đánh giá chất lượng nước ngâm tre, nứa tại xã yên tiến- ý yên- nam

chất lợng nớc ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến- ý Yên- Nam Định và tuyển chọn một số vi sinh vật có khả năng phân huỷ chất ô nhiễm” với nội dung chính sau: - Đánh giá chất lợng nớc ngâm tre

Từ một đoạn thân, cành, gốc thậm chí từ những phần bỏ đi, tận dụng của các ngành sản xuất khác, qua bàn tay khéo léo của các nghệ nhân có thể trở thành những thành phẩm có tính nghệ thuật cao, có tính ứng dụng cao đợc nhiều ngời a chuộng [1].

Ngời ta ớc tính có khoảng 7500 mặt hàng thủ công làm từ tre [1] Việt Nam có rất nhiều làng nghề truyền thống dùng nguyên liệu từ tre, trúc nh: làng nghề sản xuất bàn ghế trụ ở Thạch Thất- Thờng Tín- Hà Tây, làng nghề sản xuất đồ thủ công tại Xã Yên Tiến- ý Yên - Nam Định

Các đồ thủ công, mỹ nghệ làm từ tre, trúc, nứa ngày càng đợc a chuộng trên thị trờng thế giới Do đó, ngành thủ công nghiệp này càng đợc mở rộng Cùng với sự phát triển mạnh mẽ ra thị trờng thế giới, các vấn đề môi trờng cũng nảy sinh Đặc biệt là vấn

đề ô nhiễm nớc do quá trình ngâm tre, nứa trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu cho sản xuất

Quá trình ngâm tre làm cho nớc có mùi thối rất khó chịu, ảnh hởng đến môi ờng sống của ngời dân trong làng Đồng thời, nó còn ảnh hởng đến các khu đất xung quanh khu vực ngâm tre do quá trình ngấm vào đất Chính điều này đã gây ra tác hại

tr-đối với môi trờng sinh thái, có thể gây giảm sản lợng cây trồng khu vực xunh quanh Tác hại này đã thấy rõ ở xã Yên Tiến, huyện ý Yên, tỉnh Nam Định

Vậy để phát triển mạnh mẽ hơn nghề sản xuất hàng tiểu thủ công nghiệp đang

có xu hớng đi lên này chúng ta phải làm gì mà không gây tác động đến môi trờng xung quanh hoặc ít gây tác động nhất có thể? Câu trả lời ở đây là chúng ta cần phải có biện pháp để xử lý nớc ngâm tre để hạn chế ảnh hởng nó gây ra cho môi trờng mà vẫn đảm bảo chất lợng của sản phẩm

Nớc ngâm tre, nứa có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ rất thích hợp với việc thử nghiệm xử lý bằng biện pháp vi sinh Do vậy, chúng tôi đã chọn đề tài: “Đánh giá

chất lợng nớc ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến- ý Yên- Nam Định và tuyển chọn một số

vi sinh vật có khả năng phân huỷ chất ô nhiễm” với nội dung chính sau:

- Đánh giá chất lợng nớc ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến, huyện ý Yên, tỉnh Nam

Định

- Đánh giá thành phần, số lợng vi sinh vật trong nớc ngâm tre, nứa

- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy protein, pectin, tinh bột, xenluloza

- Thử nghiệm khả năng ứng dụng của các chủng đã phân lập để xử lý nớc ngâm tre, nứa

- Thử nghiệm khả năng kết hợp giữa những chủng đã chọn, chế phẩm EM và vi khuẩn Lactic trong xử lý nớc ngâm tre, nứa

Đề tài đợc thực hiện tại Phòng Công nghệ lên men, Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Chơng 1: Tổng quan tài liệu 1.1 Vài nét về điệu kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội và môi trờng ở xã Yên Tiến, ý

Yên, Nam Định

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

Huyện ý Yên nằm ở phía Tây bắc tỉnh Nam Định, là một trong số huyện có diện tích và số dân lớn nhất tỉnh Trớc đây là huyện thuần nông Huyện có đờng quốc lộ 10

đi ngang qua Từ khi đờng 10 đợc nâng cấp và kinh tế chuyển sang kinh tế thị trờng có nhiều nghề thủ công phát triển Trong đó phải kể đến hai nghề phát triển vào loại bậc nhất ở tỉnh Nam Định, đó là nghề đúc đồng và hàng thủ công mỹ nghệ từ tre nứa

1.1.2 Điều kiện kinh tế-xã hội.

Trớc đây, do chỉ phát triển nông nghiệp bằng nghề trồng lúa đời sống ngời dân rất khó khăn Kể từ khi phát triển các mặt hàng thủ công mỹ nghệ, đời sống kinh tế thay đổi đáng kể Chỉ tính riêng năm 2004, xã Yên Tiến là một trong 10 xã của huyện

ý Yên có thu nhập bình quân (GDP) tăng trởng 86% Riêng xã Yên Tiến có trên 20 doanh nhiệp t nhân, trong đó có 19 doanh nghiệp đầu t sản xuất và xuất khẩu hàng thủ công từ tre nứa Trên 90% ngời lao động của xã tham gia sản xuất hàng thủ công từ tre nứa Toàn xã có không ít gia đình thuộc dạng tỷ phú

1.1.3 Điều kiện môi trờng

Sự phát triển nghề thủ công mạnh mẽ không có quy hoạch, làm cho hiện trạng môi trờng của huyện đã đến mức báo động Một số cơ sở đúc đồng, sản xuất cơ khí đã gây ô nhiễm các kim loại nặng, gây hậu quả đáng kể không những cho sản xuất nông nghiệp mà ảnh hởng đến sức khoẻ ngời dân Một số xã phát triển hàng mỹ nghệ từ tre nứa, đặc biệt là xã Yên Tiến gây ô nhiễm nặng nề nớc thải hữu cơ Do không có quy hoạch, ngời dân ngâm tre nứa không những ở trên sông mà hầu hết các hồ ao trong xã gây ô nhiễm khắp vùng Nhiều hồ ao, sông ngòi trong xã có nớc đen, gây mùi hôi thối Mỗi ngày ở đây tiêu thụ từ 100 đến 150 tấn nứa, cũng từng ấy tấn nứa đợc ngâm trong các ao hồ, kênh rạch không đạt tiêu chuẩn ao ngâm Nớc ngâm tre nứa thải ra đồng làm lúa chết, mùi hôi thối ảnh hởng đến sức khoẻ ngời dân, làm mất cân bằng sinh thái Do tình trạng ô nhiễm môi trờng nặng nề nh vậy, cho nên huyện ý Yên đã đợc tỉnh Nam

Định đồng ý cho qui hoạch và xây dựng các ao ngâm tập trung và hỗ trợ xử lý nớc thải ngâm tre nứa nhằm giảm thiểu tác hại môi trờng

1.2 Vai trò của vi sinh vật trong quá trình phân hủy vật chất

Trong thiên nhiên vật chất luôn luôn chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác tạo thành những vòng tuần hoàn vật chất [10] Trong các khâu của chu trình chuyển hoá vật chất, vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng Nếu vắng một nhóm nào đó thì toàn

bộ quá trình sẽ dừng lại, điều này sẽ ảnh hởng đến toàn bộ hệ sinh thái [10]

1.2.1 Phân hủy cacbon

Cacbon trong tự nhiên nằm ở rất nhiều dạng hợp chất khác nhau từ các hợp chất vô cơ đến các hợp chất hữu cơ tạo thành một vòng tuần hoàn cacbon Trong đó, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng ở một số khâu chuyển hoá Dới đây là một số quá trình chuyển hoá chính mà vi sinh vật tham gia:

Xenluloza có cấu tạo dạng sợi, có cấu trúc phân tử là một polimer mạch thẳng, mỗi đơn vị là một disaccarit gọi là xenlobioza Xenlobioza có cấu trúc từ 2 phân tử D- glucoza Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 rất phức tạp thành cấu trúc lớp gắn với nhau bằng lực liên kết hydro trùng hợp nhiều lần nên rất bền vững, bởi vậy xenluloza là hợp chất khó phân giải [10]

Do đó, vi sinh vật phân huỷ xenluloza phải có một hệ enzym bao gồm 4 enzym khác nhau là: xenlobiohydrolaza, endoglucanaza, exoglucanaza, β- glucosidaza

- Enzym xenlobiohydrolaza có tác dụng cắt đứt liên kết hydro, biến dạng xenluloza tự nhiên có cấu hình không gian thành dạng xenluloza vô định hình

- Enzym endoglucanaza có khả năng cắt đứt liên kết β- 1,4 bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài

- Enzym exoglucanaza tiến hành phân giải các chuỗi trên thành disaccarit gọi là xenlobioza

- Enzym β- glucosidaza thuỷ phân xenlobioza thành glucoza

Các vi sinh vật phân huỷ xenluloza phổ biến trong tự nhiên bao gồm: nhóm vi sinh vật hiếu khí nh Pseudomonas, Cellulomonas, Achromobacter, Tricoderma, Aspergillus nhóm vi sinh vật kỵ khí nh Clostridium, Ruminococcus

Một số vi sinh vật có khả nảng phân hủy tinh bột là: Aspergillus , Fusarium, Bacillus, Cytophaga

Trong sản xuất, ngời ta thờng sử dụng các nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột nh sản xuất trong giai đoạn đầu sản xuất rợu

1.2.1.3 Sự phân giải đ ờng đơn

Sản phẩm của quá trình phân giải xenluloza và tinh bột là đờng đơn Đờng đơn

đợc tiếp tục phân giải nhờ các nhóm vi sinh vật phân giải đờng Có 2 nhóm vi sinh vật phân giải đờng: nhóm háo khí và nhóm lên men

Nhóm vi sinh vật lên men kỵ khí thờng là: nấm men Saccharomyces cerevisiae

thờng ứng dụng trong sản xuất rợu, bia, nớc giải khát lên men; vi khuẩn lactic thờng

đ-ợc sử dụng để chế tạo axit lactic, muối rau quả

Nhóm lên men háo khí là các vi sinh vật háo khí có khả năng phân hủy triệt để

hoá bao gồm 4 chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus, Nitrosospira.

Tiếp theo quá trình nitrit hoá là quá trình nitrat hoá chuyển NO

Các dạng photpho khó tan đợc vi sinh vật phân huỷ tạo thành chất dễ tan cho cây trồng sử dụng Nhóm vi sinh vật phân giải photpho hữu cơ chủ yếu thuộc 2 chi:

Bacillus và Pseudomonas Nhóm vi sinh vật phân giải photpho vô cơ là Bacillus megatherium, Pseudomonas radiobacter, Aspergillus niger

1.2.4 Phân hủy lu huỳnh

Lu huỳnh nằm trong thành phần của các axit amin và trong nhiều loại enzym Ngoài ra, lu huỳnh còn nằm trong một số muối vô cơ nh CaSO4, Na2SO3, Na2SO4, FeS2 Nhờ sự phân giải của vi sinh vật lu huỳnh hữu cơ sẽ chuyển hoá thành H2S

H2S và các hợp chất vô cơ khác dễ đợc oxy hoá bởi các nhóm vi khuẩn tự dỡng thành S và SO42- Các vi sinh vật tham gia vào quá trình oxy hóa là: Các vi khuẩn tự d-ỡng hoá năng Thiosulfat và Begiatva minima; các vi khuẩn tự dỡng quang năng thuộc

họ Thiodaceae, Cholorobacteriaceae.

Ngợc lại, với quá trình oxi hoá là quá trình phản sulfat hoá khử các hợp chất S vô cơ thành H2S Quá trình này đợc tiến hành ở điều kiện kỵ khí, ở những tầng nớc sâu Nhóm vi sinh vật tiến hành quá trình này gọi là nhóm vi khuẩn phản sulfat hoá [10]

Trong quá trình này chất hữu cơ đóng vai trò cung cấp hyđro trong quá trình khử

SO42- Các chất hữu cơ này có thể là đờng hoặc các axit hữu cơ hoặc các hợp chất hữu cơ khác H2SO4 sẽ bị khử dần tới H2S theo sơ đồ sau:

Quá trình phản sulfat hoá dẫn đến việc tích luỹ H2S trong môi trờng làm ô nhiễm môi trờng, ảnh hởng đến đời sống của thực vật và động vật trong môi trờng đó.

1.3 ứng dụng của vi sinh vật trong xử lý nớc thải

1.3.1 Sơ lợc về tình hình ô nhiễm nớc

Ngày nay song song với sự phát triển của khoa học kỹ thuật môi trờng sống của con ngời ngày càng bị ô nhiễm, ảnh hởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con ngời ta phải kể đến môi trờng nớc Nớc là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu cho mọi hoạt động trên trái đất Tuy nhiên, dới tác động của con ngời thì các nguồn nớc hiện nay đang bị ô nhiễm nặng nề [3] Nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu

là nguồn nớc thải từ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con ngời Thông điệp của UNICEP nhân ngày thề giới về nớc 22/03/1996 có viết : “Chúng ta nhớ rằng 80% bệnh tật và trên 1/3 số tử vong ở các nớc đang phát triển là do sử dụng nớc ô nhiễm gây ra” [4]

Nớc thải chứa nhiều chất hữu cơ thối rữa là môi trờng tốt cho các vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh Sự tích luỹ nớc thải trong các nguồn nớc mặt gây ô nhiễm môi trờng và ảnh hởng tới nớc ngầm Kết quả là không thể sử dụng đợc nguồn n-

ớc mặt, nớc ngầm vào mục đích ăn uống, sinh hoạt Không những thế quá trình phân huỷ kỵ khí trong nớc còn tạo ra các chất khí độc hại ảnh hởng đến môi trờng không khí

và tác động đến sức khỏe con ngời

Nớc bị ô nhiễm không những gây ảnh hởng trực tiếp đối với con ngời mà còn

ảnh hởng gián tiếp tới các vi sinh vật- động vật thuỷ sinh sống trong môi trờng nớc cũng bị nhiễm độc [11]

Con đờng truyền chất ô nhiễm diễn ra theo sơ đồ sau:

Nh vậy, có thể thấy nớc đóng vai trò quan trọng đối với sức khoẻ con ngời Để giảm khả năng ô nhiễm nớc, ta cần phải xử lý nớc ô nhiễm Ngày nay, việc bảo vệ nguồn nớc tránh bị nhiễm bẩn và làm sạch nguồn nớc là một trong những yêu cầu cấp thiết của nhân loại [5]

Nước ô nhiễm Động vật

1.3.2 Các nguồn gây ô nhiễm nớc

Các nguồn nớc có thể bị ô nhiễm do các hoạt động chính sau đây của con ngời:

- Sinh hoạt của con ngời: ở nớc ta tiêu chuẩn nớc cấp đối với khu vực đô thị là

50 ữ 100 l/ngời/ngày [5] Do vậy lợng nớc thải là rất lớn, đặc điểm nớc thải sinh hoạt là hàm lợng các chất hữu cơ không bền vững tính theo BOD5 cao, chứa nhiều nguyên tố dinh dỡng dễ gây hiện tợng phú dỡng trong nớc

- Các hoạt động sản xuất công nghiệp: sản xuất công nghiệp chiếm vị trí thứ hai trong các yếu tố con ngời ảnh hởng đến thuỷ quyển [3] Sản xuất công nghiệp bao gồm sản xuất công nghiệp lớn, tiểu công nghiệp và sản xuất ở các làng nghề Thành phần n-

ớc thải đối với mỗi loại hình sản xuất phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất Sự tăng trởng nhanh của ngành công nghiệp làm tăng nhu cầu về nớc do vậy sẽ làm tăng lợng nớc thải ra

- Các hoạt động sản xuất nông nghiệp: việc sử dụng nớc cho các mục đích nông nghiệp có tác động tới một số thay đổi chế độ nớc và sự cân bằng nớc lục địa Bên cạnh

đó còn làm giảm chất lợng nớc nguồn Nớc từ đồng ruộng và nớc thải từ trại chăn nuôi gây ô nhiễm đáng kể cho sông, hồ Trong thành phần gây ô nhiễm từ nớc thải nông nghiệp chủ yếu là nitơ, photpho do việc sử dụng phân bón hoá học và các hợp chất hữu cơ có chứa clo có trong các loại hoá chất bảo vệ thực vật là đáng quan tâm nhất [3]

1.3.3 Tình hình ô nhiễm nớc ở các làng nghề ở Việt Nam

Việt Nam là một nớc đang phát triển, có số lợng làng nghề lớn, sản xuất với quy mô nhỏ và theo phơng thức thủ công là chính Nên lợng nớc sử dụng lớn và thờng không đợc xử lý Việc thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận chung ảnh hởng lớn đến môi tr-ờng thuỷ vực, đồng thời ảnh hởng đến các thành phần môi trờng khác

Tùy theo lĩnh vực sản xuất mà tính chất nớc thải ra rất khác nhau Các làng nghề

đúc đồng, chì, thành phần nớc thải chủ yếu là kim loại nặng Các làng nghề dệt nhuộm nớc thải ra có thành phần hoá chất cao, còn các làng nghề làm bún hay làm đồ thủ công từ tre nứa nớc thải ra chủ yếu có hàm lợng chất hữu cơ cao Do không đợc xử

lý nên nớc thải ra từ các làng nghề này đã và đang ảnh hởng rất lớn đến môi trờng sống

ở chính các làng nghề đó.Yêu cầu đặt ra hiện nay chính là vấn đề xử lý nớc thải để giảm tác động xấu của nó đến môi trờng

Việc này có thể giải quyết tốt hơn đối với nớc thải có hàm lợng chất hữu cơ cao bởi có thể áp dụng phơng pháp vi sinh vật trong xử lý, vừa có hiệu quả lại vừa rẻ tiền

1.3.4 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp xử lý nớc ô nhiễm bằng vi sinh vật

Đây là phơng pháp cơ bản trong phơng pháp xử lý sinh học Việc xử lý dựa vào khả năng sống của vi sinh vật Chúng sử dụng các chất hữu cơ trong môi trờng nớc thải làm nguồn dinh dỡng nh cacbon, nitơ, photpho, kali, lu huỳnh Trong dinh dỡng các vi sinh vật sẽ nhận các chất để xây dựng tế bào và sinh năng lợng nên sinh khối của nó tăng lên, đồng thời làm sạch nớc [8]

Tuy nhiên để xử lý nớc có hiệu quả ta nên kết hợp các phơng pháp cơ học, lý học, hoá học và sinh học Về mặt công nghệ các công đoạn xử lý gồm có 3 giai đoạn: cấp 1 sử dụng phơng pháp cơ học, cấp 2 dùng phơng pháp hoá học, cấp 3 là phơng pháp sinh học

1.3.5 ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nớc thải

Việc sử dụng vi sinh vật để xử lý nớc thải đã đợc biết đến từ lâu và đợc nhiều

n-ớc ứng dụng bởi các u điểm nổi bật của nó: đơn giản, rẻ tiền, sẵn có Việt Nam đã áp dụng phơng pháp này để xử lý nớc ao nuôi tôm, nớc ngâm đay Đặc biệt là việc ứng dụng trong xử lý nớc ngâm đay nó không những làm giảm các tác động xấu đến môi tr-ờng mà còn đã góp phần làm giảm thời gian ngâm và nâng cao chất lợng sợi

1.4 Vài nét về chế phẩm EM [13]

1.4.1 Khái niệm về chế phẩm EM

EM là tên viết tắt của Effective Microorganisms tức là vi sinh vật hữu ích, do giáo s tiến sĩ Teruo Higa, trờng đại học Tổng Hợp Ryukyus- Okinawa- Nhật Bản lựa chọn, phân lập và tạo ra EM là sản phẩm của quá trình nuôi cấy hỗn hợp các vi sinh vật của khoảng 80 loài thuộc 10 chi

Các vi sinh vật có ích trong chế phẩm EM bao gồm: vi khuẩn quang hợp, nấm men, vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, nấm men Chế phẩm này đã đợc đa vào ứng dụng ở Nhật Bản từ 1980 và sau đó đợc áp dụng ở nhiều nớc trên thế giới trong nhiều lĩnh vực nh: trồng trọt, chăn nuôi và xử lý môi trờng ở nớc ta công nghệ EM chính thức đợc đa vào tháng 4 năm 1997

1.4.2 Đặc điểm của chế phẩm EM

Chế phẩm EM là một loại chế phẩm vi sinh nên nó cũng mang đầy đủ các đặc

điểm của một chế phẩm vi sinh điển hình Tuy nhiên, EM có đặc điểm khác chính so với các loại chế phẩm vi sinh có sẵn là:

- EM đợc sản xuất theo hớng khác các chế phẩm vi sinh thông thờng Nó đợc tổng hợp từ việc nuôi cấy chung nhiều loại hiếu khí lẫn kỵ khí Chúng tạo ra một loại vi sinh thái bao gồm nhiều nhóm sống hỗ sinh với nhau, tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau, phát huy nhiều tác dụng hỗ trợ lẫn nhau.

- Những chủng vi sinh vật trong chế phẩm EM đợc phân lập và nuôi dỡng trong

điều kiện môi trờng khắc nghiệt: nhiệt độ cao, áp suất lớn Vì vậy, các chủng vi sinh vật

có trong EM có sức sống mãnh liệt, có sức chống chịu rất cao đối với những điều kiện bất lợi của môi trờng, có hoạt tính và hiệu quả cao Đây chính là đặc điểm nổi bật của EM

- Chế phẩm EM gốc (nguyên chất) ở dạng dung dịch, đợc giữ trong môi trờng

pH < 3,5 nên các vi sinh vật sống trong trạng thái tiềm sinh, không hoạt động Khi chuyển sang dạng EM thứ cấp, có nghĩa là thêm nớc và thức ăn (dùng rỉ đờng là chủ yếu) thì chúng chuyển sang trạng thái hoạt động và số lợng vi sinh vật đợc nhân lên một cách nhanh chóng Sức sống của chúng trở nên hết sức mãnh liệt và có khả năng kiểm soát, khống chế đợc các vi sinh vật trong môi trờng tự nhiên

1.4.3 Cơ chế tác dụng

Kết quả sử dụng ở nhiều nớc cho thấy EM có tác dụng rất tốt trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chính tác giả của chế phẩm này cũng không nghĩ rằng EM có tác dụng rộng rãi đến nh thế Ông cũng thừa nhận rằng về cơ chế tác dụng của EM cần phải nghiên cứu thêm

Chế phẩm chứa hàng trăm nhóm vi sinh vật khác nhau, đợc chia thành 5 nhóm vi sinh vật chính có tác dụng nh sau:

