Luận án Tiến sĩ: Feammox xử lý nước thải amoni - Nghiên cứu của Lê Phương Chung (ĐHQGHN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Phương Chung LUẬN AN TIEN SĨ SINH HỌC Hà Nội - 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Phương Chung Chuyén nganh: Vi sinh vat hoc Mã số: 9420101.07 LUẬN ÁN TIEN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Dinh Thúy Hang 2. Phạm Thế Hải Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi và một số kết quả cộng tác cùng các cộng sự khác. Các số liệu trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của các đồng tác giả.

Phần còn lại chưa được công bồ trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Phương Chung LOI CAM ON Thực hiện nghiên cứu để tạo nên Luận án hoàn chỉnh là một quả trình học tập, tham khảo, tìm tòi, khám phá và giải quyết vô vàn khó khăn gặp phải. Đối với tôi, dé có được một Luận án như hôm nay, cùng với sự cổ gang cua ban thân, một phan quan trọng là nhờ sự giảng day và hướng dẫn của các thay cô, sự hỗ trợ của anh chị em đồng nghiệp; sự tạo điều kiện và giúp đỡ của cơ quan công tác, đơn vị đào tạo, đơn vị triển khai nghiên cứu. Trước hết, với tam lòng biết ơn và tri ân sâu sắc, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành đến TS.

Dinh Thúy Hang, GVHD thứ nhất, người đã gợi ý cho tôi bài toán, hướng dan tận tình tôi từng bước đi trong nghiên cứu tim lời giải cho bài toán đó, cũng như luôn động viên tôi kiên tri thực hiện định hướng đã chọn cho đến ngày hôm nay! Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến PGS. Phạm Thế Hải, GVHD thứ hai, đã luôn động hành, hỗ trợ và hướng dẫn nhiệt tình trong suốt quá trình học tập, thực hiện Luận án! Tôi xin cảm ơn anh chị em Phòng Sinh thái Vi sinh vật ứng dụng, Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học - DHOGHN, những người đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất, hỗ trợ tích cực nhất, cùng tôi thực hiện các thí nghiệm khó khăn trong suốt thời gian nghiên cứu! Xin cam on Ban Giảm hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học và Môi trường — Trường Đại học Nha Trang, nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện, bo trí thời gian, hỗ trợ thủ tục trong suốt quá trình học tập! Tôi cũng xin cảm ơn Ban Lãnh đạo và anh chị em các Phòng thí nghiệm của Viện Vì sinh vat và Công nghệ sinh học — DHOGHN, nơi tôi triển khai thực hiện nghiên cứu, đã tạo điều kiện cơ sở vật chất dé tôi tiễn hành các thí nghiệm trong nghiên cứu! Tôi xin cảm ơn PGS. Bùi Thị Việt Ha, PGS. Tran Văn Tuấn và quý Thây Cô giáo của Bộ môn Vì sinh vật học và Khoa sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN đã trực tiếp giảng dạy, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt khóa học Nghiên cứu sinh! Dong thời tôi cũng xin cảm ơn quý Thay Cô Phòng Sau đại học và Phong Đào tạo — Trường Dai học Khoa học Tự nhiên DHOGHN, đã hướng dẫn và giúp đỡ hoàn thiện các thủ tục trong suốt quá trình học tập! Thành công của Luận án một phan đến từ sự động viên, giúp đỡ của gia đình, người thân, anh chị em dong nghiệp, anh chi em bè ban tai Hà Nội va Nha Trang, tôi vô cùng biết ơn và xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày tháng năm 2022 Lê Phương Chung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN h0.

1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT .-- 2-2 se ©ss©ss£ssessssessesssssesses 3 DANH MỤC CÁC HÌNH.-- -° 2 2£ ©s° S2 SsEEsEESeEssESSEEseEseEsstxserserssrssee 5 DANH MỤC CAC BẢNG. TONG QUAN TÀI LIEU. ANH HƯỞNG CUA DƯ LƯỢNG NITƠ TRONG NƯỚC THAI TỚI HỆ SINH THÁI. 2-2: 2£ S£+SE£9EE£EE££EEEEEEEEEEEEEEEEE21171127112111211 21221 re.

Anh hưởng đối với hệ sinh thái HưỚC. Anh hưởng đối với sức khỏe CON Hgười. Anh hưởng đến môi trường nước nuôi trồng thủy sản. Anh hưởng đến quy trình xử lÿ nước Gấp.

VI SINH VAT THAM GIA CHU TRÌNH CHUYEN HÓA NITƠ. Khoáng hóa nito (ammOonlfiCđfiOH). Gv kg kg 16 1. cvkg ket 18 NI.

LOẠI BO NITƠ TRONG NƯỚC THAI BANG BIEN PHAP SINH HỌC. Các công nghệ hiện hành xử ly loại bỏ nito trong nước thải. Feammox và tiềm năng phát triển công nghệ mới cho xử ly loại bỏ NH 4g" trong nước thảÌ. St St St St S‡E‡E‡E+EEvEEEEEEEEekekekrkrrrrrrereres 30 Chương 2.

DOI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. DOI TƯỢNG VA VAT LIEU NGHIÊN CUU. Đối tượng NGHIEN CU cc eecccccececcecscsessesssseeseesessessessessesesssesseessssesseseseeseess 35 2. Hóa chất, thiết Di cecccecccsssesssessesssesssesssessssssesssessusssusssesssesssessesssesssecseesseeses 36 2.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Các thí nghiệm trên m6 hÌHÏ,. sc kk nnnnrhnrh 40 2. Các phương pháp phân tích hóa NOC.

Các phương pháp vi sinh Vat HỌC. Các phương pháp sinh học phÂH tur. Các phương pháp xử lý 80 iW e.cesceccecscesscessessessesesessessssessessessesseseseseess 56 Chương 3. KET QUA VA THẢO LUẬN .LÀM GIÀU VSV FEAMMOX TRONG MÔ HÌNH PHONG THÍ NGHIỆM.------ 22 2+SE+SE£2E2EEEEEEEEE2E1211171711211211 27111.

Quan sát VSV được làm gidu trong M6 hịÌHh. Phân tích các chất tham gia phản ứng và sản phẩm của quá trình feammox trong thời gian làm giàu ở mô hình. NGHIEN CUU HỆ VSV DUGC LAM GIÀU TRONG MÔ HÌNH. Phân tích hệ VSV bằng phương pháp PCR-DGGE.

Phân tích hệ VSV bằng lai huỳnh quang tại chỗ (FISH). Phân lập vi khuẩn feammox từ mô hÌnh. XÁC ĐỊNH ANH HUGNG CUA CARBON HỮU CƠ TỚI QUA TRÌNH OXY HÓA NH,* TRONG MÔ HÌNH - THÍ NGHIEM THEO ME. Đánh giá ảnh hưởng cua carbon hữu cơ tới quá trình oxy hóa NH,".

Tính toán cân bằng chất cho quá trình feammox ở diéu kiện 718/14/1120 ẺAe. THU NGHIEM XU LY NH,* TRONG MO HINH FEAMMOX THEO CHE ĐỘ VAN HANH LIÊN TUC ooeessessssssssssesssesssessesssessssssssesecssessssssesssecsseeseseseeees 81 8000. 86 DANH MUC CONG TRINH KHOA HOC CUA TAC GIA LIEN QUAN 080. 87 TÀI LIEU THAM KHẢO.

101 DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT Chữ viết tắt Tên đầy đủ tiếng Anh Tên đầy đủ tiếng Việt ANAMMOX. | Ànaerobic Oxidation Ammonium Oxi hóa amoni ky khí AOB Ammonium Bacteria Oxidizing Vi khuan oxy hoa amoni A20/AAO Anaerobic, Anoxic, Oxic Ky khi, Thiéu khi, Hiéu khi ATP Adenosine Triphosphate 9,10-Anthraquinone-2,6- AQDS Disulfonate BOD; Biochemical Oxygen Demand | Nhu cau oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DAPI 4',6-Diamidino-2-Phenylindole DGGE Denaturing Gradient Gel Điện di biến tính Electrophoresis DNA Deoxyribonucleic Acid DO Dissolved Oxygen Oxy hoa tan Anaerobic ammonium FEAMMOX. | oxidation coupled to iron Quá F trình oxy tend hóa amoni ky * khí. kêt hợp với khử sat reduction Fluorescent in situ eps 4k FISH Hybridization Lai huynh quang tai cho FC Ferricitrate Môi trường ferricitrate có chứa sắt dạng FRB Ferrihydrite Môi trường ferrihydrite có chứa sat GC Gas Chromatography Sac ky khi HRT Hydraulic Retention Time Thời gian lưu Chỉ sô ước lượng mật độ vi MPN Most Probable Number sinh vật NH," Ammonium Amoni NN&PTNT Nome hn va Phat trién NOB Nitrite Oxidizing Bacteria Vi khuẩn oxy hóa nitrite NRB Nitratee Reducing Bacteria Vi khuân khử nitrate ORP/RP ` Reduction Potential!’ | Điện thế oxy hóa khử PBS Phosphate Buffered Saline Muối đệm phosphate PCR Polymerase Chain Reaction Phản ứng chuỗi polymerase PTN Phòng thí nghiệm QCVN Quy chuẩn Việt Nam rDNA Ribosomal Deoxyribonucleic DNA ribosome Acid rRNA Ribosomal Ribonucleic Acid | RNA ribosome SDS Sodium Dodecyl Sulfate suanos ä.

Removal Over Nitrite hoat tinh cao qua nitrite TAE Tris Acetic EDTA TAN Total Ammonia Nitrogen Tongpam lượng amoni và UV Ultraviolet Tia tử ngoại TN&MT Tài nguyên và Môi trường VSV VỊ sinh vật XLNT Xử lý nước thải DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Quá trình phú dưỡng (Eutrophication) trong các thủy vực. Quá trình chuyên hóa nitơ trong ao nuôi thủy sản. Chu trình nitơ và sự tham gia của VSV.

- cv vn ng re 15 Hình 1. Quá trình khử nitrate và các enzyme tham g1a. Sơ đồ con đường chuyền hóa anamimox. Hình thái tế bào của chủng Acidimicrobium A6.

Chu trình nito cập nhật với sự có mặt của Anammox và Feammox. Mô hình quy trình công nghệ xử lý nước thải A2O. Các bước của công nghệ SHARON-Anammox. Sơ đồ mô hình nghiên cứu quá trình feammox ở điều kiện tự dưỡng, pH 7 trong nghiên cứu của Sawayama (2006).-- càng ngư 31 Hình 1.

Sơ đồ mô hình nghiên cứu quá trình feammox ở điều kiện tự dưỡng, pH thấp trong nghiên cứu của Huang va cs.---- ¿5 s+cs+cs+z+eczxecei 32 Hình 2. Sơ đồ hệ thong xử lý nước thải chế biến thủy sản tại Củ Chỉ. Sơ đồ các bước thí nghiệm trong nghiên cứu. Sơ đồ thiết kế mô hình bé ky khí feammox quy mô phòng thí nghiệm.

Đồ thị đường chuẩn xác định lượng COD (mg/L) trong mẫu nước thải. Xác định điện thế oxy hóa khử (RP) của dung dich. Nguyên lý của phương pháp cột nước xác định tổng lượng khí sinh ra từ các bề trong mô hình feamimoOXx.---- 2 2® ©E£+E£+E££EE+EE£EE+2EE£EEtEErEerrerrxee 46 Hình 2. Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng khí nitơ (%) trong hỗn hợp khí .------- ¿+ 2 +E9SE+E9EE£EEEE9E21911212121121112111 2111111111111 re.

Các bước phân lập vi khuân feammox bằng phương pháp ống thạch 008000107. VSV trong mẫu bùn từ mô hình ở ngày làm giàu thứ 30. Hàm lượng NH," còn lại (a) và sản sinh Fe”* (b) trong các bể của mô hình PTN trong thời gian làm giàu VSV feammox. Hàm lượng N¿ trong các bé của mô hình trong quá trình làm giàu VSV @ii 0 sa.

Hình ảnh gel điện di biến tính đoạn gen 16S rDNA của hệ vi khuẩn trong mô hình Í€aIImOX.-- -- << 1119910112111 91 1 91 vn HH Hệ 62 Hình 3. Hình ảnh nhuộm DAPI (a, c) và tín hiệu lai với các đầu dò Delta385 đặc hiệu 6-proteobacteria (b), GAM42a đặc hiệu proteobacteria (d) thực hiện trên mẫu bùn NI chứa hệ vi khuẩn đã được làm giàu trong mô hình. Hình thái tế bào của các chủng vi khuân mới phan lập quan sát dưới kính hiển vi phản pha (A) - chủng FN7; (B) chủng FN9 (b). Cây phát sinh chủng loại minh họa vi trí phân loại của các chủng FN7 (a) và FN9 (b) dựa trên so sánh trình tự 16S rDNA với các loài có liên quan.

Oxy hóa NH," bởi chủng FN7 và FN9 trong điều kiện hiếu khí (C1 AUG). Khả năng khử NO: của chủng FN7 và FNQ;. Kha năng khử Fe** của chủng FN7 và FN9. Ảnh hưởng của carbon hữu cơ tới quá trình oxy hóa NH,* trong mô hình feammox phòng thí nghiệm.

Sự thay đối hàm lượng FeTM trong các bé của mô hình. Khí N¿ sinh ra từ quá trình oxy hóa NH," trong mô hình feammox. Lượng N; tạo thành trong các bé của mô hình feammox. RP trong các bể của mô hình trong thí nghiệm với nước thải nhân tạo có tỷ lệ [COD]/[NH¿”] khác nhau (Bề 1 là 1,4; Bề 2 là 1,1 và Bề 3 là 0,7).