Nghiên cứu xử lý nước thải ngâm tre, nứa bằng phương pháp lọc sinh học

Đó cũng chính là thông điệp gửi tới tất cảmọi ngời hãy giữ gìn và bảo vệ môi trờng sống của chúng taDựa trên thực tế ô nhiễm nớc do ngâm tre nứa tại Xã Yên Tiến, Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Đị

Nớc ta hiện nay có rất nhiều làng nghề tiểu thủ công nghiệp, với hàngtrăm mặt hàng đợc làm từ nhiều nguyên liệu khác nhau Có rất nhiều làng nghềmang đậm nét truyền thống từ lâu đời nh: tranh Đông Hồ, giấy Phong Khê, haylàng nghề sản xuất tranh tre xuất khẩu mới phát triển mạnh trong vài năm gần

đây ở Thôn Xuân Lai, Xã Xuân Lai, Huyện Gia Bình, Tỉnh Bắc Ninh… Trong Trong

số các mặt hàng thủ công mỹ nghệ chiếm lĩnh đợc thị trờng thì các sản phẩmlàm từ tre nứa có vị trí hàng đầu Đây là một trong những mặt hàng đợc achuộng ở nhiều nớc nh: Châu Âu, Nhật Bản… TrongCác vật liệu trong sản xuất hàngthủ công mỹ nghệ ở nớc ta hiện nay chủ yếu là: cói, mây, gỗ, tre, nứa… TrongTrong

đó tre, nứa là nguyên liệu sẵn có nhất ở nớc ta và đợc sử dụng nhiều trọng việctạo ra các sản phẩm Làng nghề sử dụng tre nứa làm nguyên liệu để sản xuất cácsản phẩm thủ công mỹ nghệ xuất khẩu cũng khá nhiều, song điển hình là ở XãYên Tiến, Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định Nó không những là nguyên liệu đểsản xuất hàng thủ công mỹ nghệ mà nó còn là nguyên liệu rất quan trọng trongcông nghiệp sản xuất giấy Bên cạnh những lợi ích về kinh tế và xã hội nh vậythì một vấn đề đợc coi là cấp bách hiện nay tại các làng nghề đó là ô nhiễm môitrờng, đặc biệt là môi trờng nớc bị ô nhiễm một cách trầm trọng

Nớc ở các làng nghề nói chung phần lớn bị ô nhiễm, ở đây ta xét nớc ngâmtre tại xã Yên Tiến - ý Yên, sử dụng tre nứa làm nguyên liệu đã bị ô nhiễm chủyếu do quá trình ngâm tre nứa để chuẩn bị nguyên liệu cho sản xuất hàng thủcông mỹ nghệ từ tre, nứa Nh chúng ta biết thì trong nớc ngâm tre nứa thì hàm l-ợng chất hữu cơ rất cao, đặc biệt là xenlulozo và một số hợp chất hữu cơ khóphân huỷ khác Trớc những điều kiện thực tế nh vậy, đòi hỏi các nhà chuyênmôn cũng nh các ngành có liên quan phải có một số phơng pháp phù hợp để xử

lý nguồn nớc bị ô nhiễm đó Có giải quyết đợc vấn đề này thì chúng ta mới có

một môi trờng sinh thái tơng đối ổn định, gắn việc phát triển ngành tiểu thủcông nghiệp với bảo vệ môi trờng Đó cũng chính là thông điệp gửi tới tất cảmọi ngời hãy giữ gìn và bảo vệ môi trờng sống của chúng ta

Dựa trên thực tế ô nhiễm nớc do ngâm tre nứa tại Xã Yên Tiến, Huyện ý

Yên, Tỉnh Nam Định chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu xử”Nghiên cứu xử

lý nớc thải ngâm tre, nứa bằng phơng pháp lọc sinh học ”Nghiên cứu xử với một số nộidung nh sau:

1 Phân lập các vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao

2 Nghiên cứu cố định các vi sinh vật lên trên vật liệu lọc

3 Đánh giá quá trình xử lý nớc (Động thái của qúa trình xử lý nớc

ngâm tre nứa)

Đề tài này đợc thực hiện tại Phòng Công nghệ lên men-Viện Công nghệsinh học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

trong vùng tam giác kinh

tế phía Bắc Hình 1: Bản đồ Xã Yên Tiến, Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định

Nhờ có vị trí là cửa ngõ giữa Miền Bắc và Miền Trung cho nên Nam Định

đã trở thành một trong những tỉnh giàu tiềm năng kinh tế và ngày càng khẳng

định đợc vị trí của mình

Một trong những huyện góp phần to lớn vào sự phát triển đó không thểkhông nhắc tới huyện ý Yên Huyện nằm giáp thị xã Ninh Bình, ba mặt (phíabắc, tây, nam) giáp sông Đáy, một nhánh của sông Hồng, phía Đông giáp huyện

Vụ Bản Huyện có thị trấn Lâm, và có 11 xã, ý Yên nằm ở phía Bắc

Huyện ý Yên có quốc lộ 10 và đờng sắt - bắc nam chạy qua địa phận, tạo

điều thuận lợi trong việc đi lại, cũng nh vận chuyển nguyên vật liệu, tiêu thụ sảnphẩm và việc xuất khẩu của các cơ sở sản xuất của huyện Đây là một điều kiện

có ý nghĩa quan trọng cho sự phát triển của nền kinh tế địa phơng

Nhờ có những thuận lợi đó mà ở đây có nhiều ngành thủ công mỹ nghệ ra

đời và phát triển mạnh Trong đó có hai nghề nổi bật và mang lại hiệu quả kinh

tế nhất ở Nam Định là đúc đồng và hàng thủ công mỹ nghệ làm từ tre nứa Nói đến làng quê từng có sản phẩm sơn mài nổi tiếng nhất Miền Bắc nớc taphải kể đến làng quê sơn mài Cát Đằng (Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định) Mộtlàng nghề có bề dày lịch sử lâu đời Ngời ta nói rằng, các đồ sơn mài vẫn dùng

để trang trí nội, ngoại thất trong các lăng tẩm, các cung đình xa Huế, Đà Nẵng,

Hà Nội chủ yếu do bàn tay tài hoa của các nghệ nhân làng Cát Đằng làm ra [11]

1 1 2 Điều kiện kinh tế – xã hội và môi tr xã hội

Nh chúng ta biết thì trứơc kia Nam Định là một tỉnh thuần nông, ngời dânsống chủ yếu nhờ vào cây lúa, thu nhập thấp, đời sống của ngời nông dân rất vấtvả Nhng vài năm trở lại đây, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của các làng nghềnên đời sống của ngời dân nơi đây đợc nâng cao rất nhiều, thu nhập bình quântheo đầu ngời là ở từ 300.000-700.000 đồng Đối với ngời nông dân thì mức thunhập nh vậy là khá cao so với các vùng thuần nông khác rất nhiều Chỉ tínhriêng năm 2004, xã Yên Tiến là một trong những xã có mức thu nhập bình quân(GDP) tăng trởng 86% Có không ít gia đình trong xã đã trở thành tỷ phú nhờnghề này Đời sống kinh tế - xã hội ở đây khá cao, các hoạt động xã hội đợcquan tâm đúng mức, đầu t cho giáo dục, y tế, cơ sở hạ tầng nâng lên rõ rệt

Có rất nhiều cơ sở sản xuất đã trở thành các công ty t nhân, công tyTNHH, công ty cổ phần… Trong Sự ra đời của các công ty đã tạo ra một hệ thống sảnxuất có quy mô và tập trung, không còn sự sản xuất nhỏ lẻ, manh mún nh trớckia Các cơ sở đó đã thu gom sản phẩm của các hộ gia đình cho nên việc xuấtkhẩu đợc thuận lợi hơn Sự phát triển của các ngành thủ công mỹ nghệ nơi đây,ngoài việc tạo công ăn việc làm cho ngời dân nơi đây những lúc nông nhàn màcòn tạo việc làm cho rất nhiều lao động ở các tỉnh xung quanh nh: Hải Dơng,

Hà Nam, Thái Bình… Trong

Huyện ý Yên có 11 xã, trong đó Yên Tiến là một trong những xã có dân sốcũng nh diện tích lớn nhất huyện Dân số của xã hơn 10000 ngời dân Đâychính là nguồn nhân lực chủ yếu và dồi dào cho các làng nghề Trong đó có đếnhơn 90% dân số tham gia vào sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ từ tre, nứa Cácsản phẩm làm từ tre nứa ở đây cũng khá đa dạng về chủng loại và mẫu mã Bêncạnh sự phát triển của hàng thủ công mỹ nghệ từ tre, nứa thì ở xã Yên Tiến còn

có các hộ gia đình, các doanh nghiệp vừa và nhỏ sản xuất hàng thủ công mỹnghệ làm từ gỗ chủ yếu là đồ thờ Đây cũng là một nghề đem lại lợi ích của ng-

ời dân nơi đây, cũng nh của các doanh nghiệp sản xuất

Hiện nay Nam Định đã và đang từng bớc đạt đợc những thành tựu bớc đầu

do công nghiệp, dịch vụ đem lại thì sự quan tâm đầu t, khôi phục và phát triểncác làng nghề cũng đóng góp một phần quan trọng và to lớn cho sự phát triểnnền kinh tế của huyện ý Yên nói riêng và tỉnh Nam Định nói chung Trong đó

điển hình là sự phát triển của các làng nghề ở xã Yên Tiến, Huyện ý Yên

Khi đánh giá tình hình phát triển kinh tế – xã hội và môi tr xã hội của tỉnh Nam Định 5năm qua, sản xuất công nghịêp – xã hội và môi tr tiểu thủ công nghiệp đợc ghi nhận là ngành

có mức tăng trởng cao so với nhịp độ bình quân 20 4% năm Trong đó công

nghiệp địa phơng đạt tăng trởng bình quân 23 4% Đến nay Nam Định có 87làng nghề với gần 31 500 hộ, gần 82 300 lao động làm nghề tiểu thủ côngnghiệp, giá trị sản xuất tăng gấp 3 lần so với năm 2000 [11]

1 1 3 Điều kiện môi trờng

Quá trình sản xuất của làng nghề hiện nay ở Yên Tiến hiện nay phát triển rấtmạnh mẽ nhng chủ yếu là riêng lẻ, không có quy hoạch tổng thể nào cả XãYên Tiến có các làng nghề nh: sản xuất cơ khí, mạ, vật liệu xây dựng, mây tre

đan, chế biến lơng thực thực phẩm mà quá trình điều tra cho thấy nồng độ cácchất ô nhiễm trong nớc thải, khí thải, bụi, tiếng ồn đều vợt quá nhiều lần tiêuchuẩn cho phép [12]

