Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị từ cống xả Nguyễn Biểu, quận 5, thành phố Hồ Chí Minh trên mô hình Aeroten

2.3. Môi trường nuôi cấy 2.3.1.Môi trường MPA Cao thịt 3g Peptone 5g NaCl 5g Agar 20g Nước cất 1000ml 2.3.2. Môi trường Czapek - Dox NaNO3 3.5g K2HPO4 1.5g MgSO4 0.5g KCl 0.5g FeSO4.7H2O 0.01g Glucose 20g Agar 10g Nước cất 1000ml pH = 7 khử trùng 30 phút ở 1 atm. 2.3.3. Môi trường Hansen Glucose 50g Peptone 10g Cao men 3g KH2PO4 3g MgSO4.7H2O 3g Agar 15g Nước cất 1000ml pH = 7 khử trùng 30 phút ở 1 atm 2.3.4. Môi trường thử hoạt tính amylase, protease, cellulase của vi khuẩn Môi trường cơ sở Peptone 5 g Cao men 2,5 g Glucoza 1 g Nước cất 1000 ml pH 5,5 - 7,8 Enzyme cần thử Thành phần môi trường Amylase Môi trường cơ sở + thay Glucoza bằng 1% tinh bột tan. Protease Môi trường cơ sở + thay Glucoza bằng 1% casein hoặc 20 ml sữa đặc. Cellulase Môi trường cơ sở + thay Glucoza bằng 0,3 - 0,5% CMC. 2.3.5. Môi trường thử hoạt tính enzyme amylase, protease, cellulase của bùn hoạt tính Enzyme cần thử Thành phần môi trường Amylase Môi trường MPA + 1% tinh bột tan. Protease Môi trường MPA+ 1% casein. Cellulase Môi trường MPA + 1% CMC. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp lấy mẫu nước 2.4.1.1. Phương pháp lấy mẫu nước thải phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm Theo phương pháp lấy mẫu nước thải theo TCVN 5999:1995, ISO 5667 - 10:1992, ISO 5667-1. Lấy mẫu tổ hợp theo dòng chảy bằng cách lấy các mẫu đơn có thể tích từ 200 - 300 ml ở những thời điểm có dòng chảy khác nhau, các mẫu đơn được bảo quản ở 0 - 40C. 2.4.1.2. Phương pháp lấy mẫu để xử lý trong mô hình aeroten Lấy mẫu với số lượng lớn nên không cần bảo quản như trên. Trước khi đưa vào xử lý sẽ phân tích các chỉ số từ mẫu nước thải lấy từ thùng chứa. 2.4.2. Phương pháp hóa môi trường 2.4.2.1. Xác định chất rắn tổng số (TS) [13] Tổng lượng chất rắn là chất rắn còn lại trong bình sau khi sấy mẫu trong tủ sấy. Tổng lượng chất rắn bao gồm: chất rắn huyền phù và chất rắn hòa tan. a. Cách tiến hành - Chuẩn bị bát sứ: sấy bát sứ ở 1050C trong 1 giờ. Giữ bát trong bình hút ẩm trước khi dùng, cân ngay trước khi sử dụng. - Chuẩn bị mẫu: chọn thể tích mẫu thích hợp để lượng cặn còn lại khoảng 2,5 - 200 mg. Cho lượng mẫu thích hợp vào bát sứ, sấy khô trong tủ sấy đến khối lượng không đổi, sau đó đem cân. b. Tính toán kết quả TS = V ba 1000).(  (mg/l) Trong đó: a: khối lượng cặn và bát sứ sau khi sấy (mg) b: khối lượng bát sứ (mg) V: thể tích mẫu phân tích (ml) 2.4.2.2. Xác định chất rắn huyền phù (SS)[13] Mẫu được trộn đều đem lọc qua giấy lọc đã biết trước khối lượng. Cặn còn lại trên giấy lọc được sấy khô đến khối lượng không đổi ở 1030C - 1050C. a. Cách tiến hành Đặt giấy lọc đã biết khối lượng vào phễu thủy tinh, chọn thể tích mẫu để lượng cặn còn lại không nhỏ hơn 2,5 mg. Nhỏ vài giọt nước để giấy lọc dính sát phễu, sau đó lọc lượng mẫu đã trộn đều qua giấy lọc. Rửa cặn bằng nước cất và tiếp tục hút chân không. Tách giấy lọc khỏi phễu đem đi sấy tới khối lượng không đổi ở nhiệt độ 103 - 1050C, sau đó đem cân. b. Tính toán kết quả SS = V ba 1000).(  (mg/l) Trong đó: a: khối lượng cặn và giấy lọc sau khi sấy (mg) b: khối lượng giấy lọc (mg) V: thể tích mẫu (ml) 2.4.2.3. Xác định nồng độ bùn MLSS [17] MLSS gồm bùn hoạt tính và chất rắn lơ lửng còn lại chưa được vi sinh vật kết bông. Thực chất đây là hàm lượng bùn cặn (có cả bùn hoạt tính và chất rắn vô cơ dạng lơ lửng chưa được tạo thành bùn hoạt tính). Lấy một lượng xác định (ml) bùn hoạt tính cho vào bát sứ rồi xác định theo phương pháp xác định chất rắn bay hơi (đã trình bày ở trên). Đơn vị của MLSS lấy theo mg/l. Đây là thông số quan trọng trong xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính. 2.4.2.4. Phương pháp xác định nồng độ bùn tối ưu [17] Bằng cách xác định chỉ số thể tích của bùn hoạt tính SVI: Chỉ số thể tích SVI được định nghĩa là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1 gam bùn ( theo chất khô không tro) trong 30 phút và được tính như sau: Cho 1000 ml hỗn hợp SVI = MLSS V 1000. (ml/g) SVI : chỉ số thể tích bùn hoạt tính. MLSS: khối lượng hỗn hợp lỏng - rắn thu được sau khi lắng trong (mg/l). V: thể tích mẫu thử (nước thải đang xử lí đem lắng) để lắng trong ống đong 1 lít trong 30 phút (ml/l). M: số gam bùn khô ( không tro). 1000: hệ số qui đổi mg ra gam. Giá trị SVI đánh giá khả năng kết lắng của bùn hoạt tính. Giá trị điển hình của SVI đối với hệ thống bùn hoạt tính làm việc ở nồng độ MLSS từ 2000 đến 3500mg/l thường nằm trong khoảng 80 – 150mg/l. 2.4.2.5. Phương pháp hoạt hóa bùn Cho bùn giống vào nước thải theo tỉ lệ 1 : 5, bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết vào hỗn hợp bùn - nước thải theo tỉ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1. Sục khí khoảng 4 - 5 giờ, sau đó cho lại vào aeroten để dùng cho mẻ tiếp theo. 2.4.2.6. Xác định hàm lượng Nitơ tổng số [26] a. Hóa chất - H2SO4 đặc, CuSO4, K2SO4, H2SO4 0,1N, H2SO4 0,02N. - NaOH 40%, H3BO3 3 %, HCl loãng, H2O2 30%. - Chỉ thị Taxiro: hỗn hợp 2:1 của dung dịch metyl đỏ 0,1% trong rượu và metylen xanh 0,1% trong rượu etylic. b. Phương pháp tiến hành - Phá mẫu theo phương pháp Kendal: Hút 10 ml mẫu cho vào bình Kendal. Chú ý để mẫu vật không dính bám lên thành cổ bình. Cho tiếp vào bình Kendal 5 ml H2SO4 đặc. Thêm 0,5 g hỗn hợp xúc tác CuSO4 và K2SO4 theo tì lệ 1:3, lắc đều. Đậy bình bằng một chiếc phễu nhỏ rồi đặt lên bếp đun. Đun nhẹ 15 phút, sau đó mới đun mạnh đến sôi. Khi dung dịch có màu xanh nạht trong suet thì đun tiếp 15 phút nữa. Lấy ra để nguội, chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 100 ml, dùng nước cất tráng bình đốt và lên thể tích đến vạch định mức. Nitơ trong nước thải được chuyển về dạng amonisunphat. Để xác định Nitơ ở dạng này ta dùng phương pháp chuẩn độ. - Cất và chuẩn độ xác định ammoniac: Dùng kiềm đặc NaOH 40% cho vào bình nước cất chứa dung dịch sau khi phá mẫu, khi đó xảy ra phản ứng: (NH4)2SO4 + 2 NaOH 2NH3 + H2O + Na2SO4 Dùng axit boric 3 % để hấp phụ NH3, sử dụng chỉ thị màu taxiro: NH3 + H3BO3 (NH4)3BO3 Dùng dung dịch axit H2SO4 0,02 N để chuẩn lại lượng sản phẩm tạo thành (NH4)3BO3 + H2SO4 H3BO3 + (NH4)2SO4 c. Tính toán kết quả NTS (g/l) = Vm ba . 100.28.0).(  a: số ml H2SO4 0,02 N dùng để chuẩn độ mẫu phân tích b: số ml H2SO4 0,02 N dùng để chuẩn độ mẫu trắng. 0,28: số mg Nitơ ứng với 1 ml H2SO4 0,02 N. m: số ml mẫu đem đi phá mẫu. V: số ml mẫu lấy để phân tích từ bình định mức 100 ml. 100: thể tích bình định mức. 2.4.2.7. Xác định pH Để xác định pH của mẫu nước, chúng tôi kiểm tra bằng máy đo pH. 2.4.2.8. Xác định COD (TCVN 6491:1999, ISO 6060: 1989- Chất lượng nước - Xác định nhu cầu oxi hóa học) a. Hóa chất - Bạc sunfat - axit sunfuric (Ag2SO4 - H2SO4) Cho 10g bạc sunfat (Ag2SO4) và 35ml nước. Cho từ từ 965 ml axit sunfuric đặc (ủ = 1.84g/ml), để 1 hoặc 2 ngày cho tan hết. Khuấy dung dịch để tăng thêm nhanh sự điều hòa. - Dung dịch kali bicromat Cân 12,259 g kali bicromat đã sấy khô ở 1050C trong 2 giờ, hòa tan vào nước cất và định mức đến 1000ml. - Dung dịch muối Mohr: Sắt (II) amoni sunfat, dung dịch chuẩn có nồng độ, c[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]  0.12mol/l Hòa tan 47.0g sắt (II) amoni sunfat ngậm 6 phân tử nước (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O) vào nước cất. Thêm 20ml axit sunfuric đặc (ủ = 1.84g/ml). Để nguội và thêm nước cất cho đủ 1000ml (Chuẩn lại dung dịch muối Mohr bằng dung dịch K2Cr2O7 trước khi dùng). Dung dịch này phải chuẩn lại hàng ngày theo cách như sau: Pha loãng 10.0ml dung dịch kali dicromat đến khoảng 100ml với axit sunfuric. Chuẩn độ dung dịch này bằng dung dịch sắt (II) amoni sunfat nói trên sử dụng 2 hoặc 3 giọt chỉ thị feroin Nồng độ c của sắt (II) amoni sunfat (mol/l) được tính theo công thức: V c = V dung dÞch K2Cr2O7 × 0,25 Trong đó: V là thể tích dung dịch sắt (II) amoni sunfat tiêu (ml) - Thủy ngân sunfat (HgSO4): loại tinh dùng cho phân tích hóa học. - Chỉ thị ferroin Hòa tan 0,7 g FeSO4.7H2O cùng với 1,5 g chất 1, 10 - phenantrolindihidrat trong nước, lắc cho đến khi tan hết. Pha loãng thành 100 ml. b. Thiết bị, dụng cụ - Bộ chưng cất hồi lưu gồm có 1 bình cầu chịu nhiệt có cổ nhám nối với 1 ống sinh hàn. - Bếp đun - Buret chính xác - Hạt thủy tinh thô đường kính 2mm đến 3mm. c. Cách tiến hành Cho 10 ml mẫu vào bình cầu, thêm 5 ml dung dịch kali bicromat, thêm 0,4 g thủy ngân sunfat. Thêm vài hạt thủy tinh vào mẫu thử và lắc trộn đều. Thêm từ từ 15 ml dung dịch bạc sunfat trong axit sunfuric và nhanh chóng lắp bình vào ống sinh hàn. Đưa hỗn hợp phản ứng tới sôi trong 10 phút và tiếp tục đun 110 phút nữa. Nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng cần phải đạt là 148 ± 30C. Làm nguội ngay bình cầu bằng nước lạnh cho đến khoảng 600C và rửa ống sinh hàn bằng nước cất. Pha loãng hỗn hợp phản ứng đến 75 ml và làm nguội đến nhiệt độ phòng. Chuẩn độ lượng kali bicromat dư bằng sắt (II) amoni sunfat, sử dụng 1 hoặc 2 giọt chỉ thị feroin. Tiến hành phép thử trắng song song cho mỗi lần xác định theo qui trình đã tiến hành với mẫu thử, thay thế 10 ml mẫu thử bằng 10 ml nước cất. Nhu cầu COD ( mgO2/l) được tính theo công thức: COD = 0 21 8000.).( V cVV  (mg/l) Trong đó: c: nồng độ của sắt (II) amoni sunfat (mol/l). V0: thể tích mẫu thử (ml). V1: thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu trắng (ml). V2: thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu thử (ml). 8000: khối lượng mol của 1/2 O2 (mg/l) 2.4.2.9 Phương pháp xác định BOD5 bằng phương pháp Winkler cải tiến [26] a. Nguyên tắc BOD là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. Đây là một đại lượng để đánh giá mức độ ô nhiễm (về mặt chất hữu cơ và vi sinh vật của nước). Phương pháp Winkler dựa trên sự oxi hóa Mn+2 thành Mn+4 bởi lượng oxi hòa tan trong nước. Nếu nước không có oxi hòa tan thì kết tủa Mn(OH)2 vẫn giữ màu trắng sau khi thêm dung dịch iodua - kiềm vào mẫu có sẵn MnSO4. Nếu mẫu có oxi hòa tan thì một phần Mn+2 bị oxi hóa thành Mn+4 có màu nâu theo phản ứng: Lượng oxi hòa tan trong phản ứng trên được định phân gián tiếp qua lượng iod sinh ra khi MnO2 tiếp tục tác dụng với iodua khi thêm dung dịch iodua – kiềm vào mẫu theo phản ứng: Mn+2 + 2OH- + 1/2O2 MnO2 + H2O MnO2 + 2I- + 4H+ 2S2O3-2 + I2 S4O6-2 + 2I- Mn+2 + I2 + H2O b. Dụng cụ: - Bình ủ BOD 300 ml - Buret 25 ml - Cân phân tích - Pipet 2 ml - Bình định mức - Phòng ủ lạnh 200C c. Hóa chất * Dung dịch phân tích - Axit sunfuric H2SO4 98% - Hồ tinh bột 1%: hòa tan 1 g hồ tinh bột trong 100 ml nước, đun nóng. Thêm dung dịch I2 - KI 0,01 mol/l cho tới khi có ánh xanh, thêm một vài hạt HgI2 để bảo vệ dung dịch. - Dung dịch MnSO4 (Mix I): hòa tan 480 g MnSO4.4H2O, sau đó định mức nước cất lên 1000 ml. - Hỗn hợp dung dịch iod - kiềm - azide (MixII): hòa tan 500 g NaOH và 135 g NaI định mức nước cất lên 1000 ml. Thêm vào dung dịch này 10 g NaN3 đã hòa tan và định mức trong 40 ml bằng nước cất. - Dung dịch Na2S2O3 0,025N: hòa tan 6,205 g Na2S2O3.5H2O và định mức thành 1000 ml bằng nước cất. * Hóa chất pha loãng: - Dung dịch đệm phosphate: hòa tan 8,5 g KH2PO4 và 1,7 g NH4Cl vào bình định mức 1 lít, định mức đến 1000 ml bằng nước cất. Dung dịch phải có pH = 7.2. - Dung dịch MgSO4: hòa tan 22,5 g MgSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 1000 ml. - Dung dịch CaCl2: hòa tan 27.5 g CaCl2 trong nước cất và định mức thành 1000 ml. - Dung dịch FeCl3: hòa tan 0,25 g FeCl3.6H2O trong nước cất và định mức thành 1000 ml. - Dung dịch axit và kiềm 1 N: dùng để điều chỉnh pH nếu cần. * Chuẩn bị dung dịch pha loãng mẫu Lấy chai to miệng rộng, cho tương ứng các dung dịch đệm phosphate, MgSO4, FeCl3 mỗi loại 1 ml và thêm nước cất vào thành 1000 ml. Thổi không khí sạch ở 200C vào nước và lắc nhiều làm cho oxi bão hòa (thường thổi khí khoảng hơn 2 giờ). * Tỉ lệ pha loãng: Tùy thuộc vào loại nước mẫu mà ta pha loãng với các mức độ khác nhau. Thứ tự Nguồn lấy mẫu Khoảng giá trị BOD5(mg/l) Thể tích mẫu (ml) Thể tích dung dịch pha loãng (ml) Hệ số pha loãng (lần) 1 R, L 0 – 6 1000 0 1 2 R, L, E 4 – 12 500 500 2 3 R, E 10 – 30 200 800 5 4 E, S 20 – 60 100 900 10 5 S 40 – 120 50 950 20 6 S, C 100 – 300 20 970 50 7 S, C 200 – 600 10 990 100 8 I, C 400 – 1200 5 995 200 9 I 1000 – 3000 2 998 500 10 I 2000 – 6000 1 999 1000 Trong đó: L: hồ R: sông hoặc hồ chứa E: nước cống sau khi xử lí sinh học S: nước cống ổn định hoặc nước thải công nghiệp nhẹ C: nước cống thô ( chưa xử lí hoặc ổn định) I: nước thải công nghiệp ô nhiễm nặng c. Cách tiến hành: Rót đầy mẫu vào chai BOD có dung tích 300 ml, tránh bọt bám trên thành chai, đậy nút loại bỏ mẫu thừa. ủ 5 ngày, tưới nước cất lên nắp bình vào mỗi buổi sáng để tránh bọt khí, sau đó phủ lên bình bằng giấy báo. Buồng ủ có nhiệt độ 200C. * Xác định DO5: - Cho 2 ml dung dịch Mix I và 2 ml dung dịch Mix II vào mẫu sau khi ủ 5 ngày rồi đậy nút và lắc mạnh để phản ứng xảy ra hoàn toàn. - Đợi kết tủa lắng yên, cho thêm 2 ml H2SO4 98% rồi lắc mạnh để hòa tan hết kết tủa. - Dùng ống đong lấy 203 ml mẫu sau khi cho hóa chất. - Chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,025N tới lúc mẫu chuyển sang màu vàng chanh thì cho thêm 1 - 3 giọt hồ tinh bột, sau đó lắc nhẹ và chuẩn độ tiếp cho đến khi mẫu bắt đầu mất màu. - Ghi lại thể tích Na2S2O3 (ml) đã dùng, thể tích này đúng bằng nồng độ DO5 (mg/l). - Tiến hành song song với một mẫu nước cất có sục khí bão hòa. * Xác định DO0: Xác định giống DO5 nhưng làm trên mẫu vừa lấy về không ủ (xác định ngay sau khi chuẩn bị mẫu xong). Công thức tính: D00 – DO5 BOD5(mg/l) = P Chú ý: cứ 1 ml dung dịch Na2S2O3.H2O 0,025N tương ứng 0,2 mg DO nên mỗi ml chuẩn độ tương ứng 1 mg DO/l khi mẫu nước ban đầu là 203 ml (1ml O2 = 0,7*1mg O2/l). Trong đó: DO0: nồng độ DO của hỗn hợp mẫu và dung dịch cấy trước khi ủ. DO5: nồng độ DO của hỗn hợp mẫu và dung dịch cấy sau khi ủ 5 ngày. P: V1/V2. V1: thể tích mẫu. V2: thể tích mẫu và dung dịch cấy. 2.4.3 Phương pháp vi sinh 2.4.3.1 Phương pháp định lượng vi sinh vật bằng phương pháp đếm số khuẩn lạc trên thạch đĩa [6, 19, 20, 21, 28] a. Pha loãng mẫu - Hút 1 ml nước thải vào ống nghiệm thứ nhất có chứa 9 ml nước cất vô khuẩn. - Trộn đều dung dịch bằng cách hút lên rồi thổi xuống 3 - 5 lần. Độ pha loãng mẫu lúc này là 10- 1. - Tiếp tục hút 1 ml ở ống nghiệm thứ nhất cho vào ống nghiệm thứ hai chứa 9 ml nước cất vô khuẩn. - Trộn đều như trên. Độ pha loãng mẫu lúc này là 10-2. - Cứ tiếp tục như vậy để có mẫu ở các độ pha loãng 10-3, 10-4, 10-5, 10-6,… Tùy theo nồng độ vi sinh vật ước đoán trong mẫu mà tiến hành pha loãng mẫu với các tỉ lệ khác nhau. b. Cách tiến hành - Chuẩn bị môi trường thạch đĩa: môi trường MPA, Czapek, Hansen được khử trùng ở 1 atm trong 30 phút, đổ vào các đĩa petri vô trùng, chờ thạch đông và khô mặt thạch. - Ghi vào đáy đĩa petri có môi trường thạch thích hợp với từng loại vi sinh vật các thông tin: + Nồng độ pha loãng + Ngày cấy - Dùng pipetman gắn đầu côn vô trùng lấy từ các độ pha loãng thích hợp nhỏ vào mỗi đĩa petri 0,1 ml (tương đương với 2 giọt dịch ), mỗi độ pha loãng được lặp lại 3 lần. Dùng que gạt vô trùng dàn đều dịch tế bào lên khắp bề mặt thạch. Số tế bào cấy trên bề mặt thạch phải được dàn đều và không nên vượt quá vài trăm. - Các đĩa petri đã được cấy dịch tế bào, gói kín và đặt úp ngược đĩa trong tủ ấm 370C. Sau 24 giờ đếm số khuẩn lạc trong mỗi đĩa. c. Cách đếm - Lấy bút chì kẻ hai đường vuông góc dưới đáy đĩa Petri và đánh dấu thứ tự từng vùng I, II, III, IV. - Đếm số khuẩn lạc trong từng vùng, nhớ đánh dấu các khuẩn lạc đã đếm. - Số lượng tế bào vi sinh vật trong 1 ml mẫu được tính theo công thức sau đây: Sè tÕ bμo n ml mÉu v = . D Trong đó: n: số khuẩn lạc trung bình trong một đĩa petri ở một độ pha loãng nhất định. v: thể tích dịch mẫu đem cấy. D: hệ số pha loãng 2.4.3.2 Phương pháp phân lập vi khuẩn từ bùn hoạt tính [2, 21, 28, 33] a. Pha loãng mẫu ( tiến hành tương tự như trên) b. Cấy mẫu - Thể tích các mẫu được cấy lên thạch đĩa thường là 0,1 ml. - Lấy que gạt vô khuẩn phân bố đều mẫu trên bề mặt thạch. Đậy nắp đĩa lại để thấm hút hết mẫu trong vài phút. - Úp ngược đĩa thạch rồi đem ủ trong tủ ấm ở 370C. c. Chọn khuẩn lạc đặc trưng và xác định hình thái khuẩn lạc - Chọn những khuẩn lạc đặc trưng, lấy một vòng que cấy khuẩn lạc cho vào nước cất vô trùng, sau đó pha loãng với các nồng độ thích hợp, chọn nồng độ pha loãng sao cho khi cấy 0,1 ml vào đĩa thạch sẽ xuất hiện các khuẩn lạc giống nhau riêng rẽ. - Đặt vào tủ ấm 370C trong 24 giờ. - Tiến hành quan sát các khuẩn lạc này từ các phía (từ trên xuống, từ bên cạnh), chú ý về kích thước, hình dạng mép, hình dạng khuẩn lạc, bề mặt, độ dày, có núm hay không, độ trong, màu sắc (trên, dưới, có khuếch tán ra môi trường hay không). 2.4.3.3 Phương pháp nhuộm Gram [6, 19 ] Đây là phương pháp nhuộm vi khuẩn của Christian Gram. Nhuộm Gram không những giúp phân biệt vi khuẩn nhờ các đặc điểm hình thái và sự sắp xếp của tế bào mà còn cung cấp thông tin về lớp vỏ tế bào. Khi nhuộm theo phương pháp này, tế bào vi khuẩn Gram dương có lớp vỏ tế bào dày tạo bởi peptidoglycan sẽ có màu tím, còn vi khuẩn Gram âm có lớp vỏ tế bào mỏng hơn (do có ít peptidoglycan hơn) và được bao bọc bởi một lớp màng mỏng sẽ có màu hồng. a. Hóa chất Gentian violet 1g R−îu ªtylic 960 10ml Phªnol ®· tinh chÕ l¹i 5g N−íc cÊt 100ml 1) 2) b. Cách tiến hành - Dùng que cấy lấy từ 1 đến 2 giọt canh trường chứa vi khuẩn cần quan sát bôi lên phiến kính rồi để khô. - Cố định vết bôi bằng cách hơ nhẹ phiến kính lên ngọn lửa đèn cồn. - Nhuộm tím gentian trong 1 phút rồi rửa bằng nước cất không quá 2 giây (cho dòng nước chảy nhẹ qua tiêu bản, tránh không xối lên vết bôi). - Ngâm trong dung dịch lugol 1 phút. - Tẩy màu bằng cồn trong 30 giây và rửa lại bằng nước cất. - Làm khô vết bôi và nhuộm bổ sung bằng dung dịch fuchsin trong 1 - 2 phút. - Rửa lại bằng nước cất rồi hơ qua đèn cồn cho khô. - Quan sát dưới kính hiển vi quang học có độ phóng đại 1000 lần. - Kết quả: Tế bào bắt màu tím là vi khuẩn Gram +, tế bào bắt màu hồng là vi khuẩn Gram -. 2.4.3.4 Phương pháp nhuộm bào tử ( Phương pháp M.A. Peskop) [19] a. Hóa chất - Xanh metylen Loeffler: Rượu etylic 300 ml Xanh metylen 20 g Hòa tan hỗn hợp trên rồi lọc trong (1) Dịch lọc (1) 30 ml KOH 1% 1 ml Nước cất 1000 ml - Đỏ trung tính 0,5%: Đỏ trung tính 0,5 g Nước cất 100 ml Lọc trong trước khi dùng b. Cách tiến hành: - Làm vết bôi với vi khuẩn nuôi cấy trên thạch nghiêng sau 2 tuần tuổi. - Cố định tiêu bản trên ngọn đèn cồn. - Nhuộm xanh metylen Loffler, hơ nóng phía dưới và giữ trong 1phút (nếu thuốc cạn phải bổ sung). - Rửa kĩ vết bôi cho đến khi hết màu. - Nhuộm đỏ trung tính 0,5% trong 1 phút. - Rửa nước, làm khô và quan sát trên kính hiển vi với vật kính dầu (x 100). - Kết quả: bào tử màu xanh, tế bào chất màu đỏ 2.4.3.5 Phương pháp kiểm tra khả năng di động [2] a. Vật liệu: Chuẩn bị ống nghiệm chứa môi trường thạch bán lỏng (0,3 – 0,6% thạch). b. Cách tiến hành: - Dùng que cấy có đầu nhọn cấy vikhuẩn theo kiểu chích sâu vào môi trường thạch bán lỏng. - Đặt ống nghiệm thẳng đứng, ủ ở nhiệt độ thích hợp và quan sát sau 1 – 3 ngày, có khi lâu hơn. - Kết quả: Vi khuẩn mọc lan rộng quanh vết cấy tức là chúng có khả năng di động. Vi khuẩn chỉ mọc theo vết cấy tức là chúng không có khả năng di động. 2.4.3.6 Phương pháp xác định sự có mặt của vi khuẩn nitrate hóa Pha một lượng nước có (NH4)2SO4 và một lượng nước thải với bùn, lắc trong một thời gian thích hợp (khoảng 1 -2h), phân tích lượng NH4+ đầu và cuối, nếu NH4+ giảm thì chứng tỏ có vi khuẩn nitrate hóa. Sau khi lắc để yên, phân tích lượng NO3- đầu và cuối, nếu giảm thì chứng tỏ có vi khuẩn phản nitrate hóa. 2.4.4 Phương pháp hóa sinh 2.4.4.1 Phương pháp xác định các hoạt tính enzyme của bùn hoạt tính Khi các enzyme amylase, protease, cellulose tác dụng lên cơ chất thích hợp lần lượt là tinh bột tan, casein, CMC trong môi trường thạch, cơ chất bị phân giải làm cho độ đục của môi trường bị giảm đi, môi trường trở nên trong suốt. Độ trong suốt được tạo ra của môi trường tỉ lệ với độ hoạt động của enzyme. Cách tiến hành: - Chuẩn bị môi trường thạch có chứa cơ chất thích hợp (tinh bột tan, casein, CMC) được phân đều vào các đĩa petri. Sau khi thạch đông, đục những giếng nhỏ có đường kính 0,4 cm trên bề mặt thạch, dùng pipetman lấy dịch bùn cấy vào các lỗ khoan, giữ ở 370C. Sau 24 giờ, kiểm tra vòng phân giải của bùn. - Sau một thời gian thí nghiệm + Nhỏ dung dịch lugol, nếu bùn có hoạt tính sinh enzyme amylase và cellulose sẽ tạo thành các vòng sáng xung quanh giếng thạch. + Nhỏ dung dịch HgCl2, nếu bùn có hoạt tính sinh enzyme protease sẽ tạo thành các vòng sáng xung quanh giếng thạch. 2.4.4.2 Phương pháp kiểm tra hoạt tính amylase, protease, cellulase của các loại vi khuẩn Khi các enzyme amylase, protease, cellulase tác dụng lên cơ chất thích hợp (tinh bột tan, casein, CMC) trong môi trường thạch, cơ chất bị phân giải làm cho độ đục của môi trường bị giảm đi, môi trường trở nên trong suốt. Độ trong suốt được tạo ra của môi trường tỉ lệ với độ hoạt động của enzyme. Cách tiến hành: - Chuẩn bị môi trường thạch có chứa cơ chất thích hợp (tinh bột tan, casein, CMC) được phân đều vào các đĩa petri. - Cấy chấm điểm các chủng vi khuẩn lên bề mặt thạch. Sau 24 giờ ủ ở 370C, kiểm tra vòng phân giải xuất hiện xung quanh khuẩn lạc. - Nhỏ dung dịch lugol, nếu bùn có hoạt tính sinh enzyme amylase và cellulase sẽ tạo thành các vòng sáng xung quanh giếng thạch. - Nhỏ dung dịch HgCl2, nếu bùn có hoạt tính sinh enzyme protease sẽ tạo thành các vòng sáng xung quanh giếng thạch. 2.4.4.3 Phương pháp xác định khả năng sinh enzyme catalase [2, 20] Nhỏ một giọt dung dịch H2O2 nồng độ 10% lên phiến kính, dùng đầu que cấy lấy một ít vi khuẩn mới hoạt hóa (24h) trộn vào giọt H2O2 trên phiến kính. Nếu chủng vi khuẩn nào sinh enzyme catalase sẽ tạo thành bọt khí trên phiến kính. 2.4.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm Các vật liệu dùng trong chế tạo mô hình aeroten gồm: thùng nhựa 80 - 100l, thùng nhựa hình chữ nhật dung tích 50l, thùng nhựa 20l, máy nén khí 35 kw (6 đầu phun hoặc 10 đầu phun), can nhựa 5l, các đường ống bằng PVC, van bằng PVC. Mô hình được bố trí như sau: Thùng lắng sơ cấp 1 Thùng lắng 1 Bể hoạt hóa bùn Tuần hoàn bùn Aeroten có sục khí Thùng lắng 2 Thùng điều hòa 2.4.6. Phương pháp xử lí số liệu Ứng dụng phần mềm Word, Excel để xử lý các số liệu. CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần và tính chất của nước thải Đặc tính của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (chiếm từ 55 - 65% tổng lượng chất bẩn). Thành phần của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện vệ sinh… Nước thải xả ra ngoài môi trường phải đạt được các chỉ tiêu theo TCVN 5945 - 1995. Bảng 3.1: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945 – 1995 Mức cho phép Chỉ tiêu Đơn vị A B COD mg/l <50 <100 BOD mg/l <20 <50 SS mg/l <50 <100 pH 6,5 - 7,5 6 – 9 Nước thải dùng cho quá trình nghiên cứu được lấy tại cuối dòng chảy ra của cống nước thải sinh hoạt Nguyễn Biểu. Theo khảo sát ban đầu của chúng tôi, nước thải ở khu vực này chứa nhiều chất hữu cơ chưa được phân hủy, các chất vô cơ… Chúng tôi tiến hành lấy mẫu và phân tích trong khoảng thời gian từ tháng 11/2008 đến tháng 03/2009 và đã thu được kết quả về các chỉ tiêu COD, BOD5, SS, TS và pH. Kết quả được thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.2: Các chỉ tiêu lý hóa của nước thải cống Nguyễn Biểu Thời gian khảo sát Chỉ tiêu 19/11/08 19/12/08 19/01/09 19/02/09 19/03/09 Lần 1 230.7 454.5 355.9 300.8 311.5 Lần 2 250 467.8 322.3 333.3 280 COD (mg/l) Lần 3 269.8 428.6 391.3 290.3 300 Lần 1 121.4 227.3 222.4 167.1 207.6 Lần 2 138.9 212.6 169.6 168.3 164.7 BOD5(mg/l) Lần 3 192.7 171.4 177.8 207.3 187.5 Lần 1 66.7 225 94 75 127.5 SS (mg/l) Lần 2 86.7 187.5 90 90 105 Lần 3 100 150 110 97.5 120 Lần 1 133.3 375 146.5 150 240 Lần 2 200 337.5 120 165 127.5 TS (mg/l) Lần 3 266.7 292 135 187.5 240 Lần 1 7,2 6.5 6.8 6,91 6,87 Lần 2 6,42 6.7 7.02 7.09 6,9 Ph Lần 3 6,19 6.2 7 6,28 6,84 Cảm quan màu, mùi Hơi đen, hôi Đen, thối hơi đen, thối Đen, thối Đen, thối BIỂU ĐỒ CÁC CHỈ TIÊU LÝ HÓA CỦA NƯỚC THẢI CỐNG NGUYỄN BIỂU 0 100 200 300 400 500 19/11/08 19/12/08 19/01/09 19/02/09 19/03/09 C O D (m g/ l) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Qua biểu đồ, ta nhận thấy hàm lượng COD của nước thải khu vực cống Nguyễn Biểu không thay đổi nhiều qua các tháng. Mức độ ô nhiễm của nước thải thay đổi theo mùa, theo nước lớn nước ròng và theo thủy triều lên xuống khác nhau. Tuy nhiên, độ pha loãng của nước kênh hay nước mưa đều không làm giảm đáng kể lượng ô nhiễm của nước thải. Kết quả trên cho thấy, nước thải khu vực này vượt quá tiêu chuẩn cho phép thải ra kênh Tàu Hũ, nước thải chưa được xử lí trước khi thải ra môi trường. Mức độ ô nhiễm này cao hơn so với tiêu chuẩn loại B từ 3 đến 5 lần, chỉ có chỉ tiêu pH là đáp ứng được theo tiêu chuẩn loại B. 3.2. Thành phần số lượng vi sinh vật trong nước thải Bên cạnh các chất gây bẩn, trong nước thải sinh hoạt còn chứa một lượng lớn các vi sinh vật (trong đó có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ). Chỉ tiêu vi sinh vật cũng là một trong những yếu tố quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm. Tuy nhiên, trong số các vi sinh vật ở đây chúng tôi chưa có điều kiện xác định các vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là bệnh đường ruột. Chúng tôi đã tiến hành phân tích thành phần vi sinh vật có trong nước thải tại một số thời điểm của các tháng khác nhau. Kết quả được trình bày trong bảng sau: Bảng 3.3: Số lượng vi sinh vật trong nước thải cống Nguyễn Biểu, quận 5, Tp.HCM Số lượng vi sinh vật trong nước thải (CFU/ml) Thời gian khảo sát Vi khuẩn Nấm men Nấm mốc 11 - 2008 3,2.105 1,2.102 2,3.102 12 - 2008 2,5.106 102 103 01 - 2009 1,5.107 8.102 5,1.102 02 - 2009 2.107 5.104 8.105 03 - 2009 7.106 3.102 4,2.102 Dựa vào bảng kết quả trên, chúng tôi nhận thấy số lượng các loại vi sinh vật trong nước thải này khá cao, đặc biệt là vi khuẩn. Do đó, ta có thể áp dụng phương pháp xử lí sinh học đối với nước thải loại này, tận dụng nguồn vi sinh vật có sẵn trong nước thải để xử lí. Phương pháp xử lí mà chúng tôi ưu tiên lựa chọn ở đây là phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí. 3.3. Chế tạo mô hình aeroten Bể aeroten được dùng phổ biến trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính. Nước thải sau khi được lọc rác qua bể lắng sơ cấp 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và hàm lượng cặn lơ lửng đóng vai trò là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các bông cặn màu nâu sẫm gọi là bùn hoạt tính. Các bông này dần dần to và lơ lửng trong nước. Trong quá trình xử lý, các vi khuẩn sinh trưởng và phát triển ở trạng thái huyền phù, các vi sinh vật trong bùn đã phân hủy một lượng lớn các chất dinh dưỡng có cấu trúc phức tạp trong nước thải. Để đảm bảo quá trình xử lí phải luôn cung cấp oxi, đảm bảo nồng độ oxi hòa tan trong nước thải cung cấp cho sự sinh trưởng, sinh sản, phát triển của vi sinh vật và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Việc cung cấp oxi cho quá trình được thực hiện bằng cách sục khí từ dưới phía đáy bể bằng máy sục khí với công suất 35w. Bùn hoạt tính trong bể phải đảm bảo có màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước bông bùn từ 50 – 200 m. Sau khi đã xử lí trong bể aeroten nước thải liên tục được đưa vào bể lắng thứ cấp nhằm để lắng trong nước ở phần trên, xả ra nguồn tiếp nhận và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể, tuần hoàn lại một phần bùn vào bể aeroten để làm bùn giống, tiếp tục xử lí nước mẻ sau. Theo thực nghiệm chỉ số thể tích của bùn SVI phải từ 80 – 150mg/l thì mới lắng tốt. Nước trong được xả ra ở phía trên thành bể lắng thứ cấp. Dựa vào những mô tả trên, chúng tôi đã tiến hành bố trí mô hình như sau: 2 1 3 4 6 5 Ghi chú: 1- Thùng lắng sơ cấp 1 2- Thùng điều hòa 3- Aeroten 4- Thùng lắng thứ cấp 2 5- Thùng lắng thứ cấp 3 6- Máy sục khí 3.4. Nghiên cứu xử lý nước thải theo mẻ 3.4.1. Xử lý nước thải theo mẻ Trước khi tiến hành thí nghiệm xử lý nước thải theo mẻ, chúng tôi phân tích một số chỉ tiêu của nước thải với kết quả được trình bày ở bảng sau: Bảng 3.4. Hiện trạng nước thải trước khi xử lý Các chỉ số Hàm lượng Cảm quan COD (mg/l) 300 – 420 BOD5 (mg/l) 120 – 200 Tổng N (mg/l) 9.88 Tổng P (mg/l) 2.93 SS 90 – 157 màu đen, mùi hôi thối pH 6.4 – 6.85 Với các chỉ tiêu đã khảo sát được, chúng tôi nhận thấy loại nước thải này hoàn toàn phù hợp với xử lý sinh học hiếu khí trong aeroten. Quá trình làm sạch nước thải bằng bể aeroten cần phải tạo được bùn hoạt tính, do đó phải tiến hành tạo bùn bằng cách tạo điều kiện môi trường cho các vi sinh vật phát triển. Quá trình thí nghiệm được tiến hành với 4 mẻ như sau: Mẻ 1: Nước thải được đưa vào bể aeroten có sục khí , không bổ sung lượng bùn giống mà bùn hoạt tính được tạo thành sau 48 h xử lí. Bùn ở mẻ 1 được thu lại và làm hoạt hóa bằng cách bổ sung dinh dưỡng và sục khí trong 5 giờ trước khi được bổ sung vào mẻ 2. Mẻ 2: Nước thải bổ sung lượng bùn đã hoạt hóa ở mẻ 1. Sau khi xử lí mẻ 2, thu lại khoảng 70% lượng bùn tạo thành, sau đó hoạt hóa lại bùn rồi bổ sung vào mẻ 3. Mẻ 3: Nước thải bổ sung lượng bùn đã hoạt hóa ở mẻ 2. Sau khi xử lí mẻ 3, thu lại khoảng 50% lượng bùn tạo thành, sau đó hoạt hóa lại bùn rồi bổ sung vào mẻ 4. Mẻ 4: Nước thải bổ sung lượng bùn đã hoạt hóa ở mẻ 3. Kết quả sau 48h xử lí được trình bày ở bảng: Bảng 3.5. Kết quả xử lý nước thải theo mẻ Kết quả xử lý theo thời gian (h) Chỉ tiêu Mẻ xử lý 0 12 24 36 48 1 428.5 333 250 200 98.9 2 415.9 259 194 100 3 391.3 176.4 88.4 COD (mg/l) 4 300.8 73.8 54 1 216.4 151.3 126.2 95.2 47 2 207.9 143.8 84.7 50.5 3 182 98 36.8 BOD5 (mg/l) 4 200.5 43 39.7 1 6.28 7.05 7.55 7.78 7.9 2 6.87 6.95 7.15 7.45 3 6.9 7.34 7.42 pH 4 7.09 7.16 1 đen, thối hơi đen, thối ít, đục vàng, tanh, đục hơi vàng, tanh, hơi đục hơi trong, không mùi 2 đen thối vàng, hôi hơi vàng, tanh trong, không mùi 3 đen, thối vàng, tanh trong, không mùi Cảm quan (mùi, màu) 4 đen, hôi trong, không mùi Theo kết quả, nước sau xử lý ở mẻ 1 và mẻ 2 đạt được tiêu chuẩn loại B với thời gian là sau 36 – 48 h, ở mẻ 3 và mẻ 4 thời gian xử lý rút ngắn dần trong vòng 12 – 24h nước sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn loại B, không còn mùi hôi. BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ XỬ LÝ COD 0 100 200 300 400 500 0 12 24 36 48 Thời gian xử lý (h) C O D (m g/ l) Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3 Mẻ 4 Song song với quá trình khảo sát các chỉ tiêu COD, BOD5, chúng tôi cũng tiến hành phân tích nồng độ bùn hoạt tính. Kết quả được thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.6. Lượng bùn hoạt tính tạo thành trong quá trình xử lý nước thải theo mẻ Thời gian xử lý (h) Các chỉ số Mẻ 12 24 36 48 Ghi chú 1 1.3 1.45 1.6 1.8 2 1.6 2.1 2.53 3 2.2 3.1 Lượng bùn (g/l) 4 3.45 3.24 Bùn mẻ trước được hoạt hóa lại để bổ sung vào mẻ sau 1 30 48 60 66.6 2 40 56.4 75 3 67.5 81.2 SVI 4 80 92.7 Theo thực nghiệm thì chỉ số SVI từ 80 - 120 là bùn tốt, thời gian lắng vừa phải, đảm bảo đủ thời gian tiếp xúc giữa bùn và chất hữu cơ. Tuy nhiên theo kết quả thu được thì mẻ 1 và 2 chưa thu được nồng độ bùn thích hợp, lúc này lượng bùn tạo ra còn rất thấp, thời gian lắng bùn hoàn toàn thường là sau khi xử lý khoảng 10 giờ. Do đó, thời gian xử lý để cho ra nước thải loại B thường là từ 36 - 48 h. Bắt đầu từ mẻ 3, mẻ 4 lượng bùn hoạt tính tạo ra khá ổn định, thường là từ 3 - 3,45 g/l. Thời gian lắng bùn hoàn toàn ở bể lắng 2 thường là sau 3 h kể từ khi xả nước vào bể lắng 2. Nước đầu ra đạt nước thải loại B, nước hơi vàng, không còn mùi hôi. Dưới đây là một số hình ảnh về nước thải trước, trong và sau khi lắng 30 phút: Nước trước khi xử Nước đang xử lí trong aeroten Nước thải sau khi xử lí để lắng 30 phút Hình 2. Nước thải trước trong và sau khi xử lý 3.4.2. Xác định số lượng vi sinh vật trong bùn hoạt tính Khi nồng độ bùn đạt được 3,45g/l, chúng tôi tiến hành phân tích thành phần vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Kết quả được thể hiện trong bảng: Bảng 3.7. Số lượng vi sinh vật trong nước thải cống Nguyễn Biểu Thành phần vi sinh vật Số lượng (CFU/ml) Vi khuẩn 109 – 5.1010 Nấm men 10 Nấm mốc 10 Kết quả trên cho thấy số lượng vi khuẩn hiếu khí trong bùn hoạt tính chiếm gần 100% so với tổng số vi sinh vật. Số lượng nấm men và nấm mốc giảm rõ rệt, điều kiện môi trường trong bể aeroten càng về sau xử lí càng có khuynh hướng kiềm hóa, đây là điều kiện bất lợi đối với sự sinh trưởng và phát triển của nấm men, nấm mốc. Nấm men già, chết đi sẽ trở thành nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn hiếu khí phát triển, làm tăng sinh khối vi khuẩn và tạo nhiều bùn hoạt tính hơn. 3.4.3. Xác định hoạt tính enzyme của bùn Như đã đề cập, bùn hoạt tính tập hợp nhiều loại vi khuẩn khác nhau cùng tồn tại, các vi khuẩn trong bùn hấp phụ các hợp chất hữu cơ hòa tan làm tăng sinh khối, cũng có nghĩa làm cho bông bùn hoạt tính có kích thước lớn hơn. Vi khuẩn trong bùn có tác dụng tiết các enzyme phân giải các chất hữu cơ, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt tính của bùn hay hoạt tính của hỗn hợp nhiều loại vi khuẩn. Trong thí nghiệm này, chúng tôi chỉ khảo sát hoạt tính ba loại enzyme amylase, protease, cellulase. Kết quả được thể hiện ở các hình:. Hoạt tính protease của bùn hoạt tính Hoạt tính cellulase của bùn hoạt tính Hoạt tính amylase của bùn hoạt tính Hình 3. Hoạt tính enzyme của bùn hoạt tính Kết quả trên cho thấy bùn hoạt tính có khả năng phân giải cả ba loại hợp chất hữu cơ protein, tinh bột, cellulose. Đây là những hợp chất hữu cơ chủ yếu gây bẩn trong nước thải sinh hoạt. Do đó, bùn có khả năng làm sạch các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải. 3.4.4. Đặc điểm của các chủng vi khuẩn trong bùn hoạt tính Bông bùn hoạt tính tập trung nhiều chủng vi khuẩn khác nhau, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát thành phần các loại vi khuẩn có trong bùn hoạt tính. Sau quá trình nuôi cấy, chúng tôi đã phân lập được 30 chủng vi khuẩn có trong bông bùn, các chủng vi khuẩn này đều thuộc vi khuẩn hiếu khí, đặc điểm của các chủng vi khuẩn được thể hiện trong bảng sau: Bảng 3.8. Đặc điểm của các chủng vi khuẩn Hình thái khuẩn lạc Kích thước khuẩn lạc Màu sắc khuẩn lạc Hình thái tế bào Khả năng di động Hoạt tính catalase Nhuộm Gram Đặc điểm Chủng tròn, trơn nhỏ vàng Cầu, đơn Không Có - VK1 Tròn nhẵn, hơi lồi nhỏ Trắng sữa Cầu nhỏ, đơn Có Có - VK2 Không đều, phẳng Lớn Trắng Que dài đơn hoặc chuỗi Có Có + VK3 Không đều, phẳng, có nhiều sợi nhỏ Vừa phải Trắng Que ngắn hoặc oval Có Có - VK4 VK5 Tròn nhẵn nhỏ Hơi vàng Cầu nhỏ Có Có - Hình thái khuẩn lạc Kích thước khuẩn lạc Màu sắc khuẩn lạc Hình thái tế bào Khả năng di động Hoạt tính catalase Nhuộm Gram Đặc điểm Chủng Tròn, hơi phẳng nhỏ Hơi vàng tròn Có Có + VK6 Tròn nhẵn, có vòng phóng nhỏ Vàng Cầu nhỏ Không Có - VK7 xạ Không đều, hơi phẳng Vừa Trắng Que dài Có Có + VK8 tròn, bờ không đều vừa trắng sữa que dài đơn hoặc chuỗi có Có + VK9 Không đều, bờ lượn sóng Lớn Trắng Que dài Có có + VK10 VK11 Tròn, hơi lồi, bờ đều nhỏ Hơi ngà Tròn nhỏ Không có - Hình thái khuẩn lạc Kích thước khuẩn lạc Màu sắc khuẩn lạc Hình thái tế bào Khả năng di động Hoạt tính catalase Nhuộm Gram Đặc điểm Chủng Tròn đều, bóng, có một vòng nhỏ bao quanh nhỏ Vàng cầu nhỏ, chuỗi Không có - VK18 tròn, bóng, khuẩn lạc hơi nhô nhỏ màu mỡ gà hình phẩy, hình que đơn Không có - VK19 tròn, bờ răng cưa nhỏ màu trắng que ngắn đơn hoặc Có có + VK20 nhỏ sữa chuỗi rìa sợi, có gờ tròn ở giữa nhỏ trắng oval, que ngắn to có - VK21 Tròn đều nhỏ Cam cầu đơn Không có - VK22 VK23 tròn đều, phẳng nhỏ trắng sữa cầu, que ngắn Không có - Hình thái khuẩn lạc Kích thước khuẩn lạc Màu sắc khuẩn lạc Hình thái tế bào Khả năng di động Hoạt tính catalase Nhuộm Gram Đặc điểm Chủng bờ rìa răng cưa, phẳng to trắng que đơn hoặc chuỗi Có có - VK24 tròn, bóng nhỏ trắng ngà oval hoặc que ngắn Có có - VK25 tròn, phẳng, bờ đều nhỏ trắng que đơn ngắn Có Có + VK26 tròn bóng, bờ đều, hơi nhô nhỏ hồng cam cầu đơn nhỏ Không có - VK27 tròn , hơi nhô nhỏ trắng sữa cầu, oval Có có - VK28 bờ răng cưa, kiểu to trắng que nhỏ dài Có có + VK29 phóng xạ VK30 bờ răng cưa to trắng cầu, oval Có có - 3.4.5. Hoạt tính của các loại vi khuẩn trong bùn hoạt tính Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành khảo sát các hoạt tính enzyme amylase, protease, cellulase của các chủng vi khuẩn đã phân lập được từ bông bùn hoạt tính. Trong đó có chủng sinh cả ba loại hoạt tính enzyme, có chủng không sinh hoạt tính enzyme nào và có những chủng chỉ thể hiện một hoặc hai loại hoạt tính enzyme. Điều này được thể hiện rõ trong bảng dưới đây: Bảng 3.9. Vòng phân giải enzyme của các chủng vi khuẩn Chủng vi khuẩn Amylase Protease Cellulase VK1 - - - VK2 - 17,5 mm - VK3 - 20 mm - VK4 5 mm 17 mm 5 mm VK5 - 19 mm - VK6 - - - VK7 - - - VK8 8 mm 21 mm - VK9 - - - VK10 8 mm - 13 mm VK11 - 16 mm - VK12 - - - VK13 - 22.5 mm 19 mm VK14 - - - VK15 15 mm 20 mm 19 mm VK16 - 19 mm - VK17 - 4 mm - VK18 - - - Chủng vi khuẩn Amylase Protease Cellulase VK19 11 mm 25 mm 19 mm VK20 - 25 mm - VK21 - - - VK22 - - - VK23 - - - VK24 - 17 mm 12 mm VK25 - - - VK26 3 mm 6 mm - VK27 - - - VK28 - - - VK29 14 mm 22 mm 34 mm VK30 8 mm - 10 mm Như vậy, không phải tất cả các chủng vi khuẩn đều sinh các hoạt tính enzyme, nhưng chúng cùng tồn tại trong bông bùn hỗ trợ nhau dính bám vào các hạt lơ lửng và phân hủy các hợp chất sinh học gây bẩn trong nước thải. Qua đó, ta thấy rõ vai trò làm sạch nước thải chủ yếu là của vi khuẩn. Vì vậy, để đảm bảo cho aeroten hoạt động có kết quả, cần phải đảm bảo: + pH nước thải đưa vào xử lý cần trong khoảng 6.5 – 7.5. + nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật hoạt động khoảng 25 – 350C. + lượng bùn tạo thành trong aeroten là 3.5 g/l. + đảm bảo hiếu khí trong quá trình xử lý. 3.5. Xử lý nước thải theo dòng liên tục Trong quá trình xử lý nước thải, lượng oxi hòa tan trong nước đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật. Do đó, trong quá trình xử lý cần đảm bảo lượng oxi phù hợp, không thấp và cũng không quá cao đều gây ức chế các vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ trong nước. Kết quả xử lý với các chế độ thông khí khác nhau được trình bày ở bảng sau: Bảng 3.10. Ảnh hưởng của chế độ thổi khí đến kết quả xử lý Các chỉ tiêu COD (mg/l) BOD5 (mg/l) pH Cảm quan Thời gian (h) Chế độ thổi khí (v/V/min) 0 10 0 10 0 10 0 10 0.5:1:1 320 65 180 45.5 6.5 7.5 1.0:1:1 350 58 195 40.0 6.5 7.6 1.5:1:1 410 55 201 37.5 6.8 7.75 2.0:1:1 390 52.5 175 38.0 6.7 7.6 Đen và hơi thối Hết màu còn hơi hôi và ít tanh Qua bảng 3.10 chúng tôi nhận thấy chế độ thổi khí 2.0:1:1 có hiệu quả xử lý COD cao nhất, các chế độ 1.0:1:1 và 1.5:1:1 có kém hơn nhưng không nhiều. Tuy nhiên, xét về mặt kinh tế và đáp ứng với nhu cầu oxi cho vi sinh vật sống và hoạt động làm sạch chất hữu cơ thì chế độ 1.0:1:1 là phù hợp nhất. Sau khi xử lý nước thải theo mẻ đạt được nồng độ bùn 3.45 g/l, chế độ thổi khí thích hợp cùng với xử lý các số liệu phù hợp với sinh lý của vi sinh vật trong bùn hoạt tính, chúng tôi tiến hành xử lý nước thải theo dòng liên tục. Chúng tôi tiến hành 3 thí nghiệm, mỗi lần thí nghiệm cho chạy liên tục 50 l nước thải với các tốc độ dòng lần lượt là 5l/h, 10l/h, 15l/h. Kết quả của 3 thí nghiệm này được thể hiện ở bảng: Bảng 3.11. Kết quả xử lí theo dòng bán liên tục Kết quả xử lí theo thời gian (h) Chỉ tiêu Tốc độ dòng 0 10 20 5l/h 454.5 60 45 10l/h 481.4 68.5 46 COD (mg/l) 15l/h 467.8 95 75 5l/h 252.5 42 35 10l/h 240 48 37.5 BOD5(mg/l) 15l/h 212.6 75 65 5l/h 36 48 66.4 10l/h 38.4 48 72 SVI (mg/l) 15l/h 32 44.8 68 5l/h đen thối vàng, tanh sáng màu, không mùi 10l/h đen thối vàng, tanh hơi vàng, hơi tanh Cảm quan 15l/h đen thối vàng, tanh hơi vàng, hơi tanh BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ XỬ LÝ COD 0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 C O D (m g/ l) 5l/h 10l/h 15l/h Ta thấy, với các tốc độ dòng chảy khác nhau tốc độ xử lý COD cũng khác nhau. Tuy nhiên, ở tốc độ dòng 5l/h thì hiệu quả xử lí COD là tốt nhất. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả khi xử lý theo mẻ, ở mẻ 4 lượng bùn tạo thành là 3.45 g/l thì hiệu quả xử lý đạt nước thải loại B trong khoảng 10 – 12h. 3.6. Xác định hàm lượng NH+4 và NO-3 Trong quá trình xử lí ở bể aeroten, sau khi xảy ra sự phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ hòa tan, sẽ xảy ra các quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Chứng tỏ trong aeroten còn có sự tham gia của các vi khuẩn nitrat hóa và phản nitrat hóa hoạt động. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm và thu được kết quả như sau: Bảng 3.12. Nghiên cứu thăm dò sự chuyển hóa NH3 và NO3- với bùn hoạt tính trong quá trình xử lý Thời điểm xác định NH+4(mgN/l) NO-3(mgN/l) Trước khi lắc 55.4 0.045 Sau khi lắc 46.7 0.068 Sau khi lắc để yên 2 h - 0.033 Dựa vào bảng trên, chúng tôi nhận thấy sau khi tiến hành thí nghiệm hiếu khí, hàm lượng NH4+ giảm đi và hàm lượng NO3- tăng lên, chứng tỏ NH3 đã được nitrat hóa. Sau khi lắc để yên 2h, lượng NO3- giảm đi, chứng tỏ quá trình phản nitrat hóa đang xảy ra. Vì điều kiện thí nghiệm còn thiếu thốn nên chúng tôi chưa nghiên cứu được các nhóm vi khuẩn nitrat hóa và phản nitrat hóa. Như vậy có thể thấy công trình aeroten có khả năng áp dụng để xử lý ô nhiễm các chất hữu cơ, xử lý NH3, NO3- với chế độ làm việc thích hợp. KẾT LUẬN - Đánh giá được chất lượng nước thải sinh hoạt cống Nguyễn Biểu , quận 5, Tp.HCM thông qua việc phân tích các chỉ tiêu COD, BOD, SS, TS. Các chỉ tiêu này đều vượt quá tiêu chuẩn nước thải loại B từ 3 - 5 lần. - Xác định được lượng bùn hoạt tính tối ưu 3,45 g/l bổ sung vào các mẻ xử lí cho hiệu quả cao trong aeroten. - Đã xác định được các hoạt tính enzyme amylase, protease, cellulase của bùn hoạt tính cho thấy bông bùn có đủ khả năng xử lí các chất dinh dưỡng hữu cơ thường gặp trong nước thải sinh hoạt. - Phân lập được 30 chủng vi khuẩn từ bông bùn hoạt tính, nghiên cứu các đặc điểm hình thái tế bào, khuẩn lạc của các chủng này. Đã xác định được 16 chủng có khả năng sinh enzyme protease, 6 chủng có khả năng sinh enzyme amylase, 10 chủng có khả năng sinh enzyme cellulase. Các chủng vi khuẩn này có tác dụng làm sạch các chất hữu cơ bị ô nhiễm trong nước, ngoài ra còn có thể chuyển hóa NH3 thành NO3- và từ NO3- thành N2 bay ra không khí. - Xác định được chế độ thổi khí phù hợp là 1.0:1:1. - Xác định được tốc độ dòng xử lí tốt nhất trong aeroten là 20l/h. KIẾN NGHỊ - Đề tài chỉ mới dừng lại ở việc khảo sát, xử lí các chất dinh dưỡng hữu cơ trong nước thải, nếu thời gian cho phép đề tài sẽ tiếp tục khảo sát thêm các thành phần kim loại nặng và các độc chất khác. - Đề tài chỉ mới nêu ra được các đặc điểm hình thái của một số chủng vi khuẩn nhưng chưa định danh các chủng này, đề nghị nếu các đề tài sau có liên quan có thể xem xét định danh các chủng vi khuẩn có trong bùn hoạt tính. - Đề tài đã xác định được các hoạt tính enzyme của các chủng vi khuẩn phân lập được, trong đó chủng VK29 sinh cả ba hoạt tính enzyme rất mạnh, có thể xem xét nghiên cứu sâu hơn về mặt sinh học và ứng dụng trong xử lí môi trường đối với chủng này. - Đề tài này có thể làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải đô thị để xây dung các trạm xử lý thích hợp với điều kiện của thành phố cũng như nước ta. TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng ViÖt 1. B¸o c¸o m«i tr−êng quèc gia 2006 - HiÖn tr¹ng m«i tr−êng n−íc c¸c s«ng NhuÖ, §¸y, §ång Nai. 2. NguyÔn L©n Dòng, §oμn Xu©n M−u, NguyÔn Phïng TiÕn, §Æng §øc Tr¹ch, Ph¹m V¨n Ty – Mét sè ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vi sinh vËt (1972) – NXBKHKT . ( T158 - 222) 3. TrÇn §øc H¹ - Xö lý n−íc th¶i sinh ho¹t qui m« nhá vμ võa - NXBKHKT - 2006. (5-14, 24-30, 127-163) 4. TrÇn §øc H¹ (2006) - Xö lý n−íc th¶i ®« thÞ - NXBKHKT. (T8 – 44) 5. PGS.TS.Hoμng V¨n HuÖ (2004) - C«ng nghÖ m«i tr−êng. TËp 1: Xö lý n−íc - NXBXD. (T362 – 381, 410 - 419) 6. NguyÔn §øc L−îng, Phan ThÞ HuyÒn, NguyÔn ¸nh TuyÕt (2003)– ThÝ nghiÖm c«ng nghÖ sinh häc (T2) - ThÝ nghiÖm vi sinh vËt häc – NXB§HQG Tp.HCM. 7. NguyÔn §øc L−îng, NguyÔn ThÞ Thïy D−¬ng (2003) - C«ng nghÖ sinh häc m«i tr−êng (tËp 1). C«ng nghÖ xö lý n−íc th¶i - NXB§HQG Tp.HCM. (T362 – 381) 8. §Æng Lª Minh (2006) – Kh¶o s¸t kh¶ n¨ng tæng hîp vμ ®Æc tÝnh protease cña 1 sè Bacillus sp ph©n lËp tõ c¸c s¶n phÈm thuèc thó ý vμ thñy s¶n – B¸o c¸o thùc tËp tèt nghiÖp – Tr−êng §HKHTN Tp.HCM . 9. NguyÔn Xu©n Nguyªn, Ph¹m Hång H¶i (2003) - Lý thuyÕt vμ m« h×nh hãa qu¸ tr×nh xö lý n−íc th¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sinh häc - NXBKHKT. 10. TrÇn V¨n Nh©n, Ng« ThÞ Nga (2006) - Gi¸o tr×nh C«ng nghÖ xö lý n−íc th¶i - NXBKHKT. (T9 – 224) 11. GS.PTS.TrÇn HiÕu NhuÖ, PTS.TrÇn §øc H¹, Lª HiÒn Th¶o (1996) - C¸c qu¸ tr×nh vi sinh vËt trong c¸c c«ng tr×nh cÊp tho¸t n−íc - NXBKHKT - Hμ Néi. (T 145 – 158, 179 - 188) 12. L−¬ng §øc PhÈm (2009)- C¬ së vi sinh vËt trong c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng – NXBGDVN . P 13. L−¬ng §øc PhÈm (2007) - C«ng nghÖ xö lÝ n−íc th¶i b»ng biÖn ph¸p sinh häc – NXBGD. 14. NguyÔn V¨n Ph−íc (2004) - Xö lý n−íc th¶i b»ng bïn ho¹t tÝnh - NXB§HQG Tp.HCM. 15. GS.TS. Ph¹m V¨n Ty, TS. Vò Nguyªn Thμnh – C«ng nghÖ sinh häc (T5) - C«ng nghÖ vi sinh vμ m«i tr−êng – NXBGD. (T149) 16. NguyÔn Xu©n Thμnh, NguyÔn ThÞ HiÒn (2007) - Vi sinh vËt häc n«ng nghiÖp - Nhμ xuÊt b¶n §¹i häc S− ph¹m (T 296 – 313). 17. TrÇn ThÞ Thanh (2007) – C«ng nghÖ vi sinh – NXBGD 18. NguyÔn V¨n Thμnh - §¸nh gi¸ hiÖn tr¹ng hÖ thèng tho¸t n−íc vμ c¸c dù ¸n tho¸t n−íc ®« thÞ nh−: dù ¸n Jica (ViÖt Nam - NhËt), dù ¸n CDM (ViÖt Nam - Mü), dù ¸n 415 (ViÖt Nam - BØ). §Ò xuÊt gi¶i ph¸p xö lý n−íc th¶i kh«ng tËp trung ë Tp.HCM - LuËn v¨n cao häc, chuyªn ngμnh Kü thuËt m«i tr−êng - ViÖn Tμi nguyªn m«i tr−êng Tp.HCM. (T15-26) 19. TrÇn Thanh Thñy (1999) - H−íng dÉn thùc hμnh Vi sinh vËt - NXBGD. 20. TrÇn Linh Th−íc (2006) - Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vi sinh vËt trong n−íc, thùc phÈm vμ mÜ phÈm - NXBGD. 21. NguyÔn Tr−¬ng B¶o Tr©n (2007) – Chän gièng vi khuÈn vμ kh¶o s¸t mét sè ®iÒu kiÖn lªn men acetic ®Ó lμm giÊm tr¸i c©y - LuËn v¨n th¹c sÜ sinh häc - §HSP Tp.HCM. ( T49 – 52) 22. L©m Minh TriÕt, §ç Hång Lan Chi (2004) - Vi sinh vËt m«i tr−êng - NXBKHKT.(T109-149, 175-204) 23. L©m Minh TriÕt, NguyÔn Thanh Hïng, NguyÔn Ph−íc D©n (2006) - Xö lý n−íc th¶i ®« thÞ vμ c«ng nghiÖp. TÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh - NXB§HQG Tp.HCM . (T1- 85) 24. Lª Tr×nh, Lª Quèc Hïng (2004) – M«i tr−êng l−u vùc s«ng §ång Nai - Sμi Gßn – NXBKHKT. (T116 – 130) 25. Trung t©m ®μo t¹o ngμnh n−íc vμ m«i tr−êng (1999) - Sæ tay xö lÝ n−íc, tËp 1, 2 - NXBXD. 26. §ång An Thôy – Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch n−íc – ViÖn khoa häc thñy lîi miÒn Nam – tμi liÖu l−u hμnh néi bé. 27. TS. TrÇn CÈm V©n (2001)– Gi¸o tr×nh vi sinh vËt häc m«i tr−êng – NXB§HQGHN. (T80 – 84) 28. §μo ThÞ Thanh Xu©n (2008) – Nghiªn cøu sö dông nhãm vi khuÈn Bacillus t¹o chÕ phÈm sinh häc xö lý m«i tr−êng n−íc nu«i thñy s¶n - LuËn v¨n th¹c sÜ sinh häc – Hμ Néi (T29-35) TiÕng Anh 29. Mark J.Hammer (1993) - Water and wastewater technology – Prentice_Hall International Editions. (T411 – 436) 30. Henze, Harremoes, Iansen, Arvin (1995)- Wastewater treatment. Biological and chemical processes - Springer . 31. I.Grul¬ (1985) - C«ng tr×nh lμm s¹ch n−íc th¶i lo¹i nhá – NXBXD. (T 102 – 121) 32. G.Rheiheimer, KiÒu H÷u ¶nh, Ng« Tù Thμnh (1985)– Vi sinh vËt häc cña c¸c nguån n−íc – NXBKHKT. (T114 – 189) 33. John G.Holt, Noel R.Krieg, Peter H.A.Sneath, James T.Staley, Stanley T.Williams – Bergey’s Manual of determinative bacteriology – A Waverly company – 1994. (T30, 83,93,486, 559,560,532,566) Các trang web ac_va_nuoc_thai.html ID1=99&CHANNEL_ID=22&NEWS_ID=265&MENU_SUB=0&LOAI_ID=265.htm PHỤ LỤC 1. H×nh ¶nh khuÈn l¹c cña c¸c chñng vi khuÈn ph©n lËp tõ bïn ho¹t tÝnh. VKV VK2 VK3 1 VK4 VK2 3 VK6 VK5 VK7 VK8 VK9 VK10 VK11 VK12 VK14 VK13 VK16 VK15 VK18 ` VK17 VK 19 VK 20 VK21 VK22 VK23 VK24 VK25 VK26 VK27 VK28 VK29 VK 30 2. H×nh ¶nh ®Æc ®iÓm h×nh th¸i cña c¸c chñngvi khuÈn VK2 VK1 VK3 VK4 VK6 VK5 VK7 VK8 VK9 VK10 VK11 VK12 VK1 VK14 VK16 VK15 VK17 VK18 VK20VK19 VK21 VK22 VK23 VK24 VK2 VK2 VK2 VK2 VK30VK29 3. H×nh ¶nh ho¹t tÝnh enzyme cña c¸c chñng vi khuÈn VK3VK2 VK5 VK5 VK4 VK8VK6 VK11 VK13 VK16 VK15 VK20 VK19 V VK29 K24 VK17 VK2 Kh¶ n¨ngsinh enzyme protease cña mét sè chñng vi khuÈn VK15 VK1 VK29 VK30 VK4 VK10 Kh¶ n¨ng sinh enzyme amylase cña mét sè chñng vi khuÈn VK4 VK10 VK2 VK15 VK19 VK20 4. H×nh néi bμo tö cña chñng VK14. VK29 VK26 VK30VK28 Kh¶ n¨ng sinh enzyme cellulase cña mét sè chñng vi khuÈn Néi bμo tö cña chñng VK14