CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÔI TRƯỜNG
THS: VƯU NGỌC DUNG
CHƯƠNG TRÌNH HỌC
BÀI 1: TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI KHUẨN TRONG
CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BÀI 2: XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÓ
PHÂN HỦY
BÀI 3: XỬ LÝ ĐẤT VÀ THẢI BỎ
BÀI 4: XỬ LÝ Ô NHIỄM TẠI CHỖ (IN-SITU)
BÀI 5: XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ
BÀI 6: XỬ LÝ KHÍ THẢI
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
ĐẤT
NƯỚC
KHÔNG KHÍ
CÔNG CỤ XỬ LÝ
• VI SINH VẬT
• ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG
• THỰC VẬT
Ảnh hưởng của CNSHMT
CNSHMT
ĐỘNG
VẬT
VI SINH
VẬT
THỰC
VẬT
TIÊU THỤ VÀ XỬ LÝ
ĐẤT
NƯỚC

• Quá trình cố định carbonic thông qua quang hợp tạo thành sinh
khối thực vật, các thực vật là nguồn thức ăn cho động vật (tạo
thành chất mùn, phân, nước tiểu )
• Các nguồn carbon cũng có thể quay trở lại nguồn gốc sinh học
ban đầu từ dầu, khí thiên nhiên, hoặc than đá. Trong điều kiện kỵ
khí và thiếu thông qua quá trình biến đổi sinh học và/hoặc địa
hoá.
• Carbon hoá đi vào chu trình CO
2
không khí ngay khi các hợp
chất này bị đốt làm nhiên liệu hoặc được sử dụng làm nguồn tạo
năng lượng trong công nghiệp hoặc trong sinh hoạt.
• Quá trình phân huỷ sinh học xảy ra trong điều kiện có oxy
phân tử thông qua hô hấp, không đủ oxy thông qua việc khử
nitrate, hoặc kỵ khí thông qua quá trình tạo methane và
sulfide.
- Quá trình hô hấp: các chất hữu cơ hoà tan, các chất cao phân
tử sinh học (polymer sinh học) ngoại bào có thể hoà tan
được như carbohydrate, protein, chất béo hoặc lipid trong
hệ thống bùn hoạt tính sẽ hình thành CO
2
, nước và một
lượng lớn bùn dư và một ít NH
3
và H
2
S có thể hình thành
do phân huỷ các amino acid.
- Các tác nhân khử nitrate chính là những vi sinh vật hiếu khí
có khả năng chuyển từ quá trình biến dưỡng hô hấp sang sử

của sulfate thì sản phẩn chính là CO
2
và sulfide.
Đánh giá tổng quát về sự chọn lựa hệ thống
xử lý nước thải hiếu khí hay kỵ khí
Nếu thiết lập hệ thống xử lý nước thải và rác thải theo phương
pháp hiếu khí hay kỵ khí, sau đây là một số điểm cần xem
xét:
• Xử lý kỵ khí nhìn chung không cho kết quả giá trị các chỉ
tiêu ô nhiễm COD, BOD
5
hay TOC thấp như hệ thống hiếu
khí và không đủ để đạt tiêu chuẩn theo các luật về môi
trường.
• Xử lý kỵ khí cho rác thải và nước thải thường được xem là
quy trình tiền xử lý để làm tối giảm nhu cầu oxy và sự hình
thành bùn thừa cho giai đoạn xử lý hiếu khí tiếp theo sau.
• Nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao nên xử lý theo
phương pháp kỵ khí do có khả năng tái tạo năng lượng nhờ
khí sinh học và tạo ra lượng bùn thừa cần thải bỏ ít hơn nhiều.
• Nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ thấp nên xử lý
bằng phương pháp hiếu khí.
• Hiệu quả phân huỷ COD đối với sinh khối trong bùn thải hay
nước thải đậm đặc thể tích lớn nhìn chung dường như là
tương đương giữa vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí.
• Tốc độ phân huỷ trong quy trình xử lý hiếu khí có thể nhanh
hơn trong quy trình xử lý kỵ khí.
• Hệ thống xử lý hiếu khí có giá thành cao hơn và tạo ra lượng
bùn dư cần thải bỏ nhiều hơn.
• Hệ thống xử lý kỵ khí có chi phí thiết kế cao hơn nhưng chi

R–CHNH
2
COOH + H
2
O → R–CO–COOH + 2 (H) + NH
3
R–CHNH
2
–COOH +
2
(H) → R–CH
2
-COOH + NH
3
R–CH
2
–CHNH
2
–COOH → R–CH=CH–COOH + NH
3
Một lượng đáng kể ammonia tạo ra từ quá trình cắt urea và từ
quá trình ammonia hoá các amino acid sẽ bị các vi khuẩn đồng hoá
cho quá trình tăng trưởng trong quy trình xử lý hiếu khí (tạo thành
bùn thừa).
Có thể ước lượng rằng vi khuẩn chứa vào khoảng 50% protein
và tỉ lệ nitơ trong protein là vào khoảng 16%. Do đó, để tổng hợp
thành 1 g sinh khối vi khuẩn, lượng N-ammonia cần tiêu thụ vào
khoảng 0,08 g.
1.3.2. Quá trình nitrate hóa ammonia
1.3.2.1. Nitrate hóa tự dưỡng

làm nguồn cung cấp điện tử cho quá trình khử nitrate
Quá trình khử nitrate bắt đầu bằng việc khử nitrate thành
nitrite nhờ enzyme khử nitrate A gắn trên màng tế bào (a). Sau
đó, enzyme khử nitrite gắn trên màng tế bào (b) xúc tác quá
trình hình thành NO. Cuối cùng, enzyme khử NO (c) và
enzyme khử N
2
O (d) tạo ra N
2
.
1.3.4. Ôxy hóa ammonia kị khí (Anamox®)
Hai loài vi khuẩn oxi hoá ammonia kỵ khí thuộc bộ
Planctomycetales là Brocardia anammoxidans và Kuenenia
stuttgartiensis.
Trong quy trình Anamox, ammonia bị oxi hoá thành nitơ, nitrite
đóng vai trò chất nhận điện tử, nitrite bị khử thành hydroxylamine
(Phản ứng 1), sau đó, phản ứng với ammonia tạo thành hydrazine
(N
2
H
4
, Phản ứng 2). Qua quá trình oxi hoá hydrazine thành nitơ
phân tử (Phản ứng 3),
2 HNO
2
+ 4 XH
2
→ 2 NH
2
OH + 2 H

.
• Khi hàm lượng ammonia bị giới hạn, ái lực của các vi
khuẩn oxi hoá ammonia kỵ khí và hiếu khí có thể làm cho
mối cộng tác tự nhiên thay đổi trở thành cạnh tranh.
1.4. QUÁ TRÌNH LOẠI PHOSPHATE BẰNG
BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG SINH HỌC
• Vi sinh vật hấp thu lượng phosphate cần thiết cho quá trình
tăng trưởng tế bào.
• Phosphate chiếm đến 12% khối lượng tế bào trong các tế
bào vi khuẩn tích luỹ polyphosphate (Acinetobacter sp.),
trong khi ở vi khuẩn không tích luỹ phosphat, tỉ lệ này chỉ
là 1 – 3%
• Acinetobacter sp. trải qua quá trình hô hấp β-
hydroxybutyrate để thu năng lượng cho quá trình tăng
trưởng , duy trì hoạt động sống, quá trình tạo glycogen và
quá trình trùng hợp phosphate hấp thu trong nước thải.
• Các vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trải qua các điều kiện
môi trường kỵ khí và hiếu khí theo trình tự.
• Photpho được xử lý một phần vào tạo tế bào vsv, một phần
tạo năng lượng và số khác là các chất sinh ra như acid béo
hữu cơ.
• 10 30% photpho được khử trong quá trình khử BOD.
• Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bị khử thành sulfide, một
lượng nhỏ sulfide cần thiết cho sự tăng trưởng của vi khuẩn
nhưng sẽ gây độc cho vi khuẩn nếu tồn tại dưới dạng H
2
S ở
hàm lượng cao.
• pH kiềm nhẹ trong điều kiện kỵ khí, hầu hết sulfide kết tủa
dưới dạng sulfide kim loại nặng, do đó, không gây độc cho

phức (như EDTA) hoặc cố định trong sinh khối từ môi
trường ô nhiễm.
• Nấm có khả năng rửa các muối kim loại dạng hoà tan cũng
như không tan, do nấm tiết ra các acid hữu cơ như acid
citric, acid fumaric, acid lactic, acid gluconic,…các acid
này hoà tan các muối kim loại và tạo thành phức với ion
kim loại.