Ứng dụng vi khuẩn chuyển hóa nitơ Pseudomonas stutzeri và vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis để loại bỏ đạm, lân trong quy trình xử lý nước thải lò giết mổ gia cầm

- ỨNG DỤNG VI KHUẨN CHUYỂN HÓA NITƠ Pseudomonas stutzeri VÀ.
- VI KHUẨN TÍCH LŨY POLYPHOSPHATE Bacillus subtilis ĐỂ LOẠI BỎ ĐẠM, LÂN TRONG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÒ GIẾT MỔ GIA CẦM.
- Ammonium, glucose, nước thải từ lò giết mổ gia cầm, orthophosphate, vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis, vi khuẩn chuyển hóa nitơ.
- Vi khuẩn chuyển hóa nitơ Pseudomonas stutzeri dòng D3b và vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis dòng DTT.001L có khả năng loại bỏ nitơ và chuyển hoá phospho, đặc biệt là hàm lượng ammonium (NH 4.
- trong qui trình xử lý nước thải từ lò giết mổ gia cầm.
- Kết quả ghi nhận ở mô hình phòng thí nghiệm (thể tích 10-lít), bổ sung glucose (2,5 g/L), kết hợp với giá bám và sục khí, mật số vi khuẩn dao động trong khoảng 6,68-7,14 log 10 cfu/mL, hiệu suất loại bỏ NH 4 + từ và hiệu suất xử lý PO 4 3- từ pH trung bình 7-9 sau 1 ngày xử lý nhưng hàm lượng COD, TSS, TN còn cao, vượt ngưỡng cho phép của QCVN40:2011/BTNMT.
- N-NO 3 - trong nước thải lò mổ gia cầm đạt loại A theo QCVN40:2011/BTNMT sau 24 giờ ở mô hình 100-L..
- Nước thải ra từ cơ sở giết mổ gia cầm có chứa chủ yếu là các chất dinh dưỡng và các chất hữu cơ (chất béo, protein, cellulose.
- Dựa vào thành phần và tính chất của nước thải lò giết mổ gia cầm và để mang lại hiệu quả cao trong xử lý thì cần ứng dụng dây chuyền công nghệ kết hợp các quá trình cơ học, hóa-lý và sinh học.
- tuyển chọn như vi khuẩn Pseudomonas stutzeri dòng D3b và Bacillus subtilis dòng DTT.001L đã thể hiện tính ưu việt trong quá trình loại bỏ đạm, chuyển hoá lân hòa tan đối với nhiều loại nước thải như nước thải trại chăn nuôi heo, ao nuôi cá tra, nước rỉ rác… xuất phát từ vấn đề trên, việc “Ứng dụng vi khuẩn chuyển hoá đạm và vi khuẩn tích lũy polyphosphate để loại bỏ N và P trong qui trình xử lý nước thải lò giết mổ gia cầm” là cần thiết với mục tiêu loại bỏ ammonium, nitrit, nitrat và orthophosphate trong nước thải lò mổ gia cầm trong nỗ lực cố gắng đạt phần nào QCVN40:2011/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam..
- Bảng 1: Thành phần nước thải từ lò giết mổ gia cầm trước khi xử lý.
- Nước thải từ lò giết mổ gia cầm, thuỷ cầm Hoàng Anh, tại Ấp An Thị, xã Mỹ Tịnh An, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang..
- Vi khuẩn chuyển hóa nitơ Pseudomonas stutzeri dòng D3b có nguồn gốc từ Viện NC&PT Công nghệ sinh học, Đại học đã báo cáo hiệu quả xử lý loại bỏ N trong nước ao cá tra (Cao Ngọc Điệp et al., 2009) được nhân nuôi trong môi trường BM và BM/NO3 (Su et al., 2001) đạt mật số >10 9 tế bào/ml, vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis dòng DTT.001L được Lê Quang Khôi và Cao Ngọc Điệp (2013) phân lập, tuyển chọn và sử dụng để chuyển hóa lân hòa tan thành lân khó tan, được nhân nuôi trong môi trường chuyên biệt.
