VI SINH VẬT VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG PHN II VSV V CC QU TRèNH SINH HC TRONG CễNG NGH MễI TRNG CHNG VI C S SINH HC CA QU TRèNH X Lí ễ NHIM MễI TRNG 6.1 TèNH HèNH ễ NHIM MễI TRNG HIN NAY 6.1.1 ễ nhim nc thi sinh hot Nc ta cú nn kinh t cha phỏt trin, h tng c s cũn cha c phỏt trin theo mt quy hoch khoa hc, h thng t lm sch ca kờnh rch, sụng ngũi b hu hoi nờn nc thi sinh hot gõy ụ nhim nghiờm trng Ch riờng thnh ph H Chớ Minh vi khong 3,95 triu dõn ni thnh hng ngy thi mụi trng khong 350.000 m3 nc thi sinh hot Nc thi sinyh hot ny cú thnh phn gõy ụ nhim cao hn tiờu chun rt nhiu Theo kt qu phõn tớch, ta cú mt s liu trung bỡnh nh sau : PH BOD COD : 6,5 - 7,2 : 98 - 260 mg/l : 146 - 447 mg/l Cn l lng > 100 mg/l Nc thi phn ln cha c x lý trc vo kờnh Phõn tớch mu nc ti kờnh Tõn Hoỏ cho thy : PH : 4,7 - 6,8 BOD : 140 - 204 mg/l COD : 129 - 4241 mg/l SS : 91 - 662 mg/l E.coli : - 14.000 tb/l 6.1.2 ễ nhim nc thi cụng nghip Nc thi cụng nghip cú cha nhiu kim loi nng, cỏc cht mu du m, cỏc cht hu c S gõy nhim bn mụi trng nc thi cụng nghip phc hn nc thi sinh hot rt nhiu Vỡ th vic x lý chỳng gp khụng ớt khú khn Phn ln cỏc nh mỏy xớ nghip khụng qua x lý s b m thi nc thi trc tip xung cỏc 195 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG kờnh rch gõy nờn tỡnh trng hụi thi, lm bin mu nc, lm cht cỏc thu sn, lm kh nng t lm sch ca kờnh rch gim rừ rt, cú ni khụng th t lm sch c 6.1.3 ễ nhim rỏc thi : Mụi trng khụng ch b ụ nhim bi nc thi sinh hot v nc thi cụng nghip, mụi trng cũn b ụ nhim bi nhiu ngun khỏc Trong ú ỏng quan tõm nht l rỏc sinh hot Phn ln cỏc thnh ph Vit Nam chua cú mt cụng ngh hon chnh x lý rỏc thi sinh hot Do ú vic ụ nhim rỏc thi cng ngy cng tr nờn trm trng Ch riờng thnh ph H Chớ Minh mi ngy thi mụi trng 3.500 tn rỏc, s rỏc ny luụn l ngun gõy bao nhiờu phin toỏi cho cuc sng Rỏc sinh hot ca chỳng ta chim > 60% l rỏc hu c Vỡ th sinh vt gõy bnh phỏt trin rt mnh 6.2 NGUYấN Lí C BN CA CC QU TRèNH 6.2.1 X lý sinh hc nc thi Nu khụng b nh hng nghiờm trng bi cỏc cht c hi nc thi, cỏc kờnh rch ao, h cú kh nng t lm sch nh hot ng sng ca vi sinh vt Cỏc quỏ trỡnh c bn xy theo phn ng sau : Vi sinh vt Cht hu c + O2 + NH3 Sinh + CO2 + H2O Phõn hu Vinh sinh vt Nng lng t Cht hu c + O2 ng hoỏ Hin cú hai phng phỏp x lý nc thi bng cụng ngh sinh hc : hiu khớ v ym khớ 6.2.2 X lý nc thi iu kin hiu khớ Quỏ trỡnh phõn gii cỏc cht hu c iu kin hiu khớ cú th túm tt nh sau: Vi khun Cht hu c + O2 CO2 + H2O + Sinh vi khun Cỏc cht dinh dng Hoc l : Vi khun Cht hu c + O2 Cỏc sn phm ụxy hoỏ Cỏc cht Cỏc sn + phm tng hp dinh dng 196 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Theo Eckenfekler W.W v Connon D.J thỡ quỏ trỡnh phõn hu cỏc cht hu c iu kin hiu khớ c thc hin bi phn ng sau : ễxy hoỏ cỏc cht hu c CxHyOz + O2 Enzym CO2 + H2O + AH Tng hp xõy dng t bo CxHyOz + O2 Enzym Sinh vi khun + CO2 + H2O + C5H7NO2 - H ễxy hoỏ cht liu t bo (t ụxy hoỏ) T bo vi khun Enzym C5H7NO2 CO2 + H2O + NH3 H H nng lng c thi hoc hp th vo iu kin thc hin quỏ trỡnh x lý sinh hc: m bo liờn tc cung cp ụxy Lng cỏc nguyờn t dinh dng cn thit cho quỏ trỡnh sinh hoỏ xy quỏ trỡnh lờn men Nng cỏc cht hu c cho phộp quỏ trỡnh lờn men Nng cho phộp ca cỏc cht c hi pH thớch hp Nhit nc thi khong hot ng ca vi sinh vt Tham gia quỏ trỡnh phõn gii cỏc cht hu c nc thi gm nhúm vi sinh vt - Nhúm vi sinh vt phõn hu cỏc hp cht mch h, ru, aldehyt axeton, cỏc axit - Nhúm vi sinh vt tham gia phõn hu cỏc hp cht thm: benzen, Phờol, Toluen, Xilen - Nhúm cỏc vi sinh vt ụxy hoỏ dóy polimetyl (hydrocacbon du la) paralin Ngoi lng vi sinh vt cú sn cỏc ngun nc thi, ngi ta cũn cung cp thờm cỏc loi vi sinh vt ó c chn lc k theo cỏc dng ging sau: * Bựn hot tớnh Loi bựn ó tham gia x lý t nhiờn cỏc kờnh rch, ao, h Loi bựn ny ó c hot hoỏ vi sinh vt trc a vo s dng * Nhõn ging vi sinh vt riờng dng lng v cho thờm vo thit b x lý hoc h x lý theo mt t l nht nh * Nhõn ging vi sinh vt riờng dng bt khụ v cho thờm vo thit b x lý hoc h x lý theo mt t l nht nh 197 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG * Gn vi sinh vt trờn mt cht mang no ú (Phng phỏp c nh t bo) v x lý liờn tc 6.2.3 X lý iu kin ym khớ Trong iu kin ym khớ vi sinh vt phõn gii cỏc hp cht hu c qua giai on: * Giai on thu phõn cỏc cht hu c s b thu phn di tỏc dng ca cỏc enzym vi sinh vt Sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh s l cỏc cht khớ ch yu l CO2 v CH4 Giai on ny ngi ta gi l giai on to khớ Theo Eckenfelder quỏ trỡnh lờn men ym khớ cht thi c chia lm giai on * Giai on lờn men axit Nhng hydrat cacbon (ng, tinh bt, cht x) d b phõn hu v to thnh cỏc axit hu c (axit axetic, axit butyric propionic) pH gim xung < cú kốm mựi thi * Giai on chm dt lờn men axit cỏc cht hu c tip tc c phõn gii to thnh cỏc cht khớ khỏc nh CO2, N2, CH4, H2 pH ca mụi trng dn dn tng lờn Mựi thi rt khú chu thnh phn ca H2S, indol, scatol, v mecaptan Bựn cú mu en, nht, v to bi ni lờn trờn b mt * Giai on lờn men kim Hay giai on lờn men metan Cỏc sn phm trung gian, ch yu l xelluloza, axit bỏo, cỏc hp cht cha nit tip tc b phõn hu v to rt nhiu khớ CO2, CH4, pH mụi trng tip tc tng lờn v chuyn sang dng kim 6.2.4 X lý rỏc sinh hot: Rỏc sinh hot cha trờn 60% l rỏc hu c m rỏc v nng l 45 - 60%, ma cú th trờn 80% m cao lm phỏt sinh nhiu vi sinh vt Rỏc sau c loi b cỏc thnh phn khụng hu c s c lờn men Hin cú ba phng phỏp x lý rỏc bng vi sinh vt - Phng phỏp chụn rỏc: Rỏc c thu gom li ri em chụn xung t trỏnh rui, mui, cụn trựng ngi ta ph lờn rỏc mt lp dy 30 - 50 cm dt, hoc than bựn hoc cỏt Thng dựng than bựn cú hiu qu tt hn vỡ than bựn cú kh nng hp th mựi Quỏ trỡnh ny (composting) kộo di hng nm tri Di tỏc dng ca vi sinh vt cỏc cht xenluloza, lingin, hemixelluloza b phõn hu to thnh mựn Nhit tng dn cú t ti 75% Sau thi gian ú ngi ta ly sng lm phõn bún - Phng phỏp cú o trn: Phng phỏp ny da trờn s hot ng mnh ca cỏc loi vi sinh vt hiu khớ Thng ngi ta cho rỏc vo cỏc thựng quay Thựng quay ny gi l cỏc thựng sinh hoỏ Cú s xỏo trn thng xuyờn ca h thng quay v thi khụng khớ liờn tc vo Thi gian phõn hu rỏc rt nhanh Nhit thựng quay thng cao hn 65oC Sau mt hti gian khong 24 gi = 48 gi quay liờn tc, rỏc c phõn hu cha hon ton Sau ú rỏc c ờm phõn loi v thnh tng ng ngoi tri, lờn men t nhiờn cho n mc ht v em lm phõn bún u im ca phng phỏp ny l nhanh, d t ng v c gii hoỏ - Phng phỏp th cụng cú o trn: Phng phỏp ny c ci tin trờn c s phng phỏp c truyn ca dõn Trong phng phỏp ny cú cung cp ging vi sinh vt ging lm rỏc chúng phõn hu hn Cỏc ging vi sinh vt thng s dng l cỏc loi 198 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG nm mc, Bacillus v x khun u im ca phng phỏp ny l d thc hin v cú th ph bin cho nụng dõn thc hin i tr c 6.3 MT S LOI VI SINH VT S DNG TRONG X Lí ễ NHIM MễI TRNG Hin nay, Vit Nam cụng tỏc x lý cht thi ó tn ti v c s dng ph bin mt s chng loi vi sinh vt hu hiu nh : vi sinh vt phõn gii xenluloza, protein, lignin, tinh bt C th cú cỏc loi chớnh l : Vi sinh vt hu hiu EM : cú ngun gc t Nht Bn Trung tõm chuyn giao Cụng ngh Vit - Nht, B Khoa hc, Cụng ngh a vo th nghim Vit Nam Vi sinh vt Emuni v vi sinh vt xenluloza: l ch phm ca Trung tõm ng dng Vi sinh vt thuc i hc Quc gia H Ni Vi sinh vt Micromic 3: l chng loi vi sinh vt ca Vin Cụng ngh Sinh hc, Trung tõm Khoa hc T nhiờn v Cụng ngh Quc gia Chng loi vi sinh vt ca Trung tõm ng dng Vi sinh vt thuc Trng i hc Quc gia H Ni 6.3.1 Ch phm vi sinh vt hu hiu EM : 6.3.1.1 c tớnh k thut ca EM: Em s cp (EM gc) l dung dch cú mu nõu vi mựi d chu, cú v ngt chua, pH ca EM t mc di 3,5 Nu cú mựi nng hoc thi thỡ pH > 4, ú EM gc ó b hng khụng s dng c EM gc l vi sinh vt khụng hot ng Vỡ vy, EM gc cn hot ng bng cỏch cung cp nc v thc n, bng cỏch thờm nc v r ng S dng dung dch EM pha loóng gi l EMtc, x lý mụi trng, phun cho cõy trng, vt nuụi Bokashi l mt dng ca EM trng thỏi bt, õy l cht hu c lờn men v tng t nh phõn trn compost Nhng nú c chun b bng cỏch lờn men cht hu c EM Nú cú th s dng c t ngy th n ngy th 14 Sau lờn men Bokashi cú th dựng cho sn xut, cõy trng, thm cho c cht hu c cha b phõn hu thnh phn phõn trn Khi Bokashi bún vo t, cht hu c cú th s dng nh l thc n cho vi sinh vt v cú tỏc dng lm tng lng vi sinh vt hu hiu t cng nh nuụi dng cõy trng Bokashi c phõn nhúm thnh Bokashi a khớ v k khớ theo cỏc quy ớtỡnh sn xut 6.3.1.2 Cỏc vi sinh vt chớnh EM a Vi khun quang hp b Vi khun axit lactic c Cỏc men d X khun e Nm men 199 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Mi loi vi sinh vt trờn cú chc nng quan trng riờng Tuy nhiờn, vi khun quang hp l xng sng hot ng ca EM v nú h tr hot ng ca cỏc vi sinh vt khỏc 6.3.1.3 Cỏch s dng : Ta cú th s dng EM bng bn cỏch (EM1, EM Bokashi, dung dch EM5 v dch chit cõy lờn men) a Dung dch EM1 cú th s dng bng cỏch: - Ti vo t, phun lờn lỏ b EM Bokashi: l cht hu c lờn men, nú c iu ch bng cỏch lờn men cỏc cht hu c (cỏm go, bỏnh du, bt cỏ ) vi EM Bokashi c iu ch dng bt v l cht b sung quan trng tng vi sinh vt hu hiu t c EM5 l hn hp lờn men ca gim, ru (cn), r ng v EM1 Nú c s dng phun lờn cõy nhm ngn chn gõy bnh v chng sõu hi xõm nhp d Dch cy lờn men EM: Chit xut cõy lờn men l hn hp ca c ti c lờn men vi r ng v EM1 Nú cung cp dinh dng v nh lng cho cõy trng v ngn chn sõu bnh phỏ hoi * EM1 Cỏch s dng EM1 : EM1 (gc) l vi sinh vt khụng hot ng Vỡ vy, EM1 cn c hot ng bng cỏch cung cp nc v r ng (l thc n ca EM) Dung dch EM pha loóng 0,1% dựng phun cho cõy trng: - 1000 ml nc - ml ca EM1 - ml r ng hoc 1g ng bt k Dung dch ny vũng 24 gi ri phun cho cõy, t hoc cht hu c * Bokashi : - Bokashi cú nhiu dng, nú ph thuc vo cht hu c s dng Bao gm: Cỏm go : 100 lớt, Bỏnh du : 25 lớt (hoc v tru), Bt cỏ (phõn g) : 25 lớt, EM1 : 150 ml, Ri ng : 150 ml, Nc : 15 lớt - m Bokashi cn t 30 - 40% Quỏ trỡnh lờn men t - ngy (mựa hố) v t - ngy (mựa ụng) vi nhit trung bỡnh 35 - 45oC Cỏch s dng Bokashi: 200 gam Bokashi cho 1m2 trờn b mt ca t (rỏc) cú cht hu c Cú th s dng ti a 1kg/1 m2 t nghốo v cú ớt cht hu c * EM5 : L cht xua ui cụn trựng, khụng c hi v nú cú tỏc dng chng bnh sõu hi cõy trng Thụng thng nú c phun lờn cõy vi nng 1/500 1/1000 nc 6.3.1.4 ng dng EM ng dng x lý ph thi 200 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG - Ti dung dch Emtc pha loóng 1/1000 phun vo rỏc cha phõn loi - Rỏc sau phõn loi lng vo b 150 m3 tip tc phun EM o trn m bo m 40 - 50% - a vo b hỏo khớ thi giú ch 2h/ngy (8%) ng dng nụng nghip Kh nng s dng EM nụng nghip ch yu l cõy trng S dng EM1 + EM5 cho cõy trng nh bng 6.3.1 Bng 6.3.1 Loi cõy Cỏch s dng c th Vi thiu ang kt trỏi Phun 1/2 cõy cũn li ang i chng Cam, quýt, bi Qu ang non phun lờn mt s cõy Nho Phun 1/2 cõy dn trờn cỏc chựm qu xanh u Phun lờn cõy s cõy Roi Phun lờn mt s chựm qu Hng Thch Tht Phun lờn 1/2 cõy Rau ngút, rau ti Phun lờn 1/2 din tớch Rau mung Phun 50m2 Ray ay Phun 10 m2 Thi gian theo dừi cha di song theo bỏo cỏo ca nhng ngi trc tip tin hnh th nghim ó cú mt vi nhn xột sau : - Vi thiu lỏ cõy mu xanh m, qu chớn súm hn, v búng p hn so vi i chng - Cam, quýt, bi: lỏ phỏt trin tt hn, qu ln nhanh hn - u : lỏ xanh m, qu phỏt trin nhanh hn i chng - Nho, roi : qu chớn u v sm hn, nng sut tng 10% - Cỏc loi rau : lỏ cú mu xanh m hn, dy, to ln v cho thu hoch sm hn t - ngy, nng sut tng khon t 15 - 20% Rc Bokashi x lý chung li, chung g, ging nc b thi Kt qu cỏc chung tri ht mựi sau ln rc Bokashi vi lng rc 100g/m2 Mt ng cng b thi c x lý bng Bokashi ó sch mựi Bokashi chn nuụi : my ngy u cha quen, sau ú n mnh v chúng ln 6.3.2 Ch phm emuni, ch phm phõn gii xenluloza Cỏc chng loi vi sinh vt ca Trung tõm ng dng Vi sinh vt thuc i hc Quc gia H Ni 201 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG 6.3.2.1 Ch phm vi sinh vt Emuni - Cỏc vi sinh vt cú kh nng phõn gii Xenluloza nh vi khun Bacillus SP, Cellulomonas sp, x khun Streptomyces, Nm si Aspergillus japonicus A.oryzae - Cỏc vi sinh vt cú kh nng phõn gii tinh bt, protein nh nm men Saccharomyces cerevisiae - Vi khun Azotobacter sp cú kh nng c nh nit khớ quyn, vi khun sinh cht kớch thớch cho s tng trng ca thc vt - Vi khun Pseudomonas SP cú kh nng chuyn hoỏ lõn khú tan thnh d tan, vi khun sinh cht khỏng sinh Bacterioxin Tỏc dng : - X lý ph thi nụng nghip lm phõn hu c vi sinh - Phõn gii nhanh rỏc thi, phõn bc, phõn chung, gim thiu ti a mựi hụi thi, hn ch rui mui, dit nhiu mm bnh v trng giun - Chng ỏch tc b pht - Bún phõn hu c sn xut t ch phm Emuni s lm cho t ti xp, tng phỡ nhiờu, gi nc, tng kh nng chng chu sõu bnh, nõng cao nng sut v cht lng sn phm cõy trng Cỏch s dng : - Dựng kh mựi h xớ, chung tri chn nuụi, gia sỳc, gia cm : 100 g ch phm cho vo 40 lớt nc, phun ti u chung tri (1 ln mt tun) - Dựng x lý mụi trng t rỏc thi : 100g ch phm ho vo 100 lớt nc phun vo rỏc, ng - Dựng x lý h xớ b phõn, b pht: 100 g ph phm trn u vi lớt nc phun vo h xớ cui ngy (t - 1,5m3) dựng hai thỏng mt ln - Dựng phõn hu c : 100 g ch phm cho tn phõn rỏc cú m 45%, cú th b sung thờm phõn gia sỳc hoc than bựn, che y k trỏnh mt nhit Sau mt n hai tun cú th o trn, khong 20 ngy phõn hoai l cú th dựng c 6.3.2.2 Ch phm vi sinh vt xenluloza Ch phm ny c phõn lp t cỏc mu t cỏc tnh phớa Bc Cỏc chng vi sinh vt c nuụi cy trờn cỏc ngun xenluloza t nhiờn nh bó mớa, cỏm tru, mựn ca, v lc, rm, v c phờ vi m 50%, nú cú hot tớnh mng trờn v c phờ vi m 50%, nú cú hot tớnh mnh trờn v lc, rm, cỏm tru, yu nht ph thi t ngun c phờ Cỏch s dng : - Dựng kh h xớ, chung tri chn nuụi gia sỳc gia cm : 100g ch phm cho vo 40 lớt nc phun ti u lờn chung tri (1 ln mt tun) - Dựng x lý mụi trng t rỏc thi: 100 g ch phm ho vo 100 lớt nc phun vo rỏc (ng ) 202 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG - Dựng x lý h xớ, b phõn, b pht 100g ch phm trn u vi lớt nc phun vo h xớ cui ngy (vi dung tớch b t - 1,5 m3) dựng thỏng mt ln - Dựng phõn hu c : 100g ch phm cho tn rỏc vi m t 45% cú b sung thờm phõn ca gia sỳc hoc than bựn (sau ú che y kớn) trỏnh mt nhit Sau t mt n hai tun ta o trn, khong 20 ngy sau phõn loi cú th dựng Sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh x lý ph thi hu c cha xenluloza l phõn hu c Phõn hu c c xỏc nh thnh phn hoỏ hc Bng 6.3.2 Cỏc thnh phn hoỏ hc cỏc loi phõn Loi phõn Trõu Bũ Ln Phõn rỏc Phõn than bựn v bó bựn Mc Ti a Ti thiu Trung bỡnh Ti a Ti thiu Trung bỡnh Ti a Ti thiu Trung bỡnh Ti a Ti thiu Trung bỡnh Ti a Ti thiu Trung bỡnh P2O5,% 0,250 0,115 0,171 0,294 0,164 0,227 1,958 0,932 1,253 0,800 0,450 0,625 0,614 0,350 0,482 N,% 0,358 0,246 0,306 0,380 0,302 0,341 0,861 0,537 0,669 0,973 0,450 0,740 0,550 0,250 0,450 K2O,% 1,60 1,129 1,360 0,902 0,924 0,958 1,412 0,954 1,194 0,612 0,350 0,481 0,350 0,150 0,250 Trong thnh phn hoỏ hc phõn hu c ch bin t ph thi hu c thy cú cỏc yu t vi lng S lng nguyờn t vi lng c trỡnh by bng 6.3.2 6.3.3 Vi sinh vt micromix L hp cỏc chng vi vt hiu khớ v a nhit cú kh nng phõn gii xenluloza mch b sung vo b x lý rỏc thi, nhm phõn hu nhanh cht thi hu c, rỳt ngn thi gian phõn hu v nõng cao hiu sut s dng b x lý Vi sinh vt c nghiờn cu v a quy trỡnh sn xuõt ch phm ti phũng Nghiờn cu cỏc Cht hot tớnh Sinh hc t Vi sinh vt Vin Cụng ngh Sinh hc, Trung tõm Khoa hc t nhiờn v Cụng ngh Quc gia nghiờn cu 6.3.3.1 Thnh phn ca vi sinh vt Micromix Cỏc nguyờn t AI Si Mg Ca Sr Fe V Mn Ba Ti Cỏc thnh phn, % 10 >10 0,5 10 0,01 0,002 0,05 0,01 0,5 Cỏc nguyờn t Ni Cr Mo Sn Cu Pb Ga Zn Na Ag 203 Lờ Xuõn Phng Cỏc thnh phn % 0,01 VI SINH VT HC MễI TRNG 0,01 0,0005 0,02 0,02 0,02 0,01 0,02 0,5 0,0001 Tuyn chn cỏc chng a nhit tng hp xenlulaza S lng chng cú hot tớnh xenlulaza ca cỏc nhúm vi sinh vt cao phõn lp c t b rỏc cao; vi khun 40%, x khun 90% v nm mc 36,37% Cỏc chng x khun phõn lp phõn theo nhúm mu cho thy nhúm xỏm (GY) l cao nht chim 67,5%, sau dú l nhúm đ - 23,75% v nhúm trng (W) 8,75% Khụng thy xut hin cỏc chng thuc nhúm lc (Gn), xanh da tri (B) v tớn (V) Kh nng phõn gii CMC - Na v bt thy ca cỏc chng vi sinh vt cng khỏc (bng 6.4) Bng 6.4 T l cỏc chng vi sinh vt cú hot tớnh xenlulaza (nuụi 45oC) Tng s chng cú hot tớnh xenlulaza Hot tớnh C1,(%) Yu Mnh Yu Mnh 140 43,02 56,98 66,1 33,9 Hot tớnh Cx(%) Ghi chỳ : yu : (D-d) < 20 mm; mnh (D - d) > 20 mm tuyn chn cỏc vi sinh vt a nhit cú kh nng sinh tng hp xenlulaza mnh, cỏc chng ó thun khit c nuụi trờn mụi trng cú bt xenlulaza v CMD 50oC Trong s 40 chng cú hot tớnh xenlulaza ó chn dc 12 chng x khun (ký uhiu C1, C3, CD30, CD31, CD6,2, CD6,9 , CD6,10, N24, N43, CD99, CD108, CD5,12) v tỏm chng vi khun (ký hiu CD-1, CD-2, CD-3, CD-4, CD-14, CD45 v C5) cú hot tớnh xenlulaza (c C1 v Cx) mnh tip tc nghiờn cu c im sinh hc v c im phõn loi ca cỏc chng vi sinh vt ó tuyn chn a Vi khun : Kt qu phõn loi : T kt qu th nghim cỏc chng vi sinh vt vi b KIT API 50 CHB i vi vi khun Gram dng, cỏc c im hỡnh thỏi t bo, tớnh cht nuụi cõy so sỏnh vi im phõn loi cỏc chng Bergey cho thy : cỏc chng : CD-1, CD3, v CD-14 ging loi Bacillus stearothermophylus, Donk (1920) 373 A1 ATCC 12980 : CD-2, CD4, CD-9 ging loi Bacillus polymyxa, Prazmowski (1880), Macộ (1889), 588 A1 ATCC 842 Nh vy, tt c cỏc chng vi khun Gram dng tuyn chn c u thuc chi Bacillus riờng chng C5 thuc nhúm vi khun Gram õm Chng C5 thuc nhúm vi khun Gram õm Chng ny cú cỏc c im phaõ loi giụngchi pseudomonas, nhng cha nh tờn loi b X khun: Kt qu phõn loi: Cỏc chng x khun tuyn chn c u thuc chi Streptomyces (Waksman v Henryci, 1943) Da vo khoỏ phõn loi x khun ca Nụnmura v so sỏh vi cỏc phn mụ t c im phõn loi ging cỏc loi sau : 204 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Chỳng chim khong 30%, cũn li l acetic acid, methanol v furfural Vi thnh phn nờu trờn, dch ph thi ny hon ton thớch hp lờn men to sinh giu protein lm thc n cho gia sỳc Lignin v cỏc dn xut ca nú cú mt khỏ nhiu nc ph thi ca ngnh sn xut giy Cỏc hp cht ny rt khú b phõn hy v vy cho n chỳng l i tng nghiờn cu ca cỏc nh cụng ngh sinh hc 8.3.3.3 X lý nc ph thi cụng nghip cha cht mu: Nc ph thi ca cỏc nh mỏy dt, nhum v sn xut mu thng cha cỏc cht mu v cỏc sc t Ngoi nú cũn cha mt s cht c ú cú nhng cht gõy bnh ung th cho ngi v ng vt Cho n nc thi cha cht mu núi trờn thng c x lý bng cỏc bin phỏp húa hc, vỡ kh nng phõn gii cht mu v sc t ca vi sinh vt núi chung l yu Thớ d, ngi ta cú th dựng bựn non loi b cht mu nc thi, nhng bựn non khụng xy quỏ trỡnh phõn hy bn thõn cht mu, m ch xy s tỏch chỳng nc thi nh quỏ trỡnh hp ph Tuy nhiờn cng cú mt s nhúm thuc nhum, ú cú nhúm thuc nhum l azo-, l mt nhng nhúm cht mu quan trng nht, li d dng b phõn hy bi bin phỏp x lý sinh hc c iu kin hiu khớ v ym khớ Nguyờn nhõn ch yu l vỡ iu kin ym khớ, nhiu loi vi sinh vt cú kh nng tng hp enzyme núi trờn s b phõn ró tip bi phn ng oxy húa c enzyme aeroreductase vi sinh vt to xỳc tỏc 8.3.4 Phõn hy sinh hc cỏc cht tng hp hu c: Quỏ trỡnh phõn hy cỏc cht tng hp hu c t nhiờn ph thuc vo bn cht ca chỳng nh bn vng ca cht, hũa tan nc kớch thc v din tớch ca phõn t, bay hi , cỏc yu t bờn ngoi nh pH, kh nng oxy húa bi ỏnh sỏng, yu t sinh hc Trong ú yu t Phõn hu sinh hc th hin thụng qua s cú mt ca cng ng vi sinh vt l cú ý ngha hn c Chỳng cú nhng u th sau: a) Trong cng ng vi sinh vt, cỏc loi vi sinh vt khỏc thng b sung cho nhng thnh phn thit yu cho s tn ti ca riờng tng loi v nh vy giỳp trỡ s tn ti chung ca cng ng õy l mt quan h rt phc v úng vai trũ ch o quỏ trỡnh phõn hy Vớ d: cng ng vi khun phõn ró cyclohexane gm hai loi Trong ú vi khun Norcadia chu trỏch nhim phõn hy chớnh, vỡ nú cú kh nng oxy húa cyclohexane Tuy nhiờn nú khụng th tn ti riờng l v cn s cú mt ca Pseudomonas, vỡ vi khun ny cung cp biotin l cht cn thit cho s phỏt trin ca Norcadia , m bn thõn nú khụng t tng hp c Do vy, tc phõn ró cỏc cht tng hp hu c ch yu ph thuc vo cng ng vi sinh vt, ch khụng ph thuc vo tng loi vi sinh vt riờng l b) Cỏc thnh viờn cng ng vi sinh vt phõn hy cỏc cht hu c tng hp theo c ch b sung ln Cú ngha l mi mt thnh viờn cng ng ch chu trỏch nhim mt cụng on ton b quỏ trỡnh phõn hy c) Trong cng ng vi sinh vt bao gi cng xy s trao i thụng tin di truyn gia cỏc loi vi sinh vt ch yu trao i thụng tin quỏ plasmid Thớ d, ngi ta bit cú hai loi Pseudomonas, ú mt loi cú kh nng sng c lp trờn 291 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG chlorocatechol, cũn loi cha plasmid TOL mang gene chu trỏch nhim tng hp enzimye benzodioxygenase C hai u khụng th sng c lp trờn c cht cha 4cholorobenzoate Tuy nhiờn sau nuụi cy chỳng liờn tc qua nhiu th h cựng nhau, ngi ta to c th t bin cú kh nng sng trờn 4-cholorobenzoate iu ny xy l nh cú s trao i thụng tin di truyn gia hai loi núi trờn 8.3.4.1 Phõn hu sinh hc cỏc dn xut hu c cha chlore: Cỏc cht hu c tng hp cha chlore thng c s dng lm dung mụi hu c, v vy chỳng l mt nhng nguyờn nhõn gõy ụ nhim mụi trng Cho n quỏ trỡnh phõn hy cỏc cht ny bi vi sinh vt hóy cũn c bit rt ớt Trong thc t ngi ta ó phõn lp c nhng chng vi sinh vt c kh nng phõn hy dichloromethane, c ch hot ng ca quỏ trỡnh ny cha c lý gii hon ton Cú l chng núi trờn tng hp c enzyme haloidhyrolase xỳc tỏc phn ng to chloromethanol t dichloromethane Cht ny sau ú s t phõn ró v to formalehye Cũn cỏc dn xut nhõn thm cha chlore b phõn hy bi enzyme dioxygenase xỳc tỏc phn ng oxy húa gn O v nguyờn t C liờn kt vi Cl v lm cho liờn kt C-Cl b yu i nhiu Cỏc sn phõm to thnh sau ú l dn xut catechol cha nhúm halogen thay th õy l cỏc cht trao i ch yu quỏ trỡnh phõn hy cỏc hp cht nhõn thm cha Cl Sau ú chỳng s b phõn hy tip bi enzyme pyrocatechase, dn n s m vũng nhõn thm 8.3.4.2 Phõn hy sinh hc cỏc dn xut nhõn thm cha cỏc nhúm th n: Núi chung cỏc dn xut nhõn thm cha cỏc nhúm th n thng b phõn ró quỏ trỡnh khỏ ging nhau: trc ht l phn ng gn oxy vo nhõn thm, sau ú l phn ng loi b nhúm th (Vớ d: SO3H) v cui cựng l quỏ trỡnh tỏi to li nhõn thm (hỡnh 5.10) Polichlorobiphenyl (PCB) l nhúm cht rt bn vng t nhiờn Tuy nhiờn nu xột riờng tng mt thỡ bn thõn gc biphenyl núi chung cng d dng b phõn hy bi vỡ sinh vt ging nh cỏc hp cht cha nhõn thm khỏc Tuy nhiờn mc chloro húa gia tng, thỡ kh nng phõn hy ca vi vt i vi chỳng ta li gim mnh Trong thc t s gc Cl c gn ln hn 4, tc l ln hn s Cl phõn t tetrachloro PCB, thỡ hõu nh khụng xy quỏ trỡnh phõn hy vi sinh vt Benzopyrene l polyme a vũng Quỏ trỡnh phõn ró nú to cỏc dn xut cha nhúm -OH v epoxy cú kh nng gõy bnh ung th Trong thc t cỏc cht ny hu nh khụng b phõn hy h thng s lý bựn hot tớnh Tuy nhiờn ngi ta cng ó ghi nhn c mt s chng vi sinh vt cú kh nng phõn hy benzopyrene v to cỏc phc cht cú cu to rt phc Polystyrol cng rt bn i vi phõn hu vi sinh vt Tuy nhiờn cho n cng ó xut hin nhng thụng bỏo v s phõn hy bt v lp xe hi (ch yu l cao su styrolbutadiene) bi mt s loi vi sinhvt, b sung thờm cht hot b mt vo mụi trng nuụi cy chỳng 8.3.4.3 X lý sinh hc ụ nhim du m: Vn ụ nhim mụi trng sng bi du m l mt ln ca loi ngi v Vit Nam cng ó bt u xy mc khỏ nghiờm trng Do vy x lý ụ 292 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG nhim du núi chung v x lý ụ nhim du bng cỏc bin phỏp sinh hc núi riờng ngy cng c quan tõm Thụng thng ngi ta chia ụ nhim du m lm hai loi: 1) Nc thi b ụ nhim quỏ trỡnh khai thỏc du khớ, 2) ễ nhim du núi chung i vi mụi trng sng Sau õy chỳng ta s xem xột mt s trng hp x lý ụ nhim du in hỡnh Nc ụ nhim quỏ trỡnh khai thỏc du khớ thng c x lý bng bin phỏp sinh hc sau ó loi b phn ln lng du cú mt nc bng cỏc bin phỏp vt lý hoc bng húa cht to nh Hin h thng x lý ụ nhim s dng bựn hot tớnh kt hp thi oxy thit b dng ct c coi l thớch hp nht Trong thc t nhng s c rũ r du m ln nht thng xy bin Sau thoỏt du s chu cỏc tỏc ng vt oy1 khỏc (k c giú thi) Trong quỏ trỡnh ú khong 2540% lng du m dũ r b phõn hy, c bit l i vi alkanen cú lng phõn t thp Mc phõn hy vi sinh vt i vi du dũ r b phõn tỏn nh trờn ph thuc khỏ nhiu vo yu t nh: hm lng tng i ca cht bóo hũa, cỏc cht nhõn thm cha N, S, v O, mc phõn nhỏnh ca cỏc cht alkane cng nh hm lng ca phõn on nng (nh nha ng chng hn) ca du m Trong ú, thnh phn cha alkene cú phõn nhỏnh cao hoc cỏc hp cht nhõn thm cha lu hunh v phõn on cha nha ng, l nhng thnh phn khú b phõn hu nht ca du m Ngoi tc phỏt trin ca bn thõn vi sinh vt phõn hy du ph thuc vo s cú mt ca cỏc cht dinh dng cú sn t nhiờn (hoc b sung), c bit l N v P Cng cn lu ý l cỏc yu t vt lý nh nhit , nng oxy ỏp sut thu lc v mc to huyn phự ca du nh hng nhiu lờn tc phõn hy ca nú S ụ nhim du t v ngun nc ngt cng l mt phi quan tõm Thc t t luụn cú mt rt nhiu loi vi sinh vt cú kh nng phõn hy du Tuy nhiờn hiu qu phõn hy ca chỳng s gim i nhiu, nu du ụ nhim ban u to cỏc dn xut tan nc hoc cú hot tớnh b mt, lm du lan truyn d dng (iu ny cng cú liờn quan n s lan truyn giú, thy triu lờn xung) 8.3.4.4 Phõn hu sinh hc thuc tr sõu: Hin ụ nhim mụi trng ngnh sn xut thuc tr sõu húa hc, cng nh vic s dng nú nụng nghip gõy ra, ang l tõm im ca nhiu nc Do vy cỏc bin phỏp phũng tr v khc phc hu qu ụ nhim thuc tr sõu gõy (c bit l cỏc bin phỏp sinh hc), ang c quan tõm chỳ ý V nguyờn tc, d tha lng thuc tr sõu t b phõn hy bi cng ng vi khun v nm khỏ nhanh Thụng thng c ca thuc tr sõu gim mnh sau giai on bin i u tiờn ca chỳng iu ny cho phộp xõy dng cụng ngh x lý ụ nhim thuc tr sõu bng vi sinh vt khỏ n gin Quỏ trỡnh phõn ró thuc tr sõu c xỳc tỏc bi mt s enzyme thy phõn ngoi bo ca vi sinh vt nh esterase, acylamidase v phosphoesterase Vớ d: enzyme parathiohydrolase Pseudomonas SP tng hp cú kh nng phõn hy ti 94-98% d thuc tr sõu paraythion Hot ca enzyme ny ph thuc vo cu trỳc, m v dung m ca t Do vy, thc t enzyme th hin hot phõn parathion cỏc iu kin khỏc thỡ khỏc Ngoi ra, hin ó xut hin kh nng s dng enzyme núi trờn dng c 293 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG nh trờn cỏc mng lc x lý nc thi ca cỏc nh mỏy sn xut thuc tr sõu húa hc hoc lm sch ngun nc dõn dng 8.3.4.5 Phõn hy sinh hc cỏc cht ty ra: Theo kh nng b phõn hy sinh hc, ngi ta chia t ty tng hp lm hai loi: Loi cng v loi mm Vo thi k u, ngi ta s dng cỏc cht ty cú phõn nhỏnh cao nh alkylbenzosulphonate ú l cỏc cht khỏ bn i vi quỏ trỡnh phõn hy sinh hc trỏnh tớch ly cỏc cht alkyl mch thng d b phõn hy sinh hc Trc ht chỳng b phõn hu bi phn ng oxy húa nhúm -CH3 u cui Mch thng cũn li sau ú s b oxy húa tip v kt thỳc bng phn ng oxy húa nhõn ca phõn t Ton b quỏ trỡnh trờn xy iu kin hiu khớ vỡ cn oxy cho phn ng oxy húa Alkyl mch nhỏnh cng b phõn hy sinh hc, nhng chm hn v c ch ca quỏ trỡnh cha b bit nhiu Hin ch bit l liờn kt C-S ca cỏc cht ty núi chung l bn vi tỏc ng phõn hy sinh hc Liờn kt ny b phỏ góy v to gc sulphonate bi enzyme hydroxylase v monooxygenase vi sinh vt tng hp Hin cỏc cht ty trung tớnh c s dng to nh phc v cho cỏc mc ớch s dng nụng nghip v cụng nghip m phm Cỏc cht ny b phõn hy sinh hc ch yu thụng qua quỏ trỡnh oxy húa v thu phõn enzyme xỳc tỏc Cỏc cht ty dng thng phm ch cha khong 30% cht hot húa b mt, cũn li l cỏc cht ty trng, to bt, enzyme v ch yu l cỏc cht ph gia Ban u ngi ta s dng trisodiumphosphate lm cht ph gia, nhng nú li l ngun cung cp P v ú gúp phn lm ụ nhim ngun nc rt mnh Nờn sau ny ngi ta phi chuyn sang s dng cỏc cht ph gia khụng cha P v N nh CMS (carboxymethyl succinate), ODA (oxydiacetate) v EGDA (ethylene glycol diacetate): - HOOCCH2OCH(COOH)CH2COOH CMS - HOOCCH2OCH2COOH ODA - HOOCCH2OCH2CH2OCH2COOH EGDA - N(CH2COOH)3 NTA Cỏc cht ny b phõn hy khỏ nhanh bi enzyme liase nhiu loi vi sinh vt tng hp Ngoi hin ngi ta cũn s dng rng rói NTA (nitriltriacetate), l ph gia cú cha N, nhng li d dng b phõn hy sinh hc c nc sụng ngũi iu kin t nhiờn, hoc bi h thng x lý bng bựn hot tớnh 8.3.4 X lý sinh hc ph thi nụng nghip: Hng nm, ngnh nụng nghip núi chung (k c trng trt v c bit l chn nuụi) thi mt s lng ln ph thi Do ú x lý ph thi nụng nghip (c bit l ph thi chn nuụi) tr thnh mt ln cn gii quyt Do vy cn phi cú cỏc quỏ trỡnh cụng ngh thớch hp x lý ph thi nụng nghip thnh nhng sn phm cú ớch v gúp phn bo v mụi trng sng 8.3.4.1 X lý hiu khớ ph thi nụng nghip: c im ni bt ca phng phỏp x lý hiu khớ ph thi l vi khun tham gia vo vic x lý hiu khớ ph thi c cung cp oxy y Do vy sn phm x lý 294 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG khỏ n nh Yờu cu i vi cỏc h x lý hiu khớ hot ng n nh lõu di, thao tỏc n gin v d dng t ng húa Hin cỏc nc phỏt trin ang hot ng mt s h thng x lý hiu khớ sau: 1) H cha oxy húa: L mụ hỡnh x lý n gin nht, l ni cha nc thi chn nuụi thng khụng sõu quỏ 1,5m v yờu cu phi cú b mt rng quỏ trỡnh thụng khớ c d dng Trờn b mt ca h x lý thng cú nhiu loi to quang hp, chỳng giỳp tng hiu qu hot ng ca h x lý i vi h x lý ny tc np ph thi khụng ln H x lý ny cú mt nhc im sau: tc x lý chm, yờu cu din tớch ln, cn bó tớch ly ỏy h v b phõn gii iu kin hiu khớ, to iu kin cho nhiu loi cụn trựng khụng mong mun phỏt trin Nhng h x lý ny cú u im l chi phớ thp v khụng cn phi trụng coi Trong thc t ngi ta gia tng hiu qu hot ng ca h thng x lý ny bng cỏch gia tng thụng khớ (bng nhng bin phỏp thớch hp) Nh ú cú th gim kớch thc ca h thng v thi gian x lý 2) H thng x lý b bc thang: H thng ny c s dng Anh Khỏc vi h cha oxy húa, ph thi c np vo h ny mt cỏch u n v c lu gi khụng lõu Nh dũng chy t t theo bc thang, ph thi c oxy húa khỏ mnh v cn c gi li ỏy b Núi chung quỏ trỡnh x lý ph thi h x lý ny mnh hn so vi h cha oxy húa 3) X lý rónh Pasveer (Pasveer Dltch): L h thng x lý ci tin cú s dng bựn hot tớnh (bựn non) Lp dch ph thi rónh sõu khong 0,3-0,6m, c khuy trn bng ng c vy tc x lý cao thụng qua quỏ trỡnh oxy húa cng bc Hiu lc x lý gia tng nh cú s hin din ca on vi sinh vt lp bựn non 8.3.4.2 X lý ph thi nụng nghip iu kin ym khớ: Bn cht ca x lý ny chớnh l quỏ trỡnh lờn men iu kin ym khớ to khớ sinh hc (biogas), cha ch yu khớ methane, CO2 v mt s khớ khỏc X lý ny mt mt cung cp mt phõn nng lng cho cỏc hot ng nụng nghip, mt khỏc khụng kộm phn quan trng l hn ch ph thi nụng nghip gõy ụ nhim mụi trng Quỏ trỡnh lờn men ym khớ c thc hin ch yu bi nhúm vi khun k khớ sinh methane 295 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG CHNG IX TC NHN VI SINH VT TRONG X Lí KH THI 9.1 NGUYấN Lí CA QU TRèNH X Lí SINH HC KH THI: Khớ thi hot ng sng ca ngi núi chung v khớ thi cụng nghip núi riờng cú mựi khú chu v cha nhiu cỏc dn xut lu hunh dng khớ nh: thiosulphate, H2S, methyl mercaptan v dimethyl sulphite Phõn ró hiu khớ: H2S + 2O2 H2SO4 (CH3)2S + 5O2 2CO2 + H2SO4 + 2H2O Phõn ró ym khớ: H2S + 8NaNO3 4Na2SO4 + H2SO4 + 4H2O + 4N2 (CH3)2S + 4NaNO3 Na2SO4 + 2NaOH + 2H2O + 2N2 + 2CO2 Cỏc cht ny l ngun cung cp nng lng cho hot ng sng ca nhiu loi vi sinh vt hiu khớ v ym khớ Trong thc t chỳng b phõn hu nh mụ t cỏc phng trỡnh trờn CC H THNG LM SCH KHễNG KH BNG PHNG PHP SINH HC: Cụng ngh sinh hc ó c a vo ỏp dng rng rói cỏc bin phỏp nhm bo v mụi trng sinh thỏi trỏnh cỏc cht thi c hi ca cỏc xớ nghip cụng nghip Trc ú l nc thi cụng nghip, cũn nhng nm gn õy ú l loi khớ thi cụng nghip Trong c hai trng hp ú l nhng cht c hi i vi ngi v cỏc loi ng vt mỏu núng khỏc Trong thiờn nhiờn cú mt s phõn b rng rói cỏc vi sinh vt cú vai trũ to ln vũng tun hon ca cỏc cht hu c nh chỳng cú cỏc h enzyme cú kh nng thy gii cỏc cht c t rt khỏc v mt cu to húa hc v sau ú li cú kh nng ng húa cỏc sn phm to quỏ trỡnh thy gii, s dng cỏc sn phm ny nh l c cht ca s trao i kt cu v nng lng Ngy ngi ta ó bit c ph rt rng cỏc hp cht hu c thuc cỏc nhúm cht khỏc m c th vi sinh vt cú kh nng phõn gii Trong thc t ngi ta ó s dng chng vi sinh vt hay qun th vi sinh vt lm sch mụi trng xung quanh cỏc cht hu c c hi 296 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Trong khụng khớ ca cỏc thnh ph cụng nghip ln, ngi ta ó phỏt hin ti khong 150 cht hu c thuc v cỏc cht ng ng ca benzol, hydrocarbons, phenol Cỏc xớ nghip húa hc, ch to giy cellulose, sn xut sn v cụng nghip thc phm, cỏc xớ nghip ch bin nụng sn v cỏc t hp chn nuụi, cỏc b lng nc thi v cỏc thit b x lý cht thi u l ngun thi cỏc cht c hi cú mựi hụi thi m thm nng khụng ln ó gõy cho ngi cm giỏc khú chu lm hi sc khe ca cng ng xó hi Phng phỏp vi sinh vt lm sch khụng khớ khỏc vi cỏc phng phỏp lm sch hoỏ hc v lý hc bi kh nng tin hnh ca quỏ trỡnh ny nhit bỡnh thng v di ỏp sut khớ quyn Cú ba kiu h thng lm sch khụng khớ bng phng phỏp sinh hc: Tm lc sinh hc (Bio-filter); Cỏc thit b lm sch sinh hc (Bio-scrubber); Cỏc Biocreactor cha cỏc mng lc polymer; 9.2.1 Tm lc sinh hc Biofilter: Thnh phn chớnh ca bio-filter l lp lc, trờn ú xy quỏ trỡnh hp th cỏc cht c t khụng khớ b nhim bn v sau ú phõn hy chỳng bng cỏc vi sinh vt Khụng khớ cn lm sch c a vo bng qut giú Ngi ta thng s dng phõn , than bựn v cỏc cht cú ngun gc t nhiờn tng t lm vt liu cho lp lc Bn thõn cỏc vt liu núi trờn cú cha nhng khoỏng cht cn thit nuụi dng vi khun Thng ngi ta s dng qun th vi sinh hn hp thớ d nh bựn hot tớnh chng hn lm sch nc thi ca cỏc xớ nghip húa cht 9.2.2 Cỏc thit b lm sch sinh hc Bio - Scrubber: Nguyờn tc hot ng ca cỏc bio-scrubber khỏc vi bio-filter ch l cỏc cht c c hp th bng nc v b phõn hy ln lt bi vi sinh vt nm cỏc thit b khỏc Thnh phn cu to quan trng nht ca bio-scrubber l thit b hp th (absorber) l ni din s trao i lng cht gia khớ thi nhim bn v cht 297 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG hp th Khi thit k bt k kiu absorber no ngi ta cng phi c bit chỳ ý n vic lm tng din tớch b mt phõn chia phase, l yu t quyt nh hiu qu ca vic hp th Bờn absorber cỏc cht c v oxy di chuyn vo nc, ú khớ thoỏt absorber s dng c lm sch, cũn nc thỡ trng thỏi nhim bn S thit b lc mụ t hỡnh 9.1, bao gm b phn thu gúp (aerotank) nm phn ỏy ca absorber (1) Mt ng ng c lp vo bờn trờn aerotank a khớ nhim bn vo (2) Khụng khớ ó c lm sch thoỏt ngoi qua l s (3) phn trờn ca bioscrubber lp cỏc mng lc (4) v ng dn (5) nm bờn cnh vũi phun (6) Nc tun hon h thng cú cha bựn hot tớnh nm aerotank (1), luụn cú pH c trỡ mc cn thit nh s tr giỳp ca thit b chuyờn dng H thng ny cng s dng c than hot tớnh, khong 4g/l, trn ln vi bựn hot tớnh Khi thit b hot ng, khụng khớ bn i vo theo ng dn (2) qua cỏc lp mng lc (4) ti l thoỏt ng thi t aerotank (1) bng mỏy bm theo ng ng (8) dch lng ty c phun qua vũi phun Khi xut hin dũng xoỏy mnh v t c cỏc ch s trao i cht cao, thỡ quỏ trỡnh lm sch khớ cỏc cht c hi s c coi l t yờu cu S cú mt ca than hot tớnh s lm tng cỏc ch s lm sch, bi vỡ mt s cht c cú mt khụng khớ s hp th trờn lp than v quỏ trỡnh phõn hu chỳng s din aerotank Cỏc t bo vi sinh vt tham gia vo thnh phn ca bựn hot tớnh v nhng enzyme ngoi bo chỳng tit cng c gi li trờn than hoat tớnh Nc sch c cung cp vo aerotank theo ng ng (9) ng thi theo ng ng thoỏt (10), mt lng tng ng nc cựng vi bựn hot tớnh s vo b lng (12) Khi cn thit cú th a cht kt ta t b lng tr li earotank theo (14), (15) hay a h thng theo cỏc ng (11), (13) 298 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Hỡnh 9.1 Thit b lm sch sinh hc Bio - Scrubber 9.2.3 Bioreacter: Nhng bioreactor cú cha cỏc mng polymer gn t bo vi sinh vt (ngi ta cũn gi chỳng l bioreactor bc lp ra) l nhng h thng lm sch khụng khớ tiờn tin nht Vic lm sch cht c din cng nh vo hot tớnh enzyme ca cỏc t bo vi sinh c c nh trờn mng ụi thay th vo ch cỏc t bo ngi ta c nh enzyme lờn cỏc mng polymer núi trờn Tuy nhiờn thc hin cỏc quy trỡnh cụng ngh ngi ta ch yu ch s dng cỏc t bo vi sinh vt c nh Mt nhng nguyờn nhõn ch yu l kh nng d dng thõu nhn chỳng vi giỏ thnh r hn so vi cỏc ch phm enzyme Ngoi ra, s cỏc u th v mt cụng ngh khỏc phi k ti mc n nh cao ca enzyme t bo vi sinh vt so vi enzyme c tỏch t t bo, cng nh kh nng tỏi sinh t nhiờn cofactor ca nú quỏ trỡnh húa sinh xy liờn tc Trong vic tỏi sinh cofactor trng hp s dng cỏc ch phm enzyme tinh khit cỏc quy trỡnh sn xut ln s ũi hi chi phớ rt cao kốm theo cỏc thit b cụng ngh phc Tuy nhiờn vic s dng cỏc t bo c nh cng cú nhng nhc im cn phi lu ý Cú th xy nhng phn ng ph s cú mt t bo mt s lng ln cỏc enzyme khỏc So vi ch phm enzyme khụng tan, hot ng ca enzyme t bo vi sinh vt tớnh trờn n v din tớch b mt ca bioreactor s thp hn 299 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Protease cú mt t bo cú th gõy s bin tớnh ca enzyme, ngoi cỏc t bo c nh cng to s cn tr khuch tỏn b sung Dch ngng kt Hỡnh 9.2 S nguyờn tc hot ng ca Bioreactor Hin cú mt s gii phỏp thit k i vi kiu bioreactor ó núi trờn, nhng gii phỏp ny cú tớnh n cỏc yu t cú liờn quan ti ch khai thỏc liờn tc ca cỏc xớ nghip cụng nghip Trờn hỡnh 9.2 l s nguyờn tc mụ t phng phỏp vi sinh vt lm sch khụng khớ u tiờn ó c ngh s dng Trong quy trỡnh cụng ngh ny ngi ta s dng vi sinh vt t, chỳng c phõn b trờn t mang cú cha nc v cỏc mui khoỏng cn thit cho dinh dng ca vi sinh vt Khi cỏc cht hu c i qua bioreactor, chỳng b ng hoỏ bi vi sinh vt v b oxy húa mt phn ti CO2 v H2O H thng núi trờn khụng yờu cu tỏi sinh hay thay th cho n m bờn h thng cũn v vic cung cp cỏc cht dinh dng hu c cn thit cho vi sinh vt c trỡ Nh mụ t trờn hỡnh 9.2 h thng ny l mt kờnh qut giú, ú trờn b mt ca cht mang (cú th l bt xp, bụng thy tinh hoc bt k vt liu no cú din tớch b mt riờng ln) ngi ta c nh cỏc c th vi sinh vt Cht mang cựng vi cỏc vi sinh vt gn trờn ú c xp container (1) cú cỏc l khớ i qua Container li c xp vo thit b cha (4) cú cha mui khoỏng Khụng khớ bn i qua container v sau ú i qua thit b iu chnh khụng khớ n thnh phn cng nh nhit v m cn thit B phn chun b khụng khớ (3)cú th ci tin t núng hoc lm lnh bng cỏch cho i qua thit b nhit dng ng xon (2) Cui cựng khớ sau c lm sch v c a v cỏc thụng s cn thit s i vo h thng qut ngoi Trong cỏc h thng hin i rt ph bin cỏc cht mang polymer dng l hoc dng si cú gn cỏc t bo vi sinh vt v c sp xp mt cỏch c bit container Khụng loi tr kh nng c nh cỏc t bo vi sinh vt trờn cht mang vụ c, thớ d trờn silicagel ci bin, ú cỏc t bo vi sinh vt c nh s to mt lp ộp khụng cht Theo nguyờn tc, cỏc t bo vi sinh vt c nh trờn cht mang c nhi vo thit b cha container nh cú hỡnh viờn n, nc cựng mui khoỏng cn thit cho t bo vi sinh vt s c a vo cỏc containner ny Cỏc cht cn phõn hu cú mt khụng khớ bn i qua lp xỳc tỏc sinh hc s phõn b gia phase khớ v mng 300 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG nc bc cỏc ht xỳc tỏc, chỳng s khuch tỏn qua mng ny v sau ú b phõn ró lp xỳc tỏc sinh hc Tc lm sch khớ cú th b gii hn hoc bi s khuch tỏn ca c cht t phase khớ qua mng nc vo ht xỳc tỏc, hoc bi tc phõn ró ca chỳng cỏc t bo vi sinh vt gõy Tc khuch tỏn ph thuc vo bn cht v nng ca cht khuch tỏn ranh gii phớa ngoi v phớa mng nc Cũn tc phõn ró chỳng li ph thuc vo hot ca h enzyme t bo vi sinh vt thc hin quỏ trỡnh ny Nu xy s phõn ró ton b cỏc cht khuch tỏn qua mng nc nh enzyme, thỡ iu ú cú ngha l quỏ trỡnh ny hot ng ch khuch tỏn iu ny cú th xột oỏn theo nh hng ca cht mang v nng sinh lờn kh nng phõn hy Mc bin i c cht phn ỏnh quỏ trỡnh lm sch khớ, s b gim tc ca dũng khớ gia tng Bioreactor cú lp nh trờn thng cú chu k hot ng khong 5-10 ngy, nu nh ngi ta b sung vo nc ti lờn reactor sinh hc khong 5% bựn hot tớnh ly t h ng nc Tuy nhiờn vic s dng cỏc vi sinh vt ó thớch nghi vi s phỏt trin trờn cỏc cht c t cú khụng khớ cn lm sch, cú th lm thi hn trờn gim thm cũn vi gi Cựng vi thi gian, cn khớ ng hc ca lp xỳc tỏc sinh hc s gia tng s gia tng hm lng sinh b gi li nú, vỡ th c vi thỏng ngi ta li phi lm sch cht xỳc tỏc sinh hc núi trờn phõn hu vi hiu sut cao mt cht hu c c th no ú, thỡ cn phi s dng bioreactor cha cỏc chng chuyờn bit cú hot tớnh phõn hy cht núi trờn cao Thc t cho thy rng, thc hin chc nng xỳc tỏc phõn hy cỏc hp cht hu c cn phi cú ch nuụi cy riờng bit cỏc chng vi sinh vt trc c nh chỳng C s ca ch nuụi cy ny l lm cho qun th vi sinh vt thớch nghi c vi mt c cht c th no ú, iu ny cn thit bi vỡ qun th vi sinh vt trng hp ny rt khụng ng nht Cú th nhng khú khn xut hin nuụi cy vi sinh vt trờn c cht c th, c cht l cht bay hi khụng tan nc i vi mt s cht, cú th s dng cỏc cht tng ng v mt cu trỳc to s th hin ca gen chu trỏch nhim tng hp enzyme tng ng, cú ngha l gõy s cm ng khụng c hiu cho quỏ trỡnh tng hp enzyme phõn hu ng thi phi nghiờn cu c tớnh ng hc ca quỏ trỡnh phõn hu mt s trng hp cn thit, chc chn l khụng cú cỏc cht c ch c to thnh quỏ trỡnh phõn hy cht núi trờn, cng nh xỏc nh ngng nng hot ng ca h thng Trong ny cn thit phi cú thụng tin v cỏc t bo b cht khụng cũn kh nng tỏi to quỏ trỡnh c nh, nu quỏ trrỡnh ny tin hnh ng thi vi quỏ trỡnh polymer húa cỏc si mang Cng nh cn phi bit c nh hng ca cỏc cht hu c tham gia vo quỏ trỡnh polymer húa lờn kh nng sng sút ca t bo vi sinh vt tng giai on riờng bit iu ny cn bt buc vỡ lý no ú phi thay i ch c nh t bo hoc ch nuụi cy chỳng Vỡ container cha cỏc t bo c nh c chun b trc, cho nờn phi tớnh n vic sy khụ, gi hot ca t bo sau sy, thi gian thớch nghi ca t bo sau a container vo h thng v s thay i cho phộp ca s lng t bo cũn kh nng sng sút sau thi gian bo qun cỏc iu kin quy nh 301 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG Ph thuc vo c cht, t bo cú th thc hin chc nng thy gii, thớ d nh esterase l enzyme ct liờn kt ester ca cỏc ester phc (nh ethylacetate, butylacetate) hoc