Bài giảng công nghệ sinh học môi trường chương 4 xử lý sinh học chất thải

CHƯƠNG Xử lý sinh học chất thải TS Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường Tài nguyên Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Giới thiệu chung ™ Chất gây ô nhiễm môi trường ng có nguồn gốc khác ™ Có thể tìm thấy môi trường ng: biển, cửa sông, hồ, đất ™ Việc loại thải chất gây ô nhiễm từ vùng ng bò ô nhiễm gọi “Sửa chữa sinh học” (Bioremediation) ™ Sửa chữa sinh học thực vi sinh vật hoạt động ng chúng ng ™ Việc sửa chữa sinh học tăng cường ng qua trình cung cấp chất dinh dưỡng cho VSV tăng cường ng quần số lượng ng vi sinh vật vùng ng cần xử lý Nguồn gốc chất thải vào môi trường Hồ â ng No ïi tra ûy t Hầm mỏ Nước mưa bề ràn ët ma Khí thải Thải từ hầm mỏ a Ch Lắng đáy Rò rỉ, chảy tràn Đập Chì rơi xuống hồ áp ân la cho Bãi Chất thải từ nhà máy Đập Thành phố Chảy tràn Bải chôn lấp hóa chất Bến đậu thuyền Bến cảng Khu xử lý bùn thải Bải chôn lấp cũ Bãi bồ lấp, chôn chất thải Bải chôn lấp chất thải nguy hại Vò trí xử lý bùn thải Giàn khoan dầu khơi Dầu tràn Vò trí có diện chất gây ô nhiễm Đại dương Bùn thải từ giàn khoan Chất gây ô nhiễm môi trường ng ™ Vô ™ Kim loại: Cd, Hg, Ag, Co, Pb, Cu, Cr, Fe ™ Chất phóng ng xạ, nitrate, nitrite, phosphate, Cyanide ™ Hữu ™ Phân hủy sinh học: nước thải, bùn thải, chất thải nông nghiệp chế biến ™ Chất thải hóa dầu: dầu, diesel, BTEX ™ Chất thải tổng ng hợp: thuốc trừ sâu, diệt cỏ, HCHC có halogen, hydrocarbon mạch ch vòng ng ™ Sinh học: mầm bệnh nh (vi khuẩn, virus) ™ Khí ™ Khí: SO2, CO2, NOx, methane ™ Các hợp chất hữu bay hơi, CFC, hạt bụi Chất thải vô ™ Kim loại hợp chất vô khác thải vào môi trường ng từ hoạt động ng khai thác mỏ, luyện kim, chế tạo pin, trồng ng trọt ™ Nhiều kim loại cần thiết cho sinh vật với nồng ng độ cao trở nên độc ™ Kim loại hấp thu tích lũy chuỗi thức ăn sinh thái với nồng ng độ cao trình phát tán sinh học ™ Kim loại bò phân hủy trình hóa học sinh học, việc xử lý kim loại phải trình tập trung (ngăn cản trình phát tán), đóng ng gói tái chế Nguồn gốc ảnh hưởng chất gây ô nhiễm Chất thải vô Nguồn gốc Ảnh nh hưởng ng Arsenic Luyện kim, thuốc trừ sâu Độc Bụi amian Sơn nhà, quét vôi Ung thư phổi Cadmium Sản xuất pin Ung thư thận Chì Sản xuất pin, acquy, xăng Mất cân ng hệ thống ng thần kinh Thủy ngân Sản xuất chlor-alkali, thuốc Mất cân ng hệ thống ng trừ sâu, diệt nấm thần kinh, chết Nitrate/Nitrite Chảy tràn bề mặt, bảo quản Ung thư, thiếu máu thòt SO2 Đốt nhiên liệu Gây bỏng ng, mưa acid Phosphate Hoạt động ng nông nghiệp Gây phú dưỡng Các bước xử lý kim loại Nước mỏ, nước thải nhà máy, nước môi trường Kim loại nước thải Hấp thu Kết tủa Tách chiết Bùn hoạt tính Phục hồi kim loại sử dụng Loại thải kim loại độc Tái sử dụng tài nguyên Ô nhiễm môi trường Chất hấp thu vô cơ, hữu sinh học Vi sinh vật sinh khối Arthrobacter Bacillus Sử dụng hiệu Tannin (thủy phân được, cô đặc) Hạt gel tannin Hấp thu sinh học ™ Các vật liệu sinh học hấp thu nhiều kim loại khác ™ Phản ứng ng tế bào vi khuẩn nồng ng độ cao kim loại trình sau: ™ Loại khỏi tế bào ™ Lấy lượng ng từ kim loại ™ Cô lập nội bào protein ™ Cô lập ngoại bào ng polysaccharide màng ng ™ Biến đổi hóa học ™ Việc sử dụng ng vật liệu sinh học để xử lý kim loại thường ng qua dạng ng: ™ Qua trình khử độc tính kim loại ™ Phục hồi kim loại có giá trò cao Cơ chế hấp thu sinh học Bên màng Hấp thu sinh học Màng Màng tế bào Bên màng Thẩm thấu Bơm Khử Protein vận chuyển Các nhóm chức Thio nein Tạo phức hợp với nhóm -SH Kết tủa (OH-, S2-) Không bào Kênh ion 10 Dòch chứa kim loại Chảy giọt Kiểm soát lưa tốc Ống dẫn Cấp dòch Chất hấp thu Bể phản ứng Thoát nước Bể chứa Dòch không chứa kim loại Mô hình phản ứng hấp thu sinh học kim loại Nấm Tảo Vi khuẩn Tảo Các bước phân giải hydrocarbon mạch vòng nấm, vi khuẩn tảo (Cerniglia, 1993) Con đường phân giải sinh học toluene (Glazer Nikaido, 1994) Các chất hữu tổng ng hợp ™ Hàng ng ngàn hợp chất hữu tổng ng hợp đưa vào môi trường ng ™ Điển hình cho loại hợp chất thuốc trừ sâu, diệt cỏ bảo vệ thực vật ™ Được đưa vào môi trường ng cách ch trực tiếp ™ Một nhóm khác có khả gây ô nhiễm nước ngầm dung môi clo hóa ™ Một loại hóa chất tổng ng hợp có độc tính cao dioxin ™ Có thời gian bán phân hủy cao Cấu trúc hóa học số chất diệt côn trùng thông dụng Thời gian bán phân hủy số chất môi trường Độc chất Thời gian bán phân hủy Mơi trường DDT 10 năm Đất TCDD năm Đất Atrazine 25 tháng Nước Benzoperylene (PAH) 14 tháng Đất Phenanthrene (PAH) 138 ngày Đất Carbofuran 45 ngày Nước Sự phân hủy sinh học chất môi trường ng Phân hủy Hữu sinh Hoạt động ng sống ng vi sinh vật Phân hủy vô sinh Loại bỏ nguyên tử clo Cắt cấu trúc mạch ch vòng ng Cắt loại bỏ chuỗi carbon Kết quả: - Khoáng ng hóa hoàn toàn hợp chất - Cung cấp lượng ng cho hoạt động ng sống ng vi sinh vật Con đường phân hủy chất hữu tổng hợp Ví dụ chuyển hóa sinh học TNT Chuyển hóa sinh học TNT đất Ví dụ chuyển hóa sinh học dioxin Công nghệ xử lý sinh học ™ Đất bò ô nhiễm xử lý sinh học ng cách ch: in-situ ex-situ Đất bò ô nhiễm Ex-situ In-situ Tại chỗ Trồng trọt Làm phân Ủ đống sinh học Làm thoáng sinh học Phun Hệ thống rễ Trồng trọt Làm phân Ủ đống sinh học Bể sinh học In-situ Ex-situ Ủ đống sinh học Bơm hút Máy tách khí/nước Xử lý làm thoáng sinh học Xử lý khí Rãnh cấp dưỡng chất Bể chứa dưỡng chất Ống phân phối khí Nước ngầm Đất bò ô nhiễm [...]... họa đối với mơi trường nước Che mất ánh sáng, ngăn cản hoạt động của động thực vật biển Phát tán nhanh và khơng cố định Tác động lâu dài, khó xử lý DẦU TRÀN Ngun nhân gây nên tràn dầu HẬU QUẢ CỦA DẦU TRÀN Xử lý dầu tràn Khoanh vùng Thu gom Xử lý dầu tràn bằng các hệ thống tự nhiên Phun các chế phẩm sinh học phân hủy dầu Xử lý sinh học đất bò ô nhiễm ™ Đất chứa một lượng ng lớn vi sinh vật có khả... thực vật ™ Được đưa vào môi trường ng một cách ch trực tiếp ™ Một nhóm khác có khả năng gây ô nhiễm nước ngầm là các dung môi clo hóa ™ Một loại hóa chất được tổng ng hợp có độc tính cao là dioxin ™ Có thời gian bán phân hủy cao Cấu trúc hóa học của một số chất diệt côn trùng thông dụng Thời gian bán phân hủy của một số chất trong môi trường Độc chất Thời gian bán phân hủy Mơi trường DDT 10 năm Đất TCDD... nh phần loài VSV thì ít hơn ™ Số phận các hợp chất hữu cơ trong môi trường ng ảnh nh hưởng ng bởi nhiều yếu tố ™ Các yếu tố này ảnh nh hưởng ng lớn đến sự phát triển và đồng ng hóa các hợp chất hữu cơ của VSV Các yếu tố ảnh nh hưởng ng đến sự phát triển của Vi sinh vật ™ Sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học được ™ Sự hiện diện của các hợp chất vô cơ có chứa nitrogen và phosphorus ™... phần loài vi sinh vật ™ Sự hiện diện của kim loại nặng ng Các yếu tố ảnh nh hưởng ng đến sự phân hủy các hợp chất ™ Sự phát triển và đồng ng hóa của vi khuẩn ™ Cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ ™ Sự có sẵn hoặc/va c/và độ hòa tan của vật chất ™ Quang hóa Các con đường ng phân hủy hợp chất hydrocarbon ™ Các hợp chất hóa dầu, PAH, BTEX được phân hủy bởi vi sinh vật đất ™ VSV dùng ng các chất này như... GIẢI SINH HỌC MỘT SỐ HP CHẤT VÒNG THƠM Nguyên tắc phản ứng ng phân hủy sinh học ™ Làm cho các hydrocarbon thành nh các chất phân cực ™ Nếu là hợp chất hydrocarbon mạch ch vòng ng thì thực hiện phản ứng ng mở vòng ng ™ Thay thế các nhóm halogen bằng ng nhóm -OH ™ Các phản ứng ng phân hủy được xúc tác bởi các enzyme đặc hiệu ™ Sản phẩm cuối cùng ng đi vào chu trình Crebs CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI SINH HỌC MỘT... ĐƯỜNG PHÂN GIẢI SINH HỌC MỘT SỐ HP CHẤT VÒNG THƠM Đồng hóa trung tâm Nấm Tảo Vi khuẩn Tảo Các bước đầu tiên trong phân giải hydrocarbon mạch vòng bởi nấm, vi khuẩn và tảo (Cerniglia, 1993) Con đường phân giải sinh học toluene (Glazer và Nikaido, 19 94) Các chất hữu cơ tổng ng hợp ™ Hàng ng ngàn hợp chất hữu cơ tổng ng hợp được đưa vào môi trường ng ™ Điển hình cho loại hợp chất này là thuốc trừ sâu, diệt... được xử lý bởi vi khuẩn lưu huỳnh nh ™ Có thể sử dụng ng xử ng mô hình bùn hoạt tính ngược dòng lý kim loại nặng ng Bể phản ứng qua lớp bùn hoạt tính kỵ khí để loại bỏ kim loại Dòch chứa kim loại Dưỡng chất Chất tạo bông H2S Loại sulphide Tách bùn Bùn hoạt tính Nước sạch Các chất vô cơ khác ™ Các chất vô cơ khác như nitrate, phosphate, sulphate, cyanide và arsenic ™ Nitrate, phosphate chủ yếu từ các công. .. rỉ từ các bể chứa thì các này đi vào môi trường ng ™ BTEX và PHA là các hợp chất độc, mặc dù không tan trong nước, dễ di chuyển và có thể gây ô nhiễm nước ngầm Bể chứa dầu bò rò rỉ Bay hơi Đá không thấm Dòng dầu Vùng chưa bảo hòa Tảng nước Chất hữu cơ hòa tan Dòng nước ngầm Sự phân bố hydrocarbon trong đất từ sự cố rò rỉ dầu (Bossert và Compeau, 1995) Xử lý sinh học dầu tràn ™ Dầu tràn không trộn lẫn... được loại thải bởi các tác nhân oxi hóa như chlorine hoặc peroxide ™ Các PP sinh học cũng đang được nghiên cứu như hấp thu sinh học cyanid bằng ng nấm mốc Fusarium lateritium Hiện tượng ng phú dưỡng (ở sông) Hiện tượng ng phú dưỡng ở biển (thủy triều đỏ) Chất thải có nguồn gốc từ dầu mỏ ™ Dầu mỏ là một phức hợp gồm các hợp chất hữu cơ ™ Thành nh phần chính trong dầu mỏ là hydrocarbon có phân tử lượng... từ các công trình xử lý nước thải, chảy tràn bề mặt qua các vùng ng nông nghiệp, công nghiệp và được pha loãng ở các con sông ™ Tuy nhiên với nông độ cao thì chúng ng sẽ gây nên hiện tượng ng phú dưỡng làm giảm chất lượng ng nước ™ Một số vi sinh vật có khả năng loại nitrate và phosphate trong đó có tảo lục ™ Một lượng ng lớn cyanide từ khai thác vàng ng Cyanide có thể được loại thải bởi các tác nhân ... trọt Làm phân Ủ đống sinh học Bể sinh học In-situ Ex-situ Ủ đống sinh học Bơm hút Máy tách khí/nước Xử lý làm thoáng sinh học Xử lý khí Rãnh cấp dưỡng chất Bể chứa dưỡng chất Ống phân phối khí... dioxin Công nghệ xử lý sinh học ™ Đất bò ô nhiễm xử lý sinh học ng cách ch: in-situ ex-situ Đất bò ô nhiễm Ex-situ In-situ Tại chỗ Trồng trọt Làm phân Ủ đống sinh học Làm thoáng sinh học Phun Hệ... hóa chất Bến đậu thuyền Bến cảng Khu xử lý bùn thải Bải chôn lấp cũ Bãi bồ lấp, chôn chất thải Bải chôn lấp chất thải nguy hại Vò trí xử lý bùn thải Giàn khoan dầu khơi Dầu tràn Vò trí có diện chất