NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT VÀ VI TẢO LAM SPIRULINA TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ BÚN PHÚ ĐÔ

- Vì vậy, nước thải của làng nghề bún Phú Đô luôn trong tình trạng bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề với nồng độ nitơ, photpho và hàm lượng BOD5, COD trong nước thải rất lớn.
- Do đặc thù của nước thải sản xuất bún là ô nhiễm chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên việc áp dụng các biện pháp sinh học nói chung hay xử lý bằng bùn hoạt tính nói riêng để xử lý nước thải là hoàn toàn phù hợp.
- Việc kết hợp sử dụng các loài tảo cùng các vi sinh vật (VSV) để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ được coi là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải, hàm lượng nitơ và photpho là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo.
- Việc kết hợp sử dụng các VSV và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải giàu hữu cơ tại làng nghề bún Phú Đô và thu nhận chất dẻo sinh học từ sinh khối tảo mang ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn cao.
- Do vậy, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô” với các nội dung sau.
- Đánh giá hiện trạng và xác định đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng nghề bún Phú Đô.
- Nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún, gồm các thông số sau: thời gian lắng tối ưu, nồng độ bùn hoạt tính tối ưu, nồng độ nitơ, nồng độ photpho và thời gian sục khí tối ưu cho quá trình xử lý;.
- Dựa vào kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải, đưa ra được quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô bằng VSV và vi tảo lam Spirulina platensis;.
- Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của chủng tảo lam Spirulina platensis qua các ngày nuôi cấy trong nước thải;.
- Sơ bộ đánh giá hiệu quả xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và vi tảo lam Spirulina platensis.
- Nước thải sản xuất bún cùng nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi đều chưa qua xử lý mà xả thải trực tiếp vào hệ thống cống chung cuối làng.
- Chính vì vậy, đặc thù của nước thải sản xuất bún là giàu chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
- 1.2 Nước thải và phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính 1.2.1 Phân loại nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải.
- Dựa vào nguồn gốc phát sinh, nước thải có thể phân thành các loại chính sau đây.
- Đặc trưng của nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (cacbonhydrat, protein, lipit), các chất vô cơ dinh dưỡng (nitơ, photpho).
- Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành sản xuất.
- chất độc còn tồn dư trong nước thải nông nghiệp gây tác động xấu đến sức khỏe con người [6].
- Dựa vào đặc điểm dễ hay khó bị phân hủy bởi VSV có trong nước thải mà các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải có thể được chia thành hai loại.
- Trong thực tế, người ta thường áp dụng các biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học.
- 1.2.2 Hệ vi sinh vật trong nước thải VSV là những sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé.
- Mỗi loại nước thải có hệ VSV đặc trưng.
- Nước thải sinh hoạt và nước thải của các xí nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng VSV trong các loại nước này là rất lớn và chủ yếu là vi khuẩn.
- Các VSV trong nước thải rất phong phú, bao gồm các loại vi khuẩn, vi rút, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc.
- Ngoài ra, trong nước thải còn có các vi khuẩn phân giải đường như: Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga sp..
- Trong nước thải chứa dầu người ta tìm thấy vi khuẩn phân giải cacbonhydrat: Pseudomonas, Nocardia.
- Tuy nhiên, đóng vai trò quyết định trong làm sạch nước thải vẫn là các quá trình sinh học.
- Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ tập các loại chim, cá.
- Song cần phải nhấn mạnh vai trò quyết định của các VSV trong quá trình làm sạch nước thải.
- Cơ chế của quá trình làm sạch nước thải do các VSV bao gồm ba giai đoạn sau.
- Chúng luôn có mặt trong nước thải.
- Tuy nhiên, vai trò của nấm, kể cả nấm mốc, nấm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lý nước thải không quan trọng bằng vi khuẩn [16].
- Rất nhiều nhóm VSV ở trong đất và nước thải như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có khả năng sinh amilaza.
- 1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải nhưng có thể chia thành các phương pháp chính sau: cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học.
- Trong đó, phương pháp sinh học được sử dụng chủ yếu để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao.
- Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là một trong những phương pháp sinh học điển hình được áp dụng để xử lý nước thải giàu hữu cơ.
- Trong nước thải luôn tồn tại các chất rắn lơ lửng khó lắng.
- Các động vật nguyên sinh cũng có mặt trong bùn hoạt tính và tham gia vào quá trình làm sạch nước thải.
- Nước thải có chứa các độc tố đặc biệt này cần phải có biện pháp xử lý riêng trước khi được xử lý bằng bùn hoạt tính.
- Tỷ số BOD5: N: P: Đây là các chỉ số cần được quan tâm khi cân bằng dinh dưỡng cho VSV trong nước thải.
- Ngoài ra, để phát huy được vai trò của bùn hoạt tính đến điều kiện hiếu khí hay nồng độ oxy hòa tan trong nước, chúng ta phải quan tâm trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính.
- Môi trường tạo bùn hoạt tính: là nước thải có cùng hoặc gần giống với phổ nhiễm bẩn của nước thải cần xử lý.
- Giống VSV: là bùn hoạt tính lấy từ các nơi khác hoặc những bể chứa nước thải cần xử lý đã hình thành bùn ở điều kiện hiếu khí trong các nguồn nước thải giống nhau.
- Trong nước thải giàu nguồn N và P là điều kiện tốt cho tảo phát triển.
- Cơ sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải là dựa vào đặc tính sinh trưởng tự nhiên của chúng.
- Một số loài tảo có khả năng phát triển trên một số loại nước thải đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch nước thải.
- có khả năng làm sạch nước thải nuôi tôm sú [80].
- Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên cứu của trường Đại học Nanchang cũng đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu quả của loài tảo Chlorella [47].
- Năm 2000, tại Malaysia, Spirulina được ứng dụng trong xử lý nước thải từ nhà máy sản xuất dầu cọ [57].
- Năm 2003, tại Thái Lan, khả năng làm sạch nước thải ao nuôi tôm của Spirulina cũng đã được chứng minh [32].
- Tại Nhật Bản, cùng với chủng vi khuẩn tía Rhodobacter sphaeroides và một chủng Chlorella sorokiniana, tảo lam Spirulina cũng được nghiên cứu để ứng dụng trong xử lý nước thải giàu hàm lượng hữu cơ.
- Các nhà khoa học tại Mehico đã nghiên cứu sử dụng Spirulina để loại bỏ NH4+ và PO43- trong nước thải chăn nuôi lợn có hiệu quả [55].
- Năm 2010, Spirulina cũng được các nhà khoa học Tây Ban Nha chứng minh có khả năng xử lý nước thải ô nhiễm nitơ và photpho một cách có hiệu quả [34].
- Ngoài ra, cũng có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng sử dụng tảo lam Spirulina loại bỏ một số kim loại nặng trong nước thải.
- Năm 2006, công trình nghiên cứu tại Trường Đại học Goana, Italia về khả năng của tảo lam Spirulina trong việc loại bỏ đồng trong nước thải cũng đã được công bố [62].
- Tảo lam Spirulina đã được sử dụng trong xử lý nước thải giàu amoni từ một số nguồn phân hoá học trong trồng trọt ở Việt Nam để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm giá thành sản phẩm từ Spirulina [14].
- Nước thải làng nghề bún Phú Đô – xã Mễ Trì – huyện Từ Liêm – Hà Nội.
- Mẫu nước thải được lấy tại hệ thống cống chung cuối làng của các hộ gia đình làm bún trong làng bún Phú Đô.
- Quần thể VSV trong nước thải được thu tại hệ thống cống chung cuối làng bún Phú Đô được thu vào buổi sáng sớm từ tháng 6 - 9/2010.
- 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp xác định số lượng các nhóm VSV trong nước thải và trong bùn hoạt tính.
- Lấy 1 ml mẫu nước thải sản xuất bún cho vào ống nghiệm đựng 9 ml nước cất vô trùng, được nồng độ pha loãng 10-1.
- Pha loãng mẫu nước thải: Dùng nước muối sinh lý (0,85% NaCl) để pha loãng.
- Cứ tiếp tục như vậy, thu được nước thải với nồng độ pha loãng từ 10-3 đến 10-9.
- Cách cấy mẫu: Hút 1 ml dung dịch nước thải được pha loãng ở các nồng độ 10-1 đến 10-9, bổ sung vào môi trường thạch đã được đổ đầy ống nghiệm.
- 2.2.3.3 Phương pháp xác định nồng độ nitơ tối ưu Nước thải sau khi đã để lắng và bổ sung bùn hoạt tính theo tỷ lệ tối ưu đã xác định được ở trên được bổ sung tiếp phân lân.
- Sau đó, chia nước thải thành 5 phần bằng nhau vào 5 bình tam giác dung tích 1 lít.
- 2.2.3.5 Phương pháp xác định thời gian sục khí tối ưu Sau khi tìm ra các điều kiện tối ưu về N và P, chúng tôi tiến hành xử lý mẫu nước thải trong các bình xử lý dung tích 10 lít.
- Xác định hiệu quả xử lý nước thải sau từng giai đoạn - Các thông số COD, BOD5, Nts, Pts được xác định theo phương pháp chuẩn xác định thành phần hóa lý trong môi trường nước: COD (SMEWW 5220C:1999), BOD5 (TCVN Nts (TCVN Pts (SMEWW 4500-P-B:1999).
- Sơ đồ thí nghiệm xử lý nước thải sản xuất bún ở làng nghề.
- bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và tảo lam Spirulina platensis CNTĐB · Hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bún của làng nghề bún Phú Đô được đánh giá dựa trên sự thay đổi của các thông số đã được nghiên cứu ở các giai đoạn xử lý khác nhau được trình bày ở hình 5.
- Hiệu suất xử lý các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong nước thải sau các giai đoạn xử lý được tính theo công thức:.
- Cvi: giá trị hàm lượng các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong mẫu nước thải trước khi để lắng.
- Cri: giá trị hàm lượng các thông số COD, BOD5, Nts, Pts trong các mẫu nước thải sau các giai đoạn xử lý.
- Nước thải được lấy vào buổi sáng tại hệ thống cống chung cuối làng.
- Nước thải sau khi lấy về được phân tích ngay các thông số COD, BOD5, Nitơ tổng số (Nts), Photpho tổng số (Pts).
- Kết quả phân tích các thông số đặc trưng của nước thải được chỉ ra trên bảng 5.
- Như vậy, nước thải sản xuất bún tại làng nghề bún Phú Đô bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề và mang đặc trưng của nước thải giàu tinh bột.
- quá trình tự làm sạch của nước thải chủ yếu là do vi khuẩn, một số ít nấm men và nấm mốc, đặc biệt là vi khuẩn [16, 25].
- Cũng vì nguyên nhân này mà trong xử lý nước thải người ta thường chỉ quan tâm đến vi khuẩn [16]..
- Trong mẫu nước thải để lắng sau 14 giờ, số lượng vi khuẩn phân giải tinh bột đạt 21050 x106 CFU/ml.
- 3.5.1 Kết quả xác định nồng độ Nitơ tối ưu Nước thải sau khi bổ sung tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu là 5% như đã xác định ở phần 3.4, chúng tôi cố định lượng phân lân cần bổ sung là 103,5 mg/l.
- Kết quả về sự thay đổi số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải được bổ sung nguồn phân đạm có nồng độ khác nhau được chỉ ra trên bảng 9..
- Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải sau khi được bổ sung phân đạm có nồng độ khác nhau.
- Kết quả thu được trong bảng 9 cho thấy lượng phân đạm bổ sung vào nước thải sản xuất bún là 100 mg/l cho số lượng VSV phân giải tinh bột đạt cao nhất (15029 x 109 CFU/ml).
- Do vậy, với các thí nghiệm tiếp theo, chúng tôi tiến hành bổ sung lượng phân đạm tối ưu cho quá trình xử lý nước thải là 100 mg/l..
- 3.5.2 Kết quả xác định nồng độ Photpho tối ưu Nước thải sau khi bổ sung tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu là 5%, chúng tôi cố định lượng phân đạm tối ưu là 100 mg/l như đã nêu ở trên.
- Kết quả về sự thay đổi số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải được bổ sung phân lân với nồng độ khác nhau được thể hiện trên bảng 10..
- Số lượng VSV phân giải tinh bột có trong nước thải.
- Kết quả chỉ ra trên bảng 10 cho thấy lượng phân lân bổ sung vào nước thải là 80 mg/l cho số lượng VSV phân giải tinh bột đạt cao nhất (22172 x 109 CFU/ml).
- Do vậy, chúng tôi tiến hành bổ sung lượng phân lân tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún là 80 mg/l trong các thí nghiệm tiếp theo..
- 3.6 Kết quả xác định thời gian sục tối ưu đối với nước thải.
- Chúng tôi tiến hành xác định thời gian sục khí tối ưu phản ánh qua giá trị VSV tổng số phân giải tinh bột với nước thải được bổ sung bùn hoạt tính là 5%, lượng phân đạm và phân lân được bổ sung lần lượt là 100 mg/l và 80 mg/l.
- Kết quả về sự thay đổi của VSV tổng số phân giải tinh bột theo thời gian sục khí khác nhau ở các mẫu nước thải trong điều kiện thí nghiệm nêu trên được chỉ ra trên bảng 11..
- Sự thay đổi VSV tổng số phân giải tinh bột theo thời gian sục ở nước thải được bổ sung 5% bùn hoạt tính,.
- Do vậy, chúng tôi chọn thời gian sục khí tối ưu cho xử lý nước thải sản xuất bún được lấy tại cống chung cuối làng là 16 giờ..
- 3.7 Kết quả về sự thay đổi các thông số đặc trưng của nước thải và VSV phân giải tinh bột trong các giai đoạn xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô.
- Từ các kết quả thu được ở các phần trên về thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún, bao gồm thời gian lắng tối ưu (14 giờ), tỷ lệ bùn hoạt tính tối ưu (5.
- hàm lượng phân đạm tối ưu (100 mg/l), hàm lượng phân lân tối ưu (80 mg/l), thời gian sục khí tối ưu (16 giờ), chúng tôi đưa ra quy trình xử lý nước thải sản xuất bún tại hệ thống cống chung cuối làng bún Phú Đô trước khi đổ vào mương chung chạy quanh làng và đổ ra sông Nhuệ.
- platensis CNTĐB để thử nghiệm nuôi trồng trong nước thải sản xuất bún Phú Đô.
- Quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô được chỉ ra trên bảng 12..
- Nước thải