- Giai đoạn 1: Thí nghiệm được bố trí trong điều kiện phòng thí nghiệm ở bình có thể tích 10-lít nhằm khảo sát, đánh giá các điều kiện để các dòng vi khuẩn đưa vào nghiên cứu về khả năng loại bỏ đạm, lân.
- Nguồn nước thải được lấy từ bể thiếu khí của hệ thống xử lý nước thải của lò giết mổ và chế biến thịt gia cầm Cát Tường (Ấp 3B, xã Đạo Thạnh, Tp.
- 2.2.1 Đánh giá sự ảnh hưởng của glucose và giá bám đến mật số vi khuẩn loại bỏ nitơ và tích lũy polyphosphate trong mô hình 10 lít.
- Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, gồm các nghiệm thức NT1: [Đối chứng] (không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, không giá thể bám và không sục khí), NT2: không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, có giá thể bám, có sục khí, NT3: Vi Khuẩn (5.
- sục khí + giá bám, NT4: Vi khuẩn (5.
- Nguồn nước thải được lấy từ bể thiếu khí, tức sau bể kỵ khí từ hệ thống xử lý nước thải của lò giết mổ và chế biến thịt gia cầm Cát Tường (xem mô hình).
- Nước thải sau khi đưa về được khuấy trộn đều trước khi bố trí vào các nghiệm thức, sau 1 giờ bố trí thí nghiệm chờ ổn định thì tiến hành lấy mẫu xác định các chỉ tiêu đầu vào: pH, PO 4 3.
- Đồng thời tiến hành thực hiện phương pháp đếm mật số các nghiệm thức ngoại trừ nghiệm thức ĐC, nhằm xác định được số tế bào sống của vi khuẩn cần sử dụng..
- 2.2.2 Khảo sát nồng độ glucose ảnh hưởng đến mật số vi khuẩn.
- Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên gồm các nghiệm thức gồm NT1: Đối chứng (không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, không giá bám và không sục khí), NT2: không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, có giá bám, có sục khí, NT3: Vi khuẩn (5.
- sục khí + Giá bám, NT4: Vi khuẩn (5.
- Mô hình xử lý nước thải lò giết mổ gia cầm Cát Tường (Ấp 3B, xã Đạo Thạnh, Tp.
- sục khí + Giá bám.
- tiến hành đếm mật số vi khuẩn đối với các nghiệm thức (phương pháp đếm sống nhỏ giọt), ngoại trừ nghiệm thức ĐC..
- 2.2.3 Đánh giá khả năng loại bỏ nitơ, chuyển hoá phospho của hai dòng vi khuẩn trong điều kiện có hoặc không có ôxy.
- Thí nghiệm được bố trí thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên, gồm các nghiệm thức NT1: Đối chứng (không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, không giá bám và không sục khí), NT2: không bổ sung vi khuẩn, không bổ sung glucose, có giá bám, có sục khí, NT3: Vi khuẩn (5.
- Giá bám.
- tiến hành đếm mật số vi khuẩn ở các nghiệm thức, ngoại trừ nghiệm thức ĐC..
- Từ các nghiệm thức phù hợp nhất đã được xác định trong giai đoạn 1, khảo sát trên mô hình có thể tích 100 lít, kế đến ứng dụng vào mô hình USBF có thể tích 252 lít, là mô hình của hệ thống xử lý nước thải từ lò giết mổ và chế biến thịt gia cầm Cát Tường có công suất 10 m 3 /ngày đêm..
- 2.2.4 Đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ, chuyển hoá phospho của hai dòng vi khuẩn ở thể tích nước thải 80 lít trong bồn 100 lít.
- Nghiệm thức tốt nhất đã được lựa chọn từ các thí nghiệm trong giai đoạn 1, tiếp tục đánh giá hiệu quả việc loại bỏ đạm, lân của hai dòng vi khuẩn trong thí nghiệm ở bồn 100-lít (chỉ chứa 80 lít nước thải).
