I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu
Luận văn thạc sĩ tập trung vào việc làm giàu vi khuẩn Anammox từ bùn kỵ khí của hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy thức ăn cá. Mục tiêu chính là nuôi cấy và làm giàu sinh khối vi khuẩn Anammox để ứng dụng trong xử lý nước thải giàu nitơ. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề xử lý nitơ trong nước thải công nghiệp, đặc biệt là từ các nhà máy sản xuất thức ăn thủy sản, bằng cách sử dụng công nghệ Anammox tiên tiến và hiệu quả.
1.1. Bối cảnh và ý nghĩa
Nước thải từ các nhà máy sản xuất thức ăn cá chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. Việc xử lý nitơ trong nước thải là một thách thức lớn do chi phí và nhu cầu năng lượng cao. Công nghệ Anammox được chọn vì khả năng xử lý nitơ hiệu quả mà không cần bổ sung nguồn cacbon hữu cơ, giảm chi phí và năng lượng tiêu thụ. Nghiên cứu này cũng góp phần làm phong phú nguồn gen vi khuẩn Anammox bản địa, tăng khả năng thích nghi với môi trường xử lý nước thải tại Việt Nam.
1.2. Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu nhằm thiết kế và vận hành mô hình làm giàu vi khuẩn Anammox từ bùn kỵ khí, thích nghi sinh khối trên môi trường nước thải nhân tạo, và định danh sự hiện diện của vi khuẩn Anammox trong hệ thống. Các yếu tố ảnh hưởng như pH, nhiệt độ, và độ kiềm cũng được khảo sát để tối ưu hóa quá trình xử lý.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng mô hình SBR (Sequencing Batch Reactor) để làm giàu vi khuẩn Anammox từ bùn kỵ khí. Quá trình được thực hiện trong 11 tháng với ba giai đoạn thí nghiệm: khởi động, tích lũy và làm giàu sinh khối. Các chỉ tiêu như pH, DO, nhiệt độ, và nồng độ nitơ được theo dõi định kỳ. Phương pháp PCR và giải trình tự DNA được sử dụng để định danh vi khuẩn Anammox.
2.1. Thiết kế mô hình
Mô hình SBR được thiết kế với thể tích hiệu dụng 9 lít, sử dụng bùn kỵ khí từ nhà máy sản xuất thức ăn cá. Quá trình vận hành bao gồm ba giai đoạn: khởi động với nồng độ 70 mgN/L, tích lũy ở 150 mgN/L, và làm giàu ở 200 mgN/L. Hiệu suất loại bỏ nitơ được đánh giá qua từng giai đoạn.
2.2. Phân tích và định danh
DNA từ mẫu bùn được tách chiết và PCR với các primers chọn lọc để xác định sự hiện diện của vi khuẩn Anammox. Kết quả giải trình tự cho thấy sự xuất hiện của loài Candidatus brocadia, một loài vi khuẩn Anammox phổ biến trong xử lý nước thải.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại bỏ nitơ tăng dần qua các giai đoạn, từ 29% ở giai đoạn khởi động lên 88% ở giai đoạn làm giàu. Màu sắc của bùn chuyển từ đen sang nâu đỏ, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của vi khuẩn Anammox. Phân tích DNA xác nhận sự hiện diện của Candidatus brocadia, chứng minh hiệu quả của quá trình làm giàu.
3.1. Hiệu suất xử lý nitơ
Hiệu suất loại bỏ nitơ tăng đáng kể qua các giai đoạn, từ 29% ở tải trọng 0,053 kgN/m3 lên 64% ở 0,25 kgN/m3 và đạt 88% ở 0,33 kgN/m3. Điều này cho thấy khả năng thích nghi và phát triển của vi khuẩn Anammox trong môi trường nước thải giàu nitơ.
3.2. Định danh vi khuẩn
Kết quả PCR và giải trình tự DNA xác nhận sự hiện diện của Candidatus brocadia, một loài vi khuẩn Anammox phổ biến. Điều này chứng minh hiệu quả của quá trình làm giàu và khả năng ứng dụng công nghệ Anammox trong xử lý nước thải công nghiệp.
IV. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu đã thành công trong việc làm giàu vi khuẩn Anammox từ bùn kỵ khí, đạt hiệu suất loại bỏ nitơ cao và xác định được loài Candidatus brocadia. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ Anammox để xử lý nước thải giàu nitơ tại các nhà máy sản xuất thức ăn cá và các ngành công nghiệp khác.
4.1. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu cung cấp giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho việc xử lý nước thải giàu nitơ, đặc biệt là trong ngành sản xuất thức ăn thủy sản. Việc sử dụng vi khuẩn Anammox bản địa giúp tăng khả năng thích nghi và giảm thời gian khởi động hệ thống.
4.2. Hướng phát triển
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình làm giàu vi khuẩn Anammox và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp. Ngoài ra, việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, pH, và độ kiềm cần được mở rộng để nâng cao hiệu quả xử lý.
