Nghiên cứu kỹ thuật xử lý bùn thải sinh học hiếu khí thành nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật

Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn sử dụng trong môi trường nuôi cấy lên quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh bào tử của Bt ………..47 3.5.. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tận d

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Hà Nội-2012

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TĂNG THỊ CHÍNH

Hà Nội-2012

MỤC LỤC

Mục lục ……… …1

Danh mục viết tắt ……… 5

Danh mục bảng……….… 6

Danh mục hình ……….… 7

LỜI CẢM ƠN……… 8

ĐẶT VẤN ĐỀ ………9

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 Tổng quan về bùn thải hiếu khí và cở sở lý thuyết của phương pháp ………… 11

1.1 Tổng quan về bùn thải hiếu khí ……….11

1.1.1 Định nghĩa về bùn thải: ……… 11

1.1.2 Nguồn gốc, phân loại ……….11

1.1.3 Khái quát về bùn thải ………12

1.1.3.1 Trên thế giới ………12

1.1.3.2 Tại Việt Nam ………15

1.2 Một số công nghệ xử lý bùn thải hiện nay ………17

1.3 Một số phương pháp xử lý, tái chế bùn thải sinh học làm nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật ……… 20

2 Tổng quan về thuốc chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu vi sinh) 21 2.1 Định nghĩa về thuốc trừ sâu vi sinh ……… 21

2.2 Ưu – nhược điểm của thuốc trừ sâu vi sinh ……… 21

3 Bacillus thuringiensis và thuốc trừ sâu sinh học Bt ………22

3.1 Đặc điểm sinh học, sinh lý sinh hóa của Bacillus thuringiensis ……… 22

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp độc tố của Bacillus thuringiensis ….……… 22

3.3 Cơ chế tác động của thuốc trừ sâu sinh học Bt ……….25

3.3.1 Độc tố của Bt ……….25

3.3.2 Cơ chế tác động của Bt ……… 25

3.4 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến môi trường và con người …….26

3.4.1 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến môi trường ………26

3.4.2 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến con người ……… 26

3.5 Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật xử lý bùn thải sinh học hiếu khí thành nguyên liệu nuôi cấy vi khuẩn Bt ………27

PHẦN II Vật liệu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu ……….31

2.1.1 Chủng giống vi sinh vật ………31

2.1.2 Bùn thải sinh học ………31

2.1.3 Hóa chất thiết bị ……….33

2.1.3.1 Các môi trường nuôi cấy sử dụng ……… 33

2.1.3.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ………34

2.2 Phương pháp nghiên cứu ……… 34

2.2.1 Bảo quản giống ………34

2.2.2 Phương pháp phân tích các thông số của bùn thải ……….35

2.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật ……… 35

2.2.4 Phương pháp phân tích vi sinh vật gây bệnh (E.coli) ……….36

2.2.5 Xử lý bùn thải làm nguyên liệu nuôi cấy ……… 36

2.2.6 Phương pháp lên men chìm trong điều kiện phòng thí nghiệm ……… 36

2.2.7 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ……… 36

2.2.8 Phương pháp nghiên cứu ………37

2.2.8.1 Đánh giá loại bùn thải thích hợp làm môi trường nuôi cấy B thuringiensis …37 2.2.8.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý đến khả năng sinh trưởng và hình thành bào tử của B.thuringiensis ……….38

2.2.8.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bùn lên quá trình sinh trưởng và hình thành bào tử của B.thuringiensis ………39

2.2.8.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên quá trình sinh trưởng và hình thành bào tử của B.thurigiensis ……….39

2.2.8.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình sinh trưởng, hình thành bào tử của B thurigiensis ……….40

2.2.8.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lên men đến quá trình sinh trưởng, hình thành bào tử của B thuringiensis ……….41

2.2.9 Kỹ thuật phân tích sinh học (bioassay Technique) ……… 41

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá chất lượng bùn thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội ……….40

3.1.1 Công nghệ xử lý nước thải, bùn thải ……….40

3.1.2 Kết quả phân tích thành phần bùn ……….41

3.2 Kết quả nghiên cứu đánh giá loại bùn thải thích hợp làm nguyên liệu nuôi cấy Bacillus thuringiensis ………43

3.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý bùn thải đối với

khả năng sinh trưởng của B.thuringiensis ……… 45

3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn sử dụng trong môi trường nuôi cấy lên quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh bào tử của Bt ……… 47

3.5 Ảnh hưởng của pH đến quá trình sinh trưởng, phát triển và khả năng sinh bào tử của Bacillus thuringiensis ……….…… 50

3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sinh trưởng, phát triển và khả năng sinh bào tử của Bacillus thuringiensis ………53

3.7 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng, phát triển của Bacillus thuringiensis……… 55

3.8 Kết quả nuôi cấy thu nhận Bacillus thuringiensis trong bình tam giác ……….57

3.9 Kết quả thử nghiệm độc tính của Bacillus thuringiensis……… 59

PHẦN IV Kết luận và kiến nghị……….60

Tài liệu tham khảo……….64

Phụ lục ảnh ………67

DANH MỤC VIẾT TẮT

BVTV Bảo vệ thực vật

EPA Tiêu chuẩn phân tích của Cục quản lý môi trường Mỹ

SS Chất rắn lơ lửng (mg/l)

TOC Tổng số carbon hữu cơ (mg/l)

BVTV Bảo vệ thực vật

Bt Bacillus thuringiensis

B.thuringiensis Bacillus thuringiensis

TS Tổng chất rắn

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

DANH MỤC BẢNG

Bảng1.2 Đặc điểm các nguồn thải của nhà máy sản xuất bia

Bảng1.3 Đặc tính ô nhiễm chung của nước thải nhà máy sản xuất bia [10]:

Bảng 3.1 Kết quả phân tích bùn thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá loại bùn thích hợp làm nguyên liệu nuôi cấy Bt

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý bùn thải đối với khả năng sinh

trưởng của Bt

Bảng 3.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bùn sử dụng đối với sự sinh

trưởng và phát triển của Bacillus thuringiensis

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của pH đến quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh bào tử

của Bacillus thuringiensis

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sinh trưởng, phát triển và khả năng

sinh bào tử của Bt

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng, phát triển và sinh bào tử của Bt

Bảng 3.8 Kết quả nuôi cấy thử nghiệm Bacillus thuringiensis trong bình tam giác Bảng 3.9 Kết quả thử nghiệm độc tính của Bacillus thuringiensis

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ về sự gia tăng bùn thải khi áp dụng biện pháp xử lý nước thải ở các nước cộng đồng Châu Âu

