GD HN: ST công nghệ sinh học môi trường

CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG TS. Lê Phi Nga TS. Jean-Paul Schwitzguebéls CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n Bài giảng được sử dụng cho giáo viên lên lớp n Đối tượng làcác học viên cao học chuyên ngành Công nghệ môi trường, Viện Môi trường vàTài nguyên, ĐHQG Tp HCM n Mục tiêu: Học viên cần nắm vững các khái niệm, nguyên lý của các công nghệ sinh học đã được ứng dụng, các điều kiện ảnh hưởng vàyếu tố thành công n Làmôn học tự chọn, yêu cầu học viên đã cónhững kiến thức cơ bản về: -Sinh vật học -Vi sinh vật môi trường -Sinh thái môi trường -Công nghệ môi trường ĐỐI TƯỢNG GIẢNG, MỤC TIÊU, YÊU CẦU CƠNG NGHỆ SINH HỌC MƠI TRƯỜNG Không Khí O 2 , N 2 , CO 2 H 2 O Mặt trời (Năng lượng) Thực vật Đất + Nước (Dinh dưỡng) Động vật ăn cỏ Động vật ăn thòt (sinh vật tiêu thụ) Các loài vi sinh, động vật không xương sống (sinh vật phân hủy) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Tham gia bảo vệ vàcải tạo mơi trường, giữ cân bằng sinh thái VỊ TRÍCỦA CNSH-MT TRONG SINH THÁI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Không khí Nước Đất PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất thải asia.cnet.com/ /chil dren_bronze2_sc.jpg VAI TRÒ CỦA CNSH MT CNSH Môi trường tham gia vào các quátrình xử lý nước cấp, nước thải, bùn thải , nước mặt bị ô nhiễm, đất ô nhiễm, khíô nhiễm vàcòn cóthể dùng như công cụ để điầu tra đánh giáô nhiễm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n “Công nghệ” cóthểứng dụng rộng rãi n “Sinh học”: sử dụng cơ thể sinh học, một quátrình sinh học hay một phản ứng sinh học n “Môi trường”: giải quyết những vấn đề của môi trường như điều tra ô nhiễm, cải tạo ô nhiễm, xử lý chất thải KHÁI NIỆM CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG -Nucleic acid (DNA, RNA) -Protein / enzyme -Lipids -Polysaccharides CÔNG CỤ SINH HỌC ĐƯỢC SỬ DỤNG n Vi sinh vật: trong nước, đất n Thực vật: cạn, bán ngập, ngập nước n Động vật không xương sống trong bùn và đất n Cao phân tử sinh học CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG “ Công nghệ sinh học môi trường làsựkết hợp về mặt nguyên lý của nhiều ngành khoa học vàkỹthuật để sử dụng những khả năng sinh hóa to lớn của các vi sinh vật, thực vật hay một phần cơ thể của những sinh vật này để phục hồi, bảo vệ môi trường vàsửdụng bền vững nguồn tài nguyên” EPFL/LEB (Lab for Environmental Biotechnology) ĐỊNH NGHĨA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm không khí Các chất ô nhiễm thường gặp • NOx, COx, SOx, C2F4 • Hydrocarbons • Chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) BTEXs, axit… • Kim loại nặng (Pb ) • POPs (dioxins/furans, PCBs) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm đất và nước Các chất ô nhiễm: • Hydrocarbons (BTEX, PAHs) • Hợp chất cơ Clo (PCE, TCE, PCBs) • Hợp chất vòng thơm chứa nitơ (TNT) • Hợp chất hữu cơ(MTBE) • Vô cơ (NO 3 , NH 4 ) • Kim loại nặng (Cd, Cr, Pl, Zn, Cu) [...]... thải chứa carbonhydrat, cenllulose CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) Nguyên lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Sinh lý của vi khuẩn tế bào vi khuẩn năng lượng echất cho điện tử (nguồn năng lượng) esinh tổng hợp chất nhận carbon điện... khí v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ sinh hydro v Công nghệ tạo etanol từ chất thải chứa carbonhydrat, cenllulose CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30TIẾT)- (tiếp theo) • 5 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Bioconversion) v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ sinh hydro v Công nghệ tạo... Công nghệ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG BIOREMEDIATION: CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ • Kích hoạt (Biostimualation)- thêm chất dinh dưỡng và oxy • Tăng cường (Bioaugmentation)-Thêm vi sinh vật • Theo dõi quá trình làm sạch tự nhiên (Bioattenuation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : CÁC KỸ... thuật được sử dụng công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật Bùn nhão Sàng đất hạt thô Bể trộn bùn/ rửa đất Bể- 1 Trộn Bể-2 Bể-3 Sàng hạt mịn Tạo bùn Thêm: -Nước -Dinh dưỡng -chất tạo bọt, Chất ổn định Bể phản ứng Bể tách nước Cung cấp khí công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation Đất, bùn đã xử lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM... hóa-lý -sinh nơi ô nhiễm? • Áp dụng nguyên lý : chất cho và nhận điện tử • Sử dụng quá trình hiếu khí? kị khí? Hoặc cả 2 quá trình? • Điều kiện cần thiết cho vi sinh vật phát triển? • Chọn kỹ thuật được sử dụng • Xác định điều kiện ảnh hưởng • Phương pháp theo dõi, đánh giá hiệu quả xử lý ? CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) Công nghệ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI... CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ÔXY HOÁ TRỰC TIẾP CHẤT Ô NHIỄM OH COOH COOH OH benzene O2 catechol NH3 O2 NH2OH O2 CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHỬ BIẾN ĐỔI CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐIỀU KIỆN KỊ KHÍ CH3 COOH COOH COOH H2O + 4e- NH4+ + NO2- H2O + 4e- ANAMMOX N2 + 2H2O CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHỬ HALOGEN DO VI SINH VẬTKỊ KHÍ tetrachloroethene (PCE) Cl Cl Cl Cl Desulfitobacterium strain PCE1 2[H] HCl trichloroethene... cho điện tử CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm tế bào vi khuẩn năng lượng echất cho e- sinh tổng hợp điện tử Chất ô nhiễm (nguồn năng = nguồn lượng) carbon chất nhận điện N, P, tử (oxy, nitrate, S, Fe, sulfate,carbonic) Vi lượng Chất ô nhiễm là nguồn carbon CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Biến đổi... carbonic) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế gián tiếp năng lượng e- esinh tổng hợp chất cho electron (nguồn năng lượng) carbon N, P, S, Fe, etc Chất ô nhiễm Sự biến đổi chất ô nhiễm xảy ra hoàn toàn bên ngoài tế bào vi khuẩn chất nhận electron (khí oxygen, nitrate, sulfate, khí carbonic) Chất ô nhiễm bị biến đổi CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG... dầu CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHẤT Ô NHIỄM LÀ CHẤT NHẬN ĐIỆN TỬ Quá trình khử nitrát kị khí: NO3- + 2e- + 2H+ NO2- + H2O N2 VD: Paracoccus species, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas aeruginosa, and Rhodobacter sphaeroides … Quá trình khử sulphat kị khí : Acetat+ 3H+ SO42- 2H2O+ H2S + 2CO2 VD: Desulfovibrionaceae , Desulfobacteriaceae, Desulfobulbusaceae … Cơ chế sinh lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG... Dehalobacter restrictus Desulfitobacterium strain PCE-S Desulfitobacterium strain TCE1 Desulfitobacterium strain Y51 Desulforomonas chloroethenica 2[H] HCl vinyl chloride (VC) Cl H H H 2[H] HCl ethene H H H H Dehalococoides ethenogenes CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) GHI NHỚ • Xác định chất ô nhiễm • Đánh giá khả năng bị phân hủy bằng vi sinh vật • . công cụ để điầu tra đánh giáô nhiễm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n Công nghệ cóthểứng dụng rộng rãi n Sinh học : sử dụng cơ thể sinh học, một quátrình sinh học hay một phản ứng sinh học n. xương sống (sinh vật phân hủy) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Tham gia bảo vệ vàcải tạo mơi trường, giữ cân bằng sinh thái VỊ TRÍCỦA CNSH-MT TRONG SINH THÁI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Không. SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nguyên lý XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI