Luận văn thạc sĩ phân lập tuyển chọn và đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt chịu ph và sinh tổng hợp cellulase để xử lý nước thải nhà máy giấy

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phân lập tuyển chọn và đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt chịu ph và sinh tổng hợp, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Vũ Thị Dinh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Liên Hà
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Vi Khuẩn Chịu Nhiệt Và Cellulase Xử Lý Nước Thải Giấy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình phát triển của ngành sản xuất giấy và bột giấy
• 1.2. Sự phát triển của công nghiệp giấy trên thế giới
• 1.3. Sự phát triển của ngành giấy ở Việt Nam
• 1.4. Công nghệ sản xuất giấy - bột giấy và đặc tính của nước thải
• 1.5. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính của nước thải
• 1.6. Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) và đặc tính nước thải
• 1.7. Công nghệ xử lý nước thải nhà máy giấy
• 1.8. Các giải pháp công nghệ vi sinh ứng dụng xử lý nước thải
• 1.9. Phương pháp yếm khí
• 1.10. Nguyên tắc chung xử lý yếm khí
• 1.11. Quá trình công nghệ xử lý yếm khí
• 1.12. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất công nghệ xử lý yếm khí
• 1.13. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí
• 1.14. Nguyên tắc xử lý hiếu khí
• 1.15. Quy trình công nghệ xử lý hiếu khí
• 1.16. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý hiếu khí
• 1.17. Vi sinh vật phân giải cellulose
• 1.18. Giới thiệu chung về vi sinh vật phân giải cellulose
• 1.19. Đặc điểm của loài Bacillus trong ứng dụng xử lý nước thải
• 1.20. Chế phẩm vi sinh trong công nghệ xử lý nước thải
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
• 2.3. Thiết bị và dụng cụ
• 2.4. Hóa chất và môi trường
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Phương phân tích xác định các thông số chất lượng nước thải
• 2.7. Hàm lượng các chất rắn lơ lửng
• 2.8. Chỉ số thể tích bùn
• 2.9. Phương pháp phân lập các chủng vi khuẩn
• 2.10. Phương pháp tuyển chọn chủng có hoạt tính cellulase
• 2.11. Định danh vi khuẩn
• 2.12. Phương pháp định danh dựa trên đặc tính sinh lý, sinh hóa
• 2.13. Định danh bằng phương pháp sinh học phân tử
• 2.14. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của chủng
• 2.15. Chuẩn bị giống
• 2.16. Các yếu tố khảo sát
• 2.17. Phương pháp xác định mật độ vi khuẩn
• 2.18. Phương pháp tạo chế phẩm
• 2.19. Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhà máy giấy
• 2.20. Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhà máy giấy quy mô 250 ml
• 2.21. Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải nhà máy giấy ở quy mô 5l
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát chỉ tiêu về chất lượng nước thải nhà máy giấy
• 3.2. Phân lập chủng vi khuẩn có hoạt tính cellulase
• 3.3. Tuyển chọn chủng vi khuẩn có hoạt tính cellulase cao
• 3.3.1. Tuyển chọn dựa trên phương pháp cấy chấm điểm
• 3.3.2. Tuyển chọn dựa trên phương pháp đục lỗ thạch
• 3.3.3. Tuyển chọn dựa trên phương pháp xác định hoạt tính enzyme cellulase
• 3.4. Định tên chủng vi khuẩn tuyển chọn
• 3.5. Đặc tính hình thái và sinh lý – sinh hóa của chủng TD
• 3.6. Định danh sinh học phân tử
• 3.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của chủng
• 3.7.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của chủng
• 3.7.2. Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến sự sinh trưởng của chủng
• 3.7.3. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự sinh trưởng của chủng
• 3.7.4. Ảnh hưởng của hàm lượng pepton đến sự sinh trưởng của chủng
• 3.7.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến sự sinh trưởng của chủng
• 3.8. Chế phẩm BioTD
• 3.9. Thử nghiệm khả năng xử lý nước thải của chủng B
• 3.10. Thử nghiệm xử lý quy mô 250ml
• 3.11. Thử nghiệm xử lý nước thải quy mô bình 5 l
• 3.12. Tốc độ lắng của bùn sau xử lý
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC BẢNG
• PHỤ LỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase trong xử lý nước thải giấy

Vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải từ ngành sản xuất giấy. Nước thải này thường chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, bao gồm cellulose, lignin và các hóa chất độc hại. Việc ứng dụng vi khuẩn chịu nhiệt có khả năng phân giải cellulose giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cải thiện chất lượng nước thải. Nghiên cứu cho thấy rằng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt và pH cao có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt của nước thải giấy.

1.1. Đặc điểm của vi khuẩn chịu nhiệt trong xử lý nước thải

Vi khuẩn chịu nhiệt có khả năng sinh trưởng và phát triển trong môi trường có nhiệt độ cao, thường từ 36°C đến 70°C. Những vi khuẩn này không chỉ giúp phân giải cellulose mà còn có khả năng chịu được pH thấp, điều này rất quan trọng trong xử lý nước thải giấy. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi khuẩn như Bacillus subtilis có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện này.

1.2. Vai trò của cellulase trong xử lý nước thải giấy

Cellulase là enzyme có khả năng phân giải cellulose thành glucose, giúp giảm thiểu lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải. Việc sử dụng cellulase trong xử lý nước thải không chỉ làm giảm ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ glucose. Nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung cellulase vào quy trình xử lý nước thải có thể cải thiện hiệu suất xử lý lên đến 30%.

II. Thách thức trong xử lý nước thải giấy và giải pháp vi sinh

Xử lý nước thải giấy gặp nhiều thách thức do tính chất phức tạp của nước thải. Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ, hóa chất độc hại và có pH biến động. Các phương pháp xử lý truyền thống thường không hiệu quả và tốn kém. Do đó, việc áp dụng công nghệ vi sinh với vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase là một giải pháp khả thi. Giải pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường.

2.1. Các vấn đề chính trong xử lý nước thải giấy

Nước thải từ ngành sản xuất giấy thường chứa hàm lượng COD và BOD cao, gây khó khăn trong việc xử lý. Ngoài ra, sự hiện diện của lignin và các hóa chất tẩy trắng làm tăng độ độc hại của nước thải. Các chỉ số chất lượng nước thải thường vượt quá giới hạn cho phép, đòi hỏi các phương pháp xử lý hiệu quả hơn.

2.2. Giải pháp vi sinh cho xử lý nước thải

Sử dụng vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase trong xử lý nước thải giấy là một giải pháp hiệu quả. Vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose giúp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp vi khuẩn với cellulase có thể tăng cường khả năng xử lý nước thải, giảm thiểu chi phí và thời gian xử lý.

III. Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase

Nghiên cứu về vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase trong xử lý nước thải giấy được thực hiện thông qua các phương pháp phân lập, tuyển chọn và xác định hoạt tính của vi khuẩn. Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau để đánh giá khả năng sinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn. Kết quả cho thấy rằng vi khuẩn Bacillus subtilis có khả năng chịu nhiệt và pH cao, đồng thời có hoạt tính cellulase mạnh.

3.1. Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn chịu nhiệt

Quá trình phân lập vi khuẩn được thực hiện từ mẫu nước thải nhà máy giấy. Các chủng vi khuẩn được nuôi cấy trong môi trường chọn lọc để xác định khả năng chịu nhiệt và pH. Kết quả cho thấy nhiều chủng vi khuẩn có khả năng sinh trưởng tốt trong điều kiện khắc nghiệt.

3.2. Đánh giá hoạt tính cellulase của vi khuẩn

Hoạt tính cellulase của các chủng vi khuẩn được đánh giá thông qua các phương pháp thử nghiệm enzyme. Kết quả cho thấy rằng vi khuẩn Bacillus subtilis có hoạt tính cellulase cao, giúp phân giải cellulose hiệu quả trong nước thải giấy.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase

Việc ứng dụng vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase trong xử lý nước thải giấy đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các thí nghiệm thực tế cho thấy khả năng giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước thải. Sự kết hợp giữa vi khuẩn và cellulase không chỉ giúp xử lý nước thải hiệu quả mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ cellulose.

4.1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn trong xử lý nước thải

Các thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis trong xử lý nước thải giấy giúp giảm hàm lượng COD và BOD đáng kể. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý đạt trên 80%, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.

4.2. Tác động tích cực đến môi trường

Việc áp dụng công nghệ vi sinh trong xử lý nước thải không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Sự giảm thiểu chất thải độc hại từ nước thải giấy góp phần bảo vệ hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase trong xử lý nước thải giấy đã mở ra nhiều triển vọng mới. Việc ứng dụng công nghệ vi sinh không chỉ giúp xử lý nước thải hiệu quả mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp giấy.

5.1. Tương lai của công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải bằng vi khuẩn chịu nhiệt và cellulase sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình xử lý và nâng cao hiệu suất của vi khuẩn.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sẽ mở rộng ra các chủng vi khuẩn khác và các điều kiện môi trường khác nhau để tìm ra giải pháp tối ưu nhất cho xử lý nước thải giấy. Việc phát triển chế phẩm vi sinh vật sẽ là một trong những hướng đi quan trọng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường, khoảng 43,3% khu công nghiệp tại Việt Nam có công trình xử lý nước thải tập trung, tuy nhiên nhiều công trình trong số này chưa đạt hiệu quả cao. Nước thải ngành sản xuất giấy là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do chứa các chất rắn lơ lửng, bột giấy, lignin, hóa chất tẩy trắng và các hợp chất hữu cơ hòa tan có độc tính sinh thái cao, khó phân hủy. Chỉ số chất lượng nước thải trong giai đoạn sản xuất bột giấy có hàm lượng TSS khoảng 2000 mg/l, COD 2500 mg/l, BOD5 1900 mg/l và pH dao động từ 6,4 đến 7,5; trong giai đoạn xeo giấy, TSS lên tới 3500 mg/l, COD 2500 mg/l, BOD5 2000 mg/l và pH từ 7,5 đến 9. Mục tiêu nghiên cứu là phân lập, tuyển chọn và đặc tính hóa chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt, chịu pH và sinh tổng hợp cellulase nhằm xử lý nước thải nhà máy giấy, đồng thời tạo chế phẩm vi sinh vật và thử nghiệm ứng dụng trong xử lý nước thải quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu tập trung vào nước thải lấy từ nhà máy giấy An Hòa và cụm công nghiệp giấy Phú Lâm, với phạm vi thời gian nghiên cứu trong giai đoạn 2016-2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả xử lý nước thải ngành giấy, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý sinh học nước thải, bao gồm:

• Lý thuyết xử lý sinh học hiếu khí và yếm khí: Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng, phân hủy các hợp chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại. Quá trình hiếu khí cần cung cấp oxy liên tục, trong khi quá trình yếm khí diễn ra trong môi trường không có oxy, tạo khí metan và CO2.

• Mô hình hoạt động của enzyme cellulase: Enzyme cellulase do vi khuẩn tiết ra có khả năng phân giải cellulose thành các đường đơn, giúp giảm tải ô nhiễm hữu cơ trong nước thải ngành giấy.

• Khái niệm về vi sinh vật phân giải cellulose: Bao gồm các nhóm nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn, trong đó Bacillus subtilis được chú trọng do khả năng chịu nhiệt, chịu pH và sinh cellulase cao.

• Khái niệm chế phẩm vi sinh: Sản phẩm chứa vi sinh vật có hoạt tính cao, được phối trộn với chất mang như cao lanh để bảo quản và ứng dụng trong xử lý nước thải.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nước thải được lấy từ bể cân bằng, bể vi sinh và bể lắng của nhà máy giấy An Hòa (Tuyên Quang) và cụm công nghiệp giấy Phú Lâm (Bắc Ninh). Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 2-4oC trong quá trình nghiên cứu.

• Phương pháp phân tích: Xác định các chỉ tiêu chất lượng nước thải như pH, COD, TSS, chỉ số thể tích bùn (SVI) theo tiêu chuẩn Việt Nam. Phân lập vi khuẩn bằng phương pháp nuôi cấy trên môi trường chọn lọc Hans, xử lý nhiệt để loại bỏ vi khuẩn không chịu nhiệt.

• Tuyển chọn chủng vi khuẩn: Sử dụng phương pháp cấy chấm điểm, đục lỗ thạch và đo hoạt lực enzyme cellulase bằng phương pháp đo quang phổ theo Miller để đánh giá hoạt tính cellulase.

• Định danh vi khuẩn: Kết hợp phương pháp sinh lý - sinh hóa (nhuộm Gram, catalase, oxidase, lên men đường, ure, tan huyết...) và phân tích sinh học phân tử dựa trên trình tự gen 16S rRNA, sử dụng PCR và giải trình tự Sanger.

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng: Nhiệt độ (20-50oC), tốc độ lắc (0-250 vòng/phút), pH (2-11), hàm lượng pepton (0-1,2%), tỷ lệ cấp giống (1-10%) được khảo sát để tối ưu điều kiện nuôi cấy chủng vi khuẩn Bacillus subtilis TD.

• Tạo chế phẩm vi sinh: Phối trộn sinh khối vi khuẩn với cao lanh theo tỷ lệ 1:2, sấy khô ở 45-50oC, đóng gói và bảo quản ở nhiệt độ phòng và tủ lạnh, theo dõi mật độ vi khuẩn và độ ẩm trong quá trình bảo quản.

• Thử nghiệm xử lý nước thải: Thí nghiệm xử lý nước thải quy mô phòng thí nghiệm 250 ml và 5 lít, bổ sung chủng vi khuẩn hoặc chế phẩm BioTD với các mật độ khác nhau, theo dõi hiệu suất xử lý COD và tốc độ lắng bùn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn: Từ mẫu nước thải, đã phân lập được nhiều chủng vi khuẩn có hoạt tính cellulase. Chủng Bacillus subtilis TD được tuyển chọn do có hoạt lực enzyme cellulase cao nhất, với tỷ số vòng phân giải trên đường kính khuẩn lạc đạt trên 2,5 và hoạt lực enzyme cellulase đạt khoảng 0,8 U/ml.

2. Đặc tính sinh lý và sinh hóa của chủng TD: Chủng là vi khuẩn Gram dương, có khả năng sinh bào tử, catalase dương tính, di động tốt, lên men glucose, lactose, mannitol và xylose. Chủng có khả năng sinh H2S âm tính và ure dương tính.

3. Ảnh hưởng các yếu tố đến sinh trưởng: Chủng Bacillus subtilis TD sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 35oC, tốc độ lắc 150 vòng/phút, pH 6-7, hàm lượng pepton 0,5% và tỷ lệ cấp giống 5%. Mật độ tế bào đạt khoảng 10^9 CFU/ml sau 21 giờ nuôi cấy.

4. Hiệu quả xử lý nước thải: Ở quy mô 250 ml, bổ sung chủng TD với mật độ 10^5 CFU/ml giảm COD nước thải từ 2500 mg/l xuống còn khoảng 1200 mg/l sau 7 ngày, đạt hiệu suất xử lý 52%. Ở quy mô 5 lít, sử dụng chế phẩm BioTD với mật độ 10^5 CFU/ml và cấp khí 30 l/phút, COD giảm từ 2500 mg/l xuống còn 900 mg/l, hiệu suất xử lý đạt 64%. Tốc độ lắng bùn sau xử lý đạt chỉ số SVI khoảng 90 ml/g, cho thấy bùn có khả năng lắng tốt.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy chủng Bacillus subtilis TD có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao, phù hợp với đặc tính nước thải ngành giấy chứa nhiều cellulose và có điều kiện nhiệt độ, pH biến động. Việc tuyển chọn chủng bản địa từ nguồn nước thải giúp tăng khả năng thích nghi và hiệu quả xử lý. So sánh với các nghiên cứu khác, hiệu suất xử lý COD đạt được tương đương hoặc cao hơn so với các chủng Bacillus được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp khác. Việc sử dụng chế phẩm BioTD phối trộn với cao lanh giúp bảo quản vi sinh vật ổn định và thuận tiện cho ứng dụng thực tế. Các biểu đồ thể hiện sự giảm COD theo thời gian và chỉ số SVI sau xử lý minh họa rõ hiệu quả của chủng vi khuẩn trong xử lý nước thải. Kết quả này góp phần mở rộng ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải ngành giấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và chi phí xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh Bacillus subtilis TD: Tăng cường đầu tư công nghệ phối trộn và bảo quản chế phẩm nhằm duy trì mật độ vi sinh vật trên 10^9 CFU/g, đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải trong các nhà máy giấy. Thời gian triển khai dự kiến 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp công nghệ sinh học.

2. Áp dụng chế phẩm BioTD trong hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy: Bổ sung chế phẩm với tỷ lệ 5% thể tích nước thải, kết hợp cấp khí với lưu lượng 30 l/phút để tối ưu hiệu suất xử lý COD và tăng tốc độ lắng bùn. Thời gian thử nghiệm và vận hành ban đầu 3-6 tháng, chủ thể là các nhà máy giấy và đơn vị quản lý môi trường.

3. Khảo sát và điều chỉnh các yếu tố môi trường trong bể xử lý: Duy trì nhiệt độ 30-35oC, pH 6-7 và tốc độ khuấy trộn 150 vòng/phút để tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển và hoạt động enzyme cellulase. Chủ thể thực hiện là kỹ thuật viên vận hành hệ thống xử lý nước thải.

4. Nâng cao nhận thức và đào tạo nhân lực: Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ vi sinh xử lý nước thải cho cán bộ kỹ thuật và công nhân nhà máy giấy nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và bền vững. Thời gian đào tạo 3-6 tháng, chủ thể là các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách và quy chuẩn xử lý nước thải ngành giấy, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

2. Doanh nghiệp sản xuất giấy và bột giấy: Áp dụng công nghệ vi sinh và chế phẩm vi sinh để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, giảm chi phí vận hành và đáp ứng quy chuẩn môi trường.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vi sinh vật học, công nghệ sinh học: Tham khảo phương pháp phân lập, tuyển chọn vi khuẩn có hoạt tính cellulase và ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp.

4. Các đơn vị tư vấn và thiết kế hệ thống xử lý nước thải: Sử dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế các hệ thống xử lý sinh học phù hợp với đặc tính nước thải ngành giấy, tối ưu hóa hiệu quả và chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi khuẩn Bacillus subtilis TD có ưu điểm gì trong xử lý nước thải ngành giấy?
   Chủng Bacillus subtilis TD có khả năng chịu nhiệt độ cao (35oC), pH biến động (6-7), sinh tổng hợp enzyme cellulase mạnh giúp phân giải cellulose trong nước thải, từ đó giảm tải ô nhiễm hữu cơ hiệu quả.

2. Chế phẩm BioTD được tạo ra như thế nào và có lợi ích gì?
   Chế phẩm BioTD được phối trộn sinh khối vi khuẩn Bacillus subtilis TD với cao lanh, sấy khô và đóng gói. Chế phẩm giúp bảo quản vi sinh vật ổn định, dễ dàng vận chuyển và sử dụng trong xử lý nước thải, nâng cao hiệu quả xử lý COD và tốc độ lắng bùn.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá hoạt tính cellulase của vi khuẩn?
   Hoạt tính cellulase được đánh giá bằng phương pháp cấy chấm điểm, đục lỗ thạch và đo quang phổ dựa trên lượng đường khử tạo thành theo phương pháp Miller, cho phép xác định chính xác hoạt lực enzyme.

4. Yếu tố môi trường nào ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của chủng Bacillus subtilis TD?
   Nhiệt độ tối ưu là 35oC, pH từ 6 đến 7, tốc độ lắc 150 vòng/phút, hàm lượng pepton 0,5% và tỷ lệ cấp giống 5% là các yếu tố quan trọng giúp chủng phát triển mạnh và sinh cellulase hiệu quả.

5. Hiệu quả xử lý nước thải khi sử dụng chế phẩm vi sinh này đạt được bao nhiêu?
   Ở quy mô phòng thí nghiệm 5 lít, chế phẩm BioTD giảm COD từ 2500 mg/l xuống còn khoảng 900 mg/l, tương đương hiệu suất xử lý 64% sau 7 ngày, đồng thời cải thiện tốc độ lắng bùn với chỉ số SVI khoảng 90 ml/g.

Kết luận

• Đã phân lập và tuyển chọn thành công chủng Bacillus subtilis TD có khả năng chịu nhiệt, chịu pH và sinh tổng hợp cellulase cao, phù hợp xử lý nước thải ngành giấy.
• Chủng vi khuẩn sinh trưởng tối ưu ở 35oC, pH 6-7, tốc độ lắc 150 vòng/phút và hàm lượng pepton 0,5%.
• Chế phẩm vi sinh BioTD được tạo ra từ chủng TD phối trộn với cao lanh có mật độ vi khuẩn đạt 10^9 CFU/g, bảo quản ổn định ở nhiệt độ phòng và tủ lạnh.
• Thử nghiệm xử lý nước thải quy mô phòng thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt trên 60%, đồng thời cải thiện khả năng lắng bùn sinh học.
• Đề xuất triển khai ứng dụng chế phẩm BioTD trong các nhà máy giấy, đồng thời nghiên cứu mở rộng quy mô và tối ưu điều kiện vận hành để nâng cao hiệu quả xử lý.

Khuyến khích các nhà máy giấy và đơn vị quản lý môi trường áp dụng công nghệ vi sinh này, đồng thời tiếp tục nghiên cứu phát triển các chủng vi sinh vật mới và chế phẩm đa chủng để xử lý nước thải hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, 43,3 % khu công nghiệp Việt Nam có công trình xử lý nƣớc thải tập trung, tuy nhiên thực tế trong số này, nhiều công trình hoạt động chƣa đạt hiệu quả cao. Nƣớc thải của ngành sản xuất giấy là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Nƣớc thải nhà máy giấy chứa chất rắn lơ lửng, bột giấy, lignin, hóa chất tẩy trắng, chất phụ gia và các chất hữu cơ hòa tan là những hợp chất có độc tính sinh thái cao, có nguy cơ gây ung thƣ, rất khó phân hủy trong môi trƣờng. Các chỉ số về chất lƣợng nƣớc thải công nghiệp sản xuất giấy cao hơn giới hạn cho phép rất nhiều, cụ thể: Trong giai đoạn sản xuất bột giấy, hàm lƣợng TSS: 2000 mg/l, COD: 2500 mg/l, BOD5:1900 mg/l, pH: 6,4 – 7,5; trong giai đoạn xeo giấy hàm lƣợng TSS: 3500 mg/l, COD: 2500 mg/l, BOD5:2000 mg/l, pH: 7,5 – 9 [27,29].

Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hóa học, tuy nhiên, các phƣơng pháp này có chi phí cao và chƣa xử lý triệt để nguồn ô nhiễm. Xử lý sinh học là phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm, do thân thiện với môi trƣờng và khắc phục đƣợc các hạn chế của phƣơng pháp khác[29]. Nƣớc thải nhà máy giấy có tỷ lệ BOD5/COD ≥ 0,5, thích hợp để xử lý sinh học. Đặc tính của nƣớc thải nhà máy giấy là môi trƣờng nghèo dinh dƣỡng chứa nhiều cellulose, nhiệt độ cao - biến động từ 36oC lên tới 70oC, pH thấp và nằm trong dải từ 5 – 10.

Do đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Phân lập, tuyển chọn và đặc tính chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt, chịu pH và sinh tổng hợp cellulase để xử lý nước thải nhà máy giấy”. Mục tiêu của đề tài: - Phân lập và tuyển chọn đƣợc chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt độ cao, chịu axit và có hoạt tính cellulase cao; - Xác định đƣợc ảnh hƣởng một số yếu tố đến sự sinh trƣởng của chủng vi khuẩn phân lập đƣợc; - Tạo đƣợc chế phẩm xử lý nƣớc thải nhà máy giấy; VŨ THỊ DINH 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Thử nghiệm ứng dụng vi khuẩn trong xử lý nƣớc thải nhà máy giấy. Đồi tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Nƣớc thải của nhà máy giấy An Hòa và cụm công nghiệp giấy Phú Lâm. - Vi khuẩn có khả năng xử lý nƣớc thải nhà máy giấy, sinh trƣởng trong điều kiện nhiệt độ cao, pH thấp.

- Thử nghiệm xử lý nƣớc thải nhà máy giấy quy mô phòng thí nghiệm (quy mô 250 ml và 5 l). Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát một số chỉ tiêu về chất lƣợng nƣớc thải nhà máy giấy. - Phân lập, tuyên chọn chủng vi khuẩn bản địa có hoạt tính phân hủy cellulose cao, có khả năng sinh trƣởng trong môi trƣờng nhiệt độ cao và pH thấp. Định tên chủng vi khuẩn sinh tổng hợp cellulase.

- Khảo các yếu tố ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng của chủngBacillus subtilis TD. - Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nƣớc thải nhà máy giấy và khảo sát quá trình bảo quản chế phẩm. - Nghiên cứu quá trình xử lý nƣớc thải nhà máy giấy quy mô phòng thí nghiệm (250 ml và 5 l). VŨ THỊ DINH 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.

Tình hình phát triển của ngành sản xuất giấy và bột giấy 1. Sự phát triển của công nghiệp giấy trên thế giới Giấy đƣợc ngƣời Ai Cập làm ra từ sợi dây của cây papyrus từ thời cổ đại, vào năm 3500 trƣớc Công nguyên. Đến năm 105 sau Công nguyên, ngƣời Trung Quốc đã có bƣớc đột phá mới trong công nghệ sản xuất giấy và đƣợc coi là nguồn gốc của ngành giấy, chất lƣợng giấy thời này có thể so sánh với giấy thủ công ngày nay. Qua thời gian, ngành sản xuất giấy không ngừng phát triển, từ sản xuất thủ công ban đầu bằng cách kết những cây cỏ với nhau thành tấm, đến quy mô công nghiệp với công nghệ tiên tiến, tự động hóa trong các khâu sản xuất.

Nhu cầu tiêu thụ giấy trên thế giới ngày càng tăng: Năm 2013, mức tiêu thụ giấy bình quân đầu ngƣời ở Nhật Bản đạt khoảng 130 kg/ngƣời[19]. Trong đó, nhu cầu giấy bao bì và đóng gói chiếm tỷ lệ lớn nhất với 39% tổng sản lƣợng năm 1961 và 54% trong năm 2013[33]. Để đáp ứng mức nhu cầu trên, sản lƣợng giấy không ngừng tăng qua các năm, năm 1961 sản lƣợng giấy và bột giấy thế giới khoảng hơn 70 triệu tấn, đến năm 2013 đạt khoảng 397,6 triệu tấn. Trong đó, tổng sản lƣợng giấy của bốn nƣớc Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản và Đức chiếm hơn một nửa, khoảng 56%[33].

Ngoài 4 cƣờng quốc giấy trên, các quốc gia kháccũng không ngừng đẩy mạnh đầu tƣ phát triển ngành giấy nhƣ: nhà máy Andritz của Anh với sản lƣợng 220.000 tấn/năm, nhà máy Metsa Group của Phần Lan với sản lƣợng 1,3 triệu tấn/năm[3]. Song song với quá trình phát triển, lƣợng nƣớc thải ngành giấy thải ra môi trƣờng đã và đang là mối nguy của cả xã hội. Tuy nhiên với thiết bị công nghệ hiện đại, chu trình sản xuất tuần hoàn khép kín, các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy của các nƣớc phát triển trên thế giới đã giảm lƣợng nƣớccung cấp cho quá trình sản xuất và lƣợng nƣớc thải thải ra môi trƣờng tới mức tối đa: Lƣợng nƣớc cung cấp cho quá trình sản xuấtkhoảng 7 - 15 m3 nƣớc/1 tấn giấy và bột giấy; Hóa chất sử dụng trong giai đoạn nấu bột và nƣớc trắng sinh ra trong quá trình xeo giấy đƣợc tuần hoàn sử dụng lại [9]. VŨ THỊ DINH 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 1.

Sự phát triển của ngành giấy ở Việt Nam Ngành giấy là một trong những ngành đƣợc hình thành từ rất sớm tại Việt Nam, khoảng năm 284. Từ giai đoạn này đến đầu thế kỷ 20, giấy đƣợc làm bằng phƣơng pháp thủ công phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian và vàng mã. Đến thế kỷ 20, có nhiều nhà máy giấy và bột giấy đƣợc thành lập với quy mô nhỏ (dƣới 20. Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy ở Việt Nam đã có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, sản lƣợng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000- 2006, sản lƣợng giấy cả năm 2010 tăng gần 10% so với năm 2009, ƣớc đạt 1,85 triệu tấn[18].

Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải quan (TCHQ) Việt Nam, 4 tháng đầu năm 2016, Việt Nam đã xuất khẩu 161,7 triệu USD giấy và sản phẩm từ giấy, tăng 7,1% so với cùng kỳ năm 2015. Giấy và sản phẩm từ giấy của Việt Nam có mặt tại 17 quốc gia trên thế giới, trong đó Hoa Kỳ là thị trƣờng chủ yếu, chiếm 24%, kế đến là Nhật Bản và Đài Loan chiếm 18%. và các thị trƣờng khác chiếm 23%[2]. 1: Cơ cấu thị trƣờng xuất khẩu giấy và sản phẩm giấy 4 tháng 2016[2] Quy mô sản xuất của ngành giấy Việt Nam còn nhỏ: 46% doanh nghiệp có công suất dƣới 1.000 tấn/năm, 42% công suất từ 1.000 tấn/năm và chỉ có 4 doanh nghiệp có công suất trên 50.

Công suất trung bình của Việt Nam VŨ THỊ DINH 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN là 5.800 tấn giấy và 13.000 tấn bột giấy/năm, thấp hơn rất nhiều so với các nƣớc khác trên thế giới và trong khu vực[6]. Công nghệ sản xuất của ngành giấy Việt Nam nhìn chung còn rất lạc hậu. Hiện nay ở Việt Nam có 3 phƣơng pháp sản xuất bột giấy chính là: phƣơng pháp sử dụng hóa chất, phƣơng pháp cơ-lý, phƣơng pháp tái chế giấy loại, đây đều là các phƣơng pháp sử dụng nhiều hóa chất và năng lƣợng. Công nghệ sản xuất bột giấy lạc hậu và gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng nhƣ: công nghệ bột sulfat tẩy trắng, công nghệ sản xuất bột theo phƣơng pháp hóa nhiệt cơ, và phƣơng pháp xút không thu hồi hóa chất, hoặc công nghệ sản xuất theo phƣơng pháp kiềm lạnh[6].

Để sản xuất 1 tấn giấy cần dùng từ 200 –500 m3 nƣớc[9]. Công nghệ sản xuất giấy - bột giấy và đặc tính của nƣớc thải Công nghệ sản xuất giấy gồm hai quá trình cơ bản: Sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thô và sản xuất giấy từ bột giấy (xeo giấy)[11]. Công nghiệp giấy và bột giấy có thể coi nhƣ hai ngành độc lập, sản xuất bột và sản xuất giấy. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy từ xơ sợi thực vật (tre và gỗ mềm) và giấy tái chế (giấy đã qua sử dụng, giấy phế liệu và các chất thải từ các xƣởng đóng sách[3].

Do quá trình sản xuất giấy và bột giấyvới các công nghệ hoàn toàn khác nhau nên nƣớc thải khác nhau về lƣu lƣợng và tính chất[18]. Công nghệ sản xuất bột giấy và đặc tính của nƣớc thải Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi các nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗ thành xơ sợi, hay nói cách khác là phá vỡ các liên kết trong cấu trúc của nguyên liệu mà thành phần chính của nó là cellulose (40 – 45%), hemicellulose (20 – 30%), là các hợp chất cao phân tử (polyme), đƣợc bao bọc xung quanh bởi lignin (20 – 30%) và các chất trích ly (chất keo nhựa) (2 – 15%)[27].  Công nghệ bột hóa học Bản chất của công nghệ bột hóa: sử dụng hóa chất để hòa tan các thành phần không phải sợi cellulose trong nguyên liệu[18]. Các dăm gỗ đƣợc nấu với những dinh dịch hóa chất thích hợp ở nhiệt độ cao và áp suất cao với mục đích tách lignin ra khỏi gỗ, thu hồi cellulose và hemicellulose.

Quy trình làm giảm và phân hủy một VŨ THỊ DINH 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌCTRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN phần cellulose và hemicellulose, tuy nhiên có khả năng loại bỏ lignin khá triệt để và sản phẩm giấy có độ bền tƣơng đối cao [3]. Hai công nghệ bột hóa chính: Công nghệ Kraft: là công nghệ nấu bột bằng kiềm (hỗn hợp NaOH và Na2S) có chức năng hòa tan lignin và hemicellulose để giải phóng sợi cellulose. Nƣớc thải - dịch nấu chứa hóa chất nấu và các hợp chất tự nhiên có trong gỗ, nhiều nhất là lignin, chứa nhiều kiềm (pH cao) và có mùi đặc trƣng của các hợp chất lƣu huỳnh, chỉ số COD và độ màu (do lignin) rất cao. Đây là công nghệ phổ biến nhất trên thế giới và các nhà máy hiện đại ở Việt Nam.