Hình 1.2 Tỷ lệ xử lý bùn thải ở một số nước

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội

Hình 3.2 Kết quả đánh giá loại bùn thích hợp làm nguyên liệu nuôi cấy Bt

Hình 3.3 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý bùn thải đối với khả năng sinh trưởng

của Bt

Hình 3.3.1 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý bùn thải đối với khả năng sinh

trưởng, phát triển của Bt

Hình 3.3.2 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý bùn thải đối với khả năng sinh bào

tử của Bt

Hình 3.4.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bùn sử dụng đối với sự sinh trưởng

và phát triển của Bacillus thuringiensis

Hình 3.4.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bùn sử dụng đối với khả năng sinh

bào tử của Bacillus thuringiensis

Hình 3.5.1 Ảnh hưởng của pH đến quá trình sinh trưởng, phát triển của Bt

Hình 3.5.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh bào tử của Bt

Hình 3.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sinh trưởng, phát triển Bt

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh bào tử của Bt

Hình 3.7.1, Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng, phát triển của Bt

Hình 3.7.2 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng sinh bào tử của Bt

Hình 3.8 Kết quả nuôi cấy thử nghiệm Bacillus thuringiensis trong bình tam giác

Hình 3.9 Kết quả thử nghiệm độc tính của Bacillus thuringiensis trên sâu khoang

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Tăng Thị Chính – Trưởng phòng Vi sinh

vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành đề tài này

Tôi cũng xin cảm ơn Thạc sỹ Nguyễn Thị Hòa và các cán bộ nghiên cứu, các

bạn đồng nghiệp trong phòng Vi sinh vật môi trường, phòng Thủy sinh học môi trường thuộc Viện Công nghệ môi trường đã giúp đỡ và góp ý bổ ích cho tôi khi tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này

Tôi xin trân trọng cảm cơn các thày giáo, cô giáo công tác tại Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp

đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Lời cuối, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Do các lý do chủ quan và khách quan, bản thân đồ án này của tôi không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thày cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp để tôi có thể hoàn thiện hiểu biết của mình về vấn đề này hơn Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 09 năm 2011 Học viên thực hiện

Khổng Minh Hòa

ĐẶT VẤN ĐỀ

Như chúng ta đều biết, tốc độ đô thị hóa và sự gia tăng dân số đã gây áp lực ngày càng lớn đối với môi trường Sự phát triển của các ngành công nghiệp đã tạo

ra lượng chất thải khổng lồ, tồn tại ở cả 3 trạng thái rắn – lỏng –khí

Bùn thải là một trong các dạng chất thải, được tách ra từ nước thải Hầu hết các loại bùn thải này sau khi được xử lý chỉ được loại bỏ bằng phương pháp chôn lấp; chỉ có một phần rất nhỏ được tận dụng làm phân bón trong nông nghiệp, nhưng hiệu quả và quy mô sử dụng không lớn

Do đó, nghiên cứu tái sử dụng bùn thải có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Việc tận dụng bùn thải làm nguyên liệu thô cho quá trình sản xuất khác vừa có ý nghĩa về môi trường, vừa tạo ra thu nhập từ chính quá trình xử lý bùn thải

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tận dụng bùn thải để sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống con người như sử dụng bùn thải sinh học làm nguyên liệu sản xuất phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu sinh học, sản xuất enzyme Protease… Các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu dùng bùn thải để sản xuấ cồn, khí gas[21] …

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và tận dụng bùn thải để tạo ra các sản phẩm phục vụ cho hoạt động của con người còn rất hạn chế Chỉ có một phần rất nhỏ bùn thải được tận dụng trực tiếp làm phân bón và vật liệu xây dựng Bên cạnh đó, việc

sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình canh tác nông nghiệp một cách tràn lan đã gây ô nhiễm môi trường đất, làm thoái hóa đất, và hơn nữa là ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Vì vậy, nghiên cứu tái sử dụng bùn thải thành nguyên liệu thô cho sản xuất các loại chế phẩm sinh học phục vụ sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiến

Với lý do đó, chúng tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật xử lý

bùn thải sinh học hiếu khí thành nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật

(Study on treatment of activated sludge as raw materials for culture

microorganisms)

Nội dung nghiên cứu như sau:

1, Phân tích các thành phần chính trong bùn thải sinh học của trạm xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội

2, Đánh giá triển vọng sử dụng bùn thải làm nguyên liệu nuôi cấy vi sinh bật

ở quy mô phòng thí nghiệm

3, Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển và sinh độc tố

của Bacillus thuringiensis khi được nuôi cấy trên môi trường có sử dụng bùn thải

sinh học

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 Tổng quan về bùn thải hiếu khí và cở sở lý thuyết của phương pháp 1.1 Tổng quan về bùn thải hiếu khí

1.1.1 Định nghĩa về bùn thải:

Bùn là dạng chất rắn tách ra từ chất lỏng, bùn thường chứa một lượng lớn nước, đặc tính của bùn phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng mà nó được tách ra Bùn thải

là bùn được thải ra từ sau quá trình xử lý nước thải

1.1.2 Nguồn gốc, phân loại

Dựa vào đặc tính của bùn có thể chia thành các loại sau: bùn thải dễ phân huỷ sinh học và bùn thải khó phân hủy sinh học

Bùn thải dễ phân huỷ sinh học được tạo ra từ quá trình xử lý sinh học (còn gọi

là bùn sinh học) hay từ nước thải có hàm lượng hữu cơ cao Bùn dễ phân huỷ sinh học cũng được chia thành hai loại: không nguy hại và nguy hại Bùn thải không nguy hại được tạo ra từ quá trình xử lý nước từ các nhà máy chế biến lương thực thực phẩm, nước thải sinh hoạt Bùn này có hàm lượng chất hữu cơ cao, ít chất độc

và thuận lợi cho sự sinh trưởng của vi sinh vật Vì vậy, có thể sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình nuôi cấy vi sinh vật [5,10,11,12,5], tạo ra các nguồn nhiên liệu, năng lượng có giá trị (khí gas, điện năng…) [3,9,22,25] Bùn thải nguy hại được tạo từ hệ thống nước thải bệnh viện, các ngành công nghiệp nặng, các khu nghiên cứu Đối với loại bùn này phải được

xử lý nghiêm ngặt bằng phương pháp thiêu đốt trước khi chôn và tuyệt đối không được tận dụng cho mục đích nông nghiệp

Bùn khó phân huỷ sinh học là loại bùn chứa nhiều hợp chất khó phân huỷ hay các chất độc Bùn này cũng được chia thành hai nhóm: nhóm có khả năng xử lý và nhóm không thể xử lý được Bùn có khả năng xử lý thường áp dụng phương pháp

thu hồi một số chất [1,4,16,21,22] sau đó thiêu đốt, đóng rắn để tạo ra sản phẩm mới phục vụ cho con người [23] Đối với bùn không thể xử lý được là các loại bùn chứa chất phóng xạ và các chất độc dễ phát tán trong môi trường và phải xử lý bằng cách đóng rắn và chôn lấp theo đúng quy định

