Nghiên cứu đặc tính bùn thải và phân lập vi khuẩn ưa nhiệt cho phân bón hữu cơ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu đặc tính của một số loại bùn thải và phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhằm tái, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Hoàng Thị Mỹ Hằng
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Thị Tường Châu
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đặc tính của một số loại bùn thải và phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón hữu cơ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu của đề tài
• 0.3. Nội dung nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về bùn thải
• 1.2. Khái niệm bùn thải
• 1.3. Đặc điểm bùn thải
• 1.4. Hiện trạng thải bỏ bùn thải
• 1.5. Các phương pháp xử lý bùn thải
• 1.6. Tổng quan về các chủng vi sinh vật ưa nhiệt
• 1.6.1. Vi sinh vật ưa nhiệt
• 1.6.2. Vi sinh vật ưa nhiệt và vai trò trong ủ phân hữu cơ
• 1.6.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong tái sử dụng bùn thải làm phân bón phục vụ cho nông nghiệp
• 1.7. Tổng quan về phân bón hữu cơ
• 1.8. Tổng quan về 3 nhà máy lấy mẫu bùn thải
• 1.8.1. Tổng quan công ty giấy Bãi Bằng
• 1.8.2. Tổng quan CTCP mía đường Hòa Bình
• 1.8.3. Tổng quan nhà máy sản xuất tinh bột sắn FOCOCEV Thừa Thiên Huế
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Các mẫu bùn thải
• 2.3. Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp thu mẫu, xử lý và bảo quản mẫu
• 2.4.2. Xác định các đặc tính lý, hóa của mẫu bùn thải
• 2.4.3. Xác định tính chất sinh học của mẫu bùn thải
• 2.4.4. Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật ưa nhiệt từ bùn thải
• 2.4.5. Phương pháp tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có hoạt lực phân hủy chất hữu cơ cao từ các chủng được phân lập
• 2.4.6. Phương pháp kiểm tra tính đối kháng giữa các chủng vi khuẩn ưa nhiệt
• 2.4.7. Phương pháp đánh giá khả năng phân giải bùn của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt đã tuyển chọn
• 2.4.8. Phương pháp định danh vi khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc tính của một số loại bùn thải
• 3.2. Phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt
• 3.3. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao
• 3.3.1. Tuyển chọn chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ bùn thải nhà máy giấy Bãi Bằng
• 3.3.2. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ các chủng đã phân lập của bùn thải Công ty Cổ phần mía đường Hòa Bình
• 3.3.3. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao từ bùn thải nhà máy FOCOCEV Thừa Thiên Huế
• 3.4. Khả năng đối kháng giữa các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn
• 3.5. Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của các chủng vi khuẩn ưa nhiệt đã tuyển chọn
• 3.5.1. Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải từ nhà máy giấy Bãi Bằng của chủng vi khuẩn GW4
• 3.5.2. Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải từ CTCP mía đường Hòa Bình của chủng vi khuẩn M5X2
• 3.5.3. Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải nhà máy tinh bột sắn Fococev Thừa Thiên Huế của chủng vi khuẩn V18
• 3.5.4. Đánh giá khả năng phân hủy bùn thải của tập hợp các chủng vi khuẩn ưa nhiệt được tuyển chọn
• 3.6. Định danh các chủng vi khuẩn được tuyển chọn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu bùn thải và vi khuẩn ưa nhiệt

Nghiên cứu về bùn thải và vi khuẩn ưa nhiệt đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Bùn thải, sản phẩm phụ từ quá trình xử lý nước thải, chứa nhiều chất dinh dưỡng có thể tái sử dụng. Vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong bùn thải, giúp sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng cao. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cây trồng.

1.1. Khái niệm và đặc điểm của bùn thải

Bùn thải là hỗn hợp chứa chất hữu cơ, vi sinh vật và kim loại nặng. Đặc điểm của bùn thải phụ thuộc vào nguồn gốc và phương pháp xử lý. Bùn thải từ các nhà máy chế biến nông sản thường chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, trong khi bùn thải từ các ngành công nghiệp khác có thể chứa nhiều kim loại nặng và chất độc hại.

1.2. Vai trò của vi khuẩn ưa nhiệt trong xử lý bùn thải

Vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong bùn thải, giúp giảm khối lượng bùn và tiêu diệt mầm bệnh. Chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình ủ hiếu khí, tạo ra phân bón hữu cơ an toàn cho cây trồng.

II. Vấn đề và thách thức trong việc xử lý bùn thải

Việc xử lý bùn thải hiện nay gặp nhiều thách thức. Nhiều phương pháp xử lý truyền thống không hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm môi trường. Bùn thải thường chứa các kim loại nặng và mầm bệnh, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và động vật. Cần có các giải pháp hiệu quả hơn để xử lý bùn thải và tái sử dụng chúng trong nông nghiệp.

2.1. Nguy cơ ô nhiễm từ bùn thải

Bùn thải có thể chứa các kim loại nặng như Pb, Cd, Hg, và vi khuẩn gây bệnh như Salmonella. Việc sử dụng bùn thải không qua xử lý có thể dẫn đến ô nhiễm đất và nước, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

2.2. Thiếu hụt công nghệ xử lý hiệu quả

Nhiều công nghệ xử lý bùn thải hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu về hiệu quả và an toàn. Cần nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, đặc biệt là ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt trong xử lý bùn thải.

III. Phương pháp nghiên cứu bùn thải và vi khuẩn ưa nhiệt

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để phân lập và xác định các chủng vi khuẩn ưa nhiệt từ bùn thải. Các mẫu bùn thải được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, sau đó tiến hành phân tích các đặc tính lý, hóa và sinh học. Việc phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ cao là mục tiêu chính của nghiên cứu.

3.1. Quy trình thu thập và xử lý mẫu bùn thải

Mẫu bùn thải được thu thập từ các nhà máy chế biến nông sản và xử lý nước thải. Sau đó, các mẫu này được xử lý để xác định các đặc tính lý, hóa và sinh học, nhằm đánh giá khả năng tái sử dụng.

3.2. Phương pháp phân lập vi khuẩn ưa nhiệt

Sử dụng các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật để phân lập các chủng vi khuẩn ưa nhiệt từ bùn thải. Các chủng này sẽ được kiểm tra khả năng phân hủy chất hữu cơ và khả năng kháng lại các yếu tố độc hại.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu bùn thải

Kết quả nghiên cứu cho thấy các chủng vi khuẩn ưa nhiệt có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong bùn thải rất hiệu quả. Việc ứng dụng các chủng vi khuẩn này trong quá trình ủ hiếu khí giúp sản xuất phân bón hữu cơ chất lượng cao, an toàn cho cây trồng và môi trường. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cây trồng.

4.1. Kết quả nghiên cứu về khả năng phân hủy bùn thải

Các chủng vi khuẩn ưa nhiệt đã được phân lập cho thấy khả năng phân hủy chất hữu cơ cao, giúp giảm khối lượng bùn thải đáng kể. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc tái sử dụng bùn thải.

4.2. Ứng dụng phân bón hữu cơ từ bùn thải

Phân bón hữu cơ sản xuất từ bùn thải có thể cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, đồng thời cải thiện chất lượng đất. Việc sử dụng phân bón này giúp tăng năng suất cây trồng và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu bùn thải

Nghiên cứu về bùn thải và vi khuẩn ưa nhiệt mở ra nhiều cơ hội mới trong việc tái sử dụng bùn thải làm phân bón hữu cơ. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý bùn thải. Tương lai của nghiên cứu này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn góp phần phát triển nông nghiệp bền vững.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu bùn thải

Nghiên cứu bùn thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn tài nguyên quý giá cho nông nghiệp. Việc tái sử dụng bùn thải sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý bùn thải, đặc biệt là ứng dụng vi khuẩn ưa nhiệt. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý và mở rộng khả năng tái sử dụng bùn thải trong nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về bùn thải 1. Khái niệm bùn thải Bùn thải nói chung là sản phẩm sau cùng của một quá trình xử lý nước thải, là một hỗn hợp nhớt (hay bán rắn) chứa hỗn hợp chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại độc hại, hóa chất tổng hợp… 1. Đặc điểm bùn thải Nghiên cứu đặc tính của bùn thải và nhận thấy bùn thải có chứa hàm lượng nước đáng kể lên tới 99% đối với bùn thô; hàm lượng cao của chất hữu cơ có thể được phân hủy sinh học, đạt đến 75% chất khô; hàm lượng cao của các thành phần làm giàu cho đất (đạm lên đến 8,75% chất khô, P lên đến 8,28% chất khô, K lên đến 0,8% chất khô, Ca lên đến 8,11% chất khô và Mg lên đến 0,72% chất khô); hàm lượng khác nhau của các kim loại nặng (Pb, Cd, Hg, Ni, Zn, Cu, Cr), hàm lượng cao nhất được phát hiện trong chất thải từ các nhà máy xử lý nước thải ở các thành phố công nghiệp nặng;và hàm lượng nhỏ các chất hữu cơ độc hại (PAH, các hợp chất clo - PCB).

Bên cạnh đó là một mật độ cao các ký sinh trùng động vật và vi khuẩn gây bệnh trong một số loại bùn thải thô. Do kích thước lớn và mật độ cao, trứng giun ký sinh có trong nước thải sẽ kết lắng và tập trung tại bùn thải. Vì vậy việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp có thể nhiễm vào đất 6.000 trứng giun ký sinh/m2/năm. Loại trứng này có thể tồn tại trong đất đến 5 năm hay lâu hơn [13].

