Nghiên ứu hế tạo hế phẩm sinh họ sử dụng trong xử lý nướ hồ ô nhiễm hất thải sinh hoạt

Bộ Giáo dục Đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hµ néi - LuËn văn Thạc sĩ Khoa học Nghiên cứu chế tạo chế phÈm sinh häc sư dơng xư lý n­íc hå ô nhiễm chất thải sinh hoạt Ngành: Công nghệ Sinh häc M· sè: Ngun ThÞ Thanh Ng­êi h­íng dÉn khoa học: TS Trần Liên Hà Hà nội, 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131584031000000 Môc lôc Trang Trang Më ®Çu CH­¬ng I Tỉng quan tµi liƯu 1.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước mặt giới 1.1.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước mặt 1.1.2 Tình trạng ô nhiễm nước mặt giới 1.1.3 Tình trạng ô nhiễm nước mặt Việt nam 10 1.1.4.2 Hiện trạng mức độ ô nhiễm nước hồ Hà nội 15 1.2 17 Phương pháp xử lý nước hồ bị ô nhiễm lựa chọn phương pháp xử lý17 1.2.1 Phương pháp vật lý 17 1.2.1.1 Phương pháp sử dụng tia cực tím 17 1.2.1.2 Phương pháp lọc 18 1.2.2 Phương pháp hoá lý 18 1.2.3 Phương pháp sinh học 19 1.3.2.1 Xö lý n­íc hå b»ng thùc vËt tr«i nỉi 19 1.3.2.2 Xư lý n­íc hå b»ng ®éng vËt thủ sinh 20 1.3.2.3 Xư lý n­íc hå b»ng vi sinh vËt 20 1.2.4 L­a chọn phương pháp xử lý 22 1.3 Các trình sinh học tù nhiªn 22 1.3.1 Quá trình chuyển hoá cacbon 22 1.3.2 Quá trình chuyển hoá nitơ theo đường thông thường 23 1.3.2.1 Quá trình amôn hoá 23 1.3.2.2 Quá trình nitrat hoá (Oxy hoá amôn) 24 1.3.2.3 Quá trình phản nitrat 25 1.3.3 Oxy hoá amôn điều kiện thiếu khí (Anammox) 27 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng trình xử lý 30 1.4.1 ¶nh hưởng đến trình nitrat hoá 30 1.4.1.1 ảnh hưởng nhiệt độ đến trình nitrat hoá 30 1.4.1.2 ¶nh h­ëng cña pH 32 1.4.1.3 ảnh hưởng nồng độ oxy hoà tan (DO) 33 1.4.1.4.ảnh hưởng chất kìm hÃm 34 I.4.1.5 ảnh hưởng của chất sản phẩm tạo thành 34 1.4.2 ảnh hưởng đến trình phản nitrat hoá 35 1.4.2.1 ¶nh h­ëng cđa pH 35 1.4.2.2 ¶nh h­ëng cđa nång ®é DO 35 1.4.2.3 ảnh hưởng nhiệt độ 36 1.4.2.4 ¶nh hưởng nguồn cacbon nguồn điện tử 36 1.5 ChÕ phÈm vi sinh xư lý n­íc hå 38 1.4.1 T×nh h×nh sư dơng chÕ phÈm vi sinh xư lý nước hồ 38 Chương Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu 42 2.1.Nguyên liệu 42 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 42 2.1.2 Ho¸ chÊt 42 2.1.3.ThiÕt bÞ 42 2.1.4 M«i tr­êng nu«i cÊy vi sinh vËt 43 2.1.4.1 Môi trường phân lập vi khuẩn khử nitrat 43 2.1.4.2 Môi trường phân lập vi khuẩn nitrat hoá 43 2.1.4.3 Môi trường lên men vi khuẩn nitrit hoá: 43 2.1.4.4 Môi trường xác định khả thuỷ phân tinh bột: 43 2.1.4.5 Môi trường xác định khả sử dụng citrat: 43 2.1.4.6 Môi trường xác định khả sử dụng đường: 44 2.2 Phương pháp nghiên cøu 44 2.2.1.Phương pháp phân lập vi khuẩn khử nitrat 44 2.2.2 Phương pháp phân lập vi khuÈn nitrat ho¸ 44 2.2.3 Phương pháp bảo quản 45 2.2.4.Phương pháp thử hoạt tính catalaza 45 2.2.5 Các phương pháp quan sát hình thái tế bào 45 2.2.6 Phương pháp xác định đường cong sinh tr­ëng 46 2.2.7 Ph­¬ng pháp xác định khả sử dụng citrat vi khuẩn 46 2.2.8 Phương pháp xác định khả sử dụng đường 46 2.2.9 Xác định khả thuỷ phân tinh bột 47 2.2.10 Xác định khả thuỷ phân gelatin 47 2.2.11 Phương pháp phân lo¹i vi khn khư nitrat 47 2.2.12 Phương pháp tạo chế phẩm 47 2.2.13 Xác định số lượng vi sinh vËt chÕ phÈm 48 2.2.14 Xác định hàm lượng NO - 48 2.2.15 Xác định hàm l­ỵng NO - 49 2.2.16 Xác định hàm lượng NH + 50 2.2.17 Xác định nồng độ oxy hoà tan (DO) 50 2.2.18 Xác đinh nhu cầu oxy ho¸ häc(COD) 50 2.2.19 Xác định nhu cầu oxi sinh học (BOD) 52 2.2.20 Xác định hàm ẩm 53 2.2.21 Kiểm tra khả xử lý nước thải vi sinh vật 53 Chương Kết thảo luận 54 3.1 Phân lập vi khuẩn khử nitrat thành nitơ phân tử 54 3.1.1 Đặc tính sinh hóa chủng khử nitrat thành nitơ 55 3.1.1.1 Đặc điểm hình thái 55 3.1.1.2 Đặc điểm nu«i cÊy 57 3.1.1.3 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa 57 3.1.2 Phân loại vi khuẩn khử nitrat thành nitơ đà phân lập 58 3.1.3 Khả khử nitrat chủng 59 3.1.4 C¸c yÕu tố ảnh hưởng đến trình lên men 60 3.1.4.1 ảnh hưởng nhiệt độ 60 3.1.4.2 ¶nh h­ëng pH đến môi trường nuôi cấy 62 3.1.4.3 ảnh hưởng hàm lượng NaCl 64 3.1.4.4 ¶nh h­ëng cđa nång ®é nitrat 67 3.1.4.5 ảnh hưởng nồng độ glucoza 69 3.2 Ph©n lËp vi khuÈn nitrat ho¸ 71 3.2.1.1 Đặc điểm hình thái chñng S3 72 3.2.1.3 Đặc điểm hình thái chủng S5 73 3.2.1.6 Đặc điểm hình thái chñng S6 73 3.2.2 Kết xác định khả nitrit hoá chủng 74 3.2.3 Định tên chủng nitrit ho¸ 75 3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chủng nitrit hoá 76 3.2.4.1.ảnh hưởng nhiệt độ 76 3.3 ChÕ tạo chế phẩm sinh học thử nghiệm xử lý n­íc hå 78 3.3.1 ChÕ t¹o chÕ phÈm sinh häc 78 3.3.2 Kiểm tra khả xử lý nước thải chủng 79 3.3.2.1 Sự biến động nhu cầu oxi hoá học 79 3.3.2.2 Sự biến động nhu cầu oxi sinh häc 80 3.3.2.3 Sù biÕn ®éng nång ®é amon 81 3.3.2.4 Sù biÕn ®éng nång ®é nitrat 82 3.3.2.5 Sù biÕn ®éng nång ®é nitrit 83 KÕt luËn 84 Tµi liƯu tham kh¶o 86 Mở đầu Trong thập kỷ gần đây, với phát triển không cân đối kế hoạch kinh tế công nghiệp nước ta, tình hình môi trường gia tăng đến mức báo động Do đặc thù công nghiệp phát triển, chưa có quy hoạch tổng thể nhiều nguyên nhân khác như: ®iỊu kiƯn kinh tÕ cđa nhiỊu xÝ nghiƯp cßn khã khăn, chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên chất thải nhà máy không xử lý mà đổ thẳng môi trường Mặc khác nước ta nước đông dân, có mật độ dân cư cao trình độ nhận thức người môi trường thấp nên lượng chất thải sinh hoạt thải môi trường ngày nhiều Điều dẫn tới tình trạng ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng, ảnh hưởng đến phát triển toàn diện đất nước, sức khoẻ, đời sống nhân dân vẻ mỹ quan khu vực Ô nhiễm môi trường nước thực trạng đáng lo ngại S ụ nhim môi trường nước tác động xấu đến phát triển kinh tế - xã hội như: cung cấp nước sinh hoạt, nước tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản, du lịch sông nước, Hàng ngày hệ thống sông, hồ, kênh rạch nước ta phải tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải rắn, đe dọa nghiêm trọng đến nguồn nước, ảnh hưởng đến cảnh quan hoạt động phát triển kinh tế- xã hội đa dạng phức tạp Hệ thống sông hồ Thủ đô Hà Nội có vị trí lịch sử - văn hóa quan trọng đồng thời chúng giữ vai trò điều hòa ngun nc Hin hệ thống sông hồ Hà Nội tình trạng bị nhiễm trầm trọng Hàng ngày chúng phải tiếp nhận khoảng 450.000m3 nước thải sinh hoạt; khoảng 260.000m3 nước thải từ sở sản xuất, dịch vụ chưa xử lý, với tải lượng ô nhiễm lớn Hệ thống sông, hồ Hà Nội khơng cịn khả tự làm rơi vào tình trạng bị nhiễm chất hữu Để trả lại cho nguồn nước, việc cần xử lý sơ nguồn nước thải từ nhà máy trước đổ mơi trường cịn phải cân hệ sinh thái sơng hồ Trong tăng cường hệ vi sinh vật có lợi cho nguồn nước biện pháp sinh học để giảm thiểu ô nhiễm cân hệ sinh thái Việc sử dụng biện pháp sinh học để giảm thiểu ô nhiễm thực chất thúc đẩy hoạt động sống vi sinh vật vốn có tự nhiên Phương pháp sinh học không làm thay đổi đặc tính mơi trường, mặc khác giảm chi phí áp dụng điều kiện kinh tế phát triển chưa cao Nh»m mục đích góp phần bảo vệ môi trường nước, em chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo chế phẩm sinh häc sư dơng xư lý n­íc hå « nhiƠm chất thải sinh hoạt. Nội dung nghiên cứu: - Phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả xử lý hợp chất chứa nitơ nitrat, nitrit, amon, - Tìm hiểu đặc điểm sinh học, phân loại chủng vi sinh vật đà tuyển chọn - Tối ưu hoá điều kiện lên men thu sinh khèi - ChÕ t¹o chÕ phÈm sinh häc sư dụng xử lý nước - Thử nghiệm khả xử lý nước thải quy mô phòng thí nghiệm CHương I Tổng quan tài liệu 1.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước mặt giới 1.1.1 Tài nguyên nước ô nhiễm nước mỈt Nước nguồn tài ngun đặc biệt vơ quý giá, gắn liền với phát triển văn minh lồi người Khơng có nước khơng có sống Nước tham gia vào hầu hế trình sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng sinh hoạt người Nước bao bọc 3/4 bề mặt trái đất với thể tích khoảng 1,4 tỷ Nước có vai trị to lớn đời sống người, 2/3 thành phần thể cấu tạo từ nước Nước tham gia vào phản ứng sinh học trình trao đổi chất tế bào Sự sống người bị đe dọa 15% lượng nước Con người sử dụng nước cách trực tiếp hay gián tiếp cho nhu cầu Có vai trị to lớn vậy, song nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng sử dụng bừa bãi chất thải xả vào Khi nước thải có hàm lượng lớn chất hữu đổ vào hồ làm cho hợp chất phospho nitơ tăng lên, dẫn đến sinh sôi nảy nở nhanh chóng loại tảo gây tượng phú dưỡng Tảo sinh sản nhanh chết, xác tảo bị phân huỷ làm hàm lượng oxy hòa tan giảm xuống Từ dẫn đến hợp chất hữu bị phân hủy chậm khơng hồn tồn, khí CH , H S NH hình thành ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật Ngun nhân gây nhiễm nước nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp giao thông vân tải đường thủy xả vào không qua xử lý dẫn đến thay đổi tính chất vật lý, hóa học quần xã sinh vật nước Khi nguồn thải hữu lớn, vượt khả tự làm nước sơng hồ xảy q trình lên men kỵ khí, tạo sản phẩm trung gian SO , H S, CH , làm nước bị ô nhiễm thứ cấp Một số hợp chất hóa học nước có hàm lượng vượt tiêu chuẩn làm cho nước bị ô nhiễm gây độc hại cho người thủy sinh vật Ví dụ, hàm lượng nitrat nước uống cao gây bệnh Methahemoglobin huyết học trẻ em (chứng xanh xao trẻ sơ sinh), lượng nitrit cao gây bênh ung thư dày Nước thải công nghiệp chưa xử lý đổ sông, hồ gây ô nhiễm kim loại nặng Pb, Cu, Hg, Cd, Cr, As Các kim loại nặng gây cản trở hay làm ngưng trệ trình tự làm thủy vực Chúng tích tụ lồi tơm cua cá, ốc, trai qua chuỗi dinh dưỡng xâm nhập vào thể gây bệnh hiểm nghèo Các muối kim loại nặng gây ô nhiễm đất, tiếp tục vào mô thực vật cuối vào thực phẩm gây tác hại cho người sử dng 1.1.2 Tình trạng ô nhiễm nước mặt giíi Việc sử dụng mức sai mục đích nguồn nước làm cho hệ sinh thái sơng ngịi bị đe dọa Hơn nửa dịng sơng lớn giới bị nhiễm nghiêm trọng cạn kiệt sử dụng thiếu ý thức Cụ thể số 500 dịng sơng giới có tới 250 sơng bị nhiễm cạn kiệt Mỗi ngày, khoảng triệu chất bẩn thải vào nguồn nước Khoảng 40% lượng nước Hoa kỳ bị ô nhiễm chất hữu cơ, kim loại hóa chất dùng nơng nghiệp Ở châu Âu, có số 55 sơng đánh giá có nước xanh, có hệ sinh thái 14 sơng lớn trì hệ sinh thái khỏe mạnh Trong châu Á, tất dòng sông chảy qua thành phố bị ô nhiễm trầm trọng Hai hệ thống sông lớn giới Amazon Saharan cịn trì hệ sinh thái đa dạng, nguyên nhân không chảy qua trung tâm công nghiệp khu dân cư Trong hệ thống sông Nin, khoảng 10% nước sông Nin đổ vào Địa Trung Hải Và lượng nhỏ bị ô nhiễm nặng chất thải dùng công nghiệp nơng nghiệp Kết lồi cá Delta bị biến Cách 30 năm sông Nin có 47 lồi cá Delta đến chi cịn lại 17 loài Những loài khác bị tuyệt chủng có nguy bị tiêu diệt Hiện nay, 40% lưu lượng sông giới bị ô nhiễm nghiêm trọng Đầm lầy phận khơng thể thiếu gia đình hệ sinh thái nước mặt Tuy nhiên nửa số đầm lầy giới biến Đầm lầy nơi cư trú nhiều loài động thực vật nên đầm lầy biến bị nhiễm bẩn với đa dạng sinh học vùng đầm lầy Ở Hoa Kỳ có tới 22 bang bị 50% số đầm lầy có từ trước năm 1990, đó, số bang Illinois, Iowa, Missouri, Ohio California 90% số đầm lầy Ở châu Âu, số quốc gia Pháp Đức, 80% đầm lầy bị biến vài thập kỷ trở lại Nguyên nhân biến đầm lầy pháp triển công nghiệp mở rộng khu cơng nghiệp, chí cịn hoạt động sản xuất nơng nghiệp người gây Các chất thải xả vào đầm lầy với lượng lớn vượt khả tự làm tích tụ đần dần làm cho hồ bị nơng dần, kết bị lấp hồn tồn Cũng tình trạng tương tự đầm lầy, nửa số hồ lớn giới biến Ngun nhân nhiễm, mở rộng sản xuất người Phần lại bị ô nhiễm cách nghiêm trọng Ở Trung Quốc hàng trăm hồ bị ô nhiễm đến mức mà 70% lượng nước tất hồ bị nhiễm hóa chất cơng nghiệp khơng thể xử lý Ở hồ Victoria, từ độ sâu 30m