes a lot of scienti昀椀c and practical sense

There-fore, developing a group of microorganisms with optimal growth and

development temperature at 45–55 ç C can solve this problem, the

bio-logical tanks here will still bring high ef昀椀ciency Factories save costs by

investing in additional technologies in cooling towers Groups of

mi-croorganisms isolated from the environment, resistant to temperatures

of 45–55 ç C have also been researched and applied in practice, so there

is a potential for their application to biological tanks Thermophilic

organisms, because of their concordance to harsh industrial processes,

are in concern of researchers in both academic and biotechnological

aspects [ 8 ]

Halo-thermophilic PPB has been widely investigated for textile

wastewater treatment due to its characteristic to remove organic

sub-strates under both anaerobic and minor-aerobic conditions

Photosyn-thetic bacteria including Rhodobacter sphaeroides [9], Rhodopseudomonas

palustris [10], R blasticus, R capsulatus, and Rhodovulum strictum Tran

et al [ 27 ] have been reported to be competent in textile wastewater

removal Another typical purple photosynthetic bacterium (PPB) -

R palustris has been proved to have the sulfonated Reactive Red 195

degradable ability [ 10 ] PPB could also eliminate 91–95 % organic

matters of noodle-processing wastewater by applying a 6

day-photo-bioreactor [ 11 ] Similar research by Kaewsuk et al [ 12 ], reported that

mixture cultivation of PPB applied in dairy wastewater treatment could

remove 99.44 then 99.64 % of initial 2500 mg/L COD after hydraulic

retention time of 10 days by using a membrane sequencing batch reactor

(MSBR) Talaiekhozani and Rezania [ 13 ] have shown that PPB can

remove different pollutant for instant polycyclic aromatic hydrocarbons,

heavy metals and organic compounds from wastewater This group of

bacteria are resistant to tolerant physical and chemical conditions

including salty, temperature, pH, carbon and nitrogen sources They

distribute in a large range of temperatures from 4 to 60 ç C and many of

them are thermophilic bacteria PPB has many advantages using in

bioremediation processes because it has the capacity of utilization of

various types of organic compounds and survival under both light-

anaerobic or dark-aerobic conditions They have a good potential for

application in textile waste-water treatment [ 14 ] PPB immobilization

such as Rhodopseudomonas sp S16-VOGS3 has been published as a

promising approach to apply in environmental pollution [ 15 ] Also, PPB

bio昀椀lms can work well if organic recalcitrants are accessible in the

environment [ 16 ] According to Sun et al [ 17 ], 40 phyla of bacteria

which formed bio昀椀lm on the roots of 昀氀oating plants to remove dyes,

pigments, organic matter, nutrients, heavy metals, and other pollutants

from the textile ef昀氀uent were identi昀椀ed, among these most common was

Proteobacteria, followed by Actinobacteria, Bacteroidetes, and

Cyano-bacteria However, the application of halo-thermophilic PPB consortium

attached to a biocarrier on textile wastewater treatment has not been

announced so far Therefore, the aim of this study is to use bio昀椀lm-

forming halo-thermophilic PPB to immobilize the carrier in order to

enhance the reduction of BOD, COD, TSS, pH, chlorine, Crom (VI)

containing in textile wastewater The results may give a hint to improve novel, effective and pro昀椀table approaches to treat textile wastewater

2 Materials and methods

2.2 Culture medium and chemicals

The PPB strains were isolated under the anaerobic condition at 45 ç C

20 cm away from a 60 W tungsten lamp in closed 16 mL screw-cap tubes

in similarity with Winogradsky column enclosed with low-chloride mineral (LCM) salts medium consisting of 25 mL of sterile 1 M K(NH 4 )

PO 4 (pH 7.0) and 2 mL of 昀椀lter-sterilized vitamin solution in all iments [ 18 ] The LCM medium was supplemented with 10 % (volume/ volume) of natural textile wastewater After 7 days, 10 % of the culti- vation was brought to the next repeat experiments After 3 repeat times

exper-of the enrichment process, the culture was spread on LCM agar to isolate the PPB The dark red- or pink-colored colonies were provided into each fresh modi昀椀ed LCM liquid and agar medium and then incubated under

60 W tungsten lamp at 45 ç C The selections were deposited in a glycerol stock at −20 ç C for further investigation

2.3 Morphological, physiological and biochemical characterization of strains

Several characteristics of the selected bacteria including Gram staining, microscopical observations for intact cellular maximum ab- sorption, and carbon source stimulation were surveyed PPB strains were thereafter identi昀椀ed by biochemical tests according to Bergey’s Manual

of Determinative Bacteriology [ 19 ] The growth of PPB was measure by ΔOD value at wavelength 800 nm because of the bacteriochlorophyll absorbent [ 19 ]

Then, bacteriochlorophyll absorption spectra were measured by spectrophotometric method in the 400–900 nm region on Novaspec II spectrometer (UK) and UV-1650PC spectrometer (Japan) [ 18 ] Identi- 昀椀cation of photosynthetic purple bacteria was conducted as presented

by Ramana et al [ 20 ] Brie昀氀y, a 1500 bp section located within the 16S rRNA gene was ampli昀椀ed by applying two primers with the following sequences: 27f primer: (5 ′ -GAGTTTGATCCTGGCTCAG-3) and 1527r primer: (5 ′ -AGAAAGGAGGTGATCCAGCC-3 ′ ) The gained sequence gene was recognized under sequencing ABI Systems (USA) and was analysed

by Bioedit, Clustal X and Mega4 softwares

2.4 Bio昀椀lm formation and affected by temperature, pH and salinity factors on bio昀椀lm formation

The isolates were studied on the ability of bio昀椀lm formation as described by Yamaga et al [ 21 ], with small modi昀椀cations on the me- dium to cultivate the photosynthetic purple bacteria [ 22 ]

For the temperature factor, the PPB strains were inoculated in liquid LCM and the cultivation was stood at different temperatures including

35, 40, 45, 50, 55 and 60 ç C The suitable temperature value was applied for the pH factor investigation The pH of the cultured medium was justi昀椀ed at a range of values from 3 to 9 with a gap of 0.5 The optimal temperature and pH were used to conduct the salinity affection on bio昀椀lm formation by testing a number of NaCl concentrations from 0 to

4 % with a gap of 0.5 % The bio昀椀lm formation capacity of the PPB was

T.T.H Nga et al

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

3

measure at wavelength 590 nm as instruction of Yamaga et al [ 21 ]

2.5 Design, install and test biological tank to treat textile wastewater

2.5.1 Operating conditions and procedures

All experiments were conducted under light (5000 Lux illumination)

at 55 ± 2 ç C and repeated triplicates

Carriers i.e coconut 昀椀bre and cinder bead were prepared as

described by Chen et al [ 23 ]

2.5.2 Bacterial immobilization

The combined cultivation of the selected PPB was carried out on LCM

liquid medium When the density of the culture was 10 8–10 9 CFU/mL,

poured it on carriers This mixture inoculation was cultivated at a

temperature of 55 ± 2 ç C for 120 h s for the bio昀椀lm of the PPB

immo-bilizing on the surfaces of the carriers as mentioned by Nhi-Cong et al

[ 22 ]

2.5.3 Removal of pollutants by formation of bio昀椀lm cells on carriers

Roughly 4 g of bio昀椀lm-coconut 昀椀bre or bio昀椀lm-cinder bead (six

pieces), were put into textile wastewater and LCM medium with a

vol-ume of 75 mL in 100 mL glass 昀氀asks The different rates of textile

wastewater and LCM medium including 10:1; 5:1; 3:1 and 1:1 was set for

7 days At different times, the COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and

Chro-mium (VI) values were measured The abiotic control was conducted by

using a sterile carrier The mixture without carriers was applied as a

control, too The suitable carrier and rate between textile wastewater

and medium were selected for the next experiment in a 50-L module A

similar procedure was prepared as mentioned above

2.5.4 Quanti昀椀cation of cell number

A piece of carrier immobilized by bio昀椀lm in the above experiments

was taken, their moisture weight estimated and was rinsed two times

with 5 mL of NaCl of 0.9 % w/v saline solution (to eliminate the

planktonic cells and was sliced into tiny portions) The quanti昀椀cation

test was conducted as reported by Nhi-Cong et al [ 22 ] with alterations

such as LCM medium and temperature at 55 ± 2 ç C During the

waste-water treatment, for the waste-water samples, 1 mL sample was analysed; for

the carriers attached by the bacteria, 1 mg was taken to determine the

density of bacteria

2.5.5 Scanning electron microscope SEM

The cellular morphology of the bio昀椀lm adhered to carriers was

observed under scanning electron microscopy (SEM, JSM-840, Japan)

2.5.6 Analyses

The COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and Crom (VI) values were

eval-uated in the experiments at each stage before and after biological

treatment A EUTECH Instrument 510 pH meter (The Netherlands) was

used to measure the pH values TSS, BOD 5 and COD concentrations were

quanti昀椀ed according to Rice et al [ 24 ]

3 Results and discussion

3.1 Isolation bio昀椀lm forming meso-thermophilic photosynthetic purple

bacteria

The enrichment of PPB strains were carried out by using the

Winogradsky column method [ 25 ] From textile wastewater samples

taken from Nam Dinh textile and garment company in the North of

Vietnam 5 photosynthetic purple bacteria were isolated These strains

were used to evaluate the bio昀椀lm formation capacity The medium

without bacteria was the negative control and the strain P23 which was

published as well bio昀椀lm formation [ 21 ] was the positive control The

results were presented in Fig 1 As the results shown in Fig 1 , these 5

isolates have well bio昀椀lm formation capacity, however, the DN62 and

DN8 were better than the others Therefore, DN62 and DN8 were used for further identi昀椀cation

It demonstrated that the using of bio昀椀lm of one species is more synergistic than planktonic type in nitrogen, phosphorus, and COD removal from wastewater [ 26 ] PPB have a high capacity of removing heavy metals, dyes and macro-pollutants containing in wastewater, especially textile wastewater [ 13] For instant, R blasticus, R adriaticus,

Rhodopseudomonas capsulatus, R palustris and Rhodovulum strictrum were

reported to degrade azo color containing in textile wastewater [ 27 ] PPB immobilized growth reactors are able to remove contaminants from the wastewater in a shorter time than PPB suspended growth reactors due to the capacity of the bio昀椀lm to remain the biomass [ 28 ]

3.2 Morphological, physiological and biochemical characterization of strains

For the identi昀椀cation of PPB, several biological, physiological and biochemical characteristics such as cellular and colony morphology, bacteriochlorophyll absorption, carbon source stimulation and 16S-DNA analysis were investigated Colonies of strain DN8 were found to be in the shape of circular, and convex, with smooth surfaces, tiny and yellow- brown in colour; colonies of strain DN62 were also circular, convex, and smooth with dark red in colour The strains’ structure of cell, size, cell division and 昀氀agella were observed under SEM with a Model S-4800 (Hitachi, Japan) The DN8 was short and reproduced by budding at one pole, meanwhile, the strain DN62 was long and reproduced by budding

at the side ( Fig 2 ) These isolates are Gram-negative The chlorophyll was absorbed by the spectrophotometry method with a wavelength of 400–900 nm in Navaspec II (England) and UV-1650PC (Japan) equipment There were bacteriochlorophyll and carotenoids including spirilloxanthin and sphaeroidene in both strains, but no structures of the internal membrane were observed The DN8 had maximum absorption at 866, 806, 630, 591, 543 and 531 nm; but the DN62 had absorption maxima at 870, 807, 592, 529, 501 and 475 nm The presented characteristics of strain DN8 differed from the three other

bacterio-PPB isolates in Vietnam which were identi昀椀ed as Rhopseudomonas sp DD4, Rhopseudomonas sp DQ4 and Rhopseudomonas sp FO2 [22 ] However, the strain DN62 has many similarities with these published strains

According to Talaiekhozani and Rezania [ 13 ], PPB have chlorophyll to produce their energy Bacteriochlorophyll is demon- strated to be able to adsorb longer wavelength of light than chlorophyll Among 7 types of bacteriochlorophyll including a, b, c, d, e, f and g these types, the type of a is the most common type of bacteriochlorophyll in the PPB The PPB that possess bacteriochlorophyll do not utilize water as

bacterio-an electron donor as they do not generate oxygen; therefore, the bacteria have anoxygenic photosynthesis process and they could grow both in aerobic or anaerobic conditions [ 29 ]

The LCM mineral salt medium supplemented with different carbon sources such as acetate, ethanol, formate, glycerol, isopropanol, malate, methanol, succinate and sorbitol (3 mM) were prepared for classi昀椀ca- tion by growing all strains on these media The achieved results were described in Fig 3 The ΔOD at wavelength 800 nm was obtained to

Fig 1 Bio昀椀lm formation capacity of the isolates

T.T.H Nga et al

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

4

evaluate the growth of both strains on different carbon sources The

results pointed out that the strain DN8 could well grow on glycerol,

malate, ethanol, sorbitol, succinate, and acetate and could not grow on

formate, methanol and isopropanol These capacities are in similarity to

the species Rhodobacter [19 ] But the strain DN62 could grow on all

carbons such as formate, methanol, isopropanol, glycerol, malate,

ethanol, sorbitol, succinate, and acetate These abilities of the strain

DN62 are in agreement with species of Rhodopseudomonas [19] To

af昀椀rm these predictions, all selected strains were analysed by using 16S

rRNA gene sequences and the phylogenetic relationships were shown in

Fig 4 According to DNA analysis, the DN62 was similar in 100 % of

sequence homology with the Rhodopseudomonas palustris MP4

(accession number MK788359) and the DN8 was similar in 100 % of

sequence homology with the Rhodobacter sphaeroides JA193 (accession number MN605656) Therefore, they were named as Rhodopseudomonas

palustris DN62 and Rhodobacter sphaeroides DN8 The gene sequence of

the DN62 was signed in DNA Data Bank of Japan with accession number LC757522 but the strain DN8 has not yet been recorded

3.3 Effect of temperature and pH on bio昀椀lm forming meso-thermophilic photosynthetic purple bacteria

Production of PPB biomass depends on temperature, pH and amount

of nutrients in the environment PPB bio昀椀lms can be reduced if the

Fig 2 a) Cellular and b) colony morphologies of strain DN8; and c) cellular and d) colony morphologies of strain DN62

Fig 3 Effect of carbon sources on the growth of the strain DN8 and DN62

T.T.H Nga et al

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

5

Fig 4 Dendrogram illustrating the phylogenetic relationships of two selected strains with other PPB species based on 16S rRNA gene sequence analysis Numbers at

nodes are referred as con昀椀dence values of bootstrap analysed with 1000 resampling Bar, 1 nucleotide substitution per 100 nucleotides

Fig 5 Effect of temperature a), pH b) and salinity c) on bio昀椀lm formation capacity of the isolates DN8 and DN62, respectively

T.T.H Nga et al

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

6

amount of nutrients are insuf昀椀cient [ 13 ] Therefore, the two

photo-synthetic purple bacteria were used to examine the in昀氀uence of

tem-perature, pH and NaCl concentrations on their bio昀椀lm-forming capacity

The results after 3 day-incubation were shown in Fig 5 a), b), and c)

respectively From the obtained results, the isolates DN8 and DN62 were

well bio昀椀lm formed under all conditions It could be explained that in

the bio昀椀lm type, organisms easily overcome restricted conditions [ 30 ]

These results were not in agreement with the above opinion of

Talaie-khozani and Rezania [ 13 ]

But according to Talaiekhozani and Rezania [ 13 ], PPB bio昀椀lms can

remove persistent organic pollutants such as dye and heavy metals from

wastewater if an inadequate quantity of carbon sources are manageable

Therefore, for further experiments, the natural textile wastewater was

used without adjusting pH and NaCl concentration and the experiments

were conducted at 55 ç C This temperature may represent ones in textile

wastewater which are as high as 50–80 ç C [ 2 ], which could prevent

viability of organisms and lead to the structure destruction of the azo

reductase enzyme High salinities of 1.5 to 2.0 % in textile wastewater

[ 2 ] also result plasmolysis and reduce enzyme activity [ 3 , 31 ] These

tolerant conditions are the blocks in the azo dye decolorization, however

organisms in the bio昀椀lm type could overcome these challenges in the

textile wastewater removal procedure

3.4 Design, install and test biological tank to treat textile wastewater

3.4.1 Selection suitable carrier and rate of textile wastewater and LCM

medium

The different rates of textile wastewater and LCM medium including

10:1; 5:1; 3:1 and 1:1 was set for 7 days ( Fig 6 ) At different times, the

COD, BOD, TSS, pH, chlorine, and Crom (VI) values were measured The

measured data showed that the suitable rate of textile wastewater and

LCM medium for both coconut 昀椀bre and cinder bead carriers were 5:1

and the detailed residue values of COD, BOD, TSS, pH, chlorine, Crom

(VI) of rate 5:1 were presented in Table 1 According to Table 1 , in

comparison with the natural textile wastewater, the values of COD,

BOD, TSS, chlorine and Crom (VI) were strongly decreased in the

experiment containing bio昀椀lm attached to the cinder bead; meanwhile using coconut 昀椀bre was not effective in all tests with or without bio昀椀lm The bio昀椀lm without carrier test was better than the test using coconut 昀椀bre It could be explained that some components in coconut 昀椀bre were dissolved in toxic textile wastewater Because the textile wastewater contained dyes in high concentrations [ 32 ] The pH value was not changed much in all experiments The results suggested that the cinder bead was the better carrier than coconut 昀椀bre, then it was selected for 50-l modules with the rate of textile wastewater and LCM medium 5:1 Until now, treating dyes in textile wastewater by a single and econom- ical method still remains as a signi昀椀cant challenge [ 6 ] The results in the Table 1 also showed that the maintained biomass in the experiments were higher than 10 7 (CFU/mL or CFU/mg) These values indicated that the bacteria immobilized on carriers was well maintained on carriers The results were in agreement with another our reported results [ 22 ] Physical and chemical procedures include adsorption and membrane 昀椀ltration, or Fenton oxidation, as well as combine approaches such as biological and electrochemical application, have been conducted as ef- forts for treatment of textile wastewater With the competence to convert a wide spectrum of dyes, economical expense and being eco- friendly in nature, biological techniques have been considered the most promising approach in textile wastewater treatment [ 33–35 ] A few investigations of PPB have recorded their aptitude for growing in

textile wastewater, with results published for PPB such as Rhodobacter

sphaeroides [9], Rhodopseudomonas palustris [10], Rhodovulum strictum,

R capsulatus, and R blasticus, Tran et al [27 ]

3.4.2 Treatment textile wastewater in 50 L modules

The selected bacteria demonstrated that they could form bio昀椀lm well

at pH 4–9 and at 35–60 ç C Then, these results supported the ideal application of these strains to attach on cinder bead In Fig 7 , the mixture of bacteria was conducted to form a bio昀椀lm on a carrier In Fig 8 , the microorganisms attached on carrier and the control which was the carrier without bacteria were shown Besides, the biomass shown in Table 2 were stable (10 7 –10 8 CFU/mg) The stability of the biomass af昀椀rmed the role of microorganisms in the investigation Mani

Fig 6 Experiment with different rates of textile wastewater and LCM medium by using bio昀椀lm attached to a) coconut 昀椀bre and b) cinder bead WB, control

containing only textile wastewater without bio昀椀lm; Without TW, control containing bio昀椀lm attached to a) coconut 昀椀bre and b) cinder bead without textile wastewater; other rates were the rates between textile wastewater and LCM medium

T.T.H Nga et al

Journal of Water Process Engineering 58 (2024) 104769

7

and Bharagava [ 36 ] reviewed microorganism adherence on the surface

of carriers and the bio昀椀lm processes were applied in textile industry

wastewater treatment Puyol et al [ 16 ] explored the role of mixture

cultivation of PPB for wastewater treatment in anaerobic conditions The mixture well removed various chemical groups including aromatic and aliphatic organics, inorganic salts and metals containing in waste- water.For the purpose to 昀椀nd an effective, economic, and eco-friendly method for textile industry in Vietnam, a standard for textile waste- water (QCVN 13:2015/BTNMT) was applied to compare the output wastewater after treatment The textile wastewater was evaluated by several characteristics such as pH, BOD 5 , COD, TSS, cyanide, chlorine, chromium VI (Cr 6+ ), and surfactant In 50 L modules, other values including cyanide and surfactant are suitable with characters in QCVN 13:2015/BTNMT And the results were in comparison with the Viet- namese standard for textile wastewater (QCVN 13:2015/BTNMT) These characteristics belonged to type B ( Table 2 )

According to Table 2 , after using meso-thermophilic bio昀椀lm forming photosynthetic purple bacteria attached to cinder beads, the textile wastewater was treated Most characters belonged to type A (QCVN 13:2015/BTNMT) only BOD 5 and color of the wastewater were not The amount of cyanide, chromium VI (Cr6+) and surfactant in the original wastewater was lower than the standards in the QCVN 13:2015/BTNMT then they were not the problem The characteristics of textile waste- water such as BOD, COD, TSS, chlorine, Crom (VI), were reduced remarkably In details, these indicators were reduced 97.3; 95.7; 88.8;68.9 and 56.5 %, respectively

PPB could remove nitrogen and phosphorus They also produce a considerable amount of oxygen which is available for the degradation of organic compounds by chemotrophic bacteria Imhoff [ 19 ] Since photosynthetic bacteria needs carbon dioxide for growth, these micro- organisms are able to 昀椀x carbon dioxide in polluted air at the same time

of wastewater treatment Moia et al [ 15 ] Wang et al [ 5 ] demonstrated that photosynthetic bacteria are able to utilize azo wastewater Photo- synthetic bacteria are able to remove the color with the rate rised to 90.1%, and the COD with the rate rised to 92.8%

A similar investigation by Nookongbut et al [ 37 ], recorded that the

growth of a bio昀椀lm forming R palustris strain attached on polyvinyl

alcohol cryodels brought about the remarkably reduction of COD, in detail 72 % of COD was decreased after 21 experiment days Bio昀椀lm- forming bacteria are mainly employed in texture wastewater treat- ment because of their advantages of bioconversion of coloring agents into less toxic by-products Similarly, biomass-based dye removal pro- cesses based on bacterial, fungal and algal materials could be an

Table 1

Residue values of COD, BOD, TSS, pH, chlorine, Chromium (VI) and biomass after 7 day-inoculant

Experiments COD (mg/L) BOD (mg/L) TSS (g) pH Chlorine (mg/L) Chromium (VI) (mg/L) Biomass (CFU/mL or CFU/mg) Natural textile wastewater 259.2 ± 3.4 179.2 ± 4.1 0.026 ± 0.1 8.5 ± 0.1 1.8 ± 0.3 0.023 ± 0.001 4 × 10 3 ±12

Bio昀椀lm without carrier 196.88 ± 3.1 141.3 ± 5.2 0.025 ± 0.02 7.9 ± 0.2 1.3 ± 0.1 0 13 × 10 7 ±14

Bio昀椀lm attached on coconut 昀椀bre 241.80 ± 7.8 171.3 ± 7.1 0.022 ± 0.01 8.3 ± 0.3 1.1 ± 0.4 0 11 × 10 8 ±9

Bio昀椀lm attached on cinder bead 131.54 ± 6.2 111.3 ± 4.6 0.018 ± 0.02 7.8 ± 0.1 0.2 ± 0.1 0 6 × 10 7 ±11

Coconut 昀椀bre without bio昀椀lm 250.53 ± 3.4 173.2 ± 5.5 0.027 ± 0.02 8.4 ± 0.1 1.4 ± 0.3 0.021 ± 0.001 ND

Cinder bead without bio昀椀lm 174.32 ± 3.7 125.07 ± 7.1 0.19 ± 0.01 8.2 ± 0.2 1.4 ± 0.2 0.020 ± 0.001 ND

(ND: not determined)

Fig 7 Bio昀椀lm formation on carrier to apply in 50-l modules

Fig 8 SEM image of the strain on a) carrier and b) carrier without bacteria

T.T.H Nga et al