Sán dây bò (Taenia saginata), với vật chủ trung gian là trâu bò và vật chủ cuối cùng là con người, cũng có thể lây nhiễm vào trâu bò khi chăn thả trên đồng cỏ được bón bùn thải. Trứng sán dây có thể tồn tại trên trên đồng cỏ được bón bùn thải trong cả năm [30]. Bên cạnh đó vi khuẩn Salmonella trong bùn thải có thể sống trên đồng cỏ vài tuần sau khi bón bùn thải. Trong một báo cáo của WHO (1981) về nguy cơ đối với sức khỏe của vi sinh vật trong bùn thải khi bón vào đất đã xác định Salmonella và Taenia là các đối tượng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] được quan tâm lớn nhất.

Ngoài ra, do kim loại nặng được tập trung ở bùn trong quá trình xử lý, các vi khuẩn sống sót trong bùn có khả năng kháng nhiễm độc kim loại nặng. Đồng thời các vi khuẩn này cũng đã thể hiện khả năng kháng nhiều loại thuốc kháng sinh. Vì vậy các vi khuẩn đa kháng này có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn nếu việc sử dụng bùn thải trong nông nghiệp trở nên phổ biến [26]. Tuy vậy, các đặc tính của bùn thải thay đổi và phụ thuộc vào loại nước thải và phương pháp xử lý nước thải.

Đối với bùn thải từ nhà máy chế biến tinh bột sắn, với đặc trưng của bùn thải nhóm nông sản, thường có độ ô nhiễm hữu cơ cao, ít các thành phần kim loại nặng, các hóa chất độc hại…Với nguyên liệu là củ sắn tươi, trong quá trình sản xuất và chế biến, thành phần bùn thải sau khi xử lý chủ yếu là các thành phần hữu cơ như tinh bột, protein, cellulose, đường,… Ngoài ra, nhóm bùn thải nông sản nói chung hay bùn sắn nói riêng thường thể hiện một số thông số đặc trưng qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), hay tổng chất rắn lơ lửng (TSS) rất cao, chất dinh dưỡng chứa nitơ, photpho, các chỉ số nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy sinh hóa học (COD) cũng đều rất cao. Đối với bùn thải của nhà máy giấy, bùn thải được tách ra từ quá trình xử lý tập trung các dòng nước thải thu gom được trong dây chuyền sản xuất của nhà máy gồm: (i) bùn sơ cấp (chủ yếu là xơ sợi thải), (ii) bùn thứ cấp chứa vi sinh. Trong khi bùn thải của nhà máy mía đường nói chung gồm có: sáp thô và chất béo, đường tan, chất xơ, protein, tro tổng số và các chất khác… 1. Hiện trạng thải bỏ bùn thải.

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp chế biến nông sản, vấn đề quản lý chất thải từ các ngành này đang là một mối quan tâm lớn. Trên thực tế, ở nước ta, có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải, nhiều trạm xử lý nước thải đã được xây dựng và đi vào hoạt động để xử lý nước cấp, nước thải cho các nhà máy chế biến nông sản. Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ tập trung quan tâm đến vấn đề xử lý nước mà vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về xử lý bùn thải cho các trạm xử lý trên. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bùn thải sau khi xử lý phần lớn được thu gom và chuyển đến các bãi chôn lấp hoặc dùng làm phân bón cho nông nghiệp.

Bên cạnh đó, trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, có khoảng 30 - 40% các chất hữu cơ được chuyển thành dạng bùn, nếu không có biện pháp xử lý thích hợp sẽ gây ra tái ô nhiễm môi trường. Tại Tp Hồ Chí Minh, tổng khối khối lượng bùn thải ước tính từ 3.000 m3/ngày đêm (tương đương từ 5.000 tấn/ngày đêm). Bùn thải các loại trên thường đổ xả để có chi phí thấp nhất. Ước tính chi phí xử lý các loại bùn trên khoảng 300.000 đồng/tấn và trên dưới 1.000 tỉ đồng/năm, thậm chí còn cao hơn.

Dự báo đến năm 2015 số lượng bùn thải sẽ tăng lên khoảng 3 triệu tấn/tháng, năm 2020 sẽ không dưới 4 triệu tấn/tháng. Trong đó, bùn thải nguy hại hiện nay có khoảng 250 - 300 tấn/ngày, chưa kể đến bùn thải từ các tỉnh lân cận đưa về thành phố để xử lý từ 150 - 200 tấn/ngày. Tp Hồ Chí Minh đã từng thực hiện dự án xây dựng nhà máy xử lý bùn Bình Hưng Hòa và Bình Hưng nhằm mục đích xử lý bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt/đô thị để tái chế thành phân hữu cơ. Tuy nhiên, công nghệ áp dụng tại nhà máy này vẫn chưa thực sự tối ưu, bùn sau khi xử lý vẫn còn rất nặng mùi và ảnh hưởng đến môi trường.

Tại Hà Nội, bên cạnh việc xả thẳng bùn thải ra các bãi đất trống, tình trạng xả chất thải xuống các dòng sông cũng diễn ra nghiêm trọng không kém. Do lượng nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp xả trực tiếp không đủ làm lưu thông dòng chảy, nên chất thải hữu cơ đổ xuống sông đều lắng tại chỗ, gây ô nhiễm, khiến cho cả bốn con sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét trở nên ô nhiễm nghiêm trọng. Bên cạnh đó, khi tiến hành nạo vét sông, khối lượng bùn thải khổng lồ này lại được đổ trực tiếp tại các bãi đổ ở ngoại thành mà chưa qua quá trình loại bỏ chất độc hại, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm không khí, nguồn nước… Ngoài ra, hiện nay, bùn thải sau khi thu gom cũng được vận chuyển đến đổ bỏ tại các khu đất trống cách xa khu dân cư hoặc tại các ao nuôi thủy sản cần được san lấp, thậm chí đổ vào bất cứ khu vực nào có thể. Chính việc đổ bùn thải tràn lan và hoàn toàn không được xử lý như hiện nay sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt là tích tụ các kim loại gây tình trạng mất vệ sinh, mùi hôi thối.

Nghiêm trọng hơn, bùn thải đang gây ra những ảnh 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hưởng nặng nề do được đổ bỏ, chôn lấp không có lớp lót chống thấm nên các chất ô nhiễm thấm xuống các mạch nước ngầm và nước mặt. Vấn đề thiếu bãi đổ bùn thải tại Hà Nội cũng rất nan giải, hiện tại chỉ có bãi rác thải Nam Sơn - Sóc Sơn mới có khả năng xử lý bùn thải công nghiệp. Nếu cứ giải quyết bùn thải bằng cách tận dụng các bãi đất trống để đổ bùn tạm thì nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao và cũng không có diện tích mặt bằng đủ lớn để chứa bùn thải. Các phương pháp xử lý bùn thải.

Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý bùn thải và tận dụng bùn thải vào các mục đích khác nhau như sản xuất phân bón vi sinh, tạo ra năng lượng (biogas, điện, nhiệt…) hay vật liệu xây dựng… (hình 1). Hình 1: Các phương pháp xử lý bùn thải - Phương pháp chôn lấp: trong các phương pháp xử lý chất thải rắn, chôn lấp là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất. Phương pháp này áp dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới. Thực chất, chôn lấp là phương pháp lưu giữ chất thải trong một bãi và có phủ đất lên trên.

Trước kia bùn thải sinh học thường được xử 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] lý bằng phương pháp chôn lấp, tuy nhiên biện pháp xử lý này vừa lãng phí nguồn nguyên liệu (hàm lượng chất hữu cơ trong bùn cao), tốn diện tích đồng thời vẫn là nguồn gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tầng nước ngầm. Ngày nay, các nhà khoa học đang nỗ lực để nghiên cứu xử lý bùn thải sinh học theo hướng tái chế bùn thải sinh học tạo ra các sản phẩm hữu ích, thân thiện môi trường phục vụ cho các mục đích khác nhau của con người. - Phương pháp thiêu đốt: phương pháp này là nguyên nhân gây ô niễm không khí - Đổ bỏ bùn thải vào đại dương: phương pháp này có thể tạo ra các đại dương chết - Khí hóa: là phương pháp sử dụng bùn thải tại các nhà máy khí hóa sinh khối, chuyển đổi bùn thải thành khí tổng hợp. Ưu điểm của phương pháp này là khi năng lượng được tái tạo, bùn thải có thể được tích tụ vào hệ thống xử lý nước thải làm cho các nhà máy xử lý nước thải trở thành mạng lưới xuất khẩu năng lượng tái tạo thay vì sử dụng điện năng từ các nhà máy cung cấp điện như hiện nay.

- Ủ hiếu khí bùn thải nhằm tái sử dụng bùn thải làm phân bón 1. Tổng quan về các chủng vi sinh vật ưa nhiệt 1. Vi sinh vật ưa nhiệt  Khái niệm - Vi sinh vật ưa nhiệt (Thermophile): Là vi sinh vật có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 550C hoặc cao hơn, nhiệt độ thích hợp nhất thường là giữa 55 và 650C. Thành phần chủ yếu của nhóm này là vi khuẩn (chủ yếu là xạ khuẩn), một ít tảo và nấm.

Chúng phát triển trong đống phân chuổng ủ, dưới đáy các cột rơm rạ hay cỏ khô, trong đường dẫn nước nóng, trong các suối nước nóng.