- Nhóm vi khuẩn hỗ trợ quang hợp: giữ vai trò chủ đạo trong chế phẩm Chúng tổng hợp các chất hữu cơ có ích từ các chất thải bài tiết của rễ cây, từ phân hữu cơ thậm chí từ khí gas độc Thông qua việc sử dụng ánh sáng mặt trời mà chúng tổng hợp nên amino axit, axit nucleic, đờng và các chất có hoạt tính sinh học khác Tất cả các chất này đợc cây trồng hấp thụ trực tiếp do đó nó có tác dụng hỗ trợ cây trồng sinh trởng và phát triển

- Nhóm vi khuẩn tạo axit lactic: Nhóm này có khả năng tạo axit lactic, do đó có khả năng ngăn chặn sự truyền bệnh của vi sinh vật có hại và đẩy nhanh quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ, kể cả các chất khó phân huỷ nh xenlulo

- Nhóm nấm men: Từ nguyên liệu là axit amin và đờng đợc tiết ra, nhóm nấm men tổng hợp nên các chất kháng sinh và các chất hữu cơ khác có lợi cho cây trồng và các nhóm vi sinh vật khác nhất là nhóm vi khuẩn lactic Đây chính là môi quan hệ hỗ trợ giữa các nhóm vi sinh vật với nhau.

- Nhóm xạ khuẩn: Có khả năng tổng hợp nên các chất kháng sinh Các chất kháng sinh này có khả năng ngăn chặn các vi khuẩn và các loại nấm gây hại Xạ khuẩn

có thể tơng hợp với vi khuẩn quang hợp làm tăng chất lợng môi trờng đất và làm tăng hoạt tính kháng sinh trong đất

- Nhóm nấm mốc: Có tác dụng phân huỷ chất hữu cơ rất nhanh nhờ khả năng tiết ra các hệ enzym phân huỷ chất hữu cơ

1.4.4 Tác dụng của EM.

EM có các tác dụng chính sau:

a- Đối với cây trồng

EM có tác dụng với nhiều loại cây trồng và ở nhiều giai đoạn sinh trởng, phát triển khác nhau Thể hiện:

- Kích thích sự nảy mầm, ra hoa, kết quả và làm chín (đẩy mạnh quá trình đờng hoá) Tăng cờng hiệu quả và khả năng quang hợp của cây trồng

- Cải thiện môi trờng đất, tăng độ phì và cải thiện thành phần cơ giới đất

- Tăng cờng hấp thụ dinh dỡng và nâng cao hiệu quả sử dụng chất dinh dỡng

Do đó tăng cờng hiệu lực và tiết kiệm phân bón hữu cơ

- Kéo dài thời gian bảo quản các nông sản tơi sống, làm cho hoa quả tơi lâu.b- Đối với vật nuôi

Thể hiện ở chỗ giúp phát triển hệ vi sinh vật tiêu hoá, tăng cờng khả năng tiêu hoá và hấp thụ các loại thức ăn, đặc biệt đối với các loại động vật nhai lại nh trâu, bò , tăng sức khoẻ và sức đề kháng cho vật nuôi, phòng chống các loại dịch bệnh thông th-ờng, làm giảm mùi hôi trong các chuồng trại

c- Đối với môi trờng

Các vi sinh vật hữu hiệu có trong EM có tác dụng cản trở các vi sinh vật gây ra mùi khó chịu nh: H2S, SO2, NH3, CH4 nên nó có thể làm giảm mùi một các nhanh chóng Vì vậy, chế phẩm EM đợc sử dụng nhiều trong xử lý môi trờng, đặc biệt là trong

xử lý môi trờng nớc

1.4.5 Các loại chế phẩm EM.

Từ chế phẩm EM gốc ta có thể tạo nên một số loại EM sau :

- EM gốc là chất lỏng màu nâu vàng có mùi dễ chịu, vị chua ngọt và có pH<3,5

- EM1 đợc lên men từ EM gốc, rỉ đờng và nớc với tỉ lệ: EM: rỉ đờng: nớc là 1:1:20

- EM5 đợc lên men từ EM1, axít axêtic, rợu êtylic, rỉ đờng và nớc

- EM-FPE đơc lên men từ EM gốc, rỉ đờng, cỏ tơi và nớc

- EM thứ cấp đợc lên men từ EM1 rỉ đờng và nớc với tỉ lệ: EM1: rỉ đờng: nớc là 1:1:98

- EM Bokashi là chế phẩm đợc lên men từ cám gạo chất lợng xấu (cám trấu), dung dịch EM thứ cấp vừa điều chế phun vào cám tới khi đạt độ ẩm 30-40% rồi đem gói kỹ ủ nơi tối khoảng 5-7 ngày thấy có mốc trắng, mùi thơm ngọt là dùng đợc

Trong môi trờng có khoảng 5-10% vi sinh vật có lợi, 5-10% vi sinh vật có hại và 80-90% vi sinh vật trung gian Khi đa chế phẩm EM vào môi trờng nó sẽ có tác dụng tăng cờng các vi sinh vật có lợi và làm giảm các vi sinh vật có hại

1.5. Vài nét về vi khuẩn Lactic và vi khuẩn Clostridium

1.5.1 Vi khuẩn Lactic

Vi khuẩn Lactic bao gồm các vi khuẩn gram dơng, thờng không chuyển động,

không hình thành bào tử, lên men sinh axit lactic nên thờng làm giảm pH môi trờng khi

nó tồn tại Do thiếu porphyrin và cytochrom, không có chuỗi vận chuyển electron, chúng thu năng lợng bằng con đờng lên men bắt buộc [12]

Các vi khuẩn lactic sinh trởng kị khí nhng phần lớn lại không mẫn cảm với oxim

có thể sinh trởng cả khi có mặt oxi Chúng là các vi khuẩn kị khí – chịu khí (aerotolerant anaerobe) Vi khuẩn Lactic không chứa catalaza nhng chứa pseudo-catalaza (một enzym chứa mangan) với hoạt tính catalaza yếu Trợ giúp vào đó các vi khuẩn Lactic cần Mn2+ với nồng độ cao [12]

Vi khuẩn Lactic gồm 4 chi: [12]

- Streptococcus: tế bào hình cầu, xếp thành chuỗi dài hoặc ngắn, lên men lactic

đồng hình

- Leuconostoc: tế bào hình cầu, xếp thành chuỗi, lên men lactic dị hình

- Pediococcus: tế bào hình cầu, 4 tế bào xếp thành một cụm, lên men dị hình.

