BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
HỒ THANH TÂM
PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨN
ĐÔNG TỤ ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO
Ở CÁC TỈNH ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC
Mã ngành: 62 42 01 07
CẦN THƠ, 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
i
LỜI CẢM TẠ
Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin được gởi đến PGS.TS. Ngô Thị Phương Dung và
GS.TS. Cao Ngọc Điệp là người hướng dẫn khoa học cho tôi hoàn thành được luận
án Tiến sĩ chuyên ngành Vi sinh vật học. Thầy và Cô đã tận tình hướng dẫn cho tôi
thực hiện hoàn thành nội dung, phương pháp và kế hoạch triển khai công tác thí
nghiệm một cách tốt nhất để có được sản phẩm của công trình nghiên cứu: Phân
lập, tuyển chọn và ứng dụng vi khuẩn đông tụ để xử lý nước thải chăn nuôi
heo ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.
Xin chân thành cảm ơn:
- Quý Thầy, Cô trong Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu và phát triển Công nghệ
sinh học, Phòng, Khoa chức năng thuộc trường Đại học Cần Thơ, đã tạo mọi điều
kiện tốt nhất cho tôi được học tập và nghiên cứu hoàn thành luận án Tiến sĩ.
- Quý Thầy, Cô, cán bộ phòng thí nghiệm, nhân viên của Viện Nghiên cứu và
Phát triển Công nghệ sinh học – Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình hướng dẫn,
giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án
của mình.
- Xin gửi lời cảm ơn đến trường Cao đẳng Cần Thơ đã sắp xếp công việc và
tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, để tôi hoàn thành kế hoạch học tập toàn khóa
trong chương trình đào tạo Tiến sĩ.
Xin chân thành cảm ơn Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Cơ sở:
1. PGS.TS. Trần Nhân Dũng, Trường Đại học Cần Thơ
2. TS. Nguyễn Đức Hoàng , Trường Đại học KHTN TP. Hồ Chí Minh
3. PGS.TS. Nguyễn Văn Công, Trường Đại học Cần Thơ
4. PGS.TS. Ngô Thị Phương Dung, Trường Đại học Cần Thơ
5. PGS.TS. Nguyễn Tiến Thắng, Viện sinh học nhiệt đới TP. Hồ Chí Minh
chọn được 18/32 chủng vi khuẩn đông tụ thực hiện PCR với cặp mồi 8F - 1492R ,
giải trình tự đoạn gen 16S rRNA, dùng phần mềm BLAST N so sánh với trình tự
đoạn gen 16S rRNA có trong cơ sở dữ liệu NCBI. Kết quả định danh được 17
chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus, 01 chủng vi khuẩn Enterobacter và các chủng
vi khuẩn đông tụ trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas có sự đa dạng về trình
tự nucleotide. Hơn nữa, 4 cặp chủng vi khuẩn đông tụ (Bacillus cereus KG05 +
Bacillus megaterium VL01; Bacillus cereus KG05 + Bacillus sp. VL05; Bacillus
cereus KG05 + Bacillus aryabhattai ST02; Bacillus megaterium VL01 + Bacillus
sp. VL05) có hiệu suất đông tụ từ 71 – 88% được chọn làm cặp chủng vi khuẩn xử
lý nước thải bằng phương pháp đông tụ sinh học và ứng dụng vào xử lý nước thải
chăn nuôi heo sau biogas quy mô 08 lít trong phòng thí nghiệm. Kết quả ở chu kỳ
1 (24 giờ) và chu kỳ 2 (7 giờ) đạt hiệu suất đông tụ từ 80 – 86%, các thông số pH,
hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng lân (TP) và orthophosphate (PO
4
3-
)
đạt loại A của QCVN40:2011/BTNMT (QCVN40), hàm lượng oxy hóa sinh học
(BOD
5
) giảm từ 65 − 144 lần so với đối chứng, đạt loại B hoặc loại A của
QCVN40, hàm lượng ammonium (N-NH
4
+
) giảm từ 55,3 – 74,6%, hàm lượng tổng
đạm (TN) giảm từ 62,5 đến 74,6% so với đối chứng. Cặp chủng vi khuẩn Bacillus
cereus KG05 + Bacillus megaterium VL01 được chọn đại diện, ứng dụng vào xử
lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas quy mô 80 và 800 lít tại trại chăn nuôi heo,
đạt hiệu suất đông tụ 90,4% (quy mô 80 lít) và 82,6% (quy mô 800 lít), các thông
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
been adequate attention especially piggery wastewater treated not perfectly.
Although wastewater was been treated from biogas containers but it contains many
toxic materials which needs to be treated completely before releasing to
rivers/canals. Many methods have been suggested to treat piggery wastewater and
biological practices have flocculating-producing bacteria in order to clear water. In
this study, aggregation bacteria were identified in piggery wastewater after biogas
in 13 provinces of the Mekong Delta. Aggregation bacteria have the ability to
include convergence and deposition of organic matter, inorganic suspended in
water by bonding mechanism of the bacterial cell together by hydrophobic
properties of the samples of cell. One hundred and twenty-four bacterial isolates
were isolated from one hundred and fifty samples of piggery wastewater after
biogas in the Mekong Delta. Using p-xylene to test the hydrophobic ability of
surface of bacterial cells as the mechanism of aggregation together with other
methods. There were 32/124 isolates having the high hydrophobic ability and
18/32 isolates were chosen to sequence with 16S rRNA universal primers (8F and
1492R) and analyse 16S rRNA sequences by BLAST N software of NCBI. The
results showed that 17/18 isolates were identified as species of genus Bacillus and
1/18 isolate belonged to Enterobacter and they have the high diversity of
haplotype. Of these, four pairs of strain aggregation [Bacillus cereus KG05 +
Bacillus megaterium VL01; Bacillus cereus KG05 + Bacillus sp. VL05; Bacillus
cereus KG05 + Bacillus aryabhattai ST02; Bacillus megaterium VL01 + Bacillus
sp. VL05] with the highest aggregation efficiency [71−88%] were selected as pairs
of aggregation bacteria for piggery wastewater treatment. In 8-liter containers (in
the laboratory), application of these four pairs of aggregation bacteria, the results
showed that aggregation efficiency in cycle 1 (24 hours) and cycle 2 (7 hours)
were 84−86%, pH, concentrations of total suspended solids (TSS), total phosphate
(TP) and orthophosphate (PO
4
3-
) reached to A standard QCVN40: 2011/BTNMT
Keywords: Bacillus, piggery wastewater treatment, aggregation, hydrophobic
ability, aggregation bacteria.
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
vi
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Phân lập, tuyển chọn và ứng dụng
vi khuẩn đông tụ để xử lý nước thải chăn nuôi heo ở các tỉnh đồng bằng sông
Cửu Long” là của nghiên cứu sinh Hồ Thanh Tâm với sự hướng dẫn khoa học của
PGS.TS. Ngô Thị Phương Dung. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung
thực và chưa từng được người khác công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Nghiên cứu sinh
HỒ THANH TÂM
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
vii
MỤC LỤC
Trang
2.11 Sự đông tụ hình thành màng sinh học trong xử lý nước thải 29
2.12. Nhận diện và định danh vi khuẩn đông tụ bằng phương pháp truyền
thống và sinh học phân tử 31
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
viii
2.13. Đa hình trình tự nucleotide 33
CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36
3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 36
3.2. Sơ đồ nghiên cứu 36
3.3. Nguyên liệu, thiết bị, hóa chất 36
3.3.1. Nguyên liệu 36
3.3.2. Thiết bị 37
3.3.3. Dụng cụ 39
3.3.4. Hóa chất 39
3.4. Phương pháp nghiên cứu 39
3.4.1. Phân lập, khảo sát đặc điểm hình thái, sinh hóa và định lượng vi khuẩn
từ nước thải chăn nuôi heo sau biogas 39
3.4.1.1. Phân lập, quan sát hình thái và đặc tính sinh hóa 39
3.4.1.2. Bảo quản, cấy truyền và nhân giống 41
3.4.1.3. Định lượng vi khuẩn 41
3.4.2. Tuyển chọn vi khuẩn đông tụ bằng phương pháp sinh hóa 42
3.4.3. Nhận diện, định danh vi khuẩn đông tụ bằng phương pháp sinh học
phân tử 42
3.4.4. Xác định hiệu suất đông tụ từ cơ chế tự đông tụ của vi khuẩn 43
3.4.5. Xác định hiệu suất đông tụ từ cơ chế tự đông tụ của từng cặp chủng vi
khuẩn 44
3.4.6. Khảo sát các yếu tố trong môi trường (pH, cation Ca
2+
, Mg
4.1 Kết quả phân lập, nhận diện và tuyển chọn vi khuẩn đông tụ 51
4.1.1 Kết quả phân lập và nhận diện hình thái vi khuẩn đông tụ 51
4.1.2 Đặc tính sinh hóa của vi khuẩn đông tụ (tính kỵ nước của tế bào vi
khuẩn) 56
4.1.3 Xây dựng mối tương quan di truyền giữa các chủng vi khuẩn đông tụ
dựa trên trình tự 16S rRNA và định danh vi khuẩn đông tụ 57
4.2 Tuyển chọn vi khuẩn đông tụ trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas 68
4.2.1 Khảo sát sự tự đông tụ của mỗi chủng vi khuẩn 68
4.2.2 Khảo sát sự đông tụ của các cặp vi khuẩn đông tụ 72
4.3 Các yếu tố môi trường (cation, pH) ảnh hưởng đến hiệu suất đông tụ của
vi khuẩn 77
4.3.1 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn 77
4.3.2 Ảnh hưởng của cation Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
đến hiệu suất đông tụ 79
4.3.2.1 Ảnh hưởng của cation Ca
2+
đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn 80
4.3.2.2 Ảnh hưởng của cation Mg
2+
đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn 81
4.3.2.3 Ảnh hưởng của cation Na
+
đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn 82
4.5.4 Ảnh hưởng của cặp chủng vi khuẩn Bacillus cereus KG05 + Bacillus
megaterium VL01 trong xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas quy
mô 80 và 800 lít đến các thông số pH, BOD
5
, TSS, TN, TP, NH
4
+
,
PO
4
3-
99
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
x
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 103
5.1 Kết luận 103
5.2 Đề xuất 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 105
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN 114
PHỤ LỤC 115 đến 172
Phụ lục 1: ANOVA Hiệu suất hấp thụ với p-xylen (% Arcsin) của 124 chủng vi
khuẩn 115
Phụ lục 2: ANOVA Hiệu suất tự đông tụ (% Arcsin) của 32 chủng vi khuẩn ở các
mốc thời gian 119
Phụ lục 3: ANOVA Hiệu suất đông tụ (% arcsin) theo từng cặp chủng vi khuẩn (28
cặp) và các mốc thời gian (3, 6, 9, 12 giờ) mốc thời gian 120
Phụ lục 4: ANOVA: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất đông tụ (% arcsin) của 4 cặp chủng
vi khuẩn 121
2.1 Thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi heo so với QCVN
40:2011/BTNMT
9
2.2 Một số chủng vi khuẩn tham gia xử lý nước thải 14
2.3 Một số chủng vi khuẩn có khả năng đông tụ đã được nghiên cứu 26
3.1 Thông số ban đầu mẫu nước thải chăn nuôi heo sau biogas 37
3.2 Thể thức bố trí ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải quy
mô 08 lít
48
3.3 Các thông số và phương pháp phân tích mẫu nước thải sau xử lý 49
3.4 Thể thức bố trí ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải quy
mô 80 lít tại trại chăn nuôi heo
49
3.5 Thể thức bố trí ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải quy
mô 800 lít tại trại chăn nuôi heo
50
4.1 Vi khuẩn nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas ở ĐBSCL 51
4.2 Đặc điểm hình thái và hiệu suất hấp thụ với p-xylen của 32 chủng vi
khuẩn phân lập trong nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas
54
2+
đến hiệu suất đông tụ 82
4.11 Ảnh hưởng của nồng độ cation Na
+
đến hiệu suất đông tụ 83
4.12 Ảnh hưởng của nồng độ cation K
+
đến hiệu suất đông tụ 85
4.13 Ảnh hưởng cặp cation hóa trị I và hóa trị II đến hiệu suất đông tụ 87
4.14 Tương quan yếu tố pH, cation trong môi trường ảnh hưởng đến hiệu
suất đông tụ
89
4.15 Thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas qua xử lý quy mô 08 lít 94
4.16 Thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas qua xử lý quy mô 80 lít 100
4.17 Thông số nước thải chăn nuôi heo sau biogas qua xử lý quy mô 800 lít 101Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
xii
DANH SÁCH HÌNH
2.10 Sự đông tụ giữa vi khuẩn S. natatoria 2.1gfp và M. luteus 2.13 (A),
ngăn chặn đông tụ khi thêm 80 mM galactosamine (B), đông tụ
giữa vi khuẩn S. natatoria 2.1gfp và M. luteus 2.13 (C)
28
2.11 Hiệu quả và hình thái của vi khuẩn tự đông tụ D
6
theo từng mốc
thời gian
29
2.12 Sự hình thành màng sinh học từ sự tự đông tụ 30
2.13 Sự hình thành màng sinh học từ nhóm tế bào vi khuẩn 31
2.14 Ribosomal RNA operon của E.coli 32
2.15 Sơ đồ phân tích mối tương quan di truyền và định danh vi khuẩn
phân lập, bằng phương pháp sinh học phân tử
34
2.16 Đa hình đơn nucleotide có 5 haplotype trong 6 trình tự chuỗi 35
3.1 Quy trình đếm sống nhỏ giọt (Hoben và Somasegaran, 1982) 41
3.2 Mô hình thí nghiệm ứng dụng xử lý nước thải chăn nuôi heo sau
biogas quy mô 8 lít tại phòng thí nghiệm (A) chưa sục khí, (B)
đang sục khí
48
ĐBSCL
62
4.8 Đặc điểm sinh hóa của chủng vi khuẩn đông tụ B. cereus KG05 64
4.9 Đa dạng loài các chủng vi khuẩn đông tụ trong chi Bacillus 64
4.10 Đa dạng trình tự chuỗi nucleotide của 18 chủng vi khuẩn đông tụ
bản địa
65
4.11 Sơ đồ vị trí các chủng vi khuẩn đông tụ trong vùng sinh thái ở đồng
bằng sông Cửu Long
68
4.12 Vi khuẩn tự đông tụ trong môi trường polypepton (24 giờ) 69
4.13 Hiệu suất đông tụ (%) 4 cặp chủng vi khuẩn đông tụ 72
4.14 Sự kết dính của cặp vi khuẩn đông tụ 74
4.15 Ảnh hưởng của liều lượng vi khuẩn đến hiệu suất đông tụ 90
4.16 Hiệu suất đông tụ của vi khuẩn qua 3 chu kỳ xử lý nước thải quy
mô 08 lít
92
4.17 Mẫu nước thải sau xử lý bằng vi khuẩn đông tụ 93
4.18 Hiệu suất đông tụ cặp chủng vi khuẩn Bacillus cereus KG05 +
NCBI National Center for Biotechnology
Information
Cơ sở dữ liệu DNA
N-NH
4
+
Ammonium Ammonium
NT Nghiệm thức Nghiệm thức
RNA Ribonucleic acid Ribonucleic acid
r
RNA RNA Ribosome RNA ribosome
OD Optical Density Chỉ số quang phổ
P
Phosphor Phosphor
PCR Polymerase Chain Reaction Kỹ thuật PCR
PO
4
3-
Orthophosphate Orthophosphate
QCVN
40:2011/BTNMT
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
môi trường
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
về môi trường
TN Total Nitrogen Đạm tổng
TP Total Phosphor Lân tổng
TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng
flocculation bacteria), chúng có một cơ chế riêng ít được nói đến, trong đó quần
thể vi khuẩn có khả năng tạo sự đông tụ (Aggregation) lại có tỉ lệ cao, chúng thực
hiện kết dính các tế bào vi khuẩn, qua đó các vật chất lơ lửng có kích thước cực
nhỏ, khó xử lý được lắng tụ. Vì thế, các chủng vi khuẩn này trở nên quan trọng
trong quá trình hình thành màng sinh học và bùn hoạt tính (Malik et al., 2003;
Kimchhayarasy et al., 2009). Mặc dù vậy, hiện tại có rất ít công trình nghiên cứu
về đặc điểm, vai trò và ứng dụng các chủng vi khuẩn đông tụ trong xử lý nước
thải.
Ở Việt Nam, nhất là vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), bên cạnh cây
lúa và hoa màu phát triển, nghề chăn nuôi heo cũng phát triển mạnh ở các hộ gia
đình, đồng thời mở rộng với quy mô lớn tại các cơ sở chăn nuôi. Bên cạnh đó,
không thể tránh khỏi sự phát sinh hàm lượng chất gây ô nhiễm môi trường, làm
ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người. Vấn đề này được khắc
phục bằng nhiều biện pháp. Trong đó, biện pháp sinh học được sử dụng rộng rãi
như công nghệ yếm khí biogas được nhiều người áp dụng, ngoài việc cải thiện tình
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
2
trạng ô nhiễm còn có thể thu khí metan làm nhiên liệu (Nguyễn Thị Hồng và Phạm
Khắc Liệu, 2012). Những lợi ích do công nghệ yếm khí biogas đem lại là không
thể phủ nhận, tuy nhiên các chỉ tiêu ô nhiễm vẫn còn ở mức khá cao. Một trong
những vấn đề đang được quan tâm giải quyết hiện nay là việc tìm ra những giải pháp
thích hợp nhằm hạn chế tác động tiêu cực của ngành chăn nuôi lên môi trường
(Trương Văn Cảnh, 2010).
Nước thải chăn nuôi heo sau biogas là một trong những loại nước thải rất đặc
trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bởi hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ
lửng, hàm lượng đạm, lân và sinh vật gây bệnh. Hiện nay chưa có hệ thống thu
gom và xử lý các chất thải phù hợp, các chất thải tồn tại dưới dạng các hạt có kích
thước nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra được bằng phương pháp cơ học và phương
pháp kết tụ bằng hoá chất sẽ ảnh hưởng môi trường, còn phương pháp kết tụ sinh
khuẩn giữ vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas.
(iv) Xác định cơ chế đông tụ của vi khuẩn đông tụ trong xử lý nước thải chăn
nuôi heo sau biogas.
(v) Xác định chỉ số pH, loại cation và nồng độ cation (Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
)
trong môi trường phù hợp nhất, để vi khuẩn đông tụ hoạt động cho hiệu suất đông
tụ cao trong xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas.
(vi) Ứng dụng vi khuẩn đông tụ đã tuyển chọn vào xử lý nước thải chăn nuôi
heo sau biogas, quy mô phòng thí nghiệm (8 lít) và tại trại chăn nuôi heo (80, 800 lít).
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
(i) Đối tượng nghiên cứu: các chủng vi khuẩn tế bào có tính kỵ nước cao và
có khả năng tạo sự đông tụ cho hiệu suất cao, trong xử lý nước thải chăn nuôi heo
sau biogas.
(ii) Phạm vi nghiên cứu: phân lập, tuyển chọn, định danh đại diện các chủng
vi khuẩn tạo sự đông tụ trong nước thải chăn nuôi heo sau biogas, ở đồng bằng
sông Cửu Long; ứng dụng vi khuẩn đông tụ vào xử lý nước thải chăn nuôi heo sau
biogas qui mô phòng thí nghiệm (8 lít) và tại trại chăn nuôi heo (80 và 800 lít); so
sánh các thông số pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa sinh học
(BOD
5
), đạm (N-NH
4
+
xuống đáy cùng với tế bào vi khuẩn.
(iv) Xây dựng được một quy trình xử lý nước thải chăn nuôi heo sau biogas,
bằng phương pháp sinh học có bổ sung vi khuẩn đông tụ. Kết quả cho hiệu suất
đông tụ từ 80 – 90,4%, các thông số pH, tổng chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy hóa
sinh học, tổng lân và orthophosphate trong nước thải sau xử lý, đạt được loại A
hoặc B QCVN 40:2011/BTNMT; hàm lượng ammonium và tổng đạm giảm hơn
50% so với nước thải ban đầu.
(v) Đóng góp tư liệu giảng dạy, tham khảo và nghiên cứu về vi sinh vật môi
trường trong xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.
1.6 Kết cấu của luận án
Luận án có 3 phần: Phần đầu (14 trang được đánh số i đến xiv); phần nội
dung Luận án gồm 5 chương, 104 trang: chương 1: Giới thiệu có 04 trang với 06
tiểu mục, đánh số từ trang 1 đến 4; chương 2: Tổng quan tài liệu có 31 trang với 13
tiểu mục, đánh số từ trang 5 đến 35; chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên
cứu có 15 trang với 05 tiểu mục, đánh số từ trang 36 đến 50; chương 4: Kết quả và
thảo luận có 52 trang với 05 tiểu mục, đánh số từ trang 51 đến 102; chương 5: Kết
luận và đề xuất: có 02 trang với 02 tiểu mục, đánh số từ trang 103 đến 104; phần
Tài liệu tham khảo có 09 trang, đánh số từ trang 105 đến 113, có 112 tài liệu (70
tài liệu nước ngoài, 42 tài liệu trong nước, 01 trang web); Danh mục các công trình
đã công bố có liên quan đến luận án 01 trang 114; phụ lục 58 trang, từ trang 115
đến trang 172. Trong luận án có 25 Bảng và 38 Hình.
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
5
ra nạn thiếu nước trầm trọng, điều này đã làm suy giảm nghiêm trọng cả về chất và
lượng nước (Nguyễn Văn Phước, 2007).
Hiện nay, việc cung cấp nước cho đời sống con người và nền kinh tế quốc
dân đã trở thành vấn đề thật sự cấp thiết. Nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa ra
những quy định pháp lý nghiêm ngặt về vấn đề này. Việc sử dụng tổng hợp nguồn
nước: sinh hoạt, sản xuất, bảo vệ môi trường, đang được quan tâm. Nước thải
đang gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước nói chung, có thể gây tác hại cho
sức khỏe con người khi sử dụng. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được ứng
dụng để xử lý nước thải, bao gồm: cơ học, hóa lý, sinh học,… mỗi phương pháp có
ưu và nhược điểm riêng, tùy loại nước thải mà chọn phương pháp xử lý hợp lý.
Hơn nữa, để xử lý hiệu quả nước thải cần phải kết hợp nhiều phương pháp xử lý
theo một quy trình nhất định. Chính vì vậy, xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn an toàn
trước khi xả ra môi trường hiện nay đang là vấn đề cấp thiết, không những bảo vệ
sức khỏe con người, bảo vệ môi trường sống mà còn đảm bảo thực hiện theo đúng
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
6
chính sách, quy định ban hành của nhà nước. Ở Việt Nam đã ban hành “Luật bảo
vệ môi trường”, tại Khoản 5, Điều 7 có nêu “một trong những hành vi bị nghiêm
cấm là chất thải chưa được xử lý đạt quy chuẩn kỹ thuật môi trường, chất độc, chất
phóng xạ và chất nguy hại khác vào đất, nguồn nước và không khí”. Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về môi trường (QCVN 40:2011) gồm có 33 thông số ô nhiễm cần
phải đảm bảo đạt giá trị cho phép trong nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn
tiếp nhận được tính bằng công thức Cmax = C x K
q
x K
f
(Luật bảo vệ môi trường,
2014). Trong đó: Cmax là giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp khi xả thải vào nguồn tiếp nhận nước thải; C là giá trị của thông
đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD – Biochemical Oxygen Demand): là chỉ số sử
dụng rộng rãi để đo chất lượng nước, BOD là lượng oxy hòa tan mà vi sinh vật đòi
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
7
hỏi cho quá trình phân giải hiếu khí các chất hữu cơ có mặt trong nước thải. Nước
càng nhiều chất hữu cơ rất dễ bị oxy hóa, tức càng ô nhiễm thì chỉ số BOD càng cao.
- Nhu cầu oxy hóa học (COD – Chemical Oxygen Demand): là lượng oxy cần
để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước, COD càng lớn thì mức độ ô
nhiễm của nước thải càng cao.
- Tổng chất rắn lơ lửng (TSS – Total Suspended Solids): là toàn bộ lượng
chất rắn ở dạng hòa tan và lơ lửng trong môi trường nước thải.
- Hàm lượng nitơ (N): nitơ là nguyên tố cần thiết cho quá trình tổng hợp các
chất hữu cơ chứa nitơ trong cơ thể sinh vật, là thành phần cơ bản không thể thiếu
được trong tế bào sinh vật. Trong môi trường nước, nitơ thường tồn tại các dạng
như sau: ammonium, amoniac, nitrate, nitrite và cả nitơ tự do. Hàm lượng nitơ
trong môi trường là chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước.
- Hàm lượng phosphor (P): trong môi trường nước, phosphor tồn tại ở dạng:
H
2
PO
4
-
, HPO
4
2-
, PO
4
3-
Luận án Tiến sĩ, khóa 2012 - 2015 Trường Đại học Cần Thơ
Hồ Thanh Tâm Viện Nghiên cứu và Phát triển CNSH
8
pháp công nghiệp, ứng dụng tiến bộ khoa học và kỹ thuật trong chăn nuôi. Báo cáo
của Cục thống kê năm 2011 ước đến hết năm 2011 tổng đàn heo đạt 27,8 triệu con,
tăng 1,6% so với cùng kỳ năm 2010, với tốc độ phát triển mạnh của ngành chăn nuôi
heo như hiện nay dự tính đến năm 2020, lượng chất thải rắn trong chăn nuôi heo
phát sinh khoảng 1.212.000 tấn/năm, tăng 14,05% so với năm 2010 (Cục chăn nuôi
Việt Nam, 2011).
Đồng bằng sông Cửu Long là vùng trọng điểm sản xuất nông nghiệp của
nước ta, với diện tích tự nhiên gần 4 triệu hecta, dân số khoảng 17,5 triệu người
(Niên giám thống kê, 2010). Đây là vùng châu thổ phì nhiêu hệ thống sông ngòi
chằng chịt, là vùng tiềm năng cho sự phát triển trồng trọt và chăn nuôi (Phạm Văn
Thành, 2008). Bên cạnh sự phát triển cây lúa và các hoa màu khác, nghề chăn nuôi
ở ĐBSCL cũng phát triển rất mạnh, trong đó chăn nuôi heo có tốc độ phát triển rất
nhanh đã đóng góp lượng lớn thực phẩm (protein) cho con người với sản lượng
tăng lên theo hàng năm (Báo cáo của Trung tâm tin học và thống kê của Bộ nông
nghiệp và phát triển nông thôn năm 2013). Theo đánh giá của Cục Nông nghiệp
Việt Nam năm 2011, chăn nuôi heo quy mô trang trại ở các tỉnh phía Nam vẫn
đang tiếp tục dẫn đầu cả nước. Trong điều kiện kinh tế cả nước nói chung và ở
ĐBSCL đang tăng trưởng mạnh mẽ, trong đó chăn nuôi heo chiếm một phần tỷ
trọng lớn đã góp phần phát triển kinh tế địa phương và xóa đói giảm nghèo
(Dương Trí Dũng và ctv., 2010). Bên cạnh sự phát triển của ngành chăn nuôi đặc
biệt là chăn nuôi heo, tính đến cuối năm 2013 tổng đàn heo ở ĐBSCL là 3.595.600
con (Niên giám thống kê, 2013). Quy mô chăn nuôi heo ở ĐBSCL chủ yếu là quy
mô hộ gia đình, trang trại nhỏ, vừa, và trang trại công nghiệp. Tuy nhiên, trong quá
trình chăn nuôi heo, một lượng lớn chất thải không qua xử lý được thải ra mương,
ao, sông, rạch… làm ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng môi trường nước mặt, cản
trở dòng chảy, ô nhiễm vi sinh vật, gây khó khăn cho việc sử dụng nước để sinh
hoạt và hoạt động sản xuất của cộng đồng (Bùi Thị Nga và ctv., 2013). Đây là
2-
đặc biệt là hàm lượng đạm trong nước thải
rất cao do hệ tiêu hóa của heo hấp thu kém thành phần nitơ. Chỉ có 30% lượng nitơ
đưa vào cơ thể heo chuyển hóa thành sản phẩm, 70% còn lại bị bài tiết ra ngoài
dưới dạng NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
(Jongbloes và Lenis, 1992). Lân là thành phần tương
đối ít, chiếm 0,25 − 1,4% trong thức ăn thừa và một ít trong nước tiểu của
heo…tồn tại chủ yếu ở dạng HPO
4
2-
, H
2
PO
4
, PO
4
3-
và phosphate hữu cơ. Những
chất hữu cơ chưa được heo đồng hóa, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân, nước
tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác. Tùy điều kiện hiếu khí hay kỵ khí mà quá
trình phân hủy tạo thành các sản phẩm khác nhau như acid amin, acid béo, aldehyde,
nước, CO
2011/BTNMT)
A B
pH - 7,23 - 8,07 6 đến 9 5,5 đến 9
Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) mg/L
2561 - 5028 75 150
Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD
5
)
mg/L
1664 - 3268 30 50
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/L
1700 - 3218 50 100
Ammonium (N-NH
4
) mg/L
304 - 471 5 10
Tổng nitơ (TN) mg/L
512 - 594 20 40
Tổng phosphor (TP) mg/L
13,8 - 62 4 6
(Nguyễn Văn Phước, 2010 và Bộ Tài nguyên - Môi trường , 2011)
Copyright: Tài liệu đại học ©