Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn bacillus subtilis xử lý nước kênh đào phường mỹ phước, thành phố long xuyên, tỉnh an giang

Do đó, nhằm nghiên cứu khả năng xử lý nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang của loài Bacillus subtilis, chúng tôi đã tiến hành bố trí thí nghiệm như sau: Với

KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ- MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI KHUẨN Bacillus subtilis

XỬ LÝ NƯỚC KÊNH ĐÀO PHƯỜNG MỸ PHƯỚC,

THÀNH PHỐ LONG XUYÊN, TỈNH AN GIANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

An Giang, 06/ 2011

KHOA KỸ THUẬT- CÔNG NGHỆ- MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI KHUẨN Bacillus subtilis

XỬ LÝ NƯỚC KÊNH ĐÀO PHƯỜNG MỸ PHƯỚC,

THÀNH PHỐ LONG XUYÊN, TỈNH AN GIANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ths NGUYỄN HỮU THANH

GVPB: Ths PHAN TRƯỜNG KHANH

Ths BÙI THỊ MAI PHỤNG

An Giang, 06/2011

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Long xuyên, ngày… tháng… năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

Ths Nguyễn Hữu Thanh

LỜI CÁM ƠN

Xin cám ơn thầy, cô Bộ môn Môi trường và Phát triển bền vững đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hữu Thanh giảng viên Bộ môn Công nghệ sinh học – Trường Đại học An Giang đã hết lòng hướng dẫn em trong quá trình làm khóa luận

Xin chân thành cám ơn!

Long Xuyên, tháng 06 năm 2011 Nguyễn Thị Thúy Diễm

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH

DANH SÁCH BẢNG

TÓM LƯỢC

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Tổng quan về vi khuẩn Bacillus subtilis 2

2.1.1 Phân loại vi khuẩn 2

2.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn Bacillus subtilis 3

2.2 Tổng quan về môi trường nước 5

2.2.1 Vai trò của nước trong cuộc sống 5

2.2.2 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 5

2.3 Các phương pháp xử lý nước 6

2.4 Hiện trạng nước kênh Đào 10

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

3.1 Đối tượng nghiên cứu 11

3.2 Thời gian nghiên cứu 11

3.3 Mục tiêu nghiên cứu 11

3.4 Nội dung nghiên cứu 11

3.5 Phương tiện và vật liệu nghiên cứu 13

3.6 Phương pháp nghiên cứu 13

3.6.1 Phương pháp thu mẫu nước 13

3.6.2 Phương pháp phân tích mẫu 14

3.6.3 Phương pháp xử lý số liệu 18

Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 19

4.1 Kết quả đo đo các chỉ tiêu các nghiệm thức 100% nước kênh sau 12 ngày xử lý bằng vi khuẩn Bacillus subtilis 19

4.1.1 Kết quả đo pH 19

4.1.2 Kết quả đo nồng độ nhu cầu oxy sinh học (BOD5)(mg/l)… 21

4.1.3 Kết quả đo nồng độ nhu cầu oxy hóa học (COD) (mg/l) 23

4.1.4 Kết quả đo nồng độ ammonium (NH4+) (mg/l) 25

4.2 Kết quả đo các chỉ tiêu ở các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất sau 12 ngày xử lý bằng vi khuẩn Bacillus subtilis 28

4.2.1 Kết quả đo pH 28

4.2.2 Kết quả đo nồng độ BOD5 (mg/l) 29

4.2.3 Kết quả đo nồng độ COD (mg/l) 31

4.2.4 Kết quả đo nồng độ NH4+ (mg/l) 33

4.3 Kết quả đo các chỉ tiêu ở các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất sau 12 ngày xử lý bằng vi khuẩn Bacillus subtilis 35