ng hoỏ c cht v s dng chỳng quỏ trỡnh trao i cu trỳc hoc nng lng C s ca quỏ trỡnh lm sch khớ bng phng phỏp vi sinh vt da trờn s phỏt trin ca vi sinh vt c khuy trn mnh m, cũn gi l chemostate Trong ú ngi ta khụng quan tõm nhiu n l cht cn phõn hu dng dung dch hay dng hi phase khớ cú hũa tan hoc khuch tỏn vo phase nc ca h thng kh hay khụng Khỏc vi cỏc bi toỏn c in c gii quyt theo kiu chemostate, quỏ trỡnh núi trờn cú c cỏc trng hp cú liờn quan vi nng c cht thp kốm theo cỏc yu t gii hn thay i cng nh tc phỏt trin thp Trong cỏc tớnh toỏn v chn kiu bioreactor cú th s dng phng trỡnh khụng tuyn tớnh ca Monod tớnh tc s dng c cht C s lý thuyt ca phng thc gii quyt nhim v l s hiu bit sinh húa v vi sinh vt v c ch ng húa cỏc cht cn phõn hu t bo vi sinh vt Vỡ cỏc cht ny c s dng quỏ trỡnh trao i cu trỳc v nng lng Do ú cn phi bit c cỏc thụng s tớnh toỏn ti u cho bit phn no ca c cht b oxy húa n sn phm cui cựng v phn no s tham gia vo trao i cu trỳc, cú ngha l to sinh Cng cn phi xỏc nh bng thc nghim giỏ tr ngng ca sinh m ú hóy cũn din tin quỏ trỡnh din tin quỏ trỡnh xỳc tỏc nhng nng ó cho ca c cht Hn na phi chỳ ý l tỏc ng xỳc tỏc c thc hin bi cỏc t bo sng quỏ trỡnh hot ng ca h thng bioreactor Do ú phi tớnh toỏn cho s gia tng sinh luụn mc ti thiu, bi vỡ s gia tng sinh núi chung u to nờn mt s cn tr b sung mng Ngi ta a phng phỏp ph bin nht lm phng phỏp u ti u húa cỏc thụng s núi trờn Mt hai phng phỏp ú l phng phỏp tớnh theo hiu qu kinh t, cú ngha l phi tớnh c tng quan ti u gia s gia tng sinh ti thiu v s tiờu tn cao nht cho trao i nng lng Phng phỏp th hai da trờn c s tớnh toỏn h s bin i c cht cao nht thnh sn phm Ypmax theo lý thuyt oxy-húa kh Nhng yờu cu ch yu i vi cỏc thit b sinh hc lm sch khụng khớ l: n gin hnh, hiu qu lm sch, cng nh nng sut hot ng riờng (l t l gia khụng khớ i qua thit b mt gi v th tớch lm vic ca h thng) cao v can tr khớ ng hc thp Thit b lm sch sinh hc khụng khớ ph bin nht l cỏc biofilter cú chi phớ sn xut khụng ỏng k (vt liu ca lp lc r v ph bin, tiờu tn nc, in thp) Nng sut hot ng ca bioreactor cao hn nhiu so vi cỏc thit b sinh hc lm sch khớ khỏc, vỡ nú cú nng sinh khớ cao th tớch lm vic ca reactor nh s c nh vi sinh vt trờn cỏc cht mang polymer v vụ c Ngoi vai trũ trung sinh khi, cỏc cht mang ny cũn thc hin mt chc nng rt quan trng khỏc l m bo din tớch b mt phõn cỏch ln gia hai phase nc-khớ Bi vỡ hiu sut lm sch khụng khớ ca bioreactor th tớch v tc dũng khớ ln s b gii hn bi tc khuch tỏn ca cỏc cht cn loi b qua mng nc bao bc lp sinh hc, vy nu mun gia tng hn na nng sut ca bioreactor, thỡ cú l phi hon thin hn thit k ca bioreactor v tỡm kim cỏc vt liu mi c nh vi sinh vt nhm to din tớch b mt ngn cỏch phase ln 302 Lờ Xuõn Phng VI SINH VT HC MễI TRNG TI LIU THAM KHO Nguyn Lõn Dng , Nguyn ỡnh Quyn, Phm Vn Ty 2002 Vi sinh vt hc NXB Giỏo dc Nguyn Lõn Dng VSV t v s chuyn hoỏ cỏc hp cht cacbon, nit NXB KH v K thut H Ni 1984 Nguyn c Lng - Cụng ngh VSV I, II NXB a Quc gia TP HCM Nguyn c Lng - Cụng ngh VSV I, II NXB a Quc gia TP HCM Nguyn Xuõn Nguyờn, Trn Quang Huy - Cụng ngh x lý nc thi v cht thi rn NXB KH & KT H Ni 2004 Trn Hiu Khuờ (Ch biờn) Trn c H - Lờ Hiu Tho - Giỏo trỡnh cỏc quỏ trỡnh vi sinh cỏc cụng trỡnh cp thoỏt nc Trng i hc Xõy dng h Ni 1994 Lờ Xuõn Phng - Vi sinh vt cụng nghip - NXB Xõy dng H Ni Trn Thanh - Cụng ngh vi sinh NXB Giỏo dc H Ni 2000 Trnh Th Thanh - c hc mụi trng v sc kho ngi - NXB i hc Quc gia H Ni 2003 10 Trn Linh Thc, Phng phỏp phõn tớch vi sinh vt hc nc thc phm v m phm, 2002, NXB giỏo dc 11 Trn Cm Võn - Giỏo trỡnh VSV hc mụi trng NXB H Quc gia H Ni 2003 12 Trung tõm o to ngnh nc v mụi trng S tay x lý nc Tp I, II XNB Xõy dng H ni 1999 303 MC LC PHN I : I CNG V VI SINH VT HC MễI TRNG CHNG : HèNH THI, CU TO V CC C TNH C BN CA VSV 1.1 c im chung ca vi sinh vt .2 1.2 Cỏc nhúm vi sinh vt chớnh CHNG : SINH Lí I CNG VI SINH VT 59 2.1 Dinh dng ca vi sinh vt 59 2.2 Trao i cht v trao i nng lng ca vi sinh vt 90 2.3 nh hng cỏc yu t bờn ngoi n hot ng ca vi sinh vt 94 CHNG : S PHN B CA VI SINH VT TRONG MễI TRNG 108 3.1 Mụi trng t v s phõn b ca vi sinh vt t 108 3.2 Mụi trng nc v s phõn b ca vi sinh vt nc .119 3.3 Mụi trng khụng khớ v s phõn b ca vi sinh vt khụng khớ .122 CHNG : KH NNG CHUYN HO VT CHT CA VI SINH VT TRONG CC MễI TRNG T NHIấN .126 4.1 Kh nng chuyn hoỏ cỏc hp cht cacbon mụi trng t nhiờn 126 4.2 Kh nng chuyn hoỏ cỏc hp cht nit mụi trng t nhiờn ca VSV 135 4.3 K/nng chuyn hoỏ cỏc hp cht pht mụi trng t nhiờn ca VSV 155 4.4 K/nng chuyn hoỏ cỏc hp cht lu hunh mụi trng t nhiờn ca VSV 158 CHNG : ễ NHIM VI SINH VT 161 5.1 Nguyờn nhõn ca ụ nhim vi sinh 161 5.2 Nhim trựng v kh nng chng ca c th 162 5.3 Mt s vi sinh vt gõy bnh chớnh .168 5.4 Mt s vi khun gõy bnh khỏc 180 5.5 Vi sinh vt ch th ụ nhim 192 PHN II : VSV V CC CHT VI QU TRèNH SINH HC TRONG CễNG NGH MễI TRNG 195 CHNG VI : C S SINH HC CA QU TRèNH X Lí ễ NHIM MễI TRNG .195 6.1 Tỡnh hỡnh ụ nhim mụi trng hin 195 6.2 Nguyờn lý c bn ca cỏc quỏ trỡnh 196 6.3 Mt s loi vi sinh vt s dng x lý ụ nhim mụi trng 199 CHNG 7: TC NHN VI SINH VT TRONG QU TRèNH X Lí ễ NHIM MễI TRNG NC .211 7.1 Vi sinh vt gõy bnh v ch tiờu v sinh v vi sinh vt nc cp sinh hot .211 7.2 S nhim bn ngun nc, quỏ trỡnh t lm sch ca nc ngun (sụng, h) 224 7.3 Cỏc quỏ trỡnh vi sinh vt cỏc cụng trỡnh x lý nc thiờn nhiờn .238 7.4 Cỏc hin tng bt li s phỏt trin vi sinh vt, sinh vt ng dn, cụng trỡnh v thit b cp nc, bin phỏp khc phc .244 7.5 Vi sinh vt vi quỏ trỡnh x lý ụ nhim mụi trng nc 247 CHNG 8: TC NHN VI SINH VT TRONG X Lí CHT THI 267 8.1 Khỏi nim v cht thi .267 8.2 Phõn loi cht thi .268 8.3 Khỏi nim v x lý cht thi .268 CHNG 9: TC NHN VI SINH VT TRONG X Lí KH THI 293 9.1 Nguyờn lý ca quỏ trỡnh x lý sinh hc khớ thi .294 9.2 Cỏc h thng lm sch khụng khớ bng phng phỏp sinh hc 293