BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU CỦA VI KHUẨN Bacillus subtilis

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU CỦA
VI KHUẨN Bacillus subtilis

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : ĐOÀN THỊ HIẾU THẢO
Niên khóa

: 2008-2012

Tháng 7/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
BƯỚC ĐẦU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU CỦA
VI KHUẨN Bacillus subtilis

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

PGS.TS. LÊ ĐÌNH ĐÔN

ĐOÀN THỊ HIẾU THẢO

ThS. TRẦN THỊ VÂN

Tháng 7/2012


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, Bộ môn Công nghệ Sinh
học, cùng tất cả qúy thầy cô đã truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho tôi trong suốt quá
trình học tại trường.
PGS.TS. Lê Đình Đôn đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tôi thực hiện tốt khóa
luận tốt nghiệp này.
Th.S Trần Thị Vân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời
gian thực tập và hoàn thành tốt khoá luận.
Các bạn lớp DH08SH đã luôn bên tôi, giúp đỡ, động viên, chia sẻ cùng tôi trong
thời gian thực tập cũng như trong suốt những năm học vừa qua.
Cha mẹ, bậc sinh thành đã sinh ra và nuôi dưỡng tôi, các anh chị em trong gia
đình luôn quan tâm, ủng hộ tôi học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
Đoàn Thị Hiếu Thảo

i

TÓM TẮT
Nước thải cao su thuộc loại gây ô nhiễm nghiêm trọng do chứa hàm lượng chất
hữu cơ cao, đồng thời gây ra mùi hôi thối (sinh H2S và mercaptan) khi có sự phân hủy
yếm khí ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh vật, nguồn tiếp nhận, và môi trường sống
của con người. Để hạn chế ô nhiễm của các loại nước thải này, phải dựa vào các hoạt
động phân hủy chất hữu cơ của các vi sinh vật trong tự nhiên. Vì vậy đề tài “Bước đầu
đánh giá khả năng xử lý nước thải chế biến cao su của vi khuẩn Bacillus subtilis được
phân lập trong phòng thí nghiệm” đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Viện
nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường Trường Đại học Nông Lâm TPHCM.
Đối tượng nghiên cứu là các chủng vi khuẩn Bacillus subtilis được phân lập từ
các mẫu đất và nước thải thuộc Công ty cao su Eah’leo, Công ty cao su Bình Long, hồ
nước thải sinh hoạt đường 17 – phường Linh Trung, quận Thủ Đức. Phương pháp tiến
hành như sau: dòng vi khuẩn Bacillus sp. từ các mẫu đất, mẫu nước thải khác nhau được
phân lập dựa vào hình thái khuẩn lạc. Thử các phản ứng sinh hóa để khẳng định các
chủng vi khuẩn Bacillus subtilis. Sau đó tiến hành khảo sát khả năng xử lý nước thải chế
biến cao su của các chủng Bacillus subtils đã phân lập được.
Sau khi phân lập thì thu được 7 chủng vi khuẩn có hình thái khuẩn lạc giống với
Bacillus sp. Thử các phản ứng sinh hóa thì khẳng định có 6 chủng là Bacillus subtilis.
Trong 6 chủng vi khuẩn Bacillus subtilis cho khảo sát khả năng xử lý nước thải cao su thì
chủng D3 có khả năng xử lý tốt nhất trong điều kiện hiếu khí với hiệu suất xử lý là: COD
đạt 89,03%, BOD đạt 91,45%, SS đạt 79,06%.

ii


SUMMARY
Wastewater from rubber processing contaminants serious contains high
concentrations of organic matter, and cause bad odors (H2S and mercaptan) after
anaerobic decomposition that affects aquatic ecosystem organisms, receiving water, and

human habitat. The active organic matter decomposition of natural microorganisms could
be applie to limit contamination for this kind of wastewater. So the project "Initial
assessment of treatment wastewater capacity from rubber processing factory of Bacillus
subtilis, which were isolated in the laboratory" was carried in the laboratory of the
Institute Research Environmental and Biotechnology of Nong Lam University
Researched objects were Bacillus subtilis strains isolated from soil and waste
water of Eah’leo rubber company, Binh Long rubber Company and Reservoir of domestic
waste water in Street 17 – Linh Trung Commune – Thu Đuc District. Method is executed
as follows: seven strains of Bacillus subtilis were collected from soil and wastewater. Six
Bacillus subtilis strains were confirmed by biochemical reactions test, then all of isolated
strains were tested for the capacity of wastewater treatment with the wastewater from
rubber processing factory
After isolating, seven strains of bacteria that colonies’s form similar to Bacillus sp
were collected. To try the biochemical reactions it is confirmed that six strains are Bacillus
subtilis. In the six strains of Bacillus subtilis to a survey of wastewater treatment capacity
rubber is D3 strain has the best capabilities in aerobic conditions, with processor
performance is 89.03% COD, 91.45% BOD, 79.06% SS.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ i
TÓM TẮT ..................................................................................................................... ii
SUMMARY ................................................................................................................. iii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... ix

Chương 1 MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1

1.2

Yêu cầu của đề tài ................................................................................................ 2

1.3

Nội dung thực hiện .............................................................................................. 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................. 3
2.1

Tổng quan về nước thải cao su ............................................................................. 3

2.1.1

Nguồn gốc nước thải chế biến cao su ................................................................ 3

2.1.2

Tính chất nước thải cao su ................................................................................ 4

2.1.3

Mức độ ô nhiễm của nước thải chế biến mủ cao su ........................................... 5

2.1.4.2

Công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su trên thế giới ................................ 6

2.1.4.2

Công nghệ xử lý nước thải cao su trong nước ................................................ 9

2.2

Sơ lược về vi khuẩn Bacillus subtilis ................................................................. 11

2.2.1

Đặc điểm chung của giống Bacillus ................................................................ 11

2.2.2

Một số đặc điểm của Bacillus subtilis ............................................................. 12

2.2.2.1

Lịch sử phát hiện ......................................................................................... 12

2.2.2.2

Đặc điểm phân loại ...................................................................................... 13

2.2.2.3

Đặc điểm phân bố ........................................................................................ 13

2.2.2.4

Đặc điểm hình thái ...................................................................................... 13

2.2.2.5

Đặc điểm nuôi cấy ....................................................................................... 14

2.2.2.6

Đặc điểm sinh hóa ....................................................................................... 14

2.2.3

Bào tử và khả năng tạo bào tử của vi khuẩn Bacillus subtilis .......................... 14
iv


2.2.3.1

Cấu tạo bào tử ............................................................................................. 14

2.2.3.2

Khả năng tạo bào tử..................................................................................... 16
Tính đối kháng của Bacillus subtilis ............................................................... 16

2.2.4

2.2.4.1

Với vi sinh vật gây bệnh .............................................................................. 16

2.2.4.2

Với đồng loại............................................................................................... 16
Độc tính của Bacillus subtilis.......................................................................... 17

2.2.5
2.2.5.1

Đối với con người ....................................................................................... 17

2.2.5.2

Đối với động vật .......................................................................................... 17

2.2.5.3

Đối với thực vật ........................................................................................... 18

2.2.5.4

Đối với vi sinh vật ....................................................................................... 18
Một số ứng dụng của Bacillus subtilis............................................................. 18

2.2.6

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.......................................... 20

3.1

Thời gian và địa điểm thực hiện ......................................................................... 20

3.2

Đối tượng khảo sát ............................................................................................. 20

3.3

Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................................... 20

3.4

Môi trường nuôi cấy .......................................................................................... 20

3.5

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 20

3.6

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 21

3.6.1

Thu thập mẫu và phân lập chủng Bacillus subtilis ........................................... 21

3.6.1.1

Cách lấy mẫu để phân lập vi khuẩn ............................................................. 21

3.6.1.2

Phương pháp phân lập vi khuẩn Bacillus subtilis ......................................... 21

3.6.2

Khảo sát đặc điểm sinh hóa của vi khuẩn ........................................................ 22

3.6.3

Đánh giá khả năng xử lý nước thải cao su của các dòng Bacillus subtilis ........ 22

3.6.3.1

Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 22

3.6.3.2

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ............................................................. 23

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 25
4.1

Kết quả phân lập Bacillus subtilis ...................................................................... 25

4.1.1

Quan sát đặc điểm khuẩn lạc nghi ngờ là Bacillus subtilis .............................. 25

4.1.2

Đặc điểm hình thái của vi khuẩn nghi ngờ là Bacillus subtilis ........................ 26

4.1.3

Khảo sát đặc điểm sinh hóa của chủng vi khuẩn đã phân lập........................... 26
v


4.2

Kết quả xử lý nước thải của các chủng vi khuẩn đã phân lập.............................. 27

4.2.1

Kết quả phân tích các chỉ tiêu sau 20 ngày thí nghiệm .................................... 27

4.2.1.1

Kết quả đánh giá màu và mùi ...................................................................... 27

4.2.1.2

Kết quả khảo sát chỉ tiêu pH ........................................................................ 29

4.2.1.3

Kết quả khảo sát chỉ tiêu BOD .................................................................... 30

4.2.1.4

Kết quả khảo sát chỉ tiêu COD .................................................................... 31

4.2.1.5

Kết quả khảo sát chỉ tiêu SS ........................................................................ 32

4.2.2 So sánh hiệu suất xử lý của các chủng vi khuẩn ở cả hai điều kiện hiếu khí và
yếm khí sau 20 ngày làm thí nghiệm ............................................................................ 33
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 34
5.1

Kết luận ............................................................................................................. 34

5.2

Đề nghị .............................................................................................................. 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 35
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 38

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TP

Tổng hàm lượng phospho

COD

Chemical Oxygen Demand

BOD

Biochemical oxygen Demand

DO

Hàm lượng oxygen hòa tan

SS

Suspended Solids

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solid

B. subtillis

Bacillus subtilis

B. licheniformis

Bacillus licheniformis

B. pumilis

Bacillus pumilis

B.megaterium

Bacillus megaterium

MR

Methyl red

VP

Voges proskauer

MRSA

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Nguồn gốc chất gây ô nhiễm nước trong nước thải chế biến cao su ................ 4
Bảng 2.2 Đặc tính của nước thải chế biến cao su ........................................................... 5
Bảng 2.3 So sánh hàm lượng các chất ô nhiễm giữa nước thải chế biến cao su và nước
thải đô thị....................................................................................................................... 6
Bảng 2.4 Một số công nghệ xử lý nước thải cao su ở Malaysia ...................................... 8
Bảng 2.5 Hệ thống các công nghệ xử lý nước thải cao su tại một số nhà máy .............. 10

Bảng 2.6 Đặc tính của các loài thuộc giống Bacillus ................................................... 12
Bảng 2.7 Đặc điểm sinh hóa của Bacillus subtilis ........................................................ 15
Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý nước thải của các chủng .............. 23
Bảng 4.1 Kết quả thử sinh hóa của các chủng phân lập ................................................ 27
Bảng 4.2 Kết quả giá trị pH trung bình của các nghiệm thức qua các ngày .................. 29
Bảng 4.3 Kết quả giá trị BOD trung bình của các nghiệm thức qua các ngày ............... 30
Bảng 4.4 Kết quả giá trị COD trung bình của các nghiệm thức qua các ngày ............... 31
Bảng 4.6 Hiệu suất xử lý của các mẫu ở điều kiện hiếu khí sau 20 ngày thí nghiệm .... 33

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Vi khuẩn Bacillus subtilis ............................................................................... 14
Hình 3.2 Sơ đồ định danh vi khuẩn Bacillus subtilis...................................................... 23
Hình 3.3 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải .................................................................... 24
Hình 4.1 Khuẩn lạc Bacillus subtilis.............................................................................. 26
Hình 4.2 Đặc điểm hình thái vi khuẩn Bacillus subtilis ................................................. 27
Hình 4.3 Mẫu trước khi xử lý ........................................................................................ 28
Hình 4.4 Mẫu sau khi xử lý 20 ngày .............................................................................. 28

ix


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề
Ngành công nghiệp sản xuất và chế biến cao su hiện nay là một trong những

ngành công nghiệp hàng đầu, có tiềm năng phát triển vô cùng to lớn, đóng một vai trò
quan trọng góp phần phát triển nền kinh tế quốc dân. Cao su được dùng hầu hết trong các
lĩnh vực phục vụ cho nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu. Ngoài ra, cao su còn
có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ đất tránh bị rửa trôi, xói mòn hạn chế ô
nhiễm, cải thiện môi trường. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp chế biến cao su cũng gây ra
những tác động xấu đến môi trường.
Hàng năm ngành chế biến cao su phát sinh khoảng 10 triệu m3 nước thải, trung
bình lượng nước thải phát sinh khoảng 25 m3/tấn sản phẩm (tính theo khối lượng khô) sản
xuất từ mủ tinh, 35 m3/tấn sản phẩm sản xuất từ mủ tạp và 18 m3/tấn sản phẩm sản xuất từ
mủ li tâm (Tổng công ty Cao su Việt Nam, 2004). Nước thải cao su được xem là một
trong những lọai nước thải có nồng độ ô nhiễm rất cao bởi các thành phần COD,
ammonium và phospho. Nước thải chế biến cao su từ mủ nước thường có pH thấp (pH 4 6) do việc sử dụng axit để làm đông tụ cao su, trong đó nước thải phát sinh từ chế biến mủ
tạp có pH 6 - 7. Hàm lượng N – NH3 trong nước thải cao chủ yếu là do việc sử dụng
amoniac là chất chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ, đặc
biệt là trong chế biến mủ li tâm. Do đó nước thải từ các nhà máy chế biến mủ cao su chưa
được xử lý triệt để là một trong những nguyên nhân làm cho tình hình ô nhiễm môi
trường ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Bacillus là một loại vi sinh vật trong nước có tiềm năng lớn về các enzyme ngoại
bào, nhiều trong số các enzyme ngoại bào đó là những enzyme có khả năng thủy phân
được nhiều phân tử hữu cơ. Do đó chủng vi sinh vật này đã có nhiều ứng dụng trong các
lĩnh vực như: công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp
dược. Đồng thời việc ứng dụng Bacillus vào trong xử lý nước thải có hàm lượng các hữu
cơ cao như nước thải cao su sẽ có triển vọng.

1


Dựa trên thực tiễn đó, đề tài “Bước đầu đánh giá khả năng xử lý nước thải cao su
của vi khuẩn Bacillus subtilis được phân lập trong phòng thí nghiệm” đã được thực hiện

tại Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM.
1.2

Yêu cầu của đề tài
Tìm được chủng Bacillus subtilis có khả năng xử lý nước thải chế biến cao su tốt

nhất và hiệu quả nhất.
1.3

Nội dung thực hiện
Phân lập các dòng Bacillus sp. từ các mẫu đất và nước thải.
Thử các phản ứng sinh hóa để xác định các chủng Bacillus subtilis.
Khảo sát các chỉ tiêu màu, mùi, COD, BOD, SS, pH để đánh giá khả năng xử lý

nước thải của các chủng phân lập được.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1

Tổng quan về nước thải cao su

2.1.1

Nguồn gốc nước thải chế biến cao su
Nước thải chế biến cao su có nguồn gốc từ: lớp váng, nhựa mủ, mủ nước và nước

rửa của các công đoạn khác nhau. Các công đoạn chủ yếu tạo ra nước thải: dây chuyền

chế biến mủ ly tâm, dây chuyền chế biến mủ nước, dây chuyền chế biến mủ tạp.
Nước thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà
xưởng. Trong quá trình sản xuất này mủ cao su sau khi khuấy trộn được đưa vào các nồi
ly tâm quay với tốc độ 7000 vòng/phút. Với tốc độ này, lực ly tâm đủ lớn để tách các hạt
cao su ra khỏi nhựa mủ, dựa vào sự khác biệt về trọng lượng riêng của chúng. Sau khi mủ
cao su cô đặc đã được tách ra, chất lỏng còn lại là nhựa mủ, vẫn còn chứa khoảng 5% mủ
cao su, sẽ được làm đông bằng sulphuric acid để chế biến thành cao su khối với một quá
trình tương tự như cao su thông thường. Quá trình chế biến mủ ly tâm cũng tạo ra 3 nguồn
nước thải chính: nước rửa máy móc và các bồn chứa, nhựa mủ từ mương đông tụ, và nước
rửa từ các máy gia công cơ. Trong số này nhựa mủ của lớp váng là có lượng chất gây ô
nhiễm cao nhất.
Dây chuyền chế biến mủ ly tâm: nước thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá
trình băm cám, cán tạo tờ, băm cốm. Ngoài ra nước thải còn phát sinh do quá trình rửa
máy móc, thiết bị và vệ sinh nhà xưởng trong các khu chế biến mủ.
Dây chuyền chế biến mủ nước: đây là dây chuyền tiêu hao nước nhiều nhất trong
các dây chuyền chế biến mủ. Nước thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ quá
trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng. Ngoài ra
nước thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt.
Dây chuyền chế biến mủ tạp: trong chế biến cao su khô, nước thải sinh ra ở các
công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công cơ học. Thải ra từ bồn khuấy trộn là nước
rửa bồn và dụng cụ, nước này chứa một ít mủ cao su. Nước thải từ mương đông tụ là quan
trọng nhất vì nó chứa phần lớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ
(Nguyễn Hồng Hà, 2010).

3


Bảng 2.1 Nguồn gốc chất gây ô nhiễm nước trong nước thải chế biến cao su
Thành phần

Tỉ lệ trung bình
(%)

Nguồn gốc

Các protein

1,8

Nguyên liệu

Các lipid và phospholipid

0,95

Nguyên liệu

Các carbohydrate

0,9

Nguyên liệu

NH3

0,15

Chế biến

Các axit hữu cơ và vô cơ

0,15

Chế biến

Các axit béo và axit amin tự do

0,22

Nguyên liệu

( Nguyễn Ngọc Bích,2005).

2.1.2

Tính chất nước thải cao su
Nước thải chế biến mủ cao su được tạo ra từ rất nhiều khâu trong quy trình chế

biến, nhưng chủ yếu từ các công đoạn khuấy trộn, làm đông, gia công cơ học và nước
rửa máy móc, dụng cụ trong công xưởng.
Nước thải cao su có pH thấp (pH 4,2 – 5,2) vì thường phải sử dụng acid formic
để làm đông tụ mủ. Đối với cao su khối được chế biến từ nguyên liệu đông tụ tự nhiên
thì nước thải có pH cao hơn (khoảng pH 6).
Hơn 90% chất rắn trong nước thải chế biến cao su là chất rắn bay hơi, chứng tỏ
bản chất hữu cơ của chúng. Phần lớn chất rắn này là những hạt cao su còn sót lại sau quá
trình đông tụ. Các hạt cao su tồn tại trong nước ở dạng huyền phù với nồng độ rất cao.
Nếu lưu giữ nước thải trong một thời gian dài và không có sự xáo trộn dòng thì các huyền
phù này sẽ nổi lên và kết dính thành từng mảng lớn trên bề mặt nước.
Hàm lượng nitơ hữu cơ trong nước thải chế biến cao su thường không cao lắm
và có nguồn gốc từ các protein trong mủ cao su. Trong khi đó, hàm lượng nitơ ở dạng

amoniac là rất cao, do việc sử dụng amoniac để chống đông tụ mủ cao su trong quá
trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ, đặc biệt là trong chế biến mủ ly tâm.
(Nguyễn Ngọc Bích, 2005).

4


Đặc tính quan trọng của nước thải chế biến cao su là COD, BOD rất cao. Tốc
độ bị phân hủy bởi vi sinh rất cao, phù hợp để ứng dụng các phương pháp xử lý bằng
biện pháp sinh học.
Đặc trưng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su đó là sự phát sinh mùi. Mùi
hôi thối sinh ra do men phân hủy protein trong môi trường acid. Chúng tạo thành nhiều
chất khí khác nhau: NH3, CH3COOH, H2S, CO2, CH4.
Bảng 2.2. Đặc tính của nước thải chế biến cao su

Chỉ tiêu

Cao su khối Cao su khối
từ mủ nước

từ mủ đông

Cao su tờ

Mủ ly tâm

COD (mg/l)

3540

2720

4350

6212

BOD (mg/l)

2020

1594

2514

4010

Tổng nitơ (mg/l)

95

48

150

565

Amoniac theo N (mg/l)

75

40

110

426

SS (mg/l)

114

67

80

122

pH

5,2

5,9

5,1

4,2

(Nguyễn Ngọc Bích,2005).

2.1.3

Mức độ ô nhiễm của nước thải chế biến mủ cao su
Nước thải sơ chế cao su, sau thời gian tồn trữ vào khoảng 2 – 3 ngày, xảy ra hiện

tượng phân huỷ, oxy hoá ảnh hưởng xấu đến môi trường. Nước thải ra nguồn sẽ làm nước
đục, đen kịt, nổi váng lợn cợn, bốc mùi hôi thối nồng nặc gây ô nhiễm trầm trọng đối với
nguồn nước. Hàm lượng chất hữu cơ khá cao, tiêu huỷ dưỡng khí cho quá trình tự huỷ,
thêm vào đó cao su đông tụ nổi váng lên bề mặt ngăn cản oxy hoà tan dẫn đến hàm lượng
DO giảm và làm chết thuỷ sinh vật, hạn chế sự phát triển thực vật, nhất là ở những vị trí
nước tù độ nhiễm bẩn còn biểu hiện rõ rệt.
Tại nguồn tiếp nhận nước thải, do quá trình lên men yếm khí sinh ra các mùi hôi
lan toả khắp vùng, gây khó thở, mêt mỏi cho dân cư, nước nguồn bị nhiễm bẩn không thể
sử dụng cho sinh hoạt. Ngoài ra trong nước thải cao su còn chứa các hợp chất acid dễ bay

5


hơi như H2S, mercaptan gây mùi hôi ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của người dân
(Nguyễn Thị Kim Hòa, 2007).

Bảng 2.3 So sánh hàm lượng các chất ô nhiễm giữa nước thải chế biến cao su và nước
thải đô thị
Chỉ tiêu

Nước thải đô thị điển hình

Nước thải chế
biến cao su

Ô nhiễm

Ô nhiễm

vừa

nặng

250

500

1000

7084

BOD

110

220

400

3315

TSS

100

220

350

658

Tổng N

20

40

85

253

N – NH3

12

25

60

78

(mg/l)

Ô nhiễm nhẹ

COD

(Viện nghiên cứu cao su Việt Nam 4/2003).
2.1.4

Một số công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su đã được nghiên cứu, áp

dụng trong nước và trên thế giới hiện nay
2.1.4.2 Công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su trên thế giới
Các công nghệ đã được nghiên cứu trên thế giới
Ngành công nghiệp sản xuất cao su thiên nhiên đã có từ lâu đời, khoảng 200 năm
trước, nhưng các nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải của ngành này mới chỉ bắt đầu
trên thế giới vào năm 1957.
Một công trình nghiên cứu xử lý nước thải ngành chế biến cao su được thực hiện
bởi Molesworth vào năm 1957, trong đó tác giả đã sử dụng bể lọc sinh học hiếu khí để xử
lý nước thải của chế biến mủ skim.
Muthurajah và ctv (1973) đã khẳng định rằng xử lý sinh học bằng bể kỵ khí kết
hợp với bể hiếu khí có khả năng xử lý nước thải chế biến cao su. Theo nhóm nghiên cứu
này thì nước thải chế biến cao su chứa đến 80 % chất rắn bay hơi, vì thế phân hủy kỵ khí
là cần thiết trước khi xử lý hiếu khí.
6


Một công trình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su cốm bằng cách sử
dụng công nghệ hồ sinh học gồm có một hồ kỵ khí đi theo sau là một hồ tùy nghi đã được
nhóm tác giả John và cộng sự thực hiện vào năm 1974. Nhóm tác giả kết luận rằng với
thời gian lưu nước trong toàn hệ thống là 22 ngày thì hiệu quả xử lý đối với COD, BOD
và TSS đạt được tương ứng là 96 %, 96 % và 70 %. Đồng thời, nó cũng có thể loại bỏ
được tới 58 % nitơ trong nước thải.
Một công trình nghiên cứu tiếp theo cũng sử dụng công nghệ hồ được thực hiện
bởi Ponniah và cộng sự (1975) để xử lý nước thải chế biến cao su. Tác giả đã kết luận
rằng với thời gian lưu nước 20 ngày thì hiệu quả xử lý đối với chất hữu cơ là COD đạt 90 %;

BOD đạt 73 % nhưng nó chỉ có khả năng loại bỏ nitơ khoảng 31 %. Ponniah và ctv
(1976) cũng đã sử dụng công nghệ hồ để xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ ly tâm.
Hong (1981) đã tiếp tục nghiên cứu về công nghệ hồ trong việc xử lý nước thải
chế biến cao su. Tác giả này kết luận rằng để đạt yêu cầu xử lý, thời gian lưu nước trung
bình là 111 ngày cho nước thải chế biến mủ ly tâm và 33 ngày cho nước thải cao su cốm.
Một công trình nghiên cứu về bể đĩa quay sinh học để xử lý nước thải chế biến
cao su cốm đã được tiến hành bởi Karim (1979). Tác giả cho thấy với thời gian lưu nước
5 ngày, bể này đã có thể loại 90 % BOD và 60 % tổng nitơ. Nghiên cứu này được tiếp tục
phát triển bởi Karim và Ibrahim (1985) để khẳng định tiềm năng của công nghệ bể đĩa
quay đối với nước thải chế biến cao su.
Nghiên cứu của Ponniah (1975) đã ứng dụng công nghệ mương oxy hóa để xử lý
nước thải của quá trình chế biến mủ ly tâm. Với công nghệ này có thể đạt được hiệu suất
xử lý BOD khoảng 85 % với thời gian lưu nước khoảng 17,5 ngày và lượng bùn hồi lưu là
75 %. Ibrahim và ctv (1979) cũng đã xác nhận khả năng của mương ôxy hóa trong xử lý
nước thải chế biến mủ ly tâm như sau: với thời gian lưu nước là 22 ngày mương ôxy hóa
có thể loại 96 % BOD và 93 % COD. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý nitơ còn thấp, chỉ đạt
46 % đối với tổng nitơ và 44 % đối với N – NH3.
Ibrahim (1980) lần đầu tiên đã đề xuất sử dụng mương ôxy hóa để xử lý nitơ
trong nước thải chế biến cao su. Trong một mô hình thí nghiệm, hiệu suất xử lý nitơ rất
cao (93,5 – 99 %), với tải trọng hữu cơ từ 0,108 đến 0,158 mg BOD/mg MLVSS/ngày.

7


Boonchay (1998) đã khám phá ra máy lọc kỵ khí và sinh vật kỵ khí trong xử lý
nước thải cao su, và ông cũng nhận ra rằng máy lọc kỵ khí cho hiệu quả hơn trong việc
làm giảm giá trị BOD (Perapong và Surajit, 2006).
Bên cạnh đó còn rất nhiều công trình nghiên cứu thành công của các nhà khoa
học, giúp cải thiện khả năng xử lý nước thải của các nhà máy chế biến cao su làm giảm
thiểu ô nhiễm môi trường. (Trích bởi “Công ty môi trường Hành Trình Xanh”, 2010).

Một số công nghệ được áp dụng trên thế giới hiện nay
Bảng 2.4 Một số công nghệ xử lý nước thải cao su ở Malaysia
Hiệu suất

STT

Nhà máy

COD (mg/l)

1

4000

20

2

RRISL pilot
factory
Hanwella

2000 – 4000

50

3

Pakuda

3000 – 6000

80

4

Ellakanda

4000

50

5

Kiriporuwa

4000

50

6

Eheliyagoda

2000 – 4000

20

7

Pussella

3000 – 6000

80

8

Kayiga

2000 – 4000

20

(m3/ngày)

Công nghệ xử lý
Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng,
lọc cát
Mương oxy hóa, lắng, lọc cát
Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng,
lọc cát
Bể kỵ khí, RBC, lắng, lọc cát
Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng,
lọc cát
Bể kỵ khí, hồ hiếu khí, lắng,
lọc cát
Bể kỵ khí, bùn hoạt tính, lắng,
lọc cát
Hồ kỵ khí, cánh đồng tưới

(Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, 2006).

Ở Malaysia, các phương pháp sinh học đặc biệt là bể hiếu khí và kỵ khí tùy nghi được sử
dụng rộng rãi (Usa, 2007). Những bể này không tốn kém mà có hiệu quả cao trong việc
làm giảm các chất hữu cơ, nhưng chỉ thích hợp cho các khu vực có đất rộng. Các phương
pháp hóa học như máy lọc hiếu khí, đĩa quay sinh học được sử dụng cho vùng đất có diện
tích nhỏ (Mitra và ctv, 2010). Một số công nghệ xử lý nước thải cao su ở Malaysia được
thể hiện ở bảng 2.5.
Ở Thái Lan, hầu hết đều sử dụng hệ thống xử lý sinh học. Bể kỵ khí để làm giảm
nồng độ các thành phần hữu cơ trước khi cho xử lý hiếu khí thích hợp. Bên cạnh đó còn
8


sử dụng bể kết bông và bể nổi để tách các thành phần có kích thước lớn trong nước thải.
(Perapong và Surajiit, 2006).
2.1.4.2 Công nghệ xử lý nước thải cao su trong nước
Các công nghệ đã được nghiên cứu trong nước
Theo nghiên cứu của Nguyễn Trung Việt thực hiện từ năm 1990 đến 1995 tại
Việt Nam và Hà Lan: hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao đặc biệt là quá trình hệ thống bùn
kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) là phương án thích hợp để xử lý nước thải cao su, là một
giải pháp lý tưởng để làm giảm vấn đề ô nhiễm môi trường của ngành chế biến cao su ở
miền nam Việt Nam. Sau đó, tác giả đã tiến hành thí nghiệm đánh giá khả năng của hệ
thống ao thực vật thuỷ sinh để xử lý trực tiếp nước thải cao su và dòng thải từ UASB.
Đây là bước xử lý tiếp theo để đạt được tiêu chuẩn xả thải cho nguồn tiếp nhận.
Năm 2003, Nguyễn Ngọc Bích đã tiến hành nghiên cứu nhằm xây dựng công
nghệ xử lý nước thải thích hợp cho ngành cao su Việt Nam theo quy trình như sau: bể
điều hoà bể gạn mủ bể kỵ khí xơ dừa bể tảo cao tải bể lục bình xả thải.
Nguyễn Thanh Bình (2008) đã nghiên cứu công nghệ lọc mủ bằng xơ dừa. Tác
giả kết luận rằng với thời gian lưu nước 16 giờ, bể gạn mủ xơ dừa loại bỏ được 64,89 %

lượng mủ còn sót lại trong nước thải nhà máy chế biến cao su, cao hơn 3,22 lần so với
hiệu quả loại bỏ mủ dư của các bẫy cao su hiện đang được ứng dụng (hiệu quả loại bỏ mủ
dư trong nước thải chế biến cao su của các bẫy cao su hiện thời là 20,17 %). Đồng thời,
tác giả cũng tiến hành xác định hiệu quả xử lý sơ bộ các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải
cao su của bể gạn mủ xơ dừa: với thời gian lưu nước là 24 giờ loại bỏ được 56,25 % COD
và BOD đạt 59,60 %. Tác giả kết luận rằng: giá thể xơ dừa sử dụng trong bể gạn mủ là
một hướng mới để nâng cao hiệu quả loại bỏ mủ có trong nước thải chế biến cao su.
Các công nghệ được áp dụng trong nước hiện nay
Hiện nay các nhà máy chế biến cao su chủ yếu áp dụng theo công nghệ của
Malaysia. Do đó các phương pháp sinh học hoặc các phương pháp sinh học kết hợp với
hóa lý là được áp dụng nhiều nhất. Tuy nhiên ở Malaysia các nhà máy chế biến mủ cao
su thường không nằm gần khu vực dân cư, ngược lại ở Việt nam có nhà máy sẽ có dân cư

9


sống xung quanh, do đó không thể áp dụng công nghệ xử lý nước thải cao su dạng hồ xử
lý sinh học liên hoàn (Nguyễn Hồng Hà, 2010).
Bảng 2.5 Hệ thống các công nghệ xử lý nước thải cao su tại một số nhà máy
STT

Nhà máy

Nhóm công nghệ

1

Cua Pari

Bể gạn mủ - bể điều hòa - hồ kị khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

2

Bố Lá

Bể tuyển nổi - bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

3

Bến Súc

Bể gạn mủ - bể tuyển nổi - hồ sục khí - hồ lắng

4

Dầu Tiếng

Bể gạn mủ - bể tuyển nổi - hồ sục khí - hồ lắng

5

Long Hòa

Bể gạn mủ - hồ sục khí - hồ lắng

6

Phú Bình

Hồ lắng cát - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

7

Tân Biên

Bể gạn mủ - bể tuyển nổi - hồ sục khí

8

Vên Vên

Bể gạn mủ - bể kỵ khí tiếp xúc - bể sục khí - hồ lắng

9

Bến Củi

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

10

Long Thành

Bể gạn mủ - bể UASB - hồ sục khí - hồ lắng

11

Hàng Gòn

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

12

Cẩm Mỹ

Bể gạn mủ - bể điều hòa - bể aerotank - hồ lắng

13

Xà Bang

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ sục khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

14

Hòa Bình

Bể gạn mủ - bể điều hòa - bể tuyển nổi - bể thổi khí - bể lắng - bể
lọc sinh học

15

Lộc Ninh

Bể gạn mủ - bể tuyển nổi - bể UASB - bể luân phiên

16

Suối Rạt

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ sục khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

17

Phước Bình

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

18

Thuận Phú

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

19

30/4

Bể gạn mủ - hồ kỵ khí - hồ sục khí - hồ lắng

20

Lộc Hiệp

Bể gạn mủ - bể điều hòa - UASB - bể sục khí - bể lắng

21

Quảng Trị

Bể gạn mủ - bể tuyển nổi - hồ sục khí - hồ tùy chọn - hồ lắng

(Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, 2006).

10


2.2

Sơ lược về vi khuẩn Bacillus subtilis

2.2.1

Đặc điểm chung của giống Bacillus
Bacillus là vi khuẩn dạng que hay trực khuẩn thuộc họ Bacillaceae. Trong 5 chi

có khả năng sinh bào tử của họ Bacillaceae, Bacillus được phân biệt dựa trên các đặc
điểm như: vi khuẩn hiếu khí tùy nghi và cho phản ứng dương tính với catalase. Nhìn
chung hầu hết Bacillus đều được tìm thấy trong tự nhiên và có khả năng oxi hóa hợp chất
vô cơ. Hầu hết chúng đều là vi sinh vật ưa nhiệt trung bình với nhiệt độ tối ưu trong
khoảng 30 - 45oC, nhưng một số chi thuộc loại ưa nóng và chỉ có một vài chi thuộc loại
ưa lạnh có khả năng phát triển và hình thành bào tử ở 0oC. Ngoài ra một số chi Bacillus
cũng phát triển tốt trong khoảng pH 2 - 11 (Norasipitak, 2009).
Khả năng hình thành nội bào tử là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của
chi Bacillus, nên khi xử lý mẫu đất ở nhiệt độ 80oC trong 10 - 30 phút, các tế bào sinh
dưỡng bị nhiệt độ phá hủy trong khi nhiều bào tử trong mẫu vẫn còn sống. Cấy trang các
mẫu đã xử lý với nhiệt độ trên thạch và để ở điều kiện hiếu khí sẽ thu được các khuẩn lạc
đa số thuộc giống Bacillus. Các nội bào tử được mô tả đầu tiên bởi nhà khoa học Cohn
(1872) trên Bacillus subtilis và ông đã chứng minh được tính chịu nhiệt của chúng. Sau
đó Koch (1876) đã mô tả được chu trình phát triển và hình thành nội bào tử của Bacillus

anthracis. Các bào tử có thể tồn tại một thời gian dài trong điều kiện tự nhiên có thể đến
hàng triệu năm mà vẫn duy trì được chức năng sinh học của chúng. Bacillus thường mọc
tốt trên môi trường có nguồn carbon như là đường, axit hữu cơ, rượu; với nguồn nitơ duy
nhất là ammonia; có một số dạng phân lập cần vitamin để tăng trưởng. Nhiều sản phẩm
enzyme thủy giải ngoại bào của Bacillus có thể sản xuất các hợp chất như polysaccharide,
axit nucleic và lipid, cho phép những vi sinh vật này sử dụng các sản phẩm đó làm nguồn
carbon và chất cho điện tử. Bacillus có thể sản xuất nhiều loại kháng sinh như bacitracin,
polymyxin, tyrocidin, gramicidin và circulin. Hầu hết việc tạo kháng sinh có liên quan
đến quá trình bào tử hóa, kháng sinh được giải phóng ở giai đoạn tế bào bước vào pha
tăng trưởng ổn định sau khi chuyển sang bào tử hóa ( Hồ Văn Út Hậu, 2010).

11


Bảng 2.6 Đặc tính của các loài thuộc giống Bacillus
DNA (%
Đặc tính

Loài

mole
GC)

Bào tử hình trứng hoặc

B. coagulans

47

B. acidocaldarius

60

B. licheniformis

46

B. cereus

35

phồng, vách bào tử

B. megaterium

37

mỏng

B. subtillis

43

B. thuringiensis

34

B. stearothermophilus

52

B. polymyxa

44

B. macerans

52

B. circulans

35

trụ, hiếu khí tùy ý, thủy

Ưa nhiệt và ưa axit

phân casein và tinh bột,
túi bào tử không

Ưa nhiệt trung bình

Gây bệnh cho côn trùng
Ưa nhiệt

Túi bào tử phồng rõ ,

Ưa nhiệt trung bình

vách bào tử dày

Gây bệnh cho côn trùng
Bào tử hình cầu, hiếu
khí bắt buộc, không
thủy phân casein và

Túi bào tử phồng

B. larvae

-

B. popilliae

41

B. sphaericus

37

B. pasteurii

38

tinh bột
(Brock và ctv,1988; Trần Thu Hoa,2003).

2.2.2

Một số đặc điểm của Bacillus subtilis

2.2.2.1 Lịch sử phát hiện
B. subtillis được Cohn và các bác sĩ quân y Đức Quốc Xã phát hiện vào năm 1941
trong nỗ lực tìm kiếm một giải pháp chữa trị cho hàng trăm binh lính của quân đội chết vì
dịch kiết lị khi đang chiếm đóng Nam Phi (Phạm Ngọc Thạch, 1963).
Việc điều trị phải đợi đến những năm 1949 - 1957, khi Henry và ctv tách được
chủng thuần khiết của Bacillus subtilis. Từ đó “subtilis therapy” có nghĩa là “thuốc
12


subtilis” ra đời trị các chứng viêm ruột, viêm đại tràng, chống tiêu chảy trong rối loạn tiêu
hóa. Ngày nay, vi khuẩn này đã trở nên phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong y học, chăn
nuôi, thực phẩm (Lý Kim Hữu, 2005).
2.2.2.2 Đặc điểm phân loại
Theo phân loại của Bergy (1994) Bacillus subtilis thuộc:
Bộ: Eubacteriales
Họ: Bacillaceae
Giống: Bacillus
Loài: Bacillus subtilis.
2.2.2.3 Đặc điểm phân bố
Vi khuẩn B. subtillis thuộc nhóm vi
sinh vật bắt buộc, chúng được phân bố hầu hết
trong tự nhiên. Phần lớn chúng cư trú trong

Hình 2.1 Vi khuẩn Bacillus subtilis
(www.sciencephoto.com)

đất, xác bã thực vật, trong đường tiêu hóa của
người và động vật. Thông thường chúng phân bố trong đất với một lượng phổ biến
khoảng 106 - 107 CFU/g.
Đất nghèo dinh dưỡng ở vùng sa mạc, vùng đất hoang thì vi khuẩn B. subtillis rất

hiếm. Nước và bùn cửa sông cũng như ở nước biển cũng có hiện diện của bào tử và tế bào
B. subtillis (Vũ Thị Thứ, 1996).
Vi khuẩn này có khả năng sinh bào tử để có thể chịu đựng các điều kiện khắc
nghiệt và những thay đổi bất lợi của môi trường sống.
2.2.2.4 Đặc điểm hình thái
Chủng B. subtillis được phát hiện bởi Ferdinand Cohn (1872). B. subtillis là trực
khuẩn nhỏ, hai đầu tròn, bắt màu tím (G+), kích thước 0,5 - 0,8 µm x 1,8 - 3 µm, đứng
thành chuỗi ngắn hoắc đơn lẻ. B. subtillis thường có 8 - 12 tiên mao, do đó giúp cho vi
khuẩn có khả năng di động.
B. subtillis có khả năng sinh đơn bào tử nhỏ hơn vi khuẩn. Bào tử có hình bầu
dục, nằm giữa tế bào, và thường có kích thước 0,8 - 1,8 µm.

13


Phát triển bằng cách nảy chồi do sự nứt của vỏ, không kháng acid, có khả năng
chịu nhiệt, chịu ẩm, tia tử ngoại, tia phóng xạ (Tô Minh Châu, 2000).
2.2.2.5 Đặc điểm nuôi cấy
B. subtilis là vi sinh vật hiếu khí, tuy nhiên chúng cũng có khả năng phát triển yếu
trong môi trường thiếu oxy.
Nhiệt độ tối ưu nhất để B. subtillis phát triển là 37oC. Đặc biệt Bacillus subtilis có
khả năng sống được ở nhiệt độ 80oC vì chúng có khả năng sinh bào tử khi gặp điều kiện
bất lợi. pH thích hợp nhất với chúng là 7,0 - 7,4 và tối ưu nhất là ở pH 7,2.
Môi trường nuôi cấy:
- Môi trường thạch đĩa TSA: có dạng tròn, rìa răng cưa không đều, có tâm sẫm
màu, đường kính 3 – 5 mm. Sau 1 - 4 ngày bề mặt nhăn nheo.
- Môi trường thạch nghiêng TSA: rất dễ mọc, có màu xám, rìa nhăn gợn sóng.
- Môi trường xám, đường gelatin: phát triển và làm tan chảy gelatin.
- Thạch khoai tây: phát triển đều, màu vàng lấm tấm hạt.
- Môi trường canh TSB: B. subtillis phát triển làm đục môi trường, tạo màng nhăn,

lắng cặn kết lại như vẩn mây ở đáy, lắc lên khó tan đều.
- B. subtillis không phát triển được trong môi trường MRSA đổ yếm khí; trên môi
trường PDA tạo vết loang màu trắng, răng cưa, không đều trên bề mặt thạch, rìa dẹp nhạt,
màu ở xung quanh.
- Môi trường dinh dưỡng cần các yếu tố C, H, O, N và các nguyên tố khác.
2.2.2.6 Đặc điểm sinh hóa
B. subtillis lên men không sinh hơi các loại đường: glucose, maltose, mannitol,
saccharose, xylose, arabinose. Một số dòng B. subtillis gây dung huyết trên thạch
máu ngựa và thỏ do tác động của hemolysine. Đặc điểm sinh hóa của B. subtillis được thể
hiện ở bảng 2.7.
2.2.3

Bào tử và khả năng tạo bào tử của vi khuẩn Bacillus subtilis

2.2.3.1 Cấu tạo bào tử
Bào tử có hình bầu dục, có kích thước 0,9 x 0,6 µm. Nội bào tử nằm lệch tâm,
không làm biến dạng tế bào mẹ. Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn B.

14