1.1.3 Khái quát về bùn thải

1.1.3.1 Trên thế giới

Hiện nay, các nhà máy xử lý nước thải đã trở nên ưu thế và phổ biến trên khắp thế giới Trong những năm gần đây, các quá trình xử lý tiến bộ đã được áp dụng ở nhiều nước để hạn chế sự ô nhiễm môi trường từ nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp Ví dụ: ở Đan Mạch hầu hết các chất ô nhiễm đã được xử lý bởi các nhà máy xử lý nước thải và ở Thuỵ Điển hơn 90% chất ô nhiễm cũng đã được

xử lý

Nhưng có một vấn đề cần được quan tâm đó là vấn đề xử lý cách đúng đắn và

sử dụng hiệu quả bùn thải từ các nhà máy xử lý Một quá trình xử lý nước hoàn hảo

là quá trình không tái gây ô nhiễm cho đất cũng như nguồn nước

Tỷ lệ người dân được hưởng lợi từ các nhà máy xử lý nước thải chiếm một lượng đáng kể ở các nước châu Âu Đối với một vài nước việc cải thiện về số lượng, quy mô và hiệu quả các nhà máy xử lý nước đã có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng và sức khoẻ của môi trường nước Đối với các nước châu Âu, lượng bùn thải khô trên một đầu người được thống kê từ quá trình xử lý nước sơ cấp và thứ cấp là khoảng 90g/ngày/người Ở Anh, có khoảng 30 triệu tấn bùn thải mỗi năm tương đương với 1,2 triệu tấn bùn khô mỗi năm Chi phí cho loại bỏ và xử lý bùn khoảng

250 triệu bảng anh ứng với 5 bảng anh/đầu người [14] Sau khi thực hiện xử lý toàn

bộ nước thải trong thành phố của 15 nước cộng đồng châu Âu vào năm 2005, việc

xử lý này có thể làm phát sinh thêm khoảng 10,7 triệu tấn bùn khô mỗi năm và tăng khoảng 38% lượng bùn Việc tích luỹ này đã tạo ra một lượng lớn bùn thải

Hình 2.1 Biểu đồ về sự gia tăng bùn thải khi áp dụng biện pháp xử lý nước thải ở các nước cộng đồng Châu Âu [14]

Các thông tin về các phương pháp và các cách tiếp cận sử dụng bùn thải sau khi được loại bỏ vẫn chưa được cung cấp một cách rõ ràng Ở một vài nước châu Âu, phương pháp loại bỏ bùn chính vẫn là chôn lấp (tỷ lệ chiếm khoảng 50 – 75%) Trong khi đó, sử dụng cho nông nghiệp như nguồn phân bón chỉ chiếm khoảng 25 – 35% hoặc một phần nhỏ được tái sinh

Nông nghiệp sử dụng bùn thô hoặc phân compost như một cách tốt nhất cho việc tái sinh đã được khuyến khích bởi các nhà lãnh đạo Chỉ thị 86/278/EEC quy định về bùn thải trong trong nông nghiệp: bùn thải chỉ được

sử dụng trên đất nông nghiệp khi thỏa mãn các quy định đặc biệt Mục đích của chỉ thị là ngăn ngừa sự tích luỹ của các chất độc, đặc biệt là kim loại nặng [14]

Hình 1.2 Tỷ lệ xử lý bùn thải ở một số nước Ngày nay, việc đổ bùn xuống biển đã được ngăn cấm, còn chôn lấp cũng bị điều chỉnh những quy định về vùng chôn lấp mới được thông qua và việc loại bỏ chất hữu cơ chứa trong các chất bị buộc phải làm Vì vậy, việc loại bỏ bùn thải sau quá trình xử lý nước là một vấn đề không giải quyết được, bởi lượng bùn phát sinh sẽ tăng và việc sử dụng cho nông nghiệp cũng chỉ có giới hạn Vấn đề này có thể trở lên đặc biệt khó khăn đối với 10 nước như là: Bungary, Cộng hoà Séc, Estonia, Hungary, Latvia, Lithuania, Phần Lan, Romania, Slovakia và Slovenia khi áp dụng chỉ thị 86/278/EEC Các nước này sẽ phải thay đổi quy định và các giai đoạn trong trong quá trình xử lý ở nhà máy và điều này sẽ làm phát sinh khoảng 4 triệu tấn bùn mỗi năm

Tại Nhật Bản bùn thải từ các trạm xử lý nước thải sinh hoạt sẽ được sử dụng để lên men kị khí thu hồi khí metan dùng cho phát điện, cặn bùn được dùng để sản xuất gạch Block dùng cho lát đường Ví dụ tại Tokyo có 13 cở sở xử lý nước thải sinh

hoạt, được đặt ở nhiều vị trí trong thành phố để xử lý nước thải sinh hoạt Nhưng chỉ có 3 cơ sở xử lý là lắp đặt hệ thống xử lý bùn thải, còn ở các cơ sở còn lại chỉ lắp đặt hệ thống xử lý nước thải, bùn thải sẽ được chuyển theo đường ống để đưa về các trạm có hệ thống xử lý triệt để bùn thải

1.1.3.2 Tại Việt Nam

Trong khoảng 20 năm đổi mới nền kinh tế nước ta đã phát triển mạnh, bên cạnh

sự phát triển chóng mặt của các ngành công nghệ viễn thông, tin học thì ngành công nghệ chế biến lương thực và thực phẩm cũng phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu của cuộc sống Tuy nhiên bên cạnh những thành tựu đạt được như sản lượng tăng, số lượng mặt hàng ngày càng phong phú, chất lượng hàng hóa ngày một cải thiện thì một vấn đề bức xúc về chất thải cho môi trường đó là bùn thải phát sinh

từ trạm xử lý nước (nước cấp và nước thải), từ các ngành công nghiệp nhất là từ các ngành chế biến nông sản thực phẩm, một trong những ngành tiêu thụ nhiều nước Ngoài ra nước thải từ khu dân cư cũng là một vấn đề rất cần xem xét cả về khối lượng và chất lượng Hiện tại ở Việt Nam, đối với ngành chế biến nông sản thực phẩm đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ xử lý nước và có nhiều trạm xử lý nước đã được xây dựng và đi vào hoạt động để xử lý nước cấp và nước thải cho các nhà máy sản xuất bia, mì chính, chế biến tinh bột, chế biến nông sản, chế biến thuỷ sản

Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ quan tâm đến vấn đề xử lý nước và vẫn chưa có

nghiên cứu nào về xử lý bùn thải cho các trạm xử lý trên Bùn thải sau khi xử lý

phần lớn thu gom và chuyển đến các bãi chôn lấp hoặc dùng làm phân bón cho cây trồng, chứ chưa có công nghệ thích hợp để xử lý hoặc nâng cao chất lượng của chúng Trong quá trình xử lý nước bằng bùn hoạt tính có khoảng 30 - 40% các chất hữu cơ được chuyển thành dạng bùn Đây quả là một khối lượng không nhỏ, nếu không có biện pháp xử lý thích hợp thì sẽ tái ô nhiễm môi trường trở lại Sở Tài

nguyên môi trường TP Hồ Chí Minh cho biết, trung bình mỗi ngày thành phố có gần 3000 tấn bùn thải (gồm khoảng 2000 tấn bùn từ việc nạo vét kênh rạch và làm

vệ sinh mạng lưới thoát nước, 250 tấn bùn từ các khu công nghiệp, các nhà máy lớn

và trên 500 tấn bùn từ nạo vét cống và hút hầm cầu ) nhưng không được xử lý, tái chế Bùn thải này đã ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, gây ô nhiễm không khí

và làm ô nhiễm nguồn nuớc ngầm, nước mặt dẫn đến chất luợng nguồn nuớc bị suy giảm, tạo ra khí phát thải nhà kính Bên cạnh đó, theo ban quản lý Bãi rác Đông Thạnh, nơi được chỉ định tiếp nhận bùn hầm cầu, mỗi ngày nơi đây chỉ tiếp nhận được khoảng 180 m3 bùn hầm cầu của Thành phố, còn thấp xa so với số luợng bùn hầm cầu thải ra mỗi ngày Do đó, một lượng rất lớn bùn hầm cầu đã bị các đơn vị thu gom đổ thải không đúng nơi quy định, làm gia tăng ô nhiễm môi trường [23]

1.2 Một số công nghệ xử lý bùn thải hiện nay

Xử lý bùn thải là một công việc khó khăn hơn so với xử lý nước thải rất nhiều Hiện nay, khoảng hơn 60% lượng bùn thải phát sinh từ các hệ thống xử lý nước thải tập trung của các doanh nghiệp, các khu chế xuất-khu công nghiệp, các cụm công nghiệp có chứa các chất nguy hại làm ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe cộng đồng Nguy hiểm hơn, nhiều khu công nghiệp còn đem bùn thải có chứa chất độc hại đổ ra môi trường hoặc bón cây Chất thải nguy hại phát tán khắp nơi khiến cho môi trường sống của cộng đồng dân cư, nguồn nước ngầm, nước mặt, đều có

nguy cơ bị nhiễm chất thải nguy hại

Trước đây, cách phổ biến xử lý chất bùn thải nguy hại tại Việt Nam thường là đốt thành tro, tuy nhiên cũng chỉ xử lý được 70% vì loại bùn này thường không thể cháy hết Khoảng 20 - 30% chất độc còn tồn tại phải được xử lý bằng phương pháp chôn lấp an toàn Với thành công khoa học ngày nay, có thể biến nguồn chất thải nguy hại thành tài nguyên với chi phí rẻ gấp tám lần so với việc chôn lấp hay đốt

Ðể giải quyết triệt để chất bùn thải nguy hại, một nhóm nghiên cứu đã đưa ra giải

pháp ổn định - hóa rắn bùn thải nguy hại, gọi là công nghệ THS Ưu điểm của nó là làm cố định hóa học, triệt tiêu tính lưu động, cô lập các thành phần gây ô nhiễm thành một lớp vỏ bền vững có tính toàn vẹn cao Bí quyết của kỹ thuật này là ở một

số hóa chất do nhóm nghiên cứu điều chế để xử lý mùi hôi và kết dính bùn thải, có thể thay cho cát dùng trong sản xuất bê-tông Những hóa chất này được đặt tên là BOF1, BOF2 và HSOB Ðầu tiên các nhà khoa học sử dụng phụ gia BOF1 và BOF2

để khử mùi hôi thối của bùn thải (bùn tươi) Các chất nguy hại trong bùn thải sau khi xử lý đã triệt tiêu hoặc giảm xuống dưới ngưỡng cho phép và không còn mùi hôi Sau đó, hỗn hợp bùn thải, đá, xi-măng được trộn đều với nước đã pha phụ gia HSOB để tạo thành vữa bê-tông Phụ gia HSOB có tác dụng tạo ra phản ứng ô-xy hóa khử, chuyển những chất độc hại thành không hoặc ít độc hại hơn và tạo thành chất trơ với nước Vữa bê-tông này có tính chất hoàn toàn giống vữa bê-tông truyền thống, dùng cho các công trình hạ tầng hoặc chế tạo các sản phẩm bê-tông xây dựng

hạ tầng kỹ thuật như tấm đan, cột tiêu, gạch lát đường nông thôn, tường rào Ðặc biệt, phụ gia BOF và HSOB do các nhà khoa học nghiên cứu và điều chế từ các nguyên liệu có sẵn trên thị trường Tùy theo mỗi loại bùn thải: dệt nhuộm, thuộc da, chế biến thủy sản, bùn tại các nhà máy xử lý nước thải tập trung, các dòng kênh, cống ô nhiễm trong thành phố sẽ có cách điều chế với tỷ lệ pha trộn khác nhau để

Ngày nay, việc đổ bùn xuống biển đã bị ngăn cấm và việc chôn lấp bùn cũng dần bị hạn chế, mặc dầu vậy vẫn có khoảng 35-45% bùn ở châu Âu được chôn lấp

[14] Vì vậy, xử lý và tận dụng bùn như những nguồn nguyên liệu là cần thiết vì nó giúp giảm lượng bùn thải và tạo ra các sản phẩm có ích Bùn được xử lý để phục vụ cho nhiều mục đích như: sử dụng bón cho đất, xử lý bùn để tạo ra các sản phẩm tái chế (biogas, nhiệt, điện…) Việc sử dụng bùn cho mục đích sản xuất đang trên đà phát triển như một chuỗi lợi ích gắn với đất nông nghiệp Mục đích chính ở đây là gắn kết các lợi ích khác nhau bằng cách coi bùn như nguyên liệu thô cho các sản phẩm thương mại Có hai xu hướng sử dụng bùn chính Xu hướng thứ nhất là việc sản xuất đất sinh học (bio-soil), loại đất đất sinh học thứ nhất được tạo ra bằng cách trộn bùn với đất sử dụng bón cho các vùng trồng cây xanh (công viên, khu thể thao, đường trên cao, sân golf…) nơi mà các sản phẩm lương thực không được tạo ra Còn đối với các loại đất sử dụng bón cho cây nông nghiệp thì bùn phải được xử lý nghiêm ngặt theo quy định Sử dụng đất sinh học hiện nay đang gia tăng ở nhiều nước và điều quan trọng là có thể thay đổi cách sử dụng đất nông nghiệp trong tương lai Xu hướng thứ hai là tiến tới tạo ra các sản phẩm cụ thể mà được tái chế từ bùn như là: nhiệt, tạo ra điện từ khí gas, tạo chất đông tụ Xa hơn nữa là có thể thu hồi được các chất hoặc các sản phẩm (điện, nhiệt, các chất đông tụ, phosphate, dầu…) được sản xuất từ bùn để bán trên thị trường