- gồm các nghiệm thức: NT1: Đối chứng, NT2: Vi khuẩn + sục khí + Giá bám, NT3: bổ sung bùn hoạt tính, không glucose + sục khí + giá bám..
- Trong giai đoạn này, cần có một lượng vi khuẩn đủ lớn khoảng 5% tổng thể tích bể để bổ sung vào hệ thống nên trước khi vận hành hệ thống tiến hành nhân sinh khối hai dòng vi khuẩn trên, môi trường nuôi cấy chính là môi trường nước thải cần được xử lý (nhân giống cấp III).
- Nước thải sau khi đưa về được khuấy trộn đều trước khi bố trí vào các nghiệm thức, sau 1giờ bố trí thí nghiệm chờ ổn định thì tiến hành lấy mẫu xác định các chỉ tiêu đầu vào: pH, PO 4 3.
- Mật số vi khuẩn ở NT2 và NT3 được đếm bằng phương pháp đếm sống nhỏ giọt (Hoben và Somasegaran, 1982).
- Giá trị các thông số ô nhiễm được so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp:.
- 3.1 Tác động của glucose và giá bám đến mật số vi khuẩn (mô hình 10 lít).
- Tác động của hai dòng vi khuẩn loại bỏ nitơ và vi khuẩn tích lũy phosphate, giá bám và glucose đến hàm lượng ammonium (NH 4.
- Hàm lượng NH 4 + vào ngày 0 dao động trong khoảng từ 135,4 đến 174,1 mg/L, tương ứng với mật số vi khuẩn là 6,12 đến 6,74 log 10 cfu/mL;.
- mật số vi khuẩn vào thời điểm này trong khoảng log 10 cfu/mL.
- Như vậy với điều kiện thí nghiệm như trên, mật số vi khuẩn loại bỏ nitơ của nghiệm thức có bổ sung vi khuẩn tăng trong khoảng lớn hơn 7,00 log 10 cfu/mL, sau 1 ngày xử lý giá trị pH nằm trong khoảng 7_9 và có sự khác biệt với mức ý nghĩa 1% so với nghiệm thức không.
- bổ sung vi khuẩn NT2 (khí+GT) là 2,53 log 10.
- Không có sự khác biệt về hàm lượng PO 4 3- ở mức ý nghĩa 1% giữa 2 nghiệm thức có bổ sung vi khuẩn và nghiệm thức 2 (khí+GT) trong cả quá trình thí nghiệm, nhưng có sự khác biệt về hàm lượng orthophosphate vào ngày 0, ngày 1, ngày 11 dẫn đến có sự biến động rất lớn giữa các nghiệm thức như trên theo thời gian dài bởi vì trong môi trường nuôi tăng sinh giàu lân nên ở nghiệm thức được bổ sung vi khuẩn thì có hàm lượng PO 4 3- khá cao so với các nghiệm thức không bổ sung vi khuẩn trong ngày 0..
- NT3: vi khuẩn+glucose+sục khí+giá bám (Vk+Glu(5g/L)+khí+GT).
- NT4: vi khuẩn+glucose+sục khí (Vk+Glu(5g/L)+khí.
- Sau 1 ngày xử lý giá trị pH trong khoảng 7 - 9, hàm lượng PO 4 3- ở nghiệm thức 3 (NT3) (Vk+glu(5g/L)+khí+GT) từ 27,1 mg/L giảm xuống 1,56 mg/L, đạt 94,2%, mật số vi khuẩn tương ứng là 7,14 log 10 cfu/mL.
- thể hiện sự tương quan chặt giữa mật số vi khuẩn và hàm lượng PO 4 3.
- hàm lượng PO 4 3- ở NT4(Vk+glu(5g/L)+khí) từ 30,3 mg/L xuống còn 1,22 mg/L, đạt 96%, mật số vi khuẩn là 7,28 log 10 cfu/mL.