4.3.1 Kết quả đo pH 35

4.3.2 Kết quả đo nồng độ BOD5 (mg/l) 37

4.3.3 Kết quả đo nồng độ COD (mg/l) 39

4.3.4 Kết quả đo nồng độ NH4+ (mg/l) 41

4.4 So sánh giá trị trung bình giữa các nghiệm thức có cùng mật số vi khuẩn ở các độ pha loãng khác nhau 43

4.4.1 Giá trị BOD5 (mg/l) 43

4.4.2 Giá trị COD (mg/l) 44

4.4.3 Giá trị NH4+ (mg/l) 45

4.5 Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu của vi khuẩn Bacillus subtilis ở các nghiệm thức thí nghiệm qua 12 ngày xử lý 46

4.5.1 Hiệu suất xử lý nồng độ BOD5 của các nghiệm thứ 46

4.5.2 Hiệu suất xử lý nồng độ COD của các nghiệm thức 49

4.5.3 Hiệu suất xử lý nồng độ NH4+ của các nghiệm thức 51

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Vi khuẩn Bacillus subtilis 2

Hình 2.2: Các phương pháp làm sạch nước thải 10 Hình 2.3: Nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang 10 Hình 3.4: Quy trình xử lý nước kênh Đào 11 Hình 3.5: Bố trí thí nghiệm 12 Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 20 Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ BOD5 các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 22 Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ COD các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 24 Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ NH4+ các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 26 Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 28 Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ BOD5 các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 30 Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ COD các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 32 Hình 4.13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ NH4+ các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 34 Hình 4.14: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 36 Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ BOD5 các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 37 Hình 4.16: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ COD các mẫu 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 39

Hình 4.17: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ NH4+ các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 41

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 4.1: Bảng kết quả phân tích chất lượng nước kênh Đào 19 Bảng 4.2: Bảng kết quả pH các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 20 Bảng 4.3: Bảng thay đổi pH trung bình các nghiệm thức 100% nước kênh 21 Bảng 4.4: Bảng kết quả thống kê giá trị BOD5 (mg/l) các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 21 Bảng 4.5: Bảng thay đổi nồng độ BOD5 (mg/l) trung bình các nghiệm thức 100% nước kênh 23 Bảng 4.6: Bảng kết quả thống kê giá trị COD (mg/l) các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 23 Bảng 4.7: Bảng thay đổi nồng độ COD (mg/l) trung bình các nghiệm thức 100% nước kênh 25 Bảng 4.8: Bảng kết quả thống kê giá trị NH4+ (mg/l) các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian 25 Bảng 4.9: Bảng thay đổi nồng độ NH4+ (mg/l) trung bình các nghiệm thức 100% nước kênh 27 Bảng 4.10: Bảng kết quả pH các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 28 Bảng 4.11: Bảng thay đổi giá trị pH trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất 29 Bảng 4.12: Bảng kết quả thống kê giá trị BOD5 (mg/l) các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 29 Bảng 4.13: Bảng thay đổi nồng độ BOD5 (mg/l) trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất 31

Bảng 4.14: Bảng kết quả thống kê giá trị COD (mg/l) các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 31 Bảng 4.15: Bảng thay đổi nồng độ COD (mg/l) trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất 33 Bảng 4.16: Bảng kết quả thống kê giá trị NH4+ (mg/l) các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian 33 Bảng 4.17: Bảng thay đổi nồng độ NH4+ (mg/l) trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất 34 Bảng 4.18: Bảng kết quả pH trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh

và 50% nước cất theo thời gian 35 Bảng 4.19: Bảng thay đổi giá trị pH trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất 36 Bảng 4.20: Bảng kết quả thống kê giá trị BOD5 (mg/l) các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 37 Bảng 4.21: Bảng thay đổi nồng độ BOD5 (mg/l) trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất 38 Bảng 4.22: Bảng kết quả thống kê giá trị COD (mg/l) các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 39 Bảng 4.23: Bảng thay đổi nồng độ COD (mg/l) trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất 40 Bảng 4.24: Bảng kết quả thống kê giá trị NH4+ (mg/l) các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian 41 Bảng 4.25: Bảng thay đổi nồng độ NH4+ (mg/l) trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất 42 Bảng 4.26: Bảng thống kê giá trị trung bình nồng độ BOD5 (mg/l) các nghiệm thức có cùng mật số vi khuẩn ở các độ pha loãng khác nhau 43 Bảng 4.27: Bảng thống kê giá trị trung bình nồng độ COD (mg/l) các nghiệm thức có cùng mật số vi khuẩn ở các độ pha loãng khác nhau 44 Bảng 4.28: Bảng thống kê giá trị trung bình nồng độ NH4+ (mg/l) các nghiệm thức có cùng mật số vi khuẩn ở các độ pha loãng khác nhau 45 Bảng 4.29: Bảng kiểm định Duncan hiệu suất xử lý nồng độ BOD5 các nghiệm thức theo thời gian 46

Bảng 4.30: Bảng kiểm định Duncan hiệu suất xử lý nồng độ COD các nghiệm thức theo thời gian 49 Bảng 4.31: Bảng hiệu suất xử lý nồng độ NH4+ các nghiệm thức theo thời gian 51 Bảng 4.32: Bảng các nghiệm thức có hiệu suất xử lý tốt các chỉ tiêu sau

12 ngày 54

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD5 Nhu cầu oxy sinh học

COD Nhu cầu oxy hóa học

TÓM LƯỢC

Vi khuẩn Bacillus subtilis giống từ Bộ môn Công nghệ sinh học -

Trường Đại học An Giang được tăng sinh khối trong môi trường dinh dưỡng tối thiểu Vi khuẩn này có khả năng phân giải chất hữu cơ lắng đọng ở đáy ao (thức ăn thừa, phân, bùn…) tác động làm giảm đáng kể lớp bùn nhớt, cải thiện chất lượng nước Do đó, nhằm nghiên cứu khả năng xử lý nước kênh Đào

phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang của loài Bacillus subtilis, chúng tôi đã tiến hành bố trí thí nghiệm như sau: Với các độ pha

loãng khác nhau (100% nước kênh, 75% nước kênh và 25% nước cất, 50% nước kênh và 50% nước cất) Cho vào mẫu nước kênh (500ml) với 3 mật số vi khuẩn khác nhau là 106 cfu/ml, 107 cfu/ml và 108 cfu/ml trong điều kiện môi trường tự nhiên.Thực hiện đo các chỉ tiêu: pH, BOD5, COD, NH4+ ở các mẫu thí nghiệm trên trong thời gian 12 ngày Kết quả sau 12 ngày vi khuẩn

Bacillus subtilis có khả năng xử lý tốt nước kênh Đào với mật số vi khuẩn là

107 (cfu/ml) với nồng độ nước kênh 50% nước kênh và 50% nước cất

9 Nitrit (NO-2) (tính theo N) mg/L 0,01 0,02 0,04 0,05

10 Nitrat (NO-3) (tính theo N) mg/L 2 5 10 15

11 Phosphat (PO43-)(tính theo

0,0020,01 0,05 0,0010,0050,3 0,01 0,01

0,0040,0120,1 0,0020,01 0,35 0,02 0,02

0,008 0,014 0,13 0,004 0,01 0,38 0,02 0,02

0,01 0,02 0,015 0,005 0,02 0,4 0,03 0,05

0,1 0,1

0,2 0,32

0,4 0,32

0,5 0,4

Ghi chú: Việc phân hạng nguồn nước mặt nhằm đánh giá và kiểm soát chất

lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau:

