Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải trong giết mổ gia súc tập trung (tt)

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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội - 2017


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Văn Cách

Phản biện 1: ………………………………
Phản biện 2:………………………………..
Phản biện 3: ……………………………….

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi ….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội

2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
Nước thải và chất thải rắn giết mổ có hàm lượng lớn chất hữu cơ, nitơ
đồng thời chứa một số lượng vi khuẩn gây bệnh cao, nếu thải trực tiếp ra
môi trường sẽ gây các tác động xấu tới môi trường xung quanh, đặc biệt là
sức khỏe con người. Tuy nhiên các giải pháp xử lý tại nguồn đang còn tồn
tại nhiều bất cập trong việc áp dụng thực tế cho các lò giết mổ như: đòi hỏi
mặt bằng xử lý lớn, hệ thống xử lý vận hành phức tạp, chi phí vận hành
cao... Đây là những lý do khiến các lò giết mổ hiện nay phần lớn không có
hệ thống xử lý hoặc có nhưng chỉ mang tính chất đối phó. Để khắc phục
tình trạng này việc nghiên cứu tạo ra công nghệ thích hợp giải quyết được
các bất cập trên là vô cùng cần thiết.
Nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên, Luận án đã tiến hành thực hiện
đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật bản địa để xử lý nước thải
trong giết mổ gia súc tập trung”.
Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản
địa để áp dụng giải pháp công nghệ xử lý sinh học thích ứng có kết hợp
khai thác chất ô nhiễm hữu cơ cho đối tượng nước thải giết mổ gia súc gia
cầm, gồm các mục tiêu cụ thể sau:
- Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật bản địa phù hợp với giải
pháp tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh học (vi sinh vật
bản địa, hiếu khí, có khả năng đồng hóa nguồn cơ chất đa dạng, phát triển
tích lũy nhanh sinh khối, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực cao trong xử lý nước thải giết mổ).
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc.
- Thử nghiệm xây dựng quy trình công nghệ trong xử lý nước thải giết
mổ gia súc có thu bùn hoạt tính cho mục tiêu tái chế phục vụ nông nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Nước thải giết mổ gia súc: nước thải giết mổ lợn và giết mổ trâu bò.
- Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của chế phẩm
trên quy mô phòng thí nghiệm và quy mô hiện trường 20 m3/ngày.
Nội dung nghiên cứu:
1


- Đánh giá chất lượng nước thải của một số cơ sở giết mổ gia súc ở khu
vực Hà Nội.
- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học
phù hợp, an toàn và có năng lực ứng dụng trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc.
- Nghiên cứu điều kiện lên men và tạo chế phẩm vi sinh vật từ các
chủng vi sinh vật đã tuyển chọn.
- Thử nghiệm chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết mổ gia súc
quy mô phòng thí nghiệm (bình 5L và 35L)
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý nước thải giết
mổ gia súc trên mô hình xử lý pilot ngoài hiện trường quy mô 20 m3/ngày.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Về khoa học: Luận án đã tạo được chế phẩm vi sinh vật bản địa phù
hợp với mục tiêu tách thu được bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý
sinh học và hiệu suất xử lý COD đạt 94 – 97%, TN đạt 80 – 90%.
2. Về thực tiễn: Luận án đã thử nghiệm kiểm định chế phẩm trên mô
hình xử lý PILOT ngoài hiện trường 20 m3/ngày để vận hành khởi động
đến trạng thái xử lý ổn định chỉ sau 2 tuần, chất lượng nước thải sau xử lý
đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Kết quả mới:
1. Đã phân lập, tuyển chọn được 3 chủng vi sinh vật bản địa phù hợp
với mục tiêu xử lý tách thu bùn hoạt tính ngay trong quá trình xử lý sinh

học trong xử lý nước thải giết mổ gia súc. Các chủng này phát triển tốt
trong điều kiện hiếu khí, tạo bùn hoạt tính kết lắng thuận lợi và có năng
lực xử lý giảm nhanh các chỉ số ô nhiễm, trong đó lượng bùn lắng sau 10
phút đạt 90% so với lượng bùn lắng sau 30 phút, nên rút ngắn thời gian
lắng phân ly thu bùn thải.
2. Đã bước đầu khảo sát động thái của quá trình xử lý nước thải giết mổ
gia súc và cho thấy giải pháp phân ly sớm phần bùn hoạt tính tự lắng được
ra khỏi hệ thống ngay trong công đoạn xử lý sinh học đã làm tăng hiệu quả
xử lý TN từ 66% lên 86%; Đồng thời, đã thu được dữ liệu bước đầu về khả
năng xử lý loại bỏ trực tiếp một phần cơ chất ô nhiễm polymer và thí
nghiệm đã chỉ ra trong thời gian lưu nước 1 ngày thì polymer được xử lý
2


