Application of heterotrophic nitrogen removal Pseudomonas stutzeri and polyphosphate-accumulating Bacillus subtilis for N and P removal in poultry slaughterhouse wastewater treatment process

Cao Ngoc Diep * , Ha Thanh Toan and Tran Thi Thua

* Corresponding author (cndiep@ctu.edu.vn)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Received: 10 Jun 2014
Accepted: 27 Apr 2015
Published: 25 Jun 2015
Title: Application of heterotrophic nitrogen removal Pseudomonas stutzeri and polyphosphate-accumulating Bacillus subtilis for N and P removal in poultry slaughterhouse wastewater treatment process
Views
392
Downloads
217
How to Cite
Điệp, C. N., Toàn, H. T., & Thưa, T. T. (2015). Application of heterotrophic nitrogen removal Pseudomonas stutzeri and polyphosphate-accumulating Bacillus subtilis for N and P removal in poultry slaughterhouse wastewater treatment process. CTU Journal of Science, (37), 18-31. Retrieved from https://ctujsvn.ctu.edu.vn/index.php/ctujsvn/article/view/1382
Issue
No. 37 (2015)
Section
Biotechnology

Abstract

The wastewater discharged by poultry slaughterhouse industries is characterized mainly by complex mixture of fats, proteins, carbohydrates from meat, blood, and feather, resulting in much higher biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS). In this study, using nitrogen removal Pseudomonas stutzeri strain D3b and polyphosphate-accumulating Bacillus subtilis strain DTT001L to remove nitrogen and phosphorus, especially ammonium (NH4+) and dissolved phosphate (orthophosphate-PO43-) in the treatment of poultry slaughterhouse wastewater was performed. The results showed that the bacterial population varied from 6.68-7.14 log10cfu/mL in aerobic conditions in 10-liter containers when wastewater was supplemented with glucose (2.5g/L) and biological fixed contact material (MFCM), subsequently the removal efficiency of NH4+ was from 98.9% to 100% and PO43- was 90.6%-100%, pH value of wastewater from 7 to 9 after 1 day but the values of COD, TSS, TN were higher than the standard of QCVN40:2011/BTNMT. Application of this model in two experiments with higher volume (100-L containers), the results showed that concentrations of NH4+, PO43-, TN, TP, COD, TSS, N-NO2-, N-NO3- in poultry slaughterhouse wastewater met the requirements of the Vietnamese standard (A level of QCVN40: 2011/BTNMT) after 24 hours in experimental 100-L container model.
Keywords: Ammonium, glucose, nitrogen removal Pseudomonas stutzeri, orthophosphate, polyphosphate-accumulating Bacillus subtilis, poultry slaughterhouse wastewater

Tóm tắt

Các chất ô nhiễm đặc trưng của nước thải lò giết mổ gia cầm công nghiệp là phức hợp các chất béo, protein, carbohydrate từ thịt, máu, da và lông, kết quả làm cho nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng chất rắn (TSS) trong nước thải rất cao. Vi khuẩn chuyển hóa nitơ Pseudomonas stutzeri dòng D3b và vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis dòng DTT.001L có khả năng loại bỏ nitơ và chuyển hoá phospho, đặc biệt là hàm lượng ammonium (NH4+) và lân hoà tan (orthophosphate-PO43-) trong qui trình xử lý nước thải từ lò giết mổ gia cầm. Kết quả ghi nhận ở mô hình phòng thí nghiệm (thể tích 10-lít), bổ sung glucose (2,5 g/L), kết hợp với giá bám và sục khí, mật số vi khuẩn dao động trong khoảng 6,68-7,14 log10 cfu/mL, hiệu suất loại bỏ NH4+  từ  98,9%-100% và hiệu suất xử lý PO43- từ  90,6%-100%, pH trung bình 7-9 sau 1 ngày xử lý nhưng hàm lượng COD, TSS, TN còn cao, vượt ngưỡng cho phép của QCVN40:2011/BTNMT. Ứng dụng vào mô hình có thể tích lớn hơn (100-lít); kết quả đạt được là: hàm lượng NH4+, PO43-, TN, TP, COD, TSS, N-NO2-, N-NO3- trong nước thải lò mổ gia cầm đạt loại A theo QCVN40:2011/BTNMT sau 24 giờ ở mô hình 100-L.
Từ khóa: Ammonium, glucose, nước thải từ lò giết mổ gia cầm, orthophosphate, vi khuẩn tích lũy polyphosphate Bacillus subtilis, vi khuẩn chuyển hóa nitơ Pseudomonas stutzeri

Article Details

References

Bộ Tài nguyên và Môi trường. 2011. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp - QCVN 40:2011/BTNMT.