Với điều kiện tự nhiên của địa phơng nh có nhiều sông ngòi, kênh rạch, mơngnhỏ chạy quanh làng, đã tạo cho ngời dân nơi đây những địa điểm làm nơingâm tre nứa rất thuận lợi Trung bình mỗi ngày xã có khoảng 150 – xã hội và môi tr 200 tấntre nứa tơi đợc đem ngâm phục vụ cho việc sản xuất của địa phơng[13] Vì vậy

mà nguồn nớc ở đây đã và đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các chất hữu cơ do quátrình ngâm tre không đạt tiêu chuẩn về ao ngâm tre nứa gây nên Tại các nơingâm tre nứa thì nớc đều có màu đen, sủi bọt mạnh, nổi váng trắng trên bề mặt

ao hồ, kênh rạch đều có mùi thối đặc trng Nớc ngâm này nếu đổ ra ngoài đểphục vụ cho nông nghiệp thì sẽ làm hỏng lúa, hoa màu, thực vật nuôi trồng, làmmất cân bằng sinh thái Mùi thối từ các ao hồ ngâm tre nứa này thì ảnh hởng tớisức khỏe của ngời dân xung quanh, đặc biệt là nhữnng ngày nắng nóng

Ngoài những nguyên nhân nh trên thì đa số các cơ sở sản xuất, kinh doanhcác mặt hàng thủ công mỹ nghệ ở đây có hệ thống máy móc còn cũ kỹ, lạc hậucha đáp ứng đợc yêu cầu về đảm bảo an toàn cho ngời lao động và gây ảnh h-ởng rõ rệt tới môi trờng xung quanh và sức khoẻ con ngời nh: tiếng ồn của các

động cơ khi hoạt động có thể gây điếc tai, bụi từ các máy bào, máy đánhbóng… Trong đã tạo ra một hàm lợng bụi tơng đối lớn có kích thớc rất nhỏ đã ảnh h-ởng trực tiếp đến ngời làm việc đã tiếp xúc trong một thời gian khá dài Vì vậynhững ngời này dễ bị mắc các chứng bệnh về đờng hô hấp Đặc biệt là tại một

số cơ sở đúc đồng, sản xuất cơ khí, mạ… Trongđã gây ô nhiễm nặng nề cho môi trờng

do hàm lợng kim loại nặng thải ra quá nhiều gây ô nhiễm môi trờng, ảnh hởngnghiêm trọng tới hoạt động sản xuất nông nghiệp và ảnh hởng tới sức khoẻ củacon ngời

Hầu hết các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể ngời hay động thực vật,chúng gây tác động không có lợi cho sự sống và phát triển bình thờng Với hàm

lợng cao chúng có thể gây độc cấp tính và rất dễ đến tử vong nếu không đợc cứuchữa kịp thời và tích cực Một số tính chất đặc biệt nguy hiểm của một số kimloại nặng là có khả năng tích luỹ sinh học cao và có tác động di truyền tới cácthế hệ sau nh: chì, thuỷ ngân, cacdimi, asen… Trong Những chất này gây ra nhiềubệnh hiểm nghèo đặc biệt là ung th.[2]

Do tình trạng ô nhiễm môi trờng tại địa phơng đã trở thành một vấn đề bứcxúc, và cấp bách đáng quan tâm và cần có biện pháp xử lý phù hợp Cho nênhuyện ý Yên đã đợc tỉnh Nam Định đồng ý cho quy hoạch và xây dựng các aongâm tập trung và hỗ trợ xử lý nớc thải ngâm tre, ná bằng phơng pháp sinh họcnhằm giảm thiểu tác hại tới môi trờng và cải thiện môi trờng sống cho ngời dânnơi đây

1.2 Nớc ngâm tre nứa

1 2 1 Thành phần của tre, nứa

Thành phần của tre, nứa có chứa khá nhiều các hợp chất hữu cơ, trong đóthành phần chính gồm: hidrat cacbon nh:xenluloza, hemixenlulozo, lignin.Ngoài ra còn có một số thành phần khác nh: tanin, sáp, các muối vô cơ… Trong

1 2 1 1 Xenluloza

Xenluloza là hợp chất cacbon chiếm tỷ lệ trọng lớn nhất (50%) trong tổng

số hydratcacbon tự nhiên và thành phần hữu cơ của rác, trong giấy gỗ thân cây,cành cây, lá cây, rơm rạ, sợi đay, vải bông, v v

Về cấu trúc hoá học xenluloza là một polime mạch thẳng do các β - D – xã hội và môi trglucopyranoza liên kết với nhau bằng liên kết 1, 4- glucozit [1]

Xenluloza có cấu tạo sợi, các xenluloza thiên nhiên thờng chứa khoảng

10-12 nghìn gốc glucopyranoza Các sợi này liên kết lại thành từng bó nhỏ, gọi làmicrofibrin Nó có cấu trúc không đồng đều: có phần đặc và những phần xốp Xenluloza có cấu trúc rất bền vững Không tan trong nớc, không bị tiêuhoá trong đờng tiêu hoá của ngời và động vật Trong dạ dày của động vật nhailại và trong đất có nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải đợc xenluloza

1 2 1 2 Hemixenluloza

Trong thành phần của hemixenluloza có nhiều loại đờng khác nhau, phân

tử của hemixenluloza nhỏ hơn rất nhiều Thờng chúng chỉ có khoảng 150 gốc ờng

đ-1 2 đ-1 3 Lignin

Lignin là hợp chất cao phân tử đợc cấu thành từ ba loại ancol chủ yếu:

trans – xã hội và môi tr p - cumarylic, trans – xã hội và môi tr conferylic, và trans - xynapylic Tuỳ từng loại

sinh vật, lignin có tỷ lệ thành phần này khác nhau Trong lignin các đơn phânnày liên kết với nhau bằng các liên kết C – xã hội và môi tr C và C – xã hội và môi tr O Trong đó các kiểuliên kết aryl – xã hội và môi tr glyxerol, aryl – xã hội và môi tr aryl hoặc diaryl – xã hội và môi tr ete là phổ biến

Lignin của cây gỗ là 80% conyferylic, 14% cuarylic và 6% conyfelic.Trong thực vật lignin thờng tập trung ở các mô gỗ, có vai trò nh chất liên kếtcác tế bào do đó làm tăng độ bền cơ học, tăng khả năng chống thấm, ngăn chặn

đợc các chất độc, các vi sinh vật gây bệnh cũng nh các tác dụng khác từ bênngoài Lignin không hoà tan trong nớc, trong dung môi hữu cơ thông thờngcũng nh các axit đậm đặc Chỉ có tác dụng của kiềm natri bisunfit và axitsunfuro thì lignin mới bị phân huỷ từng phần chuyển vào dung dịch

Lignin rất bền với tác dụng của các enzim do đó lignin đợc tạo trong câynhng không tham gia vào quá trình trao đổi chất

Lignin bị phân huỷ nhanh chủ yếu do các loại nấm Việc lựa chọn cácchủng có khả năng phân huỷ lignin tơng đối khó khăn

Pectin là loại chất vô định hình Có trọng lợng phân tử cao, không tan đợctrong phần lớn các chất hữu cơ nhng tan đợc trong amoniac, kiềm, canxicacbonat, etylendiamin và trong glyxerin nóng

Ngoài các hydratcacbon cao phân tử ra thì còn có các loại đờng: đờng đôi

nh sacaroza, maltoza và các loại đờng đơn nh glucoza, fructoza… TrongVi sinh vật dễdàng hấp thụ đợc các loại đờng và chuyển hoá các chuỗi phản ứng hóa học nhờvào quá trình phân giải này chất dinh dỡng nuôi cơ thể sống của vi sinh vật

1 2 1 7 Lipit

Lipit (các este phức tạp của glyxerin và axit béo và các chất sáp có nhiềutrong cơ thể sinh vật So với các chất khác thì lipit thuỷ phân chậm hơn Nhiều

vi sinh vật có khả năng phân giải lipit vì chúng tổng hợp lipaza

Trong tre, nứa lợng lipit gần nh không có

1 2 2 Mục đích và bản chất của quá trình ngâm tre nứa

Từ xa xa nhân dân ta đã biết ngâm tre nứa trong các ao hồ để làm nhà vàtạo ra các sản phẩm từ tre nứa để phục vụ cho đời sống của họ Thời gian ngâmmột mẻ thờng là 3-4 tháng sau đó vớt lên phơi thật khô mới sử dụng Quá trìnhngâm tre nứa này có vai trò rất lớn, nó quyết định trực tiếp tới chất lợng của sảnphẩm

Mục đích chính của việc ngâm tre nứa là loại bỏ các chất không mongmuốn có trong thành phần của tre nứa và muốn giữ lại thành phần xenluloza

Đây là yếu tố giúp cho tre nứa có độ dẻo dai, màu trắng do lợng lignin bị loại

bỏ, và tránh mối mọt trong quá trình sử dụng

Trong quá trình ngâm tre, nứa dới tác dụng của nớc đã xảy ra hiện tợng utrơng, làm các chất dinh dỡng hoà tan nh protein, pectin, tinh bột và các chấthoà tan khác có trong thành phần tre, nứa đã khuếch tán vào trong môi trờng n-

ớc ngâm Nếu nh ngâm với khối lợng tre, nứa lớn và liên tục trong một thời gian

dài với các chất hoà tan này ở nồng độ cao có trong môi trờng nớc ngâm đã gâynên sự ô nhiễm Nguyên nhân chính của sự ô nhiễm là do quá trình phân huỷcác chất hoà tan khi khuếch tán vào trong nớc dới tác dụng của quá trình tựphân và dới tác dụng phân huỷ của hệ vi sinh vật Khi nồng độ các chất cao đãhạn chế sự khuếch tán oxi không khí vào trong nớc do vậy quá trình phân huỷdiễn ra trong điều kiện yếm khí sẽ tạo ra nhiều loại khí gây ra mùi rất khó chịu,

ảnh hởng rất nhiều đến sinh hoạt của ngời dân Quá trình phân huỷ chất dinh ỡng có trong nớc ngâm tre, nứa sẽ có sự tham gia của các nhóm vi sinh vật sau:

d-vi sinh vật phân huỷ lignin, phân huỷ pectin, phân huỷ protein, phân huỷ tinhbột… Trong

1.3 Các loại vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ

1.3.1 Vi sinh vật phân huỷ lignin

Các vi sinh vật khác nhau phân huỷ lignin với mức độ khác nhau Trong sốcác vi sinh vật, nấm làm mục gỗ phân huỷ lignin mạnh nhất, đặc biệt là nấmmùn trắng Nấm mùn trắng chủ yếu phá huỷ gỗ lá rộng, song một phần gỗ lákim cũng bị tấn công Đa số nấm mùn trắng phá huỷ gỗ bằng cách đồng thờitấn công lên các cấu tử của gỗ nh : lignin, hemixenluloza, xenluloza nhng cũng

có những loài đặc hiệu phân huỷ lignin

Nhiều loài vi khuẩn gram âm thuộc giống Pseudomonas, Xanthomontas,Acinetobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter và Erwinia có khảnăng phân huỷ lignin Song phần lớn hiểu biết hiện nay đều dựa trên các côngtrình nghiên cứu về các giống Xanthomonas và Pseudomonas Hình nh lignincao phân tử chỉ phân huỷ khi khối lợng phân tử nhỏ hơn 1000 Da

