[block id=”bo-sung-1″]

Theo báo cáo ngành hàng thịt năm 2014 và triển vọng năm 2015 của Agroinfo [1],
sản lượng thịt trâu hơi xuất chuồng đạt khoảng 86,9 nghìn tấn, tăng 1,6% so với năm 2013;
sản lượng thịt bò xuất chuồng đạt khoảng 292,9 nghìn tấn, tăng 2,6%; sản lượng thịt lợn
hơi xuất chuồng đạt 3,4 triệu tấn, tăng 3,1%. Mức tiêu thụ sản phẩm chăn nuôi bình
quân/người/năm 2014 ước đạt: 50,0 kg thịt hơi các loại (tăng 1,4% so 2013). Nhu cầu tiêu
thụ thịt tăng theo từng năm nên các cơ sở giết mổ cũng tăng theo thị trường. Theo Cục Thú
y, tính đến năm 2014 cả nước có 28.285 điểm GMGS, GC nhỏ lẻ. Trong đó, 12 tỉnh trọng
điểm phía bắc (tổng cộng 11.544 cơ sở, điểm giết mổ), mới chỉ có 59 cơ sở giết mổ tập
trung (chiếm 0,51%) [1]. Thực trạng hoạt động giết mổ gia súc gia cầm ở Việt Nam hiện
nay đang diễn ra ở mức báo động về ô nhiễm môi trường, vệ sinh thú y và an toàn thực
phẩm. Tại các cơ sở giết mổ tập trung, tuy đã xây dựng hệ thống xử lý chất thải; Nhưng
chất lượng kiểm soát an toàn vệ sinh môi trường tại nhiều cơ sở vẫn chưa đạt yêu cầu, nhất
là về tiếng ồn, ô nhiễm mùi và nguồn nước thải. Các điểm giết mổ nhỏ lẻ chủ yếu nằm
trong các khu dân cư thường được hình thành và phát triển một cách tự phát; Cơ sở vật
chất được đầu tư rất giản đơn, đến mức hầu như không có nơi dành riêng cho từng công
đoạn, không tách biệt giữa khu sạch và khu bẩn. Các loại chất thải như phân, nước, phụ
phẩm xả tràn lan khi giết mổ hoặc thải trực tiếp xuống sông, cống rãnh thoát nước trong
khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường khu vực nghiêm trọng. Các lò giết mổ tại nông thôn
và các thị trấn hay thành phố nhỏ thường có quy mô nhỏ và hầu như không có hệ thống xử
lý (một số các lò giết mổ ở nông thôn xây dựng bể tự hoại hay hầm biogas để xử lý các
chất thải rắn, lỏng này, song số các cơ sở có xây dựng có các hệ thống xử lý đơn giản này
là rất ít, mà hầu hết lượng chất thải rắn, lỏng giết mổ đều được thải trực tiếp ra mương, ao
hay đường đi gây mất vệ sinh và ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước của người dân xung
quanh

nghien_cuu_ung_dung_vi_sinh_vat_ban_dia_de_xu_ly_nuoc_thai

 

pdf143 trang | Chia sẻ: tranhieu.10 | Ngày: 26/07/2018 | Lượt xem: 773 | Lượt tải: 2download

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THỊ THU LAN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
HÀ NỘI – 2017
ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THỊ THU LAN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT BẢN ĐỊA ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI TRONG GIẾT MỔ GIA SÚC TẬP TRUNG
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 62420201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. Nguyễn Văn Cách
HÀ NỘI – 2017
i
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS. TS. Nguyễn Văn Cách người Thầy đã
hướng dẫn và giúp tôi định hướng trong nghiên cứu khoa học, trợ giúp tài chính phục vụ
nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể cán bộ phòng Công nghệ xử lý
nước, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đây
không chỉ là nơi đào tạo giúp tôi trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học mà
còn là nơi để tôi chia sẻ những khúc mắc gặp phải trong quá trình thực hiện luận án. Lãnh đạo
phòng đã tạo điều kiện về mặt thời gian và trang thiết bị để tôi thực hiện trong suốt quá trình
làm luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ nhiệm đề tài KC 08.04, TS. Đỗ Tiến Anh, Viện Khoa
học khí tượng thủy văn đã hỗ trợ kinh phí và thiết bị thí nghiệm cho các nội dung nghiên cứu
thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô của bộ môn vi sinh- hóa sinh- sinh học
phân tử, Viện Công nghệ sinh học và Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, những
kiến thức mà tôi được tiếp thu, tích lũy trong suốt thời gian học tập tại đây từ khi là một sinh
viên đại học là nền tảng không thể thiếu để tôi có đủ khả năng tiếp thu, trau dồi kiến thức mới
phục vụ cho các nghiên cứu trong luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện đào tạo sau đại học đã giúp đỡ và
hướng dẫn tận tình cho tôi các mẫu giấy tờ văn bản trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
luận án.
Để hoàn thành luận án này không thể không nhắc tới sự hỗ trợ và khuyến khích về
tinh thân của những người thân trong gia đình và bạn bè.
Hà Nội, ngày……..tháng/ năm 2017
Tác giả luận án
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa được ai công bố trong
bất kì một công trình nghiên cứu nào.
Hà nội, ngày ………..tháng …………năm 2017
Tác giả luận án
iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………………………………………………. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ………………………………………………………………………………………. 4
1.1. Hiện trạng giết mổ gia súc …………………………………………………………………………………… 4
1.1.1. Hiện trạng quy trình giết mổ và nguồn phát thải chất thải trong quá trình giết mổ gia
súc ………………………………………………………………………………………………………………….. 4
1.1.2. Đặc tính nước thải và nguồn thải ngành giết mổ gia súc ……………………………………… 6
1.2. Các công nghệ xử lý nước thải giết mổ …………………………………………………………………. 9
1.2.1. Phương pháp cơ học và hóa lý …………………………………………………………………………. 9
1.2.1.1. Phương pháp cơ học …………………………………………………………………………………. 9
1.2.1.2. Phương pháp hóa lý ……………………………………………………………………………….. 10
1.2.2. Phương pháp sinh học …………………………………………………………………………………… 10
1.2.2.1. Phương pháp sinh học kị khí ……………………………………………………………………. 10
1.2.2.2. Phương pháp hiếu khí …………………………………………………………………………….. 11
1.2.3. Các nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc ………………………………… 13
1.2.3.1. Các công nghệ nghiên cứu và áp dụng tại các cơ sở giết mổ trên thế giới ……… 13
1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc của Việt Nam16
1.2.4. Giải pháp công nghệ xử lý có khai thác chất ô nhiễm trong bể xử lý sinh học tích hợp
đa chức năng …………………………………………………………………………………………………………. 18
1.2.4.1. Nguyên lý hoạt động bể tích hợp năm chức năng ……………………………………….. 18
1.2.4.2. Giải pháp công nghệ này đã được kiểm nghiệm công nghệ thành công tại các
nguồn nước thải khác nhau: ………………………………………………………………………………… 20
1.3. Giải pháp công nghệ xử lý nước thải ngành giết mổ gia súc bằng phương pháp sinh
học ……………………………………………………………………………………………………………………. 21
1.3.1. Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý sinh học ………………………………………………. 21
1.3.2. Cơ sở lý thuyết loại bỏ hợp chất hữu cơ, nitơ trong nước …………………………………… 22
1.3.3. Giải pháp công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính………………………………………………….. 24
1.3.4. Chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải ……………………………………………………… 28
iv
1.3.4.1. Vi sinh vật trong nước thải ……………………………………………………………………… 28
1.3.4.2. Vi khuẩn thuộc chi Bacillus …………………………………………………………………….. 28
1.3.4.3. Mục tiêu phân lập chọn chủng vi sinh vật …………………………………………………. 29
1.3.4.4. Tổng quan về chế phẩm vi sinh ……………………………………………………………….. 31
1.3.4.5. Các nghiên cứu ứng dụng chế phẩm VSV …………………………………………………. 33
1.4. Định hướng nghiên cứu và phát triển giải pháp công nghệ của Luận án ……………… 35
1.4.1. Cơ sở khoa học trong xây dựng hướng nghiên cứu của Luận án …………………………. 35
1.4.2. Hướng phân giải protein ………………………………………………………………………………… 37
1.4.3. Tổng hợp các hướng phát triển công nghệ trong luận án ……………………………………. 38
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ………………………………… 41
2.1. Vật liệu ……………………………………………………………………………………………………………… 41
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………………………………………………. 41
2.1.2. Hoá chất thí nghiệm ……………………………………………………………………………………… 41
2.1.3. Thiết bị phân tích ………………………………………………………………………………………….. 41
2.1.4. Môi trường…………………………………………………………………………………………………… 42
2.2. Phương pháp nghiên cứu …………………………………………………………………………………… 42
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu ……………………………………………………………………………………. 42
2.2.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nước …………………………………………………. 43
2.2.3. Phương pháp vi sinh vật ………………………………………………………………………………… 43
2.2.3.1. Phân lập ………………………………………………………………………………………………… 43
2.2.3.2. Phương pháp tuyển chọn …………………………………………………………………………. 44
2.2.4. Phương pháp định danh bằng phương pháp truyền thống …………………………………… 46
2.2.4.1. Thử hoạt tính catalase …………………………………………………………………………….. 46
2.2.4.2. Khả năng sử dụng một số loại đường ……………………………………………………….. 47
2.2.5. Phương pháp định danh bằng phương pháp sinh học phân tử …………………………….. 47
2.2.5.1. Tách DNA tổng số từ vi khuẩn ………………………………………………………………… 47
2.2.5.2. Nhân khuyếch đại gen bằng phản ứng PCR ………………………………………………. 48
2.2.5.3. Tinh sạch sản phẩm PCR ………………………………………………………………………… 48
2.2.5.4. Xác định trình tự chuỗi nucleotid và so sánh tương quan trình tự gen …………… 48
2.2.6. Tạo chế phẩm ………………………………………………………………………………………………. 49
2.2.6.1. Khảo sát các điều kiện lên men thu sinh khối của chủng …………………………….. 49
2.2.6.2. Lên mem thu sinh khối của các chủng VSV tuyển chọn để tạo chế phẩm ……… 50
v
2.2.6.3. Phương pháp tạo chế phẩm ……………………………………………………………………… 50
2.2.7. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí nghiệm ……………… 52
2.2.7.1. Phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mô bình 5L …………………………………………. 52
2.2.7.2. Phương pháp xử lý hiếu khí bán liên tục quy mô 35L …………………………………. 53
2.2.8. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô pilot hiện trường 20 m3/ngày 57
2.2.8.1. Xác định thời gian khởi động của bể tích hợp năm chức năng ……………………… 57
2.2.8.2. Xác định hiệu suất xử lý COD trong các chế độ …………………………………………. 57
2.2.8.3. Xác định hiệu suất xử lý TN trong các chế độ ……………………………………………. 58
2.2.8.4. Đánh giá tính ổn định của chế phẩm …………………………………………………………. 58
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……………………………………………………………… 59
3.1. Khảo sát đặc trưng nước thải giết mổ gia súc của một số cơ sở khu vực Hà Nội …… 59
3.1.1. Cơ sở giết mổ Thịnh An ………………………………………………………………………………… 59
3.1.2. Cơ sở giết mổ trâu bò Khắc Ngoan …………………………………………………………………. 60
3.2. Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn thích ứng để xử lý nước thải giết mổ gia súc ………… 63
3.2.1. Phân lập vi khuẩn …………………………………………………………………………………………. 63
3.2.2. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn phân lập ………………………………………………………… 64
3.2.2.1. Kiểm tra năng lực phân giải cơ chất của các chủng phân lập ……………………….. 64
3.2.2.2. Khả năng sinh trưởng, phát triển của các chủng tuyển chọn ………………………… 65
3.2.2.3. Năng lực loại bỏ COD trong nước thải giết mổ gia súc của các chủng tuyển chọn67
3.2.3. Định tên các chủng vi sinh vật tuyển chọn ……………………………………………………….. 70
3.2.3.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của các chủng …………………………………… 71
3.2.3.2. Định tên chủng bằng phương pháp sinh học phân tử ………………………………….. 73
3.3. Thử nghiệm tạo chế phẩm vi sinh vật …………………………………………………………………. 76
3.3.1. Thử nghiệm xác định các điều kiện lên men thu sinh khối vi khuẩn ……………………. 76
3.3.1.1. Lựa chọn môi trường thích hợp ……………………………………………………………….. 77
3.3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến môi trường ………………………………………………………….. 78
3.3.1.3. Nhu cầu oxy hòa tan đến năng lực phát triển sinh khối vi sinh vật ……………….. 80
3.3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến năng lực phát triển sinh khối VSV …………. 80
3.3.1.5. Trạng thái sinh trưởng và phát triển của các chủng đã tuyển chọn………………… 82
3.3.2. Tạo chế phẩm ………………………………………………………………………………………………. 83
3.3.2.1. Khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của các chủng tuyển chọn ……………. 83
3.3.2.2. Kiểm định đặc tính chủng trong môi trường thực……………………………………….. 86
vi
3.3.3. Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc ………………………………….. 87
3.3.3.1. Kiểm tra sự tương hỗ của các chủng vi khuẩn thí nghiệm ……………………………. 87
3.3.3.2. Quy trình công nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật ……………………………………………. 87
3.3.3.3. Sơ đồ quy trình công nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật …………………………………… 90
3.4. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô
phòng thí nghiệm …………………………………………………………………………………………………….. 90
3.4.1. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ gia súc bằng phương
pháp hiếu khí theo mẻ trên quy mô bình 5L ……………………………………………………………… 90
3.4.1.1. Năng lực xử lý COD ………………………………………………………………………………. 91
3.4.1.2. Năng lực xử lý nitơ tổng …………………………………………………………………………. 92
3.4.1.3. Xác định MLSS qua các mẻ xử lý ……………………………………………………………. 94
3.4.1.4. Diến biến chất ô nhiễm theo thời gian xử lý của chế phẩm ………………………….. 96
3.4.2. Xử lý nước thải giết mổ bằng phương pháp hiếu khí bán liên tục quy mô 35 L…….. 97
3.4.2.1. Chỉ số thể tích bùn lắng (SVI) …………………………………………………………………. 97
3.4.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý …………………………………………….. 99
3.4.2.3. Ảnh hưởng của MLSS đến hiệu suất xử lý ………………………………………………. 102
3.4.2.4. Đánh giá chất lượng bùn thải …………………………………………………………………. 103
3.5. Thử nghiệm năng lực xử lý của chế phẩm ngoài hiện trường trên mô hình xử lý quy
mô pilot 20 m3/ngày ……………………………………………………………………………………………….. 104
3.5.1. Theo dõi giai đoạn khởi động của hệ thống ……………………………………………………. 104
3.5.2. Theo dõi vận hành của hệ thống khi ổn định. …………………………………………………. 106
3.5.2.1. Biến thiên pH và DO trong bể tích hợp chức năng ……………………………………. 107
3.5.2.2. Biến thiên của COD trong hệ thống pilot ………………………………………………… 108
3.5.2.3. Hiệu quả xử lý T-N ………………………………………………………………………………. 108
KẾT LUẬN111
KIẾN NGHỊ ………………………………………………………………………………………………………….. 113
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ………………………………………………….. 114
CỦA LUẬN ÁN …………………………………………………………………………………………………….. 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………………………………. 115
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………………………………………………… 124
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Kí hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh
ATTP An toàn thực phẩm Food safety
BOD5 Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày Biochemical oxygen Demand
COD Nhu cầu oxy hóa học Chemical Oxygen Demand
CSGM Cơ sở giết mổ Cattle slaughterhouse
DO Oxy hòa tan Dissolved Oxygen
F/M Thức ăn/mật độ vi sinh Food/Microorganism
MBR Bể phản ứng kiểu màng sinh học Membrane bioreactor
MLSS Chất rắn lơ lửng trong bể phản ứng Mixed Liquor Suspended Solid
MLVSS Tổng chất lơ lửng bay hơi trong bể
phản ứng
Mixed Liquor Volatile Suspended
Solid
OLR Tải trọng hữu cơ Organic Loading Rate
SBAR Thiết bị khí nâng hoạt động theo mẻ Sequencing Batch Airlift Reactor
SBR Bể phản ứng hoạt động theo mẻ Sequencing Batch Reactor
SS Cặn lơ lửng Suspended Solid
SV30 Thể tích bùn lắng sau 30 phút
SVI Chỉ số thể tích bùn Sludge Volume Iudex
TN Tổng nitơ Total nitrogen
TP Tổng phốt pho Total phosphorus
TSS Tổng cặn lơ lửng Total Suspendid Solid
KBSCP Không bổ sung chế phẩm Unbioaugmentation
BSCP Bổ sung chế phẩm Bioaugmentation
LWK Tổng khối lượng thịt trên tổng số
động vật giết mổ
Live Weight Kilogram
SWW Nước thải lò mổ Slaughterhouse wastewater
VSV Vi Sinh Vật Microorganism
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ minh họa quy trình giết mổ trâu, bò thủ công ……………………………………… 4
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình giết mổ trâu, bò, lợn theo phương pháp bán thủ công …………….. 5
Hình 1.3. Biểu đồ minh họa về tỷ lệ các hệ thống xử lý nước thải ngành giết mổ gia súc xử
lý đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường …………………………………………………….. 16
Hình 1.4. Hình ảnh minh họa nguyên lý cấu tạo và vận hành của bể tích hợp năm chức
năng ……………………………………………………………………………………………………………………. 19
Hình 1.5. Sơ đồ minh họa quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính ….. 25
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc vận hành của công nghệ xử lý nước thải sử dụng nhiều giải đoạn 26
Hình 1.7. Biểu đồ chi phí của hệ thống xử lý sinh học nước thải sử dụng bùn hoạt tính…. 27
Hình 1.8. Chi phí tiêu hao điện năng trong hệ thống xử lý sinh học bùn hoạt tính ………… 27
Hình 1.9. Sơ đồ chỉ nguyên lý chuyển hóa vi sinh các chất ô nhiễm trong xử lý nước thải 36
Hình 1.10. Sơ đồ chỉ tóm tắt nguyên lý quá trình ôxy hóa-khử sinh học trong xử lý nước
thải ……………………………………………………………………………………………………………………… 37
Hình 1.11. Sơ đồ chỉ nguyên lý của quá trình chuyển hóa của protein ……………………….. 38
Hình 1.12. Sơ đồ công nghệ xử lý chất thải giết mổ gia súc trong luận án …………………… 39
Hình 2.1. Hình ảnh minh họa sơ đồ mô hình hệ pilot trong phòng thí nghiệm ………………. 54
Hình 3.1. Đồ thị chỉ quá trình tạo sinh khối của các chủng C theo thời gian ……………….. 66
Hình 3.2. Đồ thị chỉ quá trình tạo sinh khối của các chủng M theo thời gian ………………. 67
Hình 3.3. Đồ thị chỉ năng lực xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật … 68
Hình 3.4. Đồ thị chỉ hiệu suất xử lý COD nước thải giết mổ gia súc của các vi sinh vật
tuyển chọn ……………………………………………………………………………………………………………. 68
Hình 3.5. Đồ thị chỉ năng lực xử

[block id=”bo-sung”]

Từ khóa: Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *