Nghiên cứu sử dụng các chủng vi khuẩn chịu mặn để xử lý bùn đáy âu thuyền Thọ Quang

Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016 109 Kt qu nghiên cu KHCN MỞ ĐẦU Hiện nay, nghiên cứu kiểm soát ô nhiễm tại các thủy vực ngày càng được quan tâm nhiều hơn, trong đó, nghiên cứu về sự thiếu cân bằng khu hệ vi sinh vật nền đáy là một trong những mắt xích quan trọng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra vai trò của vi sinh vật trong thủy vực và đặc biệt nền đáy là rất quan trọng [1,2]. Sự có mặt của các nhóm vi sinh vật trong môi trường không những làm chức năng chỉ thị sinh học để đánh giá hiện trạng môi trường mà còn đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của tự nhiên. Các nghiên cứu đều chỉ ra mối quan hệ giữa nồng độ các chất ô nhiễm và mắt xích vi sinh vật trong vai trò chuyển hóa chúng trong tự nhiên; tốc độ chuyển hóa các chất ô nhiễm phụ thuộc vào nồng độ chất ô nhiễm, mật độ vi sinh vật và các yếu tố tác động bên ngoài môi trường. Việc loại bỏ các chất ô nhiễm thông qua các quá trình vật lý và sinh học diễn ra trong các thủy vực dẫn đến tiết kiệm được nhiều chi phí về kinh tế và công nghệ đã được đề cập trong nghiên cứu của Jordan và các cộng sự, 2007 [5], Boynton và các cộng sự, 2008 [6] và Kaushal và các cộng sự, 2008 [7]. Ngay tại trong khu vực ven biển của Louisiana, Hoa Kỳ, bao gồm các hệ thống châu thổ lớn nhất, tại cửa sông Mississippi, ở Vịnh Mexico và vùng đất ngập nước lớn nhất, các nhà khoa học cũng đề cập đến vai trò của các vi sinh vật nền đáy trong quá trình giảm thiểu nồng độ các chất ô nhiễm [8,9]. Tác giả Hugo Ribeiro và các cộng sự, 2012 [10] đã đề cập đến ảnh hưởng của lớp trầm tích đến khả năng phân hủy sinh học của nhóm vi sinh vật bầu rễ Juncus maritimus. Nghiên cứu đã chỉ ra mối tương quan giữa chất ô nhiễm với mật độ vi sinh vật tự nhiên trong thủy vực, nếu một trong NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁC CHỦNG VI KHUẨN CHỊU MẶN ĐỂ XỬ LÝ BÙN ĐÁY ÂU THUYỀN THỌ QUANG Tăng Th Chính, Đ Văn M nh, Đăng Th Mai Anh, Ninh Th Lành,Nguy n S Nguyên, Huỳnh Đc Long Vi n Công ngh môi trng, Vi n Hàn Lâm khoa hc và Công ngh Vi t Nam Hình 1. Âu Thuyn Th Quang, TP Đà Nng 110 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016 Kt qu nghiên cu KHCN dụng cho nghiên cứu mật độ vi khuẩn đạt 10 9 CFU/ml. Nghiên cứu thử nghiệm: Bùn đáy được thu từ 5 vị trí khác nhau tại Âu thuyền Thọ Quang phối trộn đều để thử nghiệm. - Mẫu bùn tươi được lấy tại âu thuyền rồi chuyển về phòng thí nghiệm. - Phân tích các chỉ tiêu trong nước như: COD, BOD, NH4+. - Phân tích các chỉ tiêu trong bùn như: tổng các bon hữu cơ, tổng nitơ, tổng phốt pho. - Chế tạo bể phân hủy bùn làm 4 ngăn mỗi ngăn có kích thước dài, rộng, cao là 50x50x40cm. - Cho bùn vào mỗi bể theo thể tích 5l/bể; - Bổ sung chế phẩm vi sinh vào bể: 10ml chế phẩm (kí hiệu M1) , bể  5ml chế phẩm (kí hiệu M2, bể  1 ml chế phẩm (kí hiệu M3) sau đó khuấy đều; Bể đối chứng không bổ sung chế phẩm vi sinh (ký hiệu M4). hai đầu của mối liên kết này bị phá vỡ thì đều dẫn đến ảnh hưởng lâu dài đối với hệ sinh thái. Nghiên cứu của Andrate và các cộng sự [11] và Boorman [12] đã cho thấy chế độ thủy triều cũng là một trong những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến chức năng của hệ sinh thái nước nhiễm mặn [3,4]. Âu thuyền Thọ Quang có diện tích 58 ha, là một vũng kín, không có dòng chảy lưu thông nên lượng nước đổ vào bị ứ đọng gây mùi hôi thối. Thêm vào đó, nguồn nước thải từ khu công nghiệp (KCN) Dịch vụ Thủy sản Thọ Quang, chợ cá Thọ Quang, các tàu thuyền neo đậu và khu dân cư xả ra âu thuyền gây nên tình trạng ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng tới mỹ quan đô thị, môi trường và sức khỏe của người dân nhiều năm qua. Để kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường của Âu thuyền Thọ Quang Đà Nẵng, năm 2015-2016 Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và UBND Thành phố Đà Nẵng đã cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp cân bằng hệ vi sinh vật phân hủy nền đáy và đề xuất công nghệ xử lý mùi tại âu thuyền Thọ Quang thành phố Đà Nẵng”. Bài báo này trình bày một số kết quả sử dụng chế phẩm vi sinh vật chịu mặn để xử lý bùn đáy của Âu thuyền Thọ Quang. I. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chế phẩm vi sinh vật chịu mặn Chủng Bacillus licheniformis TQ21, chủng Bacillus amyloliq- uefaciens TQ12, Bacillus amy- loliquefaciens TS12, là những chủng vi khuẩn có khả năng sinh trưởng trong môi trường có nồng độ NaCl đến 4% và sinh tổng hợp các enzyme proteaza, amylaza và zenlulaza cao được sử dụng trong nghiên cứu này. Chủng được lên men trong môi trường lỏng, ở 300C trong 48h để tạo chế phẩm vi sinh sử Hình 2. Mô hình bố trí thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016 111 Kt qu nghiên cu KHCN II. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1. Hiệu quả xử lý bùn đáy ở Âu thuyền Thọ Quang, Đà Nẵng. Đã khảo sát chất lượng nước sau xử lý bằng chế phẩm vi sinh (xem Hình 3) + Đối với COD: sau 14 ngày mẫu M1 đã nằm dưới mức QCVN08:2015/BTNMT, sau 21 ngày thì mẫu M2 và M3 giảm đến mức thấp hơn so với QCVN, còn mẫu không bổ sung chế phẩm M4 thì sau 35 ngày COD= 48,7mg/l nhỏ hơn so với QCVN. Sau 63 ngày, hiệu suất xử lý COD của các ô M1, M2, M3, M4 lần lượt là 87,52%; 79,81%; 70,99%; 38,56%. Qua đây cho thấy, ô thí nghiệm bổ sung 10ml chế phẩm xử lý COD tốt hơn so với 3 ô thí nghiệm còn lại. + Đối với BOD: ở ô thí nghiệm M1 sau 21 ngày BOD= 21,5mg/l nằm dưới QCVN, sau 28 ngày thì ô thí nghiệm M2, M3 có BOD lần lượt là 17,4 và 22,3mg/l nhỏ hơn QCVN, còn đối mẫu M4 không bổ sung chế phẩm thì hàm lượng BOD có giảm chậm nhưng vẫn lớn hơn so với QCVN (sau 63 ngày BOD=29,4mg/l). Sau 63 ngày, hiệu suất xử lý BOD của các ô M1, M2, M3, M4 lần lượt là 86,23%; 80,53%; 78,22%; 30,17%. Qua đây cho thấy, các ô thí nghiệm bổ sung chế phẩm xử lý BOD tốt hơn so với ô thí nghiệm không bổ sung chế phẩm. Kết quả về chỉ số NH4+ (Hình 4) cho thấy có sự khác biệt giữa các mẫu bổ sung nồng độ chế phẩm khác nhau. Ở mẫu không bổ sung chế phẩm hàm lượng NH4+ giảm dần theo thời gian nhưng rất chậm thậm chí sau 63 ngày hàm lượng vẫn khoảng xấp xỉ 5mg/l. Đối với mẫu thí nghiệm bổ sung Hình 3. Hiệu quả xử lý COD, BOD trong nước ở 4 ô thí nghiệm Hình 4. Hiệu quả xử lý NH4 + trong nước ở các ô thí nghiệm 112 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016 Kt qu nghiên cu KHCN 1mg/l thì hàm lượng NH4+ giảm tương đối nhanh trong khoảng 0 – 42 ngày, sau đó tốc độ giảm chững lại và sau 42 ngày hàm lượng NH4+ đã đạt quy chuẩn cho phép. Với lượng chế phẩm bổ sung ban đầu 5ml thì trong vòng 14 ngày đầu hàm lượng NH4+ có tăng đôi chút, nhưng sau đó giảm rất nhanh và sau 42 ngày đã đạt quy chuẩn cho phép của nước mặt. Ở mẫu bổ sung 10ml chế phẩm hàm lượng NH4+ tăng vọt sau 14 ngày (xấp xỉ 25mg/l) cao hơn nhiều so với mẫu bổ sung 1 và 5ml chế phẩm. Điều này cho thấy khi lượng chế phẩm bổ sung vào tương đối thì chất hữu cơ sẽ phân hủy nhanh chóng và như chúng ta biết các sản phẩm protein hữu cơ phân hủy thường tạo ra một lượng NH4+. Tuy nhiên, theo thời gian do nước ở mô hình không được lấy ra và tiếp tục bổ sung vào nên lượng hữu cơ sẽ giảm dần theo thời gian và lượng NH4+ cũng được chuyển hóa trong quá trình sống bởi các vi sinh vật nên lượng NH4+ sẽ giảm dần theo thời gian và sau 42 ngày hàm lượng NH4+ của mẫu bổ sung 10ml chế phẩm cũng đạt quy chuẩn cho phép. Kết quả xác định COD, BOD và NH4+ đã phần nào khẳng định được hiệu quả của chế phẩm đối với quá trình cải thiện chất lượng nước trong thí nghiệm. Lượng chế phẩm bổ sung 1 – 10ml đều cho hiệu quả xử lý nước tương đối tốt so với mẫu không bổ sung. 2.2. Hiệu quả xử lý trầm tích Bên cạnh chất lượng nước, đã đánh giá một số chỉ tiêu bùn để xem quá trình đưa chế phẩm vào có ảnh hưởng đến các thông số của bùn đáy Hình 5. Hiệu quả xử lý TOC, TN, TP trong trầm tích ở các ô thí nghiệm Thời gian (ngày) Thời gian (ngày) Thời gian (ngày) Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016 113 Kt qu nghiên cu KHCN đối với mẫu bổ sung 10ml chế phẩm, mật độ VSV đặc biệt 4 nhóm phân hủy cellulose, tinh bột, protein, kitin tăng trong thời gian từ 0 – 14 ngày, sau đó bắt đầu giảm; còn với mẫu bổ sung 5ml chế phẩm, VSV cũng tăng theo quy luật tương tự , nhưng tốc độ chậm hơn. Quy luật của VSV trong mẫu có lượng chế phẩm bổ sung 5, 10ml phù hợp với quy luật của COD, BOD, NH4+ trong nước và TOC, TP, TN trong bùn. Qua đó cho thấy, VSV trong chế phẩm có khả năng tồn tại trong bùn đáy và xử lý nước trong mô hình thử nghiệm. III. KẾT LUẬN 1. Nghiên cứu thí nghiệm xử lý bùn đáy bằng chế phẩm VSV chịu mặn ở qui mô phòng thí nghiệm đã xác định được • Chế phẩm vi sinh chịu mặn có khả năng cải thiện chất lượng nước rất rõ rệt so không bổ sung chế phẩm, sau 63 ngày thử nghiệm COD, BOD, NH4+ ở các mẫu có bổ sung chế phẩm đều đạt yêu cầu của QCVN 08:2015/BTNMT. Hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm tăng khi liều lượng bổ sung chế phẩm tăng. • Đối với việc xử lý bùn đáy thì mẫu có bổ sung chế phẩm cho hiệu quả xử lý TOC, TN, TP tốt hơn so với mẫu không bổ sung, sau 63 ngày: hiệu suất xử lý của các mẫu bổ sung 10ml, 5ml, 1ml chế phẩm TOC tăng lần lượt 20,3%; 10,3%; 8,2%; TN tăng lần lượt 31,4%; không, khả năng tồn tại của các nhóm vi sinh vật trong chế phẩm tồn tại trong bùn đáy như thế nào. Hình 5 là một số thông số quan trắc từ bùn trong quá trình thử nghiệm chế phẩm. Từ kết quả thí nghiệm ở Hình 5 cho thấy: Hàm lượng TOC, TN, TP đều có xu hướng giảm theo thời gian. + Đối với hàm lượng TOC: hàm lượng TOC có sự giảm đều theo thời gian hay nói cách khác hiệu quả xử lý tổng lượng chất hữu cơ tăng lên theo thời gian. Sau 63 ngày hiệu suất xử lý TOC trong các ô thí nghiệm M1, M2, M3, M4 lần lượt là 32,02%; 25,02%; 19,86%; 11,71%. Qua đây thấy ô M1 xử lý TOC tốt nhất và các ô thí nghiệm bổ sung chế phẩm xử lý TOC tốt hơn so với ô thí nghiệm không bổ sung chế phẩm. + Đối với hàm lượng TN: Nito trong nước thải cao chảy vào thủy vực làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng. Do vậy nito gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước H2S, CH4, CO2, tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước, gây mùi hôi thối và làm ô nhiễm không khí khu dân cư. Qua phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý nito bằng chế phẩm sinh học cho kết quả cao. Trong 4 ô thí nghiệm thì ô M1 cho kết quả xử lý nito tốt nhất, sau 63 ngày, hiệu suất xử lý TN của các ô M1, M2, M3, M4 lần lượt là 44,33%; 30,71%; 24,52%; 12,93%. Qua đây cho thấy, ô thí nghiệm bổ sung chế phẩm xử lý TN tốt hơn so với ô thí nghiệm không bổ sung chế phẩm. + Đối với hàm lượng TP: Chất dinh dưỡng nito và phot- pho rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Mỗi một cơ thể sinh vật nhất định có một nhu cầu dinh dưỡng về N, P. Trong điều kiện môi trường thừa hoặc thiếu N, P, sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật đều có thể bị ảnh hưởng. Ngoài ra, photpho cũng là nguyên nhân chính gây ra bùng nổ tảo ở một số nguồn nước mặt, gây ra hiện tượng tái nhiễm bẩn và nước có màu, mùi khó chịu. (Kết quả phân tích hàm lượng tổng photpho trong trầm tích được thể hiện trên hình 27). Sau 63 ngày, hiệu suất xử lý TP của các ô M1, M2, M3, M4 lần lượt là 27,54%; 21,74%; 15,94%; 11,59%. Qua đây cho thấy ô thí nghiệm bổ sung 5ml và 10ml chế phẩm xử lý TP tốt hơn so với ô bổ sung 1ml chế phẩm và ô đối chứng. Tương tự các chỉ số hóa học, các chỉ số VSV trong bùn cũng biến động theo thời gian. Với mẫu không bổ sung chế phẩm và 1ml chế phẩm mật độ vi sinh vật không có sự biến động nhiều theo thời gian. Còn 17,8%; 11,6%; TP tăng lần lượt 15,9%; 10,1%; 4,35 so với mẫu không bổ sung chế phẩm. 2. Kết quả trên cho thấy có thể sử dụng chế phẩm vi sinh chịu mặn để xử lý bùn đáy của Âu thuyền Thọ Quang, Đà Nẵng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Atreyee Sims, Yanyan Zhang, Shashikanth Gajaraj, Pamela B. Brown, Zhiqiang Hu(2013), Toward the develop- ment of microbial indicators for wetland assessment. Water Research. 47, (5), 1, pp1711–1725. [2]. Yan, L., Inamori, R., Gui, P., Xu, K.Q., Kong, H.N., Matsumura, M., Inamori, Y.(2005), Distribution charac- teristics of ammonia-oxidizing bacteria in the Typha latifolia constructed wetlands using flu- orescent in situ hybridization (FISH). Journal of Environmental Sciences . 17 (6), pp 993-997. [3]. R.W. Howarth, R. Marino (2006), Nitrogen as the limiting nutrient for eutrophication in coastal marine ecosystems: evolving views over three decades, Limnology and Oceanography, 51, pp. 364–376. [4]. S. Seitzinger, J.A. Harrison, J.K. Bohlke, A.F. Bouwman, R. Lowrance, B. Peterson, C. Tobias, G. Van Drecht (2006), Denitrification across land- scapes and waterscapes: a synthesis, Ecological Applications, 16, pp. 2064–2090. [5]. T.E. Jordan, M.P. Andrews, R.P. Szuch, D.F. Whigham, D.E. Weller, A.D. Jacobs (2007), Comparing functional assessments of wetlands to measurements of soil charac- teristics and nitrogen process- ing, Wetlands, 27, pp. 479–497. [6]. W.R. Boynton, J.D. Hagy, J.C. Cornwell, W.M. Kemp, S.M. Greene, M.S. Owens, J.E. Baker, R.K. Larsen (2008), Nutrient budgets and manage- ment actions in the Patuxent River estuary, Maryland, Estuaries and Coasts, 31, pp. 623–651. [7]. S.S. Kaushal, P.M. Groffman, P.M. Mayer, E. Striz, A.J. Gold, (2008), Effects of stream restoration on denitrifi- cation in an urbanizing water- shed, Ecological Applications, 18, pp. 789–804. [8]. J.W. Day, G.P. Shaffer, L.D. Britsch, D.J. Reed, S.R. Hawes, D. Cahoon (2000), Pattern and process of land loss in the Mississippi Delta: a spatial and temporal analysis of wetland habitat change, Estuaries, 23, pp. 425–438. [9]. J.M. Coleman, O.K. Huh, D. Braud (2008), Wetland loss in world deltas, Journal of Coastal Research, 24, pp. 1–14. [10]. Hugo Ribeiro, C. Marisa R. Almeida, Ana P. Mucha, Catarina Teixeira, Adriano A. Bordalo (2013), Influence of natural rhizosediments charac- teristics on hydrocarbons degradation potential of microorganisms associated to Juncus maritimus roots, International Biodeterioration & Biodegradation,84, pp 86–96. [11]. Andrade, M.L., Covelo, E.F., Vega, F.A., Marcet, P. (2004), Effect of the Prestige oil spill on salt marsh soils on the coast of Galicia, (northwestern Spain), Journal of Environmental Quality. 33, pp 2003-2110. [12]. Boorman, L.A. (1999), Salt marshes e present func- tioning and future change, Mangroves and Salt Marshes 3, 227-241. LỜI CÁM ƠN! Công trình được thực hiện bởi sự tài trợ của đề tài: “Nghiên cu gii pháp ng dng h vi sinh vt phân hy nn đáy đ x lý mùi phát sinh do bùn và nc mt t i khu vc âu thuyn Th Quang thành ph Đà Nng” Mã số: VAST.NĐP.09/15-16. Nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đã tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện các nghiên cứu này. Kt qu nghiên cu KHCN Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 4,5&6-2016114