Tối ưu hóa khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S và thử nghiệm xử lý nước thải sau biogas từ trại chăn nuôi heo

- TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG TỔNG HỢP CHẤT KẾT TỤ SINH HỌC CỦA CHỦNG VI KHUẨN Bacillus aryabhattai KG12S VÀ.
- Bacillus aryabhattai KG12S, kết tụ sinh học, nguồn carbon, nguồn nitrogen, nước thải sau biogas chuồng trại chăn nuôi heo.
- Chất kết tụ sinh học (bioflocculants) là một hợp chất cao phân tử được tổng hợp trong quá trình phát triển của các vi sinh vật.
- Chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S được phân lập từ mẫu nước thải sau hệ thống biogas của trại chăn nuôi heo ở tỉnh Kiên Giang, có khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học với thành phần môi trường tối ưu cho khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học gồm glucose (1,12.
- K 2 HPO 4 (0,4%) và KH 2 PO 4 (0,8%) ở pH 6 cho tỷ lệ kết tụ 96,87% với dung dịch kaolin sau 5 phút để lắng, bổ sung dung dịch CaCl 2 và 0,2% dịch nuôi sinh khối vi khuẩn.
- Sự kết tụ trong nước được chia làm 3 nhóm chính gồm: Kết tụ vô cơ như phèn chua (aluminium sulphate và cloride aluminium), kết tụ hữu cơ tổng hợp (các dẫn xuất từ polyacrylamide với polyethylene imine và các chất kết tụ tự nhiên như chitosan, sodium alginate) và kết tụ bởi vi sinh vật (microbial flocculants).
- Các chất kết tụ hóa học tuy có giá thành thấp nhưng lại ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường, chẳng hạn như các hợp chất kết tụ của nhôm là nguyên nhân gây ra bệnh Alzheimer (Kurane et al., 1994), còn các dẫn xuất từ polyacrylamide là độc tố cho hệ thần kinh và là chất gây ung thư, khó phân hủy trong tự nhiên (Yokoi et al., 1996).
- Trái lại, chất kết tụ sinh học (bioflocculants) là chất được tổng hợp từ vi sinh vật, có tác dụng nhanh chóng và an toàn cho con người và môi trường (Sheng et al., 2006)..
- Công nghệ kết tụ (Flocculation technology) đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải, đặc biệt là trong công đoạn tiền xử lý của nhiều hệ thống xử lý nhờ ưu điểm là đầu tư cơ sở hạ tầng nhỏ và thời gian xử lý ngắn.
- Sự kết tụ sinh học là sự kết tụ các vật chất lơ lửng trong nước giúp làm giảm các chỉ tiêu như COD, TSS và từ đó giúp làm giảm một phần độ đục của nước thải trước khi được xử lý bằng phương pháp khác (Gong et al., 2008).
- Một số nghiên cứu cho thấy ứng dụng chất kết tụ sinh học trong xử lý nước thải như: chất kết tụ sinh học có nguồn gốc từ vi sinh vật được sử dụng để xử lý nước thải từ xí nghiệp nhuộm (Zang et al., 2002.
- Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định các yếu tố cho sự tổng hợp chất kết tụ sinh học cao nhất cũng như tỷ lệ kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S được phân lập từ nước thải sau biogas của chuồng trại chăn nuôi heo ở tỉnh Kiên Giang (Huỳnh Văn Tiền và Cao Ngọc Điệp, 2013) và thử nghiệm hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas thông qua xác định các chỉ tiêu COD và TSS, hàm lượng Nitơ tổng, hàm lượng Photpho tổng (P) và.
- thời gian nuôi sinh khối vi khuẩn sau 96 giờ cho tỷ lệ kết tụ cao nhất ở có mật số vi khuẩn trên 5 x 10 9 tương ứng OD .
- 2.2 Xác định tỷ lệ kết tụ sinh học.
- Chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S được nuôi cấy trong 50 ml môi trường tổng hợp chất kết tụ sinh học polysaccharide (Deng et al., 2003) với thành phần các chất gồm 10 g Glucose, 5 g KH 2 PO 4 , 2 g K 2 HPO 4 , 0,1 g MgSO 4 .7H 2 O, 0,1 g NaCl, 0,5 g Carbamide, 0,5 g yeast extract, 20 g agar (bổ sung khi đổ môi trường thạch), nước cất bổ sung đủ 1 lít và điều chỉnh giá trị pH=7 trong bình tam giác 100 ml.
- Dung dịch vi khuẩn sau thời gian 4 ngày nuôi ủ được sử dụng để kiểm tra khả năng kết tụ bằng hỗn hợp gồm 90 ml dung dịch kaolin (5 g/l), 10 ml dung dịch CaCl 2 1% và bổ sung 100 µl dung dịch vi khuẩn với mật số >10 9 tế bào/ml (tỉ lệ 0,1%)..
