BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ––––––––––––––––––––––––––––––– BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI R-D CẤP BỘ Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CHỦNG VI KHUẨN PSEUDOMONAS TRONG HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA” Chủ nhiệm Đề tài: CAO XUÂN THẮNG 7315 23/4/2009 Hà Nội, 12-2008 MỤC LỤC Trang Mục lục 1 Danh mục viết tắt 4 Danh mục các hình 5 Danh mục các bảng 6 I.1 Cơ sở pháp lý, xuất xứ đề tài 8 1.2 Tính cấp thiết, mục tiêu của đề tài 8 1.3 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 10 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 10 1.1 Tình hình ô nhiễm do các ngành công nghiệp thực phẩm ở 10 Việt Nam 1.2 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 11 1.3 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 15 1.4 Hệ thống lọc sinh học 17 1.5 Chất mang và các phương pháp cố định tế bào 26 1 II.1 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 34 2.1 Môi trường nuôi cấy 34 2.2 Phương pháp lấy mẫu 34 2. Phương pháp phân lập 35 2.4 Phương pháp xác định hình thái bào tử, tinh thể 35 2.5 Phương pháp đếm số lượng bào tử 35 2.6 Các phương pháp xác định các chỉ tiêu nước thải 35 2.7 Môi trường thử hoạt tính enzim vi sinh vật 36 2.8 Phương pháp định tên vi sinh vật 37 2.9 Phương pháp bảo quản vi sinh vật 38 2.10 Phương pháp xác định hoạt lực enzim 39 2.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 40 2.1 Dụng cụ và thiết bị 40 2.2 Nguyên vật liệu và hóa chất 41 2.3 Kết quả thực nghiệm 42 2.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng Pseudomonas 42 2 2.2 Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy và bảo quản chủng 52 Pseudomonas 2.3 Nghiên cứu lựa chọn chất mang và các giải pháp cố định tế 63 bào 2.4 Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến sữa 72 của hệ thống lọc sinh học có cố định vi khuẩn Pseudomonas monteilii 2.5 So sánh các phương pháp xử lý 75 III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 3.2 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 3 DANH MỤC VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical oxygen Demand) 2 BOD Nhu cầu oxi sinh hoá (Biochemical oxygen Demand) 3 SS Chất rắn lơ lửng (Suspended solid) 4 DO Oxi hòa tan (Dissolved oxygen) 5 ĐC Đối chứng 6 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 4 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1 Các phương pháp cố định tế bào 31 Hình 2 Sản phẩm PCR gen 16S rDNA của các chủng 47 Hình 3 Ảnh hưởng của hàm lượng pepton đến sự tổng hợp 54 proteaza Hình 4 Ảnh hưởng của hàm lượng MgCl2 đến sự tổng hợp 56 proteaza Hình 5 Ảnh hưởng của hàm lượng K2SO4 đến sự tổng hợp 56 proteaza Hình 6 Ảnh hưởng của hàm lượng NaCl đến sự tổng hợp proteaza 57 Hình 7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp proteaza 58 Hình 8 Động học quá trình sinh tổng hợp enzym proteaza 60 Hình 9 Hình ảnh miếng PU và cấu trúc bên trong của nó 65 Hình 10 Sơ đồ mô hình xử lý nước thải bằng lọc sinh học trong 72 phòng thí nghiệm. Hình 11 Sự thay đổi COD và BOD5 theo thời gian xử lý Hình 12 Sự thay đổi SS và TS theo thời gian xử lý Hình 13 Mô hình hệ thống xử lý kị khí 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1 So sánh 2 phương pháp lọc sinh học 15 Bảng 2 Danh sách các chủng giống được khảo sát về khả năng sinh 42 tổng hợp enzim proteaza và amylaza Bảng 3 Khả năng sinh tổng hợp enzim proteaza của các chủng 44 giống Bảng 4 Đặc điểm hình thái của các chủng nghiên cứu 46 Bảng 5 Phân loại các chủng dựa trên trình tự phân đoạn của 16S 50 rDNA Bảng 6 Hoạt lực enzym proteaza của các chủng Pseudomonas 51 Bảng 7 Ảnh hưởng của nguồn Nitơ đến hoạt lực của enzim 53 Bảng 8 Ảnh hưởng của pH đến quá trình tổng hợp proteaza 59 Bảng 9 Kết quả bảo quản chủng Pseudomonas monteilii bằng 61 phương pháp nuôi cấy trên môi trường thạch nghiêng và định kỳ cấy truyền Bảng 10 Kết quả bảo quản chủng Pseudomonas monteilii bằng 62 phương pháp đông khô 6 Bảng11 Ảnh hưởng chất mang PU, PS, PVC đến hiệu suất quá trình 66 xử lý Bảng 12 Ảnh hưởng chất mang PU, PS, PVC đến số lượng tế bào vi 67 sinh vật Bảng 13 Ảnh hưởng thời gian đến số lượng tế bào Pseudomonas 67 monteilii Bảng 14 Số lượng tế bào cố định trên chất mang có dùng trợ bám 69 dính Bảng 15 Số lượng tế bào cố định trên chất mang theo thời gian 70 Bảng 16 Hiệu suất quá trình xử lý nước thải khi sử dụng chất mang 71 có dùng chất trợ bám dính Bảng 17 Kết quả xử lý nước thải chế biến sữa bằng phương pháp lọc 73 sinh học Bảng 18 Hiệu suất xử lý nước thải của các phương pháp xử lý nước 77 thải khác nhau Bảng 19 So sánh hiệu quả xử lý của các phương pháp 78 7 I.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/XUẤT XỨ CỦA ĐỀ TÀI Đề tài được thực hiện theo hợp đồng nghiên cứu Khoa học và phát triển công nghệ với mã số 88.RD/HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm ký ngày 28 tháng 11 năm 2008.2 TÍNH CẤP THIẾT, MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, công nghiệp Việt Nam nói chung có bước phát triển mạnh.
Tỉ trọng công nghiệp trong nền kinh tế chiếm 41,25% (2005) tăng lên 42,2 % (2007) và mục tiêu sẽ đạt 44% (2020). Trong đó các ngành chế biến thực phẩm đóng góp một phần không nhỏ. Ngành công nghiệp chế biến sữa là một trong những ngành có tốc độ phát triển mạnh nhất. Sự phát triển của ngành này kéo theo rất nhiều tác động tích cực tới các ngành công, nông nghiệp có liên quan: chăn nuôi, chế biến thức ăn gia súc, thú ý… giải quyết được một lượng lớn lao động cho xã hội và đóng góp vào sự phát triển chung của nền kinh tế.
Tuy vậy, tác động tiêu cực về mặt môi trường do ngành này mang lại cũng rất lớn. Với đặc thù chung của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm là tiêu thụ một lượng lớn nước, ngành chế biến sữa còn thải ra nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ rất cao. Bên cạnh đó, các công trình nghiên cứu và triển khai các dự án về xử lý nước thải của Việt Nam còn hạn chế. Các công nghệ xử lý khác nhau thường dựa trên cơ sở công nghệ xử lý kị khí, hiếu khí, liên tục hoặc gián đoạn… đã và đang được áp dụng, nhưng nhìn chung đều chưa hoàn chỉnh, khả năng xử lý chưa cao và vẫn đang ở trong giai đoạn vừa nghiên cứu vừa ứng dụng thử nghiệm.
8 Phương pháp lọc sinh học là một trong những phương pháp xử lý nước thải có nhiều ưu điểm nổi bật, hiện đang là mối quan tâm của các nhà khoa học. Phương pháp này có khả năng xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ cao, thời gian lưu thủy lực ngắn, tạo điều kiện cho hệ vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải, quản lý vận hành đơn giản, chi phí xử lý thấp, dễ kết hợp với các quá trình xử lý nước thải khác…Trong phương pháp lọc sinh học, vai trò của các chủng vi khuẩn Pseudomonas là cực kì quan trọng, chúng có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ lớn, đây là tác nhân chính gây ô nhiễm nước thải của ngành công nghiệp thực phẩm. Với các chủng Psedomonas có hoạt lực tốt, sẽ nâng cáo hiệu suất xử lý nước thải của hệ thống, giảm thời gian lưu thủy lực, tiết kiệm chi phí và ổn định hệ thống trong thời gian dài. Bên cạnh vai trò quan trọng của chủng giống, công nghệ cố định tế bào cũng là một yếu tố quyết định đến sự hoạt động ổn định, khả năng xử lý, tiêu tốn năng lượng và hiệu suất xử lý của hệ thống.
Các chất mang cần phải đảm bảo khả năng bám dính tốt cho các vi sinh vật, có độ bền cao, độ rỗng lớn, không gây độc cho vi sinh vật và cũng không nhiễm độc cho nguồn nước. Thông thường, mỗi chủng vi sinh vật có đặc tính sinh học khác nhau và thích hợp với một vài loại chất mang nhất định. Các điều kiện cố định tế bào và loại chất mang luôn tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Trên cơ sở đó, trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu cố định một số chủng vi khuẩn Pseudomonas trong hệ thống lọc sinh học để xử lý nước thải công nghiệp chế biến sữa”, chúng tôi thực hiện nghiên cứu cố định vi khuẩn Pseudomonas được phân lập từ tự nhiên để áp dụng trong hệ thống lọc sinh học xử lý nước thải nhà máy chế biến sữa.
Mục tiêu của đề tài là tuyển chọn được chủng giống vi khuẩn Pseudomonas có hoạt lực tốt và xây dựng công nghệ cố định tế bào để xử lý nước thải công nghiệp chế biến sữa 9 1.3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng và phạm vi - Đối tượng nghiên cứu: vi sinh vật phân lập từ nước thải, đất (cống, xưởng sản xuất bia, sữa, sông), chất mang cho vi sinh vật, hệ thống xử lý nước thải - Phạm vi: Các chủng Pseudomonas, các nhà máy chế biến sữa.2 Nội dung nghiên cứu - Tuyển chọn một số chủng vi khuẩn Pseudomonas có hoạt lực cao trong xử lý nước thải - Nghiên cứu lựa chọn chất mang và giải pháp cố định các vi khuẩn Pseudomonas lên các chất mang phù hợp trong hệ thống lọc sinh học xử lý nước thải - Bước đầu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến sữa của hệ thống lọc sinh học có cố định vi khuẩn Pseudomonas so với các phương pháp truyền thống.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tình hình ô nhiễm do các ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam Hiện trạng ô nhiễm môi trường của Việt Nam trong thời gian gần đây đã đến mức phải báo động. Sự phát triển không đồng bộ giữa cơ sở sản xuất công nghiệp và các cơ sở hạ tầng đi kèm như: hệ thống thoát nước, hệ thống thu gom nước thải, hệ thống xử lý nước thải…đã làm cho môi trường nước tại các khu vực sản xuất công nghiệp đang ngày bị ô nhiễm trầm trọng hơn. 10 Với đặc thù riêng của ngành chế biến công nghiệp thực phẩm là ô nhiễm hữu cơ mạnh, lượng nước thải lớn. Nếu không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu thì tác động tiêu cực tới môi trường là vô cùng lớn.