- Lactobacillus: tế bào hình que dài hoặc ngắn, thờng xếp thành chuỗi, lên men

lactic đồng hình

Vi khuẩn lactic sống trong sữa và thực vật, vì vậy môi trờng nuôi cấy cần đợc bổ sung các vitamin, axit amin, purin, pirimidin Do sinh axit lactic và tạo hơng thơm ngon đặc biệt, vi khuẩn lactic giữ vai trò lớn trong việc bảo quản, chế biến thực phẩm cho ngời và thức ăn gia súc [12]

Với các tính chất trên vi khuẩn lactic rất thích hợp cho mục đích khử mùi trong thử nghiệm xử lý nớc ngâm tre, nứa

1.5.2 Vài nét về vi khuẩn Clostridium

Clostridium đợc phát hiện từ năm 1893, là một loại vi khuẩn kỵ khí sống tự do

trong đất Clostridium có khả năng hình thành bào tử

Clostridium có khả năng đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau nh các loại

đờng, rợu, tinh bột Nó thuộc loại kỵ khí nên sản phẩm trao đổi chất thờng là các loại axit hữu cơ, butanol, etanol, axeton Đó là các sản phẩm cha đợc oxi hoá hoàn toàn [10]

P và K là 2 nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển của Clostridium Ngoài ra

các nguyên tố vi lợng nh Mo, Co, Mn cũng rất cần thiết

Clostridium có khả năng phát triển ở pH = 4,7- 8,5 Bào tử của chúng có thể chịu

đựng đợc nhiệt độ cao, có thể sống đợc trong một giờ ở nhiệt độ 80oC Một số loài còn

có khả năng chịu đợc nhiệt độ 100oC trong 30 phút

Nhờ khả năng đồng hoá đợc nhiều nguồn cacbon và dễ phân lập do chịu đợc nhiệt độ cao, sống trong môi trờng kỵ khí mà Clostridium đợc sử dụng trong thử

nghiệm xử lý nớc ngâm tre, nứa nhằm mục đích giảm thời gian ngâm, tăng chất lợng tre, nứa ngâm

Chơng 2: Vật liệu và phơng pháp nghiên cứu

2.1 Đối tợng nghiên cứu

Các mẫu nớc ngâm tre đợc lấy ở ao ngâm tre, nứa của thôn Thợng Thôn, xã Yên Tiến, huyện ý Yên, Nam Định ở các vị trí khác nhau

Bảng 2.1: Các vị trí lấy mẫu nớc ngâm tre ở xã Yên Tiến, ý Yên, Nam Định

2.2 Thiết bị và hoá chất

2.2.1 Thiết bị (Phụ lục 1)

2.2.2 Hóa chất (Phụ lục 1)

2.2.3 Các môi trờng nuôi cấy vi sinh vật sử dụng cho nghiên cứu (Phụ lục 1)

2.3 Phơng pháp nghiên cứu

2.3.1 Phơng pháp lấy mẫu

Trớc khi lấy mẫu, dụng cụ phải đợc thanh trùng bằng cồn

Mẫu đợc lấy theo phơng pháp điểm ở độ sâu khác nhau tuỳ theo vị trí lấy

Các mẫu nếu không đợc phân tích ngay thì đợc bảo quản ở nhiệt độ 4oC trong tủ lạnh

2.3.2 Phơng pháp pha loãng tới hạn

Pha loãng mẫu: Hút 0,5 ml mẫu cho vào ống nghiệm có chứa sẵn 4,5 ml nớc cất

đã khử trùng, ta đợc độ pha loãng 10-1

Dùng pipet trộn đều dung dịch Sau đó hút 0,5 ml dịch pha loãng trên cho vào 4,5 ml nớc cất khử trùng, đợc độ pha loãng 10-2 Tiếp tục pha loãng nh vậy đến nồng độ cần thiết

Trong đó: CFU : đơn vị hình thành khuẩn lạc

N : số lợng CFU/ ml

ΣC : tổng số khuẩn lạc đếm đợc trên tất cả các đĩa 15etri

n1 : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần 1

n2 : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần 2

nn : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần n

m : Thể tích dịch cho vào (ml)

2.3.4 Phơng pháp phân lập

Sau vài ngày ủ ở điều kiện thích hợp, trên đĩa thạch xuất hiện nhiều dạng khuẩn lạc Dùng que cấy vô trùng lấy một ít tế bào từ khuẩn lạc mọc tách biệt các khuẩn lạc khác cấy sang ống thạch nghiêng chứa môi trờng thích hợp Bảo quản ống này trong tủ lạnh 4 – 10oC

2.3.5 Phơng pháp xác định vi sinh vật kỵ khí tổng số

Lấy 0,5 ml dịch đã pha loãng ở nồng độ cần thiết cho vào ống nghiệm Cho một sợi dây cớc vào ống, đổ môi trờng nuôi cấy vi sinh vật kỵ khí đầy ống nghiệm, đậy nút cao su thật chặt Sau đó rút dây cớc ra để loại bỏ không khí trong ống nghiệm, dùng băng dính đen cuốn chặt đầu ống nghiệm Đế ống nghiệm đã cấy trong tủ ấm ở 30o-C trong 3- 10 ngày rồi đem ra đếm khuẩn lạc Công thức tính tổng vi sinh vật kỵ khí là công thức (1)

2.3.6 Phơng pháp xác định E coli và Fecal coliform.

E coli đợc xác định bằng phơng pháp MPN (most-probable-number technique) trên môi trờng Endo ở điều kiện nuôi cấy 35oC

Fecal coliform đợc xác định nh phơng pháp xác định vi sinh vật kỵ khí trên môi trờng MPN ở điều kiện nuôi cấy 44,5oC

2.3.7 Xác định khả năng phân huỷ protein, tinh bột, xenluloza bằng phơng pháp cấy chấm điểm trên đĩa thạch

Các khuẩn lạc sau khi đợc phân lập đợc cấy trên môi trờng thạch:

- Có cazein để kiểm tra khả năng thuỷ phân protein

- Có tinh bột tan để kiểm tra khả năng thuỷ phân tinh bột

- Có CMC để kiểm tra khả năng phân huỷ xenluloza.

Các enzyme phân huỷ ngoại bào đợc tổng hợp và giải phóng ra môi trờng xung quanh tế bào Enzym này thuỷ phân Cazein, tinh bột tan, CMC xung quanh khuẩn lạc

và xuất hiện vòng thuỷ phân Nhờ thuốc thử lugon, các vòng thủy phân có màu trong hơn, ta có thể xác định đợc vòng phân huỷ bằng cách đo để xác định cờng độ phân huỷ

2.3.8 Phơng pháp đánh giá mức ô nhiễm nớc thải

Nớc thải thờng đợc đánh giá mức độ ô nhiễm thông qua các chỉ tiêu BOD5, COD, pH, SS, DS Phơng pháp xác định các chỉ tiêu đợc nêu trong phần phụ lục 1

Thông số pH đợc xác định bằng cách đo trực tiếp trên máy đo pH 320 Toledo (Anh) tại Phòng Công nghệ Lên men, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Chơng 3: Kết quả và thảo luận 3.1 Kết quả khảo sát mẫu nớc ngâm tre, nứa tại Xã Yên Tiến, ý Yên,

Nam Định

Mẫu đợc lấy tại thôn Thợng Thôn, xã Yên Tiến-ý Yên - Nam Định vào ngày 28/10/2004, gồm 4 mẫu: nớc mặt ao ngâm tre, nớc đáy ao ngâm, nớc ở rãnh hồi lu và bùn ở rãnh hồi lu

Nhận xét sơ bộ: nớc có mầu đục, mùi thối, có nhiều mảnh vụn của tre nứa

3.1.1 Kết quả khảo sát về BOD, COD, SS, DS, pH

Một số chỉ tiêu của nớc ngâm tre, nứa tại xẫ Yên Tiến, ý Yên – Nam Định đợc trình bày trong bảng 3.1 So sánh với các giá trị giới hạn các thông số và nồng độ chất ô nhiễm thải ra môi trờng theo tiêu chuẩn Việt Nam trong Bảng 1 ở phần phụ lục 1

Bảng 3.1: Một số chỉ tiêu nớc ngâm tre, nứa tại ý Yên Nam Định–

Chú thích: *: TCVN 5945- 1995 cho nớc thải loại C

M: nớc mặt ao

Đ: nớc đáy ao

R: nớc rãnh B: bùn ở rãnhTheo kết quả phân tích cho thấy các thông số BOD, COD, SS đều vợt quá tiêu chuẩn cho phép (Bảng tccp trình bày trong phụ lục 1) nhiều lần: BOD5 vợt quá tiêu chuẩn đối với nớc thải loại C trên 19 lần, COD vợt quá trên 7 lần, SS vợt quá tiêu chuẩn

(mg/l)

COD(mg/l)

SS (mg/l)

DS (mg/l)

-cho phép trên 62 lần Do đó có thể kết luận nớc ngâm tre rất ô nhiễm không thể sử dụng vào các mục đích khác mà không xử lý Đặc biệt là mục đích tới tiêu cho nông nghiệp.

Từ kết quả nghiên cứu một số tính chất của nớc ngâm tre, nứa tại Nam Định, căn

cứ vào các tài liệu thu thập đớc có thể thấy rằng: Nớc ngâm tre, nứa bị ô nhiễm hữu cơ nặng, tỉ lệ BOD: COD > 50% và có hàm lợng chất lơ lửng cao nên có thể xử lý bằng phơng pháp sinh học Từ đó, đề tài đã tiến hành nghiên cứu để phân lập và tuyển chọn một số chủng vi sinh vật có khả năng ứng dụng trong xử lý nớc ngâm tre với mục đích

xử lý nớc đồng thời giảm thời gian ngâm và tăng chất lợng tre ngâm

3.1.2 Kết quả khảo sát về vi sinh vật

Các mẫu nớc ngâm tre, nứa sau khi đợc lấy từ ý Yên- Nam Định đợc đem về phòng thí nghiệm tiến hành pha loãng tới hạn các mẫu nớc Sau đó các mẫu nớc pha loãng này đợc tiến hành xác định các chỉ tiêu về vi sinh vật trên các môi trờng:

Kết quả đợc trình bày ở bảng 3.2

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát về vi sinh vật của nớc ngâm tre, nứa

tại xã Yên Tiến, ý Yên, Nam Định

Mẫu VSV tổng số

(CFU/ml)

VSV kỵ khí (CFU/ml)

E coli

(MPN/ml)

Feacal coliform (CFU/ml)

có mặt của E.coli và Feacal Coliform chứng tỏ nớc rất bẩn nhng cha bị ô nhiễm về vi

sinh vật so với tiêu chuẩn của nớc thải (so sánh với bảng 1 ở phụ lục 1)

3.2 Tuyển chọn các vi sinh vật có hoạt tính phân huỷ protein, tinh bột, xenluloza, khử sulfat.

3.2.1 Thành phần và số lợng các nhóm vi sinh vật trong mẫu nớc ngâm tre, nứa

Với mục đích làm giảm mùi trong quá trình ngâm tre nứa, giảm thời gian ngâm

và xử lý nớc Đề tài đã tiến hành xác định thành phần, số lợng vi sinh vật phân huỷ tinh bột, protein, hemi-xenluloza và vi khuẩn Clostridium sp, vi khuẩn khử sulfat.

Mẫu nớc lấy về, sau khi pha loãng tới hạn đợc gạt trên các môi trờng :

Sau khi tiến hành phân lập định hớng bằng các môi trờng đặc trng trên, chúng tôi thu đợc kết quả nh bảng 3.3

Bảng 3.3: Số lợng các nhóm vi sinh vật trong mẫu nớc ngâm tre, nứa

tại xã Yên Tiến- ý Yên- Nam Định

Qua bảng 3.3 chúng tôi nhận thấy trong các mẫu nớc đều có lợng vi sinh vật cần thiết với số lợng lớn để ta tiến hành phân lập, tuyển chọn nhằm sử dụng vào mục đích của đề tài

VSV phân giải tinh bột (CFU/ml)

VSV phân giải protein (CFU/ml)

Về nhóm vi khuẩn khử sulfat, do điều kiện không cho phép nên đề tài chỉ xác

định đợc định tính xem xét sự có mặt của chúng trong mẫu nớc nh sau: Vi khuẩn khử sulfat đợc kiểm tra trên môi trờng Postagate B cải tiến Sau khi nuôi cấy trong 3 ngày tại 37oC thấy màu môi trờng chuyển sang màu đen điều đó chứng tỏ có sinh khí H2S hay có vi khuẩn khử sulfat

Đối với vi khuẩn Clostridium Sp, sau khi nuôi các mẫu trong 3 ngày tại 370C thấy màu của môi trờng từ màu tía chuyển sang màu vàng nhạt, có hiện tợng vón cục ở môi trờng, có sinh khí Từ những đặc điểm trên khả năng đó là chủng đợc chủng

điểm trên môi trờng định hớng và thu đợc kết quả sơ tuyển nh bảng 3.4

Bảng 3.4: Kết quả sơ tuyển các chủng vi sinh vật có khả năng

phân hủy protein, tinh bột, xenluloza

Qua bảng 3.4 chúng tôi nhận thấy, lợng vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza là nhiều nhất chiếm 68%, sau đó là vi sinh vật phân huỷ tinh bột chiếm 24%,

ít nhất là vi sinh vật phân huỷ protein chiếm 16%

Số chủng phân lập

đợc

Số chủng có khả năng phân giải tinh bột

Số chủng có khả năng phân giải protein

Số chủng có khả năng phân giải xenluloza

Vì vậy, sau khi sơ tuyển xác định đợc các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy protein, tinh bột, xenluloza, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu các chủng này để tìm ra chủng có hoạt tính cao nhất và khả năng phân giải đồng thời các chất trên để ứng dụng trong xử lý Tiếp tục cấy chấm điểm trên các môi trờng định hớng và đo vòng phân giải, chúng tôi thu đợc các chủng với vòng phân giải đợc thể hiện trong bảng 3.5, hình

1 và hình 2 (ở phần phụ lục 2)

Bảng 3.5: Khả năng phân giải của các chủng đợc tuyển chọn

Theo bảng 3.5 ta thấy chủng Đ1 có khả năng phân giải tốt nhất với xenluloza và tinh bột, chủng B1 có khả năng phân giải tốt nhất đối với protein

Dựa trên khả năng phân giải chúng tôi đã chọn chủng Đ1 và B1 để ứng dụng trong xử lý Tiến hành nuôi lắc để lấy dịch rồi cho vào môi trờng nớc ngâm tre

3.3 Kết quả thử nghiệm khả năng xử lý nớc ngâm tre, nứa của các chủng đợc tuyển chọn.

Chúng tôi tiến hành thử nghiệm với hai đợt thí nghiệm

Đờng kính vòng phân giải tinh bột D-d (mm)

Đờng kính vòng phân giải protein D-d (mm)

Quá trình thí nghiệm đợc tiến hành nh sau: Tre đợc cắt với kích thớc bằng nhau thành từng đoạn 20 cm, bỏ vào ống nghiệm lớn Ф = 25 Đổ nớc máy vào cho đến ngập tre Sau đó tiến hành thử nghiệm với các chủng phân lập đợc Chủng hiếu khí đợc chọn

là Đ1, B1 chủng kỵ khí đợc chọn là chủng có khả năng khử sulfat, và Clostridium Sp

Đợt 1 mẫu đợc ngâm từ ngày 20/12/2004 đến ngày 27/01/2005 thử nghiệm với hai mẫu:

- Mẫu 1: Bổ sung chủng kỵ khí (bao gồm vi khuẩn Clostridum.sp đã đợc

phân lập và vi khuẩn khử sulfat) + chủng hiếu khí (bao gồm chủng Đ1 có khả năng phân huỷ xenluloza và tinh bột cao, chủng B1 có khả năng phân giải protein cao) với mỗi chủng một ống nghiệm

- Mẫu 2: Đối chứng (không bổ sung chủng, chỉ ngâm bằng nớc máy)

Kết quả thử nghiệm đợc kiểm tra theo thời gian với các chỉ tiêu về chất lợng nớc

và thành phần vi sinh vật đợc thể hiện ở bảng 3.6, bảng 3.7

Bảng 3.6: Kết quả kiểm tra về chất lợng nớc ngâm tre thử nghiệm đợt 1 theo

thời gian