Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỊ THU LAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2018 2 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS.
- 3 MỞ ĐẦU Nước thải và chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, nitơ đồng thời chứa một số lượng vi khuẩn gây bệnh cao, nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây các tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt là sức khỏe con người.
- Tuy nhiên các giải pháp xử lý tại nguồn đang còn tồn tại nhiều bất cập trong việc áp dụng thực tế cho các lò giết mổ như: đòi hỏi mặt bằng xử lý lớn, hệ thống xử lý vận hành phức tạp, chi phí vận hành cao.
- Đây là những lý do khiến các lò giết mổ hiện nay phần lớn không có hệ thống xử lý hoặc có nhưng chỉ mang tính chất đối phó.
- Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung”.
- Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp khai thác chất ô nhiễm hữu cơ cho đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia cầm, gồm các mục tiêu cụ thể sau.
- Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với giải pháp tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học (vi sinh vật bản địa, hiếu khí, có khả năng đồng hóa nguồn cơ chất đa dạng, phát triển tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng lực cao trong xử lý nước thải giết mổ.
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.
- Thử nghiệm xây dựng quy trình công nghệ trong xử lý nước thải giết mổ gia súc có thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp.
- Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn và giết mổ trâu bò.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của chế phẩm trên quy mô phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường 20 m3/ngày.
- Đánh giá chất lượng nước thải của một số cơ sở giết mổ gia súc ở khu vực Hà Nội.
- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học phù hợp, an toàn và có năng lực ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.
- Nghiên cứu điều kiện lên men và tạo chế phẩm vi sinh vật từ các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn.
- Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí nghiệm (bình 5l và 35l.
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc trên mô hình xử lý pilot ngoài hiện trường quy mô 20 m3/ngày.
- Về khoa học: Luận án đã tạo được chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với mục tiêu tách thu được bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học và hiệu suất xử lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90%.
- Về thực tiễn: Luận án đã thử nghiệm kiểm định chế phẩm trên mô hình xử lý PILOT ngoài hiện trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động đến trạng thái xử lý ổn định chỉ sau 2 tuần, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
- Đã phân lập, tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bản địa phù hợp với mục tiêu xử lý tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học trong xử lý nước thải giết mổ gia súc.
- Các chủng này phát triển tốt trong điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng lực xử lý giảm nhanh các chỉ số ô nhiễm, trong đó lượng bùn lắng sau 10 phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian lắng phân ly thu bùn thải.
- Đã bước đầu khảo sát động thái của quá trình xử lý nước thải giết mổ gia súc và cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng được ra khỏi hệ thống ngay trong công đoạn xử lý sinh học đã làm tăng hiệu quả xử lý TN từ 66% lên 86%.
- Đồng thời, đã thu được dữ liệu bước đầu về khả năng xử lý loại bỏ trực tiếp một phần cơ chất ô nhiễm polymer 5 và thí nghiệm đã chỉ ra trong thời gian lưu nước 1 ngày thì polymer được xử lý và kéo theo bùn hoạt tính là 96.
- Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo ra vào bể tích hợp trong xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô 20 m3/ngày và rút ngắn thời gian khởi động của hệ thống xuống mức 20 ngày, tăng hiệu suất xử lý COD và TN.
- Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
- TỔNG QUAN Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ cao, chất béo, dầu mỡ và hợp chất nitơ (protein, acid amin) [50].
- Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm lượng nitơ trong nước thải tăng cao và máu cũng là thành phần hữu cơ ô nhiễm chính trong nước thải giết mổ.
- Vật liệu - Nước thải: nước thải lấy từ 2 cơ sở giết mổ lợn Thịnh An (xã Thịnh Liệt, Thanh Trì, Hà Nội), giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (xã Bái Đô, Phú Xuyên, Hà Nội.
- Các chủng vi sinh vật: được phân lập từ nước thải của các cơ sở giết mổ gia súc.
- Phương pháp nghiên cứu 2.2.1.
- Phương pháp vi sinh vật 2.2.3.1.
- Tạo chế phẩm 2.2.5.1.
- Khảo sát các điều kiện lên mem thu sinh khối của chủng 2.2.5.2.
- Lên men thu sinh khối của các chủng VSV tuyển chọn để tạo chế phẩm 2.2.5.3.
- Phương pháp tạo chế phẩm 2.2.6.
- Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí nghiệm 2.2.6.1.
- Phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mô bình 5l Thiết bị thí nghiệm là các bình thủy tinh hình trụ, có dung tích 5l, thể tích phản ứng là 3l.
- Bổ sung chế phẩm với mật độ vi sinh vật 104 CFU/ml.
- Phương pháp xử lý hiếu khí bán liên tục quy mô 35l Thí nghiệm được thực hiện theo chế độ sục khí – ngừng sục bán liên tục, các chế độ thí nghiệm đều có chu trình làm việc 8h/mẻ.
- Nước thải được cấp vào từ đầu chu trình và liên tục đến 7h 45phút thì ngừng cấp nước.
- Sau các chu trình sục khí – không sục khí, nước thải được để lắng trong 9 phút, sau đó phần nước trong ở phần trên được tháo ra trong 5 phút, xả bùn đáy trong 1 phút.
- Chế độ thí nghiệm - Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD 7 - Ảnh hưởng của tải lượng TN đến hiệu suất xử lý TN - Ảnh hưởng của MLSS đến hiệu suất xử lý COD, TN 2.2.7.
- Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô pilot hiện trường 20 m3/ngày Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chế phẩm vi sinh vật tạo ra từ luận án được sử dụng kiểm định thử nghiệm trong vận hành mô hình xử lý thử nghiệm quy mô 20 m3/ngày tại hiện trường cơ sở giết mổ thực tại hộ gia đình ông Khắc, thôn Bái Đô, xã Tri Thủy, huyện Phú Xuyên, TP.
- Bổ sung chế phẩm với mật độ ban đầu 104 CFU/ml, pH đầu vào luôn duy trì từ 6 – 7 và DO luôn duy trì trong bể từ 4- 7 mg/l.
- Bể xử lý tích hợp hiện trường nêu trên được điều chỉnh thay đổi vách ngăn để ưu tiên tạo nhiều vùng hiếu khí hơn, giảm thể tích vùng thiếu khí và tăng tốc độ sục khí để tránh vùng yếm khí.
- Khảo sát đặc trưng nước thải giết mổ gia súc của một số cơ sở khu vực phía Bắc Đưa ra được hướng công nghệ tối ưu trong xử lý chất thải giết mổ gia súc thì việc khảo sát đặc trưng nước thải là một khâu rất quan trọng.
- Trong quá trình nghiên cứu đề tài đã khảo sát tại 3 cơ sơ giết mổ gia súc tập trung trên khu vực phía bắc.
- Kết quả được thể hiện trên bảng 3.1, bảng kết quả tổng hợp phân tích của các cơ sơ giết mổ.
- Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước thải tại các cơ sở giết mổ gia súc Tên cơ sở giết mổ (địa chỉ) Loại nước thải Số lượng con Chỉ tiêu pH T0 DO COD BOD5 T-N N-NH+4 N-NO3- N-NO2- T-P TSS (0C) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) Giết mổ lợn Thịnh An (xã Vạn Phúc, huyện Thường Tín, Hà Nội) Nước thải khu giết mổ Nước thải khu làm nội tạng Giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (thôn Bái Đô, xã Tri Thủy, huyện Phú Xuyên, thành phố Hà Nội Nước thải khu giết mổ Nước thải tập trung Giết mổ làng Phúc Lâm (giết mổ trâu bò (Làng Phúc Lâm, Hoàng Ninh, Việt Yên, Tỉnh Bắc Giang) Nước thải tập trung làng QCVN 40:2011- BTNMT cột B .
- Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn thích ứng để xử lý nước thải giết mổ gia súc Kết luận: Qua quá trình phân lập và tuyển chọn chúng tôi đã chọn được 3 chủng M2, C1, C8 có các hoạt tính chính sau.
- Chủng M2: có hoạt tính emzym đa dạng, có khả năng sinh khối lớn sau 28h lên men, có khă năng xử lý nước thải đạt hiệu suất xử lý COD là 93% sau 36h xử lý và COD đầu ra còn 74 mg/l.
- Chủng C1: có hoạt tính enzyme đa dạng, có năng lực sinh khối lớn sau 22h lên men, có năng lực xử lý nước thải giết mổ gia súc nhanh nhưng thời gian pha cân bằng không ổn định.
- Đồng thời có khả năng tạo bông bùn và kết lắng nhanh trong quá trình xử lý nước thải.
- Chủng C8: có hoạt tính enzyme đa dạng và có khả năng lực sinh khối lớn trong môi trường lên men nhân tạo giàu dinh dưỡng đồng thời có năng lực xử lý nước thải và đạt hiệu suất trên 93% và thời gian xử lý kéo dài hơn chủng C1 nhưng có khả năng kết bông bùn lớn và lắng thuận lợi.
- Ba chủng M2, C1, C8 đã đáp ứng được các tiêu chí: Có hoạt tính enzyme đa dạng nhưng hoạt tính protease là chủ đạo, có năng lực sinh khối lớn và xử lý nước thải nhanh đồng thời có khả năng kết lắng bông bùn thuận lợi.
- Thử nghiệm tạo chế phẩm vi sinh 3.3.1.
- Thử nghiệm xác định các điều kiện lên men thu sinh khối vi khuẩn 3.3.1.1 Lựa chọn môi trường thích hợp 10Bảng 3.2.