Bùn thải được xử lý theo hai phương pháp thông thường và công nghệ cao Xử

lý thông thường chỉ quan tâm đến việc cố định (cốt là để giảm khả năng ô nhiễm sinh học và sự gây khó chịu của bùn thải) và giảm chi phí vận chuyển Trong khi đó

xử lý công nghệ cao bao gồm tẩy uế bùn cũng như bảo vệ sức khỏe khỏi sự nguy hại… Các chất nguy hại cho môi trường được tạo ra bởi các yếu tố độc tiềm ẩn (kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ đặc trưng) có thể được kiểm soát bằng các quy định giới hạn về nồng độ của các hợp chất trong bùn được sử dụng cũng như trong đất nơi mà bùn sẽ được sử dụng

Tổ chức môi trường và sức khỏe Na Uy đã đưa ra quy định mới cho việc xử lý bùn cặn và sử dụng cho đất nông nghiệp 1995 và cùng với sự sửa đổi năm 1996

Theo thông tin của cơ quan có quyền lực cho biết 75% bùn thải sản xuất được tái chế đem lại lợi ích cho nhiều vùng đất vào thời điểm trước năm 2000 Năm 1995 khoảng 66% và năm 1999 đã là 79% (trong đó 69% được sử dụng phục vụ cho đất trồng cây nông nghiệp và 10% phục vụ cho các vùng trồng cây phi nông nghiệp) Thêm vào đó tiêu chuẩn đối với kim loại năng trong cả bùn và đất, các quy định về mức độ ứng dụng và các loại mùa vụ cụ thể được sử dụng bùn Các quy định của Na

Uy bao gồm các thủ tục thông thường đối với cố định và tẩy uế của bùn cặn trước khi sử dụng trên đất

Bùn chứa rất nhiều các thành phần khác nhau vì vậy tận dụng bùn để ra các sản phẩm có ích không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa về mặt môi trường Tạo ra các sản phẩm từ bùn thải dựa trên hai mục tiêu chính:

- Đem lại lợi ích tổng hợp của những thành phần có ích và tạo ra các sản phẩm từ việc tận dụng các thành phần Điều quan trọng là chỉ có các thành phần không tốt được loại bỏ từ bùn

- Tách chiết các thành phần có ích từ bùn và loại bỏ các thành phần không tốt trong phần còn lại

Ngày nay đã có rất nhiều sản phẩm được tạo ta từ bùn thải như là: tạo phân vi

sinh cố định đạm từ chủng vi khuẩn cố định đạm Rhirobium, chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học từ chủng vi khuẩn Bacillus thuringiensis, sản xuất protease,

polysaccharide… bằng cách nuôi cấy các chủng vi sinh vật trên bùn thải [5, 6,10]

1.3 Một số phương pháp xử lý, tái chế bùn thải sinh học làm nguyên liệu nuôi cấy vi sinh vật

- Xử lý bùn thải sinh học bằng kỹ thuật thay đổi pH,

- Xử lý bùn thải sinh học bằng phương pháp nhiệt học,

- Xử lý bùn thải sinh học bằng phương pháp oxy hoá,

- Xử lý bùn thải sinh học bằng phương pháp thuỷ phân

2 Tổng quan về thuốc chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu vi sinh)

2.1 Định nghĩa về thuốc trừ sâu vi sinh:

Thuốc trừ sâu vi sinh là những chế phẩm sinh học được sản xuất ra từ các chủng vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng khác nhau theo phương pháp thủ công, bán thủ công hoặc phương pháp lên men công nghiệp để tạo ra những chết phẩm có chất lượng cao có khả năng phòng trừ được các loại sâu hại cây trồng nông, lâm nghiệp

2.2 Ưu – nhược điểm của thuốc trừ sâu vi sinh:

a Ưu điểm của thuốc trừ sâu vi sinh

- Không độc hại cho người và gia súc, ko nhiễm bẩn môi trường sống, ko ô nhiễm môi trường

- Chưa tạo nên tính kháng thuốc của sâu hại

- Không ảnh hưởng đến chất lượng, phẩm chất nông sản, không ảnh hưởng đến đất trồng, không khí trong môi trường (do không để lại dư lượng)

- Không làm mất đi những nguồn tài nguyên sinh vật có ích như các loại ký sinh thiên dịch và những vi sinh vật có lợi với con người

- Nếu sử dụng hợp lý, đúng phương pháp, đúng kỹ thuật trong điều kiện nhiệt

độ thích hợp sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

- Hiệu quả thuốc vi sinh thường kéo dài vì chún ko chỉ tiêu diệt trực tiếp lứa sâu đang phá hoại mà chúng còn có thể lan truyền cho thế hệ tiếp theo

b Nhược điểm của thuốc trừ sâu vi sinh

- Tác động của thuốc trừ sâu vi sinh chậm nên hiệu quả chậm bởi vì thuốc trừ sâu vi sinh thường có quá trình gây bệnh và nhiễm bệnh khi vào cơ thể sâu thì thời gian ủ bệnh phải mất 1-3 ngày

- Hiệu quả của thuốc ban đầu không cao

- Phổ tác dụng của thuốc hẹp

- Một vài loại thuốc trừ sâu vi sinh bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết nếu như phun không đúng kỹ thuật, phun trong điều kiện không thích hợp sẽ khó đạt hiệu quả

- Thuốc vi sinh có công nghệ sản xuất phức tạp thủ công nên giá thành cao

3 Bacillus thuringiensis và thuốc trừ sâu sinh học Bt

3.1 Đặc điểm sinh học, sinh lý sinh hóa của Bacillus thuringiensis

Bt là trực khuẩn sinh bào tử hiếu khí không bắt buộc, nhuộm gram dương, kích thước 3-6 µm, có phủ tiêm mao không dày, tế bào đứng riêng rẽ và xếp thành từng chuỗi Tế bào chứa tinh thể độc có khả năng diệt sâu

Bt phát triển trong điều kiện nhiệt độ 15-45 oC nhưng thích hợp nhất 29-30 oC

Bt có bào tử dạng hình ovan, hình trứng dài 1,2 – 1,6 µm, có thể nảy mầm tế bào sinh dưỡng khi gặp điều kiện thuận lợi

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp độc

tố của Bacillus thuringiensis:

-Nhiệt độ: Tốc độ sinh trưởng của các Bt khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và

chủng giống Ở nhiệt độ 25 – 40oC, thời gian xuất hiện khuẩn lạc đầu tiên là 24h; nhưng ở nhiệt độ 12 – 15oC, loài phụ Bt subsp thuringiensis cần 115 giờ, loài phụ subsp alesto, H3ac, subsp sotto, H4ab, subsp entomocidus, H6ab cần 312 giờ Sự hình thành bào tử cũng chịu ảnh hưởng rõ rệt của nhiệt độ Khi nhiệt độ nuôi cấy từ 20oc tăng lên đến 35oC, chu kỳ phát triển sẽ từ 64 giờ thu ngắn lại còn 27 giờ, số bào tử cũng tăng lên Nhưng nhiệt độ tăng lên đến 40oC sẽ gây trở ngại cho sự hình thành

bào tử, thậm chí thời gian nuôi kéo dài 7 ngày đêm thì sự hình thành bào tử vẫn bị

ức chế, thể dinh dưỡng dần bị tan ra Khi nuôi ở 42oC trên môi trường thạch, Bt hình thành khuẩn lạc dạng núm vú và mãi mãi không hình thành bào tử

Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến sự hình thành bào tử mà còn ảnh hưởng rõ rệt đến sự hình thành tinh thể Ở nhiệt độ dưới 14oC, sau 30 giờ, không quá 10% tinh thể được hình thành; nhưng ở nhiệt độ 16oC, sau 168 giờ thì tinh thể tăng lên nhiều nhất,đạt 15% Ở nhiệt độ 280C, hoàn thiện một chu kỳ bình thường chỉ cần 48 – 72 giờ

- Độ pH: Độ pH môi trường có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của khuẩn Bt vì

ion H+ trực tiếp tham gia chuyển dịch điện tử trong hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật, không có nó hoạt động sống không thể xảy ra Giá trị pH quá cao hoặc quá thấp đều có hại đối với Bt, điều này thể hiện ở:

+ pH ảnh hưởng đến điện tích màng tế bào và sự hấp thu chất dinh dưỡng + pH ảnh hưởng đến hoạt tính của enmyme

+ pH làm thay đổi khả năng cho – nhận chất dinh dưỡng trong môi trường và tính độc của các vật chất có hại

- Oxy: B Thuringiensis là trực khuẩn hình thành bào tử, hô hấp hiếu khí nên sự

sinh trưởng của nó có quan hệ mật thiết với oxy Nhìn chung, khi lượng thông khí tăng, sinh khối tăng nhiều, số bào tử sinh ra cao Nhưng quá nhiều dưỡng khí sẽ tác động lên năng lực sống của tể bào, làm suy giảm sự phát triển và đẩy nhanh quá trình phân giải

- Ánh sáng và tia xạ: ánh sáng và tia xạ là một dạng năng lượng truyền qua

không gian dưới dạng sóng điện từ, nó có tác dụng điện ly và phá hoại protein và axit nucleic của tế bào, nên nó có tác dụng kích thích, ức chế hoặc tiêu diệt tế bào Bt theo từng liều lượng Tia xạ gamma ở liều chiếu 228280 – 456560 rad sẽ gây ức chế

ở các mức độ khác nhau Tia tử ngoại trong tia sáng mặt trời cũng có tác dụng gây chết với Bt Mặc dù đã yếu đi khi qua tầng khí quyển nhưng nếu chiếu trong thời gian dài vẫn sẽ tiêu diệt Bt: bào tử Bt bị chiếu trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời 3200

Lux trong 1 giờ sẽ mất hoạt tính 80% Sự hấp thụ của bào tử với các sóng khác nhau

là khác nhau, nhưng trong phạm vi 290 – 400 nm thì tỷ lệ tử vong cao nhất Vì vậy, trong các chế phẩm có thể thêm vào một số chất phụ gia khác để giảm tác dụng của ánh sáng mặt trời đối với Bt

- Chất kháng sinh và các thuốc hóa học: Kháng sinh có thể làm hoạt tính

emzyme yếu đi, ngăn cản một số khâu trao đổi chất của vi sinh vật, từ đó tác dụng lên sinh vật có tính chọn lọc Nếu giữa pha logarit mà bổ sung kháng sinh thì sinh trưởng của Bt đột ngột dừng lại Bt có sự mẫn cảm với các loại kháng sinh khác nhau là khác nhau Với chloramphenicol, khi bổ sung vào cuối giai đoạn logarit thì không có ảnh hưởng tới sự hinh thành bào tử và tinh thể Erythromixin cũng có thể

ức chế sự hình thành bào tử, nhưng không ảnh hưởng đến sự sản sinh tinh thể

Các thuốc diệt sâu hóa học khác nhau cũng ảnh hưởng không giống nhau lên sự nảy mầm bào tử và sự sinh trưởng của chúng

côn trùng kích thước 1 µm chiếm 30% trọng lượng khô của tế bào Khi nhuộm xanh

metylen hoặc fusin đỏ thì độc tố bắt màu dưới kính hiển vi đối pha tinh thể độc

Tinh thể độc rất bền vững ở nhiệt độ cao, có trọng lượng phân tử là 5000 đơn vị và

không phải bào tử nào cũng có tinh thể độc Trong quá trình bảo quản nếu để lâu Bt

sẽ mất hoạt tính lý do là tinh thể độc bị biến dạng hoặc phân huỷ Chất focmandehit 20% và tia tử ngoại sẽ làm mất hoạt tính của tinh thể độc

- Cơ chế tác động của tinh thể độc lên côn trùng: Bằng con đường tiêu hoá sâu

ăn thức ăn có lẫn Bt chỉ sau khoảng thời gian 1-6 h sâu non bị tê liệt toàn thân Nguyên nhân tinh thể độc xâm nhập vào cơ thể sâu hại và chúng đã phá huỷ toàn bộ

tế bào trong máu và dịch ruột của sâu Sau 2-3 ngày sâu bị chết có màu đen, toàn thân khô cứng

Quá trình từ khi nhiễm Bt cho đến chết thì sâu non phải có thời gian ủ bệnh, những sâu tuổi nhỏ thời gian tiềm ẩn 1-2 ngày, sâu tuổi lớn thời gian ủ bệnh kéo dài 4-5 ngày, tuỳ từng độ tuổi sâu mà khả năng chết cũng khác nhau Tuổi nhỏ dễ chết, tuổi lớn chậm hơn

3.4 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến môi trường và con người 3.4.1 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến môi trường:

Protein Bt tồn tại tương đối bền trong đất và được phân loại vào dạng bất động

vì nó không có khả năng di chuyển hoặc thấm qua nước ngầm Protein này không bền vững trong điều kiện đất chua, bị phân hủy nhanh chóng khi phơi dưới ánh sang mặt trời dưới tác dụng của tia UV

3.4.2 Ảnh hưởng của thuốc trừ sâu sinh học Bt đến con người:

Tính đặc hiệu của độc tố Bt đối với côn trùng đích là một trong những tính trạng khiến Bt trở thành thuốc trừ sâu sinh học lý tưởng Trên thực tế, các chủng Bt

khác nhau sẽ sản sinh ra các Protein độc đối với một số loại côn trùng nhấy định Độc tố của Protein Bt tương tác trực tiếp với thụ thể, nghĩa là đối với những côn trùng bị ảnh hưởng bởi Protein bình thường, trong ruột chúng phải có các vị trí thụ thể đặc trưng để Protein có thể kết bám Người và đại đa số các côn trùng có ích không có các thụ thể này nên không bị ảnh hưởng của độc tố Bt

3.5 Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật xử lý bùn thải sinh học hiếu khí thành nguyên liệu nuôi cấy vi khuẩn Bt

Bùn thải hiếu khí của các cơ sở sản xuất thực phẩm và đồ uống (nhà máy sản xuất tinh bột, các nhà máy bia…) rất giàu sinh khối vi sinh vật, vì vậy nếu xử lý tốt thì đây sẽ là nguồn dinh dinh dưỡng rất tốt để nuôi cấy vi sinh vật Nhờ đó, chúng ta

có thể nâng cao giá trị của bùn thải sinh học, đồng thời góp phần giảm ô nhiễm môi trường do bùn thải sinh ra

Theo thống kê của Bộ công nghiệp, Việt Nam có khoảng 469 cơ sở sản xuất bia bao gồm 2 Công ty quốc doanh trung ương, 6 Công ty liên doanh với nước ngoài và

461 cơ sở sản xuất bia địa phương, tư nhân, cổ phần được phân bố tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn, khu vực dân cư đông đúc, vùng đồng bằng sông Hồng (27,4%), miền Đông Nam Bộ (44,8%) Trong 61 tỉnh, thành phố thì chỉ có 10 tỉnh không có cơ sở sản xuất bia Ngành sản xuất bia ở Việt Nam có tốc độ tăng trưởng nhanh

Theo định hướng chung của toàn ngành, sản lượng ngành bia từ nay đến năm

2020 sẽ tiếp tục tăng lên theo nhu cầu xã hội Ngành Rượu – Bia – Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010 sẽ tiếp tục hiện đại hoá từng bước được thay thế những thiết bị hiện có bằng những thiết bị, công nghệ tiên tiến, đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, an toàn vệ sinh thực phẩm, môi trường của Việt Nam và quốc tế Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn, phát huy tối đa năng lực của các cơ sở

sản xuất có thiết bị và công nghệ tiên tiến, đồng thời tiến hành mở rộng năng lực của một số nhà máy hiện có Một số cơ sở thuộc địa phương như Công ty bia Thanh Hoá đã và đang thực hiện dự án đầu tư đổi mới thiết bị công nghệ

Bên cạnh các sản phẩm bia chất lượng cao phục vụ con người các nhà máy bia cũng là nơi tạo ra các chất ô nhiễm cho môi trường Lượng nước thải từ các nhà máy sản xuất bia rất lớn Theo số liệu thống kê tại nhiều cơ sở sản xuất, lượng nước thải theo định mức là rất khác nhau, trung bình gấp 8 – 15 lần lượng bia thành phẩm, có nghĩa là cứ sản xuất 1 000 lít bia thì thải ra lượng nước thải tương ứng là 8

- 15m3 Đặc thù của nước thải sản xuất bia là lưu lượng biến đổi khác biệt theo mùa, theo ngày và theo ca sản xuất Vào những ngày cao điểm trong mùa hè, các cơ sở sản xuất hết công suất và lưu lượng nước thải là lớn nhất Vào mùa đông, lưu lượng nước thải nhỏ hơn Tuy nhiên, chỉ có các cơ sở ở phía Bắc phải chịu ảnh hưởng của

thời tiết, các cơ sở ở phía Nam hầu như không bị tác động của thời vụ

Thành phần nước thải cũng biến đổi rõ rệt theo mục đích sản xuất Vào mùa hè, sản phẩm chủ yếu là bia hơi nên nguồn nước thải ít bị ô nhiễm hoá chất từ khâu rửa chai Vào mùa đông, nhà máy sản xuất chủ yếu là bia chai nên nước thải chứa một lượng xút lớn được dùng để vệ sinh chai Bên cạnh đó, thành phần nước thải còn biến đổi rõ rệt theo từng ca sản xuất Hàm lượng các chất ô nhiễm lớn nhất vào thời điểm vệ sinh thiết bị, nhà xưởng

Đối với cơ sở sản xuất bia, có thể phân ra các nguồn thải chính như sau:

- Nước ngưng: sạch, có thể thu hồi về bể chứa để tái sử dụng

- Nước làm mát: tương đối sạch và thường chiếm khoảng 20 – 25% tổng lượng nước, có thể thu hồi để tái sử dụng

- Nước thải sinh hoạt, nước thải từ bộ phận xử lý nước ngầm Dòng thải này không lớn, ít gây ô nhiễm và có thể được thải thẳng ra cống chung, không qua xử lý

- Nước thải từ các công đoạn sản xuất: Đây là dòng thải cần quan tâm nhất Dòng thải này phát sinh từ phân xưởng nấu, đường hoá, lên men, lọc, chiết bia bao gồm nước rửa thiết bị, vệ sinh nhà xưởng có hàm lượng ô nhiễm cao

+ Nước vệ sinh nồi nấu: chủ yếu chứa chất hữu cơ do dịch đường còn sót lại trong nồi Theo định kỳ của Nhà máy, sau một số mẻ sản xuất sẽ vệ sinh CIP một lần Khi đó dòng thải còn ô nhiễm thêm xút, axit, thuốc sát trùng Qui trình rửa CIP thường là quy trình khép kín, các dung dịch NaOH, H2SO4 được tuần hoàn sử dụng lại đến khi không đạt yêu cầu mới thải bỏ

+ Nước thải từ nhà lên men: Định kỳ vệ sinh nhà xưởng mỗi ca một lần Sau mỗi chu kỳ lên men vệ sinh CIP một lần Lượng nước này khá lớn và có thành phần

ô nhiễm: COD, BOD, SS do bia, bã men, hoá chất rơi vãi

+ Nước thải từ nhà lọc bia và chứa bia thành phẩm: Nước thải ở công đoạn này ngoài chất hữu cơ còn chứa một lượng lớn chất trợ lọc được xả vào cùng nước thải khi vệ sinh máy lọc

+ Nhà chiết bia: Theo lịch trình sản xuất của nhà máy, bia chai và bia lon thường được sản xuất chủ yếu vào mùa đông do mức độ tiêu thụ bia hơi thấp Trung bình lượng nước để rửa chai là 0,5 lít nước/1 chai 0,5 lít Vào mùa hè, bia thường được chiết bom 30 lít, 50 lít Nước thải từ khâu này ô nhiễm do chứa một lượng bia rơi vãi ở công đoạn chiết và chứa hoá chất ở khâu rửa chai

+ Nước thải khi vệ sinh thùng tuần hoàn men giống, thùng tuyển nổi , sau mỗi chu kỳ lên men lại vệ sinh CIP một lần

Với tải lượng nước thải cho 1000 lít bia là 6m3 thì lượng nước thải của nhà máy bia công suất 10.000.000 lít/ năm, tức 28.000 lít/ ngày đêm là 168m3 Nếu tách 12% lượng nước mưa ra khỏi tổng lượng nước thải thì lượng nước thải cần xử lý là : 168

x ( 1 - 0,12 ) = 147,84 m3/ngày đêm, làm tròn là 150m3/ngày đêm

Đặc điểm các nguồn thải của nhà máy sản xuất bia có thể được tóm tắt theo

bảng sau:

TT Nguồn thải Đặc điểm % Ghi chú

1 Từ công đoạn nấu, đường

hóa:

-Rửa thiết bị nấu

-Rửa các thiết bị lọc

Chứa nhiều các hợp chất hữu cơ (tinh bột, đường…)

18

2 Nước thải từ quá trình lên

men: Nước rửa thiết bị

(nồi nấu đường hóa, thiết

bị lên men)

-pH= 5-6 -Chứa tinh bột, bã hoa, bia dư, chất tẩy rửa…

15

3 Nước thải từ công đoạn

chiết bia:

-Nước thải từ quá trình

rửa chai, thùng bia

-Nước thải từ quá trình

làm lạnh

-Nước thải dung dịch xút

loãng sau khi rửa

-Độ pH cao 8,5-12 -Lẫn sản phẩm bia trong quá trình rửa

-Giấy nhãn chai -Các chất rắn lơ lửng

30 Trong đó

khoảng 75% là nước thải của quá trình làm lạnh

4 Nước thải sinh hoạt từ

khu nhà bếp, vệ sinh

Trong đó nước thải khu

vệ sinh đó được qua xử lý

12 Không

thường xuyên

Bảng1.2 Đặc điểm các nguồn thải của nhà máy sản xuất bia

Đặc tính chung đối với nước thải nhà máy bia nằm trong các khoảng sau:

STT Chỉ tiêu Giá trị trung bình

Bảng1.3 Đặc tính ô nhiễm chung của nước thải nhà máy sản xuất bia [10]:

Nhìn chung loại nước thải của nhà máy bia có đặc tính ô nhiễm hữu cơ cao, khi

để lâu tạo mùi hôi khó chịu Đặc biệt nước thải có khả năng tạo lượng bùn lớn, hàm

lượng ôxy hòa tan trong nước thấp Đây chính là nguồn gây tác động lớn đến môi

trường, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng nếu không có các biện pháp xử lý trước

khi xả thải ra nguồn tiếp nhận

Các phương pháp xử lý, tái chế bùn thái sinh học làm nguyên liệu nuôi cấy vi

sinh vật:

Thành phần bùn thải sau quá trình xử lý thường không đạt tiêu chuẩn nuôi cấy

vi sinh vật nên cần có các phương pháp tiền xử lý bùn thích hợp trước khi nuôi cấy

Dưới đây là một số phương pháp xử lý bùn làm nguyên liệu thô cho nuôi cấy vi sinh

vật:

- Xử lý bùn bằng axit: Bùn được axit hóa bằng axit H2SO4 1N đến pH=2, sau

đó bảo quản ở nhiệt độ phòng trong 24h rồi được điều chỉnh về pH=7 bằng NaOH

2N

- Xử lý bùn bằng kiềm: Với mỗi loại bùn khác nhau thì cần sử dụng lượng NaOH thích hợp trong vòng 24h và sau đó điều chỉnh lại về pH=7 bằng dung dịch

H2SO4 1N

- Xử lý bằng chất oxy hóa: Trước tiên, pH của bùn được điều chỉnh về 3 bằng dun dịch axit H2SO4 1N, sau đó bổ sung chất oxy hóa H2O2 (1 ml/l) với tỉ lệ 30% Sau khi oxy hóa xong điều chỉnh pH đến 7 bằng NaOH 2N

Với các phương pháp xử lý trên, chúng ta có thể xử lý bùn thải sinh học thành nguyên liệu thô để nuôi cấy vi sinh vật

Từ các khảo sát trên cho thấy đối với nhà máy bia tất cả bùn thải phát sinh trong công đoạn sản xuất đều có thể sử dụng làm nguyên liệu cho nuôi cấy vi sinh vật Vì bùn thải được tạo ra từ nước thải của công đoạn này có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, hàm lượng NaOH và H 2 SO 4 không đáng kể (từ quá trình khử trùng CIP)

PHẦN II Vật liệu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

sung cho quá trình lên men Bacillus thuringiensis, các máy móc thiết bị được sản

xuất tại các nước Mỹ, Nhật, Anh, Trung Quốc, Đức và Việt Nam

2.1.3.1 Các môi trường nuôi cấy sử dụng:

a Môi trường MPA:

b Môi trường phân lập E.Coli và Coliform:

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Bảo quản giống: Chủng vi khuẩn Baciluss thuringiensis được bảo quản

trong ống thạch nghiêng và giữ trong tủ lạnh ở 40C để phục vụ nghiên cứu và bảo quản lâu dài trong glyxerin ở -200C, trong đông khô

Khi cần dùng giống để thực hiện thí nghiệm, ta cần tiến hành hoạt hoá giống

như sau: cấy chuyển giống từ ống thạch nghiêng sang dịch nuôi cấy MPB và tiến hành nuôi trong điều kiện lắc 200 vòng/phút, 30oC trong 12h

2.2.2 Phương pháp phân tích các thông số của bùn thải: pH, TS, VS, TN,

TP, C, và các kim loại có trong bùn thải: Ca, Na, Al, Cd, Cr, Cu… được phân tích theo Standard Method hoặc theo tiêu chuẩn phân tích hiện hành

2.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật: Sử dụng phương pháp

xác định theo TCVN 5165 – 1990:

Sử dụng môi trường MPB (thành phần môi trường MPA cũng giống như môi trường MPA nhưng ko có thạch) Sau khi pha môi trường được khử trùng ở 1210C trong vòng 30 phút Sau đó, môi trường nuôi cấy được đổ vào đĩa petri đã được khử trùng và được giữ trong tủ ấm 300C trong vòng 48h để loại các đĩa môi trường bị nhiễm vi sinh vật, các đĩa không bị nhiễm được sử dụng để xác số lượng vi sinh vật tổng số

• Pha loãng mẫu và xác định số lượng

Đối với bùn cân10g mẫu cho vào 90ml dung dịch đệm, còn đối với mẫu nước cho 1ml mẫu vào 9ml dung dịch được nồng độ pha loãng 10-1 Từ dịch huyền phù ở nồng độ 10-1 hút 1ml cho vào 9ml dung dịch đệm được nồng độ pha loãng 10-2 và làm tương tự đối với các nồng độ pha loãng tiếp theo cho đến nồng độ thích hợp cho xác định số lượng vi sinh tổng số

Sau khi đã pha loãng mẫu đến nồng độ cần thiết, tiến hành cấy lên đĩa thạch ở hai nồng độ liên tiếp với sự lặp lại ở mỗi nồng độ là 3 đĩa với thể tích là 0,1ml/đĩa, trang đều và để các đĩa thạch đã cấy mẫu vào tủ ấm 300C Sau 48h nuôi cấy trong tủ

ấm lấy đĩa thạch ra đếm khuẩn lạc (Số khuẩn lạc trên 1 đĩa dao động từ 15 – 300 khuẩn lạc là số liệu có thể chất nhận)

Số lượng vi sinh vật tổng số được xác định bằng công thức sau:

X = (C x 10)/(n1 + 0,1 x n2) x d