- Vấn đề này có thể giải quyết được bằng cách chọn nghiệm thức xem là tối ưu NT4 (Vk+glu(5g/L)+khí+GT) để tiến hành thí nghiệm tiếp theo, nhưng cần khảo sát nồng độ glucose cần cung cấp là bao nhiêu thì thích hợp để vi khuẩn tăng sinh nhanh, kết hợp với các điều kiện thí nghiệm vừa có thể chuyển hoá tốt các hợp chất hữu cơ, vừa chuyển hoá hàm lượng nitơ, phospho, nhưng không làm tăng các chỉ tiêu COD, TSS trong thời gian xử lý là ngắn nhất..
- Hình 3: Hiệu quả của glucose và giá bám ảnh hưởng đến mật số vi khuẩn loại bỏ nitơ và vi khuẩn tích lũy poly-P trong mô hình 10-lít.
- NT3: vi khuẩn + glucose + sục khí +giá bám (Vk+Glu(5g/L) +khí + GT).
- NT4: vi khuẩn + glucose + sục khí (Vk+Glu(5g/L)+khí.
- Kết quả ở Bảng 2 cho thấy: sau 1 ngày xử lý thì các giá trị COD, TSS trong các nghiệm thức có bổ sung vi khuẩn như NT4 (Vk+glu(2,5g/L)+khí+GT) và NT3 (Vk+glu(5g/L)+khí+GT) đã vượt ngưỡng cho phép (>100 mg/L) là do quá trình tăng sinh vi khuẩn và nồng độ glucose cao đã được bổ sung vào nghiệm thức.
- trong 2 nghiệm thức có bổ sung vi khuẩn có hiệu suất xử lý cao hơn rất nhiều so với nghiệm thức không bổ sung vi khuẩn (NT2) (khí+GT) vào ngày 1.
- Bảng 2: Ảnh hưởng của vi khuẩn loại bỏ nitơ, chuyển hoá phospho.
- Nguyên nhân của quá trình này có thể là do lượng lân ban đầu cao và bổ sung glucose tạo điều kiện cho mật số vi khuẩn cao nên tích lũy polyphosphate càng nhiều và khi lấy mẫu không qua lắng.
- Qua kết quả phân tích của hai thí nghiệm cho thấy rằng sự tương tác của hai dòng vi khuẩn và nồng độ glucose thích hợp (2,5 g/L) làm tăng mật số vi khuẩn và tăng khả năng xử lý đối với nước thải từ lò giết mổ gia cầm.
- Sự tương quan giữa mật số vi khuẩn loại bỏ nitơ với hàm lượng NH 4 + ở NT3 (y.
- Sự tương quan giữa mật số vi khuẩn chuyển hoá phospho và hàm lượng PO 4 3- ở NT3 (y = 25,758x 2 – 381,54x r = 1.
- NT2:Khí+GT:sục khí+giá bám, NT3:Vk(5%)+glu(5g/L)+khí+GT, NT4:Vk(5%)+glu(2,5g/L)+khí+GT Nước thải ở NT4 trong hơn nước thải ở NT3 do.
- hàm lượng TSS thấp hơn (Hình 5) tuy nhiên, còn một số tác động làm tăng nồng độ COD và TSS của nguồn nước thải ra.
- 3.3 Đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ và chuyển hoá phospho của hai dòng vi khuẩn trong điều kiện có hoặc không có ôxy.
- Hình 6: Ảnh hưởng của vi khuẩn loại bỏ nitơ, chuyển hoá.
- NT3: Vk(5%)+glu(2,5g/L)+khí+GT: vi khuẩn(5.
- Nghiệm thức có sục khí và bổ sung vi khuẩn (NT3) (Vk+glu(2,5g/L)+khí+GT), hàm lượng NH 4 + cao nhất vào ngày 0 là 68,83 mg/L và thấp nhất vào ngày 1 là 0,79 mg/L, hiệu suất xử lý là.
- Điều này cho thấy hiệu quả loại bỏ NH 4 + của việc kết hợp hai dòng vi khuẩn trong điều kiện có ôxy và phù hợp với nghiên cứu của (Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Thị Hoàng Nam, 2012).
- giá về mức độ ô nhiễm nguồn nước thải giữa các nghiệm thức trong đó nghiệm thức 3 (NT3) (Vk+glu(2,5g/L)+khí+GT) có nhiều chỉ tiêu đạt chuẩn và ưu thế hơn (màu sắc, mùi, mật số vi.
- khí + GT) có thể ứng dụng vào mô hình thể tích lớn hơn, nhưng nếu ứng dụng công thức này trực tiếp vào hệ thống xử lý nước thải thì chính nguồn glucose bổ sung giúp tăng mật số vi.
- Vì vậy, trong quá trình xử lý nước thải từ lò giết mổ gia cầm để có chất lượng nước sau xả thải đạt QCVN40:2011/BTNMT thì công thức này được ứng dụng vào qui trình tăng sinh đối với vi khuẩn Pseudomonas stutzeri dòng D3b và vi khuẩn Bacillus subtilis dòng DTT.001L trên môi trường nước thải cần xử lý.
- Khi đó, công thức này (Vk+glu(2,5g/L)+khí+GT) được xem là nhân giống cấp III hay là chế phẩm vi sinh với hai dòng vi khuẩn D3b và DTT001L sử dụng vào mô hình có thể tích lớn hơn..
- Hình 8: Đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ, chuyển hoá phospho của hai dòng vi khuẩn trong điều.
- khí + GT : vi khuẩn (5.
- sục khí + giá bám.
- GT: vi khuẩn (5.
- giá bám.
- Dựa trên kết quả của thí nghiệm thùng thể tích 10-lít, tăng sinh 2 dòng vi khuẩn trên môi trường nước thải từ lò giết mổ gia cầm theo công thức [Vk+glu(2,5g/L)+khí+GT] và gọi tắt là Vk (cấp III), thời gian tăng sinh là 4 ngày, lượng Vk(cấp III) cần bổ sung vào mô hình 100 lít là 5%..
- Mật số vi khuẩn loại bỏ nitơ và vi khuẩn tích lũy poly-P được xác định trong nghiệm thức 3 (NT3) (Vk(cấp III)+khí+GT) và nghiệm thức 2 (NT2) (khí+GT) vào ngày 1, 2, 3 và 4 cho thấy mật số vi khuẩn tăng dần và dẫn đến tăng hiệu xuất xử lý trong đó NT3 có mật số vi khuẩn tăng từ 4,18 log 10 cfu/mL lên là 6,02 log 10 cfu/mL và hiệu suất loại bỏ hàm lượng NH 4 + từ 62,3% tăng lên 90%.
- Sục khí cũng làm giảm lượng NH 4 trong nước thải nhưng bổ sung thêm vi khuẩn (NT3) làm giảm không những lượng ammonium mà còn cả lượng orthophosphate sau 24 giờ sau đó bổ sung 50%.
- lượng nước thải mới (làm cho lượng ammonium và orthophosphate tăng lên), vi khuẩn cũng tiếp tục loại bỏ lượng ammonium và orthophosphate này trong suốt thời gian 4 ngày, điều này chứng tỏ sự hoạt động hữu hiệu của hai dòng vi khuẩn này trong việc loại bỏ N và P ở dạng ammonium và orthophosphate trong nước thải lò giết mổ gia cầm..
- Hàm lượng PO 4 3- ở nghiệm thức có bổ sung chế phẩm (NT3) có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 1% so với các nghiệm thức trong thí nghiệm, mật số vi khuẩn tăng nên tăng khả năng chuyển hoá PO 4 3.
- Điều này cho thấy có sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ dưới tác động của các dòng vi khuẩn trong chế phẩm vi sinh bổ sung kết hợp với điều kiện ôxy và giá bám nên cho hiệu quả xử lý cao hơn so với nghiệm thức không bổ sung chế phẩm vi sinh.
- Kết quả là sau 1 ngày xử lý, ở NT3, nước thải có màu trong hơn, bông bùn to và có màu gạch cho thấy vi khuẩn được duy trì (Hình 10)..
