Chuyên đề: VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ
PHẾ THẢI
I. NGUỒN GỐC PHẾ THẢI
1/ Phế thải là gì ?
Phế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con ng ười, sản xuất công nghiệp,
nông nghiệp thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân
cư, nhà hàng, khách sạn.
- Rác thải sinh hoạt: Phát sinh hàng ngày ở các đô thị, làng mạc, khu du lịch, nhà ga, trường
học, công viên...
- Rác thải công nghiệp: Phát sinh trong quá trình sản xuất công nghiệp nặng, công nghiệp
nhẹ (nhiều thành phần phức tạp, đa dạng)
- Rác thải nông nghiệp: Sinh ra trong quá trình trồng trọt, chăn nuôi, chế biến nông sản trước
và sau thu hoạch...
Xử lý rác thải là dùng các biện pháp kỹ thuật để xử lý các rác thải và không làm ảnh hưởng đến
môi trường, tái tạo lại sản phẩm có lợi cho xã hội nhằm phát huy hiệu quả kinh tế. Xử lý rác thải là
một công tác quyết định đến chất lượng bảo vệ môi trường. Rác thải trên 60% là rác hữu cơ. Độ
ẩm rác về mùa nắng là 45- 60%, mùa mưa có thể trên 80%. Độ ẩm cao làm phát sinh nhiều vi sinh
vật. Rác sau khi được phân loại bỏ các thành phần không hữu cơ sẽ được lên men.
2/ Nguyên nhân sinh ra phế thải ?
- Do dân số tăng nhanh
- Trình độ hiểu biết của người dân còn thấp
- Ý thức , trách nhiệm còn kém
- Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản lý môi trường
- Do quá trình đô thị hóa , các khu kinh tế , trung tâm công nghiệp , đô thị mới không được
quản lý chặt chẽ , các vấn đề rác thải có nguy cơ ngày càng gia tăng
- Do sự chênh lệch giàu nghèo ngày một sâu sắc, dẫn đến tình trạng không giữ vệ sinh chung
- VIỆT NAM LÀ MỘT NƯỚC NÔNG NGHIỆP nên có nguồn phế thải sau khi thu hoạch
rất lớn , rất đa dạng
3/Nguồn gốc phế thải ?
- Phế thải có nhiều nguồn khác nhau : rác thải sinh hoạt , rác thải đô thị , phế thải do qúa
trình sản xuất , chế biến nông , công nghiệp ; phế thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp
nghiêm trọng , gây hiệu ứng nhà kính và các loại bệnh hô hấp , tốn nhiên liệu để đốt
5.3. Biện pháp thải ra hồ sông , ngòi và đổ ra biển :
Đây là biện pháp nguy hiểm nhất , gây ô nhiễm không khí , nguồn nước , tiêu diệt sinh vật sống
trong nước , gây ô nhiễm toàn cầu.
5.4. Biện pháp sinh học :
Là biện pháp tối ưu nhất , dùng để xử lý phế thải . Muốn thực hiện được biện pháp này điều quan
trọng nhất đó là phải phân loại phế thải.
II. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH
1. Các chất rắn hữu cơ có thể được phân loại như sau :
- Các thành phần hòa tan trong nước như đường , bột , axit amin và các axit hữu cơ khác
- Các sản phẩm Hemicellulose có 5 đến 6 đường cacbon
- Cellulose
- Lignin
- Các lignin- cellulose
- Các protein
Nếu các thành phần hữu cơ nêu trên được phân loại từ chất thải đô thị và để cho vi khuẩn phân
hủy thì sản phẩm còn lại sau hoạt động đồng hóa , dị hóa của vi khuẩn là mùn . Qúa trình này
được coi lá quá trình compost ( tạo phân vi sinh ) . Sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện
bởi các sinh vật kị khí hay hiếu khí phụ thuộc vào điều kiện oxy .Qúa trình phân hủy kị khí
thường xảy ra chậm và gây mùi do đó hầu hết các quá trình compost thường ở dạng háo khí.
Đặc tính của mùn là :
- Có màu nâu đen đến đen
- Tỷ lệ nito-cacbon thấp
- Có sự thay đổi tích cực do sự hoạt động của vi sinh vật
- Có khả năng trao đổi bazơ
2. Chế phẩm vi sinh vật trong xử lí rác thải
Chế phẩm vi sinh vật : là sản phẩm được tạo ra từ quy trình công nghệ khoa học tiên tiến có
chứa một hoặc nhiều chủng VSV hữu ích , không tồn tại những VSV gây hại cho con người ,
vật nuôi , cây trồng , môi sinh
a. Chế phẩm EM ( Effective Microorganisms )
- Chế phẩm EM giúp cân bằng trở lại tự nhiên
- Chế phẩm EM hoàn toàn không độc hại và được ứng dụng rộng rãi , có hiệu quả trong
nông nghiệp , công nghiệp , chế biến thực phẩm và xử lí môi trường
- Chế phẩm EM được hòa với nước, phun lên rác hạn chế được mùi hôi thối từ các bãi rác
lớn
- Từ năm 2000 EM được thử nghiệm cho những hộ gia đình ở Hà Nội trong xử lí rác thải
sinh hoạt
b. Chế phẩm vi sinh biovina:
- Chế phẩm được dùng để xử lí chất thải tạo ra phân hữu cơ vi sinh
- Giống vi sinh biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định, có khả năng phân giải chất hữu
cơ nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiện VN quy trình công nghệ đơn giản và
dễ thực hiện
- Có 2 loại :
• Biovina 1 : xử lí rác thải
• Biovina 2 : xử lí nước thải
c. Xử lí rác thải theo công nghệ USA
- Sản phẩm công nghệ vi sinh này là phân bón Compos Plus
- Công nghệ này xử lí triệt để các độc tố lẫn vào rác như chất thải dầu mỡ, dầu động cơ, chất
thải bùn quánh từ các hầm cầu
- Compos Plus đã khắc phục được những tác hại do phân hóa học gây ra, không gây độc hại
cho người và các sinh vật khác, tăng độ màu mỡ cho đất, giúp cây trồng được nuôi dưỡng
bằng các chất dinh dưỡng tự nhiên do các VSV tạo ra, không cần sử dụng thêm thuốc bảo
vệ thực vật nên không gây ô nhiễm môi trường, nông phẩm sạch hơn , không gây bệnh cho
người
- Được sử dụng rộng rãi ở VN từ năm 1998
d. Xử lí rác thải ở nông thôn bằng Bio Micromix
- Rác thải được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình sau đó thu gom đưa về sân tập kết phân
loại bỏ các chất vô cơ
- Phần hữu cơ được trộn lẫn với chế phẩm Bio Micromix rồi đưa vào bể ủ
- Thời gian lên men trong bể kéo dài từ 40- 50 ngày, khi quá trình ủ kết thúc rác được
, Cl
-
,
24,SOCO−−. Ngoài ra nước thải sinh hoạt còn chứa các vi khuẩn, virus, rong, rêu.
- Với những ngành sản xuất khác nhau thì trong nước thải sẽ có những loại hóa chất khác nhau.
Trong số các chất gây nhiễm bẩn nguồn nước thì Hg, Be, Cd, As, Se có độc tính rất cao. Nấm,
động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn và virus đều có mặt trong nước thải. Nước thải không xử lý có
thể chứa tới hàng triệu vi khuẩn trong một mililit, bao gồm các coliform, các Streptococcus, các
trực khuẩn kị khí sinh bào tử, nhóm Proteus và các loại khác bắt nguồn từ đường ruột của người.
- Các nguồn bổ sung vi sinh vật khác là nước ngầm, nước bề mặt và nước khí quyển cũng như các
chất thải công nghiệp. Ngoài ra, tính hiệu quả của một quá trình xử lý nước thải còn phụ thuộc vào
những sự biến đổi sinh hóa học do vi sinh vật tiến hành.
b. Vi sinh vật tham gia xử lý nước thải
- Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất
là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới. Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu
cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa
thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ
được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh
năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp.
- Dựa trên phương thức phát triển vi sinh vật được chia thành 2 nhóm:
• Các vi sinh vật dị dưỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon
để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp
• Các vi sinh vật tự dưỡng: Có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng
CO
2
làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hoá, vi
khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt, ...
- Bùn hoạt tính cũng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng 70 -
90% chất hữu cơ; 10 ÷ 30% chất vô cơ. Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích
thước 3 ÷ 150μm, có khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy (được dùng
8 Nitrobacter Nitrát hóa.
9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ các chất
hữu cơ.
10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrát.
11 Flavobacterium Phân hủy protein.
12 Nitrococus denitrificans Khử nitrát (thành N
2
).
13 Thiobaccillus denitrificans
Khử nitrát (thành N
2
).
14 Acinetobacter
15 Hyphomicrobium
16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrát.
2. Phương pháp xử lý sinh học nước thải:
a. Phương pháp xử lý sinh học kị khí:
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và vô cơ
phân tử trong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật kị khí.
- Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:
1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo.
2. Lên men các amino acid và đường.
3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols).
4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic).
5. Hình thành khí methane từ acid acetic.
6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.
- Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình
phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
• Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức
chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn
số x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị oxy hóa.
c. Màng sinh học
Quá trình vi sinh dính bám là một trong những quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học. Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ phát triển thành màng (biofilm)
dính bám hay gắn kết vào các vật liệu trơ như đá, sành, sứ, nhựa,…
Cấu tạo màng vi sinh vật:
- Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp, cả về cấu trúc vật lý lẫn vi sinh. Cấu trúc cơ bản của
màng vi sinh vật gồm :
• Vật liệu đệm (như đá, sỏi, than,…với nhiều kích cỡ khác nhau) có bề mặt rắn làm môi
trường dính bám cho vi sinh vật.
• Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm. Lớp màng vi sinh được
chia thành 2 lớp: lớp màng nền và lớp màng bề mặt.
- Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật bao gồm những đám vi sinh vật và một số vật chất khác liên kết
trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào (gelatin) do vi sinh vật ( cả protozoa và vi khuẩn)
sản sinh ra trong quá trình trao đổi chất, do quá trình tiêu hủy tế bào và do có sẵn trong nước thải.
Thành phần chủ yếu của các polymer ngoại tế bào này là polysaccharides, proteins.
- Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể chia thành 2 lớp: lớp màng
kị khí ở bên trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài. Trong màng vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi
sinh vật kị khí và hiếu khí, do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kính của khối vi
sinh vật, oxy hòa tan trong nước chỉ khuếch tán vào gần bề mặt màng và làm cho lớp màng phía
ngoài trở thành hiếu khí, còn lớp màng bên trong không tiếp xúc được với oxy trở thành lớp màng
kị khí.
Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước: đầu tiên cơ chất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặt
màng sau đó chuyển vận vào màng vi sinh theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong màng vi sinh vật
diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình trao đổi cơ chất của vi sinh vật trong màng. Đối với
những loại cơ chất ở thể rắn, dạng lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thể khuếch tán vào
màng được chúng sẽ phân hủy thành dạng có phân tử khối nhỏ hơn tại bề mặt màng sau đó mới
tiếp tục quá trình vận chuyển và tiêu thụ trong màng vi sinh giống như trên. Sản phẩm cuối cùng
của màng trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng.
3. Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các
khuẩn sắt,…
* Có 3 nhóm phương pháp xử lý nước thải:
- Các phương pháp hiếu khí: dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân hủy ra khỏi
nguồn nước. Các chất này được các vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước.
- Các phương pháp xử lý thiếu khí: được sử dụng để loại nito ra khỏi nước thải.
- Các phương pháp sử lý yếm khí: dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của
nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kị khí. Có 2 cách xử lý yếm khí:
+ lên men lactic
+ lên men metan
Xin giới thiệu một vài sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của một vài ngành công nghiệp đang
được dùng phổ biến hiện nay
a - Công nghệ dệt may
Trong công nghệ dệt may (bao gồm cả nhuộm) thì công đoạn nhuộm - in phát sinh ra nước thải
đáng chú ý nhất là nước thải có chứa nhiều loại hoá chất như thuốc nhuộm và hoá chất tẩy.
Sơ đồ khối của một hệ thống xử lý nước thải ngành dệt nhuộm thường bố trí như sau:
b- Công nghệ Giấy - bột giấy
Tại nước ta hiện áp dụng chủ yếu 3 công nghệ sản xuất giấy:
- Sản xuất bột giấy theo công nghệ sulfat sử dụng hỗn hợp NaOH và Na
2
S để tách cellulose từ
gốm tre nứa. Công nghệ này được sử dụng chủ yếu ở các cơ sở sản xuất có quy mô lớn.
-Sản xuất bột giấy theo công nghệ kiềm nóng (130-160
0
C) hay lạnh không thu hồi hoá chất. Công
nghệ này thường có ở những nhà máy đã xây dựng quá lâu đời.
-Sản xuất bột giấy bằng giấy tái sinh, chiếm tỷ lệ khoảng 15-18% sản lượng bột hiện nay. Công
nghệ này sản sinh ít chất thải hơn, nhưng quá trình tẩy mực tạo ra rất nhiều độc tố cho môi trường
nước.
Sơ đồ của một dây truyền xử lý nước thải trong công nghiệp sản xuất giấy được sử dụng khá phổ
học hiếu khí.
Mô hình hệ thống xử lý nước thải được trình bày ở hình 1:Hình 1: Mô hình hệ thống xử lý nước thải tinh bột mì
Copyright: Tài liệu đại học ©