Luận văn thạc sĩ về vi khuẩn chuyển hóa ammonium và xử lý nước thải thủy sản

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ sinh học phân lập vi khuẩn có khả năng chuyển hóa ammonium từ bùn ao nuôi cá tra và thử, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Võ Thị Ngọc Ánh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đức Lượng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Phân lập vi khuẩn có khả năng chuyển hóa ammonium từ bùn ao nuôi cá tra và thử nghiệm xử lý nước thải thủy sản
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Ngành nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam, đặc biệt là nuôi cá tra, đang phát triển mạnh mẽ nhưng cũng gặp phải nhiều thách thức về ô nhiễm môi trường. Ô nhiễm nitơ, đặc biệt là do ammonium, là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sức khỏe sinh thái của ao nuôi. Việc xử lý nước thải từ các ao nuôi cá tra trước khi xả ra môi trường là cần thiết để bảo vệ hệ sinh thái và sức khỏe con người. Nghiên cứu này nhằm tìm kiếm các chủng vi khuẩn có khả năng chuyển hóa ammonium từ bùn ao nuôi cá tra để xử lý hiệu quả nước thải, góp phần cải thiện tình hình ô nhiễm và phát triển bền vững ngành thủy sản.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân lập và xác định khả năng chuyển hóa ammonium của các chủng vi khuẩn từ bùn ao nuôi cá tra. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy để tăng cường khả năng sinh trưởng và hoạt động của các chủng vi sinh vật. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sẽ thử nghiệm khả năng xử lý nước thải thủy sản của các chế phẩm vi khuẩn đã được tối ưu hóa. Mục tiêu này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra các giải pháp bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản.

III. Tình hình nuôi cá tra ở Việt Nam

Cá tra (Pangasius hypophthalmus) là một trong những sản phẩm chủ lực của ngành nuôi trồng thủy sản Việt Nam, đặc biệt ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Ngành nuôi cá tra đã có sự phát triển mạnh mẽ, với sản lượng lớn và xuất khẩu sang nhiều thị trường quốc tế. Tuy nhiên, sự gia tăng sản lượng cũng kéo theo những vấn đề về ô nhiễm môi trường do việc thải ra lượng lớn chất thải chứa ammonium và các hợp chất độc hại khác. Việc nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết để duy trì sự phát triển bền vững của ngành.

IV. Phân lập và xác định khả năng chuyển hóa ammonium

Nghiên cứu đã tiến hành phân lập 22 chủng vi khuẩn từ bùn ao nuôi cá tra và xác định khả năng chuyển hóa ammonium của các chủng này. Kết quả cho thấy có 19 chủng có khả năng giảm ammonium lên đến 80% sau 72 giờ nuôi cấy. Chủng N15, được xác định là Pseudomonas knackmussii, có khả năng giảm 91,1% ammonium. Việc xác định và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa ammonium của chủng này là một bước quan trọng trong nghiên cứu, giúp phát triển các chế phẩm sinh học hiệu quả cho xử lý nước thải.

V. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào việc phát triển các chế phẩm sinh học có khả năng xử lý nước thải thủy sản mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường nước trong các ao nuôi cá tra. Việc sử dụng các chủng vi khuẩn có khả năng chuyển hóa ammonium sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe của hệ sinh thái thủy sản. Hơn nữa, nghiên cứu còn mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước thải trong ngành thủy sản, hướng đến phát triển bền vững và an toàn cho môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM VÕ THỊ NGỌC ÁNH PHÂN LẬP VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA AMMONIUM TỪ BÙN AO NUÔI CÁ TRA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ NƢỚC THẢI THỦY SẢN Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số : 60 42 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, tháng 7 năm 2017 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƢỢNG Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN TIẾN THẮNG Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS LÊ PHI NGA Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 28 tháng 07 năm 2017.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS NGUYỄN THÚY HƢƠNG 2.TS NGUYỄN TIẾN THẮNG 3.TS LÊ PHI NGA 4. PHAN THỊ HUYỀN 5. HOÀNG MỸ DUNG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ THỊ NGỌC ÁNH MSHV: 1570252 Ngày, tháng, năm sinh: 20/07/1992 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số : 60420201 I.

TÊN ĐỀ TÀI: Phân lập vi khuẩn có khả năng chuyển hóa ammonium từ bùn ao nuôi cá tra và thử nghiệm xử lý nƣớc thải thủy sản. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Phân lập và xác định khả năng chuyển hóa ammonium của các chủng vi khuẩn từ bùn ao nuôi cá tra.  Định danh và tối ƣu hóa môi trƣờng nuôi cấy chủng vi khuẩn chuyển hóa ammonium cao nhất.  Sản xuất thử nghiệm tạo chế phẩm và thử nghiệm khả năng chuyển hóa ammonium trong nƣớc thải ao nuôi cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/08/2016 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2017 IV.CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƢỢNG Tp. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực hiện Luận văn, ngoài sự nổ lực của bản thân, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự ủng hộ, giúp đỡ từ gia đình, thầy cô, anh chị và bạn bè. Trƣớc tiên, con xin thành kính cảm ơn gia đình, nơi đã sinh thành, nuôi dƣỡng và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho con.

Em xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Bách Khoa TP.HCM, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Hóa học trƣờng Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tạo điều kiện để em đƣợc thực hiện Luận văn. Nguyễn Đức Lƣợng đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ dạy và trang bị cho em những kiến thức cần thiết nhất để em hoàn tất nghiên cứu này. Thầy Bùi Hồng Quân trƣờng Đại học Công nghiệp TP.HCM đã giảng dạy, chỉ dẫn em trong quá trình nghiên cứu đề tài. Toàn thể các Thầy, Cô trong Bộ môn Công nghệ Sinh học và Thầy, Cô quản lý Phòng thí nghiệm đã hƣớng dẫn, truyền đạt các kiến thức khoa học cũng nhƣ kinh nghiệm nghiên cứu cho em.

Tập thể các anh (chị) ở Trạm Thủy sản và các anh (chị) quản lý ao nuôi cá tra ở Thị trấn Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp để tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thu nhận mẫu nghiên cứu. Anh (chị) và các bạn lớp Cao học Công nghệ sinh học 2014 và 2015, các bạn sinh viên Đại học đã luôn chia sẻ, động viên và nhiệt tình giúp đỡ mình trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ thời gian thực hiện đề cƣơng. Xin chân thành cảm ơn tất cả. Chúc mọi ngƣời sức khỏe và thành công! TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017 VÕ THỊ NGỌC ÁNH iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Từ mẫu bùn của ba ao nuôi cá ở tỉnh Đồng Tháp, chúng tôi đã phân lập đƣợc 22 chủng vi khuẩn có khả năng giảm ammonium trên môi trƣờng Ammonium - Calcium - Carbonate.

Có 19 chủng có khả năng giảm ammonium đến 80% sau 72 giờ nuôi cấy với hàm lƣợng NH4+ ban đầu là 93±1,0 mg/L. Trong đó, chủng N15 giảm đến 91,1% NH4+ sau 72 giờ và đƣợc xác định là Pseudomonas knackmussii. Tối ƣu hóa môi trƣờng nuôi cấy P.knackmussii bằng ma trận Plackett - Burman cho kết quả ba yếu tố ảnh hƣởng nhất đến mật độ tế bào là (NH4)2SO4, FeSO4. Ma trận quy hoạch thực nghiệm RSM - CCD cho kết quả mật độ tế bào P.

Mật độ tế bào P.knackmussii cố định trong chế phẩm là 5,76. Hàm lƣợng ammonium trong nƣớc thải ao nuôi cá tra giảm 83,44% sau 3 ngày và 91,72% sau 7 ngày xử lý bằng chế phẩm. From the sediment samples of three fish ponds in Dong Thap Province, 22 bateria strains which are capble of reducing ammonium in the Ammonium - Calcium - Carbonate medium were isolated. There 19 strains that reduced the ammonium to 80% after 72 hours of culture with an initial NH4+ content of 93±1.

The N15 strain reduce ammonium to 91.1% after 72 hours of culture and which has been identified as Pseudomonas knackmussii.knackmussii’s culture medium by the Plackett - Burman matrix shows that three factors that affect mostly to the cell density are (NH4)2SO4, FeSO4.7H2O and NaCl (reliability α=0. The RSM - CCD experimental planning matrix shows that the P.knackmussii cell density is 8. The cell density of fixed P.knackmussii in the product is 5. The ammonium content in wastewater of catfish ponds decreased 83.44% after 3 days and decreased 91.72% after 7 days of treatment with product.

iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi. Tất cả các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong thời gian trƣớc đây bởi tác giả khác. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2017 TÁC GIẢ VÕ THỊ NGỌC ÁNH v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ. ii LỜI CẢM ƠN.

iii TÓM TẮT LUẬN VĂN. iv LỜI CAM ĐOAN. vi DANH MỤC HÌNH. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU.

ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. Tính cấp thiết của đề tài. Luận điểm mới của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Tình hình nuôi cá tra ở Việt Nam. Tình hình ô nhiễm nitơ trong ao nuôi cá tra.

Nguồn gốc và độc tính của TAN. Nguồn gốc TAN. Độc tính của TAN. Loại thải TAN bằng vi sinh vật trong môi trƣờng thủy sản.

Vai trò của Pseudomonas trong ao nuôi thủy sản. Chế phẩm xử lý ao nuôi thủy sản. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP. Dụng cụ, thiết bị.

Môi trƣờng, hóa chất. Phƣơng pháp nghiên cứu. Phƣơng pháp thu mẫu bùn ao nuôi. Phƣơng pháp phân lập và giữ giống.

Định danh sơ bộ bằng đại thể, vi thể và sinh hóa. Thử nghiệm khả năng chuyển hóa ammonium. Giải trình tự 16S rRNA của chủng có hoạt tính cao nhất. Thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hƣởng đến mật độ tế bào vi khuẩn Pseudomonas knackmussii.

Tối ƣu hóa mật độ tế bào Pseudomonas knackmussii. Sản xuất thử nghiệm tạo chế phẩm Pseudomonas knackmussii. Xử lý ammonium trong nƣớc thải ao nuôi cá tra. Xử lý thống kê.

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN. Kết quả thu mẫu bùn ao nuôi cá tra. Kết quả phân lập. Kết quả định danh sơ bộ.

Kết quả chuyển hóa ammonium. Kết quả định danh. Kết quả sàng lọc môi trƣờng tối ƣu. Kết quả tối ƣu hóa sinh khối chủng Pseudomonas knackmusssii.

Kết quả sản xuất thử nghiệm tạo chế phẩm Pseudomonas knackmussii. Kết quả xử lý nƣớc ao nuôi thủy sản. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO. A vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.

Sự phân bố của ngành nuôi cá tra ở ĐBSCL, Việt Nam. Sản lƣợng cá tra so với tổng sản lƣợng nuôi trồng thủy sản Việt Nam. Xu hƣớng tăng sản lƣợng cá tra xuất khẩu và thị trƣờng xuất khẩu. Biểu đồ sản lƣợng cá tra (tấn) tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long tháng 3/2016 và tháng 3/2017.

Biểu đồ diện tích nuôi cá tra (ha) tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long tháng 3/ 2016 và tháng 3/2017. Chu trình chuyển hóa nitơ trong ao nuôi. Vòng tuần hoàn của nitơ. Sự tạo thành mạng lƣới tinh thể zeolite.

Một số hình dạng khuẩn lạc của các chủng vi khuẩn. Một số hình dạng tế bào của các chủng vi khuẩn. Biểu đồ thể hiện nồng độ NH4+ (mg/L) trong 72 giờ ở nồng độ 93±1,0 mg/L xử lý bằng vi khuẩn N15, N17, N22. Biểu đồ thể hiện nồng độ NH4+ (mg/L) trong 72 giờ ở nồng độ 10±0,5 mg/L xử lý bằng vi khuẩn N15, N17, N22.

Hình khuẩn lạc và tế bào của chủng N15. Kết quả giải trình tự 16S rRNA của chủng N15. Bề mặt đáp ứng mật độ tế bào theo (NH4)2SO4 và FeSO4. Bề mặt đáp ứng mật độ tế bào theo NaCl và FeSO4.

Bề mặt đáp ứng mật độ tế bào theo (NH4)2SO4 và NaCl. Chế phẩm sau khi sấy khô. Biểu đồ thể hiện sự biến động ammonium sau 7 ngày xử lý. Biểu đồ thể hiện sự biến động nitrite sau 7 ngày xử lý.

Biểu đồ thể hiện sự biến động nitrate sau 7 ngày xử lý. Biểu đồ thể hiện sự biến động pH sau 7 ngày xử lý. 72 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Lịch sử phát triển ngành nuôi cá tra.

Bảng thống kê hàm lƣợng sử dụng của các yếu tố trƣớc khi thiết kế ma trận Plackett - Burman. Các yếu tố và mức sàng lọc môi trƣờng nuôi cấy thu sinh khối chủng P. Các yếu tố và mức khảo sát trong ma trận Plackett - Burman. Ma trận thiết kế Plackett - Burman.

Hàm lƣợng ba yếu tố trong RSM - CCD. Quy hoạch thực nghiệm RSM - CCD tối ƣu hóa mật độ tế bào P. Hình dạng khuẩn lạc và tế bào của 22 chủng vi khuẩn. Kết quả định danh sơ bộ vi khuẩn phân lập từ bùn ao nuôi cá tra.

Ảnh hƣởng của thời gian đến chuyển hóa ammonium ở nồng độ 93±1,0 mg/L của vi khuẩn đã phân lập. Ảnh hƣởng của thời gian đến chuyển hóa ammonium ở nồng độ 10±0,5 mg/L của vi khuẩn đã phân lập. Kết quả mật độ tế bào chủng P.knackmussii trên môi trƣờng sàng lọc. Kết quả ma trận thiết kế thí nghiệm Plackett - Burman.

Các yếu tố trong ma trận Plackett - Burman và mức ảnh hƣởng. Nồng độ 3 yếu tố thí nghiệm trong RSM - CCD .