Cao Ngoc Diep, Pham My Cam, Nguyen Hoai Vung, To Thi Lai and Nguyen Thi Xuan My. 2009. Isolation of Pseudomonas stutzeri in wastewater of catfish fish-ponds in the Mekong Delta and its application for wastewater treatment. Bioresource Technology 100:3787-3791.

Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Thị Hoàng Nam. 2012. Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas stutzeri và Acinetobacter lwoffii loại bỏ amoni trong nước thải từ rác hữu cơ. Tạp chí Khoa học, số 22b: 1-8.

Cao Ngọc Điệp và Nguyễn Tiến Sĩ. 2013. Ứng dụng vi khuẩn loại bỏ nitơ và vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trong xử lí nước thải chăn nuôi heo (sau biogas). Tuyển tập báo cáo hội nghị công nghệ sinh học vùng Đồng bằng sông Cửu Long 2013 tổ chức ngày 5 tháng 12 năm 2013 tại Đại học Cần Thơ, trang: 351-359.

Hoben, H.J and P. Somasegaran. 1982. Comparison of Pour, Spread and Drop Plate Methods for Enumeration of Rhizobium spp. in Inoculants made from Presterilized peat, Appl. Environ. Microbiol., (44):1246-1247.

Joo, H.S., M. Hirai and M Shoda. 2006. Piggery wastewater treatment using Alcaligenes faecalis strain no. 4 with heterotrophic nitrification and aerobic denitrofication. Water Res. 40:3029-3036.

Kundu, P., A. Pramanik, S. Mitra, J. D. Choudhury, J. Mukherjee and S. Mukherjee. 2012. Heterotrophic nitrification by Achromobacter xylosoxidans S18 isolated from a small-scall slaughterhouse wastewater. Bioprocess Biosyst. Eng. 35:721-728.

Lê Quang Khôi và Cao Ngọc Điệp. 2013. Phân lập và phân tích sự đa dạng vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trong chất thải trại chăn nuôi heo ở Đồng bằng sông Cửu Long. Nông nghiệp và Phát triển nông thôn – kỳ 2-tháng 5/2013.

Li, J., M.G. Healy, X. Zhan, D. Norton and M. Rodgers. 2008. Effect of Aeration Rate on Nutrient Removal from Slaughterhouse Wastewater in Intermittently Aerated Sequencing Batch Reactors. Water Air Soil Pollut. 192:251-261.

Rajakumar, R., T. Meenambal, J. R. Banu and I.T. Yeom. 2011. Treatment of poultry slaughterhouse wastewater in upflow anaerobic filter under low upflow velocity. Int. J. Environ. Sci. Tech. 8(1):149-158.

Sidat, F.M., B. Bux and H.C. Kasan. 1999. Polyphosphate accumulation by bacteria isolated from activated sludge. Centre for Water and Wastewater Research, Technikon Natal, PO Box 953, Durban 4000, South Africa. Water SA 25(2):175-179.

Su, J.J, B.Y. Liu, J. Lin and C.P. Yang. 2001. Isolation of an aerobic denitrifying bacterial strain NS-2 from the activated sludge of piggery wastewater treatment systems in Taiwan possessing denitrification under 92% oxygen atmosphere. Journal of Applied Microbiology, 91: 853-860.

Watanabe, F.S. and S.R. Olsen. 1965. Test of an ascorbic acid method for determining phosphorus in water and NaHCO3 from soils. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 29: 677-678.

Yetilmezsoy, K., I. Turkdogan-Aydinol, A. Gunay and I. Odis. 2011. Post Treatment of poultry slaughterhouse wastewater and appraisal of the economic outcome. Environmental Engineering and Management J. 6(11):1635-1645.

Zhan, X., M.G. healy and J. Li. 2009. Nitrogen removal from slaughterhouse wastewater in a sequencing batch reactor under controlled low DO conditions, Bioprocess Biosyst. Eng. 32:607-614.