Chương 7: Chế phẩm vi sinh vật dùng trong xử lý và cải tạo môi trường

Ch−¬ng bÈy ChÕ phÈm vi sinh vËt dïng xư lý cải tạo môi trờng Hiện rác thải sinh hoạt, phế thải nớc thải chế biến, sản xuất nông công nghiệp cản trở lớn phát triển mạnh mẽ toàn xà hội Phế thải không làm ô nhiễm môi trờng sinh thái, ô nhiễm nguồn nớc, ô nhiễm đất, gây độc hại đến sức khỏe ngời, vật nuôi trồng mà làm cảnh quan văn hoá đô thị nông nghiệp nông thôn Vấn đề ô nhiễm môi sinh ngày trở lên trầm trọng phạm vi toàn cầu Việc sử dụng mức thuốc bảo vệ thực vật, phân hoá học gây hậu nặng nề đất đai sức khoẻ cộng đồng, mà lÃng phí trồng có khả sử dụng đợc 40-50% lợng phân hoá học bón vào đất, lại gây ô nhiễm môi trờng nặng nề A Nguồn gốc phế thải biện pháp xử lý I Nguồn gốc phế thải * Phế thải gì? Phế thải sản phẩm loại bỏ đợc thải trình hoạt động, sản xuất, chế biến ngời Phế thải có nhiều nguồn khác nhau: Rác thải sinh hoạt; rác thải đô thị; tàn d thực vật; phế thải trình sản xuất, chế biến nông công nghiệp; phế thải từ nhà máy công nghiệp nh: nhà máy giấy, khai thác chế biến than, nhà máy đờng, nhà máy thuốc lá, nhà máy bia, nớc giải khát, lò mổ, nhà máy xí nghiệp chế biến rau đồ hộp Việt Nam nớc nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch lớn, đa dạng Chơng trình triệu đờng đà để lại hàng chục vạn bà mía, mùn mía tàn d phế thải từ sản xuất, chế biến mía đờng Ngành công nghiệp chế biến xuất cà phê đà thải môi trờng 20 vạn vỏ/năm Trên đồng ruộng, nơng rÃy hàng năm để lại hàng triệu phế thải rơm rạ, lõi ngô, sắn, thân thực vật Ngoài có tới hàng triệu rác thải sinh hoạt Tất nguồn phế thải phần bị đốt, lại trở thành rác thải, phế thải gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trờng nguồn nớc, đất đai lại thiếu trầm trọng nguồn dinh dỡng cho hàng năm phải bỏ hàng triệu đôla để mua phân hoá học nớc Phế thải đợc xếp thành nhóm sau: + Phế thải hữu + Phế thải rắn + Phế thải lỏng II Biện pháp xử lý phế thải Nhìn chung có biện pháp xử lý phế thải sau: Biện pháp chôn lấp Chôn lấp phơng pháp xử lý lâu đời, cổ điển đơn giản Phơng pháp đòi hỏi nhiều diện tích đất, thời gian xử lý lâu, có mùi hôi thối, sinh khí độc nh CH4, H2S, NH3 rò rỉ, làm ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nớc nhiều nớc để chống rò rỉ ngời ta xây bĨ lín, nh−ng rÊt tèn kÐm vµ thêi gian sư dụng bể không đợc lâu Biện pháp ngày bộc lộ nhiều khiếm khuyết Biện pháp đốt Đây biện pháp tạm thời lợng phế thải nhiều Biện pháp gây ô nhiễm môi trờng không khí nhiêm trọng, gây hiệu ứng nhà kính loại bệnh đờng hô hấp, mặt khác biện pháp tốn nguyên liệu đốt Biện pháp thải hồ sông ngòi đổ biển Đây biện pháp nguy hiểm, gây ô nhiễm không khí, nguồn nớc, tiêu diệt sinh vật sống dới nớc, gây ô nhiễm toàn cầu Biện pháp sinh học Hiện nay, biện pháp sinh học để xử lý phế thải biện pháp tối u nhất, đợc tất nớc sử dụng Biện pháp sinh học dùng công nghệ vi sinh vật để phân huỷ phế thải Muốn thực đợc biện pháp này, điều quan trọng phải phân loại đợc phế thải, phế thải nhiều phế liệu khó phân giải nh: tói polyetylen, vá chai lä b»ng thủ tinh vµ nhùa, loại phế liệu rắn bền phân giải lâu b Chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải hữu từ rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp sau thu hoạch I Xử lý rác thải sinh hoạt, Rác thải đô thị công nghệ VI SINH VậT Thành phần rác thải sinh hoạt Khác với rác thải phế thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt tập hợp không đồng Tính không đồng biểu không kiểm soát đợc nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt thơng mại Sự không đồng tạo số đặc tính khác biệt thành phần rác thải sinh hoạt Một đặc điểm rõ phế thải đô thị Việt Nam thành phần chất hữu chiếm tỷ lệ cao 55- 65% Trong phế thải đô thị cấu tử phi hữu (kim loại, thuỷ tinh, rác xây dựng ) chiếm khoảng 12-15% Phần lại cấu tử khác Cơ cấu thành phần học phế thải đô thị tỷ lệ bất biến, mà có biến động theo tháng năm thay đổi theo mức sống cộng đồng nớc phát triển, mức sống ngời dân cao tỷ lệ thành phần hữu rác thải sinh hoạt thờng chiếm 35-40% So với giới rác thải đô thị Việt Nam có tỷ lệ hữu cao nhiều nên việc xử lý rác thải sinh hoạt Việt Nam công nghệ vi sinh vật để sản xuất phân hữu vi sinh thuận lợi Trong cấu tử hữu rác sinh hoạt, thành phần hóa học chúng chủ yếu là: C, H, O, N, S chất tro (bảng 15) Bảng 15: Thành phần cấu tử hữu rác đô thị(*) Cấu tử hữu Thành phần (%) C H O N S Tro Thùc phÈm 48,0 6,4 37,6 2,6 0,4 5,0 Gi©y 43,5 6,0 44,0 0,3 0,2 6,0 Carton 44,0 5,9 44,6 0,3 0,2 5,0 ChÊt dỴo 60,0 7,2 22,8 - - 10,0 V¶i 55,0 6,6 31,2 1,6 0,15 - Cao su 78,0 10,0 - 2,0 - 10,0 Da 60,0 8,0 11,6 10,0 0,4 10,0 Gỗ 49,5 6,0 42,7 0,2 0,1 1,5 (*) Nguồn : Đề tài cấp Nhà nớc KHCN 02 - 04 Từ bảng cho thấy: Rác thải đô thị để phân huỷ cách vô tổ chức môi trờng, đặc biệt nguồn nớc bị ô nhiễm cách trầm trọng Ngợc lại, đợc xử lý tốt tạo nguồn hữu nguồn dinh dỡng khổng lồ trả lại cho đất, cung cấp dinh dỡng cho cây, tạo đợc cân sinh thái 1.1 Xenluloza rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp Xenlulo thành phần chủ yếu tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydratcacbon trái đất Trong vách tế bào thực vật, xenlulo tồn mối liên kết chặt với polisaccarit khác: Hemixenluloza, pectin lignin tạo thành liên kết bền vững Hàm lợng xenluloza c¸c chÊt kh¸c rÊt kh¸c nhau, giấy 61%, trấu 31% Trong phế liệu, xenluloza thờng có mặt dạng sau: - Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, cây, vỏ lạc, vỏ trấu, lõi thân ngô - Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ xơ quả, bà mía, bà cà phê, bà sắn - Phế liệu công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn ca, gỗ vụn - Các chất thải gia đình: rác, giấy loại Cơ chế phân huỷ xenluloza: Năm 1950, Reese Ctv lần đà đa chế phân giải xenluloza Xenluloza tự nhiên Cl Xenluloza hoạt động Cx đờng hoà tan Xenlobioza Glucoza Trong ®ã: Cx t−¬ng øng víi exoglucanza C1 t−¬ng øng víi endogluanaza Theo Reese C1 tiền nhân tố thuỷ phân enzyme không đặc hiệu, làm trơng xenluloza tự nhiên thành chuỗi xenluloza hoạt động có mạch ngắn bị enzyme Cx tiếp tục phân cắt tạo thành đờng tan cuối thành glucoza Những VSV phát triển hợp chất chứa xenluloza đà tiết loại enzyme để phân huỷ chuyển hoá xenluloza 1.2 Hemixenluloza rác thải, phế thải nông nghiệp Hemixenluloza có khối lợng không nhỏ, đứng sau xenluloza tế bào thực vật, chúng đợc phân bố vách tế bào Hemixenluloza có chất polysacarit bao gồm khoảng 150 gốc đờng liên kết với cầu nối -1,4 glucozit; -1,6 glucozit thờng tạo thành mạch nhánh ngắn có phân nhánh Cơ chế phân giải hemixenluloza: Phần lớn hemixenluloza có tính chất tơng đồng với xenluloza, nhiên hemixenluloza có phân tử lợng nhỏ cấu trúc đơn giản Nh Hemixenluloza bền vững dễ phân giải xenluloza Vi sinh vật phân giải hemixenluloza nhanh xenluloza 1.3 Lignin rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp Lignin hợp chất có thành phần cấu trúc phức tạp, chất cao phân tử đợc tạo thành phản ứng ngng tụ từ loại rợu chủ yếu trans-P-cumarynic; trans-connyferynic; trans-cynapylic Lignin khác với xenluloza hemixenluloza chỗ hàm lợng carbon tơng đối nhiều, cấu trúc lignin có nhãm methoxyl (− OCH3) liªn kÕt víi b»ng liªn kÕt (C − C) hay (C − O) ®ã phổ biến liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl diaryl ete Lignin đễ bị phân giải phần dới tác dụng Na2S2O3;, H2SO3, CaS2O3 Cơ chế phân giải lignin: Nhiều công trình kết luận có tới 15 enzyme tham gia vào trình phân giải lignin Ligninaza không thuỷ phân ligin thành tiểu phần hoà tan nh trình phân giải xenluloza Nhng có enzyme chđ chèt lµ: + Lignin pezoxidaza + Mangan pezoxidaza + Laccaza Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp 2.1 Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu chứa xenluloza Trong tự nhiên vi sinh vật phân giải xenluloza vô phong phú bao gồm: Vi khuẩn; nấm; xạ khuẩn; nguyên sinh động vËt + Vi khuÈn: Lµ nhãm vi sinh vËt lớn đợc nghiên cứu nhiều Từ kỷ 19 nhà khoa học đà phát thấy số loại vi khuẩn kỵ khí có khả phân giải xenluloza Những năm đầu kỷ 20 ngời ta lại phân lập đợc vi khuẩn hiếu khí có khả Trong vi khuẩn hiếu khí phân giải xenluloza, niêm vi khuẩn có vai trò lớn chủ yếu giống Cytophaga, Sporocytophaga Sorangium Niêm vi khuẩn nhận đợc lợng oxy hoá sản phẩm phân giải xenluloza thành CO2 H2O Ngoài thấy giống Cellvibrio có khả phân giải xenluloza Trong điều kiện kỵ khí, vi sinh vật a ẩm, a nhiệt thuộc giống Clostridium Bacillus tiến hành phân giải xenluloza thành glucoza xenlobioza, chúng sử dụng lợng từ loại đờng đơn nguồn carbon thờng kèm theo việc tạo nên acid hữu cơ, CO2 H2 Trong dày động vật ăn cỏ tồn hệ vi sinh vật để phân giải xenluloza là: Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides Ngoài có: Cellulomonas; Bacillus; Acetobacter phân giải mạnh xenluloza Nhiều tác giả phân lập tuyển chọn đống ủ phế th¶i cã Clostririum Pseudomonas chøa phøc hƯ enzyme xenluloza Acteromobacter, Cytophaga, Sporocytophaga Sorangium, Sporocytophaga + Nấm sợi: Nấm sợi phân giải xenluloza mạnh vi khuẩn chúng tiết vào môi trờng lợng enzyme ngoại bào nhiều vi khuẩn Vi khuẩn thờng thờng tiết vào môi trờng phức hệ xenluloza không hoàn chỉnh thuỷ phân đợc chất đà cải tiến nh giấy lọc CMC, nấm tiết vào môi trờng hệ thống xenluloza hoàn chỉnh nên thuỷ phân xenluloza hoàn toàn Các loại nấm phân huỷ mạnh xenluloza là: Trichoderma, Penicillium, Phanerochate, Sporotrichum, Sclerotium NÊm −a nhiƯt, chóng cã thĨ tỉng hỵp enzyme bền nhiệt hơn, chúng sinh trởng phân giải nhanh xenluloza Nấm phát triển pH = 3,5 - 6,6 Ngn carbon gióp cho nÊm ph©n giải mạnh xenluloza Trong phế thải chứa nhiều nitơrat khích thích nấm phân giải xenluloza, nguồn nitơ hữu giúp cho nấm phân giải xenluloza mạnh a) b) c) d) e) f) g) H×nh 16 Chđng VSV để xử lý phế thải hữu a Khuẩn lạc vi khuẩn d Trực khuẩn Gram âm b Cầu khuÈn e NÊm menq g NÊm mèc bËc cao c Trùc khuÈn Gram d−¬ng f NÊm mèc bËc thÊp Ng−êi ta đà tìm thấy đống ủ phế thải có nhiỊu lo¹i nÊm nh−: Aspergillus, Alternaria, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Penicillium, Polypones, Rhizoctonia, Rhizopus, Tricoderma Fusarium, Myrothecium, + X¹ khuÈn: Xạ khuẩn có tác dụng phân giải phế thải mạnh Ngời ta chia xạ khuẩn thành nhóm: Xạ khuẩn a ấm, chúng phát triển mạnh nhiệt độ 28 - 30oC, xạ khuẩn a nhiệt, chúng phát triển mạnh nhiệt độ 60 - 70oC Trong đống ủ phế thải ngời ta tìm thấy nhiều loại xạ khuẩn là: Actinomyces, Streptomyces, Frankia, Nocardia, Actinopolyspora, Actinosynoema, Dermatophilus, Pseudonocardia, Cellulomonas 2.2 Vi sinh vật phân giải hemixenluloza Vi sinh vật phân giải hemixenluloza thờng có dầy động vật nhai lại nh trâu bò Chủ yếu giống sau: Ruminococcus, Bacillus , Bacteroides, Butyvibrio, Clostridium Nhiều loại nấm sợi nh: Aspegillus, Penicillium, Trichoderma 2.3 Vi sinh vật phân giải Lignin Vi sinh vật phân giải lignin giống có khả tiết enzyme ligninaza, gåm cã: NÊm Basidiomycetes, Acomycetes, nÊm bÊt hoàn Vi khuẩn gồm: Pseudomonas, Xanthomonas, Acinebacter Xạ khuẩn: Streptomyces Quy trình xử lý rác thải hữu 3.1 Các phơng pháp xử lý phế thải công nghệ vi sinh vật + Phơng pháp sản xuất khí sinh häc (Bioga) - đ m khÝ: C¬ së cđa ph−¬ng pháp nhờ hoạt động vi sinh vật mà chất khó tan (xenluloza, lignin, hemixeluloza chất cao phân tử khác) đợc chuyển thành chất dễ tan Sau lại đợc chuyển hoá tiếp thành chất khí chủ yếu mêtan Ưu điểm phơng pháp thu đợc loạt chất khí, cháy đợc cho nhiệt lợng cao sử dụng làm chất đốt, không ô nhiễm môi trờng Phế thải sau lên men đợc chuyển hoá thành phân hữu có hàm lợng dinh dỡng cao để bón cho trồng Tuy nhiên phơng pháp có nhợc điểm sau: Khó lấy chất thải sau lên men; trình kỵ khí bắt buộc việc thiết kế bể ủ phức tạp, vốn đầu t lớn; suất thÊp sù sinh tr−ëng cđa vi khn sinh mªtan có mặt rác chậm; gặp nhiều khó khăn khâu tuyển chọn nguyên liệu + Phơng pháp ủ phế thải thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn: Rác đợc chất thành đống có chiều cao từ 1,5 - 2,0m đảo trộn tuần lần Nhiệt độ ®èng đ lµ 55 - 60oC, ®é Èm 50 -70% Sau - tuần tiếp không đảo trộn Phơng pháp đơn giản, nhng vệ sinh, gây ô nhiễm nguồn nớc không khí + Phơng pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn có thổi khí: Phế thải đợc chất thành đống cao từ 1,5 - 2,0m Phía dới đợc lắp đặt hệ thống phân phối khí Nhờ có trình thổi khí cỡng bức, mà trình chuyển hoá đợc nhanh hơn, nhiệt độ ổn định, ô nhiễm môi trờng + Phơng pháp lên men thiết bị chứa: Phế thải đợc cho vào thiết bị chứa có dung tích khác để lên men Lợng khí nớc thải sinh trình lên men đợc kiểm soát chặt chẽ Các vi sinh vật đà đợc tuyển chän bỉ sung cho hƯ vi sinh vËt tù nhiªn đống ủ, nhờ mà trình xảy nhanh dễ kiểm soát, ô nhiễm + Phơng pháp lên men lò quay: Phế thải đợc thu gom, phân loại đập nhỏ búa đa vào lò quay nghiêng với độ ẩm từ 50- 60% Trong quay phế thải đợc đảo trộn thổi khí Rác sau lên men lại đợc ủ chín thành đống vòng 20-30 ngày + Phơng pháp xử lý rác thải hữu công nghiệp: Đặc điểm chung kiểu ủ rác công nghiệp mức tự động hoá cao rác đợc phân huỷ tốt, nhng lại đòi trình độ khoa học công nghệ cao, chi phí tốn nên cha phù hợp với trình độ khả đầu t nớc phát triển + Phơng pháp ủ rác thải hữu làm phân ủ: Rác thải hay than bùn đợc tái chế thành sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp Cơ sở chế biến phân ủ đặt trung tâm giảm đợc chi phí vận chuyển Dễ dàng thu gom nguyên liệu để tái chế xử lý đợc nớc thải mùi cống Các nguyên tắc sản xuất phân ủ từ rác thải đô thị rác thải sinh hoạt, phế thải nông công nghiệp xử lý đợc theo phơng pháp Phơng pháp có số hạn chế sau: Vốn chi phí vận hành tơng đối lớn, diện tích sử dụng lớn, phân loại tuyển chọn rác nhiều công II Xử lý chất thải rắn công nghệ sinh học Chất thải rắn xử lý phơng pháp sinh học chất thải có thành phần hữu cao nh: Rác thải đô thị, phế thải nông công nghiệp, chất thải rắn ngành chế biến nông sản thực phẩm Chất thải ngành công nghiệp mía đờng giải pháp xử lý Bên cạnh sản phẩm đờng, ngành công nghiệp mía đờng đà thải lợng lớn chất thải tồn đọng dạng khác thành phần tính chất hoá lý 1.1 Lá mía Là phế thải vùng trồng mía Lá mía chiếm khối lợng lớn từ 25 - 30% tổng sản lợng mía Trong mía hàm lợng C 40 - 47%; H - 7,3%; O 40- 41%; N - 2% Thµnh phần hoá học mía: N 0,9%; hemixenluloza 20%; xenluloza 38%; lignin 7,0%; silic 1,8% thành phần xenluloza, hemixenluloza, lignin mía tạo thành cấu trúc bền ligno - xenluloza, cấu trúc định tính chất hóa lý mía 1.2 B mía Là chất thải công đoạn ép mía, bà mía chiếm 25 - 30% so với khối lợng đem ép, có thành phần hóa học nh sau: Xenluloza 46%; hemixenluloza 24,5%;lignin 20%; chÊt bÐo 3,4%, tro 2,4% vµ silic 2,0% 1.3 Bùn lọc Là chất thải rắn công đoạn làm nớc mía thô sau ép mía, có thành phần hoá học nh sau: Chất béo - 14%; xơ 15 - 30%; đờng - 15%; SiO2 -10%; CaO 1- 4%; P2O5 - 3% vµ MgO 0,5 - 1,5% 1.4 Một số nghiên cứu bớc đầu xử lý phế thải ngành mía đờng + Xử lý mía, mía: Trong năm gần đây, việc tái sử dụng mía để thay phân chuồng bón cho mía đà đợc nhiều nhà khoa học quan tâm Vũ Hữu Yêm, Trần Công Hạnh (1995 - 1997) đà nghiên cứu hiệu kinh tế việc vùi lá, mía kết hợp NPK Kết cho thấy: Mía nẩy mầm đẻ nhánh sớm hơn, tỷ lệ nẩy mầm cho cao so với công thức bón NPK Tiết kiệm đợc 876.000đ/ha, điều quan trọng thay đợc lợng phân chuồng thiếu hụt cho mía Mặc dù có u điểm nh trên, nhng trình phân huỷ chất xơ sợi lá, mía chậm Để khắc phục vấn đề này, Nguyễn Xuân Thành Nguyễn Đình Mạnh (2001) đà xử lý lá, mía đợc thu gom đồng ruộng chế phẩm vi sinh vật, sau xử lý đà đợc đánh thành đống ủ đồng ruộng với thời gian 45 - 60 ngày, sau đem bón lót cho mía Đây phơng pháp xử lý tiện lợi, cho hiệu kinh tế cao, đợc ngời trồng mía tán đồng + Xử lý bà mía - phế thải thô nhà máy đờng Bà mía đợc thải khâu ép thô chất thải chứa nhiều chất xơ khó phân giải, khối lợng thải lớn công đoạn làm ®−êng Ng−êi ta th−êng dïng b· mÝa nµy lµm chÊt ®èt phơc vơ cho kh©u tr−ng cÊt ®−êng, nh−ng khối lợng lớn sử dụng làm chất đốt không hết phải thải môi trờng Vài năm gần ngời ta đà sử dụng nguồn phế thải để làm giá thể nuôi nấm ăn cách trộn 1/2 - 1/3 bà mía với hợp chất giàu hữu Một số sở sản xuất trộn bà mía với đất có bổ sung chất dinh dỡng để làm bầu ơm giống Trờng Đại học Nông nghiệp (1999 - 2001) đà giúp số nhà máy đờng xư lý b· mÝa b»ng c«ng nghƯ vi sinh vËt theo phơng pháp ủ bán hảo khí Sau tháng đem tái chế thành phân hữu bón cho mía + Bùn mía: Đây phế thải cuối khâu lọc nớc mía, khối lợng phế thải không nhỏ Một số năm gần ngời ta dùng men vi sinh vật để phân huỷ chất lại bùn mía dùng chủng vi sinh vật hữu ích có bổ sung lợng NPK làm phân hữu vi sinh vật bón cho trồng Phơng pháp đợc ngời nông dân chấp nhận giá thành rẻ cho hiệu cao đồng ruộng 1.5 Một số kết bớc đầu xử lý phế thải hữu b mía [Đề tài cấp Nhµ n−íc KHCN 04-04; cÊp Bé B99, 2000-32-46; B2001- 32- 09 (1999 - 2001)] + ChÊt l−ỵng cđa chÕ phÈm vi sinh vật (VSV) để xử lý phế thải mùn mía rác thải hữu Số liệu bảng 16 cho thÊy: ChÕ phÈm VSV cã ®é Èm 35,6%; pHKCl 6,6; ®é xèp 68,0%; mËt ®é VSV chÕ phÈm đạt từ 4,8.107 đến 6,7.109 tế bào/1g, tuỳ chủng lo¹i Trong chÕ phÈm cã chøa nhãm VSV chÝnh, mật độ sống sót nhóm VSV đạt cao so với TCVN - 1996 Bảng 16: Chất lợng chế phẩm VSV Chỉ tiêu Kết kiĨm tra §é Èm (%) 35,6 pHKCl 6,6 §é xèp (%) 68,0 Vi khuẩn cố định nitơ phân tử (tế bào/1g) 6,7.109 Vi khuẩn phân giải lân (tế bào/1g) 4,8.107 Vi khuẩn phân giải xenluloza (tế bào/1g) 1,2.108 Nấm men (bào tử/1g) 7,6.108 Nấm mốc (bào tử/1g) 3,1.108 Xạ khuẩn (bào tử/1g) 4,9.107 Trong thời gian nghiên cứu đà thử nghiệm ủ phế thải theo phơng pháp sau: - Xử lý VSV vào đống ủ có đảo trộn (hảo khí bán hảo khí) Theo phơng pháp chế phẩm VSV đợc hoà vào nớc phun cho đống ủ, lợng nớc cần phun đợc tính toán cho đống ủ có độ ẩm từ 60-70% Đống ủ đánh thành luống chạy dài dọc theo sân ủ có mái che, kích thớc 2,0 ì 1,5m (rộng ì cao) Cứ 15 ngày đảo trộn lần có xử lý chÕ phÈm vi sinh vËt - Xö lý VSV vào bể ủ không đảo trộn (kiểu yếm khí) Phế thải đợc đa vào bể lớp, lớp dày khoảng 30cm phun dịch VSV, đến đầy bể lấy bùn ao trát kín bề mặt bể ủ Quy trình xử lý đợc trình bày sơ ®å 17: ChÕ phÈm VSV RØ ®−êng + n−íc s¹ch Bể nhân sinh khối (48 giờ) Đống ủ phế thải (độ ẩm 60 - 70%) ủ tuần Kiểm tra chất lợng Tái chế sau ủ (loại bỏ tạp chất, nghiền, điều chỉnh pH, bổ sung nguyên tố đa vi lợng) VSV hữu ích Phân hữu vi sinh Kiểm tra chất lợng (theo TCVN-1996) Đóng bao gói sư dơng H×nh 17 Quy tr×nh xư lý chÕ phÈm VSV vào đống ủ phế thải + ảnh hởng chế phẩm VSV đến trình phân giải phế thải đống ủ Số liệu bảng 14 cho thấy: - Về pH: Cả loại rác thải sinh hoạt mïn mÝa ®Ịu cã pH kiỊm u (7,6 - 8,6) Trong trình ủ pH tăng chút (pH = 8,0 - 8,1) hoạt động sống VSV đà làm kiềm hóa môi trờng - Về độ ẩm: Đống ủ có độ ẩm sau 15 ngày đạt 65%, sau tháng ủ giảm xuống 3035% công thức xử lý chế phẩm VSV độ ẩm luôn cao công thức đối chứng, nguyên nhân nhu cầu nớc cho hoạt động sống VSV trình ủ - Về nhiệt độ: Nhiệt độ đạt cực đại sau 15 ngày ủ, đạt 40 - 45oC công thức đối chứng 68 72oC công thức có xử lý VSV Nhiệt độ giảm mạnh sau tháng ủ, 28 - 30oC - Về độ xốp: Độ xốp tăng dần theo thời gian ủ, công thức có xử lý VSV độ xốp luôn cao so với công thức đối chứng Nguyên nhân trình phân giải chuyển hoá mạnh VSV làm cho độ tơi xốp tăng, sau tháng ủ độ xốp đạt 71 -73% Bảng 17: Kết phân tích phế thải trình ủ Rác thải hữu Loại phế thải 15 ngày Chỉ tiêu 30 ngày Mùn mía 60 ngày 15 ngày 30 ngày 60 ngày ĐC T/N Đ/C T/N Đ/C T/N Đ/C T/N §/C T/N §/C T/N pHKCl 7,8 7,9 7,7 8,1 7,5 8,2 7,6 7,7 7,6 7,8 7,7 8,0 §é Èm (%) 65 60 51 40 35 30 65 62 45 35 30 25 NhiƯt ®é (0C) 45 72 31 42 28 28 40 68 35 40 30 29 §é xèp (%) 49 58 55 65 58 71 52 59 56 65 58 73 OM (%) 21 23 22 25 23 27 17 19 20 25 21 26 P2O5 (%) 0,4 0,5 0,4 0,5 0,5 0,7 0,5 0,6 0,7 0,8 0,8 0,9 K2O (%) 0,2 0,3 0,2 0,4 0,3 0,5 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 P2O5dt (mg/100g) 120 215 140 316 180 400 150 180 160 200 180 250 K2otr® (mg/100g) 47 62 58 88 68 110 65 79 68 75 90 130 VKTS (.107tÕ bµo) 25 46 29 72 31 98 15 41 21 51 32 87 NÊm (.106bµo tö) 21 34 43 67 24 33 31 48 52 75 36 52 XK (.104tÕ bµo) 14 10 22 15 V.k xenlulo (.105) 11 15 30 16 38 15 10 21 VKPGL (.105TB) 16 23 16 36 12 18 11 22 - VỊ c¸c tiêu dinh dỡng đống ủ: Hàm lợng chất dinh dỡng đống ủ tăng dần theo thời gian ủ, chất dinh dỡng dễ tiêu công thức có xử lý VSV hàm lợng chất dinh dỡng luôn cao công thức đối chứng, đống ủ rác thải sinh hoạt có hàm lợng dinh dỡng cao đống ủ mùn mÝa Sau th¸ng đ cho thÊy: OM% 26-27; P2O5% 0,7-0,9; K2O% 0,5; P2O5 dƠ tiªu 250-400 mg/100g; K2O trao ®ỉi 110-130mg/100g nh÷ng thủ vùc thiÕu sù chun ®éng nớc nh ao tù nớc thải bị ứ đọng, thiếu oxygen, phân giải chất bẩn Quá trình tự làm bị cản trở + Cờng độ tự làm nớc thải thay đổi theo mùa: mùa hè cờng độ xảy mạnh vào mùa đông, ánh sáng chiếu nhiều cờng độ tự làm xảy mạnh có ánh sáng + Cờng độ tự làm nớc thải vùng nhiệt đới xảy mạnh vùng ôn đới, vùng hàn đới IV Các phơng pháp xử lý nớc thải Hiện xử lý nớc thải có phơng pháp chủ yếu sau: Xây dựng trạm xử lý nớc thải Muốn xây dựng đợc trạm xử lý nớc thải phải dựa vào tiêu sau : 1.1 Lu lợng nớc thải + Tính toán lu lợng nớc thải sinh hoạt - Lu lợng trung bình ngày đêm đợc tính theo công thức sau: n1 N 1000 Qsh tb ngd = (m3/ng®) Trong ®ã: n1- tiêu chuẩn cấp nớc trung bình ngời/ngày N- dân số thực tế khu vực - Lu lợng trung bình giê ngµy: n1 N 24.100 Qsh tb.h = (m3/h) - Lu lợng trung bình giây: q sh tb.sec = n1 N 86400 (l/s) - L−u l−ỵng lín nhÊt giê: sh Qsh max.h = Q tb.h K ch (m /h) Kch - hệ số không điều hoà nớc thải sinh hoạt, K = 1,4 - Lu lợng lớn giây: sh q sh max.sec = q tb.sec K ch (l/s) + L−u l−ỵng nớc thải công nghiệp - Lu lợng trung bình ngày ®ªm: 3 Qcn tb.ngd = 24.000 (m /ng®) Trung bình 1000 m /h - Lu lợng trung bình ngµy: Qcn tb.h = Qcn tb.ngd 24 = 1000 (m3/h) - L−u l−ỵng lín nhÊt giê: cn Qcn max.h = Q tb.h K cn = 1000 2,5 = 2500 (m / h) Kcn - hệ số không điều hòa chung nớc thải công nghiệp (K= 2,5) - Lu lợng trung bình giây: q cn tb.sec = Qcn 1000 tb.h = = 277,8 (l/s) 3, 3, - Lu lợng lớn giây: q cn max.sec Qcn 2500 = max.h = = 700 (l/s) 3, 3, + Lu lợng nớc thải tổng số: sh cn Qsh.cn tb.ngd = Q tb.ngd + Q tb.ngd = n1 N + Qcn tb.ngd 1000 1.2 Nång ®é bÈn nớc thải + Nồng độ bẩn nớc thải sinh hoạt: - Hàm lợng chất lơ lửng n−íc th¶i C= a1 65.1000 = = 325 (mg/l) 200 n1 a1- Hàm lợng chất lơ lửng ngời thải ngày đêm Theo 20TCN51-84, a1= 65 g/ngời/ngày đêm n1- Tiêu chuẩn cấp nớc TCVN n1 = 200 lít/ngời/ngày đêm - Hàm lợng chất hữu theo BOD nớc thải sinh hoạt L= a2 40.1000 = = 200 mg/lÝt 200 n1 + Nång ®é bÈn cđa nớc thải sinh hoạt: Đợc tính tiêu: BOD, Cặn (SS), pH - Hàm lợng lơ lửng hỗn hợp nớc thải đợc tính: Chh = Csh Qsh Ccn Qcn Qsh + Qcn - Hàm lợng chất hữu theo BOD hỗn hợp nớc thải: Chh BOD = Lsh Qsh Lcn Qcn Qsh + Qcn 1.3 TÝnh dân số tơng ứng với chất lơ lửng BOD N = N1 + N2 = Ccn Qcn tb.ngd a1 + Lcn Qcn a2 a2- hàm lợng chất hữu theo BOD ngời thải ngày đêm Theo 20TCN5184 a2 = 40 mg/ lÝt 1.4 Mét sè sơ đồ biểu diễn xử lý nớc thải dới tác động môi trờng vi sinh vật Thành phần số lợng vi sinh vật Vi khuẩn Ciliata bơi tự Sucioria Zooflagellata Ciliata cã s½n Pnytoflogeliata Rotifers Sarcodina Thêi gian Hình 18 Sự sinh trởng vi sinh vật xử lý nớc thải chứa chất hữu Sơ đồ hoạt động oxy hoá Gió ánh sáng mặt trêi D2 HiÕu khÝ T¶o CO2, NH3, PO4, H2O N−íc thải Cặn lắng Vi khuẩn Tùy tiện O2 Vi khuẩn Yếm khí CH4 + CO2 + Nh3 Hình 19 Sơ đồ xử lý nớc thải sinh hoạt công nông nghiệp bể lắng Ngăn tiếp nhận Trạm bơm nớc thải tới Song chắn rác Máy nghiền rác Bể lắng cát Sân phơi Bể làm thoáng Bể lắng ngang đợt I Bể Aeroten Bể Mê tan Hình 20 Sơ đồ xử lý nớc thải sinh hoạt công nông nghiệp Xử lý nớc thải biện pháp sinh học 2.1 Khái niệm xử lý nớc thải biện ph¸p sinh häc Trong c¸c biƯn ph¸p xư lý n−íc thải, biện pháp sinh học đợc quan tâm nhiều cho hiệu cao So với biện pháp vật lý hóa học biện pháp sinh học chiếm vai trò quan trọng quy mô nh giá thành đầu t, chi phí cho đơn vị khối lợng chất khử Đặc biệt xử lý nớc thải phơng pháp sinh học không gây tái ô nhiễm môi trờng - nhợc điểm biện pháp hóa học hay mắc phải Biện pháp sinh học sử dụng đặc điểm quý vi sinh vật, đặc điểm đà thu hút thuyết phục đợc nhà khoa học nhà đầu t, khả đồng hóa đợc nhiều nguồn chất khác vi sinh vật: tinh bột, xenlulo, nguồn dầu mỏ dẫn xuất đến hợp chất cao phân tử nh priotein, lipid, kim loại nặng nh: chì, thuỷ ngân, asen Thực chất phơng pháp sinh học nhờ hoạt động sống vi sinh vật (sử dụng hợp chất hữu số chất khoáng có nớc thải làm nguồn dinh dỡng lợng) để biến đổi hợp chất hữu cao phân tử thải thành hợp chất đơn giản Trong trình dinh dỡng vi sinh vật nhận đợc chất làm nguyên liệu để xây dựng thể sinh khối vi sinh vật tăng lên Biện pháp sinh học làm hoàn toàn loại nớc thải công nghiệp chứa chất bẩn hòa tan phân tán nhỏ Do biện pháp thờng dùng sau loại bỏ tạp chất phân tán thô khỏi nớc thải Đối với nớc thải chứa tạp chất vô biện pháp dùng để khử muối sulfate, muối ammoium, muối nitrat chất cha bị oxy hóa hoàn toàn 2.2 Điều kiện để xử lý nớc thải biện pháp sinh học Xử lý nớc thải biện pháp sinh học có nhiều u điểm đợc sử dụng rộng rÃi Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp cần điều kiện định sau: thành phần hợp chất hữu nớc thải phải chất dễ bị oxy hóa, nồng độ chất độc hại kim loại nặng phải nằm giới hạn cho phép Chính xử lý nớc thải cần điều chỉnh nồng độ chất cho phù hợp Ngoài ra, điều kiện môi trờng nh lợng O2, pH, nhiệt độ nớc thải phải nằm giới hạn định để bảo đảm sinh trởng, phát triển bình th−êng cđa c¸c vi sinh vËt tham gia qu¸ trình xử lý nớc thải (bảng 19) Bảng 19: Nồng độ giới hạn cho phép chất nớc thải để xử lý theo biện pháp sinh học Tªn chÊt C cp* Tªn chÊt C cp* Acid acrylic 100 Mỡ bôi trơn 100 Rợu amylic Acid butyric 500 Aniline 100 §ång (ion) 0,4 Acetaldehyde 750 Metacrylamide 300 Acid benzoic 150 R−ỵu metylic 200 Benzene 100 Acid monochloacetic 100 Arsen (ion) 0,2 Vinyl acetate 250 Nickel (ion) Vinilinden chlorua 1000 Sản phẩm dầu 100 400 Vanadium (ion) Hydroquinol 15 Pyridine Acid dichloacetic 100 Triethylamine 85 Dichlocyclohexane 12 Trinitrotoluene 12 Diethylamine 100 Triphenylphosphate Diethyleneglycol 300 Phenol 1000 Caprolactan 100 Formaldehyde 160 10 Rezorcin 100 Chlobenzene 10 Amon rodanua 500 Toluene 200 Ch× (ion) Sulphanole 10 Acid stearic 300 Antimon (ion) 0,2 Sulfur (theo H2S) 20 Crezol 100 Kerosene (dÇu lưa) 500 Tributylphosphate 100 Lactonitryl 160 * Ghi : C cp* nồng giới hạn cho phép chất (g/m3 nớc thải) 2.3 Thành phần cấu trúc loại vi sinh vật tham gia xư lý n−íc th¶i Ỹu tè quan träng nhÊt biện pháp sinh học để xử lý nớc thải sử dụng bùn hoạt tính (activated sludge) màng vi sinh vật Bùn hoạt tính màng vi sinh vật tập hợp loại vi sinh vật khác Bùn hoạt tính màu vàng nâu dễ lắng, có kích thớc 3- 150 àm Những bao gồm vi sinh vật sống chất rắn (40%) Những vi sinh vật sống bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, số nguyên sinh động vật, dòi, giun Màng sinh vật phát triển bề mặt hạt vật liệu lọc có dạng nhầy dày từ 1- mm lớn Màu thay đổi theo thành phần nớc thải, từ vàng sáng đến nâu tối Màng sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc nguyên sinh động vật khác Trong trình xử lý, nớc thải sau qua bÓ läc sinh vËt cã mang theo hạt màng sinh vật với hình dạng khác nhau, kích thớc từ 15 - 30 àm có màu vàng xám nâu Muốn đa bùn hoạt tính vào thiết bị xử lý, cần thực trình gọi "khởi động" trình làm cho loại bùn gốc ban đầu (thờng khả lắng hoạt tính) đợc nuôi dỡng để trở thành loại bùn có hoạt tính cao có tính kết dính tốt Có thể gọi trình hoạt hóa bùn hoạt tính Cuối thời kỳ khởi động bùn có dạng hạt Các hạt có độ bền học khác nhau, có mức độ vỡ khác chịu tác động khuấy trộn Sự tạo hạt bùn dạng hay dạng khác phụ thuộc vào tính chất nồng độ bùn gốc, chất lợng môi trờng cho thêm vào để hoạt hóa bùn, phơng thức hoạt hóa cuối thành phần chất có nớc thải ... lâu b Chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải hữu từ rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp sau thu hoạch I Xử lý rác thải sinh hoạt, Rác thải đô thị công nghệ VI SINH VậT Thành phần rác thải sinh. .. rác thải sinh hoạt thờng chiếm 35-40% So với giới rác thải đô thị Vi? ??t Nam có tỷ lệ hữu cao nhiều nên vi? ??c xử lý rác thải sinh hoạt Vi? ??t Nam công nghệ vi sinh vật để sản xuất phân hữu vi sinh thuận... Laccaza Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp 2.1 Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu chứa xenluloza Trong tự nhiên vi sinh vật phân giải xenluloza vô phong phú bao gồm: Vi