Đề tài xử lí phospho trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp sinh học

Trang 1

MỞ ĐẦU

Trong quá trình nghiên cứu đề tài “Xử lí phospho trong nước thải chăn nuôi

heo bằng phương pháp sinh học” Em đã tham khảo một số tài liệu trong và ngoài nước và nhận thấy rằng:

Khi nước thải chứa các hợp chất hữu cơ cacbon, nitơ, phospho với nồng độ

cao, sau khi sử lí sinh học bình thường giảm được 98 - 100% lượng BOD và 30 — 40% lượng nitơ và khoảng 30% lượng phospho còn lại là 60% nitơ và 70% lượng phospho đi ra khỏi công trình xử lí Nếu hàm lượng N > 30 (mg/l), P > 6 (mg/l), xảy ra hiện tượng phú dưỡng Nghĩa là N, P tạo nguồn thức ăn cho rong rêu, tảo

và vi sinh vật trong nước phát triển, làm bẩn trở lại nguồn nước,vì các thành phần

(nhiệt độ, ánh sáng, khí cacbonic, nitơ, phospho là một loạt các nguyên tố vi

lượng) Vì vậy việc khử phospho đến dưới nông độ cho phép trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là rất cần thiết

Trong các công trình xử lý nước thải, các vi sinh vật hiếu khí và ky khí đóng một vai trò quan trọng trong việc chọn công nghệ và thiết bị xử lý Theo quan điểm từ trước đến nay, chúng phải được cho vào hai môi trường khác nhau ở

hai điểu kiện khác nhau trong hai thiết bị phản ứng khác nhau để thực hện tốt vai

trò của mình

Mãi đến những năm gần đây, các nhà công nghệ sinh học đã “ghép đôi”

thành công hai loại vi khuẩn hiếu khí, ky khí và điểu này là một bước đột phá

quan trọng có ý nghĩa rất lớn đến sự phát triển của ngành công nghệ sinh học nói chung và kỹ thuật môi trường nói riêng Khi cùng sống chung trong một môi trường như vậy, người ta nhận thấy rằng thức ăn yêu thích của chúng là nước thải

GVHD : ThS.Lé Céng Nhat Phương 1

Trang 2

giàu ammonium Đây là một dữ liệu rất tốt để phát triển một kỹ thuật mới cho

việc xử lý nước thải giàu ammonium tiết kiệm và hiệu quả hơn

Cho đến nay, các nhà vi sinh vat hoc van nghi ring Anammox ky khi và vi khuan Nitrosomonas hiéu khi khéng thé s6ng chung trong m6t thiét bi phan tng Nhưng ở nông độ oxy rất thấp và một lượng N-NH; dư thì hai loại này có thể sống

chung được Khám phá này cửa nhà vi sinh vật học DELFT được gọi là Canon

(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite) có nghĩa là quá trình loại bổ hoàn toàn nitơ tự dưỡng có sự tham gia của nitrit Nhung song song theo

đó thì lượng phospho cũng giảm một lượng rất đáng kể Chính vì vậy mà em quyết định thiết kế một mô hình xử lí phospho trong nước thải chăn nuôi heo theo

Trang 3

Chương 1:

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Đặc điểm chất thải chăn nuôi heo

Chất thải chăn nuôi là nguồn ô nhiễm quan trọng đối với môi trường sống của người và gia súc, vì ngoài các thành phần gây ô nhiễm trong chất thải thì khi các hợp chất hữu cơ trong chất thải được phân giải tạo những khí bốc mùi khó chịu, tụ tập ruồi nhặng đến làm mất vệ sinh môi trường, đặc biệt khi có gia súc mắc bệnh thì đây là nguồn lan truyền dịch bệnh và giun sán nguy hiểm cho người

và gia súc

Chất thải chăn nuôi được đặc trưng về khối lượng và thành phần, hiểu biết về đặc tính chất thải giúp ta xác định hệ thống xử lý thích hợp và hiệu quả

1.1.1 Khối lượng chất thải chăn nuôi heo

Khối lượng chất thải trong chăn nuôi rất lớn Theo (Joehr, 1970) sản phẩm

Trang 4

Khối lượng chất thải chăn nuôi thải ra tùy thuộc vào giống, tuổi, khẩu phần

thức ăn (nhiễu xơ hay tỉnh bột) và thể trọng Riêng với heo, lượng phân và nước

tiểu tăng theo thể trọng Nếu tính trung bình trên thể trọng cơ thể thì ước tính lượng phân mỗi ngày là:

Bảng 2: Lượng phân các loại gia súc, gia cầm thải ra mỗi ngày

tính trên phần trăm tỉ trọng (Lochr, 1984) Loại gia súc Heo Bò sữa Bò thịt Gà Lượng phân mỗi ngày 6-8 7-8 5_8 5 (% ti trong)

Ngoài phân và nước tiểu gia súc, thì khối lượng chất thải cũng tăng lên do sự đóng góp đáng kể từ nước rửa chuồng, tắm gia súc, thức ăn thừa Vì vậy, với khối lượng chất thải lớn như trên nếu được sử dụng hợp lý, xử lý hiệu quả thì sẽ mang lại giá trị kinh tế cao, nhưng ngược lại không thể kiểm soát thì đây là nguồn ô nhiễm môi trường đáng quan tâm

1.1.2 Các thành phần của chất thải chăn nuôi heo

Chất thải chăn nuôi bao gồm phân và nước tiểu gia súc, nước vệ sinh chuồng

trại, nước tắm rửa gia súc, các nguyên liệu chăn nuôi dư thừa (thức ăn thừa, thức

ăn mất phẩm chất)

1.1.2.1 Thành phần của phân

Phân là chất liệu từ trong khẩu phần thức ăn mà cơ thể gia súc không sử

Trang 5

- Là những dưỡng chất khơng tiêu hố được hoặc những dưỡng chất thoát

khỏi sự tiêu hóa vi sinh hay các men tiêu hóa (chất xơ, protein không tiêu hóa

được, ) Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như P;O;, K;O, phần lớn xuất hiện trong phân

- Các thức ăn bổ sung: thuốc kích thích tăng trưởng (thường chứa đồng, kẽm), các kháng sinh hay men

- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa ( trypsin, pepsin, )

- Các mô tróc ra từ niêm mạc ống tiêu hóa và chất nhờn thì theo phân

- Vật chất dính vào thức ăn ( bụi, tro )

- Các loại vi sinh bị nhiễm trong thức ăn hay trong ruột được tống ra ngoài

+ Thành phần phân gia súc phụ thuộc:

* Chế độ dinh dưỡng của gia súc: nếu có sự thay đổi hàm lượng các thành phần muối khoáng như protein, carbonhydrate, natri, canxi, magie, các muối phospho, và thức ăn bổ sung (đồng, kẽm, kháng sinh, men) trong các khẩu phần

sẽ làm thay đổi nồng độ những nguyên tố này và thay đổi khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong phân (Trương Thanh Cảnh, 1998)

* Chủng loại: do khả năng tiêu hoá khác nhau

* Giai đoạn tăng trưởng: gia súc trong thời kỳ tăng trưởng thì nhu cầu sử

dụng dưỡng chất càng nhiều thì phân sẽ ít dưỡng chất và ngược lại

Trang 6

Bảng 3: Thành phần hoá học của phân heo từ 70 — 100 kg

(Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên, 1997-1998) Đặc tính Đơn vị Giá trị Vật chất khô g/kg 213 - 342 NH,-N g/kg 0,66 - 0,76 Nang g/kg 7,99 — 9,32 Tro g/kg 32,5 - 03,3 Chất xơ g/kg 151-261 Carbonates g/kg 0,23 — 2,11 Các acid béo mạch ngắn g/kg 3,83 - 4,47 pH 6.47 - 6.95

Thành phần của phân heo chủ yếu là nước (56 - §3%) và các chất hữu cơ,

ngoài ra còn có các chất dinh dưỡng N, P, K dưới dạng các hợp chất hữu cơ và vô cơ Phân heo nói chung được xếp vào phân lỏng hoặc hơi lỏng (TS = 8 -12% khối

lượng phân) Ngoài ra trong phân heo còn chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký sinh trùng Trong đó có vi trùng thuộc họ Emerobacferiacea chiếm đa số các giống điển hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella

Kết quả nghiên cứu của Chang,!968 va Mosley & Koff, 1970 cho thay nhiéu loai

virus gây bệnh được đào thải qua phân và sống sót với thời gian từ 5-15 ngày

trong phân và đất, đáng lưu ý nhất là virus gây bệnh viêm gan Rheovirus,

Adenovir

Theo các nghiên cứu của Œ.V Xoxibaroy, 1994 và R Alexandrenus cùng

Trang 7

chủ yếu gồm các loại sau 39 - 83% Ascaris suum, 60 - 68.7% là

Oesophagostomum, 47 - 58.3% 1a Trichocephalus

Tóm lại, mỗi loại mâm bệnh có một hóa trị sinh thái riêng, điểu kiện thuận lợi cho mỗi loại tổn tại phát triển và gây hại phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên

như lượng mưa, nhiệt độ, ánh sáng, kết cấu độ ẩm của đất phân và môi trường

xung quanh

1.1.2.2 Thành phần nước tiểu

Thành phân nước tiểu gia súc chủ yếu là nước chiếm trên 90% tổng khối lượng nước tiểu, một lượng lớn nitơ (phần lớn dưới dạng urê) và phospho Đặc

biệt, urê trong nước dễ phân hủy trong điều kiện có oxy Do đó, khi động vật bài tiết ra ngoài chúng dễ dàng phân hủy tạo thành ammoniac gây mùi hôi, nhưng

nếu dùng để bón cho cây trồng thì đây là nguồn phân bón giàu nitơ, phospho và

kali

Bảng 4: Thành phần hóa học của nước tiểu heo có trọng lượng từ 70-100 kg (Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên, 1997-1998) Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Ph 6,77 - 8,19 Vật chất khô g/kg 30,9 - 35,9 NH," g/kg 0,13 - 0,4 Nướng g/kg 4,90 - 6,63 Tro g/kg 8,5 — 16,3 Uré g/kg 123 - 196 Carbonate g/kg 0,11 — 0,19

1.1.2.3 Thành phần nước thải chăn nuôi

Nước tiểu, nước rửa chuồng và nước tắm gia súc tạo nên khối lượng nước

thải rất lớn Nước thải chăn nuôi chứa chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, nitơ, phospho

Trang 8

và các thành phần khác, đặc biệt là các vi sinh vật gây bệnh Trong thành phần

đóng góp vào nước thải chăn nuôi, có thể nói đến nước phân chuồng, là nước từ các đống phân chuồng chảy ra, phần lớn là nước tiểu gia súc có hòa lẫn nhiều

chất hòa tan của phân đặc và có chứa thêm một lượng nước rửa chuồng, nên nước

phân chuồng khá giàu chất đinh dưỡng dễ tiêu và có giá trị lớn về mặt phân bón Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào lượng thức ăn rơi

vãi, mức độ thu gom phân, phương thức thu gom chất thải trong chuồng hay lượng nước sử dụng khi vệ sinh chuồng trại hoặc tắm rửa gia súc

Bảng 5: Tính chất nước thải chăn nuôi heo (Trương Thanh Cảnh và cộng tác viên, 1997-1998) Chỉ tiêu Đơn vị Nong độ Độ màu Pt— Co 350 - 870 Độ đục mg/l 420 - 550 BOD; mg/l 3500 — 8900 COD mg/l 5000 — 12000 SS mg/l 680 — 1200 Paine mg/l 36-72 Nông mg/l 220 - 460 Dầu mỡ mg/l 5-58 Nước thải có độ ẩm tir 95 - 98.5%, trong phan thành phân chất hữu cơ chiếm 70 - 80% gồm Cellulose, Protide, Acid amin, chất béo, carbonhydrate và

các dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết là các chất hữu cơ

dé phân hủy Chất vô cơ chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, urê, muối clorua,

SO,7 các hợp chất hóa học trong phân và nước thải dễ dàng bị phân hủy

Trang 9

nghiên cứu của Nanxera, vi tring gây bệnh đóng dấu Erysipelothrix insidiosa có thể tổn tại 92 ngay, Brucella 74 - 108 ngay, Salmonella 6 - 7 thang, Leptospira 5 - 6 thang, Virus 16 mém léng mong trong nuéc thai 100 - 120 ngay Cac loai vi tring nha bào như Bacillus antharacis có thể tổn tại hơn 10 năm, Bacillus tetani 3 - 4

nam

Trứng giun sán với các loại điển hinh nhu Fasciola hepatica, Fasciola gigantica, Fasciola buski, Ascaris suum, Oesophagostomum sp, Trichocephalus

deniafus có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 28 ngày và tổn tại 5 -

6 tháng

Nghiên cứu của Bonde, 1967 cho thấy đa số các vi sinh vật gây bệnh không thể phát triển lâu dài trong nước thải, số lượng của chúng giảm nhanh trong

những ngày đầu sau đó chậm dân Các loại vi trùng tổn tại lâu trong nước ở vùng

nhiét ddi 14 Salmonella typhi va Salmonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio

comma gay bénh dich ta, nhiéu loai vi sinh vật có thể tổn tại và phát triển trong các loài nhuyễn thể do đó tạo nguy cơ gây bệnh do tập tục ăn sống sò, ốc

1.1.2 Ơ nhiễm mơi trường do chất thải chăn nuôi heo

Chất thải chăn nuôi heo với hàm lượng các chất ô nhiễm cao như: các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, chất dinh dưỡng giàu nitơ, phospho, các chất

khoáng, kèm theo còn có các vi sinh vật mang mầm bệnh, lượng chất thải này không được xử lý hợp lý sẽ gây tác động mạnh mẽ đến cả ba thành phần môi trường đó là môi trường nước, môi trường không khí, môi trường đất Từ đó, sẽ

gây ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của người dân sống trong khu vực chăn nuôi,

công nhân viên của trại và gia súc

Trang 10

1.1.2.1 Ô nhiễm môi trường đất

Chất thải chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các chất dinh dưỡng giàu nitơ, phospho Đây là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng, nhưng khi bón trực tiếp vào đất quá mức cho phép, cây trồng không hấp thụ hết,

chúng sẽ tích tụ lại làm bão hòa hay quá bão hòa chất dinh dưỡng trong đất, gây

mất cân bằng sinh thái đất, thoái hóa đất, gây các tác động như làm chết cây, giảm sản lượng cây trông, đồng thời tạo điều kiện cho vi sinh vật ưa nitơ, phospho phát triển, hạn chế chủng loại vi sinh vật khác gây mất cân bằng sinh thái đất

Thêm vào đó, một số trường hợp như ở các nước chăn nuôi công nghiệp,

thức ăn gia súc thường bổ sung chất kích thích tăng trưởng (thành phần chủ yếu là hợp chất đồng, kẽm) Khi các chất này được thải ra cùng phân và nước tiểu gia súc, dần dân tích tụ thành lượng lớn trong đất, ảnh hưởng đến cây trồng và cuối

cùng trở lại tác động vào con người

Ngoài ra, trong phân tươi gia súc chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh, chúng

có thể sinh sôi và phát triển, tổn tại rất lâu trong đất như Samonella trong đất ở

độ sâu 50 em và tổn tại được 2 năm, trứng ký sinh trùng cũng khoảng 2 năm

1.1.2.2 Ô nhiễm môi trường nước

Chất thải chăn nuôi không được xử lý hợp lý, lại thải trực tiếp vào môi

trường nước sẽ làm suy giảm lượng oxy hòa tan do cơ chế tự làm sạch nhờ vi sinh vật hiếu khí, các vi sinh vật này sử dụng khí oxy để phân hủy các hợp chất hữu cơ từ phân và nước thải chăn nuôi Thêm vào đó, do trong chất thải chăn nuôi hàm

lượng chất dinh dưỡng cao lại giàu nitơ, phospho nên dễ dàng tạo điểu kiện cho tảo phát triển, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh vật thủy sinh trong nguồn tiếp nhận Đồng thời, nước là môi trường đầy đủ

Trang 11

vốn hiện diện trong phân lợn rất nhiều Đặc biệt nghiêm trọng hơn, nếu các chất thải thấm xuống đất đi vào mạch nước ngầm sẽ gây ô nhiễm nước ngầm, nhất là các giếng mạch nông gần chuồng nuôi gia súc hay gần hố chứa chất thải khơng có hệ hống thốt nước an toàn

Bảng 6 : Các chỉ tiêu ô nhiễm của chất thải tính cho 1000 kg trọng lượng sống của lợn (ASEA standards) Chỉ tiêu Khối lượng (kg) Tổng lượng phân §4 Tổng lượng nước tiểu 39 TS 11 BOD; 3,1 NH,-— N 0,29 SS 0,027

Để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, ta cần phải lựa chọn chính xác

Trang 12

- Các thông số bổ sung : vi khuẩn, độ đục, màu, pH

* Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm chính đến môi trường nước - Chất hữu cơ

Trung bình 15% sinh khối thức ăn chuyển thành phân lợn khô Các thức ăn,

dưỡng chất khó đồng hóa và hấp thụ cuối cùng được bài tiết ra bên ngoài theo

phân, nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất

Đa số các carbonhydrate, protein, chất béo trong chất thải có phân tử lượng

lớn nên không thể thấm qua màng vi sinh Để chuyển hóa các phân tử này, vi

sinh phải phân hủy chúng ra thành các mảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào Vì thế quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật trải qua 2 giai đoạn chủ yếu sau:

* Giai đoạn I: Thủy phân các chất phức tạp thành đơn giản như carbonhydrate thành đường đơn, protein thành acid amin, chất béo thành acid béo

mạch ngắn

* Giai đoạn 2 : Phân hủy sinh học hiếu khí để chuyển các chất hữu cơ thành

khí carbonic và nước - Nito va Phospho

Bởi vì khả năng hấp thụ nitơ, phospho của gia súc tương đối thấp nên phần

lớn sẽ được bài tiết ra ngoài Vì vậy, hàm lượng nitơ, phospho trong chất thải

chăn nuôi tương đối cao, nếu không được xử lý tốt sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước

* Nito : Theo Jongbloed va Lenis, 1992, đối với heo trưởng thành, trong 100

g nitơ tiêu thụ vào cơ thể có 30 g được giữ lai trong co thé, 50 g được bài tiết theo

Trang 13

20 g được bài tiết theo phân dưới dạng nitơ vi sinh vật là dạng khó phân hủy và an tồn cho mơi trường Tùy theo sự có mặt của oxy trong nước mà nitơ chủ yếu

tôn tại ở các dạng NH¿', NO;, NO;

Khi nước tiểu và phân được bài tiết ra ngoài, nhóm vi khuẩn Urobacteria như Micrococcus ureae sé san sinh ra enzym urease chuyén héa uré thanh NH;, ammoniac nhanh chóng phát tán vào trong không khí gây nên mùi hôi hay khuếch

tán vào trong nguồn nước gây ô nhiễm nguồn nước

(NH ,),CO+H,O > NH, +OH~ +CO, NH, †+H,O+CO, † (1)

Nông độ ammoniac tạo thành tùy thuộc vào lượng urê, pH chất thải và điều kiện lưu trữ chất thải

Sau khi ammoniac khuếch tán vào nước, nó tiếp tục được chuyển hóa

thành NO;, NO; nhờ vi khuẩn nitrat hóa trong điểu kiện có oxy Đến khi gặp

điều kiện ky khí nitrat lại bị vi sinh vật ky khí khử thành nitơ tự do tách khỏi nước Lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ chứa nitơ trong nước thải chăn

nuôi chiếm 47% TOD (nhu cầu oxy lý thuyết)

Nitrosomonas

NH; + O; NO, + 2H* + HạO (2)

- Nitrobacter -

NO; + O; NO; (3)

Dựa vào dạng của nitơ trong nguôn tiếp nhận, có thể xác định thời gian

nước bị ô nhiễm: nếu nitơ trong nước thải chủ yếu ở dạng ammoniac thì chứng tỏ

nguôn nước mới bị ô nhiễm, còn ở dạng nitrit (ÑOz) là nước bị ô nhiễm một thời gian lâu hơn và ở dạng nitrat (NO;) là nước đã bị ô nhiễm thời gian dài

C4 ba dang ammoni (NH,"), nitrit (NÑO;), hay nitrat (NO;) đều có ảnh

hưởng đến sức khỏe con người Vì khi đi vào cơ thể, gặp điểu kiện thích hợp

GVHD : ThS.Lé Céng Nhat Phương B

Trang 14

(NH¿), và (NO;) có thể chuyển hóa thành NO;, mà NO; có ái lực mạnh với

hổng cầu trong máu mạnh hơn oxy nên khi nó thay thế oxy sẽ tạo thành methemoglobin, ức chế chức năng vận chuyển oxy đến các cơ quan của hồng cầu, ngăn cẩn quá trình trao đổi chất của cơ thể, làm cho các cơ quan thiếu oxy, đặc

biệt là ở não dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí là dẫn tới tử vong

Phospho : Trong nước thải chăn nuôi, phosphat chiếm tỉ lệ cao, thường

tổn tại ở dạng orthophosphat (HPO,?, H;PO¿, PO,°), metaphosphat hay

(polyphosphat) va phosphat hifu cơ Phosphat không độc hại cho con người, nhưng

là một chỉ tiêu để giám sát mức độ chuyển hóa chất ô nhiễm của các công trình

xử lý có hệ thống hồ sinh vật và cây thủy sinh

Trong các hồ nghèo đinh dưỡng nông độ phospho là thấp và có xu hướng suy giảm Và tỉ lệ nông độ nitơ và phospho thường lớn hơn 12, do đó sự phú

dưỡng hóa là do phospho khống chế Vì vậy có thể nói phospho là thông số giới hạn để đánh giá sự phú dưỡng do tác nhân ô nhiễm không bến vững

-_ Vi sinh vật

Nước thải cuốn theo phân chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh như Shigella,

Salmonella, gây bệnh dịch tả, Taenia saginara gây bệnh giun sán, và có cả trứng giun sán như nhóm ký sinh trùng đường ruột Ascaris suum,Oesophagostomum,

Trang 15

Trong môi trường chuông trại kém vệ sinh, độ ẩm cao, đặc biệt là nơi nước

đọng nhiều ngày hay các mương dẫn thải, nơi lưu trữ thu gom chất thải từ các chuồng trại là nơi có điểu kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

Khi kiểm tra đánh giá mức độ ô nhiễm nước do vi sinh vật (nhân tố gây

bệnh), người ta chỉ tiến hành kiểm tra nhóm vi khuẩn chỉ danh Ba nhóm vi sinh

vật chỉ danh thường sử dụng : Escherichia coli, Streptococcus ƒeacdli, Coliform

Trang 16

Bảng 7 : Một số vi sinh vật gây bệnh trong phân heo (Lê Trình, 1997) Lượng Điều kiện bị điệt Khả năng Tên ký sinh vật ký sinh cà T gian gây bệnh | T°(C) trùng (phút)

Salmonella Typhi - Thuong han 55 30

Salmonella Typhi A & B - Pho T Han 55 30

Shigella spp - Ly 55 60

Vibrio cholerae - Ta 55 60

Escherichia Coli 10°/100m1_ | Viém da day 55 60

Hepatite A - Viém gan 55 3-5 Taenia saginata - Sdn 50 3-5 Micrococcus - Ung nhot 54 10 Streptococcus 107/100ml Làm mủ 50 10 Ascaris lumbricoides - Giun đũa 50 60 Mycobacterium - Lao 60 20 Tubecudsis - Bach hau 55 45 Diptheriac - Sởi 45 10

Corynerbacterium - Bai liét 65 30

Giardia Lamblia - Tiêu chảy 60 30

Trang 17

1.1.2.3 Ơ nhiễm mơi trường không khí

Các khí sinh ra trong chuồng nuôi gia súc và bãi chứa chất thải chăn nuôi là

do quá trình phân hủy ky khí và hiếu khí chất thải gia súc (chủ yếu là phân và nước tiểu) cũng như là quá trình hô hấp của chúng Các khí này có nồng độ khác

nhau tùy thuộc vào điều kiện mơi trường bên ngồi (nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ,

) cùng phương thức thu gom, lưu trữ, vận chuyển, xử lý chất thải * Thành phần khí từ chuông nuôi gia súc

Thành phần hóa học của chất thải chăn nuôi thay đổi một cách nhanh chóng

trong quá trình lưu trữ Trong quá trình lưu trữ chất thải chăn nuôi, một lượng lớn chất khí tạo thành bởi hoạt động của vi sinh vật, trong đó thì NH:, CH¿, HS, CO;, indol, skatol, là các khí ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng, kháng bệnh của

gia súc đồng thời ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của công nhân Những khí

này có thể được tạo thành với sản lượng tương đối lớn đặc biệt là ở những khu

vực chuồng trại thiếu thơng thống Nhiều nghiên cứu cho thấy các khí độc trong

chăn nuôi có khả năng gây ra các bệnh về đường hô hấp Dựa vào tác dụng gây

độc của các khí này, tiến sĩ Trương Thanh Cảnh (1999) phân ra làm các nhóm sau:

- Nhóm 1: Các khí kích thích - Nhóm 2: Các khí gây ngạt - Nhóm 3: Các khí gây mê

- Nhóm 4: Nhóm chất kim loại vô cơ hoặc hữu cơ

Những chất này bao gồm các nguyên tố và hợp chất độc dễ bay hơi Chúng

Trang 18

Bảng § : Đặc điểm các khí sinh ra từ quá trình phân hủy phân heo

(Ohio State University, U.S.A) Giới hạn Khí Mùi Đặc điểm tiếp xúc Tác hại (ppm) Kích thích mắt và

Nhẹ hơn không khí, sinh

đương hô hấp trên,

Hãng, |ra từ hoạt động của vi Ộ NH; 20 gây ngạt ở nồng độ xốc sinh vật ky khí và hiếu - cao, dẫn đến tử khí, tan trong nước vong

Năng hơn không khí, tan Gây uể oải, nhức

Không | tốt trong nước, sinh ra từ đầu, có thé gây

CO; 1 000 x ae

mùi hoạt động cua vi sinh vật ngạt, dẫn đến tử

ky khí và hiếu khí vong ở nồng độ cao

Là khí độc, gây

Nặng hơn không khí, ` -

Trứng nhức đầu, buốn nôn,

Trang 19

* Ảnh hưởng khí, bụi, vì sinh vật trong không khí khu vực chuông nuôi Chất thải chăn nuôi với các thành phần như protein, carbohydrate, lipid qua quá trình phân hủy bởi các vi sinh vật ky khí tạo ra các sản phẩm khác nhau: NH3 Indol, Skatol, Phenol Protein HaS Acid hữu cơ mạch ngắn Alcohol Aldehyde va H ketone Carbonhydrat Các acid hữu cơ H:O, CO; và các Hydrocarbon mạch ngắn Acid béo H;O, CO; và CHạ Lipid

Alcohol Aldehyde và ketone

Hình 1: Các sản phẩm từ quá trình phân hủy ky khí của chất thải chăn nuôi

(Trương Thanh Cảnh, 1999)

Mackie (1994) chia hợp chất gây mùi từ phân lợn làm 4 nhóm hóa học:

- Acid béo dé bay hơi (bao gồm isobutyric, 2-metyl butyric, isovaleric,

valeric, caproic va acid capric)

- Các hợp chất Indol và phenol (gồm Indol, skatol, cresol và 4-metyl

phenole)

- Ammoniac và các amin dễ bay hơi (bao gồm putrescine, cadaverine và các acid béo như metylamin và etylamin)

Trang 20

1.2 Tổng quan về phospho và quá trình xử lí phospho 1.2.1 Tổng quan về phospho

1.2.1.1 Giới thiệu về phospho

* Vai trò sinh học

Theo thuật ngữ sinh thái học, phospho thường được coi là chất dinh dưỡng giới hạn trong nhiều môi trường, tức là khẩ năng có sẵn của phospho điều chỉnh tốc độ tăng trưởng cửa nhiều sinh vật Trong các hệ sinh thái, sự dư thừa phospho có thể là một vấn để đặc biệt trong các hệ thủy sinh thái (sự đinh dưỡng tốt và bùng nổ tảo)

Phospho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống đã biết

Phospho vô cơ trong dạng phosphat (PO,*) đóng một vai trò quan trọng trong các

phân tử sinh học như AND và ARN trong đó nó tạo thành một phần của phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử này Các tế bào sống cũng sử dụng phosphat để vận chuyển năng lượng tế bào thông qua adenoxin triphosphat (ATP) Gần như mọi

tiến trình trong tế bào có sử dụng năng lượng đều có nó trong dạng ATP ATP cũng là quan trọng phosphat hóa, một dạng điều chỉnh quan trọng trong tế bào Các muối phosphat canxi đươc các động vât dùng để làm cứng xương của chúng Trung bình trong cơ thể người chứa khoảng gần Ikg phospho và khoảng 3⁄4 số đó nằm trong xương và răng dưới dạng apatit Một người lớn ăn uống đầy đủ tiêu thụ

và bài tiết ra khoảng 1 - 3 (g) phospho trong ngay 6 dang phosphat * Sự phổ biến

Trang 21

trong đó được phan cấu tạo là apatit (khoáng chất chứa phosphat tricanxi dang không tỉnh khiết) là một nguồn quan trọng về mặt thương mại của nguyên tố này

Thù hình màu trắng của phospho có thể được sản xuất theo nhiều công nghệ

khác nhau Trong một qui trình, phosphat tricanxi thu được từ các loai đá phosphat, được nung nóng trong các lò nung với sự có mặt của cacbon và silica Phospho dạng nguyên tố sau đó được giải phóng dưới dạng hơi và được thu thập dưới dạng axit phosphoric

* Ứng dụng của phospho

Axit phosphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% PO; là rất quan trọng

đối với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân bón Nhu câu về

phân bón đã dẫn tới sự tăng trưởng đáng kể trong sản xuất phospho trong nửa sau của thế kỹ 20 Các sử dụng khác còn có:

Các phosphat được dùng trong sản xuất các loai thủy tỉnh Tro xương, phosphat canxi được sử dụng trong sản xuất đồ sứ Tripolyphosphat natri sẩn xuất từ axit phosphoric có trong bột giặt

Axit phosphoric san xuat tit phospho nguyên tố, được ứng dụng trong trong

nhiều lĩnh vực Axit này cũng là điểm khởi đầu để chế tạo các phosphat cấp thực

phẩm Các hóa chất này bao gồm phosphat monocanci được dùng trong bột nở và tripolyphosphat natri và các phosphat của natri Trong số các ứng dụng khác, các

hóa chất này đươc dùng để cải thiện các đặc trưng của thịt hay pho mát đã chế

biến Người ta thường dùng nó trong thuốc đánh răng Phosphat trinatri được dùng

Trang 22

- Phospho được sử dụng rộng rãi để sản xuất các hợp chất hữu cơ chứa

phospho thông qua các chất trung gian như cloruaphospho và sulfuaphospho Các

chất này có nhiều ứng dung bao gồm các chất làm dẻo, các chất làm chậm cháy,

thuốc trừ sâu, các chất chiết và các chất xử lý nước

* Tính độc của phospho ( phòng ngừa )

Đây là nguyên tố có độc tính với 50 mg là liễu trung bình gây chết người (phospho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của phospho trong khi

phosphat và orthophosphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu) Thù hình

phospho trắng cần được bảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động hóa học rất cao với oxy trong khí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác với

nó cần đươc thực hiện bằng kẹp chuyên dụng và việc tiếp xúc trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng Ngộ độc mãn tính phospho trắng đối với các công nhân không được trang bị bảo hộ lao động tốt dẫn đến chứng chết hoại xương hàm Nuốt phải phospho trắng có thể sinh ra tình trạng mà trong y tế gọi là

“hội chứng tiêu chảy khói” Các hợp chất hữu cơ của phospho tạo ra một lớp lớn các chất, một số trong đó là cực kỳ độc Các este florophosphat thuộc về số các chất độc thần kinh có hiệu lực mạnh nhất mà ta đã biết Một loại các hợp chất hữu cơ chứa phospho được sử dụng bằng độc tính của chúng để làm các thuốc trừ

sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, Phần lớn các phosphat vô cơ là tương đối không độc và là các chất dinh dưỡng thiết yếu

Khi phospho trắng bị đưa ra ánh sáng măt trời hay bị đốt nóng thành dang hơi ở 250°C thì nó chuyển thành dang phospho đỏ và nó không tự cháy trong không khí, do vậy nó không nguy hiểm như phospho trắng Tuy nhiên việc tiếp xúc với nó vẩn cần sự thận trọng do nó cũng có thể chuyển thành phospho trắng

trong một khoảng nhiêt độ nhất định và nó cũng tỏa ra khói có độc tính cao chứa

Trang 23

* Hợp chất phospho trong môi trường nước và axit phosphoric

Phospho có lớp vỏ electron 1s”2s?2p”3s”3p”` và ở nhóm VA Nó là phi kim hoạt động trung bình Khối lượng chủ yếu của phospho trong vỏ quả đất là ở dưới

dạng phosphat (V) các khoáng vật phosphoric Caz(PO¿);, hydroxylapatit,

Cas(PO,)3;(OH), floapatit Caz(PO,)F, Trong đó khoảng 95% nguồn phospho trên thới giới tổn tại dưới đạng các Fluoapatit

Phospho có trong thành phân cơ thể động vật Hydroxylapatit là phần

khoáng của răng và xương, còn những dẫn xuất hữu cơ phức tạp của phospho nằm trong thành phần não và thần kinh

Hợp chất của phospho và oxy, anhidrit phosphoric (PạOs), có chứa nguyên tử phospho hóa trị ( +5 ) P¿Os là bột màu trắng, có tác dụng rất mạnh với nước thành axit meta phosphoric, sau đó thành axit orthophosphoric (gọi đơn giản là axit phosphoric):

PO: + HO > 2HPO; (4)

HPO; + HO >> H;PO, (5)

Hai phương trình trên có thể viết đưới dạng sau :

PO; + 3H;O > 2H:PO¿ (6)

Do có ái lực lớn với nước, nên người ta dùng P;O; làm khô các chất khí, các

chất lỏng, cũng như trong tổng hợp hóa học

Axit orthophosphoric là axit có chứa 3 ion H”, nên khi phân ly nó có 3 dạng

anion: HạSO¿, HPO,”, PO,* Axit phosphoric c6 cc hang sé phan ly 1a pK,=2,16;

ì

pK, =7,16 va pK; = 12,4 Thudng thi proton tach ra khdi phan tit 6 n&c trudc dé đàng hơn nấc sau, có thể là do số proton tách ra càng tăng thì phân tử càng âm điện nên giữ proton càng chặt

Trang 24

Muối của các axit phospho gọi là phosphat Có 3 trạng thái tổn tại của phospho trong nước là : orthophosphat (PO¿Ÿ), polyphosphat và phosphat liên kết hữu cơ Các phosphat ngưng tụ mạch thẳng hay polyphosphat chứa anion có công

thức chung là P,O¿„„¡ “*2"

Ví dụ: Như muối diphosphat hay còn gọi là pyrophosphat (M„P;O;) và muối

triphosphat (M;:P;O¡o) (M là kim loại kiểm) Tất cả các dạng polyphosphat đều

chuyển hóa về dạng orthophosphat trong môi trường nước, quá trình chuyển hóa

được thúc đẩy bởi nhiệt độ (nhất là ở gần điểm sôi) và trong môi trường axit

Polyphosphat bị phân hủy nhanh nhờ quá trình thủy phân như sau :

P;0,>” + 2H,O = 2HPO,” + H,PO; (7)

Các phospho hữu cơ được oxy hóa và thủy phân thành orthophosphat Các ion phosphat trong nước thường bị thủy phân theo 3 bậc sau đây (do H;PO¿ có 3

nấc phân ly)

PO¿” + 2HO «+ HPO¿” + OH (8)

HPO,” + HO = HPO; + OH (9)

HPO, + H,0 <= H;PO, + OH (10)

Khi có mặt muối ion Mg”* và ion NH¿ ở trong dung dịch ammoniac, ion PO¿” tạo nên kết tủa màu trắng NH„MgPO¿ không tan trong dung dịch amoniac nhưng tan trong axit như:

NH¿' + Mg”” + PO, = NH,MgPO, q1)

Trang 25

màu vàng không tan trong axit nitric nhưng tan trong kiểm và dung dịch ammoniac

3NH,*PO,* + 12MoO,? + 24H* = (NH,)3(Pmo,2049) + 12H;O (12)

Những phản ứng này dùng để nhận biết ion PO¿Ÿ ở trong dung dich 1.2.1.2 Chu trình phospho trong tự nhiên

Môi trường sinh vật (Biological Environmen)) là thành phần hữu sinh của

môi trường Môi trường sinh vật bao gồm các hệ sinh thái, quân thể thực vật và động vật Môi trường sinh vật tổn tại và phát triển trên cơ sở đặc điểm của các

thành phần môi trường vật lý và không thể tách khỏi môi trường vật lý

Các thành phần của môi trường không tổn tại ở trạng thái tĩnh mà luôn có sự

chuyển hóa trong tự nhiên, diễn ra theo chu trình và thông thường ở dạng cân

bằng Chính sự cân bằng này đảm bảo cho sự sống trên trái đất phát triển ổn định

Các chu trình phổ biến nhất trong hệ tự nhiên, trong đó có chu trình của phospho, là quá trình luân chuyển các nguyên tố hóa học từ dạng vô sinh (đất, nước, không

khí) vào dạng hữu sinh (sinh vật) và ngược lại Một khi các chu trình này không

Trang 26

Hình 2: Chu trình phospho trong tự nhiên

1.2.1.3 Những nguồn phát sinh phospho + Nguồn nước thải sinh hoạt

Các nguồn phospho đưa vào môi trường chủ yếu do hoạt động nhân tạo của

con người gây ra, trong đó nước thải sinh hoạt, nước thải từ khu dân cư hay nước

thải vệ sinh Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng

cao của chất hữu cơ không bêển vững, chất dinh dưỡng ( phospho, nitơ ) Tổng

phospho trung bình do một người hàng ngày đưa vào môi trường là khoảng 0,8 > 4 (g)/người/ngày, trong đó phospho vô cơ bằng 0,7 tổng (P) và phospho hữu cơ bằng 0,3 tổng (P)

Phospho trong nước thải sinh hoạt chủ yếu có từ nguồn gốc: phân người,

Trang 27

P/người/năm hoặc trung bình là 0,6 kg Lượng phospho từ nguồn chất tẩy rửa tổng

hợp được ước tính là 0.3 kg/người/năm Sau khi hạn chế hoặc cấm sử dụng phospho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng phospho trên giảm xuống còn

khoảng 0,1 kg/người/năm

Thức ăn thừa: sữa, thịt, cá hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại trên khi vào

nước cũng thải ra một lượng phospho đáng kể

+ Nguồn nước thải công nghiệp

Ô nhiễm do hợp chất phospho từ sản suất công nghiệp liên quan chủ yếu tới chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay trong một số ngành nghề đặc biệt như

chế biến mủ cao su, chế biến tơ tầm, thuộc da, chế biến sữa, sản xuất bơ, pho mát, chế biến nấm

Các chất hoạt động bể mặt dùng làm chất tẩy rửa khi tiếp xúc với các chất gây cứng của nước (Ca”, Mg”") thì khả năng làm sạch của nó sẽ giảm đi Các

muối canxi tan làm mất khả năng tạo bọt cửa xà phòng, ta sẽ thấy có cặn vón

xám nhạt trên mặt nước Đó là kết tủa khó tan do anion xà phòng và ion canxi tạo

ra, các ion magie cũng tạo được kết tủa với xà phòng

Nước “cứng“ là nước có chứa các ion canxi và magie thường ở dạng hydrocacbonat Vì vậy khi xà phòng natri stearat gặp nước cứng thì sẽ có canxi stearat và magie stearat kết tủa Do vậy các anion xà phòng bị loại khỏi dung dịch và không tham gia tẩy sạch nữa

2C\7H3;COO'Na* + Ca* > Ca(C7H3sCO,)(r) + 2Na* (13) Các “thể sáp“ không hòa tan này thường tạo ra những cặn bẩn bám lên vải và trong máy giặt

Trong bột giặt có khoảng 20% là chất hoạt động bể mặt, còn lại là chất phụ gia có thể là các chất silicat và phosphat, làm cho nước có môi trường bazơ yếu

Trang 28

Để loại trừ tính chất axit của bụi bẩn và dầu mỡ trong quần áo Với phosphate

nhu natri triphosphate ( NasP3Oj9 ) sé tạo được phức với ion Ca?" và Mg”” như :

2P30i0° (aq) + 5Ca”(aq) 3 Cas(P;Oio); (aq) (14)

> Polyphosphat bị phân hủy nhanh nhờ quá trình thủy phân sau :

PO” + 2H,O = 2HPO,” + H;PO¿ (15)

Vì phosphat thường gây ô nhiễm nguồn nước nên người ta đã thử thay thế

pentanatri tripolyphosphat bằng NTA (natritriaxetic) N(CHạCOONa); nhưng đã đình chỉ sử dụng do bị nghỉ là chất sinh quái thai

Một số ngành công nghiệp như: công nghiệp sản xuất phân lân, công nghiệp thực phẩm trong nước đều có chứa phosphat

Ví dụ: Tại nước thải công nghiệp rượu bia, nổng độ N và P có thể đến 150 -

200 mg/l va 15 - 30 mg/l

+ Nguồn thải từ nông nghiệp, chăn nuôi

Phân bón sử dụng trong nông nghiệp là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước Tại vùng nông thon néng độ (P) ở các con sông cao trong thời điểm sử dụng phân nhiều, đặc biệt khi có mưa rửa trơi Ngồi ra cịn có

một số chất như : Sắt phosphat từ các lớp cặn lắng có thể bị hòa tan trở lại trong khi các nguồn nước có chứa nhiều chất dinh dưỡng và chất ô nhiễm có thể tổn tại

các điều kiện khử hoặc giá trị pH thấp, quá trình sảy ra theo phương trình sau:

FeŒPO,), + H' + e « Fe”(nước) + HPO, (nước) (16)

> Chất khử có thể là H;S hoặc các hợp chất hữu cơ trong nước

Trang 29

mg/]),trong thời gian lưu giữ chúng bị phân hủy yếm khí tạo ra khí metan va cacbonic

Bảng 9: Thành phân chính trong phân tươi của một số lồi ni Phân lồi ni Độ ẩm (%) | N(%) | PzO;(%) | K;O (%) Bò thịt 85 0.5 0.2 0.5 Bò sữa §5 0.7 0.5 0.5 Gia cầm 72 1.2 1.3 0.6 Lợn 82 0.5 0.3 0.4 Dê, cừu T7 1.4 0.5 0.2

1.2.1.4 Hiện tượng phú dưỡng

Phú dưỡng hóa (eutrophication) là việc gia tăng nồng độ của các chất dinh dưỡng đến mức tạo ra sự phát triển bùng nổ các loại tảo, rong trong môi trường nước Quá trình phú dưỡng hóa đóng vai trò quan trọng trong dây chuyển thực phẩm của hệ sinh thái nước

Trong nước, tảo sử dụng cacbon dioxit, nitơ vô cơ, orthophosphat và các chất

dinh dưỡng khác với lượng vết để phát triển Tảo lại là thức ăn của động vật phù du (zooplankton) Một số lớn cá nhỏ ăn động vật phù du và rong tảo, một số loại

cá lớn lại ăn cá nhỏ Như vậy năng suất của dây chuyển thực phẩm lại phụ thuộc vào lượng N và P Khi nồng độ N và P cao, rong tảo phát triển mạnh tạo ra khối

lượng lớn đến mức các loài động vật phù du không thể tiêu thụ hết, dẫn đến làm đục nước Đặc biệt trong nguồn nước tù (ao, đâm) có thể tạo ra nước chứa đây tảo

như nước xúp Việc phân hủy tảo sẽ tạo ra mùi và tạo ra những chất cặn lắng, gây

Trang 30

giảm oxy hòa tan trong nước, từ đó gây cẩn trở việc phát triển hâu hết các loài

cá Trong điều kiện đó thì chỉ có một số loài cá đữ mới có thể sống được Động vật phù du , Cá nhỏ

Tảo xanh (loai ăn cỏ) tx s3

Dây chuyên thực phẩm Cá đơn

; bình thường (loại ăn động NÑitơ và phospho Dư thừa Cá ăn thịt NÑitơ và phospho Bùng nổ tảo xanh - lue Động vật phù du ˆ at ohn Gia tăng sinh khối tảo Phát triển cỏ,lau | say ven bờ đuc.sánh Nước Giảm ox y Tăng mùi §

Hình 3 : Tác động của sự phú dưỡng đến dây chuyền thực phẩm

trong hệ sinh thái nước

Với mật độ rong tảo cao, chất lượng nước sẽ bị suy giẩm, gây ảnh hưởng

đến công tác cấp nước sinh hoạt, gây ảnh hưởng đến mỹ quan

Trang 31

Minh, hiện nay đang bị phú dưỡng hóa nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh của các loài tảo, bèo,

1.3 Quá trình khử phospho bằng sinh học

Khả năng thực hiện việc khử phospho bằng con đường sinh học là mục tiêu

của nhiều nghiên cứu khoa học Đó là giải pháp không cần sự hổ trợ của các chất

phản ứng và thực tế là không sản sinh ra lượng bùn dư thừa nào Những nghiên cứu này thực sự đã bắt đầu vào giữa những năm 60 với công trình của (Shapiro và

Levin) Các ông nhận thấy rằng bùn hoạt tính không được sục khí thì giải phóng

phospho và ngay khi nông độ oxy tăng lên bùn sẽ hấp thụ lại phospho Nguyên tắc của phospho hóa sinh học là có sự tích lũy phospho vào khối vi sinh Sự tích

lũy này có thể gây ra do:

- Sự kết tủa hóa học của phospho vô cơ xung quanh vi khuẩn trong những điều kiện riêng biệt cửa môi trường hẹp ;

- Chính bản thân các vi sinh ;

- Sự kết hợp của cả hai nguyên nhân trên

1.3.1 Quá trình kết tủa ngoài tế bào của phospho vô cơ

Nguyên nhân chính của việc tạo ra các kết tủa này là do sự tăng độ pH hoặc

sự tăng nồng độ ion kết tủa (nhiều khảo sát đã xác nhận điểu đó) Thực vậy, các vi khuẩn nuôi cấy trong điểu kiện kị khí sẽ giảm nồng độ canxi ngoại tế bào,

trong khi đó chúng lại giải phóng phospho, kali và magiê (kali và magiê là những ion ổn định của polyphotphat nội tế bào) Do vậy, có thể là việc giải phóng các

ion photphat làm giảm nồng độ canxi và từ đó có giả thuyết về sự kết tủa Khi

không có oxy, sự thay đổi độ pH gây ra do khử nitrat hóa là do lên men axit của

Trang 32

các sản phẩm hữu cơ liên tục biến đổi nhằm làm tăng nồng độ phospho và có thể làm tăng hoặc giảm hậu quả của chúng

1.3.2 Tích lũy nội tế bào polyphotphat do vi sinh của bùn hoạt tính

Cùng với sự kết tủa ngoại tế bào dễ biến đổi, khó định lượng và khó kiểm

soát, ngày nay các vi khuẩn tích lũy polyphotphat (poly P) đóng vai trò chủ yếu Việc lưu giữ polyphospho thường thực hiện được bằng vi sinh học, đặc biệt là những trường hợp mất ổn định của môi trường dinh dưỡng Môi trường này ngăn chặn việc tổng hợp axit nucleic Polyphosphat đã tích lãy được có thể dùng

để dự trữ năng lượng so sánh được với mạch phosphat ở hệ ATP/ADP, hoặc để dự

trữ phospho Các phân tích về cộng hưỡng từ hạt nhân magiê (RMN) trên bùn phosphat đã khẳng định sự hiện diện của một số lượng lớn poly P Poly P chủ yếu

Trang 33

1.3.3 Các yếu tố liên quan đến việc khử phosphat bằng sinh học

Việc khử phosphat bằng sinh học đòi hỏi sự lặp đi lặp lại của các quá

trình ky khí và hiếu khí Tính lặp lại này làm thai đổi sự cân bằng enzim để điều

chỉnh việc tổng hợp poly P ở quá trình ky khí

Trang 34

Hình 4: Các hiện tượng xẩy ra khi khử phosphat bằng sinh học Tuần hoàn Bùn dư thừa Chất nên ' hữu cơ Quá trình kịkhí | : | Quá trình ưa khí Vi sinh vật : Axetogien Axetat P r

Vi sinh vat Vi sinh vat : Vi sinh vat Vi sinh vat

poly P poly P : poly P poly P

(poly P ) ( PHP ) : (PHP) (poly P)

L O0——

Như vậy, đặc điểm chung của tất cả các phương án sử dụng biện pháp thải

loại phospho sinh học là sự luân phiên thai đổi của quá trình kị khí và quá trình ưa

khí Ở quá trình kị khí thì các vi khuẩn tiếp xúc với cacbon hữu cơ của nước thải, còn ở quá trình ưa khí thì phospho đã bị khử trước đó được hấp thu trở lại

Có thể phân loại các phương án này thành hai nhóm lớn sau đây :

- Tất cả các phương án mà tại đây không có một chất phản ứng hóa học

nào được thêm vào Phospho được lưu giữ một cách “sinh học” ở trong bùn và do vậy chúng được thải ra cùng với bùn dư thừa Như thế hiệu suất việc khử phospho phụ thuộc hoàn toàn vào lượng phospho chứa trong bùn và sản sinh ra bùn dư

thừa

- Tất cả các phương án có sự khử phospho hỗn hợp sinh học và hóa-lí học

Trang 35

1.3.4 Sự phân giải phospho hữu cơ Nucleoproteit NH; NH; Axit nucleic Protein NH, C,H;N,O NH C;H;N:O Một số chất khác CoHsNs C;H,N;O;

Hình 5: Sự chuyển hóa axit nucleie bởi VSV có trong các chất thải

Trang 36

1 Bacillus mycoides Chúng thuộc vi khuẩn hiếu khí, có khả năng phân

giải phospho hữu cơ, protit nhưng không tạo thành

H;S

2_ | Bacillus Chúng thuộc vi khuẩn hình que, có nha bào, yếm

megatheriumvar khí tùy tiện, loài này có khả năng phân giải phosphaticum phospho hữu cơ rất mạnh

3 Bacillus asterosporus Chúng thuộc loài vi khuẩn yếm khí tùy tiện, có khả

năng phân giải phospho hữu cơ nhưng không mạnh

4 Pseudomonas spp Loài này có nhiều trong chất thải hữu cơ giàu

protein, chúng phân giải protein và phospho không mạnh

5 Actinomyces spp Loài này phân giản cả protein, cellulóe và phospho,

chúng là các loài hiếu khí, có khả năng chịu nhiệt

cao

1.3.5 Xử lí hợp chất phospho

Hầu như các hợp chất của phospho không tổn tại ở dạng bay hơi trong

điều kiện thông thường, vì vậy để tách phospho ra khỏi nước cần phải chuyển hóa

chúng về dạng không tan trước khi áp dụng các kỹ thuật tách chất lắng như: lọc, lắng hoặc tách trực tiếp qua màng thích hợp

Hợp chất phospho trong môi trường nước thải tổn tại trong các dạng:

phospho hữu cơ, phosphat đơn (H2PO,, HPO,’, PO,*) tan trong nước,

Trang 37

Bảng 11: Hợp chất phospho và khả năng chuyển hóa Hợp chất Khả năng chuyển hóa Phospho hữu cơ Phân hủy thành phosphat đơn và trùng ngưng Phosphate đơn Tan, phần ứng tạo muối, tham gia phản ứng sinh hóa

Polyphosphate Ít tan, có khẩ năng tạo muối tham gia phản ứng sinh hóa Muối phosphate | Phần lớn không có độ tan thấp hình thành từ phosphat đơn Phospho trong tế | Thanh phần của tế bào hoặc lượng dự trữ trong à ^Z^1L A at 2g bao tế bào của một số vi khuẩn 1.3.6 Ưu nhược điểm của phương pháp sinh học + Uu điểm

- Giảm hoặc không sử dụng hóa chất kết tủa như AI””,Ca”” và hóa chất phụ trợ dùng trong quá trình kết tủa (kiểm)

- Giảm thiểu sự phát triển của vi sinh dạng sởi tạo điều kiện tốt cho quá trình lắng thứ cấp Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa ammoni do chất

hữu cơ giẩm trong giai đoạn yếm khí

- Nâng cấp các hệ xử lí nước thải đang hoạt động một cách để đàng, với giá thành hợp lí

+ Nhược điểm

- Diển biến của quá trình vi sinh phức tạp, vấn để tách loại phospho được quan tâm chưa lâu nên các thông số kỹ thuật dùng trong thiết kế cũng như các

Trang 38

yếu tố ảnh hưỡng tẩn mạn về giá trị và thậm chí trái ngược về kết quả dẫn đến

việc tính toán dễ gặp sai sót thể hiện ở khâu vận hành

- Kiểm soát điều kiện vận hành rất chặt chẽ sau cho trong vùng yếm khí

không tổn tại oxy và nitrat

1.4 Những phương pháp loại bỏ phospho trong nước thải

1.4.1 Loại bỏ Phospho bằng phương pháp hóa học

1.4.1.1 Dùng Ca”

Thường được tiến hành với vôi Khi đưa vôi vào hệ pH sẽ tăng làm dịch

chuyển cân bằng về PO¿ ` Tỷ lệ mol Ca/P nằm trong khoảng 1,33 đến 2 lon

Ca” có khả năng loại bỏ phosphat do nó tạo với phosphat những hợp chất kém

hòa tan Bắng sau ghi lại những giá trị tích số tan của một số hợp chất kém hòa

tan có liên quan:

Bảng 12 : Giá trị số tan của hợp chất kém hòa tan Hợp chất Tích số tan ( 25")

CaH;PO,* <-> Ca”” + H;PO,ˆ 107

CaHPO/ <-> Ca” + HPO, 1066

Ca; (PO,)2 <-> 3Ca** + 2PO,* 10”

Ca¡o(PO,)¿(OH); <-> 10Ca?' +6PO¿Ì + 2OH 10718

Hydroxy apatit C¡ạ(PO,)¿(OH); không bao giờ xuất hiện ngay trong quá trình hình thành mam tinh thể cho dù nó là thành viên ổn định nhất về mặt nhiệt

Trang 39

Bước đầu tiên liên quan đến sự kết tửa của phosphat canxi Ca;(PO¡ạ); vô

định hình, nó có cấu trúc tỉnh thể không ổn định và có độ tan thấp Các dạng vô

định hình này tái kết tinh nhanh hay chậm đều phải trải qua một số dạng hợp chất

trung gian cấu trúc không xác định trước khi tạo thành hydroxy apatit Hợp chất

này có thể có thành phần khác với công thức hóa học về mặt tỷ lượng và có thể

có chứa những ion lạ

- Trong nước tụ nhiên, hàm lượng Ca”` có thể lên tới 100mg/l, nếu cho vôi

vào trong dung dịch sẽ hình thành CaCO; kết tủa do HCO; đã chuyển thành co,”

ở pH cao và nếu như ion Mg”” có mặt vừa đử thì sẽ xuất hiện kết tủa Mg(OH)¿

Ca?” + 2HCO; + Ca(OH); = 2CaCO: + 2H;O (17)

- Khả năng loại bổ phosphat sẽ rất tốt ở giá trị > 10, đặc biệt có hiệu quả ở

giá trị pH = 10,5 -I1

- Đặc điểm của phương pháp dùng vôi: Dùng vôi làm tăng độ kiểm của nước thuận lợi cho phản ứng phân hủy sinh học của NH,*, không đưa anion mới

vào nước thải(so với dùng muối để kết tửa phosphat)

- Canxi phosphat có thể dùng làm phân

1.4.1.2 Dùng muối sắt

Các muối sắt thường được sử dụng là: FeCls, FeCISO¿, FeSO¿, khi đưa Fe”" vào nước lập tức xảy ra quá trình thủy phân tạo ra các phức chất mang điện tích dương như (ở pH < 8) Fe(OH);°, Fe(OH)”*, Fe(OH); và một số dime, polymer tích điện dương Vì vậy, ngoài sự kết tửa còn xẩy ra sự hấp phụ hydroxit sắt tạo thành

Các kết tửa của phosphat sắt hình thành thường ở dạng gen và hiếm khi có thành phần ổn định Trong điều kiện pH thấp sẽ xuất hiện các kết tủa thiếu sắt

(hàm lượng Fe < thành phần theo tỷ lượng) Quá trình cân bằng đạt từ từ ở pH >

Trang 40

5,5 và pH đo được sẽ trải qua một thời gian biến động cao Trong môi trường

trung tính và bazơ các ion OH' có ái lực với Fe lớn hơn so với PO,*

Fe(PO,), + mOH > Fe(OH)m(PO4)p-m3 + m/3 PO, (18)

Quá trình này PO¿ ` của OH - có thể quan sát được sự thay đổi màu sắc kết tủa từ trắng sang vàng Kết tủa màu vàng khi dung dịch Fe” tỉnh khiết Nếu dung dịch kém tỉnh khiết thì kết tủa sẽ chuyển sang màu đỏ Quá trình giảm độ tinh khiết là do Fe** trong dung dich không ngừng bị thủy phân dẫn đến sự hình thành các phức bị thủy phân và cuối cùng tạo thành kết tủa Fe(OH);

Tại một giá trị pH không đổi có kết tửa hoàn toàn phosphat với tỉ số mol Fe */P từ 1,4 — 1,6 Nếu tỷ số Fe”*/P tăng thì lượng Fe(OH); cũng tăng nhưng hợp chất của phosphat vẫn có thành phần không thay đổi Ở tỷ lệ Fe ”/P xấp xỉ 1,22

và 1,23 có sự hình thành phosphat bazơ dạng Fe(OH);H;PO¿

* Nhược điểm của phương pháp : - Đưa vào nước những anion của muối

- Khi dùng dư muối sắt sẽ làm giảm pH của nước thải do phản ứng thủy phân của chúng giải phóng ra H”

1.4.2 Các công trình loại bỏ Phospho bằng phương pháp sinh học

Phospho không chỉ tiêu thụ cho tế bào hoạt động mà còn tích lũy để vi sinh

vật sử dụng khi cần thiết, bùn chứa phospho dư sẽ được xả đi, hoặc khử hoặc xử

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	11,31 MB