- Các môi trường lên men khảo sát Tên thí nghiệm Thành phần peptone, cao thịt, NaCl trong môi trường Thí nghiệm 1 0,3% peptone, 0,09% cao thịt, 0,5% NaCl Thí nghiệm 2 0,5% peptone, 0,15% cao thịt, 0,5% NaCl Thí nghiệm 3 0,7% peptone, 0,21% cao thịt, 0,5% NaCl Thí nghiệm 4 1% peptone, 0,3% cao thịt, 0,5% NaCl Hình 3.1.
- Trong đó, tại môi trường thí nghiệm thứ 4, cả ba chủng đều sinh trưởng và phát triển mạnh nhất, nồng độ sinh khối đạt cao nhất (B.
- Biểu đồ chỉ ảnh hưởng của pH môi trường đến sự phát triển của các chủng vi khuẩn tuyển chọn 113.3.1.3 Nhu cầu oxy hòa tan đến năng lực phát triển sinh khối VSV Trong nghiên cứu này luận án lựa chọn phương pháp thay đổi thể tích dịch lên men.
- Biểu đồ chỉ ảnh hưởng của thể tích dịch lên men đến sự phát triển của các chủng vi khuẩn tuyển chọn Sau 24h lên men cả ba chủng vi khuẩn M2, C1, C8 đều có khả năng tổng hợp sinh khối cao nhất ở thể tích lên men 100 ml (OD600nm lần lượt là 4,28.
- Chọn thể tích dịch lên men là 100ml/500 ml cho quá trình lên men thu sinh khối của 3 chủng M2, C1, C8 ở quy mô bình tam giác 500ml.
- 3.3.1.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến năng lực phát triển sinh khối VSV Kết quả thể hiện trên hình 3.4 cho thấy giá trị OD600nm cao nhất của cả 3 chủng M2, C1, C8 ở các tỷ lệ cấp giống lần lượt là 4,53.
- 123.3.1.5 Trạng thái sinh trưởng và phát triển của các chủng đã tuyển chọn Lên men các chủng B.
- mojavensis C8 với các điều kiện đã khảo sát ở trên: nhiệt độ 37oC tốc độ lắc 200 vòng/phút, thể tích dịch lên men 100 ml trong bình tam giác 500 ml, môi trường lên men cao thịt 3 g/l, pepton 10 g/l, NaCL 5 g/l.
- Cứ sau 2h nuôi cấy lấy mẫu đo giá trị OD600nmvà trang trải trên môi trường NA để xác định mật độ vi sinh vật.
- Đồ thị biểu diễn trạng thái sinh trưởng và phát triển của chủng M2, C1, C8 Kết quả trên hình 3.5 cho thấy sinh khối của chủng B.
- Kết quả mật độ vi sinh (CFU/ml) tương đồng với giá trị OD600nm.
- Mật độ vi sinh đạt cao nhất của các chủng M2, C1, C8 lần lượt là 6,2x109 CFU/ml sau 24h lên men, 9,2x109 CFU/ml sau 22h lên men và 9,8x109 CFU/ml sau 26h lên men.
- Qua khảo sát các yếu tố lên men đến khả năng tạo sinh khối của ba chủng vi khuẩn nghiên cứu, kết luận cả ba chủng vi khuẩn M2, C1, C8 đều phù hợp để sản xuất chế phẩm vi sinh nhằm mục đích xử lý nước thải giết mổ gia súc.
- Tạo chế phẩm 3.3.2.1.
- Khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của các chủng tuyển chọn Luận án đã triển khai thí nghiệm so sánh năng lực xử lý nước thải của 3 chủng tuyển chọn được ở trên.
- Biểu đồ chỉ so sánh năng lực xử lý COD của các chủng Hình 3.6, 3.7 cho thấy sau 24h xử lý tất cả các bình có bổ sung chủng vi sinh vật bản địa đạt hiệu suất cao từ 62 -72% trong khi đó bình không bổ sung vi sinh vật đạt 48%.
- Sau 30h các bình có bổ sung vi sinh vật đạt hiệu suất cao và đạt trên 90%, bình phối trộn chủng (M2, C1, C8) cho hiệu suất xử lý cao nhất đạt 93%.
- Biểu đồ chỉ hiệu suất xử lý COD của các chủng Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý của mẫu phối trộn các chủng là cao hơn khi dùng đơn lẻ các chủng.
- Do đó chế phẩm phải được tạo bởi hỗn hợp chủng cho hiệu suất xử lý tối ưu nhất.
- 14Kết luận: chủng M2, C1, C8 sẽ được nghiên cứu phối trộn tạo chế phẩm xử lý nước thải giết mổ gia súc.
- Kiểm định đặc tính chủng trong môi trường thực Luận án đã khảo sát thí nghiệm với 2 bình tam giác 1000 ml, điều kiện thí nghiệm giống nhau nhưng khác đối tượng nước thải đưa vào.
- Bình 1 lấy 200ml nước thải, bình 2 lấy 200ml nước thải đã được lọc qua giấy lọc với lỗ lọc 0,45µm (Cả 2 bình bổ sung 5% hỗn hợp giống và cho vào máy nuôi lắc 200v/p.
- Bảng 3.3 Đặc tính của chế phẩm COD (mg/L)TSS (mg/L)MLSS (mg/L)Hệ số chuyển hóa vào SKCOD (mg/L)TSS (mg/L)MLSS (mg/L)Hệ số chuyển hóa vào SKĐầu vào Đầu ra 24h Đầu ra 48h Trước khi lọcTTSau khi lọc% chuyển hóa SS Qua thí nghiệm này cho ta thấy khi lượng thức ăn dồi dào vi sinh vật chỉ chuyển hóa chất tan và một phần rất nhỏ chất không tan bị chuyển hóa (4.
- Qua thí nghiệm này chứng minh được quan điểm mà luận án đã theo đuổi là chỉ ưu tiên các vi sinh vật chuyển hóa chất tan và tạo nhiều sinh khối và chất không tan được kết lắng cùng sinh khối tạo thành bùn.
- Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc 3.3.3.1.
- Sơ đồ quy trình công nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật Từ 3 chủng Bacillus phân lập và tuyển chọn được từ môi trường bản địa, với các thông số của quá trình lên men và quá trình tạo chế phẩm đã được nghiên cứu, luận án đã xây dựng sơ đồ tạo chế phẩm vi sinh vật ứng dụng để xử lý nước thải giết mổ gia súc như trên hình 3.8.
- Quy trình tạo chế phẩm hoàn chỉnh 3.4.
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí nghiệm 3.4.1.
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc bằng phương pháp hiếu khí theo mẻ trên quy mô bình 5l 3.4.1.1.
- Năng lực xử lý COD Hình 3.9 biểu diễn kết quả nghiên cứu thu được về CODvào của 2 loạt bình thí nghiệm dao động từ mg/l, COD ra của bình bổ sung chế phẩm (CODra BSCP) thấp ngay ở mẻ thứ nhất đến mẻ thứ 3 (COD dao động từ 129 – 99 mg/l) hiệu suất đạt 92- 93%.
- Từ mẻ thứ 4 đến 10 vi sinh vật ổn định CODra BSCP dao động từ 80 – 56 mg/l, hiệu suất đạt 94 -96% và đạt tiêu chuẩn xả thải loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT.
- Nghiền, d≤0,1mm, sấy 1300C trong 2h KT hoạt tính KT hoạt tính KT hoạt tính Lên men PTN 100ml: 0,3g/l cao thịt, 1g/l pepton, 0,5g/l muối ăn, lắc 200 v/p.
- 24 giờ Lên men PTN 100ml: 0,3g/l cao thịt, 1g/l pepton, 0,5g/l muối ăn, lắc 200 v/p.
- 24 giờ Lên men PTN 100mL: 0,3g/l cao thịt, 1g/l pepton, 0,5g/l muối ăn, lắc 200 v/p.
- 24 giờ Lên men 5: 3 g/l cao thịt, 10g/l pepton, 5g/l muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p .
- 36 giờ Lên men 5: 3 g/l cao thịt, 10g/l pepton, 5g/l muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p .
- 36 giờ Lên men 5 lit: 3 g/l cao thịt, 10g/L pepton, 5g/l muối ăn, khí cấp 1,25 v/v/p .
- mojavensis C1 Chế phẩm Phối trộn: 2 sinh khối + 1 chất mang o 16 Hình 3.8.
- Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD trong các ngày thí nghiệm Hình 3.9.
- Đồ thị biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý COD trong các ngày thí nghiệm Đối với bình không bổ sung chế phẩm COD (CODra KBSCP) sau xử lý dao động từ 720 – 406 mg/l của các mẻ từ 1- 4, hiệu suất xử lý COD đạt 56- 74%.
- Năng lực xử lý nitơ tổng Qua hình 3.11cho thấy nitơ tổng (TN) đầu vào không dao động nhiều từ 152 – 185 mg/l.
- TN đầu ra của bình bổ sung chế phẩm có sự biến động lớn không giống COD đầu ra.
- Ở mẻ xử lý thứ 5 TN ra là thấp nhất.
- Trong khi đó TN đầu ra của bình không bổ sung chế phẩm cao và cũng có khoảng biến thiên nhỏ từ 125 – 138 mg/l.
- Đối với bình không bổ sung chế phẩm hệ vi sinh vật ít vì vậy lượng thức ăn dư thừa ở mức cao, protein dư thừa bị phân cắt nhỏ giải phỏng ra NH3

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt