KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA CHẤT RẮN LƠ LỬNG TRNG NƯỚC THẢI CỦA MỘT SỐ CHỦNG BACILLUS

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH

Đề Tài: KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KEO TỤ CỦA CHẤT
RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC THẢI CỦA MỘT SỐ
CHỦNG BACILLUS

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Hoàng Mỹ
Sinh viên thực hiện

: Nhóm gồm 5 thành viên

Lớp: ĐHKTMT 10A
1. Huỳnh Thị Thùy Dương MSSV: 14110281
2. Nguyễn Hữu Nghĩa

MSSV: 14019331

3. Nguyễn Ngọc Lâm

MSSV: 14041121

4. Trần Quốc Toàn

MSSV: 14046791

5. Phạm Văn Tú

MSSV: 14026921

1


TP. Hồ Chí Minh, năm 2016

2


LỜI CẢM ƠN
Sau gần 2 tháng tìm hiểu đề tài và thực hành cùng với các sinh viên ĐH khóa 8 thực
hiện tại phòng thí nghiệm Viện KHCN&QL Môi trường, Trường ĐHCN TpHCM, dưới
sự hướng dẫn của cô Nguyễn Hoàng Mỹ, nhóm đã hoàn thành đề tài này.
Qua đây nhóm xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Hoàng Mỹ
người đã định hướng nghiên cứu, quan tâm và tận tình chỉ bảo cho nhóm trong suốt quá
trình làm bài, cùng các anh chị phòng thí nghiệm vi sinh môi trường, những người đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi để nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ, bài làm.
Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Công Nghiệp, cùng
toàn thể các thầy cô giáo trong Viện KHCN & QLMT đã tận tình chỉ bảo và truyền đạt
những kiến thức quý báu cho nhóm trong thời gian làm bài.

Tp.HCM. tháng 3, năm 2016

3


MỤC LỤC

4

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Đặt vấn đề

Trong bối cảnh quốc tế hiện nay, công nghiệp hóa - hiện đại hóa được xem là xu
hướng chung của các nước đang phát triển. Cùng với mục tiêu phát triển nền công nghiệp
và dịch vụ để hiện đại hóa đất nước, chúng ta không thể quên tầm quan trọng của việc xử
lý các chất thải và làm sạch môi trường.
Trong các phương pháp xử lý nước thải, việc sử dụng các chủng vi sinh vật có khả
năng phân hủy vật chất hữu cơ để giảm hàm lượng của chúng trong nước thải là một trong
những giai đoạn không thể thiếu, đặc biệt là với những chủng có khả năng tổng hợp và
tiết ra các enzyme ngoại bào. Để tìm hiểu sâu hơn về khả năng này của vi sinh vật, nhóm
đã thực hiện đề tài: ”Khảo sát khả năng keo tụ của chất rắn lơ lửng trong nước thải của
một số chủng”
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu về khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước thải
- Tìm hiểu về các enzyme ngoại bào có khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng của vi
-

khuẩn Bacillus
Thử nghiệm khảo sát đánh giá khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng của các chủng

Bacillus trong phòng thí nghiệm
1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Thành phần chất rắn lơ lửng trong nước thải
- Các chủng Bacillus có khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Kết quả của đề tài là nguồn dữ liệu bổ sung cho các nghiên cứu
trước về các chủng vi khuẩn Bacillus có hoạt tính là keo tụ mạnh mẽ. Tạo tiền đề cho việc

nghiên cứu khả năng keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước thải

5


Ý nghĩa thực tiễn: Các chủng vi khuẩn có khả năng keo tụ tốt được chọn để làm sạch
nước thải
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về thành phần chất rắn lơ lửng trong nước thải
- Nghiên cứu tổng quan về vi sinh vật có khả năng keo tụ
- Thí nghiệm khảo sát khả năng keo tụ của các chủng vi khuẩn trong phòng thí

nghiệm

6


PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CHẤT
RẮN LƠ LỬNG TRONG NƯỚC THẢI

