DH7QM3 1711100891 Nguyễn Thu Huyền KLTN D2 2021 PDF

Preview

Summary

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘIKHOA MÔI TRƯỜNGNGUYỄN THU HUYỀNKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU TỪ CHUỐI(MUSA SPP.) LÊN MEN LÀM CHẾ PHẨM SINH HỌCXỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠHà Nội - Năm 202 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘIKHOA MÔI TRƯỜNGNGUYỄN TH...

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THU HUYỀN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU TỪ CHUỐI (MUSA SPP.) LÊN MEN LÀM CHẾ PHẨM SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ

Hà Nội - Năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THU HUYỀN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU TỪ CHUỐI (MUSA SPP.) LÊN MEN LÀM CHẾ PHẨM SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ

Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã ngành: 785 01 01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. HOÀNG NGỌC KHẮC

Hà Nội - Năm 2021

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thu Huyền Mã sinh viên: 1711100891. Lớp: ĐH7QM3 Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Tôi đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu từ Chuối (Musa spp.) lên men làm chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ”. Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của PGS.TS. Hoàng Ngọc Khắc. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật. Hà Nội, ngày 05 tháng 07 năm 2021 Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên

PGS.TS. Hoàng Ngọc Khắc

Nguyễn Thu Huyền

i

LỜI CẢM ƠN Quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp là giai đoạn quan trọng nhất trong quãng đời mỗi sinh viên. Khóa luận tốt nghiệp là tiền đề quan trọng trang bị cho chúng em những kỹ năng, những kiến thức quý báu trước khi lập nghiệp. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy, cô Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã truyền đạt lại những kiến thức bổ ích, quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại nhà trường. Đặc biệt em xin gửi lòng kính trọng và lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Hoàng Ngọc Khắc – PGS.TS. Giảng viên trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, thầy đã tận tâm hướng dẫn, dành nhiều thời gian, công sức, chỉ ra những sai sót giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này một cách tốt nhất. Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong quá trình hoàn thành khóa luận chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Bản thân em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình từ phía các thầy cô trong Hội đồng để bài khóa luận được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 7 năm 2021 Sinh viên

Nguyễn Thu Huyền

ii

MỤC LỤC BẢN CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về môi trường cần xử lý ..................................................................... 3 1.1.1. Đặc tính và các chất hữu cơ có trong nước thải ô nhiễm .................................. 3 1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước thải ô nhiễm hữu cơ ........................... 4 1.2. Tổng quan về hệ vi sinh vật trong nước thải ........................................................ 5 1.2.1. Hệ vi sinh vật của nước thải .............................................................................. 5 1.2.2. Quá trình và thành phần vi sinh vật tham gia phân giải chất hữu cơ trong nước thải ...................................................................................................................... 7 1.2.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải .................. 10 1.3. Tổng quan về nhóm vi sinh vật Probitics ........................................................... 11 1.3.1. Bacillus subtilis ............................................................................................... 12 1.3.2. Vi khuẩn Lactic ............................................................................................... 13 1.3.3. Saccharomyces ................................................................................................ 15 1.4. Cơ sở khoa học của việc tạo chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ ............................................................................................................................... 16 1.4.2. Tiếp cận thực tế ............................................................................................... 17 1.4.3. Tiếp cận kinh tế ............................................................................................... 18 1.5. Tổng quan về quá trình lên men ......................................................................... 26 iii

1.5.1. Bản chất của quá trình lên men ...................................................................... 26 1.5.2. Tác nhân của quá trình lên men ...................................................................... 27 1.5.3. Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong quá trình lên men ............. 27 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 29 2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu ..................................................................... 29 2.1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 29 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 29 2.2. Nguyên liệu và dụng cụ sử dụng ........................................................................ 29 2.2.1. Nguyên liệu ..................................................................................................... 29 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị .......................................................................................... 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 30 2.3.1. Phương pháp kế thừa tài liệu........................................................................... 32 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu xây dựng công thức và thực nghiệm chế tạo chế phẩm sinh học ........................................................................................................... 32 2.3.3. Phương pháp kiểm tra chế phẩm sinh học ...................................................... 33 2.3.4. Phương pháp thực nghiệm tính hiệu quả của chế phẩm sinh học khi xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ .................................................................................. 33 2.3.5. Phương pháp xử lý thống kê số liệu ................................................................ 35 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 36 3.1. Cơ sở khoa học và quy trình lên men tạo chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ ............................................................................................................. 36 3.1.1. Điều kiện lên men và công thức tạo chế phẩm ............................................... 36 3.1.2. Quy trình lên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ ......... 39 3.2. Kết quả đánh giá sản phẩm ................................................................................ 43 3.2.1. Kết quả khảo sát quá trình lên men ................................................................. 43 3.2.2. Kết quả xác định mật độ vi sinh vật theo thời gian ......................................... 47 3.3. Kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ ...... 47 3.3.1. Khả năng xử lý mùi ......................................................................................... 48 3.3.2. Khả năng xử lý cặn, màu sắc và độ trong ....................................................... 49 3.3.3. Sự thay đổi pH của nước thải .......................................................................... 51 iv

3.3.4. Đánh giá và đưa ra kết luận về hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ...... 52 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ................................................................................... 54 1. Kết luận ................................................................................................................. 54 2. Kiến nghị ............................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 56 PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ADN

:

Acid deoxyribo nucleic

BOD

:

Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

:

Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học

CFU

:

Colony form units – Đơn vị hình thành khuẩn lạc

EMP

:

Emden-Meyerhof-Parnas – Đường phân

VSV

:

Vi sinh vật

QCVN :

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

TCVN :

Tiêu chuẩn quốc gia

vi

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự phân hủy sinh học các thành phần hữu cơ trong nước thải ................... 7 Bảng 1.2 Thành phần hóa học của trái chuối chín thuộc các giống khác nhau ....... 19 Bảng 1.3 Sự thay đổi thành phần hóa học của chuối tiêu theo độ chín ................... 20 Bảng 1.4 Sự biến đổi của hàm lượng tinh bột và đường theo màu vỏ chuối ........... 20 Bảng 1.5 Thành phần vi sinh trong một số loại men vi sinh trên thị trường ........... 22 Bảng 1.6 Bảng giá các loại men vi sinh có chủng vi khuẩn Bacillus và Lactobacillus ................................................................................................................................... 23 Bảng 1.7 Bảng giá cho một sản phẩm chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ ....................................................................................................................... 26 Bảng 2.1 Phương pháp tiếp cận và quy trình thực hiện ........................................... 30 Bảng 2.2 Phương pháp xác định các thông số môi trường nước ............................. 35 Bảng 3.1 Mật độ vi sinh vật (CFU/mL) ................................................................... 47 Bảng 3.2 Bảng kết quả so sánh khả năng xử lý mùi của các bình mẫu chế phẩm 48 Bảng 3.3 Diễn biến pH của nước thải qua các ngày thử nghiệm ............................. 51

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis quan sát dưới kính hiển vi ................... 12 Hình 1.2 Tế bào vi khuẩn Lactobacillus acidophilus quan sát dưới kính hiển vi .... 14 Hình 1.3 Tế bào vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus quan sát dưới kính hiển vi ...... 15 Hình 3.1 Quy trình lên men chế phẩm sinh học xử lý nước thải hữu cơ ................. 40 Hình 3.2 Biểu đồ diễn biến nhiệt độ trong bình chế phẩm CT1.1 và CT 1.2 .......... 43 Hình 3.3 Diễn biến pH của chế phẩm (CT 1.1 và CT 1.2) ở 15 ngày đầu lên men . 45 Hình 3.4 Mẫu nước thải trước và sau khi xử lý với chế phẩm (6 ngày lên men) .... 49 Hình 3.5 Bề mặt mẫu nước thải không được xử lý (bên trái) và mẫu nước đã được xử lý (bên phải) sau 24 giờ....................................................................................... 50 Hình 3.6 Bề mặt mẫu nước thải đã được xử lý ở tỷ lệ 1:100 (bên trái) và mẫu nước thải không được xử lý (bên phải) sau 24 giờ ........................................................... 51

viii

MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường nước luôn là vấn đề cấp bách cần khắc phục ở nước ta và trên thế giới. Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm là do sự hiện diện các chất hữu cơ vượt quá giới hạn cho phép. Biện pháp xử lý nước ô nhiễm bằng chế phẩm sinh học đang được cộng đồng quan tâm nhiều hơn do lợi ích mà chúng đem lại đáng phải kể đến như giảm đáng kể mùi hôi thối và các chỉ số BOD, COD, hạn chế vi sinh vật gây hại, cải thiện đáng kể nguồn nước bị ô nhiễm mà không gây hại cho sinh vật và con người. Việc tạo chế phẩm sinh học thực chất là quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật có lợi, nhóm vi sinh vật có lợi có khả năng chuyển hóa các dạng năng lượng từ dạng này sang dạng khác, sử dụng nguồn chất hữu cơ có trong môi trường để khử đi các tác hại của môi trường đó. Tuy nhiên, giá thành cho một sản phẩm sinh học khá cao do đó chưa đáp ứng được lợi ích kinh tế của người dùng. Hiện nay, ở một số nơi người ta đã sử dụng nguyên liệu chuối trong sản xuất chế phẩm sinh học thứ cấp ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản và trồng trọt đã đem lại nhiều hiệu quả như tăng sức đề kháng cây trồng, vật nuôi, giúp ức chế được các vi sinh vật gây bệnh, cải thiện được các vấn đề ô nhiễm nguồn nước, không gây hại cho hệ sinh thái. Nước ta là một nước thuần nông, việc sản xuất nguồn nông sản từ trái cây rất đa dạng và phong phú. Một trong những loại trái cây nhiệt đới được trồng rất nhiều ở Việt Nam là trái chuối, loại quả này hiện được đánh giá là có sản lượng thu hoạch lớn nhất. Trong trái chuối có rất nhiều chất dinh dưỡng như protein, cacbonhidrat, lipit, các vitamin và các khoáng tố như magie, kali, calcium, sắt... Theo một bài báo trên tạp chí Sinh lý học và hóa sinh Journal of Physiology and Biochemistry năm 2009, chuối rất giàu fructoligosaccharides, một loại tinh bột không tiêu giúp gia tăng probiotic – vi sinh vật có lợi. Do đó, sử dụng nguyên liệu từ chuối kết hợp với các nguyên liệu rẻ tiền tạo môi trường dinh dưỡng cho vi sinh vật có lợi phát triển, tạo thành chế phẩm sinh học ứng dụng trong xử lý môi trường nước ô nhiễm hữu cơ là một giải pháp hữu hiệu đáp ứng được nguồn kinh tế của mọi người dùng. Và để chứng minh hiệu quả

1

xử lý ô nhiễm hữu cơ của chế phẩm sinh học sử dụng nguyên liệu từ chuối tôi đã tiến hành thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu từ chuối (Musa spp.) làm chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tạo được chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ từ nguyên liệu chuối (Musa spp.) - Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ô nhiễm chất hữu cơ bằng chế phẩm sinh học

2

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về môi trường cần xử lý 1.1.1. Đặc tính và các chất hữu cơ có trong nước thải ô nhiễm Đặc tính của nước thải giàu chất hữu cơ: nước thải này chủ yếu chứa các chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc thực vật hoặc động vật. Chất thải có nguồn gốc từ thực vật đa phần là cacbonhidrat, từ động vật có thành phần chủ yếu là protein và chất béo, có hàm lượng chất rắn lơ lửng, BOD, COD cao,… Đặc biệt nước bị ô nhiễm sẽ có mùi hôi thối, khai do trong nguồn nước có hàm lượng khí H 2S, NH3... cao. a. Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy Đó là các hợp chất protein, hidratcacbon, chất béo nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm. Trong thành phần các chất hữu cơ từ nước thải các khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% hidratcacbon, 10% chất béo. b. Các chất hữu cơ khó bị phân hủy Các chất loại này thuộc các chất hữu cơ vòng thơm (hidrocacbua của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, phospho hữu cơ... Trong đó các chất này có nhiều hợp chất là các chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết chúng là các chất có độc tính đối với sinh vật và con người. Chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống. c. Một số hợp chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước Các

chất

hữu

cơ

gây

độc

thường

là

polyclorophenol

(PCP),

polyclorobiphenyl (PCB), các hidrocacbua đa vòng ngưng tụ, hợp chất dị vòng N và O. Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp và nguồn nước ở các vùng nông, lâm nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng, các chất làm rụng lá, diệt cỏ v.v... Các hợp chất hữu cơ có độc tính cao thường khó bị phân hủy bởi vi sinh vật. Trong tự nhiên chúng khá bền vững, có khả năng tích lũy và lưu giữ lâu dài trong môi trường, gây ô nhiễm lâu dài làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái. [11]

3

1.1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước thải ô nhiễm hữu cơ a. Chỉ số pH: Chỉ tiêu pH là một trong những chỉ tiêu kiểm tra chất lượng nước cấp và nước thải. Sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn đến sự thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa. Mặc khác, nó cũng thúc đẩy hay ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học diễn ra trong nước. b. Độ đục: Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm mỹ và làm giảm chất lượng nước khi sử dụng. Độ đục càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn. c. Độ màu: Nước thải xuất hiện màu do các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành, hoặc nước có sắc hoặc mangan ở dạng keo hoặc hòa tan. Đối với nước thải công nghiệp, tùy thuộc vào bản chất từng loại nước thải khác nhau cho màu sắc khác nhau. d. Hàm lượng chất rắn: Chất rắn tồn tại trong nước dưới các dạng: Các chất vô cơ ở dạng tan (các muối tan) hoặc không tan (đất, huyền phù); Các chất hữu cơ, các vi sinh vật, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh và các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt,… Chất rắn ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng cho sinh hoạt, cho sản xuất, cản trở hoặc tiêu tốn thêm hóa chất trong quá trình xử lý. e. Hàm lượng oxy hòa tan (DO): Hàm lượng oxy hòa tan trong nước là lượng oxy trong không khí có thể hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Oxy hòa tan vào trong nước sẽ tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng cho quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các vi sinh vật sống trong nước. Chỉ số DO là chỉ tiêu quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định nhu cầu oxy sinh học. f. Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học): Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO 2 và H2O. COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng con đường hóa học. Chỉ số COD có

4

giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinh vật. g. Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa): Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. Quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O h. Tổng Nitơ (TN): Hàm lượng chất chứa N có trong nước thải thường là các hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy: amon, nitrat, nitrit. Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước. Trong nước rất cần thiết có một lượng N thích hợp, đặc biệt có trong nư...