1. Trang Chủ
  2. Công nghệ - Môi trường
  3. Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng trong xử lý nước thải giàu đạm

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng trong xử lý nước thải giàu đạm

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện với mục tiêu nhằm phân lập các vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein từ một số nguồn nước thải thủy sản và chế biến thịt; khảo sát hoạt tính protease của các chủng vi khuẩn phân lập được. Mời các bạn cùng tham khảo. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ VI KHUẨN CÓ HOẠT TÍNH PHÂN GIẢI PROTEIN CAO ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU ĐẠM NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : CN

Thể loại Tài liệu miễn phí Công nghệ - Môi trường

Số trang 72

Ngày tạo 10/10/2021 11:41:05 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.33 M

Tên tệp

Tải Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu tuyển chọn một số vi ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN MỘT SỐ VI KHUẨN CÓ HOẠT TÍNH PHÂN GIẢI PROTEIN CAO ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU ĐẠM NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : CN. NGUYỄN HOÀNG MỸ SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN PHẠM HUYỀN MSSV : 107111072 LỚP : 07DSH3 TP. HỒ CHÍ MINH, 2011
  2. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, Việt Nam đang trong công cuộc xây dựng kiến thiết đất nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa với sự phát triển dân số và tốc độ đô thị hóa cao. Cùng với các ngành nghề khác ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản đang giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của cả nước. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng gia tăng các vấn đề về môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước thải từ các nhà máy chế biến. Việc tìm ra phương pháp xử lý nước thải sao cho hiệu quả giảm tình trạng ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đang được quan tâm không chỉ của các doanh nghiệp mà cả các nhà quản lý. Xử lý sinh học bằng các chủng vi sinh vật với ưu điểm là phù hợp điều kiện tự nhiên, giảm chi phí năng lượng, hóa chất, đơn giản, có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ sau xử lý đang là phương pháp có tiềm năng. Trong đó hoạt động của các vi sinh vật giữ vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống. Trong nước thải thủy sản và chế biến thịt thì một số vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ được quan tâm, đặc biệt là vi khuẩn thuộc chi Bacillus. Các chủng vi sinh vật này đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp thực phẩm và được chú ý hơn cả là trong lĩnh vực xử lý nước thải chứa nhiều đạm. Việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn này được chúng tôi tiến hành trong đề tài: "Nghiên cứu tuyển chọn một số vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein cao ứng dụng trong xử lý nước thải giàu đạm"với mục đích từ nước thải ngành chế biến thủy sản và thịt sẽ tìm ra được các chủng vi sinh vật nâng cao hiệu quả xử lý và góp phần bảo vệ môi trường. 1.2 Ý nghĩa đề tài 1.2.1 Ý nghĩa khoa học Trang 1
  3. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Giúp bổ sung thêm một số chủng vi khuẩn mới phân lập được có hoạt tính protease mạnh có thể ứng dụng vào xử lý nước thải giàu đạm 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Giúp xử lý nước thải giàu protein đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường ngành thủy sản nói riêng và môi trường nước nói chung. Hình thành một vài chế phẩm sinh học phù hợp xử lý nước thải giàu đạm. 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Lĩnh vực sử dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải hiện nay chưa được nghiên cứu và công bố phổ biến. Tuy nhiên đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về enzyme protease và vi sinh vật có khả năng phân hủy protein đặc biệt về vi khuẩn Bacillus. Nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố và biết đến như:  Trên thế giới Năm 2002, B. Aslin, N. Saglam và Y. Beyatli đã nghiên cứu về một số đặc điểm của Bacillus phân lập từ đất. Năm 2005, tác giả S. Sharmin, Md. Towhid Hossain và M.N. Anwar thuộc trường đại học Chittagong đã nghiên cứu các đặc điểm của protease từ Bacillus amovivorus và tối ưu hóa một số yếu tố ảnh hưởng điều kiện sinh tổng hợp enzyme protease.  Ở Việt Nam Năm 2004, Đỗ Thị Bích Thủy và Trần Thị Xô đã công bố đề tài về nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh enzyme protease từ một số chủng Baciilus. Tác giả Ngô Tự Thành, Bùi Việt Hà, Vũ Minh Đức và Chu Văn Mẫn đã nghiên cứu về hoạt tính enzyme protease ngoại bào của một số chủng Bacillus mới phân lập và khả năng ứng dụng chúng trong xử lý nước thải. 3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Phân lập các vi khuẩn có hoạt tính phân giải protein từ một số nguồn nước thải thủy sản và chế biến thịt. Khảo sát hoạt tính protease của các chủng vi khuẩn phân lập được. Trang 2
  4. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu, thu thập tài liệu tham khảo, tài liệu internet liên quan đến đề tài Phương pháp thực nghiệm:  Phương pháp phân lập các vi khuẩn có khả năng phân giải protein từ một vài nguồn nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản và thịt  Phương pháp thử nghiệm sinh hóa các chủng vi khuẩn phân lập được  Phương pháp xác định mật độ tế bào  Phương pháp xác định hoạt độ protease từ vi sinh vật bằng phương pháp Amano  Phương pháp khảo sát hoạt độ protease của các chủng vi khuẩn phân lập được 5. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Xác định được các đặc điểm hình thái và sinh hóa của 10 chủng có khả năng phân hủy protein từ nước thải thủy sản và chế biến thịt Xác định được hoạt độ phân giải protease và mật độ tế bào Khảo sát được ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hoạt độ protease 6. KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lời mở đầu Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và biện luận Chương 4: Kết luận và kiến nghị Trang 3
  5. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trang 4
  6. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền 1.1 Tổng quan về nước thải giàu đạm 1.1.1 Sơ lược về ngành sản xuất có nước thải giàu đạm Nuôi trồng và chế biến thủy hải sản được xem là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn ở Việt Nam. Theo số liệu thống kê của bộ thủy sản, có hơn 1.470.000 hecta mặt nước sông ngòi dùng cho nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra còn có hơn 544.500.000 hecta ruộng trũng, 56.200.000 hecta hồ dùng để nuôi cá. Mặt khác, nước ta nằm trong vùng có địa lý thuận lợi với bờ biển dài 3.260 km, vùng biển và thềm lục địa rộng lớn hơn 1 triệu km2 thích hợp cho việc nuôi trồng thủy hải sản có giá trị kinh tế cao. Tổng trữ lượng cá tầng đáy vùng biển Việt Nam có khoảng 1,7 triệu loài, khả năng cho phép khai thác khoảng 1 triệu tấn/năm. Tổng trữ lượng cá tầng trên khoảng 1,2 – 1,3 triệu tấn. Nguồn lợi thủy sản chủ yếu là tôm, cá, có khoảng 3 triệu tấn/năm nhưng hiện nay mới chỉ khai thác hơn 1 triệu tấn/năm. Theo báo cáo của tổng cục thống kê trong 6 tháng đầu năm 2010, xuất khẩu thủy sản của Việt Nam đạt giá trị 2,047 tỷ USD tăng 17% so với cùng kỳ năm 2009. Trong đó tôm là sản phẩm xuất khẩu chủ lực của chiếm 35% sản lượng xuất khẩu, còn lại là các sản phẩm khác. Bảng 1.1: Sản lượng và kim ngạch xuất khẩu thủy sản giai đoạn 2007 – 6th/2010 Năm Chỉ tiêu 2007 2008 2009 6th/2010 Sản lượng (nghìn tấn) 12 1239 1219 597,9 Kim ngạch (triệu USD) 3760 4510 4251 2047 ( Nguồn: Hải quan Việt Nam - Tổng cục thống kê) Trang 5
  7. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Bảng 1.2: Sản lượng và kim ngạch các mặt hàng thủy sản xuất khẩu giai đoạn 2007 – 6th/2010 Sản lượng (nghìn tấn) Kim ngạch( triệu USD) Mặt hàng 2007 2008 2009 6th/2010 2007 2008 2009 6th/2010 Tôm 160,5 192 209 87,2 1500 1630 1692 718 Cá tra và basa 372 644 608 304 - 1460 1357 653 Loại khác 631,5 403 402 61,9 - 1420 1202 256 (Nguồn: Hải quan Việt Nam-Tổng cục thống kê) Cùng với ngành nuôi trồng và khai thác thủy sản thì ngành chế biến thủy sản đã có nhiều đóng góp trong thành tích chung của ngành thủy sản Việt Nam. Trong những năm gần đây, khoảng 35% đầu ra của sản phẩm thủy sản được sản xuất để xuất khẩu và phần còn lại được bán ra trên thị trường nội địa hoặc ở dạng tươi sống (34,5%), hoặc đã qua chế biến (45,7%) dưới dạng bột cá, nước mắm, cá khô. Bên cạnh sự phát triển của ngành thủy sản thì ngành giết mổ gia súc và chế biến thịt cũng không ngừng lớn mạnh về qui mô cũng như phát triển về kỹ thuật giết mổ và nó thật sự trở thành một ngành công nghiệp. Ở nước ta có thể thấy việc giết mổ gia súc đang diễn ra hết sức phức tạp, manh mún, quy trình kỹ thuật giết mổ từ rất nhỏ đến quy mô lớn dẫn đến chất lượng thịt không đảm bảo không đạt vệ sinh an toàn thực phẩm. Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh có 41 cơ sở giết mổ (số liệu đến ngày 13.3.2003), trong đó có 3 cơ sở được phép giết mổ trâu bò, có 7 cơ sở giết mổ có công suất 300-1000 con heo/ ngày đêm. 1.1.2 Tính chất nước thải giàu đạm  Nước thải chế biến thủy sản Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa nồng độ các chất hữu cơ gây ô nhiễm cao (các phế phẩm trong và sau chế biến, hóa chất xử lý), nhiều chất có chứa hàm lượng nitrogen liên kết và lưu huỳnh. Các nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh thường có lượng nước thải lớn so với các cơ sở chế biến hàng khô, nước mắm, đồ hộp bình quân khoảng 50000m3 ngày. Trang 6
  8. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Giá trị các đặc tính nước thải chế biến thủy sản có phổ phân tán biến động tương đối rộng nhưng chúng đều có đặc điểm chung là phụ thuộc vào loại nguyên liệu, quy trình sản xuất và sản phẩm chế biến. Những yếu tố này quyết định thành phần, đặc tính và mức độ ô nhiễm của cơ sở sản xuất chế biến. Nhìn chung, hàm lượng chất hữu cơ trung bình dao động từ 300-3000 mg/l COD, từ 200-2000 mg/l BOD5, từ 9,5-400 mg/l SS, hàm lượng nitơ tổng số từ 90- 270mg/l, photpho tổng từ 30-90mg/l. Trong đó nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao nhất là nước máu cá và nước dính nhớt từ các cơ sở sản xuất bột cá, COD có thể lên đến 93.000mg/l, BOD5 lên đến 76.000mg/l. Tuy nhiên tùy từng giai đoạn mà các giá trị có sự thay đổi đáng kể, nước thải từ các quá trình rã đông, sơ chế và rửa nguyên liệu cho tới khâu chế biến đồ hộp thủy sản đông lạnh có độ đậm đặc cao và rất cao. BOD từ 1.000-10.0000 mg/l, SS từ 1.000-2.000 mg/l. Nước thải từ quá trình hấp, luộc có hàm lượng BOD từ 10.000- 20.000 mg/l, SS từ 1.000-10.000 mg/l. Nước thải từ quá trình ngâm và để ráo trong sản xuất Jam bông, xúc xích thủy sản có COD từ 1.000-3.000 mg/l, SS từ 500- 2.000 mg/l. Nước thải từ quá trình vệ sinh công nghiệp có COD từ 400-2.000 mg/l BOD từ 10-1.000 mg/l, SS từ 300-3.000mg/l. Sau đây là một số kết quả phân tích thành phần và tính chất nước thải thủy hải sản tham khảo tại một vài nhà máy chế biến thủy sản điển hình. Bảng 1.3: Thành phần và tính chất nước thải tại nhà máy chế biến thuỷ hải sản ở Bà Rịa - Vũng Tàu Chỉ tiêu Mức độ BOD5 1000 – 2000 mg/l Tổng chất rắn lơ lửng 1500 – 2000 mg/l Tổng nitơ 75 – 230 mg/l Tổng photpho 3 – 10 mg/l pH 6,6 – 7, 9 (Nguồn: CEFINEA, 2002) Trang 7
  9. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Bảng 1.4: Thành phần và tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ hải sản Ngô Quyền - Kiên Giang Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải cống xả Chỉ tiêu chế biến chế biến phân xưởng Đơn vị phân xưởng mực tôm đông lạnh đông lạnh pH 6,62 7,32 7,14 7,08 TDS mg/l 1440 1160 1640 1410 Độ đục PTU 121 92 242 152 Độ màu Pt-Co 1674 852 2273 1600 P - PO4 mg/l 21,01 12,56 3,75 12,44 SS mg/l 9,5 55 36 32 N-amoni mg/l 165,19 76 52,71 98 Coliform MPN/100ml 1000 1100 19000 - COD mg/l 893 336 230 1200 (Nguồn: CEFINEA, 2002) Bảng 1.5: Đặc trưng thành phần và tính chất nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản Đặc trưng ô Quy chuẩn Việt Nam STT Hàm lượng nhiễm 11:2008, loại B 1 BOD5 300-2000 50 2 COD 500-3000 80 3 SS 200-1000 100 4 pH 6,5-7,5 5,5-9 5 N 50-200 60 6 P 10-100 - (Nguồn: CEFINEA, 2002) Trang 8
  10. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền  Nước thải chế biến thịt Ngoài các cơ sở chế biến thủy sản thì các cơ sở giết mổ, chế biến thịt cũng thải ra môi trường một lượng lớn nước thải có nồng độ ô nhiễm tương đối cao như BOD5 từ 2.500-7.400 mg/l, COD từ 2.400-9.600mg/l. Mặt khác nước thải của cơ sở chế thịt thường chứa một lượng lớn vi sinh vật. Nếu không có biện pháp xử lý thì rất dễ gây ô nhiễm bởi các vi sinh vật gây bệnh, gây ngộ độc nguồn nước sử dụng. Ngoài ra ngành giết mổ là một ngành đòi hỏi sử dụng nước rất nhiều, hầu như các công đoạn xử lý nguyên liệu đều có nhu cầu dung nước như khâu rửa sơ bộ nguyên liệu, khâu làm rã nước đá đông lạnh, khâu xử lý nguyên liệu, khâu chế biến. Nước thải của công nghiệp chế biến thịt gần giống như nước thải sinh hoạt nhưng có mức độ ô nhiễm cao hơn nhiều, với nồng độ dầu, mỡ, axit béo rất cao, ngoài ra còn có chất tẩy rửa lông. Bảng 1.6: Đặc trưng thành phần tính chất nước thải chế biến thịt STT Thông số Đơn vị Hàm lượng 1 pH - 5,3-8,9 2 Độ dẫn điện - 2,8-6,1 3 Clo mg/l 1,1-390 4 Chất rắn qua lọc - 160-580 5 BOD5 mg/l 1500-7400 6 COD mg/l 2400-9600 7 Chất béo - 115-300 8 Axit hữu cơ - 61-350 9 Nitơ amon mg/l 230-1120 10 H2 S - 0-20 11 Tổng P mg/l 1,6-53 12 Độ cứng - 35,6-125 13 Độ kiềm - 30-70 Trang 9
  11. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền 1.1.3 Ảnh hưởng nước thải giàu đạm đến môi trường Hiện nay tình trạng xả thải từ các cơ sở sản xuất thủy sản và thịt chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường xung quanh, làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân và đến sự phát triển bền vững của đất nước. Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ và vi sinh vật gây bệnh rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt. Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thuỷ sản, thit sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật. Các chất hữu cơ trong nước thải như cacbonhydrat, protein, chất béo khi xả vào nguồn nước làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước sinh hoạt và công nghiệp. Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu...Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè. Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên thiếu hụt oxy. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến ánh sáng không tới được các lớp nước bên dưới, cản trở quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước. Trang 10
  12. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.1: Hiện trạng ô nhiễm nước thải thủy sản chưa qua xử lý (Nguồn: Khoa học và đời sống) 1.1.4 Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong nước thải giàu đạm Sự sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm sự tăng kích thước, số lượng tế bào, phát triển tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật.Trong nước thải và các công trình xử lý nước thải, sự sinh trưởng cũng là sự tăng số lượng tế bào và sự thay đổi kích thước tế bào. Kích thước tế bào dao động xung quanh một giá trị trung bình thì việc tính số lượng tế bào cũng phản ánh được sự tăng sinh khối của vi sinh vật. Các vi sinh vật trong nước thải chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng, có thể đồng hoá các chất hữu cơ trong nước thải (BOD) làm nguồn dinh dưỡng. Ngoài ra, các chất dinh dưỡng cần thiết khác là nguồn nitơ (NH4+) và nguồn photpho (PO43-), các nguyên tố khoáng khác như K, Mg, Ca, và các nguyên tố vi lượng (sắt, đồng, kẽm, mangan). Các chất khoáng và vi lượng này thường rất phong phú trong nước thải sinh hoạt. Các nguyên tố C, N, P cần cho sinh trưởng của vi khuẩn thường theo tỉ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp, nhiều trường hợp phải bổ sung các nguồn N và P từ bên ngoài nhằm đảm bảo quá trình sinh trưởng phát triển của vi sinh vật hoặc phải khử trước các kim loại nặng gây độc hại cho tế bào vi sinh vật. Vi sinh vật sinh sản chủ yếu bằng cách phân chia tế bào, quá trình sinh sản phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Khi môi trường cạn kiệt các chất dinh dưỡng, pH và nhiệt độ thay đổi khả năng sinh sản sẽ bị ngừng lại. Trang 11
