Xử lý nước thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu ở làng nghề bánh bún hủ tiếu mỹ tho tiền giang bằng vi khuẩn bacillus amyloliquefaciens cố định trong tháp lọc sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THÁI PHỤNG

XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA CƠ SỞ SẢN XUẤT HỦ TIẾU Ở
LÀNG NGHỀ BÁNH BÚN HỦ TIẾU MỸ THO - TIỀN GIANG
BẰNG VI KHUẨN Bacillus amyloliquefaciens CỐ ĐỊNH
TRONG THÁP LỌC SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số: 604280

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Đức Lƣợng
Cán bộ chấm nhận xét 1

: PGS. TS. Lê Phi Nga

Cán bộ chấm nhận xét 2

: TS. Nguyễn Tấn Trung

Luận văn thạc sỹ đƣợc bảo vệ tại trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Hồ

Chí Minh ngày 08 tháng 8 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:
1. PGS. TS. Nguyễn Thúy Hƣơng
2. TS. Hoàng Anh Hoàng
3. PGS. TS. Lê Phi Nga
4. TS. Nguyễn Tấn Trung
5. PGS. TS. Phan Phƣớc Hiền
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA…………


TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và tên học viên: Huỳnh Thái Phụng

MSHV:11310618

Ngày, tháng, năm sinh: 04/01/1985

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 604280

TÊN ĐỀ TÀI: Xử lý nƣớc thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu ở làng nghề bánh bún

I.

hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang bằng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens cố định
trong tháp lọc sinh học.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Xác định khả năng sinh enzyme amylase và protease ngoại bào; xây dựng
đƣờng cong sinh trƣởng của Bacillus amyloliquefaciens trong môi trƣờng nƣớc thải
hủ tiếu khử trùng (môi trƣờng huấn luyện thích nghi).
2. Xác định khả năng xử lý của Bacillus amyloliquefaciens tự do đối với nƣớc
thải hủ tiếu.
3. Xác định hiệu suất xử lý nƣớc thải hủ tiếu của tháp lọc sinh học nhỏ giọt có
cố định Bacillus amyloliquefaciens; so sánh với hiệu suất xử lý của tháp lọc sinh
học nhỏ giọt không bổ sung Bacillus amyloliquefaciens cố định.
II.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/7/2014

III.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/5/2015

IV.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Đức Lƣợng
Tp. HCM, ngày . . . . tháng…… năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CÁM ƠN
Trân trọng cám ơn PGS.TS. Nguyễn Đức Lƣợng cùng q Thầy, Cơ đã tận
tình hƣớng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích trong thời gian tơi tham gia học
tại Trƣờng đại học Bách Khoa và trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cám ơn quý Anh, Chị đồng nghiệp; chủ cơ sở sản xuất bánh hủ
tiếu Trƣơng Văn Thuận đã nhiệt tình hỗ trợ để tơi hồn thành nghiên cứu.
Trân trọng cám ơn Ban lãnh đạo Trung tâm Kỹ thuật và Công nghệ Sinh
học Tiền Giang, Sở Khoa học và Công nghệ Tiền Giang, Sở Nội vụ Tiền Giang đã
tạo điều kiện về thời gian để tơi tham gia khóa đào tạo cao học tại Tp. Hồ Chí Minh.
Cuối cùng, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến các thành viên trong gia đình đã
ln hỗ trợ và động viên để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp.

Tiền Giang, ngày 08 tháng 5 năm 2015

Huỳnh Thái Phụng

ii

ABSTRACT
This study was mainly performed to investigate the efficiency of addition of
Bacillus amyloliquefaciens biomass to treat starch wastewater from Hu tieu Mytho
craft village - Tiengiang province.
Though investigating the growth curve of B. amyloliquefaciens cultured on
the sterilized starch wastewater to train the bacterial adaptation, we found that the
stationary phase of this strain is from 36 to 48 hour. Therefore, we used the biomass
after 36 cultured hours for experiments of starch wastewater treatment.
Fractions of 5%, 10% and 15% (v/v) of the B. amyloliquefaciens biomass
were added to starch wastewater. Fraction of 10% was suitable to remove starch
wastewater’s organics with initial chemical oxygen demand (COD) of 600 mg/L,
750 mg/L and 900 mg/L. The final CODs were 133,3 mg/L (after 36 hour of
treating), 130 mg/L and 146,7 mg/L (after 48 hour of treating) respectively. These
results met the Vietnamese standard (QCVN 40:2011/BTNMT) for type B
wastewater in which COD concentration is 150 mg/L.
The performance of a lab-scale trickling filter for the treatment of starch
wastewater was conducted. B. amyloliquefaciens cultured on sterilized starch
wastewater after 36 hours was attached on bamboo media of trickling filter.
Experiment parameters were 50 L/min air rate, 3,6 L/h flow rate and 600 mg/L
initial COD concentration. The final COD was 118,7 mg/L, and the organic removal
efficiency was 80,2%. Whereas, for the trickling filter without Bacillus
amyloliquefaciens addition, the final COD was 159 mg/L; this made the organic
removal efficiency decrease to 73,5 %.


iii

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn này, chúng tơi khảo sát ảnh hƣởng của việc bổ sung sinh
khối vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens đối với hiệu quả xử lý nƣớc thải hủ tiếu ở
làng nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang.
Đƣờng cong sinh trƣởng của B. amyloliquefaciens đƣợc khảo sát trong môi
trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng (dùng làm mơi trƣờng huấn luyện thích nghi) và
cho thấy giai đoạn ổn định trong khoảng thời gian 36 - 48 giờ. B. amyloliquefaciens
đƣợc nuôi trong nƣớc thải hủ tiếu khử trùng trong 36 giờ đƣợc sử dụng cho các thí
nghiệm xử lý nƣớc thải hủ tiếu.
Tỷ lệ 5%, 10% và 15% (v/v) canh trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng có
ni B. amyloliquefaciens đƣợc bổ sung vào nƣớc thải để khảo sát hiệu quả xử lý
của B. amyloliquefaciens tự do. Tỷ lệ vi khuẩn 10% phù hợp để xử lý nƣớc thải với
COD đầu vào 600 mg/L, 750 ml/L và 900 mg/L. COD đầu ra lần lƣợt là 133,3 mg/L
(sau 36 giờ xử lý), 130 mg/L và 146,7 mg/L (sau 48 giờ xử lý); đạt yêu cầu nƣớc
thải loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT với COD chuẩn là 150 mg/L.
Xử lý nƣớc thải bằng B. amyloliquefaciens cố định trên đệm lọc tre trong
tháp lọc sinh học nhỏ giọt: Các thông số thí nghiệm gồm tốc độ thổi khí 50 L/phút,
tốc độ nƣớc bơm vào tháp lọc là 3,6 L/giờ, COD đầu vào 600 mg/L. COD đầu ra là
118,7 mg/L; hiệu suất xử lý đạt 80,2%. Trong khi đó, xử lý nƣớc thải hủ thiếu bằng
tháp lọc sinh học không bổ sung B. amyloliquefaciens trong q trình tạo màng
biofilm có COD đầu ra 159 mg/L và hiệu suất xử lý đạt 73,5 %.


iv

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................... i
ABSTRACT ...................................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................... iii

MỤC LỤC ....................................................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. xii
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU ................................................................................................ 1
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN.............................................................................................. 3
2.1.

Tổng quan về tinh bột và enzyme amylase thủy phân tinh bột ................................ 3

2.1.1. Tổng quan về tinh bột ............................................................................................ 3
2.1.2. Enzyme amylase thủy phân tinh bột ....................................................................... 4
2.2.

Chi Bacillus và vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens .............................................. 5

2.2.1. Chi Bacillus ........................................................................................................... 5
2.2.2. Vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens ...................................................................... 6
2.2.3. Các nghiên cứu ứng dụng Bacillus trong xử lý nƣớc thải. ....................................... 8
2.3.

Phƣơng pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải ........................................................... 9

2.4.

Cơ sở lý thuyết của cơng nghệ sinh học hiếu khí và lọc sinh học .......................... 11

2.4.1. Cơng nghệ sinh học hiếu khí ................................................................................ 11
2.4.2. Lọc sinh học ........................................................................................................ 13
2.4.3. Lọc sinh học nhỏ giọt ........................................................................................... 15

2.4.4. Các nghiên cứu về lọc sinh học ............................................................................ 17
2.5.

Nƣớc thải hủ tiếu tại làng nghề và xử lý nƣớc thải chứa tinh bột theo phƣơng án
sinh học hiếu khí ........................................................................................... 19

2.5.1. Nƣớc thải hủ tiếu tại làng nghề ............................................................................. 19
2.5.2. Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải chứa tinh bột theo phƣơng án sinh học hiếu khí .. 20
CHƢƠNG 3. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................... 22


v

3.1.

Nguyên liệu ......................................................................................................... 22

3.1.1. Nguồn nƣớc thải .................................................................................................. 22
3.1.2. Giống vi sinh vật .................................................................................................. 22
3.2.

Vật liệu, thiết bị - dụng cụ và hóa chất ................................................................. 22

3.2.1. Vật liệu làm đệm lọc ............................................................................................ 22
3.2.2. Thiết bị - dụng cụ ................................................................................................. 23
3.2.3. Hóa chất ............................................................................................................... 23
3.3.

Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 24

3.3.1. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................. 24
3.3.2. Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu ............................................................................. 26
3.3.2.1.

Kiểm tra đại thể, vi thể và xây dựng đƣờng cong sinh trƣởng của vi khuẩn B.
amyloliquefaciens.......................................................................................... 26

3.3.2.2.

Xử lý nƣớc thải hủ tiếu bằng B. amyloliquefaciens tự do ............................... 26

3.3.2.3.

Xử lý nƣớc thải hủ tiếu bằng B. amyloliquefaciens cố định trong tháp lọc sinh
học ................................................................................................................ 28

3.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái vi khuẩn ......................................................... 30

3.5.

Phƣơng pháp xác định mật số vi sinh vật .............................................................. 31

3.6.

Phƣơng pháp kiểm tra định tính enzyme amylase và protease ............................... 31

3.6.1. Kiểm tra định tính enzyme amylase...................................................................... 31
3.6.2. Kiểm tra hoạt tính enzyme protease...................................................................... 32

3.7.

Các phƣơng pháp phân tích hóa lý........................................................................ 32

3.7.1. Xác định pH ......................................................................................................... 32
3.7.2. Xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) .................................................................. 33
3.7.3. Xác định Nitơ tổng số (Ntổng) ............................................................................... 33
3.7.4. Xác định Phospho tổng số (Ptổng) .......................................................................... 33
3.7.5. Phƣơng pháp xác định Clorua .............................................................................. 34
3.8.

Phƣơng pháp xử lý số liệu .................................................................................... 34

3.9.

Cơng thức tính hiệu suất xử lý.............................................................................. 34

CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................... 35


vi

4.1.

Kiểm tra đại thể, vi thể và xác định khả năng sinh enzyme amylase và protease
ngoại bào ...................................................................................................... 35

4.1.1. Kiểm tra đại thể và vi thể ..................................................................................... 35
4.1.2. Kiểm tra định tính enzyme amylase và protease ................................................... 36
4.2.

Khảo sát đƣờng cong sinh trƣởng của vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens trong
môi trƣờng 802 và mơi trƣờng huấn luyện thích nghi .................................... 38

4.3.

Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu của nƣớc thải nguồn ........................................ 39

4.4.

Khảo sát khả năng xử lý nƣớc thải hủ tiếu của vi khuẩn B. amyloliquefaciens tự do
...................................................................................................................... 40

4.5.

Xử lý nƣớc thải với vi khuẩn B. amyloliquefaciens cố định trong tháp lọc sinh học
...................................................................................................................... 48

4.5.1. Giai đoạn thích nghi ............................................................................................. 48
4.5.2. Giai đoạn tiền xử lý.............................................................................................. 49
4.5.3. Giai đoạn xử lý .................................................................................................... 49
4.6.

Khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải hủ tiếu của tháp lọc sinh học nhỏ giọt không bổ
sung B. amyloliquefaciens ............................................................................. 55

CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 57
5.1.

Kết luận ............................................................................................................... 57

5.2.

Kiến nghị ............................................................................................................. 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 58
Tài liệu tiếng Việt ............................................................................................................ 58
Tài liệu tiếng nƣớc ngoài ................................................................................................. 60
PHỤ LỤC 64
Phụ lục A. Tổng quan về nƣớc thải hủ tiếu ...................................................................... 64
Phụ lục B. Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................ 65
B.1. Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxy hóa học COD (SMEWW 5220C) ...................... 65
B.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Nitơ tổng số (TCVN 6638:2000) ......................... 67
B.3. Phƣơng pháp xác định Phospho tổng số (TCVN 6202:2008) .................................... 68
B.4. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Clorua ................................................................. 71


vii

Phụ lục C. Xác định khả năng sinh enzyme amylase và protease ngoại bào ..................... 73
Phụ lục D. Sự tăng sinh của vi khuẩn B.amyloliquefaciens từ 0 - 96 giờ trong môi trƣờng
802 và môi trƣờng nƣớc thải hủ tiếu khử trùng .............................................. 75
Phụ lục E. Các chỉ tiêu của nƣớc thải dùng thực hiện thí nghiệm ..................................... 79
Phụ lục F. Ảnh hƣởng của tỷ lệ vi khuẩn B. amyloliquefaciens tự do đến pH và COD đầu
ra của nƣớc thải hủ tiếu đƣợc xử lý................................................................ 79
Phụ lục G. Xử lý nƣớc thải hủ tiếu bằng lọc sinh học nhỏ giọt có bổ sung B.
amyloliquefaciens cố định ............................................................................. 84
Phụ lục H. Xử lý nƣớc thải hủ tiếu bằng lọc sinh học nhỏ giọt không bổ sung B.
amyloliquefaciens.......................................................................................... 87

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Vi sinh vật tổng hợp amylase ................................................................ 5
Bảng 2.2. Phân loại vi khuẩn Bacillus amyloliquefaicens ..................................... 6
Bảng 2.3. Các thiết bị xử lý sinh học thông dụng ................................................ 10
Bảng 2.4. Thành phần nƣớc thải của các cơ sở sản xuất bánh hủ tiếu
tại làng nghề ........................................................................................ 20
Bảng 3.1. Thành phần môi trƣờng 802 ................................................................ 22
Bảng 3.2. Thành phần môi trƣờng thạch - tinh bột .............................................. 31
Bảng 3.3. Thành phần môi trƣờng thạch đĩa BCG - casein ................................. 32
Bảng 4.1. Hàm lƣợng COD đầu ra trong 1 - 6 ngày tiền xử lý ............................ 49
Bảng 4.2. So sánh kết quả xử lý bằng lọc sinh học nhỏ giọt khơng bổ sung
và có bổ sung B. amyloliquefaciens cố định ....................................... 56
Bảng A.1. Các chỉ tiêu cơ bản của nƣớc thải từ các cơ sở sản xuất hủ tiếu
ở làng nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho - Tiền Giang ........................... 64
Bảng B.1. Các dụng cụ dùng thử nghiệm COD ................................................... 65
Bảng B.2. Thể tích dãy dung dịch chuẩn PO43-.................................................... 70
Bảng C.1. Đƣờng kính vịng phân giải trên mơi trƣờng thạch - tinh bột ............. 73
Bảng C.2. Đƣờng kính vịng phân giải trên mơi trƣờng BCG - casein ................ 74
Bảng D.1. Sự tăng sinh của B. amyloliquefaciens trong môi trƣờng 802 ............ 75
Bảng D.2. Sự tăng sinh của B. amyloliquefaciens trong môi trƣờng nƣớc thải
hủ tiếu khử trùng .................................................................................. 77
Bảng E.1. Các chỉ tiêu hóa lý của nƣớc thải nguồn ............................................. 79
Bảng F.1. Giá trị pH tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 600 mg/L ............. 79
Bảng F.2. Hàm lƣợng COD tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 600 mg/L . 80
Bảng F.3. Giá trị pH tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 750 mg/L ............. 81
Bảng F.4. Hàm lƣợng COD tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 750 mg/L . 82
Bảng F.5. Giá trị pH tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 900 mg/L ............. 83

Bảng F.6. Hàm lƣợng COD tại các thời điểm xử lý với CODđầu vào= 900 mg/L . 84
Bảng G.1. COD từ ngày 1 - ngày 6 ở giai đoạn thích nghi .................................. 84


ix

Bảng G.2. Kết quả pH và COD của thí nghiệm CODđầu vào= 600 mg/L,
Vnƣớc= 2,8 L/giờ.................................................................................. 86
Bảng G.3. Kết quả pH và COD của thí nghiệm CODđầu vào= 600 mg/L,
Vnƣớc= 3,2 L/giờ.................................................................................. 86
Bảng G.4. Kết quả pH và COD của thí nghiệm CODđầu vào= 600 mg/L,
Vnƣớc= 3,6 L/giờ.................................................................................. 87
Bảng H.1. pH và CODđầu ra của nƣớc thải xử lý bằng lọc sinh học
không bổ sung B. amyloliquefaciens................................................... 87


x

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Dạng amylose của tinh bột ..................................................................... 3
Hình 2.2. Dạng amylopectin của tinh bột .............................................................. 3
Hình 2.3. Cấu tạo màng sinh học ......................................................................... 14
Hình 2.4. Các dạng lọc sinh học nhỏ giọt ............................................................ 16
Hình 2.5. Mơ hình lọc sinh học trong thí nghiệm của M. Kornaros
và G. Lyberatos .................................................................................... 18
Hình 2.6. Quy trình sản xuất bánh hủ tiếu ........................................................... 19
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu.................................................................................. 25
Hình 4.1. Kết quả kiểm tra đại thể vi khuẩn B. amyloliquefaciens ...................... 35
Hình 4.2. Kiểm tra vi thể bằng nhuộm Gram (A) và chụp bằng kính hiển vi

điện tử quét (B) .................................................................................... 35
Hình 4.3. Kết quả kiểm tra định tính amylase trên mơi trƣờng thạch-tinh bột .... 36
Hình 4.4. Kết quả kiểm tra định tính protease trên mơi trƣờng BCG-casein ...... 37
Hình 4.5. Đƣờng cong sinh trƣởng của B. amyloliquefaciens trong
mơi trƣờng 802 ..................................................................................... 38
Hình 4.6. Đƣờng cong sinh trƣởng của B. amyloliquefaciens trong
mơi trƣờng huấn luyện thích nghi ........................................................ 39
Hình 4.7. Giá trị pH của thí nghiệm 1 .................................................................. 41
Hình 4.8. Giá trị pH của thí nghiệm 2 .................................................................. 41
Hình 4.9. Giá trị pH của thí nghiệm 3 .................................................................. 42
Hình 4.10. Sự biến đổi hàm lƣợng COD theo thời gian-Thí nghiệm 1 ............... 44
Hình 4.11. Hàm lƣợng COD của các nghiệm thức tại 36 giờ xử lý - Thí nghiệm 1
.............................................................................................................................. 45
Hình 4.12. Sự biến đổi hàm lƣợng COD theo thời gian-Thí nghiệm 2. .............. 45
Hình 4.13. Hàm lƣợng COD của các nghiệm thức tại 48 giờ xử lý - Thí nghiệm 2
.............................................................................................................................. 46
Hình 4.14. Sự biến đổi hàm lƣợng COD theo thời gian-Thí nghiệm 3 ............... 47


xi

Hình 4.15. Hàm lƣợng COD của các nghiệm thức tại 48 giờ xử lý - Thí nghiệm 3
.............................................................................................................................. 48
Hình 4.16. Giá trị pH đầu ra của thí nghiệm 4 ..................................................... 50
Hình 4.17. Hàm lƣợng COD đầu ra của thí nghiệm 4 ......................................... 51
Hình 4.18. Giá trị pH đầu ra của thí nghiệm 5 .................................................... 51
Hình 4.19. Hàm lƣợng COD đầu ra của thí nghiệm 5 ......................................... 52
Hình 4.20. Giá trị pH đầu ra của thí nghiệm 6 ..................................................... 52
Hình 4.21. Hàm lƣợng COD đầu ra của thí nghiệm 6 ......................................... 53
Hình 4.22. COD đầu ra của các nghiệm thức khi thay đổi lƣu lƣợng nƣớc ........ 53

Hình 4.23. Hiệu suất xử lý của các nghiệm thức thổi khí khi thay đổi
lƣu lƣợng nƣớc .................................................................................... 54
Hình B.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn bằng máy quang phổ UV-VIS.......... 71
Hình G.1. Mơ hình lọc sinh học nhỏ giọt ở quy mơ phịng thí nghiệm ............... 85


xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BCG

Bromocresol green reagent - Thuốc thử Bromocresol xanh

BOD

Biological oxygen demand - Nhu cầu oxy sinh hóa

BOD5

Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày

COD

Chemical oxygen demand - Nhu cầu oxy hoá học

GRAS

Generally recognized as safe - Đƣợc xem nhƣ an toàn

MPN

Most probable number - Phƣơng pháp đếm có xác xuất cao nhất
(phƣơng pháp định lƣợng vi sinh vật)

TOC

Total organic carbon - Tổng hàm lƣợng carbon hữu cơ

TSS

Total suspended solids - Tổng chất rắn lơ lửng

SEM

Scanning electron microscope - Kính hiển vi điện tử quét

UASB

Upflow anaerobic sludge blanket - Bể bùn kỵ khí dịng chảy ngƣợc


1

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU
Các làng nghề thủ công truyền thống là nét đặt trƣng của nhiều vùng nông
thôn Việt Nam. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội,
nhiều ngành nghề thủ công truyền thống đƣợc khơi phục và phát triển khá mạnh;
đóng góp không nhỏ vào sự phát triển kinh tế nông thôn. Bên cạnh thành tựu về
kinh tế, làng nghề đã và đang gây ra các hậu quả nghiêm trọng về mặt môi trƣờng.

Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại các làng nghề đang ở mức báo động, gây nhiều bức
xúc cho xã hội.
Một trong các loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng
nghề chế biến lƣơng thực (làm bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột). Tại Tiền
Giang, làng nghề sản xuất bánh bún hủ tiếu cũng đƣợc chú ý duy trì và phát triển
cùng với thƣơng hiệu “Hủ tiếu Mỹ Tho”. Tuy nhiên, sự phát triển của làng nghề này
mang tính nơng hộ nhỏ lẻ, chƣa chú ý đến vấn đề nƣớc thải với đặc trƣng là thành
phần tinh bột. Nƣớc thải chứa tinh bột thƣờng thải trực tiếp ra sông, không qua xử lý
nên các chỉ tiêu cơ bản của nƣớc thải nhƣ pH, BOD, COD, TSS, Nitơ tổng số,
Phospho tổng số, Coliforms đều vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Từ đó, sự ô nhiễm
ảnh hƣởng nghiêm trọng đến chất lƣợng môi trƣờng làng nghề và sức khỏe cộng
đồng.
Để kiểm sốt ơ nhiễm nguồn nƣớc, nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải khác
nhau đƣợc sử dụng nhƣ: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp
sinh học. Và phƣơng pháp ln đƣợc hƣớng tới trong các nghiên cứu và ứng dụng
hiện nay là xử lý sinh học, do đây là công nghệ có chi phí vận hành thấp nhờ vào tác
nhân chủ đạo là các vi sinh vật (Nguyễn Văn Phƣớc, 2012). Ngoài ra, xử lý nƣớc thải
bằng phƣơng pháp sinh học không gây ra những ô nhiễm thứ cấp giống nhƣ xử lý
bằng phƣơng pháp hóa học.
Tác nhân vi sinh vật tham gia quá trình xử lý đa dạng về chủng lồi. Trong
đó, các lồi thuộc chi Bacillus ngày càng trở thành những vi sinh vật quan trọng
hàng đầu về mặt ứng dụng. Các ứng dụng của chúng bao trùm hàng loạt lĩnh vực, từ
sản xuất thủ công truyền thống đến công nghệ lên men hiện đại, y học, mỹ phẩm,

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU


2

xử lý môi trƣờng ô nhiễm, thu hồi bạc kim loại từ các phế liệu. Chính vì lẽ đó, ngày

càng có nhiều nghiên cứu sâu về chi Bacillus cũng nhƣ mở rộng ứng dụng của
chúng với đời sống con ngƣời. Vi khuẩn thuộc chi Bacillus có tiềm năng lớn về các
enzyme ngoại bào. Nhiều trong số các enzyme ngoại bào này là những enzyme thủy
phân các phân tử hữu cơ lớn (Ngô Tự Thành và cộng sự, 2009).
Việc sử dụng vi sinh vật có thể thực hiện bằng hai hình thức: sử dụng tế bào
tự do hoặc tế bào đƣợc cố định. Tế bào cố định là tế bào vi sinh vật đƣợc gắn vào
một chất mang; các chất mang và vi sinh vật gắn vào đó đƣợc đƣa vào bể phản ứng
sinh học (bioreactor). Hiện nay, phƣơng pháp cố định tế bào đƣợc ứng dụng rộng
rãi và đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt bởi vì cố định tế bào vi sinh vật giúp bảo vệ tế
bào tốt hơn với các điều kiện nhiệt độ, pH, độc chất trong môi trƣờng so với tế bào
tự do. Hơn nữa, q trình sản xuất có thể thực hiện liên tục và tế bào ít bị rửa trơi
vào mơi trƣờng (Nguyễn Đức Lƣợng và cộng sự, 2010).
Trong xử lý nƣớc thải, thiết bị lọc sinh học đƣợc sử dụng nhƣ một bể phản ứng
sinh học. Với thiết bị này, nƣớc thải đƣợc lọc qua lớp vật liệu (chất mang) bao phủ
bởi màng vi sinh vật - đóng vai trị tƣơng tự nhƣ bùn hoạt tính, hấp thụ và phân hủy
chất hữu cơ trong nƣớc thải. Ƣu điểm của thiết bị lọc sinh học là khởi động nhanh,
khả năng loại bỏ cơ chất phân hủy chậm, khả năng chịu biến động về nhiệt độ và
tải lƣợng ô nhiễm, sự đa dạng về thiết bị xử lý và hiệu quả cao đối với nƣớc thải có
nồng độ ơ nhiễm thấp (Nguyễn Văn Phƣớc, 2012).
Do các yếu tố trên, đề tài “Xử lý nƣớc thải của cơ sở sản xuất hủ tiếu ở làng
nghề bánh bún hủ tiếu Mỹ Tho-Tiền Giang bằng vi khuẩn Bacillus
amyloliquefaciens cố định trong tháp lọc sinh học” đƣợc tiến hành để khảo sát ảnh
hƣởng của việc bổ sung sinh khối vi khuẩn B. amyloliquefaciens ở dạng tự do và cố
định trong tháp lọc sinh học đến hiệu quả xử lý nƣớc thải hủ tiếu; xây dựng quy
trình xử lý bằng lọc sinh học nhỏ giọt ở quy mơ phịng thí nghiệm.

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU


3

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1.

Tổng quan về tinh bột và enzyme amylase thủy phân tinh bột

2.1.1. Tổng quan về tinh bột
Tinh bột có cơng thức hóa học: (C6H10O5)n là một polysaccharide
carbohydrate chứa hỗn hợp amylose (Hình 2.1) và amylopectin (Hình 2.2), tỷ lệ
phần trăm amylose và amylopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ
này thƣờng từ 20:80 đến 30:70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có
tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các polymer
carbohydrate phức tạp của glucose (cơng thức phân tử là C6H12O6).

Hình 2.1. Dạng amylose của tinh bột

Hình 2.2. Dạng amylopectin của tinh bột

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


4

Trong tự nhiên, tinh bột đƣợc thực vật tạo ra trong các củ, quả và ngũ cốc.
Tinh bột đƣợc tách ra từ hạt (ngơ, lúa mì), từ rễ và củ (sắn, khoai tây, dong) là
những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.
2.1.2. Enzyme amylase thủy phân tinh bột
Enzyme amylase có khả năng thủy phân tinh bột tạo thành các dextrin có
khối lƣợng phân tử khác nhau. Khi cho tác dụng với I2, chúng sẽ tạo thành màu; và
hoạt độ của amylase đƣợc tính thơng qua việc đo cƣờng độ màu tạo thành. Đơn vị

hoạt độ của amylase là lƣợng enzyme xúc tác thủy phân đƣợc 1g tinh bột thành
dextrin có phân tử lƣợng khác nhau ở nhiệt độ 30oC trong 1 giờ (Nguyễn Đức
Lƣợng và Cao Cƣờng, 2003).
pH hoạt động tối ƣu đối với amylase của malt là 4,8 - 4,9, của nấm mốc là
4,7 và của vi khuẩn là 6,0 (Nguyễn Đức Lƣợng và Cao Cƣờng, 2003).
Amylase xúc tác cho các phản ứng thủy phân tinh bột, glycogen và các
polysaccharid tƣơng tự. Amylase đƣợc chia thành ba loại:
-

α-amylase (1,4-α-D-Glucan-glucanohydrolase; EC 3.2.1.1) có trong nƣớc

bọt, hạt hịa thảo này mầm, trong tụy tạng, nấm mốc, vi khuẩn. Nó phân giải liên kết
1,4-glucosid ở giữa chuỗi polysaccharid (nên gọi là endoamylase) tạo thành
maltose, glucose và chủ yếu là dextrin phân tử thấp. Dƣới tác dụng của enzyme này,
dung dịch tinh bột mau chóng bị mất khả năng tạo màu với dung dịch I2 và bị giảm
độ nhớt mạnh. α-amylase bền với nhiệt nhƣng kém bền với acid (Nguyễn Đức
Lƣợng, 2006).
-

β-amylase (EC 3.2.1.2) có nhiều ở hạt, củ thực vật. Nó xúc tác cho phản

ứng thủy phân liên kết 1,4 - glucosid từ đầu không khử tạo thành chủ yếu maltose
và dextrin phân tử lớn. Mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70oC, nhƣng bền với acid hơn
α-amylase (Nguyễn Đức Lƣợng, 2006).
-

Glucoamylase (EC 3.2.1.3) có nhiều ở vi sinh vật, gan động vật. Nó xúc

tác cho phản ứng thủy phân liên kết 1,4 - và 1,6 - glycosid bắt đầu từ đầu không khử
của chuỗi polysaccharid. Sản phẩm chủ yếu của glucose và dextrin. Nó bị mất hoạt

tính ở nhiệt độ trên 70oC. Nhiều glucoamylase hoạt động mạnh ở pH 3,5 - 5,5
(Nguyễn Đức Lƣợng và Cao Cƣờng, 2003).

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


5

Enzyme amylase đƣợc nghiên cứu sớm nhất và có nhiều cơng trình đƣợc
cơng bố nhất. Trong những cơng trình nghiên cứu về enzyme amylase của vi sinh
vật thì amylase từ nấm sợi và từ vi khuẩn đƣợc nghiên cứu nhiều hơn cả. Những kết
quả nghiên cứu amylase của vi sinh vật đƣợc tóm tắt trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Vi sinh vật tổng hợp amylase (Nguyễn Đức Lƣợng, 2006)
Vi sinh vật

Enzyme

pH tối ƣu

Nhiệt độ tối ƣu

Aspergillus awamori

α-amylase

4,5 - 6,2

400C

β-amylase

3,5 - 7,0

500C

glucoamylase

4,5 - 4,7

55 - 700C

α-amylase

4,7 - 4,6

650C

glucoamylase

3,8

500C

α-amylase

3,8

500C

glucoamylase

5,0

550C

α-amylase

5,5 - 5,9

50 - 570C

β-amylase

4,8

300C

glucoamylase

4,8

500C

Bacillus amyloliquefaciens

α-amylase

5,7-6,0

55 - 600C

Bacillus diastaticus

α-amylase

5,8

700C

Bacillus substilis

α-amylase

4,6-5,1

370C

Endomyces sp.

glucoamylase

4,8

550C

Rhizopus delemar

glucoamylase

5,5

450C

Aspergillus niger
Aspergillus usami
Aspergillus oryzea

2.2.

Chi Bacillus và vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens

2.2.1. Chi Bacillus
Bacillus là một trong những vi sinh vật đầu tiên đƣợc phát hiện và mơ tả
trong giai đoạn đầu của tiến trình phát triển ngành vi sinh vật học ở cuối thế kỷ XIX
(Trịnh Thành Trung và cộng sự, 2013). Đây là một chi lớn với gần 200 lồi vi
khuẩn hiếu khí, hình que, Gram dƣơng và có khả năng sinh nội bào tử để chống
chịu các điều kiện bất thƣờng của môi trƣờng sống (P. D. Vos và cộng sự, 2009).
Chi Bacillus phân bố rất rộng trong tự nhiên, nhất là trong đất, chúng tham gia tích

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


6

cực vào sự phân hủy vật chất hữu cơ nhờ vào khả năng sinh nhiều loại enzyme
ngoại bào (Ngô Tự Thành và cộng sự, 2009).
2.2.2. Vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens
 Phân loại:
B. amyloliquefaciens đƣợc Fukomoto phát hiện năm 1943 nhờ khả năng sinh
α-amylase và protease. Tại thời điểm đó, B. amyloliquefaciens đƣợc xem nhƣ một

dịng khác của lồi B. substilis hay loài phụ B. substilis subp. amyloliquefaciens.
Đến năm 1987, B. amyloliquefaciens đƣợc tách ra thành một loài riêng dựa trên kết
quả lai DNA lần lƣợt là 23%, 15% và 5% so với các loài B. substilis, B.
licheniformis và B. pumilus (F. G. Priest, 1987).
Trong năm 2010, R. Borriss và cộng sự đã chứng minh sự khác biệt về chỉ số
lai DNA, chỉ số so sánh hệ gen bằng kỹ thuật microarray, tính tƣơng đồng của tồn
bộ hệ genome và phổ các chất hoạt tính lipopeptide và polypeptide giữa một nhóm
B. amyloliquefaciens DSM 7 khơng có khả năng và một nhóm B. amyloliquefaciens
FZB42 có khả năng nội cộng sinh trong rễ cây thực vật. Dựa vào kết quả thu đƣợc,
R. Borriss và cộng sự đã đề xuất tách B. amyloliquefaciens thành 2 nhóm lồi phụ
B. amyloliquefaciens subsp. plantarum - có khả năng sống nội cộng sinh trong rễ
cây thực vật và B. amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens - khơng có khả năng
nội cộng sinh trong rễ cây thực vật (R. Borriss và cộng sự, 2011). Kết quả phân loại
vi khuẩn B. amyloliquefaciens đƣợc trình bày ở Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Phân loại vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens (R. Borriss và cộng sự, 2011)
Giới

Vi khuẩn

Ngành

Firmicutes

Lớp

Bacilli

Bộ

Bacillales

Họ

Bacillaceae

Chi

Bacillus

Loài

Bacillus amyloliquefaciens

Loài phụ

- B. amyloliquefaciens subsp. amyloliquefaciens
- B. amyloliquefaciens subsp. plantarum

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


7

 Hình thái:
Bacillus amyloliquefaciens là vi khuẩn Gram dƣơng, kích thƣớc 0,7-0,9 x
1,8-3,0 µm, có roi di động và kết lại với nhau thành chuỗi. Nội bào tử hình ê-líp
(0,6-0,8 x 1,0-1,4 µm) ở tâm, gần tâm hoặc lệch về một phía tế bào và nằm trong túi
bào tử (L. T. Wang và cộng sự, 2008).
 Điều kiện nuôi cấy (L. T. Wang và cộng sự, 2008):
- B. amyloliquefaciens là vi khuẩn hiếu khí, khơng phát triển trong mơi trƣờng

kỵ khí. pH tối ƣu cho vi khuẩn phát triển là 7; nhiệt độ phát triển từ 15 - 50oC, tối ƣu ở
30 - 40oC.
- NaCl không cần thiết cho sự phát triển (ngƣỡng chịu đƣợc nồng độ muối là
12%).
- Allantoin (C4H4O3N4) hoặc urate cũng không cần thiết cho sự phát triển
của vi khuẩn.
 Đặc tính sinh hóa (L. T. Wang và cộng sự, 2008):
B. amyloliquefaciens cho kết quả dƣơng tính với:
- Enzyme oxy hóa (oxidase), enzyme phân giải hydroperoxit thành nƣớc và
oxy (catalase), sự sụt giảm nitrate;
-

Sự thủy phân esculin, gelatin, casein, tinh bột, Tween 40, Tween 60;

- Sự sinh acid từ D-glucose, D-mannitol, glycerol, glycogen, salicin, tinh
bột, amygdalin (C20H27O11N), arbutin, cellobiose, fructose, galactose, betagentibiose, meso-inositol, inulin, maltose, raffinose, ribose, sorbitol, sucrose, Dxylose & aesculin.
B. amyloliquefaciens cho kết quả âm tính với:
-

Các enzyme arginine dihydrolase, lysine decarboxylase, ornithine

decarboxylase; tryptophan deaminase;
-

Sự suy giảm tyrosine, khử gốc amin của phenylalanine, thủy phân urea,

sự sản sinh indole;
L-arabitol,

Sự sinh acid từ: methyl beta-xyloside, adonitol, D-arabitol, D-arabinose,

dulcitol,

erythritol,

D-fucose,

L-fucose,

2-ketogluconate,

ketogluconate, lyxose, melezitose, rhamnose, sorbose, xylitol và L-xylose.

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN

5-


8

 Sinh thái học:
B. amyloliquefaciens đƣợc phân lập từ đất, trầm tích nƣớc lợ và sự lên men
amylase cơng nghiệp. Vi khuẩn này là một nguồn quan trọng sản sinh alphaamylase và protease phục vụ cho công nghiệp (L. T. Wang và cộng sự, 2008).
 Khả năng gây bệnh:
Hiện tại, khả năng gây bệnh của B. amyloliquefaciens chƣa đƣợc báo cáo.
B. amyloliquefaciens là những vi sinh vật an toàn (GRAS) và có thể dùng
nhƣ probiotics để bổ sung vào thức ăn hoặc thức uống nhằm cân bằng hệ vi sinh
đƣờng ruột, qua đó ngăn ngừa và phịng chống các bệnh tiêu chảy thƣờng gặp (M.
E. Sanders và cộng sự, 2008).
Ngoài ra, vi sinh vật trong probiotics còn tăng cƣờng khả năng dung nạp
lactose, điều hòa hệ thống miễn dịch và tăng cƣờng sức khỏe con ngƣời (M.

Saxelin, 2008). Nhiều bằng chứng cho thấy B. amyloliquefaciens đã đƣợc sử dụng
trong chế phẩm probiotics (K. E. Sutyak và cộng sự, 2008; H. Cao và cộng sự,
2011).
2.2.3. Các nghiên cứu ứng dụng Bacillus trong xử lý nƣớc thải.
Ngô Tự Thành và cộng sự (2009) cơng bố cơng trình phân lập 236 chủng vi
khuẩn thuộc chi Bacillus ở Việt Nam từ các mẫu đất và nƣớc thải khác nhau. Nhóm
nghiên cứu tiến hành khảo sát các hoạt tính enzyme ngoại bào gồm amylase,
protease và CMC-ase trên 236 chủng này; các chủng có hoạt tính enzyme mạnh
đƣợc thử khả năng xử lý nƣớc thải. Kết quả thu đƣợc các chủng T20 (dạng dịch
nuôi loại bỏ tế bào), TR6 và TH5 (dạng huyền dịch tế bào) có tác dụng tốt trong xử
lý nƣớc thải nhà máy sữa và nƣớc thải sông Tô Lịch. Nƣớc thải nhà máy sữa
Vinamilk Gia Lâm Hà Nội có BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày) trƣớc xử lý
là 1.500 mg/L. Nƣớc thải này đƣợc xử lý lắc có dịch ni (tỷ lệ 1:2 v/v) và khơng
có dịch ni chủng T20; giá trị BOD5 sau xử lý lần lƣợt là 730 mg/L và 1250 mg/L.
Nƣớc thải ấy đƣợc xử lý lắc có huyền dịch tế bào (tỷ lệ 1:5 v/v) và khơng có huyền
dịch tế bào TR6; giá trị BOD5 sau xử lý lần lƣợt là 610 mg/L và 800 mg/L. Nƣớc
thải sơng Tơ Lịch có giá trị BOD5 trƣớc xử lý là 172 mg/L đƣợc xử lý lắc có huyền

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


9

dịch tế bào (tỷ lệ 1:10 v/v) và khơng có huyền dịch tế bào chủng TH5; giá trị BOD5
sau xử lý lần lƣợt là 92 mg/L và 165 mg/L.
Quingxin Li và cộng sự (2005) phát hiện rằng đối tƣợng Bacillus sp. (M-12)
có thể làm giảm đáng kể nhu cầu oxy hóa học (COD) của nƣớc thải có chứa dầu
mỏ. Polyvinyl alcohol (PVA) đƣợc chọn để cố định tế bào; và các tế bào đƣợc cố
định có thể đƣợc sử dụng nhiều lần cho việc xử lý nƣớc thải với hiệu quả loại bỏ
COD cao. Hiệu quả làm giảm COD có thể đƣợc nâng cao khi nguồn nitrogen nhƣ

(NH4)2SO4 đƣợc bổ sung vào nƣớc thải. Hệ thống xử lý nƣớc liên tục với các tế bào
cố định và cột bọt đá (cinder) đƣợc phát triển. Hệ thống liên tục này có hiệu quả
đáng kể trong việc làm giảm COD của nƣớc thải từ 2600 đến 240 mg/L.
Daban Lu và cộng sự (2012) nghiên cứu Bacillus amyloliquefaciens, là vi
sinh vật hiếu khí với khả năng sử dụng phenol là nguồn carbon và nguồn năng lƣợng
duy nhất. Bacillus amyloliquefaciens chủng WJDB - 1 đã đƣợc xác định dựa vào các
đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa và phân tích trình tự rDNA 16S. Chủng WJDB 1 đƣợc vi gói trong alginate - chitosan - alginate (ACA) có thể phân giải hồn tồn
200 mg/L phenol trong 36 giờ. Các tế bào đƣợc cố định trong ACA có ƣu điểm hơn
so với huyền phù tự do trong phạm vi chống chịu với môi trƣờng nạp vào. Để đạt
đƣợc tốc độ phân giải phenol cao hơn, các điều kiện tối ƣu cho vi gói đƣợc khảo sát
bằng cách thay đổi nồng độ của sodium alginate, calcium chloride và chitosan; đồng
thời, điều chỉnh các thông số của quá trình nhƣ số lƣợng vi bao, pH, nhiệt độ và
nồng độ ban đầu của phenol. Vi sinh vật này có tiềm năng trong việc xử lý hiệu quả
các tác nhân hữu cơ gây ô nhiễm nƣớc.
2.3.

Phƣơng pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải
Bản chất của phƣơng pháp sinh học trong xử lý nƣớc thải là sử dụng khả

năng sống và hoạt động của vi sinh vật để khống hóa các chất bẩn hữu cơ trong
nƣớc thải thành các chất vơ cơ, các chất khí đơn giản và nƣớc. Tất cả các chất hữu
cơ có trong tự nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo là nguồn dinh dƣỡng
cho các vi sinh vật. Vi sinh vật có thể phân hủy chúng hồn tồn hoặc khơng hồn
tồn. Quá trình xử lý sinh học nƣớc thải nhằm khử các chất bẩn hữu cơ (BOD, COD
hoặc TOC), nitrat hóa, khử nitrat, khử phospho và ổn định chất thải nhờ quá trình

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN


10

chuyển hóa hợp chất hữu cơ thành pha khí và thành sinh khối tế bào vi sinh vật; tạo
ra các bông bùn cặn sinh học và loại các bông bùn cặn sinh học này khỏi nƣớc thải
(Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng, 2003; Nguyễn Văn Phƣớc, 2012).
Các quá trình xử lý nhân tạo đều xuất phát từ các quá trình xảy ra trong tự
nhiên bao gồm hai kiểu sinh trƣởng của vi sinh vật: Sinh trƣởng lơ lửng đồng nghĩa
với bùn hoạt tính ở điều kiện hiếu khí (làm thống khí, sục hay thổi khí và khuấy
đảo) và điều kiện kỵ khí (sục CO2 hoặc khuấy đảo hoặc cho dịng chảy ngƣợc); sinh
trƣởng gắn kết hay bám dính đồng nghĩa với màng sinh học ở điều kiện hiếu khí và
điều kiện kỵ khí. Nhờ các biện pháp nhân tạo, hoạt tính của các vi sinh vật đƣợc
tăng cƣờng và hiệu quả làm sạch chất bẩn không ngừng đƣợc tăng lên (Nguyễn Văn
Phƣớc, 2012). Căn cứ vào cách thức sinh trƣởng trên, các bể xử lý nƣớc thải bằng
phƣơng pháp sinh học đƣợc phân loại thành hai nhóm chính và đƣợc liệt kê trong
Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các thiết bị xử lý sinh học thông dụng (Nguyễn Văn Phƣớc, 2012)
Bể phản ứng tăng trƣởng lơ lửng

Bể phản ứng tăng trƣởng bám dính

Bùn hoạt tính

Đệm tầng sơi

Khử dinh dƣỡng bằng sinh học

Đĩa quay sinh học

Phân hủy hiếu khí

Lọc nhỏ giọt

Tiếp xúc kỵ khí

Đệm cố định

UASB

Thiết bị lọc kỵ khí

Phân hủy kỵ khí

Lọc sinh học hiếu khí

Hồ sinh học
Các loại nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải đô thị, nƣớc thải một số ngành công
nghiệp (thực phẩm, thủy sản, chế biến nông sản, lị mổ, chăn ni và có thể cả cơng
nghiệp giấy) có chứa nhiều chất hữu cơ hịa tan gồm hydratcabon, protein và các
hợp chất chứa nitơ phân hủy từ protein, các dạng chất béo; cùng một số hợp chất vô
cơ nhƣ H2S, các sunphit, amoniac và các hợp chất chứa nitơ khác có thể đƣợc xử lý
theo phƣơng pháp sinh học.

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN