Tuyển chọn và nghiên cứu đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột và ứng dụng để xử lý nước thải làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột

“Tuyển chọn và nghiên cứu đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột và ứng dụng để xử lý nước thải làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột”.. Cho tới nay 100% nước thải sản xu

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Liên Hà - bộ môn Vi sinh - Hóa sinh và Sinh học Phân Tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình em thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo và cán bộ công tác tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm - trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã dạy dỗ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em cũng xin cảm ơn gia đình, các anh chị, bạn bè làm việc tại phòng thí nghiệm và tập thể lớp 13BCNSH.KH đã động viên, khuyến khích, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài tốt nghiệp do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô để khóa luận hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2015 Học viên

Đỗ Thị Thúy Hằng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu nhóm nghiên cứu chúng tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Liên Hà trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên, sinh viên đang học tập và làm việc tại phòng thí nghiệm Vi sinh – Hóa sinh và Sinh học Phân tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu kham khảo của luận văn

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2015

Tác giả

Đỗ Thị Thúy Hằng

MỤC LỤC

LỜIMỞĐẦU 1

CHƯƠNG1:TỔNGQUANTÀILIỆU 3

1.1 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT TẠI CÁC LÀNG NGHỀ

SẢN XUẤT TINH BỘT 3

1.1.1 Hiện trạng về công nghệ và thiết bị sản xuất 3

1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn 4

1.1.3 Quy trình công nghệ sản xuất bún 6

1.1.4 Quy trình công nghệ sản xuất miến dong 8

1.2 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CÁC LÀNG NGHỀ SẢN

XUẤT TINH BỘT 8

1.2.1 Hiện trạng môi trường nước 9

1.2.2 Hiện trạng môi trường không khí 13

1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn 14

1.3 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC THẢI 15

1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN TINH BỘT ĐẾN SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG 18

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT 20

1.5.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học 20

1.5 2 Xử lý bằng phương pháp hoá lý 20

1.5.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học 21

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH

VÀO XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM 26

CHƯƠNG2:VẬTLIỆUVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 30

2.1 VẬT LIỆU 30

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 30

2.1.2 Dụng cụ và hóa chất 30

2.1.3 Môi trường 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 31

2.2.2 Phương pháp vi sinh 31

2.2.3 Phương pháp hóa sinh 32

2.2.4 Phương pháp sinh học phân tử 33

2.2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng 35

2.2.6 Tối ưu đa yếu tố ảnh hưởng theo quy hoạch thực nghiệm Box – Behnken 37

2.2.7 Tạo chế phẩm 39

2.2.8 Thử nghiệm xử lý nước thải làng Me ở phòng thí nghiệm 39

2.2.9 Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nước 40

CHƯƠNG3:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN 44

3.1 TUYỂN CHỌN CHỦNG VI KHUẨN PHÂN GIẢI TINH BỘT. 44

3.1.1 Phân lập và tuyển chọn bằng phương pháp cấy chấm điểm 44

3.1.2 Tuyển chọn bằng phương pháp đục lỗ thạch 47

3.2 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, SINH LÝ, SINH HÓA CỦA CHỦNG H12 48

3.2.1 Đặc điểm hình thái 48

3.2.2 Hoạt tính phân giải protein 48

3.2.3 Catalaza: 49

3.2.4 Khả năng sử dụng một số loại đường 49

3.3 ĐỊNH TÊN CHỦNG H12 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ 50

3.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ

SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CHỦNG 53

3.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 53

3.4.2 Ảnh hưởng của pH 54

3.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ pepton 55

3.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột tan 56

3.4.5 Ảnh hưởng của nồng độ cấp giống 57

3.5 TỐI ƯU ĐA YẾU TỐ 58

3.6 TẠO CHẾ PHẨM 62

3.7 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA CHẾ PHẨM 64

3.7.1 Xử lý nước thải quy mô bình tam giác 64

3.7.2 Xử lý ở quy mô sục khí thể tích 3lit 66

KẾTLUẬN 69

KIẾNNGHỊ 70

TÀILIỆUTHAMKHẢO 71

Tài liệu Tiếng Việt: 71

Tài liệu Tiếng Anh: 73

Tài liệu Web: 74

PHỤLỤC 75

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

TT Các từ hoặc thuật

ngữ viết tắt

Giải thích các từ hoặc thuật ngữ viết tắt

Nhu cầu oxy hóa sinh học

Nhu cầu oxy hóa hóa học

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Đặc trưng nước thải cống chung một làng nghề sản xuất tinh bột 11

Bảng 1 2.Chất lượng nước mặt làng nghề tại xã Dương Liễu 12

Bảng 1 3 Lượng thải rắn của một số làng nghề 13

Bảng 1 4 Chất lượng môi trường không khí ở một số làng nghề 13

Bảng 1 5 Thành phần và khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu 14

Bảng 1 6 Thành phần bã thải từ sản xuất tinh bột 15

Bảng 1 7 Định mức nước trong sản xuất tinh bột 15

Bảng 1 8 Đặc trưng nước thải công đoạn tách bột đen Làng nghề

Dương Liễu 16

Bảng 1 9 Đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột làng nghề Dương Liễu 17

Bảng 2 1 Khoảng biến đổi của các yếu tố ……….37

Bảng 2 2 Bảng bố trí thí nghiệm sử dụng phần mềm Desgin Expert 7.1.5 38

Bảng 3 1 Mẫu nước thải 44 Bảng 3 2 Hình thái khuẩn lạc các chủng phân lập được 45

Bảng 3 3 Kích thước vòng thủy phân dùng phương pháp đục lỗ thạch 47

Bảng 3 4 Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa 50

Bảng 3 5 Bảng kết quả sau tối ưu quy hoạch thực nghiệm 58

Bảng 3.6 Kết quả phân tích ANOVA tối ưu quá trình tổng hợp các yếu tố 59

Bảng 3 7 Kết quả phân tích sự phù hợp với thực nghiệm 60

Bảng 3 8 Tính ổn định của mật độ tế bào trong chế phẩm 64

Bảng 3 9 Đặc trưng nước thải làng Me 64

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột 3

Hình 1 2 Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn kèm dòng thải 4

Hình 1 3 Quy trình công nghệ sản xuất bún kèm dòng thải 6

Hình 1 4 Quy trình sản xuất miến dong kèm dòng thải 8

Hình 1 5 Môi trường làng nghề Dương Liễu- Hoài Đức- Hà Nội 9

Hình 1 6 Tình hình bệnh tật trong dân cư do có liên quan đến chất lượng

môi trường 18

Hình 3 1 Đường kính vòng phân giải cấy chấm điểm 46

Hình 3 2 Đường kính vòng phân giải đục lỗ thạch 47

Hình 3 3 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc, tế bào của chủng H12 48

Hình 3 4 Hoạt tính phân hủy protein 49

Hình 3 5 Hoạt tính catalaza 49

Hình 3 6 Ảnh điện di trên gel agarose DNA tổng số

và sản phẩm PCR của chủng H12 51

Hình 3 7.Các chủng có độ tương đồng cao với chủng H12 52

Hình 3 8 Sơ đồ cây phát sinh loài của chủng H12 52

Hình 3 9 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng

và phát triển của chủng H12 53

Hình 3 10 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng

và phát triển của chủng 54

Hình 3 11 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pepton đến sự sinh trưởng

và phát triển của chủng H12 55

Hình 3 12 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến

sự sinh trưởng và phát triển của chủng H12 56

Hình 3 13 Khảo sát yếu tố cơ tỉ lệ cấp giống đến sự sinh trưởng

và phát triển của chủng H12 57

Hình 3 14 Khi nhiệt độ và pH thay đổi, hàm lượng tinh bột ở mức trung bình 61

Hình 3 15 Khi pH và hàm lượng tinh bột thay đổi, nhiệt độ ở mức trung bình 61

Hình 3 16 Khi nhiệt độ và hàm lượng tinh bột thay đổi, pH ở mức trung bình 61

Hình 3 17 Quy trình tạo chế phẩm vi sinh xử lý nước thải làng nghề tinh bột 62

Hình 3 18 Khảo sát ảnh hưởng của mật độ chế phẩm 65

Hình 3 19 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng xử lý nước thải 65

Hình 3 20 Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng xử lý nước thải 66

Hình 3 21 Khảo sát tỉ lệ bổ sung chế phẩm ở quy mô 3l 67

Hình 3 22 Khảo sát ảnh hưởng của DO tới khả năng xử lý 68

Hình 3 23 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng oxy sau 48 giờ 68

LỜI MỞ ĐẦU

Các làng nghề Việt Nam góp phần tạo công việc làm ổn định cho một lượng lớn lực lượng lao động, đồng thời đóng góp một phần vào ngân sách nhà nước và giúp duy trì các truyền thống tốt đẹp tại địa phương

Theo thống kê của Hiệp hội làng nghề Việt Nam, đến nay cả nước ta có khoảng 2800 làng nghề với 11 nhóm nghành nghề khác nhau giải quyết việc làm cho trên 11 triệu lao động nông thôn [2] Sản phẩm của các làng nghề không chỉ đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng cho người dân mà còn là những mặt hàng xuất khẩu độc đáo ra thị trường nước ngoài

Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm là một trong những loại hình làng nghề lâu đời nhất, thường sản xuất theo quy mô hộ gia đình, phân tán và sản xuất nhiều loại sản phẩm, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng hàng ngày của dân cư trong vùng Hoạt động sản xuất của các làng nghề có thể diễn ra quanh năm như sản xuất bún, bánh, rượu hoặc sản xuất theo thời vụ như sản xuất tinh bột từ sắn củ, dong củ, làm miến dong, chế biến hoa quả…

Những năm gần đây kinh tế phát triển, nhu cầu các mặt hàng lương thực, thực phẩm tăng nhanh Mặt khác, một số vùng chuyên canh đã tạo ra một lượng lớn sản phẩm cần được chế biến tại chỗ đã góp phần thúc đẩy sản xuất ở các làng nghề Tuy nhiên sự phát triển các làng nghề diễn ra một cách tự phát, sản xuất mở rộng tuỳ tiện, không có quy hoạch và trình độ công nghệ thấp Tâm lý và thói quen sản xuất quy mô nhỏ, khép kín đã hạn chế việc đầu tư trang thiết bị và đổi mới công nghệ dẫn đến hiệu quả sản xuất không cao, tiêu tốn nguyên nhiên liệu lớn, đồng thời thải ra môi trường một lượng lớn chất thải, đặc biệt là nước thải giàu chất hữu cơ Thêm vào đó do sản xuất quy mô nhỏ phân bố rải rác trên khắp địa bàn làng, xã gây phát sinh những nguồn thải phân tán, rất khó thu gom nên các chất thải hầu như không được xử lý Các làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột không nằm ngoài quy luật này Những hạn chế trên đã tác động không chỉ tới sự phát triển sản xuất

mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và sức khoẻ cộng đồng

Nhằm góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu ô nhiễm do sản xuất và chế biến tinh bột tại các làng nghề, chúng tôi thực hiện đề tài:

“Tuyển chọn và nghiên cứu đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng phân giải

tinh bột và ứng dụng để xử lý nước thải làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột”.

Với 5 nội dung nghiên cứu chính sau:

1 Tuyển chọn một số chủng vi khuẩn có khả năng phân giải tinh bột cao

2 Định tên dựa trên đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa và bằng phương pháp sinh học phân tử

3 Khảo sát và tối ưu các điều kiện ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của chủng đã lựa chọn

4 Thu sinh khối và tạo chế phẩm

5 Thử nghiệm xử lý nước thải làng Me huyện Hưng Hà tỉnh Thái Bình ở quy mô phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT TẠI CÁC LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT

1.1.1 Hiện trạng về công nghệ và thiết bị sản xuất

Cũng như các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm khác, làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột có tỉ lệ cơ khí hóa rất thấp Do quy mô sản xuất nhỏ, vốn đầu tư hạn hẹp nên việc đầu tư cho thiết bị, nhất là thiết bị hiện đại hầu như không được quan tâm và lao động chủ yếu là lao động thủ công

Hình 1 1 Làng nghề sản xuất, chế biến tinh bột [41]

Tại các làng nghề công nghệ sản xuất và chế biến tinh bột hầu hết đều mang tính truyền thống, quy mô nhỏ, công cụ lao động chủ yếu là các trang thiết bị thủ công, đơn giản và năng suất lao động thấp Hiện nay chỉ một số hộ gia đình sản xuất tinh bột có công nghệ được cải tiến ở một số khâu

Đa số các cơ sở sản xuất nằm ngay trong khu dân cư, thậm chí chính là nhà ở nên mặt bằng sản xuất của các làng nghề còn chật hẹp Những hạn chế trên đã ảnh hưởng rất nhiều đến sự phát triển chung của làng nghề và tác động nghiêm trọng đến chất lượng môi trường làng nghề

1.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn

Hình 1 2 Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn kèm dòng thải [2]

Làm khô

Nước thải

Nước thải

Sắn củ được thu mua về tập kết tại bãi nguyên liệu của làng, xã và phân phối đến các hộ gia đình

Rửa sắn nhằm loại bỏ đất cát bám trên bề mặt củ sắn, đồng thời tách một phần vỏ khỏi củ, đảm bảo tinh bột sau chế biến được trắng sạch Việc rửa sắn được tiến hành trong khoảng 20- 30 phút Sau khi rửa sạch, sắn được ngâm trong nước 15

) có trong củ sắn

Sau đó được đưa vào nghiền mịn để phá vỡ cấu trúc tinh bột Đây là khâu hết sức quan trọng, nếu nghiền kỹ bùn sắn sẽ mịn và hiệu suất thu hồi tinh bột sắn sẽ cao

Lọc tách bã nhằm tách các loại xơ, bã để thu hồi tinh bột dưới dạng sữa tinh bột được cho chảy vào bể lắng để tách nước lấy tinh bột ướt

Dịch sữa tinh bột thu được sau khi lọc được đưa vào bể xây bằng gạch có

bỏ phần nước phía trên bằng các lỗ thoát nước bố trí sẵn trên thành bể, sau đó lại cho nước sạch vào lắng lại, làm như vậy 3 lần Sau 10- 12 giờ (3 lần lắng), tinh bột lắng chặt xuống đáy bể thành lớp 20- 30cm Sau khi tháo lớp nước sau cùng, loại bỏ lớp bột đen trên cùng, còn lại bên dưới là phần bột trắng Phủ một lớp vải thấm nước lên trên bề mặt lớp bột trắng rồi đổ xỉ than khô lên trên Nước trong bột ướt sẽ

bị hút bớt Sau 1- 2 giờ, bóc bỏ lớp vải và xỉ than ra, dùng dao cắt lớp bột đóng chặt phía dưới đáy bể theo kích thước tuỳ ý, nhấc bánh tinh bột ra khỏi bể lắng, ta thu được tinh bột ướt Các bánh tinh bột ướt được lót vải và đặt lên trên các viên gạch khô thành khối gồm 3- 5 lớp chồng lên nhau Sau một ngày có thể bán ra thị trường

1.1.3 Quy trình công nghệ sản xuất bún

Hình 1 3 Quy trình công nghệ sản xuất bún kèm dòng thải [14]

Nước

Làm nguội Luộc

Bún tươi

Nước thải Nước thải

Nước

Gạo tẻ được vo, đãi sạch và đem ngâm nước qua đêm Sau đó đưa gạo vào máy xay nhuyễn cùng với nước để tạo thành bột gạo dẻo và nhão Bột lại được ủ và chắt bỏ nước chua, rồi đưa lên bàn ép rồi xắt thành quả bột khoảng 1kg Các quả bột lại tiếp tục được nhào, trộn trong nước sạch thành dung dịch lỏng rồi đưa qua màn lọc sạch sạn và bụi tấm để tạo thành tinh bột gạo

Tinh bột gạo được cho vào khuôn bún Khuôn bún thường có dạng ống dài, phía đầu khuôn có một miếng kim loại đục các lỗ tròn Công đoạn vắt bún thường được thực hiện bằng tay hoặc dùng cánh tay đòn để nén bột trong khuôn qua các lỗ Bột chảy đều qua các lỗ khi khuôn bị vặn, nén, tạo thành sợi bún rồi rơi xuống nồi nước sôi đặt sẵn dưới khuôn Sợi bún được luộc trong nồi nước sôi khoảng vài ba phút sẽ chín, sau đó được vớt sang tráng nhanh trong nồi nước sạch và nguội để sợi bún không bị bết dính vào nhau

1.1.4 Quy trình công nghệ sản xuất miến dong

Hình 1 4 Quy trình sản xuất miến dong kèm dòng thải [43]

Tinh bột dong được ngâm bằng hóa chất để loại bỏ tạp chất và làm trắng, tiếp tục lại được ngâm thêm lần nữa có thể bổ sung chất tạo màu Bột sau ngâm được tráng thành bánh, hấp chín, đem đi phơi, sau đó sắt sợi và phơi khô đóng gói

1.2 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CÁC LÀNG NGHỀ SẢN XUẤT TINH BỘT

Hầu hết các làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột đều phát triển tự phát, sản xuất tăng nhanh và thiếu quy hoạch Trang thiết bị đơn giản, không đồng bộ, chủ yếu là thủ công, công nghệ lạc hậu, tiêu tốn vật tư nguyên liệu cao, quy mô sản

Nước thải

xuất nhỏ và phân tán Năng lực quản lý cũng như ý thức của người lao động trong tiết kiệm vật tư, nguyên liệu và nước còn thấp

Hình 1 5 Môi trường làng nghề Dương Liễu- Hoài Đức- Hà Nội [42]

Hình ảnh trên cho ta thấy ý thức bảo vệ môi trường cho chính gia đình sản xuất và cho cộng đồng của người dân nói chung còn kém Vì vậy, sản xuất càng phát triển thì tình trạng ô nhiễm môi trường càng trở nên nghiêm trọng Ô nhiễm môi trường do sản xuất ảnh hưởng đáng kể tới chất lượng môi trường nước, môi trường không khí và sức khỏe cộng đồng trong khu vực

1.2.1 Hiện trạng môi trường nước

Các làng nghề sản xuất tinh bột thường kết hợp chế biến tinh bột thành các sản phẩm như miến dong, nha…và nuôi lợn Các loại hình sản xuất này cũng tạo ra

nước thải có độ ô nhiễm cao Vì vậy, nước thải cống chung ở các làng nghề sản xuất

và chế biến tinh bột thường có độ ô nhiễm khá cao (Bảng 1.1)

Theo thống kê của Sở Công Thương năm 2008, lượng nước thải của các làng

/ngày, và của Minh Khai là 5.500 m3/ngày Kết quả phân tích cho thấy nước thải cống chung của các làng nghề sản xuất tinh bột có hàm lượng ô nhiễm cao đến rất cao, đặc biệt ở làng nghề Dương Liễu, COD lên tới 3178mg/l, gấp 32 lần TCCP của dòng thải loại B, mặc dù đã ra đến cống thải chung nhưng pH vẫn còn thấp (pH = 4,9) Tổng nitơ vượt 9 lần và tổng phốt pho vượt 7 lần tiêu chuẩn dòng thải loại B Ở Phú Đô nước thải có COD = 2976 mg/l gấp gần

Nước thải cống chung của làng nghề Tân Hoà (huyện Hoài Đức – Hà Nội)

giới hạn cho phép Có hiện tượng này là do nước thải ra đến cống chung đã được pha loãng nhiều lần với nước thải sinh hoạt Nhìn chung, sản xuất tinh bột tác động

rõ rệt đến chất lượng nước mặt và nước ngầm ở các làng nghề Các chỉ tiêu COD đều lớn hơn TCCP Hàm lượng tổng nitơ, tổng P tương đối cao trong nước mặt là

cơ sở gây bùng nổ tảo trong nước mặt Đáng chú ý là theo kết quả khảo sát cho thấy nguồn nước giếng ở các làng nghề này đều có chỉ tiêu coliform vượt mức cho phép,

có hiện tượng này là do nguồn nước ngầm đã bị ô nhiễm

Bảng 1 1 Đặc trưng nước thải cống chung một làng nghề sản xuất tinh bột

cột B

Tân Hoà (2)

Bình Minh (1)

Cát Quế (2)

Dương Liễu (3)

(1) Trung tâm công nghệ môi trường ENTECT khảo sát tháng 12/2002

(2) Viện khoa học và công nghệ môi trường (KH&CN Môi trường) - Đại học Bách khoa Hà Nội (ĐH BKHN) khảo sát tháng 10 /2002 [19]

(3) Viện KH&CN Môi trường - ĐH BKHN khảo sát tháng 3 /2003 [23]

Bảng 1 2 Chất lượng nước mặt làng nghề tại xã Dương Liễu [20]

Ghi chú: Viện KH&CN Môi trường - ĐH BKHN khảo sát tháng 10/2002

M1: Nước giếng làng Dương Liễu

M2: Nước giếng làng Tân Hòa

M3: Nước ao làng Bình Minh

Kết quả ở Bảng 1.2 cho thấy tình hình ô nhiễm nước mặt vượt quá TCVN là

rất nhiều Cho tới nay 100% nước thải sản xuất tinh bột ở làng nghề không được xử

lý đều xả thẳng cùng nước thải sinh hoạt vào môi trường Do đó nước thải đã gây ra mối nguy hại như sau:

+ Làm tăng độ đục của nguồn nước, ảnh hưởng trực tiếp tới sự phát triển hệ thủy sinh, làm giảm khả lượng oxy hòa tan trong nước

+ Hàm lượng các chất hữu cơ cao trong điều kiện thiếu oxy, trong nước xảy

cho các loài động vật dưới nước như tôm, cá cùng hệ thực vật nước bị tiêu diệt + Là nguồn gốc lây lan dịch bệnh theo đường nước

+ Nước thải thấm vào đất gây ô nhiễm nguồn nước ngầm

Bảng 1 3 Lượng thải rắn của một số làng nghề [1]

STT Làng nghề Sản phẩm

(tấn/năm)

COD (tấn/năm)

BOD5 (tấn/năm)

SS (tấn/năm)

1.2.2 Hiện trạng môi trường không khí

Nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí ở các làng nghề sản xuất chế biến tinh bột là mùi xú uế phát sinh do phân hủy các chất hữu cơ có trong chất thải rắn

và do nước thải tồn đọng trong hệ thống thu gom Quá trình phân hủy yếm khí tạo

trong không khí tại một số làng nghề được thể hiện ở Bảng 1.4

Bảng 1 4 Chất lượng môi trường không khí ở một số làng nghề [20]

K1: Môi trường nền làng nghề Dương Liễu (khảo sát tháng 10/2002)

K2: Môi trường nền làng nghề Tân Hòa (khảo sát tháng 10/2002)

Hầu hết các chỉ tiêu chất lượng môi trường không khí còn ở mức cho phép

tán vào môi trường không khí làm ô nhiễm môi trường không khí, ảnh hưởng nghiên trọng đến sức khỏe dân cư

1.2.3 Hiện trạng ô nhiễm chất thải rắn

Chất thải rắn có khối lượng rất lớn, nếu không thu gom và xử lý trong ngày thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong chất thải rắn sau 48 giờ sẽ tạo ra các

Bảng 1 5 Thành phần và khối lượng bã thải từ sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu (thời gian từ tháng 10 năm trước đến hết tháng 4 năm sau ) [1]

- Xơ và bã sắn sau khi lọc hết tinh bột, thường chiếm 15 – 20% lượng sắn tươi, rất dễ gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý kịp thời Bã sắn chứa chủ yếu là xơ (xenlulozo) và một lượng nhỏ tinh bột

- Bao bì phế thải

Như vậy, định mức thải trung bình của 1 tấn tinh bột sắn thành phẩm khoảng:

liệu, ngâm ủ, lọc tách bột, rửa bột và rửa máy móc thiết bị)

Bảng 1 6 Thành phần bã thải từ sản xuất tinh bột [2]

1.3 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NƯỚC THẢI

Sản xuất tinh bột là ngành sản xuất có nhu cầu nước lớn Ở mỗi công đoạn

của sản xuất, nhu cầu nước cũng khác nhau (Bảng 1.7)

Bảng 1 7 Định mức nước trong sản xuất tinh bột (cho 1 tấn nguyên liệu) [23]

Nước sử dụng cho công đoạn tinh chế bột (tách bã và tách bột đen) chiếm khối lượng lớn (60 – 75%) Nước thải từ công đoạn này cũng là nước thải có độ ô nhiễm cao nhất

Theo đặc trưng công nghệ của mỗi công đoạn, nước thải có độ ô nhiễm khác nhau Kết quả khảo sát nước thải sản xuất tinh bột tại làng nghề Dương Liễu (huyện Hoài Đức - Hà Nội) cho thấy: nước rửa sắn thường có pH cao hơn nhưng độ ô nhiễm thấp hơn so với nước tách bột đen ở sắn Đặc biệt nước tách bột đen trong

Tháng 3/2005

Tháng 3/2006

Bảng 1 9 Đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột làng nghề Dương Liễu [9]

1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN TINH BỘT ĐẾN SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG

Biểu đồ dưới đây cho ta thấy rõ tình hình bệnh tật ở khu dân cư làng nghề:

bệnh về mắt bệnh ngoài da bệnh dị ứng hen suyễn bệnh tiêu hóa bệnh phổi tim mạch ung thư ảnh hưởng tới phụ nữ có thai

giảm tuổi thọ bệnh phụ khoa

Hình 1 6 Tình hình bệnh tật trong dân cư do có liên quan đến chất lượng môi

trường [11]

Từ biểu đồ trên có thể thấy, tình trạng ô nhiễm môi trường đã có những ảnh hưởng ngày càng rõ rệt đối với người dân trong những năm gần đây Biểu hiện cụ thể là:

- Tuổi thọ trung bình của người dân trong xã là 55 đến 60 tuổi, đây là mức tuổi thọ thấp Trong khi đó tuổi thọ trung bình tại các xã thuần nông khác đạt 70 tuổi mặc dù thu nhập của người dân thấp hơn

- Số người chết do bị ung thư tăng cao, năm 2007 số người chết do mắc ung thư chiếm 20% tổng số người chết trong xã Số ca tử vong có độ tuổi dưới 50 tuổi cao, chiếm tới 25%

Hơn nữa, theo kết quả điều tra về y tế tại các làng nghề sản xuất tinh bột cho thấy rất rõ những ảnh hưởng từ sản xuất nghề tới sức khoẻ người dân:

Các bệnh phổ biến mà người dân làng nghề mắc phải là bệnh phụ khoa chiếm chủ yếu (13–38%), bệnh tiêu hóa (8-30%), bệnh viêm da (4,5–23%), bệnh về đường

hô hấp (6–18%), bệnh đau mắt (9–15%)…[22] Tỷ lệ trẻ em ở các làng nghề mắc bệnh cao, chủ yếu là bị suy dinh dưỡng, mắc bệnh về đường tiêu hoá, phụ nữ mắc bệnh phụ khoa

Làng nghề chế biến lương thực xã Dương Liễu: bệnh hay gặp nhất là bệnh loét chân tay, chiếm 19,7% Ngoài ra có các vấn đề về tiêu hóa 16,2% (chủ yếu là rối loạn tiêu hóa đau bụng), hô hấp 9,43%, mắt 0,86% Bệnh mãn tính thường gặp

là bệnh tiêu hóa chiếm tỷ lệ cao nhất 4,28% (chủ yếu là loét dạ dày tá tràng, sau đó đến bệnh viêm đại tràng) Làng Tân Hòa tỷ lệ người dân mắc bệnh ngoài da chiếm 30% Bún Phú Đô - Hà Nội khoảng 50% mắc các chứng bệnh do nghề nghiệp và chủ yếu là bỏng nước Bên cạnh đó còn có các bệnh về mắt 12%, hô hấp 15%, tai mũi họng 45%, phụ khoa 20%, thần kinh 5%, tiêu hóa 8% Làng bún Tiền Ngoài, Bắc Ninh: tỷ lệ người dân mắc bệnh về tai mũi họng là 34.7%, mắt 13,3%, ngoài da 37,3%, cơ xương khớp 5,3% Làng bánh đa nem Vân Hà -Bắc Giang: thường sau mùa lụt xuất hiện dich sốt xuất huyết, và một số dịch chưa rõ nguyên nhân Ngoài

ra người dân còn nhiễm một số bệnh đau mắt hột, đau mắt đỏ Tỷ lệ người mắc bệnh ngoài da là 68,5% và các bệnh về đường ruột là 58,8% Làng nghề miến, bánh

đa Yên Ninh - Ninh Bình tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp là 15%, các bệnh thường gặp

là bệnh phụ khoa 15%, bệnh về đường hô hấp 18%, bệnh đau mắt 21% Làng nghề

Vũ Hội- Thái Bình bệnh tiêu hóa chiếm 28%, bệnh phụ khoa 35%, đường hô hấp 22% và đau mắt 9% [1]

Cải thiện môi trường làng nghề, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân làng nghề là mục tiêu hàng đầu trong chiến lược phát triển làng nghề Chính vì vậy mà phải có những biện pháp thiết thực hơn trong việc cải tiến, thay đổi trang thiết bị làm giảm ô nhiễm môi trường làng nghề Bên cạnh đó mỗi người dân ý thức hơn nữa vai trò cá nhân trong việc cải thiện môi trường và phát triển làng nghề bền vững

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT

Công nghệ xử lý nước thải tương đối phức tạp Phương pháp khả thi và hiệu quả để xử lý nước thải sản xuất tinh bột là xử lý bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên để nâng cao hiệu quả xử lý người ta thường kết hợp với các phương pháp cơ học và hoá lý

1.5.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học

Bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ, lắng và lọc, phương pháp này thường được sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý nhằm tách các vật rắn nổi có kích thước lớn, tách các tạp chất có thể lắng (lọc) ra khỏi nước thải để giảm tải lượng chất ô nhiễm cho hệ thống xử lý tiếp theo

Có thể áp dụng phương pháp lắng lọc cơ học để xử lý nước thải của quá trình chuẩn bị nguyên liệu Quá trình bóc vỏ, rửa sạch cuốn theo một lượng lớn đất, cát, sạn, vỏ gỗ… Những tạp chất này có kích thước tương đối lớn, dễ dàng tách loại bằng lắng trọng lực Phần cặn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn được tách nhờ lọc và phương pháp lọc đơn giản là lọc cát

Ngoài ra đối với nước thải quá trình trích ly, chiết xuất (lọc thô) có hàm lượng tinh bột và xelluloza lớn cũng cần lắng để tách cặn thô trước khi xử lý sơ cấp Nước sau lắng có hàm lượng SS, TS giảm, tạo thuận lợi cho quá trình xử lý sau

Tuy nhiên, phương pháp này không xử lý triệt để những chất ô nhiễm hòa tan trong nước thải

1.5 2 Xử lý bằng phương pháp hoá lý

Phương pháp hoá lý bao gồm: Keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion các phương pháp hoá lý thường được ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ở dạng keo, hoà tan, chất hoạt động bề mặt hay kim loại nặng trong nước thải Trong đó keo tụ

là phương pháp đơn giản, xử lý hiệu quả nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng lớn nên có thể chọn để xử lý nước thải công đoạn trích ly, chiết xuất

1.5.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Là phương pháp đặc biệt hiệu quả để xử lý nước thải của ngành chế biến thực phẩm nói riêng và các loại nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nói chung

Cơ sở của phương pháp là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật để chuyển hoá các chất hữu cơ (protein, hydratcacbon, lipid và các cấu tử cấu thành tương ứng của chúng), các chất hữu cơ thường là thành phần gây ô nhiễm chủ đạo trong nước thải làng nghề tinh bột và sự có mặt của chúng với hàm lượng cao sẽ làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước thải [34] Quá trình chuyển hoá sinh học ba thành phần cơ bản này ở vi sinh vật bắt đầu từ quá trình thuỷ phân ngoại bào vật liệu hữu cơ trên thành các đơn vị cấu trúc tương ứng (các loại đường, axit amin, glyxerin và các axit béo ), tiếp theo là quá trình vi sinh vật sử dụng các vật liệu này để phát triển sinh khối hoặc chuyển hoá tiếp tục thành các chất thứ cấp (để thu nhận năng lượng hay để thu nhận vật liệu cấu trúc tế bào) và cuối cùng là giai đoạn chuyển hoá tiếp tục các cấu tử thứ cấp này thành các chất an toàn và thân thiện với môi trường Để xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học có nguồn gốc động vật hoặc thực vật trên, thường sử dụng vi sinh vật trong các quá trình bùn hoạt tính hoặc lọc sinh học [35]

Quá trình xử lý sinh học thường được thực hiện nhờ phức hợp các quần thể sinh học tương tác với nhau Khi sử dụng phương pháp này cần quan tâm đến cả một hệ sinh thái vi sinh vật có trong nước thải Các vi sinh vật trong nước thải gồm: Nấm men, nấm mốc, vi khuẩn, các thể ký sinh và cộng sinh… Trong đó vi khuẩn chiếm phần lớn về số lượng cũng như về chủng loại Dựa vào phương thức dinh dưỡng người ta chia ra làm hai nhóm vi sinh vật:

- Nhóm vi sinh vật tự dưỡng: sử dụng nguồn cacbon vô cơ để tổng hợp tế bào, khả năng xử lý nước thải của nhóm này không nhiều

- Nhóm vi sinh vật dị dưỡng: sử dụng nguồn cacbon hữu cơ (gluxit, lipit, protein )

để tổng hợp tế bào

Có thể chia các vi sinh vật này thành ba nhóm dựa vào hoạt động sống của chúng với oxy:

+ Vi sinh vật hiếu khí: Cần có oxy để sống và phân huỷ các chất hữu cơ + Vi sinh vật hô hấp tùy tiện: có thể sinh trưởng và phát triển trong điều kiện có hoặc không có oxy

+ Vi sinh vật kỵ khí: có khả năng sống không cần oxy để phân huỷ các chất hữu cơ

Vi sinh vật dị dưỡng là thành phần vi sinh vật chủ yếu của nước thải Chúng

có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ làm nguồn năng lượng, nguồn C, N, P… Để thực hiện quá trình sinh tổng hợp, phát triển sinh khối vì vậy xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học chủ yếu dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật dị dưỡng

Phương pháp sinh học có nhiều ưu điểm:

- Là phương pháp xử lí nước thải có tính triệt để nhất (hiệu suất đạt

90 – 95 % theo BOD)

- Là phương pháp có tính kinh tế cao

- Hiệu quả chuyển hóa BOD cao

- Không gây ô nhiễm thứ cấp

- Thiết kế và trang thiết bị đơn giản

- Không độc đối với người và không gây hại với môi trường

a Ứng dụng của vi sinh vật trong xử lý nước thải

Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ bé mà mắt thường không quan sát được phải sử dụng kính hiển vi Vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh… Có thể nói, phần lớn vi sinh vật đóng vai trò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hoá sinh

hóa, chúng có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải Vi sinh vật có các đặc điểm chung sau đây:

* Kích thước nhỏ bé

* Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh

* Sinh trưởng nhanh phát triển mạnh

* Có năng lực thích ứng mạnh mẽ và dễ dàng phát sinh biến dị

* Phân bố rộng, chủng loại phong phú

* Vi sinh vật rất phong phú ở các kiểu dinh dưỡng khác nhau: tự dưỡng

quang năng, dị dưỡng quang năng, tự dưỡng chất sinh trưởng, dị dưỡng

chất sinh trưởng [6]

b Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải tinh bột

Nước thải sau quá trình sản xuất, chế biến tinh bột có chứa hàm lượng các

hữu cơ chủ yếu là các hợp chất cacbon cao phân tử như: Xelluloza, pectin, tinh bột Trong môi trường tự nhiên các hợp chất này bị phân giải bởi hệ enzym của vi sinh vật trong môi trường để tạo thành các chất vô cơ, hữu cơ đơn giản hơn

• Vi sinh vật chuyển hoá hợp chất hydratcacbon

Chu trình chuyển hoá hydratcacbon được chuyển hoá thông qua hàng loạt các phản ứng hoá học Xúc tác cho mỗi phản ứng hoá học là một loại enzym có tính đặc hiệu Hydratcacbon tồn tại chủ yếu ở thực vật, chiếm 80 - 90% ở hai dạng tinh bột và xelluloza

* Vi sinh vật chuyển hoá xelluloza

Vi sinh vật có khả năng phân giải xelluloza là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp đựơc hệ enzym xellulaza Hệ enzym xellulaza gồm 4 enzym khác nhau:

- Xellobiohydrolaza: có tác dụng cắt đứt liên kết hydro làm biến dạng xelluloza tự nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô định hình

- Endoglucanaza: có khả năng cắt đứt các liên kết β-1-4 glucozit bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài

- Exoglucanaza: tiến hành phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi

là xellobioza

- β – Glucosidaza: tiến hành thuỷ phân xellobioza thành glucoza

Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xelluloza nhờ

hệ enzym xellulaza ngoại bào

- Vi khuẩn: nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xelluloza tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm Nguyên nhân do lượng enzym tiết ra môi trường ít hơn, thành phần lại không đầy đủ Ở trong đất có rất ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đủ bốn loại enzym trong hệ enzym xellulaza mà thường thì nhóm này tiết ra một loại còn nhóm kia tiết ra một loại khác, chúng phối hợp với nhau để

phân giải cơ chất trong mối quan hệ tương hỗ: Pseudomonas, Xellulomonas, Achromonobacter, Clotridium, Ruminococus

- Xạ khuẩn: góp phần tích cực trong chuyển hoá xelluloza Các chủng xạ

khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay thuộc chi Streptomyces Các chủng xạ

khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng, sinh trưởng và phát triển tốt ở nhiệt độ 45oC –

- Nấm men: có khả năng sinh enzym phân huỷ xelluloza: Candida, Saccharomyces…

* Vi sinh vật chuyển hoá tinh bột

Tinh bột là polysacarit bao gồm hai cấu tử là amiloza và amilopectin Amiloza là những chuỗi không phân nhánh bao gồm hàng trăm nghìn các đơn phân

là glucoza liên kết với nhau bằng liên kết α - 1,4 - glucozit Amyloza là loại có cấu tạo xoắn, mỗi vòng xoắn gồm 6 gốc glucoza Trọng lượng phân tử của amyloza vào khoảng 10.000 – 100.000 dalton [15] Amilopectin là chuỗi phân nhánh các đơn phân gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết α - 1,4 - glucozit mà còn nhờ liên kết α -

1,6 - glucozit (ở đầu các nhánh) Mỗi nhánh nhỏ gồm khoảng 20 – 25 gốc glucozit Trọng lượng phân tử của amylopectin vào khoảng 50.000 – 1.000.000 dalton [15]

Trong thiên nhiên có nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra các enzym phân giải tinh bột (amylaza) [36] Amylaza của vi sinh vật thường thuộc 3 loại sau [15]:

- α – Amylaza: enzym này có khả năng thủy phân một phần α – 1,4 - glucozit trong phân tử amyloza hoặc amylopectin một cách ngẫu nhiên tạo thành chủ yếu là dextrin, ngoài ra còn có mantoza và glucoza

- β - Amylaza: enzym này có khả năng thủy phân liên kết α – 1,4 – glucozit từ đầu không khử của mạch tạo mantoza và dextrin

- γ – Amylaza: enzym này có khả năng thủy phân cả 2 loại liên kết α – 1,4 – glucozit và α – 1,6 – glucozit vì vậy khi phối hợp với các enzym trên nó sẽ thủy phân triệt để tinh bột thành maltoza và glucoza

Ứng dụng vi sinh vật sinh enzym thuỷ phân tinh bột được nhiều nhà khoa học nghiên cứu Năm 2010, ở Trung Quốc, Zhou và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng

vi sinh vật để xử lý nước thải chứa tinh bột: đầu tiên là sử dụng hệ vi sinh vật kỵ khí, sau đó sử dụng hệ vi sinh vật hữu hiệu (EM) hiếu khí và tuỳ nghi để xử lý tiếp, kết quả loại trừ được tới 99% COD trong nước thải [37]

Một số giống vi sinh vật có khả năng sinh enzym phân giải tinh bột như:

Candida, Saccharomyces, Endomycopsis, Bacillus, Clotridium, Pseudomonas …

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VÀO

XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM

Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vào xử lý nước, bước đầu đã thu được kết quả đáng khích lệ, có thể kể ra

một số công trình sau:

* Chế phẩm EM:

Ra đời từ Nhật Bản, hiện nay có trên 80 nước ứng dụng chế phẩm sinh học

EM trong sản xuất nông nghiệp và xử lý môi trường EM rất an toàn, rẻ và ứng dụng có hiệu quả, cải thiện tốt môi trường Thành phần chính của chế phẩm chủ yếu

nitơ (sử dụng chất hữu cơ của vi khuẩn quang hợp để chuyển nitơ trong không khí thành các hợp chất nitơ), xạ khuẩn (sản sinh các kháng sinh ức chế vi sinh vật gây bệnh và phân giải chất hữu cơ), vi khuẩn lactic (chuyển hoá thức ăn khó tiêu thành thức ăn dễ tiêu hoá), nấm men (sản sinh các vitamin và các axit amin) Các vi sinh

vật tạo ra một môi trường sinh thái đồng nhất, sản sinh ra nhiều sản phẩm khác nhau cùng sinh trưởng, phát triển Mỗi loại vi sinh vật trong chế phẩm EM có chức năng hoạt động riêng của chúng Các vi sinh vật này đều là những vi sinh vật có lợi chung sống trong cùng một môi trường, chúng sống cộng sinh với nhau, cùng hỗ trợ nhau do vậy hiệu quả hoạt động tổng hợp của chế phẩm tăng lên rất nhiều Trong

đó, loài vi khuẩn quang hợp đóng vai trò chủ chốt, sản phẩm của quá trình quang hợp là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho các loài khác trong chế phẩm EM [13]

Chế phẩm EM được ứng dụng rất hiệu quả trong xử lý nước thải đô thị và nước hồ ô nhiễm ở một số nơi trên thế giới (Nhật Bản, Ai Cập, Nam Ninh-Trung Quốc) Ở Việt Nam, EM chủ yếu được ứng dụng trong xử lý rác thải hữu cơ và nước ao nuôi tôm

* Chế phẩm JUMBO-A, JUMBO-G: của Công ty Thảo nguyên xanh Thành phần

bao gồm: vi khuẩn lactic, Bacillus sp., xạ khuẩn, nấm mốc và các enzym amylaza,

proteaza, lipaza Mật độ vi sinh vật tổng số trong chế phẩm > 1010 CFU/g Chế

phẩm có tác dụng xử lý chất hữu cơ (COD, BOD, SS ), mùi hôi, cặn bã hữu cơ trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp, với lượng sử dụng là 1kg cho 2-3 m3

nước thải [44]

* Chế phẩm BIO-EM: được sản xuất bởi công ty Vi sinh môi trường Chế phẩm

lý hợp chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt, thực phẩm, dệt nhuộm…[45]

* Chế phẩm Bioproduct I của Trần Liên Hà (2006) được sản xuất từ một nhóm vi

khuẩn Bacillus phân lập từ nước hồ Chế phẩm có tác dụng làm sạch nước hồ bị ô

nhiễm [8]

* Chế phẩm Biomix 2: của Tăng Thị Chính (Viện Công nghệ Môi trường)

Chế phẩm vi sinh Biomix2 được ứng dụng để xử lý nước thải chăn nuôi và

ao hồ Hiện đã được áp dụng để xử nước chăn nuôi tại 02 trang trại nuôi lợn tập trung ở xã Liêm Tuyền - huyện Thanh Liêm - Hà Nam và nước thải làm bún, bánh

đa tại các rãnh thoát nước tại xã Hợp Thịnh, huyện Tam Dương, Vĩnh Phúc trong năm 2006, 2007 đều cho kết quả xử lý rất tốt; về cảm quan giảm được mùi hôi thối, các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, BOD, vi sinh vật gây bệnh giảm được 5- 6 lần so với khi không sử dụng chế phẩm [46]

Ngoài ra, có nhiều chế phẩm nhập ngoại đang lưu hành tại Việt Nam như sau:

- Chế phẩm BIOWISH AQUA: có nguồn gốc từ Thái Lan Thành phần vi

sinh gồm: Pediococcus acidilactici, Baccillus sp., Streptoccocus sp., Pichia, Dekkera. Chế phẩm BIOWISH AQUA được sử dụng trong xử lý nước thải và chất thải, có khả năng thúc đẩy quá trình phân hủy tự nhiên của các chất thải hữu cơ nhanh hơn nhiều lần so với tốc độ phân hủy bình thường Hiện nay, chế phẩm này

đã được nhập khẩu vào nước ta và đang trong giai đoạn thử nghiệm [45]

- Chế phẩm RoeTech104: có nguồn gốc từ Hoa Kỳ và được ứng dụng để xử

lý nước hồ bị ô nhiễm Chế phẩm này được đánh giá có chất lượng tốt vì được phân lập từ ngay chính môi trường nước hồ bị ô nhiễm Chế phẩm có khả năng làm giảm

COD, BOD5 và nitơ Các vi sinh vật có trong chế phẩm là: B subtilis, B macerans,

B amyloliquefacien, B pumilus [46]

- MEGA SPO, BRF2 Aquakit, Epicci, Ecortal, BioBactM, Bioking (Mỹ)

- Bio-wash, Odorstop (Cannada)

- Aqualact (Ấn Độ)

- Envi-Bacillus, Aquabac, Pond Clear (Thái Lan)

Thực tế cho thấy, phần lớn các chế phẩm vi sinh xử lý nước thải có thành

phần vi khuẩn Bacillus Vi khuẩn Bacillus là trực khuẩn gram dương, có khả năng

sinh bào tử, rất phổ biến trong tự nhiên (đất, nước và trong các loại thực vật như cỏ

khô, khoai tây, rau quả ) [16] Bacillus sinh ra nhiều loại enzym ngoại bào như

proteaza, amylaza, xenlulaza, lipaza và có khả năng thích ứng cao với môi trường nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có bảo vệ môi trường Các vi

khuẩn Bacillus thường được ứng dụng trong xử lý nước thải là: B subtilis, B licheniformis, B megaterium, B polymyxa…

Sử dụng Bacillus trong sản xuất chế phẩm xử lý nước là hướng nghiên cứu

và ứng dụng đang được quan tâm hiện nay trong cả lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp, nước nuôi trồng thủy sản và nước thải sinh hoạt Theo báo cáo của Deng và

cộng sự (2003) về kết quả sản xuất chế phẩm xử lý nước MBFA9 từ chủng Bacillus mucilaginosus cho thấy vi khuẩn này hoàn toàn không gây độc đối với môi trường,

có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ rắn lơ lửng (SS) ở mức độ cao Khi phối trộn

sau 5 phút xử lý [38]

Trong một nghiên cứu khác của Zheng và cộng sự (2008), chế phẩm

MBFF19 được sản xuất từ Bacillus sp phân lập từ đất có khả năng loại bỏ chất rắn

lơ lửng ở mức độ cao do sự kết hợp giữa hoạt tính của vi khuẩn với kaolin (cao

ức chế mạnh khả năng gây lắng tụ của chế phẩm [39]

Còn nghiên cứu của Drouin và cộng sự (2008) về ứng dụng vi khuẩn

Bacillus licheniformis có hoạt tính protease trong xử lý bùn thải đã chứng minh

được rằng khả năng thủy phân protein trong bùn thải tăng lên 15%, mức độ chuyển hóa oxy mạnh hơn, độ nhớt giảm đi đáng kể ở các thí nghiệm có sử dụng vi khuẩn này [40]

lý sinh học tích hợp 5 chức năng để xử lý nước thải sinh hoạt đô thị tại sông Kim Ngưu, nước thải sau xử lý đạt loại B – QCVN 24:2009/BTNMT Thành phần vi

sinh chính trong chế phẩm này là vi khuẩn Bacillus subtilis được phân lập từ chính

môi trường nước thải đó, có hoạt tính mạnh và khả năng thích ứng rất cao với môi

CFU/ml đã đem lại hiệu quả mong muốn [6]

Trong thực tế, các chế phẩm tác dụng làm giảm BOD, COD, TSS trong nước

thải có nguồn gốc vi sinh vật là Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis đã được

sản xuất và thương mại hóa ở nhiều quốc gia trên thế giới Các chế phẩm này có thể

thuần túy chỉ là vi khuẩn Bacillus hoặc cũng có thể kết hợp với các enzym như

amylaza, proteaza để tăng hiệu quả xử lý

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 VẬT LIỆU

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Bộ sưu tập các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột trong phòng thí nghiệm vi sinh – hóa sinh và sinh học phân tử, Viện Công nghệ Sinh học và

Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Nước thải làng Me huyện Hưng Hà tỉnh Thái Bình, Làng Phú Đô – Hà Nội, Hương Sơn – Hà Nội, Vũ Hội – Thái Bình, Làng Minh Hồng – Minh Quang – Ba

- Môi trường phân lập tinh bột – pepton:

Pepton10g, tinh bột tan 5g, agar 15g, nước máy vừa đủ 1000 ml, pH = 5,5

- Môi trường thử hoạt tính phân giải tinh bột:

Tinh bột tan 5g, agar: 15g, FeSO4: 0,01g, MgSO4.7H2O: 0,5g, NaNO3: 3,0g,

- Môi trường thử hoạt tính phân giải protein:

Sữa gầy: 7g, NaCl: 5g, agar: 15g, nước máy vừa đủ 1000 ml, pH = 7 (sữa gầy

và agar được thanh trùng riêng)

- Môi trường thử hoạt tính phân giải xelluloza

1,0% cacboxyl metyl cellulose (CMC) (w/v), NaCl 1,0% (w/v), aga 2% (w/v)

- Các môi trường được thanh trùng ở 110 o C trong 30 phút

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp lấy mẫu [24]

Phương pháp lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu để phân tích các tính chất hóa lý cho nước thải, theo TCVN 4556 – 88

Phương pháp đục lỗ thạch: Nuôi lỏng các chủng cần tuyển chọn ở cùng một điều kiện, sau đó lấy canh trường ly tâm loại cặn thu được dịch trong Đĩa thạch có chứa tinh bột hòa tan được đục các giếng có cùng kích thước Tiếp đó nhỏ dịch trong của mỗi chủng với thể tích bằng nhau vào mỗi giếng Giữ trong tủ lạnh 2 –

6h Sau đó tiến hành nhỏ lugol so sánh kích thước vòng phân giải