A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2

A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công

nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2

B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng

khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như

loại B2

B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng

thấp

* Phụ lục B: Kết quả trung bình 2 lần lặp lại sự thay đổi các chỉ tiêu của

quá trình xử lý nước kênh Đào bằng vi khuẩn Bacillus subtilis sau 12 ngày

Bảng 2: Kết quả trung bình 2 lần lặp lại sự thay đổi các chỉ tiêu của quá trình

xử lý nước kênh Đào bằng vi khuẩn Bacillus subtilis sau 12 ngày

Chỉ tiêu Nghiệm thức Ngày 0 Ngày 3 Ngày 6 Ngày 9 Ngày 12

* Phụ lục C: Kết quả kiểm định Duncan trung bình của các nghiệm thức

sau 12 ngày xử lý

Bảng 3: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình các nghiệm thức

100% nước kênh

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

* denotes a statistically significant difference

Bảng 4: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình các nghiệm thức

75% nước kênh và 25% nước cất

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

* denotes a statistically significant difference

Bảng 5: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình các nghiệm thức

50% nước kênh và 50% nước cất

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 6: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị BOD 5 các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc, ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 8: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị BOD 5 các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 10: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị BOD 5 các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 12: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị COD các nghiệm thức 100%

nước kênh cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 14: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị COD trung bình các nghiệm

thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Bảng 15: Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD trung bình các nghiệm thức

75% nước kênh và 25% nước cất

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 16: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị COD trung bình các nghiệm

thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Bảng 17: Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD trung bình các nghiệm thức

thức 50% nước kênh và 50% nước cất

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 18: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị NH 4 + trung bình các nghiệm thức 100% nước kênh theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 20: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị NH 4 + trung bình các nghiệm thức 75% nước kênh và 25% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

Bảng 22: Bảng kết quả kiểm định Duncan giá trị NH 4 + trung bình các nghiệm thức 50% nước kênh và 50% nước cất theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc Count LS Mean LS Sigma Homogeneous Groups

NT8 10 1,883 0,0825878 X

Bảng 24: Bảng kết quả kiểm định Duncan hiệu suất xử lý nồng độ BOD 5 các nghiệm thức theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Bảng 25: Bảng kết quả kiểm định Duncan hiệu suất xử lý nồng độ COD các

nghiệm thức theo thời gian

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Method: 95,0 percent Duncan

Nghiemthuc,ngay Count Mean Homogeneous Groups

Chương 1

MỞ ĐẦU

Nước không thể thiếu đối với đời sống con người, trong sinh hoạt hàng

ngày cũng như trong lao động và sản xuất Con người sẽ không thể sống, tồn

tại và phát triển nếu thiếu nước

Trong khu vực nội thành thành phố Long Xuyên (An Giang) có rất nhiều

kênh, rạch ô nhiễm rất nặng do bị thu hẹp dòng chảy giờ chỉ còn là những con

mương dẫn nước đen ngòm và có mùi hôi Nguyên nhân tình trạng ô nhiễm

kênh, rạch trầm trọng như hiện nay là do hàng trăm hộ dân sinh sống hai bên

bờ kênh, rạch thải rác sinh hoạt, nước chưa qua xử lý trực tiếp xuống kênh,

rạch Chỉ cần nhìn bằng mắt thường thì có thể đoán được mức độ ô nhiễm của

các con kênh, rạch trên địa bàn thành phố đang ngày một gia tăng Với mức ô

nhiễm như vậy thì hầu hết các loại động vật thủy sinh, đặc biệt là cá và các

loài giáp xác đều không thể sống được

Ô nhiễm kênh, rạch ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nguồn nước

ngầm, nước tưới cho cây trồng, đời sống và sức khỏe của người dân Điều

đáng lo ngại là nước tại nhiều kênh, rạch này đổ ra sông thì nồng độ các chất

hữu cơ trong nước sông sẽ tăng lên làm phát triển nhiều tảo Tảo dư thừa chết

kết thành khối trôi nổi trên mặt nước, khi phân hủy sẽ phát sinh mùi và làm

giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước sẽ làm ngăn chặn sự di chuyển của cá,

các sinh vật sống dưới nước và có thể gây chết cá Từ lâu những con kênh,

rạch này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm Thế nhưng, vẫn chưa thấy