1.1.
Nước thải
1.1.1. Khái niệm

Theo Lương Đức Phẩm (2007), nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích
như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi…
Nước thải có những biểu hiện đặc trưng như sau: [1]
Độ đục: Nước thải không trong suốt. Các chất rắn không tan tạo ra các huyền phù lơ

lửng. Các chất lỏng không tan tạo dạng nhũ tương lơ lửng hoặc tạo váng trên mặt nước.
Sự xuất hiện của các chất keo làm cho nước có độ nhớt
Màu sắc: Nước tự nhiên không có màu. Sự xuất hiện màu trong nước thải rất dễ nhận
biết. Màu xuất phát từ các cơ sở công nghiệp nói chung và các cơ sở tẩy nhuộm nói riêng.
Màu của các chất hóa học còn lại sau khi sử dụng đã tan theo nguồn nước thải. Màu được
sinh ra do sự phân giải của các chất lúc đầu không có màu. Màu xanh là sự phát triển của
tảo lam trong nước. Màu vàng biểu hiện của sự phân giải và chuyển đổi cấu trúc sang các
hợp chất trung gian của các chất hữu cơ. Màu đen biểu hiện của sự phân giải gần đến mức
cuối cùng của các chất hữu cơ.

7


Mùi: Nước tự nhiên không có mùi. Mùi của nước thải chủ yếu là do sự phân hủy của
các hợp chất hữu cơ trong thành phần có các nguyên tố Nitơ, Phospho và Lưu huỳnh. Các
mùi khai là amoniac (NH3), tanh là các amin (R3N, R2NH, RNH2 …), photphin (PH3). Các
mùi thối là khí hydro sunphua (H2S). Đặc biệt chất chỉ cần lượng rất ít, có mùi rất thối,
bám dính rất dai là các hợp chất Indol và Scatol được sinh ra từ sự phân hủy tryptophan,
một trong 20 aminoaxit tạo nên protein của vi sinh vật, thực vật và động vật.
Vị: Nước tự nhiên không có vị và trung tính với pH = 7. Nước có vị chua là do tăng
độ axit của nước (pH nhỏ hơn 7). Các axit (H2SO4, HNO3 …) và oxit axit (SO2, CO2, NxOy
…) có từ khí quyển và nước thải công nghiệp đã tan trong nước làm cho pH của nước thải
giảm xuống. Vị nồng là biểu hiện của kiềm (pH lớn hơn 7). Các cơ sở công nghiệp dùng
bazơ thì ngược lại, sẽ đẩy pH lên cao. Vị mặn chát là do một số muối vô cơ hòa tan, điển
hình là muối ăn (NaCl) có vị mặn, muối của Magie có vị chat …
Nhiệt độ: Tùy theo từng mùa nhiệt độ nước sẽ thay đổi. Nguồn gốc gây ô nhiễm nhiệt
độ chính là nhiệt của các nguồn nước thải từ bộ phận làm lạnh của các nhà máy. Nhiệt độ
tăng lên còn làm giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước.
Độ dẫn điện: Các muối vô cơ tan trong nước tạo thành các ion, làm cho nước có khả
năng dẫn điện. Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ và khả năng linh động của

các ion. Vì vậy khả năng dẫn điện của nước cũng phản ánh mức độ ô nhiễm môi trường
nước.
1.1.2. Phân loại

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó cũng
là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý. Theo cách phân loại này,
có các loại nước thải dưới đây: [2]

8


•

Nước thải sinh hoạt: nước thải sinh hoạt hay là nước thải từ khu dân cư bao
gồm nước sau khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học,

cơ quan, khu vui chơi giải trí
• Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ
công nghiệp, giao thông vận tải gọi chung là nước thải công nghiệp
• Nước thấm qua: Đó là nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác
•

nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố xí
Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những thành

phố hiện đại, chúng được thu gom theo một hệ thống thoát riêng
• Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong
hệ thống cống thoát của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể
trên
1.1.3. Các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đặc trưng của nước thải và nguồn

gốc của chúng. [3]
Tính chất vật lý của nước thải bao gồm màu, mùi, chất rắn và nhiệt độ. Thành phần
hóa học bao gồm các thành phần có nguồn gốc hữu cơ, vô cơ, thành phần khí và thành
phần sinh học được trình bày ở bảng 1.1.
Các tính chất và thành phần này thay đổi tùy theo nguồn gốc phát sinh của loại
nước thải đó và mang tính đặc trưng riêng của từng loại nước thải. Bên cạnh đó, các tính
chất này cũng thay đổi theo mùa, mật độ dân cư, điều kiện địa lý, khí hậu, vùng miền ….

Bảng 1.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của nước thải
9


Tính chất

Nguồn phát sinh

Tính chất vật lý

Màu

Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp, sự phân rã tự nhiên các chất
hữu cơ

Mùi

Sự thối rửa nước thải và các chất thải công nghiệp

Chất rắn

Cấp nước cho sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt và sản xuất, xói mòn
đất, dòng thấm, chảy vào hệ thống cống

Nhiệt độ

Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

Thành phần hóa học

Có nguồn hữu cơ

Cacbonhidrat

Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Mỡ, dầu, dầu nhờn

Các chất thải sinh hoạt, thương mại và sản xuất

Thuốc trừ sâu

Chất thải nông nghiệp

Phenol

Chất thải công nghiệp

Protein

Các chất thải sinh hoạt và thương mại

Các chất hoạt động bề mặt

Các chất khác

Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

Phân rã tự nhiên các chất hữu cơ
10


Có nguồn gốc vô cơ

Độ kiềm

Clorua

Các kim loại nặng

Nước thải sinh hoạt, cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước ngầm

Cấp nước sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt, sự thấm của nước
ngầm, các chất làm mềm nước

Các chất thải công nghiệp

Nitơ

Các chất thải sinh hoạt và nông nghiệp

pH

Các chất thải công nghiệp

Phospho

Lưu huỳnh

Các hợp chất độc

Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

Cấp nước sinh hoạt, nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Các chất thải công nghiệp

Các khí

H2S

Phân hủy các chất thải sinh hoạt

CH4

Phân hủy các chất thải sinh hoạt

Oxi

Cấp nước sinh hoạt, sự thấm của nước bề mặt

Thành phần sinh học

11


Các động vật

Các dòng nước hở và nhà máy xử lý

Thực vật

Các dòng nước hở và nhà máy xử lý

Sinh vật nguyên sinh, Virut

Các chất thải sinh hoạt và nhà máy xử lý các chất thải sinh hoạt

1.2.
Chất rắn lơ lửng
1.2.1. Các loại hạt trong nước

Có ba loại đối tượng có thể được tìm thấy trong nước. Theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, các
đối tượng này là những hóa chất dạng dung dịch, chất keo rắn và chất rắn lơ lửng. Đông
tụ/kết bông sẽ loại bỏ keo và chất rắn lơ lửng trong nước.
Hóa chất dạng dung dịch thì hòa tan hoàn toàn trong nước. Chúng được tích điện và
có thể tương tác với nước, vì vậy chúng hoàn toàn ổn định và sẽ không bao giờ lắng ra
khỏi nước. Hóa chất dạng này không thể nhìn thấy bằng mắt thường cũng như sử dụng
kính hiển vi. Kích thước của nó nhỏ hơn 1 Mu (một Mu hoặc millimicron bằng
0,000000039 inch). Một ví dụ của một hóa chất dạng dung dịch là đường trong nước.
Chất rắn dạng keo, còn được gọi là chất rắn không lắng, chúng không hòa tan trong

nước mặc dù chúng có tích điện. Tuy nhiên, các hạt này rất nhỏ và chúng không thể lắng
ra khỏi nước được, ngay cả sau nhiều năm và chúng không thể được loại bỏ bằng cách
đơn lọc. Chất rắn keo có kích thước khoảng từ 1 đến 500 Mu và có thể được nhìn thấy chỉ
khi dùng kính hiển vi công suất cao. Ví dụ như vi khuẩn, đất sét tốt, và phù sa. Chất rắn
dạng keo thường gây ra màu, chẳng hạn như "màu trà" của nước đầm lầy.
Cuối cùng, chất rắn lơ lững hoặc lắng được sẽ được tách ra khỏi nước theo thời gian,
mặc dù điều này xảy ra rất chậm và đơn thuần để lắng các hạt cặn trong một nhà máy xử
lý nước. Các hạt lớn hơn 1.000 Mu thì có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi hoặc đôi khi
bằng mắt thường.
12


1.2.2. Định nghĩa

Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ, hữu cơ hoặc vô cơ, trong nước thải. Khi vận tốc của
dòng chảy bị giảm xuống (khi chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ
bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục của nước.
Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS). Hàm lượng các chất huyền phù (SS) là trọng
lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc mẫu nước qua phễu lọc
rồi sấy khô ở 103-105oC tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính là mg hoặc g/l. [2]
Chất rắn lơ lửng có kích thước hạt ≥ 10-4 mm có thể lắng được hoặc không lắng được
(dạng keo). Nó được xác định bằng cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêu chuẩn với
kích thước lỗ khoảng 1.2 µm . Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấm, đem sấy ở nhiệt
độ 105oC cho đến khi trọng lượng không thay đổi. Đơn vị bằng mg/l. [4]
Chất rắn lơ lững trong nước: axit sunphat đồng, oxi đồng, những chất độc thuộc clor,
chất hữu cơ photpho, oxit nhôm, oxit sắt…
1.2.3. Nguồn gốc

Chất rắn lơ lửng thường có trong nước mặt do hoạt động xói mòn nhưng ít có trong
nước ngầm do khả năng tách lọc tốt của đất.

Ngoài các hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát
từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người.
1.2.4. Các tính chất của chất rắn lơ lửng

Chất rắn lơ lửng thường làm cho nước bị đục, là một phần của chất rắn có trong nước
ở dạng không hoà tan. Căn cứ vào tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong nước, ta có
thể xét đoán hàm lượng mùn, sét và những phần tử nhỏ khác trong nước. Chúng có thể có
hại vì làm giảm tầm nhìn của các động vật sống trong nước và độ dọi của ánh sáng mặt
13


trời qua nước. Tuy nhiên nước có chất rắn lơ lửng là đất mùn (như nước phù sa) thì là
dùng làm nước tưới cho nông nghiệp rất tốt.

1.2.5. Công thức tính hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải

Chất rắn lơ lửng (mg/l) = (m - m0) x 1000/Vmẫu(ml)
Trong đó :
m: khối lượng giấy lọc sau khi lọc mẫu
m0: khối lượng giấy lọc ban đầu
1.3.
Quá trình keo tụ
1.3.1. Khái niệm

Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hoá chất, trong đó các hạt keo nhỏ
lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông keo
có kích thước lớn hơn và người ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện
pháp lắng lọc hay tuyển nổi. [5]
Bằng cách sử dụng quá trình keo tụ người ta còn có thể tách được, hoặc làm giảm đi
các thành phần có trong nước như các kim loại nặng, các chất bẩn lơ lửng, các anion PO 43… và có thể cải thiện được độ đục và màu sắc của nước. [5]

Sự keo tụ bao gồm hai giai đoạn: [6]
•

Keo tụ ẩn : bằng mắt thường, quan sát vẻ bên ngoài người ta không thể nhận
biết bất cứ một biến đổi nào, mặc dầu trong thực tế, các hạt keo đã chập lại với

nhau thành các tập hợp hạt lớn hơn
• Keo tụ rõ : là giai đoạn thấy rõ sự biến đổi màu sắc, vẻ ánh quang
(opalescence), rồi chuyển đến trạng thái đục mờ, và cuối cùng tạo ra kết tủa
hoặc tạo ra dạng gel (thạch)
14


1.3.2. Cơ chế của quá trình keo tụ

Khi chất keo tụ cho vào nước và nước thải, các hạt keo bản thân trong nước bị mất
tính ổn định, tương tác với nhau, kết cụm lại hình thành các bông cặn lớn, dễ lắng. Quá
trình mất tính ổn định hạt keo là quá trình hóa lí phức tạp, có thể giải thích dựa trên các cơ
chế sau: [7]
•

Giảm điện thế zeta tới giá trị mà tại đó dưới tác dụng lực hấp dẫn Van der
Waals cùng với năng lượng khuấy trộn cung cấp thêm, các hạt keo trung hòa

điện kết cụm và tạo thành bông cặn.
• Các hạt kết cụm do sự hình thành cầu nối giữa các nhóm hoạt tính trên hạt keo.
• Các bông cặn đã hình thành khi lắng xuống sẽ bắt giữ các hạt keo trên quỹ đạo
lắng.

Hình 1.1: Keo tụ tạo bông

15


1.3.3 Một số chất keo tụ sử dụng phổ biến. [8]
1.3.3.1 . Muối nhôm (phèn nhôm )

Muối nhôm còn gọi là phèn nhôm là chất keo tụ được dùng rộng rãi trong công nghệ
xử lý nước thải. Việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào tính chất hóa lý của tạp chất, pH
và các thành phần muối trong nước thải. Trong thực tế thường dùng các chất keo tụ như:
Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, KAl(SO4)2H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O. Trong xử lý nước thải
công nghiệp, chất keo tụ được dùng rộng rãi nhất là nhôm sunfat vì nó hòa tan tốt ở trong
nước, giá thành rẻ và hoạt động hiệu quả cao

Hình 1.2: Phèn nhôm sunfat
1.3.3.2 . Phèn nhôm trùng hợp

Khi dùng nhôm trùng hợp để xử lý nước sẽ tránh được quá trình thủy phân và hình
thành dung dịch keo, có thể nhanh chóng phát huy hiệu quả quá trình hấp phụ và trung
hòa. Ưu điểm của nhôm trùng hợp là dễ thao tác sử dụng, tốc độ keo tụ nhanh và quá
trình keo tụ ít bị ảnh hưởng của nước đầu vào. Nhôm trùng hợp thường dùng trong công
nghệ xử lý nước thuộc về nhôm poly clo hóa (PAC).

16


Hình 1.3: Phèn nhôm PAC
1.3.3.3. Muối sắt (phèn sắt )
Phèn sắt có 2 loại: phèn sắt (II) và phèn sắt (III). Các muối sắt: Fe 2(SO4)3.2H2O,
FeSO4.7H2O và FeCl3 cũng thường được sử dụng làm chất keo tụ.

Phèn sắt có một số ưu điểm hơn phèn nhôm: tác dụng tốt ở nhiệt độ thấp, độ bền lớn
và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng, có thể khử được mùi do xuất hiện H 2S.
Nhược điểm phèn sắt ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm vì trong quá trình phản
ứng phèn FeCl3 tạo ra HCl.

Hình 1.4: Phèn sắt (II) sunfat và muối sắt FeCl3
17


1.3.3.4. Chất phụ trợ keo tụ
Để tăng nhanh quá trình tạo bông keo hydroxit nhôm và sắt nhằm tăng tốc độ lắng, có
thể thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử - chất trợ keo tụ với liều lượng khoảng 1
-5 mg/l như polyacrylamit (PAA), polyacrylic hoặc polydiallyldimetyl – amôn. Việc sử
dụng các chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian cho quá
trình keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của bông keo.
Trong số các chất trợ keo tụ tự nhiên thì phổ biến nhất là natri anginat. Chất trợ keo tụ
vô cơ loại anion là muối của các loại axit silicic hoạt tính.

Hình 1.6: Chất phụ trợ keo tụ PAA
1.3.3. Qui trình keo tụ

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán,
kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này không nổi cũng
không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề
mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng.
Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander
Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách
18

giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác
động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái
phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm
hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa
các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh
điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá
trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết
với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống,
quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.
Liều lượng phèn nhôm hay PAC được xác định trên thiết bị so sánh (Jar test). Mẫu
nước được lấy vào các cốc khác nhau, có máy khuấy chạy cùng tốc độ. Cho chất keo tụ
vào các cốc, khuấy với tốc độ 120 – 150 vòng/ phút trong thời gian 1 – 2 phút, sau đó
giảm dần tốc độ. Đây là giai đoạn keo tụ. Nếu sử dụng chất trợ keo tụ polymer thì cho
thêm polymer vào các cốc với hàm lượng xác định và khuấy thêm 1 – 2 phút nữa. Đây là
giai đoạn tạo bông. Tắt máy khuấy và để lắng, sau 30 phút lấy mẫu ở cùng độ sâu như
nhau trong các cốc để phân tích. [9]

Hình 1.7: Thiết bị Jar test

19


1.4. Keo tụ sinh học trong nước

Theo Kwon et al., 1996; Shih et al., 2001. Kết tụ sinh học là quá trình do vi sinh vật
tổng hợp ra hợp chất đa phân tử có khả năng thu gom và làm lắng các vật chất lơ lửng
trong dung dịch. Kết tụ sinh học có tính chất hóa học thuộc một trong ba dạng protein,
polysaccharide hoặc glycoprotein (Gao et al., 2006). Vi khuẩn có thể sử dụng các chất
dinh dưỡng trong môi trường để tổng hợp chất đa phân tử trong tế bào dưới sự hoạt động
của các loại enzyme khác nhau, các đa phân tử này có thể được bài tiết ra ngoài và tồn tại

trong môi trường hoặc trên bề mặt vỏ tế bào vi khuẩn. Cho nên, hoạt động của vi khuẩn
biến đổi những chất có trong môi trường thành các đa phân tử phức tạp có thể sử dụng
trong kết tụ (Deng et al., 2003), có nhiều dạng tổng hợp chất kết tụ sinh học ở vi khuẩn có
thể ở dạng polyme ngoại bào của các tế bào sống (Salehizadeh et al., 2000) hoặc quá trình
tích lũy chất kết tụ sinh học ngoại bào và sự gom tụ tế bào (Jie et al., 2006).
Có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy có nhiều dòng hoặc chủng vi khuẩn khác
nhau có thể tạo chất kết tụ sinh học khác nhau như: Bacillus licheniformis sp. (Hiroaki và
Kiyoshi, 1985) và Nocardia amarae YK1 (Takeda et al., 1992) có khả năng tạo chất kết
tụ sinh học là protein; Alcaligens latus KT201 (Kurane et al., 1991) và Bacillus subtilis
IFO3335 (Yokoi et al., 1996) có khả năng tạo chất kết tụ sinh học là polysaccharide;
Arcuadendron sp. TS-4 (Lee et al., 1995) và Arathrobacter sp. (Wang et al., 1994) có khả
năng tạo chất kết tụ sinh học là glycoprotein.
Chất kết tụ sinh học là một chất có phân tử lớn dễ bị vi sinh vật phá hủy được tiết ra
từ các vi sinh vật (Gong et al., 2008). Tính chất hóa lý của chất kết tụ sinh học được xác
định bởi bản chất di truyền của sinh vật (Salehizadeh et al., 2000). Nhiều vi sinh vật tổng
hợp các chất kết tụ sinh học như Rhodococcus erythropolis, Paecilomyces sp, Klebsiella
pneumoniae, Citrobacter sp đã được tìm thấy (Lian et al., 2008).
Trong nước thường tồn tại rất nhiều các dạng chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, chất
rắn lơ lửng, cặn bẩn, chúng tồn tại ở trạng thái khác nhau. Các phương pháp xử lý nước
thải trước đây được áp dụng chỉ có thể xử lý những chất có kích thước lớn hoặc chất lắng
chưa thể xử lý triệt để. Tuy nhiên gần đây công nghiệp đã áp dụng công nghệ xử lý keo tụ
20


có thể xử lý được các chất ở dạng huyền phù kích thước rất nhỏ kết hợp với hóa chất tạo
kết dính giữa các hạt chất với nhau tạo thành bông keo kích thước lớn dễ dàng xử lý.
Phương pháp keo tụ có thể là giải pháp độc lập để xử lý nước thải công nghiệp trước khi
xả vào nguồn tiếp nhận. Tùy thuộc vào điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp này có
thể hoàn tất ở giai đoạn sơ bộ ban đầu hoặc giai đoạn cuối của quá trình xử lý nước thải.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN BACILLUS
2.1. Vi khuẩn Bacillus
Vi khuẩn Bacillus là những vi khuẩn Gram dương, thuộc chi Bacillaceae, có nội bào
tử hình ovan có khuynh hướng phình ra ở một đầu. Bacillus được phân biệt với các loài vi
khuẩn sinh nội bào tử khác bằng hình dạng tế bào hình que, sinh trưởng dưới điều kiện
hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc. Tế bào Bacillus có thể đơn hoặc chuỗi và chuyển
động bằng tiêm mao. Nhờ khả năng sinh bào tử nên vi khuẩn Bacillus có thể tồn tại trong
21


thời gian rất dài dưới các điều kiện khác nhau và rất phổ biến trong tự nhiên nên có thể
phân lập từ rất nhiều nguồn khác nhau như đất, nước, trầm tích biển, thức ăn, sữa,...
nhưng chủ yếu là từ đất nơi mà đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ C và N. [10]
Tất cả các loài thuộc chi Bacillus đều có khả năng dị dưỡng và hoại sinh nhờ sử dụng
các hợp chất hữu cơ đa dạng như đường, acid amin, acid hữu cơ... Một vài loài có thể lên
men carbohydrat tạo thành glycerol và butanediol; một vài loài như Bacillus megaterium
thì không cần chất hữu cơ để sinh trưởng, một vài loài khác thì cần acid amin, vitamin B.
Hầu hết đều là loài ưa nhiệt trung bình với nhiệt độ tối ưu là 30 – 45 oC, nhưng cũng có
nhiều loài ưa nhiệt với nhiệt độ tối ưu là 65oC. [11]
Đa số Bacillus sinh trưởng ở pH = 7, một số phù hợp với pH = 9 – 10 như Bacillus
alcalophillus, hay có loại phù hợp với pH = 2 – 6 như Bacillus acidocaldrius.
Bacillus có khả năng sản sinh enzyme ngoại bào như amylase, protease, cellulase…,
do đó chúng được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, trong bảo vệ môi trường, …

2.2. Một số loài Bacillus thường gặp trong tự nhiên
2.2.1. Bacillus subtilis
Bacillus subtilis được gọi là trực khuẩn cỏ khô vì nó phân bố nhiều trong đất và đặc
biệt là ở cỏ khô. Chúng có hình que, ngắn, nhỏ, kích thước (3 – 5) x 0.6 µm, phát triển
riêng rẽ như những sợi đơn bào ít khi kết chuỗi sợi. Khuẩn lạc khô, vô màu hay xám nhạt,
có thể màu trắng hơi nhăn hoặc tạo ra lớp màng mịn lan trên bề mặt thạch, mép nhăn hoặc

lồi lõm nhiều hay ít, bám chặt vào môi trường thạch.

22


Bacillus subtilis có khả năng phân hủy pectin và polysaccarit ở mô thực vật và góp
phần gây nên các nốt trên củ khoai tây bị u. Chúng sinh trưởng trên môi trường nguyên
thủy xác định mà không cần bổ sung thêm yếu tố kích thích sinh trưởng. Sự sinh trưởng
phát triển của chúng góp phần làm hỏng các nguyên liệu có nguồn gốc động thực vật. Tuy
nhiên, Bacillus subtilis không sinh trưởng trên thực phẩm có tính axit ở điều kiện tối ưu.
Bacillus subtilis sinh trưởng tốt nhất ở 36oC – 50oC, tối đa khoảng 60oC. Là loại ưa
nhiệt cao. Bào tử của Bacillus subtilis cũng chịu được nhiệt khá cao.
Nhu cầu O2: Bacillus subtilis là vi khuẩn hiếu khí nhưng có khả năng phát triển trong
môi trường thiếu oxy.
Độ pH: Bacillus subtilis thích hợp nhất với pH = 7 – 7,4
Nồng độ muối ăn làm ngừng phát triển của bacillus subtilis là 10-15%, chúng phân bố
rộng rãi trong ngoại cảnh nhất là trên bề mặt thực vật (cây khô, khoai tây).
Đặc điểm của bào tử: Bào tử hình bầu dục, kích thước 0.6 µm – 0.9 µm. Phân bố
không theo nguyên tắc chặt chẽ nào, lệch tâm, gần tâm nhưng không chính tâm. Chúng
phát tán rộng rãi. Chúng là một thể nghỉ sinh ra vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển
của vi khuẩn. Chúng không có khả năng trao đổi chất nên có thể sống được vài năm đến
vài chục năm, thậm chí đến 200 – 300 năm.
Vi khuẩn Bacillus subtilis được xem là vi sinh vật điển hình vì có những đặc tính tiêu
biểu không gây hại nên đây là một trong những vi khuẩn được sử dụng để sản xuất
enzyme và các hóa chất đặc biệt như: amylase, protease, inosine, ribosides, acid amin,
subtilisin. Ngoài ra nhờ khả năng bám dính proton lên bề mặt mà B. subtilis có thể loại bỏ
được chất thải phóng xạ như Thorium và Plutonium . Đặc biệt, Bacillus subtilis được sử
dụng trong lên men Natto của Nhật – một thực phẩm chức năng rất bổ dưỡng cho sức
khỏe.
23

Bacillus subtilis có khả năng tiết enzyme protease trên môi trường nuôi cấy để phân
giải các chất dinh dưỡng có trong môi trường nhằm cung cấp năng lượng cho quá trình
trao đổi chất. Để phát hiện và đánh giá khả năng hoạt hóa của enzyme protease được tiết
bởi B. subtilis ta dùng môi trường gelatin nghèo chất dinh dưỡng để kích thích chúng sản
sinh protease.
2.2.2. Bacillus megaterium
Tế bào khá lớn khoảng gấp hơn 2 lần tế bào của Bacillus subtilis, chiều ngang (1,2 –
1,5) micromet có thể đến 2 micromet , dài từ 3 – 12 micromet, ở các ống nuôi già thì tế
bào ngắn hơn, tròn hơn, đôi khi hình thoi với đầu hẹp lại. Tế bào chứa nhiều hạt nhỏ và
chất dinh dưỡng dự trữ (hạt mỡ, glycogen).
Bào tử lớn hình ovan hay bầu dục, kích thước 1,5 x (0,7-1) micromet, bào tử lớn nhất
có đường kính từ 1,2 đến 1,5 micromet. Chúng nằm lệch tâm thường theo chiều ngang
hoặc xiên của tế bào.
Khuẩn lạc tròn đều không thùy, không nếp, mép tròn đều hoặc hơi lượn sóng, trông
giống giọt bạch lạp, lồi nhẵn, nhưng thường có vòng viền quanh đồng tâm trên bề mặt,
màu trắng sữa hay đục. Sinh trưởng trên môi trường dinh dưỡng đơn giản không cần thêm
bất kỳ một yếu tố sinh trưởng nào.
Bacillus megaterium cũng sản sinh ra các enzyme tương tự Bacillus subtilis, do đó nó
cũng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp.

24


Hình 2.1: Vi khuẩn Bacillus subtilis và bào tử

Hình 2.2: Vi khuẩn Bacillus megaterium và khuẩn lạc Bacillus megaterium
2.2.3. Bacillus mensentericus
Bacillus mensentericus còn được gọi là trực khuẩn khoai tây do nó có mặt chủ yếu

trên khoai tây. Trực khuẩn gần giống Bacillus subtilis, mảnh dài hoặc ngắn (3- 10) x (0,5
– 0,6) micromet, có thể đứng riêng rẽ hoặc chuỗi dài
Bào từ hình bầu dục và kéo dài 0,5 – 0,9 micromet , nằm ở vị trí bất kỳ trong tế bào, tế
bào Bacillus mensentericus không bị phình to khi mang bào tử.
Khuẩn lạc bám chặt vào môi trường thạch, có khi dính vào môi trường, mỏng, nhăn
nheo, xám nhạt–trắng, có thể màu Crem, vàng nâu, hồng hoặc đen như Bacillus
mensentericus niger (đen), Bacillus mensentericus ruber (hồng)
Sinh trưởng và phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 36 – 450 0C tối đa 50 – 5500C. pH = 4,5 –
5 thì nó ngừng phát triển.
25