Phân lập và nhận diện một số dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột từ nƣớc thải lò bún lệ châu, thành phố sóc trăng

  • Số trang: 70 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 10 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC (CHƢƠNG TRÌNH TIÊN TIẾN) PHÂN LẬP VÀ NHẬN DIỆN MỘT SỐ DÒNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY TINH BỘT TỪ NƢỚC THẢI LÒ BÚN LỆ CHÂU, THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. NGUYỄN HỮU HIỆP SINH VIÊN THỰC HIỆN CHẾ MINH NGỮ MSSV: 3102760 Lớp: CNSH Tiên Tiến K36 Cần Thơ, tháng 12/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC (CHƢƠNG TRÌNH TIÊN TIẾN) PHÂN LẬP VÀ NHẬN DIỆN MỘT SỐ DÒNG VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY TINH BỘT TỪ NƢỚC THẢI LÒ BÚN LỆ CHÂU, THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. NGUYỄN HỮU HIỆP SINH VIÊN THỰC HIỆN CHẾ MINH NGỮ MSSV: 3102760 Lớp: CNSH Tiên Tiến K36 Cần Thơ, tháng 12/2014 PHẦN KÝ DUYỆT NGƢỜI HƢỚNG DẪN SINH VIÊN PGS.TS. Nguyễn Hữu Hiệp Chế Minh Ngữ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM TẠ Trong quá trình học tập tại Viện NC&PT Công nghệ Sinh học-Đại học Cần Thơ, tôi luôn nhận được sự quan tâm sâu sắc từ gia đình cũng như sự giúp đỡ to lớn từ thầy cô và bạn bè. Những điều đó đã giúp tôi vượt qua những khó khăn trong hoạc tập và hoàn thành tốt chương trình học cũng như luận văn của mình. Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cảm tạ đến: Cha mẹ, người ngày đêm tảo tần lo cho tôi đầy đủ trong suốt bốn năm đại học. PGS.TS. Nguyễn Hữu Hiệp, Phó Trưởng Bộ môn Công nghệ Sinh Học Vi sinh vật-Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học-Đại học Cần thơ, người đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp cũng như truyền dạy cho tôi những đạo lý, kiến thức và kinh nghiệm sống quý báo giúp tôi trưởng thành và có ích hơn trong cuộc sống. ThS. Trần Thị Xuân Mai, cố vấn học tập lớp Công nghệ sinh học tiên tiến khóa 36, người luôn quan tâm theo dõi quá trình học tập và rèn luyện của tôi. Ths. Mai Thi, Giám đốc Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng, người đã hỗ trợ phần lớn vật tư thí nghiệm cũng như tạo điều kiện thực tập thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Chị Dương Ngọc Thúy, Trưởng phòng Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng, người giúp tôi có những số liệu quý giá về nước thải của lò bún Lệ Châu, thành phố Sóc Trăng. Chị Trần Trà My và chị Nguyễn Thị Thúy Duy, cán bộ phòng thí nghiệm Vi sinh vật-Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học-Đại học Cần Thơ, những người luôn nhắc nhở và đôn đúc tôi thực hiện luận văn đúng tiến độ. Tập thể các anh chị và các bạn làm việc trong phòng thí nghiệm Vi sinh vật, những người cùng tôi chia sẽ những khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng xin gửi đến tất cả lời chúc sức khỏe và an lành! Cần thơ, ngày 12 tháng 12 năm 2014 Chế Minh Ngữ Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ TÓM TẮT Từ mẫu nước thải của lò bún Lệ Châu, Thành phố Sóc Trăng, 24 dòng vi khuẩn đã được phân lập trên môi trường chuyên biệt với nguồn carbon duy nhất là tinh bột (1%). Tất cả những dòng vi khuẩn này đều có hoạt tính catalase và chỉ 2 trong số đó có khả năng sinh acid. Số dòng vi khuẩn có khả năng di động trên môi trường bán lỏng là 19 dòng và số dòng vi khuẩn Gram (+) là 5 dòng. Tám trong số 24 dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp amylase. Những dòng vi khuẩn có khả năng tổng hợp amylase tốt là D2, D15 và D16. Dòng D15 và D16 được chọn để khảo sát sự tăng trưởng và giải trình tự vùng gen 16S rRNA. Kết quả giải trình tự được so sánh trên ngân hàng dữ liệu NCBI cho thấy dòng D15 là Bacillus cereus với độ tương đồng 97% và dòng D16 là Bacillus flexus với độ tương đồng 89%. Hai loài vi khuẩn này đều có khả năng phân hủy tinh bột rất tốt và có thể được ứng dụng để xử lý nước thải chứa tinh bột. Từ khóa: Amylase, Bacillus cereus, Bacillus flexus, lò bún và tinh bột Công nghệ Sinh học i Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC PHẦN KÝ DUYỆT ......................................................................................................................... LỜI CẢM TẠ................................................................................................................................... TÓM LƢỢC .................................................................................................................................... i MỤC LỤC ...................................................................................................................................... ii DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................................... v DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................................... vi CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................................................ vii CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU.......................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................................... 2 2.1. Sơ lƣợc về nƣớc thải công nghiệp .................................................................................... 2 2.1.1. Nước thải công nghiệp và ảnh hưởng của nước thải công nghiệp ............................. 2 2.1.2. Đặc điểm của nước thải công nghiệp ........................................................................... 2 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải (Dƣơng Nguyên Khang, 2014) ............................. 2 2.2.1. Các phương pháp xử lý ................................................................................................. 2 2.2.2. Phương pháp vi sinh hiếu khí (Lê Phi Nga và Schwitzguebels, 2014)...................... 3 2.3. Sơ lƣợc về nƣớc thải từ cơ sở sản xuất bún ................................................................... 5 2.3.1. Giới thiệu về bún và nghề làm bún .............................................................................. 5 2.3.2. Quy trình sản xuất bún tươi .......................................................................................... 6 2.3.3. Nước thải từ cơ sở sản xuất bún ................................................................................... 7 2.3.4. Lò bún Lệ Châu............................................................................................................. 7 2.4. Sơ lƣợc về tinh bột ............................................................................................................. 8 2.4.1.Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên .......................................................................... 8 2.4.2. Cấu trúc phân tử của tinh bột ....................................................................................... 8 2. 5. Hệ enzyme amylase và sự phân hủy tinh bột .............................................................. 10 2.5.1. Hệ enzyme amylase .................................................................................................... 10 2.5.3. Phân loại enzyme amylase (Marc et al., 2002) ......................................................... 10 2.5.4. Tính chất của emzyme amylase ................................................................................. 10 2.5.5. Cơ chế phân hủy tinh bột ............................................................................................ 11 2.6. Một số chi vi khuẩn phân hủy tinh bột ......................................................................... 12 2.6.1. Vi khuẩn Bacillus sp. .................................................................................................. 12 2.6.2. Vi khuẩn Lactobacillus sp. ......................................................................................... 13 Công nghệ Sinh học ii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ 2.6.3. Một số dòng vi khuẩn phân hủy tinh bột khác .......................................................... 13 2.6.4. Một số ứng dụng của vi khuẩn phân hủy tinh bột..................................................... 14 2.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.................................................................. 14 2.7.1. Trong nước .................................................................................................................. 14 2.7.2. Ngoài nước .................................................................................................................. 15 2.8. Các phƣơng pháp vi sinh ............................................................................................ 15 2.8.1. Phương pháp hộp trải (Nguyễn Văn Minh, 2008) .................................................... 15 2.8.2. Phương pháp đếm sống nhỏ giọt (Hoben và Somasegaran, 1982) .......................... 15 2.8.3. Phương pháp giếng thạch (Umesh et al., 1989) ........................................................ 16 2.8.4. Phương pháp thử nghiệm catalase (Nguyễn Lân Dũng, 2006) ................................ 16 2.8.5. Phương pháp thử Methyl red (Nguyễn Lân Dũng, 2006)......................................... 16 2.9. Kỹ thuật P CR và phƣơng pháp giải trình tự ....................................................... 17 2.9.1. Kỹ thuật PCR ............................................................................................................ 17 2.9.2. Giải trình tự ................................................................................................................. 18 CHƢƠNG 3. P HƢƠNG TIỆN VÀ P HƢƠNG P HÁP NGHIÊN CỨU .................... 21 3.1. Phƣơng tiện nghiên cứu .................................................................................................. 21 3.1.1. Địa điểm nghiên cứu và tiến độ thực hiện ................................................................. 21 3.1.2. Vật liệu ......................................................................................................................... 21 3.1.3. Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................................... 21 3.1.4. Hóa chất và môi trường .............................................................................................. 22 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 24 3.2.1. Phân lập vi khuẩn từ mẫu ........................................................................................... 24 3.2.2. Đo kích thước vi khuẩn (Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Hữu Hiệp, 2002).................. 25 3.2.3. Kiểm tra khả năng di động của vi khuẩn (Nguyễn Lân Dũng, 2006) ...................... 26 3.2.4. Nhuộm Gram (Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Hữu Hiệp, 2002) .................................. 26 3.2.5. Kiểm tra catalase ......................................................................................................... 27 3.2.6. Kiểm tra Methyl red .................................................................................................... 27 3.2.7. Thí nghiệm kiểm tra hoạt tính amylase (Nguyễn Lân Dũng, 2006) ........................ 27 3.2.8. Sự tăng trưởng của vi khuẩn theo thời gian............................................................... 29 3.2.9. Khuếch đại vùng gene 16S rRNA .............................................................................. 30 3.2.10. Giải trình tự ............................................................................................................... 32 3.2.11. Xử lý kết quả thí nghiệm .......................................................................................... 32 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 33 4.1. Kết quả phân lập và đặc điểm hình thái....................................................................... 33 4.1.1. Kết quả phân lập.......................................................................................................... 33 Công nghệ Sinh học iii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ 4.1.2. Đặc điểm hình thái ...................................................................................................... 34 4.2. Đặc điểm sinh hóa của vi khuẩn .................................................................................... 39 4.3. Kết quả kiểm tra hoạt tính amylase .............................................................................. 42 4.4. Sự tăng trƣởng của vi khuẩn theo thời gian ................................................................ 44 4.5. Kết quả giải trình tự vùng gene 16S rRNA.................................................................. 45 4.5.1. Kết quả điện di ............................................................................................................ 45 4.5.2. Kết quả nhận diện........................................................................................................ 46 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................... 48 PHỤ LỤC ..................................................................................................................................... 54 Phụ lục 1. Các bảng và hình .................................................................................................. 54 Bảng 10: Đường kính trung bình vòng halo và khuẩn lạc Bảng 11: Hiệu số trung bình D-d Bảng 12: Kết quả đếm mật số Hình 26: Mật số ban đầu của dòng D16 Hình 27: Mật số của dòng D16 sau 12 giờ Phụ lục 2. Kết quả thống kê a) Sự tăng trưởng của 2 dòng vi khuẩn D15 và D16 b) Kết quả kiểm tra hoạt tính amylase Phụ lục 3. Kết quả giải trìh tự và định danh vi khuẩn a) Trình tự gene 16S rRNA dòng D15 b) Trình tự gene 16S rRNA dòng D16 Công nghệ Sinh học iv Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Kết quả phân tích mẫu nước thải lò bún Lệ Châu........................................................... 8 Bảng 2: Bố trí thí nghiệm xác định mật số vi khuẩn................................................................... 29 Bảng 3: Thành phần các chất trong một phản ứng PCR............................................................. 31 Bảng 4: Các giai đoạn của phản ứng PCR................................................................................... 31 Bảng 5: Đặc điểm khuẩn lạc của 24 dòng vi khuẩn đã phân lập được ...................................... 34 Bảng 6: Đặc điểm tế bào vi khuẩn của 24 dòng vi khuẩn đã phân lập được............................. 36 Bảng 7: Kết quả kiểm tra các đặc tính sinh hóa .......................................................................... 39 Bảng 8: Những dòng vi khuẩn có hoạt tính amylase .................................................................. 43 Bảng 9: Kết quả nhận diện vi khuẩn ............................................................................................ 46 Công nghệ Sinh học v Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Quá trình sinh tổng hợp của vi khuẩn .............................................................................. 3 Hình 2: Chất ô nhiễm bị biến đổi trực tiếp .................................................................................... 4 Hình 3: Chất ô nhiễm bị biến đổi gián tiếp.................................................................................... 5 Hình 4: Quy trình sản xuất bún tươi từ gạo tẻ ............................................................................... 6 Hình 5: Nước thải từ làng bún gây ô nhiễm kênh rạch xung quanh ............................................ 7 Hình 6: Cấu trúc phân tử amylose (French, 1973) ........................................................................ 8 Hình 7: Cấu trúc phân tử amylopectin (French, 1973) ................................................................. 9 Hình 8: Cơ chế phân hủy tinh bột (Marc et al., 2002) ................................................................ 11 Hình 9: Vi khuẩn Bacillus cereus ................................................................................................ 12 Hình 10: Vi khuẩn Lactobacillus amylovorus (Nakamura, 1981) ............................................. 13 Hình 11: Sự chuyển hóa glucose bởi vi khuẩn ............................................................................ 16 Hình 12: Khoảng đổi màu của Methyl red .................................................................................. 16 Hình 13: Vị trí các giếng trên môi trường kiểm tra hoạt tính amylase ...................................... 28 Hình 14: Một số dạng khuẩn lạc của vi khuẩn phân lập được ................................................... 33 Hình 15: Khả năng chuyển động của vi khuẩn trong môi trường bán lỏng .............................. 37 Hình 16: Hình nhuộm Gram vi khuẩn với độ phóng đại 1000 lần............................................. 38 Hình 17: Hoạt tính catalase của dòng D10 (+) ............................................................................ 40 Hình 18: Hoạt tính catalase của dòng D8 (++)............................................................................ 40 Hình 19: Hoạt tính catalase của dòng D20 (+++) ....................................................................... 40 Hình 20: Kết quả kiểm tra Methyl red ......................................................................................... 41 Hình 21: Kết quả kiểm tra hoạt tính amylase của dòng vi khuẩn D15 ...................................... 42 Hình 22: Kết quả kiểm tra hoạt tính amylase của dòng vi khuẩn D15 ...................................... 42 Hình 23: Mật số của 2 dòng vi khuẩn D15 và D16 ở các thời điểm .......................................... 44 Hình 24: Đường tăng trưởng của 2 dòng vi khuẩn D15 và D16 theo thời gian ........................ 45 Hình 25: Phổ điện di DNA của 2 dòng vi khuẩn D15 và D16 ................................................... 45 Công nghệ Sinh học vi Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 16S rRNA 16S ribosomal Ribonucleic Acid BLAST Basic Local Alignment Search Tool BOD Biochemical Oxygen Demand CFU Colony forming unit COD Chemical Oxygen Demand DNA Deoxyribo Nucleic Acid HCM Hồ Chí Minh LB Luria Broth PCR Polymerase Chain Reaction QCVN Quy chuẩn Việt Nam TP. Thành phố VK Vi khuẩn Công nghệ Sinh học vii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Nghề làm bún là một nghề sản xuất thực phẩm thuộc nhóm nghề truyền thống có mặt ở nhiều nơi trên cả nước. Nghề làm bún giữ vai trò cung cấp thực phẩm cho xã hội, góp phần làm đa dạng văn hóa ẩm thực và giải quyết việc làm cho người dân. Bên cạnh đó, nghề này đã và đang gây ô nhiễm môi trường nước xung quanh nơi sản xuất. Nước thải từ việc sản xuất bún có hàm lượng tinh bột cao và việc thải trực tiếp loại nước thải này vào môi trường đã gây ra ô nhiễm nặng nề môi trường nước xung quanh một số cơ sở, làng nghề sản xuất bún ở nước ta. Nguyên nhân ô nhiễm là do tinh bột bị các vi sinh vật trong môi trường lên men yếm khí sinh ra những chất độc hại như metan, hydro sunfua, v.v.. Việc ô nhiễm này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và vật nuôi, hệ thủy sinh và mạch nước ngầm. Do đó, việc xử lý nước thải ở các cơ sở sản xuất bún rất bức thiết. Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải nhưng khi xét về cơ sở khoa học thì gồm có phương pháp vật lý, phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Vì nước thải của các cơ sở sản xuất bún chứa nhiều tinh bột (chất hữu cơ dễ phân hủy) nên sử dụng phương pháp sinh học-vi sinh (bioremediation) để xử lý là phù hợp nhất. Phương pháp vi sinh có các ưu điểm như thân thiện với môi trường, rẻ tiền và hiệu quả xử lý cao. Để có thể ứng dụng phương pháp vi sinh vào xử lý nước thải ở cơ sở sản xuất bún thì bước đầu tiên là phân lập những dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột mạnh từ chính nước thải đó. Vì vậy đề tài “Phân lập và nhận diện một số dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột từ nước thải lò bún Lệ Châu, Thành phố Sóc Trăng” được thực hiện. 1.2. Mục tiêu Phân lập và nhận diện được một số dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy tinh bột từ nước thải lò bún Lệ Châu, TP. Sóc Trăng. Công nghệ Sinh học 1 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Sơ lƣợc về nƣớc thải công nghiệp 2.1.1. Nƣớc thải công nghiệp và ảnh hƣởng của nƣớc thải công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước được thải ra sau khi đã sử dụng hoặc được tạo ra trong một quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó hay nước thải công nghiệp là nước được thải ra từ các hoạt động sản xuất công nghiệp. Nước thải công nghiệp là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước. Công cuộc công nghiệp hóa đất nước đã và đang xúc tiến các hoạt động sản xuất công nghiệp. Điều đó kéo theo sự gia tăng lượng nước thải công nghiệp vào môi trường nước khiến sự ô nhiễm môi trường nước ngày càng trầm trọng. Ô nhiễm môi trường nước đã và đang ảnh hưởng tiêu cực đến khỏe con người và vật nuôi, hệ thủy sinh và nguồn nước ngầm, v.v.. Điển hình nhất là vụ ô nhiễm sông Thị Vải do nước thải không qua xử lý của nhà máy Vedan-Đồng Nai năm 2009, khiến hoạt động nuôi trồng, đánh bắt thủy sản của người dân trong phạm vi 2.000ha bị thiệt hại nặng nề (Vũ Thị Hương Lan, 2010). 2.1.2. Đặc điểm của nƣớc thải công nghiệp Nước thải công nghiệp khác nhau về thành phần và lượng phát thải tùy thuộc vào loại hình và quy mô sản xuất. Nước thải công nghiệp thường chứa ion kim loại nặng (trong sản xuất và khai thác kim loại), chất hữu cơ (trong sản xuất thực phẩm) hoặc chất độc (sản xuất thuốc trừ sâu, phân bón, v.v.). Thành phần và lượng phát thải cũng là hai tiêu chí để lựa chọn phương pháp và quy mô xử lý phù hợp. 2.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải (Dƣơng Nguyên Khang, 2014) 2.2.1. Các phƣơng pháp xử lý Vì nước nước thải công nghiệp rất đa dạng nên có cũng nhiều phương pháp xử lý phù hợp với các loại nước thải đó. Tuy nhiên, căn cứ vào cơ sở khoa học ta có thể chia làm ba nhóm như sau: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Phương pháp vật lý sử dụng các lực vật lý như trọng trường, ly tâm để tách các hóa chất không hòa tan ra khỏi nước thải. Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả Công nghệ Sinh học 2 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ xử lý chất lơ lửng cao. Các công trình xử lý cơ học được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là: lắng, lắng cao tốc, lọc, bay hơi, tách khí , v.v.. Phương pháp hóa học sử dụng hóa chất để xử lý nước thải như keo tụ, clo javel, thuốc sát trùng, v.v.. Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý vật lý. Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và tạo thành các sản phẩm phụ độc hại cho môi trường. Phương pháp sinh học gồm có phương pháp vi sinh hiếu khí (bioremediation), phương pháp thực vật (phytoremediation) và phương pháp ủ kỵ khí metan (bioconversion). Trong đó phương pháp vi sinh hiếu khí liên quan mật thiết với đề tài đang nghiên cứu. Mục đích của phương pháp vi sinh hiếu là lên men phân hủy các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí. Sản phẩm cuối cùng là là chất khí (CO2, N2,CH2, v.v.), các chất vô cơ và tế bào mới. Phương pháp này khi áp dụng sẽ cho hiệu quả cao, tận dụng được các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) và thân thiện với môi trường. 2.2.2. Phƣơng pháp vi sinh hiếu khí (Lê Phi Nga và Schwitzguebels, 2014) Hình 1: Quá trình sinh tổng hợp của vi khuẩn (Lê Phi Nga và Schwitzguebels, 2014) Quá trình sinh tổng hợp của vi khuẩn cần có nguồn dinh dưỡng và nguồn năng lượng từ môi trường chúng sống. Nguồn năng lượng của vi khuẩn thường là các chất cho điện tử (e-) và nguồn dinh dưỡng là những chất cung cấp các nguyên tố thiết yếu Công nghệ Sinh học 3 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ như C, O, N, P và những nguyên tố vi lượng. Sau khi tham gia vào quá trình sinh tổng hợp, những chất này được chuyển hóa thành chất nhận điện tử. Một số quá trình sinh tổng hợp của vi khuẩn gây ô nhiễm khi chất nhận điện tử là các chất gây ô nhiễm. Vi khuẩn được dùng để xứ lý nước thải khi chúng sử dụng các chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng (nguồn carbon) hoặc nguồn năng lượng hoặc sản phẩm sinh ra từ quá trình sinh tổng hợp của chúng có thể tác dụng làm biến đổi chất ô nhiễm. Trong quá trình xử lý, chất ô nhiễm bị biến đổi trực tiếp hoặc gián tiếp. Biến đổi trực tiếp là những chất ô nhiễm bị biến đổi bên trong tế bào thông qua quá trình sinh tổng hợp. Biến đổi gián tiếp diễn ra bên ngoài tế bào vi khuẩn khi những chất ô nhiễm tác dụng với các chất nhận điện tử. Hình 2: Chất ô nhiễm bị biến đổi trực tiếp (Lê Phi Nga và Schwitzguebels, 2014) Công nghệ Sinh học 4 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ Hình 3: Chất ô nhiễm bị biến đổi gián tiếp (Lê Phi Nga và Schwitzguebels, 2014) 2.3. Sơ lƣợc về nƣớc thải từ cơ sở sản xuất bún 2.3.1. Giới thiệu về bún và nghề làm bún Bún là một loại thực phẩm truyền thống phổ biến trong cả nước chỉ sau cơm, phở (wikipedia). Bún được làm từ gạo tẻ qua những công đoạn rất công phu. Bún gồm có hai loại là bún tươi và bún khô, trong đó bún tươi phổ biến hơn. Các món ăn từ bún tươi rất đa dạng và được phân thành hai loại là bún nước và bún khô. Một số món bún nước nổi tiếng như bún nước lèo ở Sóc Trăng, bún cá ở An Giang, bún thang ở Hà Nội, v.v.. Nghề làm bún thuộc nhóm ngành nghề truyền thống có từ lâu đời. Những cơ sở sản suất bún có mặt hầu hết ở các tỉnh thành trong cả nước với những quy mô lớn nhỏ khác nhau. Vai trò của nghề làm bún là cung cấp nguồn thực phẩm cho xã hội, làm đa dạng văn hóa ẩm thực Việt Nam và góp phần giải quyết việc làm cho người dân. Tuy nhiên, hiện nay nghề làm bún cũng gặp phải một số khó khăn trong vấn đề an toàn thực phẩm và ô nhiễm môi trường. Công nghệ Sinh học 5 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ 2.3.2. Quy trình sản xuất bún tƣơi Hình 4: Quy trình sản xuất bún tƣơi từ gạo tẻ (Tống Thành Trung, 2010) Quá trình ngâm nhằm làm mềm hạt gạo để quá trình nghiền bột được dễ dàng hơn. Quá trình ngâm còn là giai đoạn để vi khuẩn lactic lên men sinh acid. Quá trình nghiền ướt làm cho hạt gạo nhuyễn hơn và tinh bột không bị biến tính. Làm ráo là để tách bớt nước chuẩn bị cho quá trình hồ hóa. Quá trình hồ hóa sơ bộ nhằm hồ hoá một phần tinh bột nhằm tạo cho khối bột một độ đặc nhất định khi tiến hành nhào. Nhào nhằm phá vỡ khối hạt, tạo điều kiện cho hạt tinh bột liên kết với nước làm cho khối bột trở nên đặc và chắc hơn. Quá trình ép đùn nhằm định hình cho bún, đồng thời làm chín một phần bún do tác động của nhiệt độ sau khi ra khỏi khuôn ép. Quá trình luộc nhằm làm bún chín hoàn toàn. Công nghệ Sinh học 6 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ Quá trình làm nguội nhằm làm các sợi tinh bột sắp xếp lại và ổn định chất lượng tạo sợi của chúng. Quy trình làm bún khô cũng tương tự như làm bún tươi nhưng có thêm giai đoạn tái hấp, sấy khô và đóng gói. 2.3.3. Nƣớc thải từ cơ sở sản xuất bún Từ quy trình sản xuất, ta thấy rằng nước thải từ việc sản xuất bún sẽ chứa phần lớn chất hữu cơ là tinh bột hòa tan. Nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường thì sẽ gây ô nhiễm do tinh bột hòa tan bị lên men yếm khí. Hiện nay, một số làng nghề, cơ sở sản xuất bún đã gây ô nhiễm nặng môi trường xung quanh nơi sản xuất, chẳng hạn như lò bún Ô Sa (Thừa Thiên Huế), làng bún Phú Đô (Hà Nội), v.v.. Hình 5: Nƣớc thải từ làng bún gây ô nhiễm kênh rạch xung quanh (http://tainguyenmoitruong.com.vn/lang-bun-phu-do-bao-gio-het-o-nhiem.html) 2.3.4. Lò bún Lệ Châu Đây là là lò bún nổi tiếng ở TP. Sóc Trăng vì bún ở đây dai ngon đặc biệt. Lò Bún cũng là nguồn cung ứng chủ yếu lượng bún sĩ và lẻ cho người dân trong địa bàn thành phố. Vì được ưa chuộng nên lượng bún được sản xuất và bán ra của lò hằng ngày là khá lớn. Do lượng bún được sản xuất lớn nên lượng nước thải phát ra của lò bún cũng khá lớn trong khi lò bún chưa có hệ thống xử lý nước thải và thải trực tiếp ra sông thông qua hệ thống cống. Theo kết quả phân tích của Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường TP. Sóc Trăng 4/2014 thì mẫu nước thải của lò bún Lệ Châu có Công nghệ Sinh học 7 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ nồng độ chất hữu cơ cao, thể hiện qua giá trị BOD5 và COD. Trong đó giá trị BOD5 cao gấp khoảng 40 lần còn COD cao gấp khoảng 15 lần so với giá trị giới hạn B đối với nước thải công nghiệp (QCVN 40: 2011) (Bảng 1). Với nồng độ chất hữu cơ cao như vậy thì khả năng gây ô nhiễm môi trường nước khi thải trực tiếp nước thải ra sông là rất lớn. Vì vậy việc xử lý nước thải của lò bún Lệ Châu là rất cần thiết. Bảng 1: Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải lò bún Lệ Châu Chỉ tiêu Hàm lƣợng QCVN 40: 2011 (cột B) BOD5 (mg/l) (20oC) 1655,4 50 COD (mg/l) 2287,2 150 - COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước - BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật) (Nguồn: Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Tp. Sóc Trăng, 14/4/2014) 2.4. Sơ lƣợc về tinh bột 2.4.1.Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội. Trong nước nóng từ 65 oC trở lên tinh bột chuyển thành hồ tinh bột. Tinh bột có nhiều trong các loại hạt (gạo, mì, ngô, v.v.), củ (khoai, sắn, v.v.) và quả (táo, chuối, v.v.). 2.4.2. Cấu trúc phân tử của tinh bột Hình 6: Cấu trúc phân tử amylose (French, 1973) a) Các gốc α-glucose nối với nhau bởi lien kết α-1,4-glycoside b) Mô hình phân tử amylose Công nghệ Sinh học 8 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 36 - 2014 Trường Đại học Cần Thơ Tinh bột là hỗn hợp của hai polisaccarit: amylose và amylopectin. Cả hai đều có công thức phân tử là (C6H10O5)n trong đó C6H10O5 là gốc α-glucose và n nằm trong khoảng 1000- 4000 (đối với amylose) và 2000 – 20000 (đối với amylopectin)(French, 1973). Trong các loại tinh bột thương mại (gạo, ngô, v.v.) amylose chiếm khoảng 25% và amylopectin chiếm khoảng 75% khối lượng tinh bột (French, 1973). Trong phân tử amylose các gốc α-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4glicoside (Hình 6a) tạo thành một chuỗi dài không phấn nhánh và xoắn thành hình lò xo (Hình 6b) (French, 1973). Amylopectin có cấu trúc phân nhánh (Hình 7). Cấu trúc này được giải thích bởi sự liên kết giữa C1 của chuỗi này với C6 của chuỗi kia qua nguyên tử O (gọi là liên kết α-1,6-glycoside) (French, 1973). Hình 7: Cấu trúc phân tử amylopectin (French, 1973) a) Liên kết α-1,4-glycoside và liên kết α-1,6-glycoside b) Mô hình phân tử amylopectin Công nghệ Sinh học 9 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học
- Xem thêm -