Đánh giá chất lượng nước ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến - Ý Yên - Nam Định & tuyển chọn Một số vi sinh vật có khả năng phân huỷ…

n có thể trở thành những thành phẩm có tính nghệ thuật cao, có tính ứng dụng cao được nhiều người ưa chuộng [1]. Người ta ước tính có khoảng 7500 mặt hàng thủ công làm từ tre [1]. Việt Nam có rất nhiều làng nghề truyền thống dùng nguyên liệu từ tre, trúc như: làng nghề sản xuất bàn ghế trụ ở Thạch Thất- Thường Tín- Hà Tây, làng nghề sản xuất đồ thủ công tại Xã Yên Tiến- ý Yên - Nam Định. Các đồ thủ công, mỹ nghệ làm từ tre, trúc, nứa ngày càng được ưa chuộng trên thị trường thế giới. Do đó, ngành thủ công nghiệp này càng được mở rộng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ ra thị trường thế giới, các vấn đề môi trường cũng nảy sinh. Đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nước do quá trình ngâm tre, nứa trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu cho sản xuất. Quá trình ngâm tre làm cho nước có mùi thối rất khó chịu, ảnh hưởng đến môi trường sống của người dân trong làng. Đồng thời, nó còn ảnh hưởng đến các khu đất xung quanh khu vực ngâm tre do quá trình ngấm vào đất. Chính điều này đã gây ra tác hại đối với môi trường sinh thái, có thể gây giảm sản lượng cây trồng khu vực xunh quanh. Tác hại này đã thấy rõ ở xã Yên Tiến, huyện ý Yên, tỉnh Nam Định. Vậy để phát triển mạnh mẽ hơn nghề sản xuất hàng tiểu thủ công nghiệp đang có xu hướng đi lên này chúng ta phải làm gì mà không gây tác động đến môi trường xung quanh hoặc ít gây tác động nhất có thể? Câu trả lời ở đây là chúng ta cần phải có biện pháp để xử lý nước ngâm tre để hạn chế ảnh hưởng nó gây ra cho môi trường mà vẫn đảm bảo chất lượng của sản phẩm. Nước ngâm tre, nứa có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ rất thích hợp với việc thử nghiệm xử lý bằng biện pháp vi sinh. Do vậy, chúng tôi đã chọn đề tài: “Đánh giá chất lượng nước ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến- ý Yên- Nam Định và tuyển chọn một số vi sinh vật có khả năng phân huỷ chất ô nhiễm” với nội dung chính sau: Đánh giá chất lượng nước ngâm tre, nứa tại xã Yên Tiến, huyện ý Yên, tỉnh Nam Định. Đánh giá thành phần, số lượng vi sinh vật trong nước ngâm tre, nứa. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy protein, pectin, tinh bột, xenluloza... Thử nghiệm khả năng ứng dụng của các chủng đã phân lập để xử lý nước ngâm tre, nứa. Thử nghiệm khả năng kết hợp giữa những chủng đã chọn, chế phẩm EM và vi khuẩn Lactic trong xử lý nước ngâm tre, nứa. Đề tài được thực hiện tại Phòng Công nghệ lên men, Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Chương 1: Tổng quan tài liệu 1.1. Vài nét về điệu kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội và môi trường ở xã Yên Tiến, ý Yên, Nam Định Điều kiện tự nhiên Huyện ý Yên nằm ở phía Tây bắc tỉnh Nam Định, là một trong số huyện có diện tích và số dân lớn nhất tỉnh. Trước đây là huyện thuần nông. Huyện có đường quốc lộ 10 đi ngang qua. Từ khi đường 10 được nâng cấp và kinh tế chuyển sang kinh tế thị trường có nhiều nghề thủ công phát triển. Trong đó phải kể đến hai nghề phát triển vào loại bậc nhất ở tỉnh Nam Định, đó là nghề đúc đồng và hàng thủ công mỹ nghệ từ tre nứa. Điều kiện kinh tế-xã hội. Trước đây, do chỉ phát triển nông nghiệp bằng nghề trồng lúa đời sống người dân rất khó khăn. Kể từ khi phát triển các mặt hàng thủ công mỹ nghệ, đời sống kinh tế thay đổi đáng kể. Chỉ tính riêng năm 2004, xã Yên Tiến là một trong 10 xã của huyện ý Yên có thu nhập bình quân (GDP) tăng trưởng 86%. Riêng xã Yên Tiến có trên 20 doanh nhiệp tư nhân, trong đó có 19 doanh nghiệp đầu tư sản xuất và xuất khẩu hàng thủ công từ tre nứa. Trên 90% người lao động của xã tham gia sản xuất hàng thủ công từ tre nứa. Toàn xã có không ít gia đình thuộc dạng tỷ phú. Điều kiện môi trường Sự phát triển nghề thủ công mạnh mẽ không có quy hoạch, làm cho hiện trạng môi trường của huyện đã đến mức báo động. Một số cơ sở đúc đồng, sản xuất cơ khí đã gây ô nhiễm các kim loại nặng, gây hậu quả đáng kể không những cho sản xuất nông nghiệp mà ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân. Một số xã phát triển hàng mỹ nghệ từ tre nứa, đặc biệt là xã Yên Tiến gây ô nhiễm nặng nề nước thải hữu cơ. Do không có quy hoạch, người dân ngâm tre nứa không những ở trên sông mà hầu hết các hồ ao trong xã gây ô nhiễm khắp vùng. Nhiều hồ ao, sông ngòi trong xã có nước đen, gây mùi hôi thối. Mỗi ngày ở đây tiêu thụ từ 100 đến 150 tấn nứa, cũng từng ấy tấn nứa được ngâm trong các ao hồ, kênh rạch không đạt tiêu chuẩn ao ngâm. Nước ngâm tre nứa thải ra đồng làm lúa chết, mùi hôi thối ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân, làm mất cân bằng sinh thái. Do tình trạng ô nhiễm môi trường nặng nề như vậy, cho nên huyện ý Yên đã được tỉnh Nam Định đồng ý cho qui hoạch và xây dựng các ao ngâm tập trung và hỗ trợ xử lý nước thải ngâm tre nứa nhằm giảm thiểu tác hại môi trường. 1.2. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình phân hủy vật chất Trong thiên nhiên vật chất luôn luôn chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác tạo thành những vòng tuần hoàn vật chất [10]. Trong các khâu của chu trình chuyển hoá vật chất, vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nếu vắng một nhóm nào đó thì toàn bộ quá trình sẽ dừng lại, điều này sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái [10]. Phân hủy cacbon Cacbon trong tự nhiên nằm ở rất nhiều dạng hợp chất khác nhau từ các hợp chất vô cơ đến các hợp chất hữu cơ tạo thành một vòng tuần hoàn cacbon. Trong đó, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng ở một số khâu chuyển hoá. Dưới đây là một số quá trình chuyển hoá chính mà vi sinh vật tham gia: Sự phân giải xenluloza Xenluloza là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật. Trong tre xenluloza tổng chiếm từ 61- 70% [7]. Hàng ngày hàng giờ, một lượng lớn xenluloza được tích lại trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết đi, con người thải ra... Nếu không có quá trình phân giải của vi sinh vật thì lượng chất hữu cơ khổng lồ này sẽ ngập trái đất. Xenluloza có cấu tạo dạng sợi, có cấu trúc phân tử là một polimer mạch thẳng, mỗi đơn vị là một disaccarit gọi là xenlobioza. Xenlobioza có cấu trúc từ 2 phân tử D- glucoza. Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 rất phức tạp thành cấu trúc lớp gắn với nhau bằng lực liên kết hydro trùng hợp nhiều lần nên rất bền vững, bởi vậy xenluloza là hợp chất khó phân giải [10]. Do đó, vi sinh vật phân huỷ xenluloza phải có một hệ enzym bao gồm 4 enzym khác nhau là: xenlobiohydrolaza, endoglucanaza, exoglucanaza, β- glucosidaza. Enzym xenlobiohydrolaza có tác dụng cắt đứt liên kết hydro, biến dạng xenluloza tự nhiên có cấu hình không gian thành dạng xenluloza vô định hình. Enzym endoglucanaza có khả năng cắt đứt liên kết β- 1,4 bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài. Enzym exoglucanaza tiến hành phân giải các chuỗi trên thành disaccarit gọi là xenlobioza. Enzym β- glucosidaza thuỷ phân xenlobioza thành glucoza. Các vi sinh vật phân huỷ xenluloza phổ biến trong tự nhiên bao gồm: nhóm vi sinh vật hiếu khí như Pseudomonas, Cellulomonas, Achromobacter, Tricoderma, Aspergillus... nhóm vi sinh vật kỵ khí như Clostridium, Ruminococcus... Sự phân giải tinh bột Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu của thực vật. Tinh bột gồm hai thành phần là amiloza và amilopectin. Amiloza là những chuỗi không phân nhánh bao gồm hàng trăm đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dây nối 1,4- và 1,6- glucozit. Amilopecctin là chuỗi phân nhánh [10]. Vi sinh vật phân hủy tinh bột thành những chất đơn giản, chủ yếu là đường và