chuyển biến trong việc khắc phục

Ngày nay việc ứng dụng vi sinh trong xử lý nước thải đang được khuyến

khích sử dụng bởi vi sinh đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình

phân giải các chất hữu cơ có trong nước Bên cạnh đó thì phương pháp này đạt

hiệu quả tối ưu hơn so với các ứng dụng khác, lợi ích kinh tế hơn và chi phí

đầu tư thấp Mặt khác, các chất bã của quá trình xử lý này có thể sử dụng làm

phân bón sinh học Do đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn Bacillus

subtilis xử lý nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh

An Giang” được thực hiện là rất cần thiết nhằm hạn chế hậu quả, cải thiện

chất lượng môi trường

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

Chương 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về vi khuẩn Bacillus subtilis

2.1.1 Phân loại vi khuẩn

Giống vi khuẩn Bacillus thuộc:

Giống Bacillus có nhiều loài khác nhau như: Bacillus antharacis,

Bacillus polymixa, Bacillus laterosporus, Bacillus licheniformis, Bacillus

subtilis, Bacillus thuringiensis… Bacillus subtilis là một trong những vi khuẩn

đầu tiên được nghiên cứu (Cohn, 1872)

Hình 2.1: Vi khuẩn Bacillus subtilis

Bacillus subtilis là một vi khuẩn hiếu khí tùy nghi sống ký sinh, hình

que, ngắn, nhỏ, kích thước (3- 5) × 0,6 µm, gram dương đứng riêng rẽ, tế bào

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

nối với nhau thành chuỗi dài ngắn khác nhau Nhiệt độ thích hợp cho Bacillus

subtilis sinh trưởng là 30- 50oC, thường nuôi cấy ở 37oC

Bào tử hình bầu dục, kích thước 0,6 - 0,9 µm, phân bố lệch tâm, gần tâm

nhưng không chính tâm Bào tử có thể sống sót trong độ nóng cùng cực

thường thấy khi nấu ăn Khi có mặt của oxy, chúng có thể phát triển và sinh

bào tử

Vi khuẩn Bacillus subtilis có màng nhày giúp vi khuẩn có khả năng chịu

đựng được điều kiện thời tiết khắc nghiệt, vì màng nhày có thể dự trữ thức ăn

và bảo vệ vi khuẩn tránh tổn thương khi khô hạn Màng nhày có thể quan sát

được khi nhuộm tiêu bản, qua kính hiển vi thấy màng nhày trong suốt

Bacillus subtilis có khả năng sinh một số enzym như: α-amylase,

protease kiềm có giá trị cao, đặc biệt có khả năng sinh tổng hợp roboflavin

(tiền vitamin B2), có vai trò quan trọng trong phân hủy chất hữu cơ lắng đọng

ở đáy ao, làm giảm đáng kể lớp bùn và nhớt trong ao (Lê Xuân Phương,

2001)

Thời gian cần thiết đối với một tế bào vi khuẩn để sinh trưởng và phân

chia được gọi là thời gian thế hệ của nó Thời gian thế hệ cũng là thời gian cần

thiết để một tế bào nhân đôi số lượng Thời gian thế hệ thay đổi nhiều trong

các quần thể khác nhau, tùy thuộc vào từng loài và phụ thuộc nhiều vào các

điều kiện vật lý và hóa học của môi trường (Kiều Hữu Ảnh, 2006)

2.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn Bacillus

subtilis

Có nhiều nghiên cứu hiện đang được thực hiện trên vi khuẩn Bacillus

subtilis

Vi khuẩn Bacillus được phân lập từ đất, có thể sản xuất thuốc kháng sinh

như: polymyxin, difficidin, subtilin, và mycobacillin

Bacillus subtilis là vi khuẩn không gây bệnh Chúng có thể làm ô nhiễm

thực phẩm Tuy nhiên, chúng hiếm khi dẫn đến ngộ độc thực phẩm Phát triển

trong thực phẩm đó là không có tính axit, và có thể gây hư hỏng trong bánh

mì Chúng được sử dụng trên cây trồng như một loại thuốc diệt nấm không

ảnh hưởng đến con người Chúng cũng được sử dụng trên hạt giống trong

nông nghiệp như hạt giống rau, đậu tương Một số chủng vi khuẩn Bacillus

subtilis gây thối ở khoai tây, có khả năng sản xuất chất độc đối với côn trùng

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

Sử dụng Bacillus subtilis để phân giải chất hữu cơ trong thành phần nước

thải xử lý nước thải giết mổ gia súcđể hạn chế hậu quả, cải thiện chất lượng

môi trường

Trước hết chọn các vật liệu rắn có khả năng hấp thụ nước thải giết mổ

gia súc như than bùn, bã mía và rơm rạ Kế đến đưa vật liệu hấp phụ vào 3 bể

có thể tích 40L và nối tiếp vào bể nhựa chứa nước thải giết mổ gia súc có thể

tích 500L Bên trong các bể này được thiết kế 3 vách ngăn cách đều nhau và

mỗi vách ngăn sẽ được lưu thông với nhau bằng lỗ nhỏ đường kính 5cm, đầu

của mỗi bể được gắn đồng hồ để đo lưu tốc của dòng nước thải trước khi hấp

phụ Sau một thời gian hấp phụ, các bể đầy và chảy tràn ra ngoài tiến hành

thu, bảo quản, phân tích 3 mẫu đầu ra và 1 mẫu xử lý để đối chứng Sau đó,

phân lập một số dòng vi khuẩn Bacillus subtilis bản địa trong nước thải giết

mổ gia súc Xác định hàm lượng đạm có trong nước thải rồi tiến hành pha

loãng nước thải phù hợp để vi khuẩn Bacillus subtilis bản địa hấp phụ vào cơ

thể tạo ra sinh khối Kết quả là đã làm giảm thiểu các thông số các độc chất

gây ô nhiễm như: COD, BOD, DO, NH4+ và NO3- trong nước xử lý Bên cạnh

đó còn tăng sản phẩm sử dụng cho nông nghiệp bằng phân hữu cơ chế tạo từ

chất thải, giúp người dân sử dụng phân hữu cơ chế biến với giá thành rẻ và cải

tạo độ phì nhiêu của đất hiệu quả (Nguyễn Hữu Hiệp, 2008)

Nghiên cứu tách protein từ phế liệu tôm ở quy mô tiền pilot nhằm xây

dựng quy trình sản xuất chitin có sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis Nghiên

cứu đã sử dụng Bacillus subtilis để tách protein từ phế liệu tôm ở 2 quy mô là

bình tam giác 1.000 ml và hệ thống lên men 5l ở 35o; khảo sát 2 phương pháp

lên men (lên men chìm và lên men trong môi trường bán rắn) trong bình tam

giác 1.000 ml Kết quả của việc áp dụng chế độ công nghệ này có thể tách

được khoảng 80% protein từ phế liệu tôm (Đỗ Thị Bích Thủy, 2010)

Bacillus subtilis còn được ứng dụng trong xử lý nước máu cá Qua quá

trình nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm kết quả đã tìm ra được quy trình xử

lý hoàn chỉnh có thể áp dụng cho mẫu nước máu cá ở mật độ vi khuẩn là 107

cfu/ml, nồng độ muối là 1%, điều chỉnh pH = 6 và trong thời gian xử lý là 20

ngày (Lâm Thị Dung và cộng tác viên, 2006)

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

2.2 Tổng quan về môi trường nước

2.2.1 Vai trò của nước trong cuộc sống

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời

sống con người Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái đất thì nước và

môi trường nước đóng vai trò rất quan trọng Nước tham gia vào quá trình

quang hợp Lượng nước trong cơ thể con người thường chiếm trung bình trên

75% (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Trong khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời

sống tinh thần cho người dân

Đối với cây trồng nước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời còn có vai trò điều

tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí

trong đất

2.2.2 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước

Do hoạt động tự nhiên và nhân tạo mà thành phần và chất lượng của

nước trong môi trường có thể bị thay đổi Khả năng tự làm sạch của nước chỉ

đáng kể đối với các nguồn nước có lưu thông (sông, suối, ) Do trong điều

kiện có dòng chảy, oxy từ không khí mới có thể khuếch tán và hòa tan vào

nước để tham gia vào quá trình phân hủy các chất ô nhiễm của vi sinh vật Khi

đưa một lượng quá nhiều chất gây ô nhiễm vào các nguồn nước tự nhiên, vượt

quá khả năng tự làm sạch của nó thì nguồn nước đó sẽ bị ô nhiễm Có nhiều

chất gây ô nhiễm nước Tác hại của các chất gây ô nhiễm không những tùy

thuộc vào tính chất vật lý, hóa học mà còn phụ thuộc vào dạng tồn tại của

chúng trong môi trường

Các nguồn gây ô nhiễm nước thường gặp là:

™ Nước thải sinh hoạt

Là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ

quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con

người.Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ không

bền vững, dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh

dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng Tùy theo mức sống và lối sống mà

lượng nước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người

trong một ngày là khác nhau Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước

thải và tải lượng thải càng cao

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

™ Nước thải đô thị

Là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước

thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ trong khu

đô thị Nước thải đô thị thường được thu gom vào hệ thống cống thải thành

phố, đô thị để xử lý chung Thông thường ở các đô thị có hệ thống cống thải,

khoảng 70 đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải

đô thị và chảy vào đường cống Nhìn chung, thành phần cơ bản của nước thải

đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt

™ Nước thải công nghiệp

Là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp,

giao thông vận tải

Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công

nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản

xuất công nghiệp cụ thể Nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm

thường chứa lượng lớn các chất hữu cơ; nước thải của các xí nghiệp thuộc da

ngoài các chất hữu cơ còn có các kim loại nặng, sulfua; nước thải của xí

nghiệp acquy có nồng độ axit, chì cao; nước thải của nhà máy bột giấy chứa

nhiều chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, màu, phenol,… với hàm lượng lớn (Trần

Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2002)

™ Nước chảy tràn

Nước chảy tràn từ mặt đất do mưa, hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là

nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ Nước chảy tràn qua đồng ruộng có thể

cuốn theo rác, hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón Nước chảy tràn qua khu

dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp, có thể làm ô nhiễm nguồn

nước do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng

Khối lượng và đặc điểm của nước chảy tràn phụ thuộc vào diện tích vùng

mưa và thành phần, khối lượng chất ô nhiễm trên bề mặt vùng nước mưa chảy

qua

2.3 Các phương pháp xử lý nước

Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải

xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau Một cách tổng quát, các

phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau:

• Phương pháp xử lý cơ học

• Phương pháp xử lý hóa lý

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

• Phương pháp xử lý sinh học

™ Phương pháp cơ học

Quá trình xử lý cơ học (tiền xử lý) thường áp dụng ở các giai đoạn đầu

của công trình Tùy vào tính chất, hàm lượng, lưu lượng nước thải, mức độ

làm sạch mà ta áp dụng các quá trình:

- Chắn rác: loại bỏ các thành phần có kích thước lớn như giẻ, rác, vỏ đồ

hộp, lá cây, bao nilon,

- Lắng: lắng các chất lơ lững và bông cặn được loại bỏ do trọng lực

- Tuyển nổi: khử các chất lơ lửng

- Loc: để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được

bằng phương pháp lắng

- Điều hòa: điều hòa lưu lượng và nồng độ chất thải

™ Phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải

Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học

Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và

đặc biệt thường tạo thành các sản phẩm phụ độc hại Các phương pháp hóa lý

Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan

có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ,

… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô

nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để

sinh trưởng và phát triển Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình

xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống, có thể

chia phương pháp sinh học thành 2 loại:

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

- Phương pháp yếm khí: sử dụng nhóm vi sinh vật yếm khí, hoạt động

trong điều kiện không có oxy

Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức

tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Sản phẩm

chính của quá trình phân hủy yếm khí là khí metan, cacbonic Phương trình

phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật, chất hữu cơ ⎯→ CH4 + CO2 +H2O + H2 + NH3 + H2S + Tế bào

mới

Quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Thủy phân cắt mạch các chợp chất cao phân tử

- Giai đoạn 2: Acid hóa

- Giai đoạn 3: Acetale hóa

- Giai đoạn 4: Methane hóa

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều các chất hữu cơ cao phân tử như

proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin… trong giai đoạn thủy

phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy

hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid,

carbohydrate thành đường đơn, và các chất béo thành acid béo Trong giai

đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic

acid, H2 và CO2 Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid

và lactic acid Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác

cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat Vi sinh vật

chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như

CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamins và CO

* Ưu điểm :

- Nhu cầu về năng lượng không nhiều

- Bùn hoạt tính được làm tác nhân biến đổi thành phần nước thải

- Tạo ra lượng bùn thấp

- Thích hợp cho chất thải có độ ô nhiễm cao

- Có khả năng tăng công suất của hồ phản ứng

- Thiết bị khá đơn giản

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

* Khuyết điểm:

- Quá trình này xảy ra chậm hơn quá trình hiếu khí

- Nhạy cảm với các chất độc hại

- Xử lý nước thải chưa triệt để cần phải xử ký hiếu khí sau đó

- Đòi hỏi nồng độ chất nền ban đầu cao

- Thời gian dài

- Nước sau xử lý có mùi thối

- Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động

trong điều kiện cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 –

40oC

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí chất thải gồm 3 giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở

điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người

ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có

tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều Phương pháp hiếu khí chỉ xử lý được

nước thải có mức độ ô nhiễm thấp, chi phí vận hành cao và tạo ra nhiều bùn

thải (Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2002)

Enzyme

Enzyme

Enzyme

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

ª Các loại hình công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Hình 2.2: Các phương pháp làm sạch nước thải

(Nguồn: Hoàng Kim Cơ, 2001)

2.4 Hiện trạng nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long

Xuyên, tỉnh An Giang

Qua quá trình khảo sát kênh Đào cho thấy nước ở đây đang ô nhiễm

nghiêm trọng do bị thu hẹp dòng chảy Đa số các hộ dân sinh sống hai bên bờ

kênh thải trực tiếp rác sinh hoạt, nước chưa qua xử lý xuống kênh làm cho

nước có màu đen và bốc mùi hôi thối

Hình 2.3: Nước kênh Đào

Các phương pháp sinh học làm sạch nước thải

Hiếu khí Thiếu khí Yếm khí

Ao ổn định nước thải

Khử nitrat

Bể

kỵ khí

Bể lọc

kỵ khí UASB

GVHD: Nguyễn Hữu Thanh

Chương 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Thử nghiệm ứng dụng vi khuẩn Bacillus subtilis xử lý nước kênh Đào

phường Mỹ Phước, thành phố Long xuyên, tỉnh An Giang

3.2 Thời gian nghiên cứu

Từ 12/2010 đến 05/2011

3.3 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng xử lý nước kênh Đào bằng vi khuẩn Bacillus subtilis

3.4 Nội dung nghiên cứu

• Thu mẫu nước kênh Đào tại đầu nguồn, giữa nguồn và cuối nguồn

• Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis xử lý nước

kênh

Bố trí thí nghiệm : Xử lý nước kênh bằng vi khuẩn Bacillus subtilis

Hình 3.4: Quy trình xử lý nước kênh Đào

Ghi chú:

A: Độ pha loãng

Xử lý Nước kênh Đào