- Có thể kết luận rằng chế phẩm vi sinh cùng với các điều kiện thí nghiệm như có giá bám, sục khí, xử lý được nước thải từ lò giết mổ gia cầm ở mô.
- Hình 10: Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh, giá bám và sục khí đến hiệu quả loại bỏ nitơ và chuyển hoá phospho trong nước thải từ lò giết mổ gia cầm mô hình 100-lít.
- (2011) hàm lượng COD, TSS, NH 4 + -N… trong nước thải lò giết mổ gia cầm ở Thổ Nhĩ Kỳ rất cao như 2380 mg/L (COD), 720 mg/l (TSS), 182 mg/l (NH 4 + -N) và hàm lượng này còn tùy thuộc vào tỉ lệ lông, máu, phủ tạng của gia cầm… có tồn đọng trong nước thải này (Rajakumar et al.
- 8,2) còn khá cao và thành phần độc chất này trong nước thải lò giết mổ gia cầm ở TP.
- Trong quá trình xử lý nước thải lò giết mổ gia cầm ở Ấn Độ (kéo dài 147 ngày), Rajakumar et al.
- (2011) nhận thấy có sự xuất hiện của các hạt bùn hoạt tính (sludge granules) trong đó chứa nhiều 2 loại cổ vi khuẩn Methanosarcina và Methanosaeta và vai trò của chúng trong xử lý nước thải lò giết mổ gia cầm được ghi nhận.
- (2006) đã phân lập vi khuẩn Pseudomonas sp..
- và Alcaligenes faecalis là 2 loài vi khuẩn dị dưỡng, nitrate hóa và phản nitrate-hóa trong điều kiện có oxy và họ đã ứng dụng chúng trong việc loại bỏ N trong nước thải trại chăn nuôi ở Đài Loan và Hàn Quốc rất thành công.
- nước thải chỉ trong 24 giờ.
- Những kết quả của chúng tôi cho thấy khi ứng dụng thành công loài vi khuẩn Pseudomonas stutzeri loại bỏ N trong nước ao cá tra nhiễm ammonium cao (Cao Ngoc Diep et al.
- 2009) và loài vi khuẩn này kết hợp cùng với vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus subtilis đã giảm lượng NH 4 + -N, TN, TP, orthophosphate, nitrite, nitrate trong nước thải trại chăn nuôi heo đạt loại B của QCVN40 sau 6 ngày sục khí lên tục (có giá bám) và lần lượt thay 50% lượng nước thải mới với nguồn carbon hiệu quả nhất là acid acetic (thay vì glucose)(Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Tiến Sĩ, 2013).
- Qua các kết quả trên thế giới cũng như trong nước cho thấy sử dụng biện pháp sinh học trong đó có vai trò của vi khuẩn dị dưỡng, nitrate- hóa và phản nitrate-hóa như hai loài vi khuẩn chuyển hóa N Pseudomonas stutzeri và vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus subtilis có thể loại bỏ N và P trong nước thải lò giết mổ gia cầm..
- Chế phẩm vi sinh, bao gồm hai dòng vi khuẩn chuyển hóa N Pseudomonas stutzeri và vi khuẩn tích lũy poly-P Bacillus subtilis được nhân sinh khối bằng chính nước thải lò mổ gia cầm, kết hợp với sục khí và có giá bám cho hiệu quả xử lý nước thải từ lò giết mổ gia cầm cao với các chỉ tiêu đạt chuẩn loại A theo QCVN 40: 2011/BTNMT, thời gian lưu nước là 8 giờ.
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp - QCVN 40:2011/BTNMT..
- Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas.
- stutzeri và Acinetobacter lwoffii loại bỏ amoni trong nước thải từ rác hữu cơ.
- Ứng dụng vi khuẩn loại bỏ nitơ và vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trong xử lí nước thải chăn nuôi heo (sau biogas).
- Phân lập và phân tích sự đa dạng vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trong chất thải trại chăn nuôi heo ở Đồng bằng sông Cửu Long.