công nghệ sinh học môi trường bài 1 trao đổi chất của vi khuẩn trong các hệ thống xử lý nước thải

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 KHÔNG KHÍ TIÊU THỤ VÀ PHÂN HỦY TIÊU THỤ VÀ XỬ LÝ BÀI 1: TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI KHUẨN TRONG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. GIỚI THIỆU 2. SỰ PHÂN HUỶ CÁC HỢP CHẤT CARBON HỮU CƠ TRONG HỆ SINH THÁI TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO 3. QUÁ TRÌNH LOẠI NITƠ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4. QUÁ TRÌNH LOẠI PHOSPHATE BẰNG BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG SINH HỌC 5. XỬ LÝ CÁC ION KIM LOẠI TỪ NƯỚC THẢI BỊ Ô NHIỄM 1.1. GIỚI THIỆU • Nước thải được định nghĩa là nước đã qua quá trình sử dụng. • Nước bị biến đổi tính chất vật lý (chẳng hạn như bị gia tăng nhiệt độ chỉ cần hạ thấp nhiệt là có thể thải bỏ an toàn vào hệ thống nước mặt) • Nếu nước bị ô nhiễm hóa chất thì cần phải xử lý bằng các biện pháp cơ học, hoá học và sinh học hay có thể kết hợp các biện pháp với nhau. 1.2. SỰ PHÂN HUỶ CÁC HỢP CHẤT CARBON HỮU CƠ TRONG HỆ SINH THÁI TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO • Thông qua các quá trình dị hoá của vi sinh vật, tảo, nấm men và vi nấm, chuyển hoá trực tiếp hoặc gián tiếp. • 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 dụng nitrate hoặc nitrite như là chất nhận điện tử cuối cùng nếu tăng trưởng trong điều kiện thiếu oxy. Khi lượng nitrate trong sinh khối được sử dụng hết hoàn toàn, thế oxi hoá khử sẽ xuống đủ thấp cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt, như các vi khuẩn sinh methane và vi khuẩn khử sulfate. - Nếu giữa các bông bùn trong hệ thống bùn hoạt tính có hình thành các vùng kỵ khí, bằng cách giới hạn nguồn cung cấp oxy, các vi khuẩn sinh methane và vi khuẩn khử sulfate có thể phát triển ở giữa bông bùn và tạo ra một lượng nhỏ methane và H 2 S tìm thấy trong dòng khí đầu ra. - Trong điều kiện kỵ khí hoàn toàn, các hợp chất carbon hoà tan bị phân huỷ từng bước thành CH 4 , CO 2 , NH 3 và H 2 S thông qua hiện tượng tương tác cộng dưỡng (syntrophic interation) của vi khuẩn lên men và sinh acetate với vi khuẩn sinh methane và vi khuẩn khử sulfate. Trong môi trường kỵ khí và không có sulfate thì methane và CO 2 là các sản phẩm chính, tuy nhiên, trong môi trường có sự hiện diện của sulfate thì sản phẩn chính là CO 2 và sulfide. [...]... 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, BOD5 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... 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 phí vận hành thấp hơn so với hệ thống. .. là các chất vi lượng thiết yếu cho sự tăng trưởng của vi khuẩn • Các chất ô nhiễm ion kim loại trong nước thải có thể được loại bỏ nhờ vi sinh vật thông qua tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên trạng thái oxi hoá khử của các ion kim loại hoặc thông qua quá trình hấp phụ sinh học các ion kim loại lên bề mặt tế bào • Một số loại vi sinh vật cũng phát triển cơ chế kháng lại các kim loại gây độc bằng cách... 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 Vi khuẩn. .. nhỏ sulfide cần thiết cho sự tăng trưởng của vi khuẩn nhưng sẽ gây độc cho vi khuẩn nếu tồn tại dưới dạng H2S 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 vi sinh vật và môi trường 1. 5 XỬ LÝ CÁC ION KIM LOẠI TỪ NƯỚC THẢI BỊ Ô NHIỄM • Hầu hết các thành phần vô cơ trong nước thải tồn tại ở dạng hoà tan hoặc ion •... lý kỵ khí có chi phí thiết kế cao hơn nhưng chi phí vận hành thấp hơn so với hệ thống xử lý hiếu khí 1. 3 QUÁ TRÌNH LOẠI NITƠ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI • Các hợp chất có chứa nitơ trong nước thải bao gồm chất hữu cơ và chất vô cơ • Cùng với phosphate, các chất này chính là nguồn chính gây nên sự phú dưỡng cho nước mặt • Quá trình loại nitơ cần phải trải qua tối đa 3 giai đoạn theo thứ tự: ammonia... 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. .. 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,... hấp phụ sinh học các ion kim loại gồm các cơ chế như trao đổi ion, tạo phức, bẫy ma trận, hấp phụ bề mặt • Sau quá trình hấp phụ sinh học hoạt loại bỏ chủ động các ion kim loại từ nước thải hoặc đất ô nhiễm, sinh khối chứa kim loại cần phải được tách biệt và đốt hoặc tái chế thông qua quá trình giải hấp hoặc tái linh động hoá các kim loại Bảng: Các kim loại đóng vai trò chất nhận điện tử trong hô... oxy của màng sinh học hoặc bông bùn), các vi khuẩn oxi hoá ammonia kỵ khí và hiếu khí là kết hợp với nhau một cách tự nhiên • Ammonia bị oxi hoá thành nitrite và đồng thời, hàm lượng oxy giảm Vi khuẩn anammox chuyển đổi nitrite và lượng ammonia còn lại thành N2 • 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 . 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. của CNSHMT CNSHMT ĐỘNG VẬT VI SINH VẬT THỰC VẬT TIÊU THỤ VÀ XỬ LÝ ĐẤT NƯỚC KHÔNG KHÍ TIÊU THỤ VÀ PHÂN HỦY TIÊU THỤ VÀ XỬ LÝ BÀI 1: TRAO ĐỔI CHẤT CỦA VI KHUẨN TRONG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC. 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 •