và kéo theo bùn hoạt tính là 96% , mà không cần trải qua giai đoạn thủy
phân.
3. Đã ứng dụng chế phẩm vi sinh tạo ra vào bể tích hợp trong xử lý
nước thải giết mổ gia súc quy mô 20 m3/ngày và rút ngắn thời gian khởi
động của hệ thống xuống mức 20 ngày, tăng hiệu suất xử lý COD và TN.
Hiệu suất xử lý COD đạt 95 -98%, TN đạt 83-93%, chất lượng nước thải
sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Bố cục luận án
Luận án được trình bày trong 131 trang: mở đầu (4 trang), tổng quan
tài liệu (36 trang), vật liệu và phương pháp nghiên cứu (17 trang), kết quả
và thảo luận (53 trang với 12 bảng, 42 hình), kết luận (2 trang), kiến nghị
(1 trang), danh mục các công trình đã công bố (1 trang) và tài liệu tham
khảo (9 trang với 19 tài liệu tiếng Việt và 77 tài liệu tiếng Anh), 8 trang
phụ lục.
1. TỔNG QUAN
Trong nước thải có chứa hợp chất hữu cơ cao, chất béo, dầu mỡ và hợp

chất nitơ (protein, acid amin) [50]. Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm
lượng nitơ trong nước thải tăng cao và máu cũng là thành phần hữu cơ ô
nhiễm chính trong nước thải giết mổ. Trong đó hàm lượng COD 1000 –
10.000 mg/L, BOD5 1000 – 8000 mg/L, TN 100 – 800 mg/L, TP 20 – 100
mg/L và chất béo 20 – 400 mg/L [28], [46]. Thông thường, khối lượng
máu so với trọng lượng cơ thể ở lợn là 4,6% (máu lợn có khối lượng riêng
d = 1,060 g/cm3) [16]. Trong quá trình giết mổ, khoảng 30% lượng máu
trong cơ thể động vật sẽ đi vào dòng thải.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
- Nước thải: nước thải lấy từ 2 cơ sở giết mổ lợn Thịnh An (xã Thịnh
Liệt, Thanh Trì, Hà Nội), giết mổ trâu bò Khắc Ngoan (xã Bái Đô, Phú
Xuyên, Hà Nội).
- Các chủng vi sinh vật: được phân lập từ nước thải của các cơ sở giết
mổ gia súc.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp lấy mẫu
3


2.2.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nước
2.2.3. Phương pháp vi sinh vật
2.2.3.1.
Phân lập
2.2.3.2.
Phương pháp tuyển chọn
2.2.4. Phương pháp định danh
2.2.4.1.
Tách DNA tổng số từ vi khuẩn
2.2.4.2.

Nhân khuyeesch đại gen bằng phan rứng PCR
2.2.4.3.
Tinh sạch sản phẩm PCR
2.2.4.4.
Xác định trình tự chuỗi nucleotid
2.2.5. Tạo chế phẩm
2.2.5.1.
Khảo sát các điều kiện lên mem thu sinh khối của chủng
2.2.5.2.
Lên men thu sinh khối của các chủng VSV tuyển chọn để tạo
chế phẩm
2.2.5.3.
Phương pháp tạo chế phẩm
2.2.6. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô phòng thí
nghiệm
2.2.6.1.
Phương pháp hiếu khí theo mẻ quy mô bình 5L
Thiết bị thí nghiệm là các bình thủy tinh hình trụ, có dung tích 5L, thể
tích phản ứng là 3L. Thiết bị sục khí được đặt ở đáy bình. Khí được cấp
vào thông qua máy thổi khí. Bổ sung chế phẩm với mật độ vi sinh vật 104
CFU/mL.
2.2.6.2.
Phương pháp xử lý hiếu khí bán liên tục quy mô 35L
Thí nghiệm được thực hiện theo chế độ sục khí – ngừng sục bán liên
tục, các chế độ thí nghiệm đều có chu trình làm việc 8h/mẻ. Nước thải
được cấp vào từ đầu chu trình và liên tục đến 7h 45phút thì ngừng cấp
nước. Khí cũng được cấp liên tục từ đầu chu trình đến 7h 45phút. Sau các
chu trình sục khí – không sục khí, nước thải được để lắng trong 9 phút,
sau đó phần nước trong ở phần trên được tháo ra trong 5 phút, xả bùn đáy
trong 1 phút.

Chế độ thí nghiệm
- Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD
- Ảnh hưởng của tải lượng TN đến hiệu suất xử lý TN
- Ảnh hưởng của MLSS đến hiệu suất xử lý COD, TN
4


2.2.7. Phương pháp xử lý nước thải giết mổ gia súc quy mô pilot hiện
trường 20 m3/ngày
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chế phẩm vi
sinh vật tạo ra từ luận án được sử dụng kiểm định thử nghiệm trong vận
hành mô hình xử lý thử nghiệm quy mô 20 m3/ngày tại hiện trường cơ sở
giết mổ thực tại hộ gia đình ông Khắc, thôn Bái Đô, xã Tri Thủy, huyện
Phú Xuyên, TP. Hà Nội. Bổ sung chế phẩm với mật độ ban đầu 104
CFU/mL, pH đầu vào luôn duy trì từ 6 – 7 và DO luôn duy trì trong bể từ
4- 7 mg/L. Bể xử lý tích hợp hiện trường nêu trên được điều chỉnh thay đổi
vách ngăn để ưu tiên tạo nhiều vùng hiếu khí hơn, giảm thể tích vùng thiếu
khí và tăng tốc độ sục khí để tránh vùng yếm khí.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát đặc trưng nước thải giết mổ gia súc của một số cơ sở khu
vực phía Bắc
Đưa ra được hướng công nghệ tối ưu trong xử lý chất thải giết mổ gia
súc thì việc khảo sát đặc trưng nước thải là một khâu rất quan trọng. Trong
quá trình nghiên cứu đề tài đã khảo sát tại 3 cơ sơ giết mổ gia súc tập trung
trên khu vực phía bắc. Kết quả được thể hiện trên bảng 3.1, bảng kết quả
tổng hợp phân tích của các cơ sơ giết mổ.

5

Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả phân tích mẫu nước thải tại các cơ sở giết mổ gia súc
Tên cơ sở giết
mổ (địa chỉ)

Loại nước
thải

Giết mổ lợn
Nước thải
Thịnh An (xã
khu giết mổ
Vạn Phúc,
Nước thải
huyện Thường
khu làm nội
Tín, Hà Nội)
tạng
Giết mổ trâu bò Nước thải
Khắc Ngoan
khu giết mổ
(thôn Bái Đô, xã
Tri Thủy, huyện
Nước thải
Phú Xuyên,
tập trung
thành phố Hà
Nội
Giết mổ làng
Phúc Lâm (giết
mổ trâu bò

Nước thải
(Làng Phúc
tập trung
Lâm, Hoàng
làng
Ninh, Việt Yên,
Tỉnh Bắc
Giang)
QCVN 40:2011- BTNMT cột
B

Số
lượng
con

15002000

pH

Chỉ tiêu
NNNT0 DO COD BOD5 T-N
T-P TSS
+
NH 4 NO3 NO2(0C) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L)

6.40

27,5

0,3

2206

1765

196

11,5

0

0

12,6

220

6.10

28,6 0,15

1980

1327

169

22,8

0.4

0,5

28,5

520

6.60

29,1 1,05

2414

1979

384,1

10

0

0

31,4

180

20-50

100150

7.97

29

0.11

2087

1357

302,5

41,1

0

0

26,9

1120

6.50

32

0.54

2035

1410

220

102

2.8

0

38

600

150

50

40

-

-

-

6

100

5.5 -9

6


3.2. Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn thích ứng để xử lý nước thải giết mổ
gia súc
Kết luận: Qua quá trình phân lập và tuyển chọn chúng tôi đã chọn
được 3 chủng M2, C1, C8 có các hoạt tính chính sau:
- Chủng M2: có hoạt tính emzym đa dạng, có khả năng sinh khối lớn
sau 28h lên men, có khă năng xử lý nước thải đạt hiệu suất xử lý COD là
93% sau 36h xử lý và COD đầu ra còn 74 mg/L.
- Chủng C1: có hoạt tính enzyme đa dạng, có năng lực sinh khối lớn
sau 22h lên men, có năng lực xử lý nước thải giết mổ gia súc nhanh
nhưng thời gian pha cân bằng không ổn định. Đồng thời có khả năng tạo
bông bùn và kết lắng nhanh trong quá trình xử lý nước thải.
- Chủng C8: có hoạt tính enzyme đa dạng và có khả năng lực sinh khối
lớn trong môi trường lên men nhân tạo giàu dinh dưỡng đồng thời có
năng lực xử lý nước thải và đạt hiệu suất trên 93% và thời gian xử lý kéo
dài hơn chủng C1 nhưng có khả năng kết bông bùn lớn và lắng thuận lợi.
Ba chủng M2, C1, C8 đã đáp ứng được các tiêu chí: Có hoạt tính
enzyme đa dạng nhưng hoạt tính protease là chủ đạo, có năng lực sinh
khối lớn và xử lý nước thải nhanh đồng thời có khả năng kết lắng bông
bùn thuận lợi. Do đó 3 chủng này được chọn và làm các nghiên cứu tiếp
theo.
Định tên 3 chủng C1, C8, M2:
- Đặc điểm hình thái của 3 chủng trên: mang gram dương, trực khuẩn
que dài, có bào tử.
- Định tên chủng bằng phương pháp sinh học phân tử: chủng C1 thuộc

loài Bacillus mojavensis và được định tên là chủng Bacillus mojavensis
C1 ; chủng C8 thuộc loài Bacillus mojavensis và được định tên là chủng
Bacillus mojavensis C8 ; chủng M2 thuộc loài Bacillus velezensis và
được định tên là chủng Bacillus velezensis M2.
3.3. Thử nghiệm tạo chế phẩm vi sinh
3.3.1. Thử nghiệm xác định các điều kiện lên men thu sinh khối vi
khuẩn
3.3.1.1 Lựa chọn môi trường thích hợp
7


Bảng 3.2. Các môi trường lên men khảo sát
Tên thí nghiệm
Thành phần peptone, cao thịt, NaCl
trong môi trường
Thí nghiệm 1

0,3% peptone, 0,09% cao thịt, 1% NaCl

Thí nghiệm 2

0,5% peptone, 0,15% cao thịt, 1% NaCl

Thí nghiệm 3

0,7% peptone, 0,21% cao thịt, 1% NaCl

Thí nghiệm 4

1% peptone, 0,3% cao thịt, 1% NaCl

Hình 3.1. Biểu đồ chỉ ảnh hưởng của môi trường đến sinh trưởng
của chủng VSV
Cả ba chủng vi khuẩn B. velezensis M2 và B. mojavensis C1, B.
mojavensis C8 đều có khả năng sinh trưởng và phát triển ở cả bốn môi
trường được khảo sát. Trong đó, tại môi trường thí nghiệm thứ 4, cả ba
chủng đều sinh trưởng và phát triển mạnh nhất, nồng độ sinh khối đạt cao
nhất (B. velezensis M2 có OD600nm: 4,27; B. mojavensis C1 là 4,76 và B.
mojavensis C8 là 4,872).
3.3.1.2
Ảnh hưởng của pH
Kết quả được trình bày trong hình 3.2

8


Hình 3.2. Biểu đồ chỉ ảnh hưởng của pH môi trường đến sự phát triển
của các chủng vi khuẩn tuyển chọn
3.3.1.3 Nhu cầu oxy hòa tan đến năng lực phát triển sinh khối VSV
Trong nghiên cứu này luận án lựa chọn phương pháp thay đổi thể tích
dịch lên men.

Hình 3.3. Biểu đồ chỉ ảnh hưởng của thể tích dịch lên men đến sự phát
triển của các chủng vi khuẩn tuyển chọn
Sau 24h lên men cả ba chủng vi khuẩn M2, C1, C8 đều có khả năng
tổng hợp sinh khối cao nhất ở thể tích lên men 100 mL (OD600nm lần lượt
là 4,28; 4,76; 5,00). Chọn thể tích dịch lên men là 100mL/500 mL cho
quá trình lên men thu sinh khối của 3 chủng M2, C1, C8 ở quy mô bình
tam giác 500mL.
3.3.1.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến năng lực phát triển sinh

khối VSV
9


Kết quả thể hiện trên hình 3.4 cho thấy giá trị OD600nm cao nhất của cả
3 chủng M2, C1, C8 ở các tỷ lệ cấp giống 5%, 5%, 3% lần lượt là 4,53;
5,13; 5,21.

Hình 3.4. Biểu đồ chỉ giá trị OD600nm tại các tỷ lệ cấp giống khác nhau
ở thời điểm 24h
Ghi chú: 1: Tỷ lệ cấp giống 1%; 2: Tỷ lệ cấp giống 3%; 3: Tỷ lệ cấp
giống 5%; 4: Tỷ lệ cấp giống 7%; 5: Tỷ lệ cấp giống 10%.
3.3.1.5 Trạng thái sinh trưởng và phát triển của các chủng đã tuyển chọn
Lên men các chủng B. velezensis M2, B. mojavensis C1, B.
mojavensis C8 với các điều kiện đã khảo sát ở trên: nhiệt độ 37oC tốc độ
lắc 200 vòng/phút, thể tích dịch lên men 100 mL trong bình tam giác 500
mL, môi trường lên men cao thịt 3 g/l, pepton 10 g/l, NaCL 5 g/l. Tỷ lệ
cấp giống và pH của các chủng M2, C1, C8 lần lượt là: 5%, 5%, 3% và
6,5; 7,5; 7. Cứ sau 2h nuôi cấy lấy mẫu đo giá trị OD600nmvà trang trải
trên môi trường NA để xác định mật độ vi sinh vật.

10


Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn trạng thái sinh trưởng và phát triển
của chủng M2, C1, C8
Kết quả trên hình 3.5 cho thấy sinh khối của chủng B. velezensis M2
tăng dần từ 0h đến khoảng 22h và đạt giá trị OD cao nhất ở 24h (OD600nm
đạt 4,3); Chủng B. mojavensis C1, C8 đạt giá trị OD cao nhất sau 22h và
26h lên men, tương ứng (OD600nm đạt 4,56; 5,19) và duy trì trạng thái ổn

định đến 26h. Sau đó giá trị OD của chủng C1 và C8 giảm nhanh đến 38h
còn 2,69; 3,42.
Kết quả mật độ vi sinh (CFU/mLl) tương đồng với giá trị OD600nm.
Mật độ vi sinh đạt cao nhất của các chủng M2, C1, C8 lần lượt là 6,2x109
CFU/mL sau 24h lên men, 9,2x109 CFU/mL sau 22h lên men và 9,8x109
CFU/mL sau 26h lên men.
Qua khảo sát các yếu tố lên men đến khả năng tạo sinh khối của ba
chủng vi khuẩn nghiên cứu, kết luận cả ba chủng vi khuẩn M2, C1, C8
đều phù hợp để sản xuất chế phẩm vi sinh nhằm mục đích xử lý nước thải
giết mổ gia súc.
3.3.2. Tạo chế phẩm
3.3.2.1. Khả năng xử lý nước thải giết mổ gia súc của các chủng
tuyển chọn
Luận án đã triển khai thí nghiệm so sánh năng lực xử lý nước thải của
3 chủng tuyển chọn được ở trên. Khảo sát năng lực của đơn chủng và kết
hợp các chủng.

Hình 3.5. Biểu đồ chỉ so sánh năng lực xử lý COD của các chủng
Hình 3.6, 3.7 cho thấy sau 24h xử lý tất cả các bình có bổ sung chủng
vi sinh vật bản địa đạt hiệu suất cao từ 62 -72% trong khi đó bình không
11


bổ sung vi sinh vật đạt 48%. Sau 30h các bình có bổ sung vi sinh vật đạt
hiệu suất cao và đạt trên 90%, bình phối trộn chủng (M2, C1, C8) cho
hiệu suất xử lý cao nhất đạt 93%.

Hình 3.6. Biểu đồ chỉ hiệu suất xử lý COD của các chủng
Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý của mẫu phối trộn các chủng là cao
hơn khi dùng đơn lẻ các chủng. Do đó chế phẩm phải được tạo bởi hỗn

hợp chủng cho hiệu suất xử lý tối ưu nhất.
Kết luận: chủng M2, C1, C8 sẽ được nghiên cứu phối trộn tạo chế
phẩm xử lý nước thải giết mổ gia súc.
3.3.2.2. Kiểm định đặc tính chủng trong môi trường thực
Luận án đã khảo sát thí nghiệm với 2 bình tam giác 1000 ml, điều
kiện thí nghiệm giống nhau nhưng khác đối tượng nước thải đưa vào.
Bình 1 lấy 200ml nước thải, bình 2 lấy 200ml nước thải đã được lọc qua
giấy lọc với lỗ lọc 0,45µm (Cả 2 bình bổ sung 5% hỗn hợp giống và cho
vào máy nuôi lắc 200v/p. Sau 24h, 48h lấy mẫu và xác định các chỉ số
COD, MLSS, kết quả thể hiện trên bảng 3.3.
Bảng 3.3 Đặc tính của chế phẩm
Trước khi lọc

Sau khi lọc

% chuyển
Hệ số
COD TSS MLSS
COD
TSS MLSS Hệ số chuyển
hóa SS
chuyển hóa
(mg/L) (mg/L) (mg/L)
(mg/L) (mg/L) (mg/L) hóa vào SK
vào SK
Đầu vào
1216
350
0
920

0
Đầu ra 24h
120
337
974
0.58
112
637
0.79
4
Đầu ra 48h
88
290
670
0.34
78
380
0.45
14
TT

12


Qua thí nghiệm này cho ta thấy khi lượng thức ăn dồi dào vi sinh vật
chỉ chuyển hóa chất tan và một phần rất nhỏ chất không tan bị chuyển
hóa (4%). Chất không tan được kết tụ cùng với sinh khối và tạo thành
bùn hoạt tính lắng xuống và tách ra ngoài. Tách bùn càng sớm thì hiệu
quả thu sinh khối càng cao. Qua thí nghiệm này chứng minh được quan
điểm mà luận án đã theo đuổi là chỉ ưu tiên các vi sinh vật chuyển hóa

chất tan và tạo nhiều sinh khối và chất không tan được kết lắng cùng sinh
khối tạo thành bùn.
3.3.3. Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý nước thải giết mổ gia súc
3.3.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tạo chế phẩm vi sinh vật
Từ 3 chủng Bacillus phân lập và tuyển chọn được từ môi trường bản
địa, với các thông số của quá trình lên men và quá trình tạo chế phẩm đã
được nghiên cứu, luận án đã xây dựng sơ đồ tạo chế phẩm vi sinh vật ứng
dụng để xử lý nước thải giết mổ gia súc như trên hình 3.8.
B. mojavensis
C1

B. mojavensis
C8

KT hoạt tính

KT hoạt tính

B. velezensis
M2

Cao lanh

KT hoạt tính

Lên men PTN 100mL: 0,3g/L cao Lên men PTN 100mL: 0,3g/L Lên men PTN 100mL: 0,3g/L cao
thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L muối ăn, cao thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L thịt, 1g/L pepton, 0,5g/L muối ăn,
lắc 200 v/p; pH 7,5; giống 5%v/v; muối ăn, lắc 200 v/p; pH 7,0; lắc 200 v/p; pH 6,5; giống 5%v/v;
30oC; 24 giờ
giống 3%v/v; 30oC; 24 giờ

30oC; 24 giờ

Lên men 5 lit: 3 g/L cao thịt,
10g/L pepton, 5g/L muối ăn, khí
cấp 1,25 v/v/p ; pH 7,5; giống
5%v/v; 30oC; 36 giờ

Lên men 5: 3 g/L cao thịt,
10g/L pepton, 5g/L muối ăn,
khí cấp 1,25 v/v/p ; pH 7,0;
giống 3%v/v; 30oC; 36 giờ

Lên men 5: 3 g/L cao thịt, 10g/L
pepton, 5g/L muối ăn, khí cấp
1,25 v/v/p ; pH 6,5; giống 5%v/v;
30oC; 36 giờ
Nghiền, d≤0,1mm, sấy 1300C

Phối trộn tỉ lệ 40:30:30, ly tâm

trong 2h

Phối trộn: 2 sinh khối + 1 chất mang
o

Chế phẩm

Hình 3.7. Quy trình tạo chế phẩm hoàn chỉnh
13

3.4. Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong xử lý nước thải giết mổ
gia súc quy mô phòng thí nghiệm
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
3.4.1.1. Năng lực xử lý COD
Hình 3.9 biểu diễn kết quả nghiên cứu thu được về CODvào của 2 loạt
bình thí nghiệm dao động từ 1361- 1620 mg/L, COD ra của bình bổ sung
chế phẩm (CODra BSCP) thấp ngay ở mẻ thứ nhất đến mẻ thứ 3 (COD dao
động từ 129 – 99 mg/L) hiệu suất đạt 92- 93%. Từ mẻ thứ 4 đến 10 vi
sinh vật ổn định CODra BSCP dao động từ 80 – 56 mg/L, hiệu suất đạt 94 96% và đạt tiêu chuẩn xả thải loại A theo QCVN 40:2011/BTNMT.

Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên COD trong các ngày thí nghiệm

Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý COD trong
các ngày thí nghiệm
14


Đối với bình không bổ sung chế phẩm COD (CODra KBSCP) sau xử lý
dao động từ 720 – 406 mg/L của các mẻ từ 1- 4, hiệu suất xử lý COD đạt
56- 74%. Sau mẻ thứ 5 hiệu suất của bình này đạt hiệu suất tương đối cao
(70 – 80%), COD đầu ra của bình này dao động 321 – 289 mg/L không
đạt tiêu chuẩn xả thải so với QCVN 40: 2011/BTNMT.
3.4.1.2. Năng lực xử lý nitơ tổng
Qua hình 3.11cho thấy nitơ tổng (TN) đầu vào không dao động nhiều
từ 152 – 185 mg/L. TN đầu ra của bình bổ sung chế phẩm có sự biến
động lớn không giống COD đầu ra. TN đầu ra thấp nhất ở mẻ thứ 1 – 5.
TN đầu ra dao động nhỏ từ 37 – 20 mg/L. Ở mẻ xử lý thứ 5 TN ra là thấp

nhất. Trong khi đó TN đầu ra của bình không bổ sung chế phẩm cao và
cũng có khoảng biến thiên nhỏ từ 125 – 138 mg/L. Đối với bình không
bổ sung chế phẩm hệ vi sinh vật ít vì vậy lượng thức ăn dư thừa ở mức
cao, protein dư thừa bị phân cắt nhỏ giải phỏng ra NH3. Do đó TN đầu ra
của bình KBSCP chủ yếu là N-NH4.

Hình 3.10. Đồ thị chỉ biến thiên TN của bình bổ sung chế phẩm và
bình không bổ sung chế phẩm

Hình 3.11. Đồ thị chỉ diễn biến nitơ đầu ra NO3+NO2 và NH4
15


Hình 3.12 thể hiện diễn biến của N-NH4 bình bổ sung chế phẩm có xu
hướng giảm dần theo từng mẻ xử lý. Thời gian lưu bùn dải ảnh hưởng
đến hiệu suất xử lý TN và vi sinh vật chết bị phân giải cắt mạch và giải
phóng NH3, NH4 [22].

Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn biến thiên hiệu suất xử lý TN
Hình 3.13, cho thấy hiệu suất xử lý TN của bình không bổ sung chế
phẩm là thấp và chỉ đạt 10 – 30%. Trong khi hiệu suất xử lý TN của bình
bổ sung chế phẩm cao. Đạt giá hiệu suất cao nhất từ 76 – 86% khi bùn
lưu trong 7 ngày, từ ngày thứ 7 đến ngày thứ 10, hiệu suất xử lý TN giảm
dần từ 66% xuống 57% do các vi sinh vật chết đi và xảy ra hiện tượng
phân hủy nội bào.
3.4.1.3. Xác định MLSS qua các mẻ xử lý
Kết quả được thể hiện ở hình 3.14 cả 2 bình có hàm lượng MLSS tăng
dần lên theo các mẻ và chỉ số SVI tỷ lệ nghịch với MLSS. MLSS tăng
dần theo thời gian xử lý và tăng từ 1.044 đến 3.143 mg/L. MLSS tăng
nhanh ở các ngày đầu nhưng từ ngày thứ 6 đến thứ 9 thì tăng chậm và

ngày thứ 9 đến thứ 10 không khác nhau.

Hình 3.13. Đồ thị chỉ biến thiên chỉ số MLSS qua các ngày thí nghiệm
16


Đối với bình không bổ sung chế phẩm thì nồng độ MLSS thấp hơn
nhiều so với bình bổ sung chế phẩm nhưng nồng độ bùn cũng tăng lên
theo thời gian lưu bùn, tăng từ 310 đến 1947 mg/L. Chỉ số SVI của bình
này cao thể hiện tốc độ lắng kém.
3.4.1.4. Diến biến chất ô nhiễm theo thời gian xử lý của chế phẩm
Sau khi hoạt động được 2 giờ bắt đầu lấy mẫu. Lấy mẫu liên tục trong
12 giờ, khoảng cách mỗi lần lấy mẫu là 2h. Kết quả được thể hiện trên
hình 3.15.

Hình 3.14.Đồ thị chỉ biến thiên chỉ số quan trắc COD theo thời gian xử lý
Qua hình 3.15, 3.16 thể hiện sự biến thiên của COD và TN theo thời
gian xử lý. Sau 2h xử lý giá trị COD, TN đã giảm được 49% và 48%. Sau
10h xử lý COD, TN đạt hiệu suất 93%, 83% tương đương giá trị COD,
TN sau xử lý là 60 mg/L, 15 mg/L. Sau 12h xử lý hiệu suất xử lý COD,
TN không thay đổi so với 10h xử lý đạt 93%, 83%.

Hình 3.15. Đồ thị chỉ biến thiên của TN theo thời gian xử lý
17


Thời gian lưu nước trong bình xử lý thuận lợi xác định được là 810h, đó cũng là tiền đề cho các thì nghiệm tiếp theo.
3.4.2. Xử lý nước thải giết mổ bằng phương pháp hiếu khí bán liên
tục quy mô 35 L
3.4.2.1. Chỉ số thể tích bùn lắng (SVI)

Kết quả quan trắc được thể hiện trên hình 3.17 và bảng 3.4.

Ban đầu 5 phút 15 phút 30 phút
Hình 3.16. Bùn lắng tại các thời điểm khác nhau
Bảng 3.4. chỉ số SV, SVI thông qua thời gian lắng
Thời gian
5 phút 15 phút
30 phút
SV (mL)
90
80
75
%(Lắng so với 30 phút)
83,3
93,7
100
SVI (ml/g)
60
53
50
Kết quả quan trắc thu được cho phép rút ra nhận xét: năng lực lắng
của các chủng thử nghiệm là rất tốt; Do đó, phương án tách bùn sớm
ngay trong quá trình xử lý sinh học là phương án có thể thực hiện được.
3.4.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý
Ảnh hưởng của tải lượng COD

Hình 3.17. Đồ thị chỉ ảnh hưởng tải lượng đến hiệu suất xử lý COD
18

Kết quả trên hình 3.18 thể hiện ảnh hưởng của tải lượng COD đến
hiệu suất xử lý COD. Tải lượng dao động từ 1,41 – 3,2 kg/m3/ngày thì
hiệu suất xử lý đạt từ 94- 97%. Ở tải lượng từ 3,7 – 3,9 kg/m3/ngày hiệu
suất đạt từ 81 – 90%.
Vậy hệ này hoạt động và đạt hiệu quả tốt nhất ở tải lượng từ 1,4 –
3,2 kg/m3/ngày.
Ảnh hưởng của tải lượng hữu cơ đến hiệu suất xử lý TN

Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn biến thiên TN và hiệu suất xử lý TN
Hình 3.19 cho thấy hiệu suất xử lý TN đạt giá trị cao nhất (83 -88%)
ở chế độ 1 với tải lượng 0,14- 0,19 kg/m3/ngày, Chế độ 2 tải lượng 0,19 –
0,26 kg/m3/ngày hiệu suất dao động lớn từ 79 – 86%. Chế độ 3 tải lượng
0,35 - 0,36 kg/m3/ngày hiệu suất giảm xuống còn 65%.
Diễn biến N- NH4 , N-NO3 , N-NO2 đầu ra dao động lớn ở cả 3 chế
độ. Chế độ 1 đầu ra của giá trị trên thấp và chủ yếu tập trung NO3-, chế
độ 2 có chỉ số NO3- thấp hơn hơn so với chệ độ 1 và chế độ 3. NH4+ tăng
lên ở chế độ 2 và 3, chế độ 3 NH4+ tăng cao và dao động từ 15 – 38
mg/L. NO2- quan trắc được có sự dao động trong cả 3 chế độ.
Luận án đã chỉ ra được thời gian lưu thủy lực của nước thải trong các
chế độ thí nghiệm từ 16,7h và giảm xuống đến ngưỡng 8 h vẫn cho hiệu
suất xử lý COD, TN cao với giá trị đo được là 96% - 85%, 86% - 66%;
nghĩa là đã đạt được hiệu quả xử lý khả quan so với các công trình nghiên
cứu đã công bố trên.

19


3.4.2.3. Ảnh hưởng của MLSS đến hiệu suất xử lý
Ảnh hưởng của chỉ số MLSS đến hiệu suất xử lý COD
Kết quả được thể hiện trên hình 3.20

Hình 3.19. Đồ thị chỉ biến thiên MLSS và hiệu suất xử lý COD
Qua hình 3.35 cho thấy hiệu suất xử lý COD luôn đạt từ 94 – 97% khi
nồng độ MLSS trong hệ duy trì từ 900 – 1700 mg/L. Khi nồng độ MLSS
giảm còn 700 – 800 thì hiệu suất xử lý COD bắt đầu giảm và giảm xuống
dải 90- 84%.
Ảnh hưởngcủa chỉ số bùn MLSS đến hiệu suất xử lý TN

Hình 3.20. Đồ thị chỉ biến thiên MLSS và hiệu suất xử lý TN
Qua hình 3.21 thể hiện nồng độ MLSS ảnh hưởng lớn đến hiệu suất
xử lý TN. MLSS dao động từ 1350-1600 mg/L hiệu suất xử lý TN đạt từ
69-74%, khi nồng độ MLSS giảm xuống từ 790-850 thì hiệu xuất xử lý
TN giảm xuống còn 66-71%. Khi nồng độ MLSS đạt từ 900-1000 thì
hiệu suất xử lý TN đạt hiệu suất cao nhất là 80 – 86%.
20


3.4.2.4. Đánh giá chất lượng bùn thải
Bùn được tháo ra và lọc trên bộ lọc hút chân không với kích thước lỗ
lọc 0,45µm (giấy lọc của Merk), sau khi lọc xong mang đi sấy ở 105 oC
đến khối lượng không đổi, cân xác định hàm lượng MLSS trong bể. Lấy
1 g bùn sấy khô mang đi phá mẫu để xác định TN, TOC (xác đinh theo
phương pháp xác định TN trong mẫu đất). Kết quả được thể hiện trên
bảng 3.5
Bảng 3.5. Chất lượng của bùn trong bể thí nghiệm quy mô 35L
Số điểm
Lưu lượng vào (L/h)

1
1,2

2
1,5

3
2

4
2,5

Thể tích hữu ích (L)
Thời gian lưu nước (giờ)

20
16,7

20
13,3

20
10

20
8

COD ra (mg/L)

50 ± 15

78 ± 13

75 ± 12

180 ± 25

COD vào (mg/L)

1400 ± 190 1480 ± 120

1380 ± 150

1350 ± 210

Tải lượng COD (kg/m3/ngày) 1,4 ± 0,15

2,1 ± 0,2

2,8 ± 0,19

3,6 ± 0,2

TN ra (mg/L)

21

29 ± 2

30 ± 3

75 ± 6

TN vào (mg/L)

161 ± 15

160 ± 19

178 ±15

179 ± 14

Tải lượng TN (kg/m3/ngày)

0,16 ± 0,02 0,24 ± 0,03

0,27 ± 0,02

0,36 ± 0,01

MLSS (mg/L)

1050 ± 60

930 ± 105

890± 70

890± 70

MLVSS (mg/L)

871±12

781±11

774± 21

765± 18

MLVSS/MLSS (%)

83 ± 3

84 ± 2

87 ± 2

86 ± 4

Bùn thải tách ra (g/ngày)

6±2

10 ± 2

18 ± 1

23± 3

Tổng bùn sinh ra

27 ± 2

35 ± 2

42 ± 1

49 ± 3

SVI

66 ± 2

66 ± 2

66 ± 2

190 ± 22

%TOCMLSS trong 1 g bùn thải 80

78

82

75

%TN trong 1 g bùn thải

10

14

14

12

TN trong bùn thải mg/g

160

158

163

95

21


Qua bảng 3.5 cho thấy chất lượng của bùn thải đạt được như mong
muốn và đủ điều kiện để lên men tạo phân bón vi sinh với hàm lượng hữu
cơ. TN trong bùn thải chiếm 10 – 14% và TOC chiếm 75 – 82%.
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
3.5.1. Theo dõi vận hành của hệ thống khi ổn định.
3.5.1.1. Biến thiên pH và DO trong bể tích hợp chức năng
Qua hình 3.22 cho thấy giá trị pH luôn ổn định trong bể và dao động
trong khoảng 6,6 – 6,9 đồng thời DO cũng đạt ngưỡng cao trong khoảng
5,0 – 7,5. Chỉ số pH và DO nói lên hoạt động của hệ vi sinh vật và chất

lượng nước sau xử lý.

Hình 3.21. Đồ thị chỉ biến thiên pH và DO trong bể tích hợp chức năng
3.5.1.2. Biến thiên của COD trong hệ thống pilot

Hình 3.22. Đồ thị chỉ diễn biến hiệu suất xử lý COD và COD đầu ra

22


Hiệu suất xử lý COD và diễn biến giá trị COD đầu ra trong hệ pilot
đạt từ 95-97% và giá trị đầu ra khá ổn định dao động từ 80 – 149 mg/L và
đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT.
3.5.1.3. Hiệu quả xử lý T-N
Kết quả được thể hiện trên hình 3.24.

Hình 3.23. Đồ thị chỉ hiệu suất xử lý T-N
- Mô hình tổng thể xử lý nước giết mổ gia súc đã xây dựng nêu trên
có sử dụng chế phẩm vi sinh BioL tạo ra từ luận án đủ năng lực xử lý
hiệu quả cả 2 chỉ số là TN và COD.
- Hiệu suất xử lý: COD 95 - 98% và TN 83- 93%. Xét về hàm
lượng chất ô nhiễm COD, TN nước thải sau xử lý (chứa 85mg/L COD;
32,54 mg/L TN) đạt TC B của QCVN 40:2011/BTNMT về COD và TN.
KẾT LUẬN
1 Từ các mẫu nước thải của 2 cơ sở giết mổ đã phân lập, tuyển chọn
được 3 chủng vi khuẩn Bacillus có các đặc tính tích tụ sinh khối nhanh,
năng lực đồng hóa cơ chất đa dạng, tạo bông bùn kết lắng thuận lợi và có
năng lực xử lý làm giảm nhạn chỉ số ô nhiễm COD của nước thải giết mổ
gia súc. Theo đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hoá và trình tự gen 16S
rDNA của chủng, đã định tên 3 chủng thu được là: Bacillus velezensis

M2, Bacillus mojavensis C1 và Bacillus mojavensis C8.
2 Đã xác định được thành phần môi trường và điều kiện lên men thu
sinh khối của các chủng: Chủng B. velezensis M2: môi trường NA (3g/L
cao thịt, 10g/L pepton, 5g/L NaCl), pH 6,5, lượng khí cấp 1,25 v/v/p, tỷ
23