  13. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.2: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật (1): Giai đoạn thích nghi (2): Giai đoạn tăng trưởng logarit (3): Giai đoạn giảm tốc (4): Giai đoạn ổn định (5): Giai đoạn suy vong Quá trình sinh trưởng chia làm 5 giai đoạn:  Giai đoạn thích nghi Vi khuẩn vào môi trường chưa phát triển ngay mà còn cần một thời gian làm quen với môi trường, cần cảm ứng sinh tổng hợp các enzyme thích hợp với cơ chất.  Giai đoạn tăng trưởng logarit Vi sinh vật phát triển theo hàm logarit và tốc độ tăng trưởng riêng đạt giá trị cực đại. Trong suốt thời kỳ này các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản, khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn.  Giai đoạn giảm tốc Trong giai đoạn này, cơ chất dinh dưỡng trong môi trường đã giảm dần. Trong một số trường hợp, phát triển chậm dần là do trong môi trường tích tụ các sản phẩm ức chế được sinh ra trong quá trình chuyển hoá chất trong tế bào vi khuẩn.  Giai đoạn ổn định Trang 12
  14. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Mật độ tế bào đạt tới giá trị cực đại, sự sinh trưởng dừng lại ngay cả khi tế bào vẫn còn hoạt động chuyển hoá nào đó.  Giai đoạn suy vong Ở giai đoạn này các chất dinh dưỡng đã hết. Mật độ tế bào giảm do các tế bào già chết và tỉ lệ chết cứ tăng dần lên. Tế bào vi khuẩn bị phân huỷ nội sinh hoặc hô hấp nội bào và bị tự phân (autoliz). Các giai đoạn này diễn ra trong môi trường ở cả điều kiện hiếu khí và kị khí. Giá trị của các thông số phụ thuộc vào các loài vi sinh vật, hàm lượng cơ chất và nhiệt độ, pH của môi trường.[2], [7] 1.1.5 Các vi sinh vật tham gia quá trình xử lý nước thải giàu đạm Theo Nguyễn Đức Lượng (2003), các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan. Ngoài ra còn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt vi khuẩn bằng cách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình đồng hóa hay dị hóa. Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước. Do vậy điều kiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Quá trình làm sạch nước thải nhờ vi sinh vật gồm 3 giai đoạn: (i) Các chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật (ii) Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật (iii) Chuyển hóa các chất này vào trong nội bào để sinh năng lượng và tổng hợp vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật. Trong nước thải, thành phần của các chủng vi sinh vật hầu hết là hoại sinh và dị dưỡng trong đó đa số là các vi khuẩn hiếu khí, kị khí hoặc kị khí tùy tiện như các vi khuẩn: Bacillus, Alcahgenes, flavobacterium, Cytophag, Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter. Các giống này thường gặp hầu hết ở các loại nước thải, chúng có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ kể cả các chất hữu cơ tổng hợp như polyvinyl alcohol – PVA và sống khá lâu trong môi trường nước. Trong đó Trang 13
  15. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền giống Bacillus phân hủy được nhiều dạng các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là protein và tinh bột nhờ hệ enzyme đa dạng và khả năng thích nghi cao. Các giống Alcaligenes và Flavobacterium cũng khá quan trọng gần như hai giống trên, ở nơi nào có sự phân hủy của protein là có hai giống này. A: Vi khuẩn Flavobacterium B: Vi khuẩn Bacillus C: Penicillium D: Aspergillus oryzae Hình 1.3: Một số vi sinh vật trong nước thải giàu đạm Vi khuẩn Bacillus là trực khuẩn gram dương, đứng riêng rẽ hoặc kết thành dạng chuỗi. Có khả năng tạo enzyme protease và amylase, có khả năng sinh bào tử Trang 14
  16. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền và sống hiếu khí ( hoặc kỵ khí tùy tiện ). Nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 350C đến 400Ctối đa tới 600C. Ở pH dưới 6,5 chúng ngừng phát triển. Bên cạnh đó nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc có enzyme protease đều phân hủy được protein như Streptomyces, Actinomyces, nhiều loài nấm mốc thuộc giống Aspergillus, Penicillium.[2], [6] 1.2 Tổng quan về quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ giàu đạm nhờ vi sinh vật 1.2.1 Quá trình amon hóa Trong nước và trong đất luôn luôn tồn tại nhiều xác động thực vật. Xác động vật và thực vật chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Các hợp chất hữu cơ thường không được thực vật sử dụng trong quá trình trao đổi chất, thực vật chỉ có thể sử dụng các hợp chất vô cơ dạng hòa tan. Do đó các hợp chất hữu cơ khi thải vào môi trường nước nếu không được vi sinh vật phân hủy thành các hợp chất vô cơ hòa tan sẽ không được thực vật sử dụng. Như vậy một mặt vi sinh vật như một sinh vật làm sạch môi trường ô nhiễm bởi các chất hữu cơ chứa nitơ, một mặt như một tác nhân trung gian chuyển hóa các hợp chất khó tiêu đối với thực vật này thành các chất dễ tiêu cho thực vật sử dụng. Các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ trong môi trường nước còn bị phân hủy bởi các động vật khác. Tuy nhiên sự phân hủy này xảy ra chủ yếu là do vi sinh vật. Vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình chuyển hóa protein thành các hợp chất vô cơ. Như vậy quá trình amon hóa là quá trình phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ và giải phóng ammoniac. a. Quá trình phân giải ure Ure là sản phẩm của quá trình trao đổi chất của con người và động vật. Ure chủ yếu có trong nước tiểu của người và động vật. Ngoài ra ure được đưa vào môi trường nước nhiều từ việc sử dụng phân bón hóa học. Thực vật hầu như hoàn toàn không có khả năng sử dụng ure trực tiếp. Chính vì thế chúng cần chuyển hóa thành muối amon. Vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hóa này gồm các giống thuộc Urebacterium. Hầu hết chúng thuộc họ Cocoaceae và Bacilacaea . Cụ thể chúng bao gồm các loài như: Sarcina hansenii, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris. Trang 15
  17. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Cơ chế chuyển hóa của chúng như sau: CO + H2O CO + 2NH3 (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2 NH3 + CO2 + H2O b. Quá trình amon hóa protein Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa protein nhờ các vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành các hợp chất đơn giản hơn là polypeptide, oligopeptide. Qúa trình này có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. * Cơ chế : Nhóm vi sinh vật phân hủy protein có khả năng tiết ra enzyme protease bao gồm proteinase và peptidase. Enzyme protease xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết liên kết peptide (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptide tạo sản phẩm là axit amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển axit amin. Dưới tác dụng của enzyme proteinase phân tử protein sẽ được phân giải thành các polypeptide và oligopeptide. Các chất này hoặc tiếp tục phân hủy thành các axit amin nhờ enzyme peptidase ngoại bào hoặc được tế bào vi khuẩn hấp thụ rồi sau đó được phân hủy tiếp thành các axit amin trong tế bào. Một phần các axit amin được tế bào vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tạo sinh khối. Một phần các axit amin theo các con đường phân giải khác nhau để sinh NH3, CO2 và các sản phẩm trung gian khác. Với các protein có chứa S, nhờ enzyme desulfurase của nhóm vi khuẩn lưu huỳnh và các nhóm dị dưỡng hiếu khí khác, sẽ bị phân hủy tạo H2S, scatol, indol hay mercaptan .[7], [8] 1.2.2 Enzyme protease của vi sinh vật Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để Trang 16
  18. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…), sản xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp, làm sạch môi trường… Trong đó, lượng protease sản xuất từ vi khuẩn được ước tính vào khoảng 500 tấn, chiếm 59% lượng enzyme được sử dụng. Ưu điểm lớn nhất của protease từ vi sinh vật là phong phú về chủng loại, có tính đặc hiệu rộng rãi, cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng. Tuy nhiên, hệ protease vi sinh vật lại phức tạp, bao gồm nhiều enzyme giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất. Đối với sinh lý của vi sinh vật, protease đóng vai trò rất quan trọng. Có 2 loại protease là protease ngoại bào và protease nội bào với các chức năng như sau : Protease ngoại bào của vi sinh vật tham gia các quá trình phân giải ngoại bào các protein để tạo ra các axit amin. Các axit amin này sẽ được đưa vào trong tế bào tham gia tổng hợp sinh khối hoặc cũng có thể bị phân giải để giải phóng năng lượng và sản phẩm bậc 2. Hình 1.4: Quá trình phân giải protein ngoại bào Protease nội bào của vi sinh vật tham gia quá trình cải biến protein, enzyme, tạo ra các quá trình cung cấp năng lượng, vật liệu xây dựng, và sự tạo thành bào tử của vi sinh vật. Protease nội bào có thể tham gia vào việc hoàn thiện các chuỗi polypeptide đã được tổng hợp như: tách gốc, tách một số gốc axit amin khỏi đầu N của chuỗi polypeptide đã được tổng hợp. Protease nội bào tham gia phân hủy các protein nội bào không còn tác dụng trong quá trình sinh lý của vi sinh vật. Trang 17
  19. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Hình 1.5: Quá trình hoạt động protease nội bào 1.2.3 Các vi sinh vật tham gia quá trình amon hóa protein Bảng 1.7: Một số vi sinh vật tham gia quá trình amon hóa protein Nhóm vi sinh Kiểu gây thối Dạng phân hủy vật Kị khí (yếm khí) Hiếu khí Bacillus putrificus Bacillus pyocyaneum Phân hủy protein Bacillus histolytics Bacillus mensentericus Bacillus coligenes Nhóm các vi Bacillus ventriculosus sinh vật có Phân hủy peptide Bacillus orbiculus enzyme đơn Bacillus faccalis Phân hủy axit Algaligenes amin Proteus zenkirii Bacillus perfrigenes Streptococus Phân hủy protein Bacillus sporogenes Straphylococus Proteus vulgaris Nhóm các vi Bacillus bifidus sinh vật có Phân hủy peptide Bacillus acidophilus enzyme hỗn Bacillus butyricus hợp Bacillus lactic aerogen Phân hủy axit Bacillus aminophilus amin Bacillus coligenes Trang 18
  20. Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Phạm Huyền Vi sinh vật tham gia quá trình phân giải protein rất đa dạng. Chúng thuộc các vi sinh vật hiếu khí, yếm khí và hiếu khí tùy tiện được trình bày ở bảng 1.7 [2], [8] 1.3 Tổng quan về các phương pháp sinh học xử lý nước thải 1.3.1 Mục đích của quá trình xử lý nước thải Mục đích quan trọng nhất của quá trình xử lý nước thải là làm giảm hàm lượng chất hữu cơ hoặc loại bỏ những chất ô nhiễm vi lượng khó phân hủy sinh học và có thể gây độc. Mục đích thứ hai là loại bỏ hoặc giảm bớt chất dinh dưỡng N và P để hạn chế ô nhiễm cho nguồn nước nhận và nước ngầm nếu nước thải được đổ ra đất. Mục đích thứ ba là làm bất hoạt những vi sinh vật gây bệnh, virus và các ký sinh trùng có trong nước thải. Một cách tổng quát, xử lý sinh học có thể chia thành hai nhóm phương pháp lớn: - Nhóm các phương pháp hiếu khí: sử dụng những vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy. - Nhóm các phương pháp kỵ khí: sử dụng những vi sinh vật kỵ khí hoạt động trong điều kiện không có oxy. 1.3.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học Cơ sở lý thuyết của các phương pháp xử lý sinh học là quá trình chuyển hóa vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh vật có trong tự nhiên nhờ khả năng chuyển hóa được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nước thải. Các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải tiếp xúc với tế bào vi sinh vật, sau đó các quá trình chuyển hóa vật chất diễn ra với ba giai đoạn chính: (i) chuyển các vật chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật, (ii) khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào, (iii) chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa chất hữu cơ nhờ các vi khuẩn amon hóa có enzyme protease ngoại bào phân hủy protein thành các hợp Trang 19
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược