Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải

Phế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con ng ười, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân cư, nh

Chuyên đề: VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢII. NGUỒN GỐC PHẾ THẢI1/ Phế thải là gì ?Phế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con ng ười, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn. - Rác thải sinh hoạt: Phát sinh hàng ngày ở các đô thị, làng mạc, khu du lịch, nhà ga, trường học, công viên .- Rác thải công nghiệp: Phát sinh trong quá trình sản xuất công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ (nhiều thành phần phức tạp, đa dạng)- Rác thải nông nghiệp: Sinh ra trong quá trình trồng trọt, chăn nuôi, chế biến nông sản trước và sau thu hoạch .Xử lý rác thải là dùng các biện pháp kỹ thuật để xử lý các rác thải và không làm ảnh hưởng đến môi trường, tái tạo lại sản phẩm có lợi cho xã hội nhằm phát huy hiệu quả kinh tế. Xử lý rác thải là một công tác quyết định đến chất lượng bảo vệ môi trường. Rác thải trên 60% là rác hữu cơ. Độ ẩm rác về mùa nắng là 45- 60%, mùa mưa có thể trên 80%. Độ ẩm cao làm phát sinh nhiều vi sinh vật. Rác sau khi được phân loại bỏ các thành phần không hữu cơ sẽ được lên men. 2/ Nguyên nhân sinh ra phế thải ?- Do dân số tăng nhanh - Trình độ hiểu biết của người dân còn thấp - Ý thức , trách nhiệm còn kém - Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản lý môi trường - Do quá trình đô thị hóa , các khu kinh tế , trung tâm công nghiệp , đô thị mới không được quản lý chặt chẽ , các vấn đề rác thải có nguy cơ ngày càng gia tăng - Do sự chênh lệch giàu nghèo ngày một sâu sắc, dẫn đến tình trạng không giữ vệ sinh chung - VIỆT NAM LÀ MỘT NƯỚC NÔNG NGHIỆP nên có nguồn phế thải sau khi thu hoạch rất lớn , rất đa dạng 3/Nguồn gốc phế thải ?- Phế thải có nhiều nguồn khác nhau : rác thải sinh hoạt , rác thải đô thị , phế thải do qúa trình sản xuất , chế biến nông , công nghiệp ; phế thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp VD : Nhà máy giấy , nhà máy đường , khai thác chế biến than , các nhà máy xí nghiệp chế biến rau , quả , đồ hộp v.v…- Phế thải rất đa dạng nhưng người ta xếp chúng thành 3 nhóm sau :+ Phế thải rắn + Phế thải hữu cơ + Phế thải lỏng 4/ Thành phần ? Thành phần của rác thải sinh hoạt - Rác thải sinh hoạt là một tập hợp không đồng nhất - Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát của các nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và thương mại - Tính không đồng nhất này tạo ra một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt Rác thải sinh hoạt VN :+ Thành phần hữu cơ chiếm 55 – 56 % + Cấu tử phi hữu cơ ( kim loại, thủy tinh , rác xây dựng … ) chiếm 12 – 15 % + Cấu tử khác chiếm 20 – 33 % Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải luôn biến động và thay đổi theo mức sống của cộng đồng 5/ Các biện pháp xử lý phế thải ?Gồm có 4 biện pháp : 5.1. Biện pháp chôn lấp :Người ta đào một cái hố sâu để đổ rác xuống và lấp lại a. Ưu điểm Là phương pháp đơn giản nhất , dễ làm b. Khuyết điểm Đòi hỏi nhiều diện tích đất ,thời gian xử lý lâu , có mùi hôi thối , làm ô nhiễm đất , ô nhiễm nguồn nước , bộc lộ nhiều khiếm khuyết5.2. Biện pháp đốt :Khi lượng phế thải quá nhiều . Đây là biện pháp tạm thời , gây ô nhiễm môi trường không khí rất nghiêm trọng , gây hiệu ứng nhà kính và các loại bệnh hô hấp , tốn nhiên liệu để đốt 5.3. Biện pháp thải ra hồ sông , ngòi và đổ ra biển :Đây là biện pháp nguy hiểm nhất , gây ô nhiễm không khí , nguồn nước , tiêu diệt sinh vật sống trong nước , gây ô nhiễm toàn cầu. 5.4. Biện pháp sinh học : Là biện pháp tối ưu nhất , dùng để xử lý phế thải . Muốn thực hiện được biện pháp này điều quan trọng nhất đó là phải phân loại phế thải. II. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH1. Các chất rắn hữu cơ có thể được phân loại như sau :- Các thành phần hòa tan trong nước như đường , bột , axit amin và các axit hữu cơ khác - Các sản phẩm Hemicellulose có 5 đến 6 đường cacbon - Cellulose - Lignin- Các lignin- cellulose- Các proteinNếu các thành phần hữu cơ nêu trên được phân loại từ chất thải đô thị và để cho vi khuẩn phân hủy thì sản phẩm còn lại sau hoạt động đồng hóa , dị hóa của vi khuẩn là mùn . Qúa trình này được coi lá quá trình compost ( tạo phân vi sinh ) . Sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện bởi các sinh vật kị khí hay hiếu khí phụ thuộc vào điều kiện oxy .Qúa trình phân hủy kị khí thường xảy ra chậm và gây mùi do đó hầu hết các quá trình compost thường ở dạng háo khí. Đặc tính của mùn là :- Có màu nâu đen đến đen - Tỷ lệ nito-cacbon thấp - Có sự thay đổi tích cực do sự hoạt động của vi sinh vật - Có khả năng trao đổi bazơ2. Chế phẩm vi sinh vật trong xử lí rác thải Chế phẩm vi sinh vật : là sản phẩm được tạo ra từ quy trình công nghệ khoa học tiên tiến có chứa một hoặc nhiều chủng VSV hữu ích , không tồn tại những VSV gây hại cho con người , vật nuôi , cây trồng , môi sinh a. Chế phẩm EM ( Effective Microorganisms ) - Do GS.TS người Nhật Teruo Higa tạo ra - EM là chế phẩm sinh học gồm 87 chủng VSV khác nhau trong đó có 5 nhóm VSV là : lên men lactic, vi khuẩn quang hợp, xạ khuẩn, nấm men và nấm mốc. - 5 nhóm VSV này tạo ra aa tự do , axit hữu cơ , vitamin hòa tan trong nước , kháng sinh và tạo ra các hoocmôn tự nhiên.Nhóm vi khuẩn lên men axit lactic :- Vi khuẩn lactic tạo ra axit lactic từ nguồn Gluxit - Axit lactic là tác nhân chính bảo quản các thức ăn ủ xanh, chế biến sữa chua - Axit lactic làm pH môi trường thấp vì vậy VSV gây thối không phát triển được - Vi khuẩn lactic có khả năng ngăn cản sự phát triển của nấm Fusarium gây bệnh cho cây trồng Vi khuẩn quang hợp : - Là nhóm quan trọng nhất trong EM - Sử dụng năng lượng mặt trời , nhiệt trong đất tổng hợp các chất cung cấp cho thực vật phát triển tốt như aa, axit nucleic, đường, các chất hoạt động sinh học - Nó có vai trò lớn trong việc cải tạo môi trườngNhóm nấm men- Tổng hợp các chất hoạt động sinh học như : hoocmonm, enzim thúc đẩy hoạt động của tế bào rễ - Các chất tiết ra của nhóm nấm men có lợi ích giúp cho các nhóm VSV hữu hiệu khác như vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, . phát triển tốt Nhóm xạ khuẩn - Có khả năng tổng hợp chất kháng sinh từ một số sản phẩm của vi khuẩn quang hợp và chất hữu cơ ở môi trường - Vi khuẩn quang hợp và xạ khuẩn sống hỗ trợ cho nhau và cùng có vai trò trong cải tạo đất- VD : Actinomyces, Streptomyces , . Nhóm nấm mốc :Phân giải chất hữu cơ tạo thành rượu, este và các chất kháng sinh ( có tác dụng khử mùi , ngăn cản hoạt động của côn trùng có hại )- Chế phẩm EM giúp cân bằng trở lại tự nhiên - Chế phẩm EM hoàn toàn không độc hại và được ứng dụng rộng rãi , có hiệu quả trong nông nghiệp , công nghiệp , chế biến thực phẩm và xử lí môi trường - Chế phẩm EM được hòa với nước, phun lên rác hạn chế được mùi hôi thối từ các bãi rác lớn - Từ năm 2000 EM được thử nghiệm cho những hộ gia đình ở Hà Nội trong xử lí rác thải sinh hoạt b. Chế phẩm vi sinh biovina:- Chế phẩm được dùng để xử lí chất thải tạo ra phân hữu cơ vi sinh - Giống vi sinh biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định, có khả năng phân giải chất hữu cơ nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiện VN quy trình công nghệ đơn giản và dễ thực hiện - Có 2 loại :• Biovina 1 : xử lí rác thải • Biovina 2 : xử lí nước thải c. Xử lí rác thải theo công nghệ USA - Sản phẩm công nghệ vi sinh này là phân bón Compos Plus- Công nghệ này xử lí triệt để các độc tố lẫn vào rác như chất thải dầu mỡ, dầu động cơ, chất thải bùn quánh từ các hầm cầu - Compos Plus đã khắc phục được những tác hại do phân hóa học gây ra, không gây độc hại cho người và các sinh vật khác, tăng độ màu mỡ cho đất, giúp cây trồng được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng tự nhiên do các VSV tạo ra, không cần sử dụng thêm thuốc bảo vệ thực vật nên không gây ô nhiễm môi trường, nông phẩm sạch hơn , không gây bệnh cho người - Được sử dụng rộng rãi ở VN từ năm 1998d. Xử lí rác thải ở nông thôn bằng Bio Micromix- Rác thải được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình sau đó thu gom đưa về sân tập kết phân loại bỏ các chất vô cơ - Phần hữu cơ được trộn lẫn với chế phẩm Bio Micromix rồi đưa vào bể ủ - Thời gian lên men trong bể kéo dài từ 40- 50 ngày, khi quá trình ủ kết thúc rác được chuyển ra sân phơi khô sau đó đưa vào nghiền và sàn phân loại - Phần hữu cơ tận dụng làm phân bón - Chất vô cơ được phân loại để :• Tái chế• Chôn lấpIII. VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI1. Nước thải và vi sinh vật tham gia xử lý nước thải a. Nước thải - Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu về nước ngày càng tăng, lượng nước công nghiệp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng nhiều, đã và đang gây ô nhiễm đáng kể đến nước bề mặt và môi trường. Do đó nhiều vùng nước đã bị ô nhiễm các loại hợp chất hóa học và các loại vi sinh vật độc hại. - Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Nước thải đóng một vai trò rất quan trọng gây ô nhiễm nước, có thể phân loại như sau: • Phân loại theo xác định nguồn thải• Phân loại theo tác nhân ô nhiễm• Phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng. - Có thể nói nước thải là một hệ dị thể phức tạp, bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các trạng thái khác nhau. Nếu như nước thải công nghiệp chứa nhiều các hóa chất vô cơ và hữu cơ thì nước thải sinh hoạt lại chứa rất nhiều các chất dưới dạng protein, hiđratcacbon, mỡ, các chất thải, rác rưởi, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất vô cơ thường gặp ở đây: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, 24,SOCO−−. Ngoài ra nước thải sinh hoạt còn chứa các vi khuẩn, virus, rong, rêu. - Với những ngành sản xuất khác nhau thì trong nước thải sẽ có những loại hóa chất khác nhau. Trong số các chất gây nhiễm bẩn nguồn nước thì Hg, Be, Cd, As, Se có độc tính rất cao. Nấm, động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn và virus đều có mặt trong nước thải. Nước thải không xử lý có thể chứa tới hàng triệu vi khuẩn trong một mililit, bao gồm các coliform, các Streptococcus, các trực khuẩn kị khí sinh bào tử, nhóm Proteus và các loại khác bắt nguồn từ đường ruột của người. - Các nguồn bổ sung vi sinh vật khác là nước ngầm, nước bề mặt và nước khí quyển cũng như các chất thải công nghiệp. Ngoài ra, tính hiệu quả của một quá trình xử lý nước thải còn phụ thuộc vào những sự biến đổi sinh hóa học do vi sinh vật tiến hành. b. Vi sinh vật tham gia xử lý nước thải - Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới. Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp. - Dựa trên phương thức phát triển vi sinh vật được chia thành 2 nhóm: • Các vi sinh vật dị dưỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp• Các vi sinh vật tự dưỡng: Có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt, . - Bùn hoạt tính cũng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng 70 - 90% chất hữu cơ; 10 ÷ 30% chất vô cơ. Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 ÷ 150μm, có khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy (được dùng trong phương pháp xử lý sinh học hiếu khí). Những bông này bao gồm các vi sinh vật sống và cơ chất rắn (40%). Những vi sinh vật sống bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, một số nguyên sinh động vật, dòi, giun. - Màng sinh vật (màng sinh học) phát triển ở bề mặt các vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 ÷ 3 mm hoặc hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải từ mầu xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh. - Bùn gốc ban đầu được nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính kết lắng tốt. Có thể gọi đó là quá trình hoạt hóa bùn hoạt tính. Cuối thời kỳ này, bùn sẽ có dạng hạt. Các hạt này có độ bền cơ học khác nhau, có mức độ vỡ ra khác nhau khi chịu tác động của khuấy trộn. Bùn có nguồn gốc tốt nhất được lấy từ các cơ sở xử lý nước thải đang hoạt động. - Trong hệ thống xử lý nước thải, vi khuẩn luôn chiếm ưu thế (90%). Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0,3 ÷ 1 mm. Trong hệ thống bùn hoạt tính có sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuẩn tùy nghi và vi khuẩn yếm khí. - Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Zoogloea. (Jenkins, et al., 1993). Hai nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm chuyển hóa amoni thành nitrát là vi khuẩn Nitrobacter và Nitrosomonas. Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tínhvà chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải Stt Vi khuẩn Chức năng [...]... nguồn bổ sung vi sinh vật khác là nước ngầm, nước bề mặt và nước khí quyển cũng như các chất thải cơng nghiệp. Ngồi ra, tính hiệu quả của một q trình xử lý nước thải còn phụ thuộc vào những sự biến đổi sinh hóa học do vi sinh vật tiến hành. Chuyên đề: VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI I. NGUỒN GỐC PHẾ THẢI 1/ Phế thải là gì ? Phế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt của... trường dính bám cho vi sinh vật. • Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm. Lớp màng vi sinh được chia thành 2 lớp: lớp màng nền và lớp màng bề mặt. - Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật bao gồm những đám vi sinh vật và một số vật chất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào (gelatin) do vi sinh vật ( cả protozoa và vi khuẩn) sản sinh ra trong quá trình trao... q trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ phát triển thành màng (biofilm) dính bám hay gắn kết vào các vật liệu trơ như đá, sành, sứ, nhựa,… Cấu tạo màng vi sinh vật: - Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp, cả về cấu trúc vật lý lẫn vi sinh. Cấu trúc cơ bản của màng vi sinh vật gồm : • Vật liệu đệm (như đá, sỏi, than,…với nhiều... tận dụng làm phân bón - Chất vơ cơ được phân loại để : • Tái chế • Chơn lấp III. VI SINH VẬT TRONG Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1. Nước thải và vi sinh vật tham gia xử lý nước thải a. Nước thải - Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu về nước ngày càng tăng, lượng nước công nghiệp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng nhiều, đã và đang gây ô nhiễm đáng kể đến nước bề mặt và mơi trường.... phương thức phát triển vi sinh vật được chia thành 2 nhóm: • Các vi sinh vật dị dưỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp • Các vi sinh vật tự dưỡng: Có khả năng oxy hố chất vơ cơ để thu năng lượng và sử dụng CO 2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hố, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt, - Bùn... sẵn trong nước thải. Thành phần chủ yếu của các polymer ngoại tế bào này là polysaccharides, proteins. - Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể chia thành 2 lớp: lớp màng kị khí ở bên trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngồi. Trong màng vi sinh ln tồn tại đồng thời vi sinh vật kị khí và hiếu khí, do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kính của khối vi sinh. .. gia thuộc Vi n Sinh học Nhiệt đới đã sử dụng biện pháp sinh học làm giảm mùi hôi, đồng thời sản xuất phân bón chất lượng cao từ phân và nước thải. Từ năm 2003, TS Võ Thị Hạnh, Phó phịng Vi sinh ứng dụng, cùng cộng sự đã tự mày mò sản xuất VEM - chế phẩm dạng lỏng có chứa tập đồn vi sinh vật hữu ích như vi khuẩn Lactie, Bacillus, nấm men, và vi khuẩn quang dưỡng. Tất cả những vi sinh vật trên đều... hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kị khí. Có 2 cách xử lý yếm khí: + lên men lactic + lên men metan Xin giới thiệu một vài sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của một vài ngành công nghiệp đang được dùng phổ biến hiện nay a - Công nghệ dệt may Trong công nghệ dệt may (bao gồm cả nhuộm) thì cơng đoạn nhuộm - in phát sinh ra nước thải đáng chú ý nhất là nước thải có... công nghệ sản xuất ra vi khuẩn B. thuringiensis subsp. israelensis H 14 (Bti) với hiệu năng cao, khoảng 1 tấn/tháng. Loại chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn này có tác dụng diệt lăng quăng trong nhiều điều kiện sống khác nhau, từ ao tù nước đọng cho đến nước kênh rạch. b. Vi sinh vật tham gia xử lý nước thải - Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy... tổng hợp. VD: vi khuẩn nitrat hóa , vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,… * Có 3 nhóm phương pháp xử lý nước thải: - Các phương pháp hiếu khí: dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước. - Các phương pháp xử lý thiếu khí: được sử dụng để loại nito ra khỏi nước thải. - Các phương pháp sử lý yếm khí: . Chuyên đề: VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢII. NGUỒN GỐC PHẾ THẢI1/ Phế thải là gì ?Phế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt. Tái chế• Chôn lấpIII. VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI1. Nước thải và vi sinh vật tham gia xử lý nước thải a. Nước thải - Cùng với sự phát