axit hữu cơ. Chúng có khả năng tiết ra môi trường hệ enzym amilaza gồm 4 enzym: α- amilaza, β- amilaza, amilo-1,6- glucosialaza, glucoamilaza. Một số vi sinh vật có khả nảng phân hủy tinh bột là: Aspergillus , Fusarium, Bacillus, Cytophaga... Trong sản xuất, người ta thường sử dụng các nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột như sản xuất trong giai đoạn đầu sản xuất rượu. Sự phân giải đường đơn Sản phẩm của quá trình phân giải xenluloza và tinh bột là đường đơn. Đường đơn được tiếp tục phân giải nhờ các nhóm vi sinh vật phân giải đường. Có 2 nhóm vi sinh vật phân giải đường: nhóm háo khí và nhóm lên men. Nhóm vi sinh vật lên men kỵ khí thường là: nấm men Saccharomyces cerevisiae thường ứng dụng trong sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men; vi khuẩn lactic thường được sử dụng để chế tạo axit lactic, muối rau quả. Nhóm lên men háo khí là các vi sinh vật háo khí có khả năng phân hủy triệt để đường glucoza thành CO2 và H2O. Phân hủy nitơ Trong thiên nhiên tồn tại nhiều dạng hợp chất nitơ hữu cơ như protein, axit amin, axit nucleic, ure... Các hợp chất này được vi sinh vật amon hoá thành dạng NH4+ hoặc NH3. Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình amon hoá là Bacillus amylovorum, Micrococcus ureae, Bacillus mycoides, Streptomyces rimosus... Sau quá trình amon hoá là quá trình nitrit hoá chuyển NH4+ thành NO2- với sự tham gia của nhóm vi khuẩn nitrit hoá bao gồm 4 chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus, Nitrosospira. Tiếp theo quá trình nitrit hoá là quá trình nitrat hoá chuyển NO-2 thành NO3- với sự tham gia của vi khuẩn nitrat hoá như: Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas denitrificans... Ngoài ra, vi sinh vật còn giữ vai trò chủ đạo trong quá trình cố định nitơ tự do với sự tham gia của các vi khuẩn như: Rhizobium, Azotobacter, Clostridium... Phân hủy photpho Trong tự nhiên photpho nằm trong nhiều dạng vật chất khác nhau: Photpho hữu cơ có trong cơ thể động và thực vật được tích lũy trong đất khi động thực vật chết đi [10]. Photpho vô cơ khó tan có nguồn gốc từ quặng thiên nhiên như apatit, photphorit, photpho sắt, photpho nhôm... hoặc được vi sinh vật phân huỷ photpho hữu cơ tạo thành. Các dạng photpho khó tan được vi sinh vật phân huỷ tạo thành chất dễ tan cho cây trồng sử dụng. Nhóm vi sinh vật phân giải photpho hữu cơ chủ yếu thuộc 2 chi: Bacillus và Pseudomonas. Nhóm vi sinh vật phân giải photpho vô cơ là Bacillus megatherium, Pseudomonas radiobacter, Aspergillus niger... Phân hủy lưu huỳnh Lưu huỳnh nằm trong thành phần của các axit amin và trong nhiều loại enzym. Ngoài ra, lưu huỳnh còn nằm trong một số muối vô cơ như CaSO4, Na2SO3, Na2SO4, FeS2... Nhờ sự phân giải của vi sinh vật lưu huỳnh hữu cơ sẽ chuyển hoá thành H2S. H2S và các hợp chất vô cơ khác dễ được oxy hoá bởi các nhóm vi khuẩn tự dưỡng thành S và SO42-. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình oxy hóa là: Các vi khuẩn tự dưỡng hoá năng Thiosulfat và Begiatva minima; các vi khuẩn tự dưỡng quang năng thuộc họ Thiodaceae, Cholorobacteriaceae. Ngược lại, với quá trình oxi hoá là quá trình phản sulfat hoá khử các hợp chất S vô cơ thành H2S. Quá trình này được tiến hành ở điều kiện kỵ khí, ở những tầng nước sâu. Nhóm vi sinh vật tiến hành quá trình này gọi là nhóm vi khuẩn phản sulfat hoá [10]. Trong quá trình này chất hữu cơ đóng vai trò cung cấp hyđro trong quá trình khử SO42-. Các chất hữu cơ này có thể là đường hoặc các axit hữu cơ hoặc các hợp chất hữu cơ khác. H2SO4 sẽ bị khử dần tới H2S theo sơ đồ sau: H2SO4 H2SO3 H2SO2 H2SO H2S + 2H + 2H + 2H + 2H Quá trình phản sulfat hoá dẫn đến việc tích luỹ H2S trong môi trường làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến đời sống của thực vật và động vật trong môi trường đó. ứng dụng của vi sinh vật trong xử lý nước thải Sơ lược về tình hình ô nhiễm nước Ngày nay song song với sự phát triển của khoa học kỹ thuật môi trường sống của con người ngày càng bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sức khỏe con người ta phải kể đến môi trường nước. Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu cho mọi hoạt động trên trái đất. Tuy nhiên, dưới tác động của con người thì các nguồn nước hiện nay đang bị ô nhiễm nặng nề [3]. Nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu là nguồn nước thải từ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người. Thông điệp của UNICEP nhân ngày thề giới về nước 22/03/1996 có viết : “Chúng ta nhớ rằng 80% bệnh tật và trên 1/3 số tử vong ở các nước đang phát triển là do sử dụng nước ô nhiễm gây ra” [4]. Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ thối rữa là môi trường tốt cho các vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. Sự tích luỹ nước thải trong các nguồn nước mặt gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới nước ngầm. Kết quả là không thể sử dụng được nguồn nước mặt, nước ngầm vào mục đích ăn uống, sinh hoạt. Không những thế quá trình phân huỷ kỵ khí trong nước còn tạo ra các chất khí độc hại ảnh hưởng đến môi trường không khí và tác động đến sức khỏe con người. Nước bị ô nhiễm không những gây ảnh hưởng trực tiếp đối với con người mà còn ảnh hưởng gián tiếp tới các vi sinh vật- động vật thuỷ sinh sống trong môi trường nước cũng bị nhiễm độc [11]. Con đường truyền chất ô nhiễm diễn ra theo sơ đồ sau: Nước ô nhiễm Động vật thuỷ sinh Con người Thực phẩm Như vậy, có thể thấy nước đóng vai trò quan trọng đối với sức khoẻ con người. Để giảm khả năng ô nhiễm nước, ta cần phải xử lý nước ô nhiễm. Ngày nay, việc bảo vệ nguồn nước tránh bị nhiễm bẩn và làm sạch nguồn nước là một trong những yêu cầu cấp thiết của nhân loại [5]. Các nguồn gây ô nhiễm nước Các nguồn nước có thể bị ô nhiễm do các hoạt động chính sau đây của con người: Sinh hoạt của con người: ở nước ta tiêu chuẩn nước cấp đối với khu vực đô thị là 50 ữ 100 l/người/ngày [5]. Do vậy lượng nước thải là rất lớn, đặc điểm nước thải sinh hoạt là hàm lượng các chất hữu cơ không bền vững tính theo BOD5 cao, chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng dễ gây hiện tượng phú dưỡng trong nước. Các hoạt động sản xuất công nghiệp: sản xuất công nghiệp chiếm vị trí thứ hai trong các yếu tố con người ảnh hưởng đến thuỷ quyển [3]. Sản xuất công nghiệp bao gồm sản xuất công nghiệp lớn, tiểu công nghiệp và sản xuất ở các làng nghề. Thành phần nước thải đối với mỗi loại hình sản xuất phụ thuộc vào dây chuyền sản xuất. Sự tăng trưởng nhanh của ngành công nghiệp làm tăng nhu cầu về nước do vậy sẽ làm tăng lượng nước thải ra. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp: việc sử dụng nước cho các mục đích nông nghiệp có tác động tới một số thay đổi chế độ nước và sự cân bằng nước lục địa. Bên cạnh đó còn làm giảm chất lượng nước nguồn. Nước từ đồng ruộng và nước thải từ trại chăn nuôi gây ô nhiễm đáng kể cho sông, hồ. Trong thành phần gây ô nhiễm từ nước thải nông nghiệp chủ yếu là nitơ, photpho do việc sử dụng phân bón hoá học và các hợp chất hữu cơ có chứa clo có trong các loại hoá chất bảo vệ thực vật là đáng quan tâm nhất [3]. Tình hình ô nhiễm nước ở các làng nghề ở Việt Nam Việt Nam là một nước đang phát triển, có số lượng làng nghề lớn, sản xuất với quy mô nhỏ và theo phương thức thủ công là chính. Nên lượng nước sử dụng lớn và thường không được xử lý. Việc thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận chung ảnh hưởng lớn đến môi trường thuỷ vực, đồng thời ảnh hưởng đến các thành phần môi trường khác. Tùy theo lĩnh vực sản xuất mà tính chất nước thải ra rất khác nhau. Các làng nghề đúc đồng, chì,... thành phần nước thải chủ yếu là kim loại nặng. Các làng nghề dệt nhuộm nước thải ra có thành phần hoá chất cao, còn các làng nghề làm bún hay làm đồ thủ công từ tre nứa nước thải ra chủ yếu có hàm lượng chất hữu cơ cao...Do không được xử lý nên nước thải ra từ các làng nghề này đã và đang ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống ở chính các làng nghề đó.Yêu cầu đặt ra hiện nay chính là vấn đề xử lý nước thải để giảm tác động xấu của nó đến môi trường. Việc này có thể giải quyết tốt hơn đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao bởi có thể áp dụng phương pháp vi sinh vật trong xử lý, vừa có hiệu quả lại vừa rẻ tiền. Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nước ô nhiễm bằng vi sinh vật Đây là phương pháp cơ bản trong phương pháp xử lý sinh học. Việc xử lý dựa vào khả năng sống của vi sinh vật. Chúng sử dụng các chất hữu cơ trong môi trường nước thải làm nguồn dinh dưỡng như cacbon, nitơ, photpho, kali, lưu huỳnh... Trong dinh dưỡng các vi sinh vật sẽ nhận các chất để xây dựng tế bào và sinh năng lượng nên sinh khối của nó tăng lên, đồng thời làm sạch nước [8]. Tuy nhiên để xử lý nước có hiệu quả ta nên kết hợp các phương pháp cơ học, lý học, hoá học và sinh học. Về mặt công nghệ các công đoạn xử lý gồm có 3 giai đoạn: cấp 1 sử dụng phương pháp cơ học, cấp 2 dùng phương pháp hoá học, cấp 3 là phương pháp sinh học. ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước thải Việc sử dụng vi sinh vật để xử lý nước thải đã được biết đến từ lâu và được nhiều nước ứng dụng bởi các ưu điểm nổi bật của nó: đơn giản, rẻ tiền, sẵn có... Việt Nam đã áp dụng phương pháp này để xử lý nước ao nuôi tôm, nước ngâm đay... Đặc biệt là việc ứng dụng trong xử lý nước ngâm đay nó không những làm giảm các tác động xấu đến môi trường mà còn đã góp phần làm giảm thời gian ngâm và nâng cao chất lượng sợi. Vài nét về chế phẩm EM [13] Khái niệm về chế phẩm EM EM là tên viết tắt của Effective Microorganisms tức là vi sinh vật hữu ích, do giáo sư tiến sĩ Teruo Higa, trường đại học Tổng Hợp Ryukyus- Okinawa- Nhật Bản lựa chọn, phân lập và tạo ra. EM là sản phẩm của quá trình nuôi cấy hỗn hợp các vi sinh vật của khoảng 80 loài thuộc 10 chi. Các vi sinh vật có ích trong chế phẩm EM bao gồm: vi khuẩn quang hợp, nấm men, vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, nấm men... Chế phẩm này đã được đưa vào ứng dụng ở Nhật Bản từ 1980 và sau đó được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới trong nhiều lĩnh vực như: trồng trọt, chăn nuôi và xử lý môi trường. ở nước ta công nghệ EM chính thức được đưa vào tháng 4 năm 1997. 1.4.2. Đặc điểm của chế phẩm EM Chế phẩm EM là một loại chế phẩm vi sinh nên nó cũng mang đầy đủ các đặc điểm của một chế phẩm vi sinh điển hình. Tuy nhiên, EM có đặc điểm khác chính so với các loại chế phẩm vi sinh có sẵn là: EM được sản xuất theo hướng khác các chế phẩm vi sinh thông thường. Nó được tổng hợp từ việc nuôi cấy chung nhiều loại hiếu khí lẫn kỵ khí. Chúng tạo ra một loại vi sinh thái bao gồm nhiều nhóm sống hỗ sinh với nhau, tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau, phát huy nhiều tác dụng hỗ trợ lẫn nhau. Những chủng vi sinh vật trong chế phẩm EM được phân lập và nuôi dưỡng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ cao, áp suất lớn. Vì vậy, các chủng vi sinh vật có trong EM có sức sống mãnh liệt, có sức chống chịu rất cao đối với những điều kiện bất lợi của môi trường, có hoạt tính và hiệu quả cao. Đây chính là đặc điểm nổi bật của EM. Chế phẩm EM gốc (nguyên chất) ở dạng dung dịch, được giữ trong môi trường pH < 3,5 nên các vi sinh vật sống trong trạng thái tiềm sinh, không hoạt động. Khi chuyển sang dạng EM thứ cấp, có nghĩa là thêm nước và thức ăn (dùng rỉ đường là chủ yếu) thì chúng chuyển sang trạng thái hoạt động và số lượng vi sinh vật được nhân lên một cách nhanh chóng. Sức sống của chúng trở nên hết sức mãnh liệt và có khả năng kiểm soát, khống chế được các vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. Cơ chế tác dụng Kết quả sử dụng ở nhiều nước cho thấy EM có tác dụng rất tốt trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chính tác giả của chế phẩm này cũng không nghĩ rằng EM có tác dụng rộng rãi đến như thế. Ông cũng thừa nhận rằng về cơ chế tác dụng của EM cần phải nghiên cứu thêm. Chế phẩm chứa hàng trăm nhóm vi sinh vật khác nhau, được chia thành 5 nhóm vi sinh vật chính có tác dụng như sau: Nhóm vi khuẩn hỗ trợ quang hợp: giữ vai trò chủ đạo trong chế phẩm. Chúng tổng hợp các chất hữu cơ có ích từ các chất thải bài tiết của rễ cây, từ phân hữu cơ thậm chí từ khí gas độc. Thông qua việc sử dụng ánh sáng mặt trời mà chúng tổng hợp nên amino axit, axit nucleic, đường và các chất có hoạt tính sinh học khác. Tất cả các chất này được cây trồng hấp thụ trực tiếp do đó nó có tác dụng hỗ trợ cây trồng sinh trưởng và phát triển. Nhóm vi khuẩn tạo axit lactic: Nhóm này có khả năng tạo axit lactic, do đó có khả năng ngăn chặn sự truyền bệnh của vi sinh vật có hại và đẩy nhanh quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ, kể cả các chất khó phân huỷ như xenlulo. Nhóm nấm men: Từ nguyên liệu là axit amin và đường được tiết ra, nhóm nấm men tổng hợp nên các chất kháng sinh và các chất hữu cơ khác có lợi cho cây trồng và các nhóm vi sinh vật khác nhất là nhóm vi khuẩn lactic. Đây chính là môi quan hệ hỗ trợ giữa các nhóm vi sinh vật với nhau. Nhóm xạ khuẩn: Có khả năng tổng hợp nên các chất kháng sinh. Các chất kháng sinh này có khả năng ngăn chặn các vi khuẩn và các loại nấm gây hại. Xạ khuẩn có thể tương hợp với vi khuẩn quang hợp làm tăng chất lượng môi trường đất và làm tăng hoạt tính kháng sinh trong đất. Nhóm nấm mốc: Có tác dụng phân huỷ chất hữu cơ rất nhanh nhờ khả năng tiết ra các hệ enzym phân huỷ chất hữu cơ. 1.4.4. Tác dụng của EM. EM có các tác dụng chính sau: Đối với cây trồng EM có tác dụng với nhiều loại cây trồng và ở nhiều giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau. Thể hiện: Kích thích sự nảy mầm, ra hoa, kết quả và làm chín (đẩy mạnh quá trình đường hoá). Tăng cường hiệu quả và khả năng quang hợp của cây trồng. Cải thiện môi trường đất, tăng độ phì và cải thiện thành phần cơ giới đất. Tăng cường hấp thụ dinh dưỡng và nâng cao hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng. Do đó tăng cường hiệu lực và tiết kiệm phân bón hữu cơ. Kéo dài thời gian bảo quản các nông sản tươi sống, làm cho hoa quả tươi lâu. Đối với vật nuôi Thể hiện ở chỗ giúp phát triển hệ vi sinh vật tiêu hoá, tăng cường khả năng tiêu hoá và hấp thụ các loại thức ăn, đặc biệt đối với các loại động vật nhai lại như trâu, bò..., tăng sức khoẻ và sức đề kháng cho vật nuôi, phòng chống các loại dịch bệnh thông thường, làm giảm mùi hôi trong các chuồng trại. Đối với môi trường Các vi sinh vật hữu hiệu có trong EM có tác dụng cản trở các vi sinh vật gây ra mùi khó chịu như: H2S, SO2, NH3, CH4... nên nó có thể làm giảm mùi một các nhanh chóng. Vì vậy, chế phẩm EM được sử dụng nhiều trong xử lý môi trường, đặc biệt là trong xử lý môi trường nước. Các loại chế phẩm EM. Từ chế phẩm EM gốc ta có thể tạo nên một số loại EM sau : EM gốc là chất lỏng màu nâu vàng có mùi dễ chịu, vị chua ngọt và có pH<3,5. EM1 được lên men từ EM gốc, rỉ đường và nước với tỉ lệ: EM: rỉ đường: nước là 1:1:20. EM5 được lên men từ EM1, axít axêtic, rượu êtylic, rỉ đường và nước. EM-FPE đươc lên men từ EM gốc, rỉ đường, cỏ tươi và nước. EM thứ cấp được lên men từ EM1 rỉ đường và nước với tỉ lệ: EM1: rỉ đường: nước là 1:1:98 EM Bokashi là chế phẩm được lên men từ cám gạo chất lượng xấu (cám trấu), dung dịch EM thứ cấp vừa điều chế phun vào cám tới khi đạt độ ẩm 30-40% rồi đem gói kỹ ủ nơi tối khoảng 5-7 ngày thấy có mốc trắng, mùi thơm ngọt là dùng được. Trong môi trường có khoảng 5-10% vi sinh vật có lợi, 5-10% vi sinh vật có hại và 80-90% vi sinh vật trung gian. Khi đưa chế phẩm EM vào môi trường nó sẽ có tác dụng tăng cường các vi sinh vật có lợi và làm giảm các vi sinh vật có hại. Vài nét về vi khuẩn Lactic và vi khuẩn Clostridium Vi khuẩn Lactic Vi khuẩn Lactic bao gồm các vi khuẩn gram dương, thường không chuyển động, không hình thành bào tử, lên men sinh axit lactic nên thường làm giảm pH môi trường khi nó tồn tại. Do thiếu porphyrin và cytochrom, không có chuỗi vận chuyển electron, chúng thu năng lượng bằng con đường lên men bắt buộc [12]. Các vi khuẩn lactic sinh trưởng kị khí nhưng phần lớn lại không mẫn cảm với oxim có thể sinh trưởng cả khi có mặt oxi. Chúng là các vi khuẩn kị khí – chịu khí (aerotolerant anaerobe). Vi khuẩn Lactic không chứa catalaza nhưng chứa pseudo-catalaza (một enzym chứa mangan) với hoạt tính catalaza yếu. Trợ giúp vào đó các vi khuẩn Lactic cần Mn2+ với nồng độ cao [12]. Vi khuẩn Lactic gồm 4 chi: [12] Streptococcus: tế bào hình cầu, xếp thành chuỗi dài hoặc ngắn, lên men lactic đồng hình. Leuconostoc: tế bào hình cầu, xếp thành chuỗi, lên men lactic dị hình Pediococcus: tế bào hình cầu, 4 tế bào xếp thành một cụm, lên men dị hình. Lactobacillus: tế bào hình que dài hoặc ngắn, thường xếp thành chuỗi, lên men lactic đồng hình Vi khuẩn lactic sống trong sữa và thực vật, vì vậy môi trường nuôi cấy cần được bổ sung các vitamin, axit amin, purin, pirimidin... Do sinh axit lactic và tạo hương thơm ngon đặc biệt, vi khuẩn lactic giữ vai trò lớn trong việc bảo quản, chế biến thực phẩm cho người và thức ăn gia súc [12]. Với các tính chất trên vi khuẩn lactic rất thích hợp cho mục đích khử mùi trong thử nghiệm xử lý nước ngâm tre, nứa. 1.5.2. Vài nét về vi khuẩn Clostridium Clostridium được phát hiện từ năm 1893, là một loại vi khuẩn kỵ khí sống tự do trong đất. Clostridium có khả năng hình thành bào tử. Clostridium có khả năng đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau như các loại đường, rượu, tinh bột... Nó thuộc loại kỵ khí nên sản phẩm trao đổi chất thường là các loại axit hữu cơ, butanol, etanol, axeton...Đó là các sản phẩm chưa được oxi hoá hoàn toàn [10]. P và K là 2 nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển của Clostridium. Ngoài ra các nguyên tố vi lượng như Mo, Co, Mn cũng rất cần thiết. Clostridium có khả năng phát triển ở pH = 4,7- 8,5. Bào tử của chúng có thể chịu đựng được nhiệt độ cao, có thể sống được trong một giờ ở nhiệt độ 80oC. Một số loài còn có khả năng chịu được nhiệt độ 100oC trong 30 phút. Nhờ khả năng đồng hoá được nhiều nguồn cacbon và dễ phân lập do chịu được nhiệt độ cao, sống trong môi trường kỵ khí mà Clostridium được sử dụng trong thử nghiệm xử lý nước ngâm tre, nứa nhằm mục đích giảm thời gian ngâm, tăng chất lượng tre, nứa ngâm. Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Các mẫu nước ngâm tre được lấy ở ao ngâm tre, nứa của thôn Thượng Thôn, xã Yên Tiến, huyện ý Yên, Nam Định ở các vị trí khác nhau. Bảng 2.1: Các vị trí lấy mẫu nước ngâm tre ở xã Yên Tiến, ý Yên, Nam Định ở các vị trí khác nhau STT Mẫu Điểm lấy mẫu 1 M Mặt ao 2 Đ Đáy ao 3 B Bùn 4 R Rãnh 2.2. Thiết bị và hoá chất 2.2.1. Thiết bị (Phụ lục 1) 2.2.2. Hóa chất (Phụ lục 1) 2.2.3. Các môi trường nuôi cấy vi sinh vật sử dụng cho nghiên cứu (Phụ lục 1) 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu Trước khi lấy mẫu, dụng cụ phải được thanh trùng bằng cồn. Mẫu được lấy theo phương pháp điểm ở độ sâu khác nhau tuỳ theo vị trí lấy. Các mẫu nếu không được phân tích ngay thì được bảo quản ở nhiệt độ 4oC trong tủ lạnh. 2.3.2. Phương pháp pha loãng tới hạn Pha loãng mẫu: Hút 0,5 ml mẫu cho vào ống nghiệm có chứa sẵn 4,5 ml nước cất đã khử trùng, ta được độ pha loãng 10-1. Dùng pipet trộn đều dung dịch. Sau đó hút 0,5 ml dịch pha loãng trên cho vào 4,5 ml nước cất khử trùng, được độ pha loãng 10-2. Tiếp tục pha loãng như vậy đến nồng độ cần thiết. 2.3.3. Phương pháp xác định vi sinh vật hiếu khí tổng số Lấy 0,5 ml dịch đã pha loãng ở nồng độ cần thiết nhỏ vào chính giữa các đĩa. Sau đó đổ môi trường cho vi sinh vật hiếu khí lên trên. Các đĩa thạch sau khi khô cứng được để trong tủ ấm 37oC . Sau 3 ngày lấy các đĩa ra đếm số lượng khuẩn lạc. Công thức tính số lượng CFU/ml: N S C (n1+ n2.10-1+...+ nn.10-(n-1)).m = (1) Trong đó: CFU : đơn vị hình thành khuẩn lạc N : số lượng CFU/ ml SC : tổng số khuẩn lạc đếm được trên tất cả các đĩa etri n1 : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần 1 n2 : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần 2 nn : số khuẩn lạc trong đĩa petri ở tỉ lệ pha loãng lần n m : Thể tích dịch cho vào (ml) 2.3.4. Phương pháp phân lập Sau vài ngày ủ ở điều kiện thích hợp, trên đĩa thạch xuất hiện nhiều dạng khuẩn lạc. Dùng que cấy vô trùng lấy một ít tế bào từ khuẩn lạc mọc tách biệt các khuẩn lạc khác cấy sang ống thạch nghiêng chứa môi trường thích hợp. Bảo quản ống này trong tủ lạnh 4 – 10oC. 2.3.5. Phương pháp xác định vi sinh vật kỵ khí tổng số Lấy 0,5 ml dịch đã pha loãng ở nồng độ cần thiết cho vào ống nghiệm. Cho một sợi dây cước vào ống, đổ môi trường nuôi cấy vi sinh vật kỵ khí đầy ống nghiệm, đậy nút cao su thật chặt. Sau đó rút dây cước ra để loại bỏ không khí trong ống nghiệm, dùng băng dính đen cuốn chặt đầu ống nghiệm. Đế ống nghiệm đã cấy trong tủ ấm ở 30oC trong 3- 10 ngày rồi đem ra đếm khuẩn lạc. Công thức tính tổng vi sinh vật kỵ khí là công thức (1). 2.3.6. Phương pháp xác định E. coli và Fecal coliform. E. coli được xác định bằng phương pháp MPN (most-probable-number technique) trên môi trường Endo ở điều kiện nuôi cấy 35oC Fecal coliform được xác định như phương pháp xác định vi sinh vật kỵ khí trên môi trường MPN ở điều kiện nuôi cấy 44,5oC. 2.3.7. Xác định khả năng phân huỷ protein, tinh bột, xenluloza bằng phương pháp cấy chấm điểm trên đĩa thạch Các khuẩn lạc sau khi được phân lập được cấy trên môi trường thạch: Có cazein để kiểm tra khả năng thuỷ phân protein. Có tinh bột tan để kiểm tra khả năng thuỷ phân tinh bột. Có CMC để kiểm tra khả năng phân huỷ xenluloza. Các enzyme phân huỷ ngoại bào được tổng hợp và giải phóng ra môi trường xung quanh tế bào. Enzym này thuỷ phân Cazein, tinh bột tan, CMC xung quanh khuẩn lạc và xuất hiện vòng thuỷ phân. Nhờ thuốc thử lugon, các vòng thủy phân có màu trong hơn, ta có thể xác định được vòng phân huỷ bằng cách đo để xác định cường độ phân huỷ. 2.3.8. Phương pháp đánh giá mức ô nhiễm nước thải Nước thải thường được đánh giá mức độ ô nhiễm thông qua các chỉ tiêu BOD5, COD, pH, SS, DS. Phương pháp xác định các chỉ tiêu được nêu trong phần phụ lục 1. Thông số pH được xác định bằng cách đo trực tiếp trên máy đo pH 320 Toledo (Anh) tại Phòng Công nghệ Lên men, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết quả khảo sát mẫu nước ngâm tre, nứa tại Xã Yên Tiến, ý Yên, Nam Định Mẫu được lấy tại thôn Thượng Thôn, xã Yên Tiến-ý Yên - Nam Định vào ngày 28/10/2004, gồm 4 mẫu: nước mặt ao ngâm tre, nước đáy ao ngâm, nước ở rãnh hồi lưu và bùn ở rãnh hồi lưu. Nhận xét sơ bộ: nước có mầu đục, mùi thối, có nhiều mảnh vụn của tre nứa. Kết quả khảo sát về BOD, COD, SS, DS, pH Một số chỉ tiêu của nước ngâm tre, nứa tại xẫ Yên Tiến, ý Yên – Nam Định được trình bày trong bảng 3.1. So sánh với các giá trị giới hạn các thông số và nồng độ chất ô nhiễm thải ra môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam trong Bảng 1 ở phần phụ lục 1. Bảng 3.1: Một số chỉ tiêu nước ngâm tre, nứa tại ý Yên – Nam Định Mẫu pH BOD (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) DS (mg/l) M 5,56 1945 2880 12400 5400 Đ 5,68 1919 3552 17300 1050 R 6,96 1988 2496 54500 1180 B 6,38 3749 6528 118000 1100 TCVN 5945-1995 (*) 5-9 100 400 200 - Chú thích: *: TCVN 5945- 1995 cho nước thải loại C M: nước mặt ao Đ: nước đáy ao R: nước rãnh B: bùn ở rãnh The._.