MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của các nhà máy chế biến nông sản (đồ hộp từ dứa, dưa chuột bao tử, cà chua, ngô ngọt .) một vấn đề đang làm bức xúc các nhà sản xuất đó là: nước thải, phế thải từ các quá trình chế biến. Chất thải của các nhà máy chế biến đồ hộp rau quả có hàm lượng các chất hữu cơ rất cao (các loại đường đơn, axit hữu cơ, protein, xenluloza …), đây là nguồn dinh dưỡng thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật sinh trưởng. Sự sinh trưởng của các vi sinh vật trong môi trường nước thải giàu hữu cơ từ nông sản khi không có sự kiểm soát của con người thường tạo ra các sản phẩm có mùi hôi thối tác động xấu tới môi trường sinh thái. Do vậy, các chất thải cần phải được xử lý trước khi thải ra môi trường tự nhiên.
Có nhiều phương pháp xử lý nước thải hữu cơ khác nhau như: Phương pháp cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học. Đối với nước thải hữu cơ thì phương pháp xử lý sinh học sẽ có hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường hơn, có nhiều ưu điểm cả về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Trong các nghiên cứu xử lý nước thải thì việc dùng biện pháp sinh học đang là ưu tiên hàng đầu. Viê ̣c phân hủy chấ t hữu cơ dựa trên các vi sinh vâ ̣t tự nhiên có sẵn trong nước thải còn gă ̣p nhiề u ha ̣n ch ế như thời gian phân hủy lâu, quá trình phân hủy chưa triê ̣t để.
Do đó, cầ n tuyể n cho ̣n những chủng vi sinh vật (VSV) thích hợp bổ sung vào bên cạnh những VSV có sẵn để có thế giúp cho quá trình xử lý đạt kết quả tốt hơn [1]. Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzym nhằm định hướng ứng dụng trong xử lý nước thải hữu cơ” được thực hiện là cần thiết. Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT K16 LUONG download3 : add Viện luanvanchat@agmail.com Sinh thái và Tài nguyên sinh vật Luận văn Thạc sĩ sinh học Nguyễn Thị Hồng Hà PHẦN I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI HỮU CƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.
Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu cơ trên thế giới Sự phát triển của phương pháp thứ cấp để xử lý nước thải trong những năm đầu thế kỷ XX được cho là cải tiến đáng kể nhất đối với y tế công cộng và môi trường trong suốt thời gian này, đó là việc phát minh ra "bùn hoạt tính" cho quy trình xử lý nước thải. Gilbert Fowler và cộng sự tại Đại học Manchester được tiến hành tại Trạm Thí nghiệm Lawrence ở Massachusetts liên quan đến việc sục khí vào nước thải trong bình đã được phủ một lớp tảo. Các đồng nghiệp của Fowler, Edward Ardern và William Lockett, những người đã triển khai nghiên cứu cùng với Văn phòng công ty đường sông Manchester ở công trình xử lý nước thải Davyhulme. Thí nghiệm trên được thực hiện trong một lò phản ứng bằng cách hút ra và thu vào, việc xử lý cho hiệu quả cao hơn.
Họ sục khí liên tục cho nước thải trong khoảng một tháng và kết quả đạt được là nitrat hóa hoàn toàn các nguyên liệu mẫu. Điều đó chỉ ra rằng bùn đã hoạt hóa các chất (một cách tương tự như than hoạt tính) quá trình được đặt tên là bùn hoạt tính. Kết quả đã được công bố trong công trình tại Hội thảo 1914, và lần đầu tiên một hệ thống quy mô đầy đủ với dòng chảy liên tục được lắp đặt tại Worcester hai năm sau đó. Do hậu quả của chiến tranh thế giới thứ nhất phương pháp xử lý mới được truyền bá nhanh chóng, đặc biệt là Hoa Kỳ, Đan Mạch, Đức và Canada [26].
Vào cuối những năm 1930, việc xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là quá trình chủ yếu được sử dụng trên toàn thế giới. Trong bùn hoạt tính có nhiều chi vi sinh vật khác nhau : Actinomyces, Arthrobacer, Bacillus, Bacterium, Corynebacterium, Desulfotomacillium, Micrococcus, Pseudomonas, Sarcina … Chúng oxy hóa rượu , axit béo , paraffin, hydrocacbon và các hợp chất khác. Ở Mỹ, hàm lượng nitơ trong nước thải thường dao động trong khoảng 20 ÷ 85 mg/l trong đó nitơ ở dạng hợp chất hữu cơ trung bình từ 8 ÷ 35 mg/l, hàm lượng NH3 từ 12 ÷ 50 mg/l. Hàm lượng photphat trong nguồn nước không ô nhiễm nhỏ hơn 0,01 mg/l.
Theo quy định của Hà Lan, tiêu chuẩn của Việt Nam, hàm lượng Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT K16 LUONG download4 : add Viện luanvanchat@agmail.com Sinh thái và Tài nguyên sinh vật Luận văn Thạc sĩ sinh học Nguyễn Thị Hồng Hà photphate trong nước uống không được vượt quá 6 mg/l. Theo tiêu chuẩn của cộng đồng chung châu Âu, trong nước sinh hoạt, hàm lượng photphat không được vượt quá 2,18 mg/l [4]. Xử lý nước thải của quá trình chế biến rau quả các nhà khoa học Thái Lan đã sử dụng chủng nấm men Candida utilis CBS1517 có khả năng đồng hóa tốt các loại đường và axit hữu cơ có nhiều trong thành phần nước thải, kết quả thu được cho thấy sau 96 giờ xử lý trong điều kiện phòng thí nghiệm là COD giảm 89,9 % và pH tăng từ 3,5 lên 8,5 [36]. Mô ̣t số kế t quả nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lơ ̣n bằ ng quá triǹ h SBR hoă ̣c tương tự đươ ̣c tổ ng hơ ̣p : Trong nghiên cứu của Bortone G.
(1992) hiệu quả xử lý COD và T-N của quá trình SBR cấp nước một lần đạt khá cao, tương ứng là khoảng 93 % và 88 ÷ 93 %. Tải trọng COD và T-N cũng đạt cao lần lượt là 0,37 kg/(m3.ngày) và 0,13 kg/(m3. Nghiên cứu của Chang Won Kim (2000) hiệu quả xử lý COD ở chế độ cấp nước một lần đạt 57 ÷ 87 %. Tải trọng COD và T-N lần lượt là 1,0 kg/(m3.ngày) và 0,2 kg/(m3.
Quá trình sục khí luân phiên cấp nước liên tục trong nghiên c ứu của Jiang Cheng (2011) cho hiệu quả xử lý khá cao, của COD là 57 %, T-N là 91 % [31]. Nghiên cứu của Mohammad N. Trong nghiên cứu của Zang và đồng tác giả (2006) cho hiệu quả xử lý cao hơn cả, đối với cả COD và T-N tương ứng là 96,3 % và 97,5 %; tải trọng COD và T-N cũng đạt rất cao lần lượt là 2,1 kg/(m3.ngày) và 0,28 kg/(m3.ngày), nước thải trong nghiên cứu này có COD và tỉ lệ COD/T-N rất cao và các tác giả đã đưa thêm các giai đoạn kỵ khí vào trước và giữa các giai đoạn thiếu khí/hiếu khí, do đó đã nâng cao được tải trọng xử lý COD. Mặt khác, các tác giả đã thực nghiệm ở thời gian lưu tương đối lớn, tỉ lệ COD/T-N và tỉ lệ lưu nước (n=9) rất cao, vì vậy cũng đã nâng cao được hiệu suất xử lý T-N [38].
Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu cơ ở Việt Nam Xử lý nước thải hiện nay luôn là vấn đề thời sự nóng bỏng và nổi cộm ở Việt Nam hiện nay, theo dự báo của Tổ chức Kinh tế thế giới thì Việt Nam sẽ là một trong những nước có tốc độ phát triển kinh tế vào loại nhanh trên thế giới với tốc độ tăng trưởng được dự báo là 7 % trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, việc tăng trưởng kinh Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT K16 LUONG download5 : add Viện luanvanchat@agmail.com Sinh thái và Tài nguyên sinh vật Luận văn Thạc sĩ sinh học Nguyễn Thị Hồng Hà tế một cách nhanh chóng và mạnh mẽ cũng đồng thời tạo nên những thách thức áp lực tác động về mặt môi trường, trong đó, tác động của chất thải rắn và nước thải đang là vấn đề nổi cộm ở Việt Nam. Hiện nay, ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo báo cáo môi trường Quốc gia năm 2010 của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, từ năm 2007 đến năm 2009, ô nhiễm môi trường nước mặt ở tất cả các chỉ số đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Các chỉ số COD, BOD đều vượt quá tiêu chuẩn từ 5 ÷ 10 lần. Hàm lượng NH4+ trong môi trường nước mặt của sông Nhuệ, sông Đáy và sông Cầu đều vượt quy chuẩn cho phép QCVN 40:2011/BTNMT cho nước mặt phù hợp với việc bảo tồn động thực vật thủy sinh là là 0,2 mg/l [17]. Nước thải chăn nuôi là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Hàm lượng nitơ tổng số nước thải chăn nuôi nằm trong khoảng từ 512 ÷ 594 mg/l, trong đó NH3 từ 304 ÷ 471 mg/l, hàm lượng photpho tổng số từ 13,8 ÷ 62 mg/l [6].
Ngày nay, cùng với sự phát triển của dân số, rác thải sinh hoạt ngày một gia tăng, nước rỉ rác từ các hố chôn lấp tại khu xử lý rác thải gây ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm quanh khu vực. Tổng hàm lượng nitơ trong nước thải rỉ rác dao động trong khoảng từ 200 ÷ 2000 mg/l, hàm lượng amoni cao, trung bình 200 mg/l, trong khi đó tiêu chuẩn cho phép là 0,2 mg/l [11]. Với xu hướng hội nhập nền kinh tế quốc tế, đặc biệt từ khi Việt Nam gia nhập WTO, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hoá đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về khối lượng, đa dạng về chủng loại và đang là vấn đề cấp bách của xã hội, đòi hỏi phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nước thải. Hiện nay công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trên thế giới và Việt Nam chủ yếu là sử dụng các biện pháp sinh học, trong đó phương pháp xử lý hiếu khí và xử lý kị khí là phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí và hiếu khí.
Kết quả nghiên cứu của Vũ Thúy Nga và các cộng sự cho thấy có thể cải thiện chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn bằng chế Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT K16 LUONG download6 : add Viện luanvanchat@agmail.com Sinh thái và Tài nguyên sinh vật Luận văn Thạc sĩ sinh học Nguyễn Thị Hồng Hà phẩm vi sinh vật.