BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Đỗ Văn Tuân NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY MỘT SỐ THÀNH PHẦN HYDROCARBON CÓ TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU CỦA MÀNG SINH HỌC TỪ VI SINH VẬT ĐƯỢC GẮN TRÊN VẬT LIỆU MANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Đỗ Văn Tuân NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN HỦY MỘT SỐ THÀNH PHẦN HYDROCARBON CÓ TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU CỦA MÀNG SINH HỌC TỪ VI SINH VẬT ĐƯỢC GẮN TRÊN VẬT LIỆU MANG Chuyên ngành: Vi sinh vật học Mã sỗ: 9420107 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Lê Thị Nhi Công 2. Đồng Văn Quyền Hà Nội – Năm 2022 i Lời cảm ơn Để hoàn thành luận án này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Lê Thị Nhi Công, Trưởng phòng Công nghệ sinh học môi trường - Viện Công nghệ sinh học và PGS.
Đồng Văn Quyền, Phó Viện trưởng Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam đã trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và thực hiện nghiên cứu đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo Học viện Khoa học & Công nghệ, Viện Công nghệ sinh học, các đồng chí lãnh đạo và cán bộ phòng Đào tạo - Học viện Khoa học & Công nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và nghiên cứu. Tôi cũng chân thành cảm ơn ThS. Bùi Thị Hải Hà, phụ trách đào tạo Viện Công nghệ sinh học đã giúp đỡ tôi hoàn thành những thủ tục cần thiết trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu đề tài và bảo vệ luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Chương trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước “Nghiên cứu tạo màng sinh học (biofilm) từ vi sinh vật dùng trong xử lý ô nhiễm dầu mỏ” đã cấp kinh phí cho đề tài mã số KC.21/11-15 cho nhóm nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đơn vị: phòng Thí nghiệm trọng điểm gen - Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam; phòng Vi sinh vật học - Học viện Quân y 103; phòng Thí nghiệm siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh dịch tễ trung ương; phòng Sinh thái vi sinh vật- Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội; phòng Hóa học phân tích - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam đã phối hợp thực hiện một số kết quả trong luận án. Trong thời gian qua, tôi đã nhận được sự hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi từ các đồng chí lãnh đạo, cán bộ phòng Công nghệ sinh học môi trường - Viện Công nghệ sinh học, Ban Giám hiệu và phòng chức năng thuộc trường Cao đẳng Sơn La, cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các đồng nghiệp, nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến những người thân trong gia ii đình, những người bạn thân thiết đã luôn bên cạnh động viên và khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn! Nghiên cứu sinh Đỗ Văn Tuân iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cùng cộng tác với các cộng sự khác; Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả; Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Đỗ Văn Tuân iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………. Tổng quan về nước thải nhiễm dầu………………………………. Nguồn phát sinh của nước thải nhiễm dầu………………………….
Đặc tính của nước thải nhiễm dầu…………………………………… 4 1. Tác hại của nước thải nhiễm dầu……………………………………. Một số công nghệ ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm dầu…. Công nghệ lọc màng………………………………………………… 7 1.
Công nghệ oxy hóa nâng cao………………………………………. Màng sinh học và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm dầu…………… 10 1. Sự hình thành và cấu trúc biofilm. Vai trò của biofilm đối với vi sinh vật.
Ứng dụng của biofilm trong xử lý ô nhiễm dầu……………………. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Vật liệu nghiên cứu………………………………………………… 24 2. Hóa chất, môi trường nuôi cấy……………………………………….
Vật liệu mang vi sinh………………………………………………. Thiết bị nghiên cứu…………………………………………………. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………. Nhóm phương pháp nghiên cứu vi sinh vật………………………….
Nhóm phương pháp phân tích hóa học……………………………… 31 2. Đánh giá khả năng hình thành biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang…………………………………………………………………. Đánh giá khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang………………………………. Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 50 lít…………………………………………… ……………….
Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm hỗn hợp chủng vi sinh vật trên vật v liệu mang ở quy mô 300 lít…………………………………………. Đánh giá khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm hỗn hợp chủng vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 20m3…………………………………………… 40 2. Phương pháp xử lý số liệu…………………………………………. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU………………………………….
Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật…………………. Tính đối kháng của các chủng vi sinh vật………………………… 44 3. Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật trên vật liệu mang………………………………………………………………… 45 3. Khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang……………………….
Khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang mút xốp…………………………………. Khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang cellulose………………………………… 50 3. Khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang xơ dừa…………………………………. Khả năng phân hủy dầu DO và hydrocarbon thơm của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang sỏi nhẹ………………………………….
Khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang………………… 53 3. Chất lượng nước thải nhiễm dầu……………………………………. Khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở quy mô 50 lít……………………………………………………………………. Khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở hệ thống 300 lít…………………………………………………………………….
Khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang ở hệ thống 20m3……………………………………………………. Định tên và con đường chuyển hoá sec-hexylbenzene của Trichosporon sp.1 Khả năng hình thành biofilm của chủng B1…………………………….2 Kết quả định danh chủng B1…………………………………………… 73 3.3 Sự phân hủy sec-hexylbenzene của chủng Trichosporon asahii B1.4 Con đường phân hủy sec-hexylbenzene của chủng Trichosporon asahii B1. BÀN LUẬN KẾT QUẢ……………………………………. Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật trên vật liệu mang………………………………………………………………… 82 4.
Khả năng phân hủy các thành phần hydrocarbon trong nước thải nhiễm dầu của biofilm vi sinh vật trên vật liệu mang………………………………………………………………… 84 4. Con đường chuyển hoá sec-hexylbenzene của Trichosporon asahii B1……………………………………………………………. 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………… 90 NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN LUẬN ÁN…………………………………………………………………… 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………. 93 PHỤ LỤC vii BẢNG CHỮ VIẾT TẮT Chữ Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt viết tắt Assocciation of Southeast Asian Hiệp hội các quốc gia Đông ASEAN Nations Nam Á BAF Biological aerated filter Công nghệ lọc hiếu khí CFU Colony forming unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc MPN Most probable number Số lượng có thể nhất DAF Dissolved air flotation Tuyển nổi áp lực DO Diesel oil Dầu diesel EPS Extracellular polymeric substance Mạng lưới các chất ngoại bào GC Gas chromatography Sắc ký khí Gas chromatography Mass GCMS Sắc ký khí ghép nối khối phổ spectrometry h Hour Giờ HKTS Hiếu khí tổng số High performance liquid HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao chromatography The international Tanker Owners Hiệp hội các tàu chở dầu Quốc ITOPF Pllution Federation Limited tế Công nghệ biofilm chuyển MBBR Moving bed biofilm rector động MBR Membrane bioreactors Màng lọc sinh học Cơ quan quản lý khí quyển và NOAA National Oceanic and Atmospheric đại dương Mỹ PAH Polycyclic aromatic hydrocarbon Hydrocacbon vòng thơm QCVN Quy chuẩn Việt Nam RBC Rotating biological contactor Hệ thống đĩa quay sinh học Công nghệ tấm bùn kỵ khí UASB Upflow anaerobic sludge blanket ngược dòng viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nồng độ dầu trong một số loại nước thải…………………….1 Các chủng vi sinh vật phần hủy dầu sử dụng………………….2 Thành phần môi trường sử dụng trong nghiên cứu…………… 25 Bảng 2.3 Các loại vật liệu mang………………………………………… 26 Bảng 2.4 Các thiết bị được sử dụng trong luận án.1 Khả năng tạo biofilm của hỗn hợp chủng vi sinh vật trên vật liệu mang……………………………………………………… 45 Bảng 3.2 Cấu trúc của vật liệu mang trước và sau khi tạo biofilm trên kính hiển vi điện tử quét……………………………………….3 Kết quả phân tích các chỉ tiêu thử nghiệm nước thải ở kho xăng dầu Đỗ Xá- Thường Tín- Hà Nội……………………….4 Biến động mật độ vi sinh trên vật liệu mang xốp mút trong quá trình xử lý………………………………………………… 56 Bảng 3.5 Khả năng phân hủy phenol và PAH trong nước thải nhiễm dầu của biofilm trên vật liệu mang mút xốp……………………….6 Biến động mật độ vi sinh trên vật liệu mang cellulose trong quá trình xử lý………………………………………………… 57 Bảng 3.7 Khả năng phân hủy phenol và PAH trong nước thải nhiễm dầu của biofilm trên vật liệu mang cellulose……………………… 58 Bảng 3.8 Khả năng phân hủy phenol và PAH trong nước thải nhiễm dầu của biofilm trên vật liệu mang xơ dừa………………………… 59 Bảng 3.9 Biến động mật độ vi sinh trên vật liệu mang xơ dừa trong quá trình xử lý…………………………………………………….10 Biến động mật độ vi sinh trên vật liệu mang sỏi nhẹ trong quá trình xử lý…………………………………………………….11 Khả năng phân hủy phenol và PAH trong nước thải nhiễm dầu của biofilm trên vật liệu mang sỏi nhẹ……………………….12 Khả năng phân hủy phenol và PAH trong nước thải nhiễm dầu của biofilm trên vật liệu xơ dừa ở hệ thống 300 lít/mẻ……….13 Chất lượng nước thải nhiễm dầu tại kho xăng dầu Đỗ Xá…….14 Chất lượng nước thải nhiễm dầu đầu vào cho xử lý sinh học… 69 Bảng 3.15 Biến động mật độ vi sinh trên vật liệu mang trong quá trình xử lý……………………………………………………………….16 Hiệu quả xử lý các thành phần phenol và PAH của hệ thống 20m3…………………………………………………………… 71 Bảng 3.17 Chất lượng nước thải đầu ra………………………………….18 Kết quả phân loại bằng Kit chuẩn sinh hóa API 20 C AUX của chủng B1.19 Cấu trúc hóa học của các sản phẩm trung gian.