Bảng 1.2 Nấm mùn nâu, nấm mùn mềm và vi khuẩn phân huỷ lignin

Microbispora sp

Nocardia sp

Streptomyces badiusStreptomyces cyaneusStreptomyces setoniiStreptomyces viridosporusThermomonospora mesophileNấm mùn mềm

Chaetomium globosum

Vi khuẩn khácAcinetobacter sp

1 3 2 Vi sinh vật phân giải xenluloza [7]

Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷxenluloza nhờ hệ enzym xenluloza ngoại bào Trong đó vi nấm là nhóm có khảnăng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trờng một lợng lớn enzym có đầy đủ cácthành phần Nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza, đáng chú ý làTricoderma Ngoài nhóm vi nấm ra thì còn có rất nhiều giống khác có khả năngphân giải xenluloza nh: Aspergillus, Fusarium, Mucor… TrongNhóm vi khuẩn hiếukhí bao gồm Clostridium và là nhóm vi khuẩn trong dạ cỏ của động vật nhai lại.Chính nhờ nhóm vi khuẩn này mà trâu bò có thể xenluloza trong rơm rạ làmthức ăn Đó là những cầu khuẩn thuộc chi Riminococcus có khả năng phân huỷxenluloza thành đờng và các axit hữu cơ

1 3 3 Vi sinh vật phân giải protein

Dới tác dụng của các vi sinh vật hoại sinh, protein đợc phân giải thành các axitamin Các axit amin này lại đợc một số nhóm vi sinh vật phân giải thành NH3hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amin hoá Quá trình này gọi là sự khoáng hóachất hữu cơ vì qua đó, nitơ hữu cơ đợc chuyển thành dạng nitơ khoáng DạngNH4+ sẽ đợc chuyển hoá thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitorat hoá Nhóm vi khuẩn nitorat hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas,Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại dị dỡng bắtbuộc

1 3 4 Vi sinh vật phân giải tinh bột

Có nhiều loại vi khuẩn có khả năng phân huỷ tinh bột Một số vi sinh vật

có khả năng tiết ra các loại enzym trong hệ enzym amylaza Ví dụ nh một số vinấm bao gồm một số loại trong các chi Aspergillus, Fusarium… TrongXạ khuẩn cũng

có một số chỉ có khả năng phân huỷ tinh bột Đa số các vi sinh vật đều không

có khả năng tiết ra một hoặc vài men trong hệ đó, chúng chỉ có khả năng tiết ramôi trờng

1.3.5 Vi sinh vật phân huỷ pectin

Những vi khuẩn có khả năng gây bệnh ở thực vật chính là do chúng sinh raenzym làm tan các chất pectin (trong đó có nấm Botrytis cinerea, Fuariumoxysporum, F.lycopersici) Nấm erwinia carotorava gây thối cà rốt có thể phá

vỡ mô ở hàng loạt thực vật, nh ở xà lách, cà rốt, rau cần tây… Trong, số lợng vi sinhvật trong đất có khả năng phân huỷ pectin là vô cùng lớn (tới 105 tế bào trong 1gam đất Vi khuẩn có khả năng này thuộc loài vi khuẩn sinh bào tử nh Bacillusmacerans và B.polymyxa

Vi sinh vật phân huỷ pectin đóng vai trò quan trọng trong chế biến đay gai.Mục đích của quá trình là tách những bó sợi xenluloza ra khỏi các tổ chức thựcvật còn lại Trong xử lý hiếu khí thì nấm đóng vai trò chủ yếu, còn ở điều kiệnngâm kị khí chủ yếu là vi khuẩn Trong số vi khuẩn ngời ta chú ý nhiều làClostridium pectinovorum và C.felsineum (vi khuẩn tạo thành axit butyric) Các vi sinh vật đề cập tới trên đây đều có khả năng sinh ra enzympectinaza Chế phẩm enzym này dùng trong công nghệ nớc quả thờng dùng làmôi trờng nuôi cấy nấm mốc có chứa chất pectin làm cơ chất cảm ứng Sau khinuôi cấy (theo phơng pháp bề mặt) ngời ta đem sấy môi trờng và thu đợc chếphẩm thô hoặc đem chiết rút để làm sạch enzym với nhiều mức độ tinh khiếtkhác nhau Các vùng trông đay trong vụ thu hoạch thờng ngâm đay để thu sợi.Nớc ngâm đay có mầu sẫm và rất nặng mùi, gây ô nhiễm nặng môi trờng

Trong tự nhiên các chất pectin bị vi sinh vật phân huỷ cùng các hợp chấtthành phần của thực vật (xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin) sẽ tạo thànhmùn

2 2 Thông số cơ bản đánh giá nớc bị ô nhiễm

Để đánh giá chất lợng nứơc cũng nh mức độ ô nhiễm của nớc nói chung thì

có rất nhiều các thông số Tuy nhiên, mỗi loại nứơc với thành phần các chất cótrong đó mà ta chọn những thông số thích hợp nhất rồi so sánh với TCCP vềthành phần hoá học và sinh học đối với từng loại nớc sử dụng cho các mục đíchkhác nhau Với đề tài này thì các thông số cơ bản để đánh giá chất lợng nớcngâm tre nứa là: pH, độ đục, các chất rắn lơ lửng, oxy hòa tan… TrongĐặc biệt hai chỉ

số BOD và COD có ý nghĩa rất quan trọng Chỉ số sinh học mà chúng ta cần lutâm là chỉ số vệ sinh

Màu sắc

Nớc có thể có màu, đặc biệt là nớc thải thờng có màu nâu đen, đỏ hoặc đỏnâu (th phẩm) Màu sắc của nớc là do các chất bẩn trong nớc gây nên Màu sắc

của nớc ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm khi sử dụng nớc có màu trong sảnxuất

Màu của nớc là do:

+ Các chất hữu cơ và phần chết của thực vật gọi là màu thực vật, màu nàyrất khó xử lý đợc bằng phơng pháp đơn giản Ví dụ rong tảo làm nứơc có màuxanh

+ Các chất vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, màu này có thể xử lý (tàiliệu)

Có nhiều phơng pháp xác định mầu của nớc, nhng thờng dùng ở đây là

ph-ơng pháp so mầu với các dung dịch chuẩn là Chlophantinat coban Cuờng độmàu của nứơc xác định theo phơng pháp so màu khi lọc bỏ các chất vẩn đục Mùi của nớc

Nớc tự nhiên sạch không mùi, nứơc thải và nớc ô nhiễm thờng có mùi khóchìu từ nhẹ đến hôi thối

Có thể xác định mùi của nớc theo phơng pháp đơn giản sau: mẫu nớc chứatrong bình có nắp đậy kín, lắc trong khỏ 10 – xã hội và môi tr 20 giây, sau đó mở nắp, ngửimùi và đánh giá: không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng

Độ pH

pH là logarit âm của nồng độ đã cân bằng ion H+, pH=-log[H+] Là mộttrong những chỉ tiêu xác định đối với nớc cấp và nứơc thải, chỉ số này cho biếtcần phải trung hoà hay không và tính lợng hóa chất cần thiết trong quá trình xử

lý đông tụ, khử khuẩn… Trong

Sự thay đổi pH làm thay đổi quá trình hoà tan hoặc đông tụ, làm tăng, giảmtốc độ của phản ứng xảy ra trong nứơc

Oxy hoà tan trong nớc DO(Dissoled oxygen)

Lợng oxy hoà tan trong nớc là rất thấp Độ bão hoà của oxy trong nớc sạch

ở 0oC là khoảng 14-15 mg/l, thông thờng nớc ít bão hoà oxy mà chỉ có 70-80%

so với mức bão hoà Đôi khi do sự quang hợp của thực vật làm cho lơng oxytăng lên rất nhiều

Các hệ sinh thái dới nứơc trừ ban ngày có quá trình quang hợp xảy ramạnh, còn nói chung DO là nhân tố hạn chế và đôi khi gây nên hiện t ợng thiếuoxy làm chết các sinh vật dới nớc

Trị số DO cho biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nứơc, ví dụ có nhiều chấthữu cơ thì DO giảm Bình thờng DO là 14-16%, nếu thấp hơn giá trị này thì nớc

bị ô nhiễm

Oxy hoà tan trong nớc rất cần cho sinh vật hiếu khí Mức oxy hoà tan trongnớc sạch và nớc thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt độngcủa giới thuỷ sinh, các hoạt động hoá sinh và xuất hiện hiện tợng thiếu oxy trầmtrọng (T Phẩm)

Nhu cầu oxy sinh hóa-BOD (Biochemical Oxygen Demand)

BOD là nhu cầu oxy sinh hoá hay nhu cầu oxy sinh học, là lợng oxy cầnthiết để oxy hoá các chất hữu cơ dễ phân huỷ có trong nớc bằng VSV (chủ yếu

là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí

Quá trình này đợc tóm tắt nh sau:

Chất hữu cơ +O2 CO2 +H2O

Qúa trình này đòi hỏi thời gian dài vì phải phụ thuộc vào bản chất của cácchất hữu cơ, vào chủng loại VSV, nhiệt độ nguồn nớc cũng nh một số chất có

độc tính ở trong nớc

Chỉ tiêu BOD là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để xác định mức

ô nhiễm của nứơc Nó chỉ biểu thị lợng chất hữu cơ có thể bị phân huỷ bởi VSV.Trong thực tế ngời ta không thể xác định lợng oxy cần thiết để VSV oxyhoá hoàn toàn chất hữu cơ có trong nớc, mà chỉ cần xác định lợng oxy cần thiếtkhi ủ ở nhiệt độ 20oC trong 5 ngày ở phòng tối để tránh quá trình quang hợp,khi đó có khoảng 70 - 80% nhu cầu oxy đợc sử dụng và kết quả đợc biểu thị làBOD5 (5 ngày ủ)

Nhu cầu oxy hóa học-COD (Chemical Oxygen Demand)

COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hoá toàn bộ chất hữu cơ và các chấtkhử có trong nứơc thành CO2 và H2O

Để xác định COD ngời ta thờng sử dụng một chất oxy hoá mạnh trong môitrờng axit, chất thờng đợc dùng là K2Cr2O7 Khi đó xảy ra phản ứng:

Chất rắn ở trong nứơc gồm có:

Tổng chất rắn (TS) đợc xác định bằng trọng lợng khô phần còn lại sau khicho bay hơi 1L nớc trên bếp các thuỷ rồi sấy khô ở 1030 cho đến khi trọng lợngkhông đổi Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/l)

Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS) Hàm lợng các chất huyền phù làtrọng lợng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh

Chất rắn hoà tan (DS) Hàm lợng chất chất rắn hoà tan chính là hiệu số củatổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – xã hội và môi tr SS Đơn vị tính bằng g hoặn mg Chất rắn bay hơi (VS) Hàm lợng chất rắn bay hơi là trọng lợng mất đi khinung lợng chất rắn huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian xác định.Thời gian này phụ thuộc vào loại mẫu nớc (nớc cống, nứơc thải hoặc bùn) Đơn

vị tính là mg/l hoặc phần trăm(%) của SS hay TS

Chất rắn có thể lắng Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1Lmẫu nớc đã lắng xuống đáy phễu sau một khoảng thời gian (thờng là một giờ) Chỉ số vệ sinh (E coli)

Nớc là một phơng tiện lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnhlây lan qua môi trờng nớc là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong, nhất

là ở các nớc đang phát triển Các tác nhân gây bệnh thờng đợc bài tiết ra trongphân của ngời bệnh, bao gồm các nhóm chính sau: các vi khuẩn, vi rút, động vật

đơn bào, giun kí sinh

Chất lợng về mặt vi sinh của nớc thờng đợc biểu thị bằng nồng độ của vikhuẩn không gây bệnh và nguyên tắc đó là nhóm trực khuẩn (colifom) Thông

số đợc sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số E coli

2 3 Các giải pháp công nghệ xử lý nớc thải [1]

Có nhiều biện pháp xử lý nớc thải: xử lý hoá học, xử lý cơ - lý – xã hội và môi tr hóa, vàkết hợp các biện pháp sinh học và cơ - lý - hoá Biện pháp sau cùng có nhiều uviệt và hiệu quả khá cao, nớc có thể tái sử dụng cho các mục đích khác nhau, kểcả nứơc sinh hoạt, và trong thực tế thì các quy trình công nghệ xử lý đều kết hợpcác biện pháp với nhau, kể cả việc xử lý trong tự nhiên, nh lắng lọc kết hợp vớichứa nớc ở ao hồ thoáng khí hoặc kỵ khí

Trong các phơng pháp trên thì phơng pháp xử lý sinh học đợc sử dụngnhiều với hiệu quả cao, đặc biệt là đối với nớc thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ bịphân huỷ, nhng không mang hiệu quả đối với nớc thải công nghiệp có chứa cácchất vô cơ độc hại (kim loại nặng, axit, kiềm) hoặc các chất hữu cơ bền vững(các clobenzen, phenol… Trong) và ít hiệu quả đối với một số loại vi khuẩn gây bệnh

Trong các trờng hợp này phải kết hợp phơng pháp xử lý sinh học với các phơngpháp xử lý cơ - lý – xã hội và môi tr hoá.

Nh vậy, từ thực tế cho ta thấy nớc ngâm tre, nứa chứa hàm lợng chất hữucơ có khả năng đợc phân huỷ nhờ hệ vi sinh vật có trong nớc là rất cao Cho nên

để xử lý nớc thải do ngâm tre, nứa sử dụng phơng pháp xử lý sinh học là thíchhợp nhất

2 3 1 Phơng pháp cơ - lý – xã hội và môi tr hoá học

Có năm phơng pháp cơ - lý- hoá học thờng đợc dùng trong xử lý nớc thảilà:

- Phơng pháp lắng và keo tụ: loại bỏ các chất rắn và các chất lơ lửng

đợc tăng lên Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trìnhoxy hoá sinh hoá [6],[8]

Nớc thải có thể xử lý bằng phơng pháp sinh học sẽ đợc đặc trng bởi chỉ tiêuCOD hoăc BOD Để có thể xử lý bằng phơng pháp này, nớc thải cần khôngchứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúngkhông đợc vợt qúa nồng độ cực đại cho phép, đồng thời thoả mãn: BOD/COD 0.5

2.4.1 Nguyên lý chung của quá trình xử lý

Để thực hiện quá trình oxy sinh hóa, các chất hữu cơ hoà tan, cả các chấtkeo và phân tán nhỏ trong nớc thải cần đợc di chuyển vào bên trong tế bào của

vi sinh vật Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nớc thải hay nói đúnghơn là việc thu hồi các chất bẩn từ nớc thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chấtbẩn đó là một quá trình bao gồm ba giai đoạn:

Di chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật dokhuếch tán đối lu và phân tử;

Di chuyển chất từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sựchênh lệch nồng độ các chất trong và ngoài tế bào;

Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinhnăng lợng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng l-ợng

Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyểnhoá các chất đóng vai trò chính trong qúa trình xử lý nớc thải

Các hợp chất hoá học trải qua nhiều phản ứng chuyển hoá khác nhau trongnguyên sinh chất của tế bào

- Phơng pháp yếm khí là phơng pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí.Phơng trình tổng quát của quá trình Oxy hóa sinh hoá ở điều kiện hiếu khí:

H NH O H 2

3 y xCO O

4

3 3

z 4

y x

CO NO H C O

là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào

Lợng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nớc thải Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá không đủ chất dinh dỡng, quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liệu tế bào (tự oxy hoá):

2.5 Các phơng pháp xử lý nớc ngâm tre nứa

Do nớc ngâm tre, nứa có hàm lợng chất hữu cơ cao, dễ phân huỷ việc xử

lý bằng các biện pháp sinh học sẽ đem lại hiệu cao, không gây tác hại dến môitrờng và chất lợng tre, nứa sau khi ngâm Có thể sử dụng theo các cách sau.2.5.1 Xử lý trong các bể aeroten [8]

Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trởng ở trạng thái huyềnphù Quá trình làm sạch trong bể aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp của nớc thải và bùn hoạt tính đợc sục khí Việc sục khí ở đây nhằm

đảm bảo các yêu cầu của quá trình; làm nớc đợc bão hoà oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng

- Tốc độ sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tỷ số giữa lợng chất dinh dỡng và số vi sinh vật (F/M);

- Nhiệt độ;

- Tốc độ sinh trởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật;

- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;

- Lợng các chất cấu tạo tế bào;

- Hàm lợng oxy hoà tan;

Phân loại bể aeroten: Có nhiều cách phân loại các aeroten:

- Dựa vào chế độ thuỷ động lực ta có: aeroten đẩy; aeroten khuấy trộn, aerotentrung gian;

- Theo phơng pháp tái sinh bùn hoạt tính ngời ta chia thành: loại có tái sinh tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng;

- Theo tải lợng bùn ngời ta chia thành: loại tải cao trọng, tải trọng trung bình

và tải trọng thấp;

- Theo số bậc ta có: một bậc, hai bậc, nhiều bậc;

- Theo chiều dẫn nớc thải vào ta có xuôi chiều và ngợc chiều… Trong

2.5.2 Lọc sinh học

1 Vật liệu lọc

Hiện nay, ngời ta sử dụng khá nhiều vật liệu lọc khác nhau để xử lý nớcthải, khí thải bằng phơng pháp lọc sinh học Các vật liệu hay dùng là đá, sỏi,nhựa, … TrongVới mỗi loại vật liệu thì lại thích hợp cho từng loại nớc thải hay khíthải Đó cũng là một trong những nhân tố quyết định tới lại hiệu suất xử lý.Chính vì vậy mà khâu lựa chọn vật liệu lọc là rất quan trọng trong quá trình xử

lý

Vật liệu lọc để xử lý nớc ngâm tre, nứa trong khoá luận này đợc lựa chọn làsỏi nhẹ.

Sỏi nhẹ keramzit [16]

Sỏi nhẹ keramzit là vật liệu xây dựng nhân tạo đợc sản xuất từ các loạikhoáng sét dễ chảy bằng phơng pháp nung phồng nhanh Chúng có cấu tạo tổong với lỗ rỗng nhỏ và kín Xơng và vỏ của sỏi keramzit rất vững chắc

Sỏi nhẹ keramzit sản xuất theo quy trình công nghệ và thiết bị hiện đại cóchất lợng cao, đáp ứng tốt các yêu cầu cho một số hạng mục xây dựng trongnhững công trình nhà cao tầng, hoặc nhà trên nền đất yếu Vật liệu karamzit đợc

sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng của thế giới

Bên cạnh những tác dụng của sỏi nhẹ nh trên thì nó còn là vật liệu lọctrong quá trình xử lý nớc thải bằng lọc sinh học rất tốt

Thông số kỹ thuật cơ bản của sỏi keramzit

- Mật độ khối lợng/thể tích (kg/m3) Nhẹ hơn rất nhiều so với đá để làm bêtông Ngời ta chia ra thành các mác căn cứ theo mật độ khối lợng/thể tích.Dới đây là một số mác thông dụng:

Tuy nhiên, gọi nh vậy không thật chính xác vì đây thực chất là một quá trìnhchiết sinh học hơn là một quá trình lọc Với sự phát triển của vật liệu làm môitrờng lọc, các vật liệu tổng hợp thay thế cho vật liệu lọc bằng đá thì thuật ngữtháp sinh học đợc dùng rộng rãi hơn và tháp thờng cao tới 6m chứ không phải là1,8m nh bể lọc với vật liệu là đá.

Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp đợc nạp vào

hệ thống cùng với nớc thải Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hailớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài Do đó quá trình lọcsinh học thờng đợc xem là quá trình hiếu khí nhng thực chất là hệ thống vi sinhvật hiếu – xã hội và môi tr yếm khí

Hiếu khí Yếm DO Không khí khí

Môi trờng sản phẩm Dòng nớc thải

lọc cuối

Lớp sinh hoc Màng chất lỏng

Hình 2: Các quá trình trong bể lọc sinh học

Khi dòng nớc thải chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ đợc visinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO2) sẽ đợc thải raqua màng chất lỏng Oxy hoà tan đợc bổ sung bằng hấp thụ từ không khí

Theo chiều sâu từ mặt xuống đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong nớcthải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn.Thờng BOD đợc chiết ra chủ yếu ở 1,8m phần trên của lớp đệm Phần sinh khốicủa vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nứơc ra ngoài bể lọc

Nớc thải đợc phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinhhọc, phủ trên các đệm Quá trình oxy hoá xảy ra nh cơ chế nói trên Sinh khối visinh vật tách ra khỏi nớc trong thiết bị lắng thứ cấp

Lọc sinh học đợc ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơphân huỷ sinh học trong nớc thải và có thể đạt chất lợng dòng ra với nồng độBOD tới 15 mg/l

3 Ưu và khuyết điểm của lọc sinh học

Ưu điểm

- u điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hoá chất;

- Thiết kế linh động cho nên dễ thích nghi với mọi loại hình công nghiệp

và diện tích của xí nghiệp;

- Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chấthữu cơ bay hơi và các chất độc hại Hiệu suất xử lý hơn 90% đối với cáckhí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm;

- Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau

có thể áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý

Khuyết điểm

- Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý đựơc các chất ô nhiễm có khảnăng hấp phụ tốt và tốc độ phân huỷ sinh học chậm, ví dụ nh các hợpchất hữu cơ bay hơi có chứa clor

- Các nguồn có nồng độ hoá chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lớn

để lắp đặt hệ thống lọc sinh học

- Thời gian để vi sinh vật thích nghi với môi trờng và tạo màng sinh học(biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là các chấthữu cơ bay hơi

Chơng 2: vật liệu và phơng pháp nghiên cứu

2.1.Đối tợng nghiên cứu

 Vật liệu lọc là sỏi nhẹ sử dụng trong phơng pháp lọc sinh học