- Phương pháp này được sử dụng để xác định tỷ lệ kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S trong tất cả các thí nghiệm..
- 2.3 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp chất kết tụ sinh học và hiệu suất kết tụ của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S Các thí nghiệm được tiến hành bố trí khối ngẫu nhiên để khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường, thành phần môi trường nuôi ủ, các muối kim loại và nồng độ dung dịch vi khuẩn bổ sung đến hiệu suất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S.
- Từ đó, xác định được các điều kiện thích hợp để chủng vi khuẩn cho hiệu quả kết tụ sinh học cao nhất..
- Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi ủ đến tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S được khảo sát trong.
- Chủng vi khuẩn được nuôi trong môi trường tổng hợp chất kết tụ sinh học polysaccharide (Deng et al., 2003).
- Lắc trên máy lắc xoay vòng ở tốc độ 160 vòng/phút ở nhiệt độ 30 o C, thời gian nuôi 4 ngày và dung dịch vi khuẩn sẽ được đánh giá khả năng kết tụ theo phương pháp đã được mô tả ở mục 2.2.
- Từ đó, chọn được giá trị pH môi trường nuôi sinh khối thích hợp cho sự tổng hợp chất kết tụ sinh học cao nhất..
- khối chủng vi khuẩn trong 20 ml môi trường với sự phối hợp của ba nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ ở trên, với giá trị pH đã chọn, nhiệt độ 30 o C, lắc 160 vòng/phút, sau thời gian 4 ngày tiến hành xác định hiệu quả kết tụ với dung dịch kaolin theo như mô tả ở mục 2.2.
- Kết quả cuối cùng chọn ra được môi trường tối ưu có nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ thích hợp cho vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ cao nhất..
- 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến hiệu quả tổng hợp chất kết tụ sinh học.
- Nuôi sinh khối chủng vi khuẩn trong môi trường gồm 3 nguồn carbon, nitrogen và khoáng đã được chọn ở thí nghiệm trên.
- phối hợp tạo ra 27 nghiệm thức với tỷ lệ carbon, nitrogen và khoáng vô cơ bổ sung khác nhau (Bảng 3)..
- Chủng vi khuẩn được nhân sinh khối trong ống fancol 50 ml chứa 20 ml môi trường tổ hợp từ 3 nguồn dinh dưỡng với tỷ lệ khác nhau, điều chỉnh về giá trị pH cho tỷ lệ kết tụ cao nhất đã chọn, ủ lắc 160 vòng/phút ở nhiệt độ 30 o C.
- Đánh giá khả năng kết tụ với dung dịch kaolin, phân tích hồi quy tuyến tính 3 nhân tố từ đó chọn ra nghiệm thức có tỷ lệ bổ sung thích hợp cho vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ cao nhất..
- Bảng 3: Nghiệm thức bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên khảo sát ảnh hưởng của các tỷ lệ carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến hiệu quả kết tụ sinh học.
- muối kim loại đến tỷ lệ kết tụ.
- KCl, NaCl, CaCl 2 , MgSO 4 , MnSO 4 , FeCl 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 đến tỷ lệ kết tụ với dung dịch kaolin của chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S được khảo sát.
- Từ đó, muối kim loại bổ sung cho hiệu quả kết tụ cao nhất sẽ được chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
- Tiến hành kiểm tra khả năng kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn với kaolin ở những nồng độ khác nhau: 0,02.
- Đánh giá khả năng kết tụ bằng cách bổ sung 10 ml dung dịch 1% muối kim loại đã xác định ở thí nghiệm trên vào 90 ml dung dich kaolin (5 g/l) vào cốc 250 ml.
- Sau đó thêm dung dịch vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học ở những nồng độ khác nhau.
- Mẫu đối chứng thực hiện tương tự nhưng không chủng vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học.
- và chọn nồng độ vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học có khả năng kết tụ cao nhất ứng với từng dòng vi khuẩn kết tụ sinh học..
- 3.1 Kết quả tối ưu hóa tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S.
- Môi trường nuôi sinh khối ở các giá trị pH khác nhau thì ảnh hưởng khác nhau đến khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học (Salehizadeh và Shojaosadati, 2001)..
- Tỷ lệ kết tụ.
- Hình 1: Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi sinh khối đến khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai.
- Tỷ lệ kết tụ kaolin của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S là 79,13% ở pH 7, sau khi thay đổi pH môi trường nuôi cấy ở các giá trị pH khác nhau thì tỷ lệ kết tụ cũng thay đổi khác nhau (Hình 1).
- Khi được nuôi cấy trong môi trường có giá trị pH từ 5 đến 7 thì chủng vi khuẩn cho tỷ lệ kết tụ cao và đạt tỷ lệ kết tụ cao nhất ở giá trị pH khác biệt có ý nghĩa so với ở các giá trị pH khác.
- (2007) là chất kết tụ sinh học MMF1 được tổng hợp từ hỗn hợp vi khuẩn MM1 gồm vi khuẩn Staphylococcus sp.
- (CYGS1) cho tỷ lệ kết tụ cao nhất khi được nuôi cấy ở môi trường có giá trị pH 6.
- (2009) ở vi khuẩn Bacillus licheniformis X14 cho thấy pH tối ưu của môi trường nuôi cấy cho sự tổng hợp chất kết tụ đạt tỷ lệ kết tụ cao là 6,5..
- Mỗi chủng vi khuẩn thích hợp với khoảng pH nhất định và đạt tỷ lệ kết tụ cao nhất tại một giá trị.
- Các nguồn dinh dưỡng khác nhau trong thành phần môi trường nuôi sinh khối có ảnh hưởng khác nhau đến khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S..
- Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của các nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến tỷ lệ kết tụ của chủng vi khuẩn Bacillus Aryhadtai KG12S (Bảng 4) cho thấy tỷ lệ kết tụ cao nhất đạt được là.
- K 2 HPO 4 (0,2%) và KH 2 PO 4 (0,5.
- Ngoài ra, thành phần môi trường gồm tinh bột 1%, glutamate 5%, K 2 HPO 4 (0,2%) và KH 2 PO 4 (0,5%) cũng cho tỷ lệ kết tụ cao là 81,42%.
- Vi khuẩn Bacillus subtilis MSBN17 cho tỷ lệ kết tụ cao nhất là 92,07% khi được nuôi trong môi trường có nguồn carbon là đường thốt nốt, 89,04% với nguồn nitrogen là NH 4 NO 2 và.
- Qua kết quả nghiên cứu này cho thấy chủng vi khuẩn có thể thích ứng với nhiều nguồn carbon, nguồn nitrogen và nguồn khoáng vô cơ khác nhau.
- Tuy nhiên, chỉ có một nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ thích hợp nhất cho sự tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ cao nhất.
- K 2 HPO 4 (0,2%) và KH 2 PO 4.
- Bảng 4: Ảnh hưởng của nguồn carbon, nitrogen và khoáng vô cơ đến tỷ lệ kết tụ.
- glutamate (5%) cho tỷ lệ kết tụ rất cao lần lượt là.
- 88,36% và 91,35% và đạt tỷ lệ kết tụ cao nhất là 91,35% ở nghiệm thức gồm glucose (1%) và glutamate (5.
- K 2 HPO 4 (0,4%) và KH 2 PO 4.
- Trong khi ở các nghiệm thức glucose (0,5% và 1,5.
- glutamate (2,5% và 7,5%) cho tỷ lệ kết tụ thấp hơn (từ 60,18% đến 85,47.
- Điều này chứng tỏ khi tăng tỷ lệ thành phần dinh dưỡng thì không làm tăng khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học.
- Từ kết quả thí nghiệm chọn nghiệm thức glucose (1%) và glutamate (5.
- K 2 HPO 4 (0,4%) và KH 2 PO 4 (1%) là thành phần môi trường nuôi.
- cấy chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S có tỷ lệ kết tụ cao nhất..
- Kết quả phân tích tương quan cho thấy tỷ lệ kết tụ.
- glucose, glutamate, K 2 HPO 4 và KH 2 PO 4 đến tỷ lệ kết tụ.
- Hình 2a: Đồ thị mặt đáp ứng của tỷ lệ kết tụ theo glucose = 1%, glutamate = X (2,5.
- Hình 2b: Đồ thị đường mức của tỷ lệ kết tụ theo glucose = 1%, glutamate = X (2,5.
- 7,5%) và khoáng vô cơ K 2 HPO 4 +KH 2 PO 4 = Y (0,35.
- 5,7% và K 2 HPO 4 +KH 2 PO 4 = Y = 1,2% cho tỷ lệ kết tụ cao nhất..
- Hình 3a: Đồ thị mặt đáp ứng của tỷ lệ kết tụ theo khoáng vô cơ = 1,2%, glucose = X (0,5.
- Hình 3b: Đồ thị đường mức của tỷ lệ kết tụ theo khoáng vô cơ = 1,2%, glucose = X (0,5%.
- 1,5%) và glutamate = Y (2,5.
- glutamate = Y = 5,7% sẽ cho sinh khối vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học cao nhất..
- glucose, 5,7% glutamate và 1,2% khoáng vô cơ (K 2 HPO 4 (0,4.
- vào môi trường nuôi sinh khối chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai.
- KG12S sẽ cho tỷ lệ kết tụ sinh học cao nhất và tỷ lệ thành phần môi trường này được sử dụng cho các thí nghiệm nghiên cứu tối ưu hóa khả năng tổng hợp chất kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S và thử nghiệm hiệu quả xử lý nước thải sau hệ thống biogas chuồng trại chăn nuôi heo..
- Các cation có tác dụng tăng cường hoạt tính kết tụ do có thể trung hòa và ổn định các nhóm chức năng bằng cách hình thành cầu nối giữa các hạt phân tử kaolin với nhau (Salehizadeh et al., 2000)..
- (2006) các cation khi cho vào dung dịch kaolin sẽ làm tăng điện tích âm của vật thể từ đó làm tăng khả năng hấp thu các chất lơ lửng thông qua các cầu nối và làm tăng sự kết tụ sinh học..
- Kết quả ở (Hình 4) cho thấy sự khác biệt về tỷ lệ kết tụ của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S khi có và không bổ sung muối kim loại..
- Khi bổ sung muối kim loại vào dung dịch kaolin đã được bổ sung dịch vi khuẩn sẽ cho tỷ lệ kết tụ cao hơn mẫu đối chứng (chỉ gồm dung dịch kaolin và.
- Muối kim loại cho tỷ lệ kết tụ với dung dịch kaolin cao nhất là Ca 2+.
- (2012) cho thấy chất kết tụ sinh học.
- Hình 4: Ảnh hưởng của các muối kim loại đến hiệu quả kết tụ sinh học của chủng vi khuẩn.
- UPMB13 cho tỷ lệ kết tụ cao khi bổ sung muối kim loại là CaCl 2 (87.2%) và MgCl 2 (85.2%)..
- sẽ làm tăng hoạt tính kết tụ hơn các kim loại hóa trị I và.
- Chọn muối kim loại Ca 2+ là muối kim loại bổ sung làm tăng tỷ lệ kết tụ sinh học để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo..
- Tỷ lệ kết tụ của chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S cao nhất ở nồng độ vi khuẩn 0,2% là 96,87%, nồng độ 0,18% là 96,18% và thấp nhất ở nồng độ vi khuẩn .
- Tỷ lệ kết tụ tăng dần theo sự tăng dần nồng độ vi khuẩn, và.
- Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ dịch vi khuẩn bổ sung đến khả năng kết tụ sinh học của chủng.
- vi khuẩn Bacillus Aryhadtai KG12S Nồng độ dịch vi khuẩn bổ sung là 0,2% cho tỷ lệ kết tụ 96,87% đối với chủng vi khuẩn Bacillus aryhadtai KG12S đã đạt hiệu quả kết tụ sinh học cao hơn so với các nghiên cứu khác như: chủng Bacillus coagulants As 101 có liều lượng 40 ml/lít cho tỉ lệ kết tụ là 90% (Salehizadeh et al., 2000), chủng Bacillus licheniformis liều lượng 150 ml/L cho tỉ lệ kết tụ 98,4% (Shih et al., 2001).
- Ở nồng độ 0,18% và 0,2% thì tỷ lệ kết tụ khác biệt không có ý nghĩa thống kê nhưng để đảm bảo hiệu quả kết tụ và dễ dàng trong tính toán thì nồng độ vi khuẩn 0,2% được chọn để thực hiện thí nghiệm tiếp theo..
- Qua các chỉ tiêu phân tích khi ứng dụng chủng vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học Bacillus aryabhattai KG12S cho thấy, ngoài khả năng kết tụ làm giảm chỉ số COD và TSS còn làm giảm các chỉ số khác như nitơ tổng, photpho tổng và hàm lượng amonium..
- Chủng vi khuẩn Bacillus aryabhattai KG12S tổng hợp chất kết tụ sinh học cho tỷ lệ kết tụ trong dung dịch kaolin 91,87% ở các điều kiện: nguồn dinh dưỡng dùng để nuôi sinh khối là glucose 1,12%, glutamate 5,7% và khoáng vô cơ 1,2%.
- bổ sung muối kim loại CaCl2 và nồng độ dịch vi khuẩn 0,2%.
- Huỳnh Văn Tiền và Cao Ngọc Điệp, 2013..
- Phân lập, tuyển chọn và phân tích đa dạng vi khuẩn tổng hợp chất kết tụ sinh học polysaccharide trong chất thải sau biogas chuồng trại nuôi heo ở Đồng bằng sông Cửu Long, Hội nghị Khoa học Công nghệ sinh học toàn quốc 2013, quyển