Ứng dụng vi khuẩn phân hủy Xenlulo trong xử lý rác thải sinh hoạt góp phần bảo vệ môi trường
MỤC LỤC
Vai trò vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chuyển hóa Nitơ
Trong tự nhiên, Nitơ tồn tại ở các dạng khác nhau từ Nitơ ở dạng phân tử khí N2, ở trong các hợp chất hữu cơ phức tạp trong cơ thể động - thực vật và con ngời nh: Protein, axit amin, axit nucleic, urê. Chúng là những vi khuẩn vi sinh vật tự dỡng hoá năng vô cơ bắt buộc có khả năng oxy hoá NO2- bằng O2 không khí và tạo thành NO3-, đồng thời giải phóng năng lợng.
Vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chuyển hoá phospho
Năng lợng sinh ra đợc sử dụng trong quá trình sinh tổng hợp, tạo tế bào mới, phát triển sinh khối và giải phóng năng lợng dới dạng nhiệt.
Vi sinh vật trong vòng tuần hoàn chuyển hoá sunphua (lu huỳnh)
+ Vi khuẩn sulfat : Nhóm vi khuẩn này có khả năng oxy hoá H2S, S và các hợp chất khác chứa lu huỳnh. +Trong trờng hợp kị khí, H2S tạo nên do quá trình khử sunphat nhờ vi khuẩn (phản sunfat hoá): Desulfovibrio desulforicans.
Phơng pháp xử lý rác thải sinh hoạt
Xử lý chất thải hữu cơ trong điều kiện kỵ khí
Trong điều kiện kị khí, nhóm vi sinh vật kị khí có khả năng oxy hoá các hợp chất hữu cơ bằng cách sử dụng O2 trong các hợp chất nh NO3- ,SO42-. Tuy nhiên, do quá trình phân huỷ kị khí thờng có tạo nên nhiều hợp chất có mùi gây hôi, thối độc hại của (NH3, H2S, CH4.). Vì vậy, trong thực tế để đảm bảo cho quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ diễn ra tốt nhất, ngời ta kết hợp sử dụng cả phơng pháp phân huỷ kị khí và phơng pháp phân huỷ hiếu khí để quá trình phân huỷ nhanh, đồng thời không tạo mùi gây nguy hại cho con ngời.
Metan (CH4) là sản phẩm của quá trình phân huỷ hữu cơ trong điều kiện kỵ khí, dới tác dụng của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc. • Giai đoạn 1: Dới tác dụng của các men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp nh chất béo, hydratcacbon (xenlulo, tinh bột), protein bị phân huỷ thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong nớc: đờng đơn, peptit, glyxerin , axit amin. •Giai đoạn hai: Dới tác dụng của nhóm vi sinh vật sinh axit, các chất tan nói trên sẽ biến thành các axit hữu cơ có phân tử lợng nhỏ ( axit axetic, axit propionic.), các aldehytancol và khí CO2, H2, NH3, N2.
Do các phản ứng thuỷ phân và các phản ứng oxy hoá khử xảy ra nhanh chóng và đồng bộ trong cùng một pha nên nhu cầu oxy sinh học gần nh bằng không. Do có quá trình sinh Metan mà làm cho nớc rác có mùi khó chịu, quá trình sục khí hạn chế đợc một phần.
Nhu cầu các chất dinh dỡng của vi sinh vật
Trong môi trờng tự nhiên (môi trờng khoai tây, nớc thịt, sữa, huyết thanh, giá. đậu, pepton.) khi nuôi cấy vi sinh vật không cần bổ xung các nguyên tố khoáng. Hàm lợng các nguyên tố khoáng ở nguyên sinh chất của vi sinh vật khác nhau là khác nhau, tuỳ loài, tuỳ giai đoạn, tuỳ điều kiện nuôi cấy. Một số vi sinh vật tự dỡng quang năng còn sử dụng Fe để tổng hợp ra một số sắc tố quang hợp có cấu trúc pocphirin (clorophin, bacterclorophin.).
Mg2+ có thể hoạt hoá các hexokinaza, ATP-aza, pirophotphataza, photphopheraza, các enzym trao đổi protein, các enzym oxy hoá khử của chu trình Kreps. Ca là cầu nối trung gian giữa nhiều thành phần của tế bào sống (giữa ADN và. Protein trong nhân, giữa các nucleotit với nhau, giữa ARN và protein trong riboxom). K tồn tại ở dạng K+ ở bề mặt ngoài của cấu trúc tế bào, tồn tại trạng thái liên kết hoá lý không bền vững với protein và các thành phần của nguyên sinh chất.
K tham gia vào việc hoạt hoá một số enzym : amylaza, invectaza, ATP- aza..K có ảnh hởng đến quá trình trao đổi chất, quá trình tổng hợp, quá trình hô hấp của vi sinh vật. Vi sinh vật đòi hỏi lợng Na và Cl không nhỏ, nhng ngời ta biết rất ít về vai trò sinh lý của chúng.Với các vi sinh vật khác nhau đòi hỏi hàm lợng Na và Cl khác nhau.
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình xử rác thải
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình ủ rác
Cho đến nay ngời ta cha tìm thấy K tham gia vào bất kỳ thành phần nào của nguyên sinh chất, không tìm thấy enzym nào chứa K. N là nguyên tố tạo nên các protein, axit nucleic, amino axit, enzym và các coenzym cần thiết cho sự sinh trởng và chức năng của tế bào, sinh khối có trên 50% protein cần lợng N dồi dào để phát triển nhanh. Ngợc lại, nếu N quá nhiều, nhiệt độ tăng quá cao có thể gây chết vi sinh vật, dễ chuyển sang dạng phân huỷ kị khí và gây mùi.
Độ ẩm phù hợp của nguyên liệu (hàm lợng nớc) cũng là yếu tố cần thiết cho sự phân huỷ rác vì quá trình này dựa vào hoạt động của vi sinh vật. Quá trình ủ rác đồng thời là quá trình làm khô nguyên liệu do hoạt động của vi sinh vật sinh ra nhiệt làm bay hơi nớc. Trong giai đoạn đầu của quá trình phân huỷpH giảm do hình thành các axit béo, CO2 và sự nitrat hoá nhng giá trị này tăng trở lại sau khi có sự biến đổi về số lợng vi khuẩn.
Sự phân hủy thành công đòi hỏi vùng bề mặt hoạt động phải đủ sao cho độ hoạt động của vi sinh vật là lớn nhất tính theo vật liệu thô. Đây là lý do chủ yếu giải thích tại sao vật liệu phải đợc làm giảm kích thớc trớc khi thực hiện quá trình phân huỷ sinh học.
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình xử lý nớc rác
Trong quá trình ủ rác, sự phân huỷ chất hữu cơ giảm dần theo thời gian. Oxi đợc cung cấp trong quá trình sục khí là nhiều hơn lợng cần thiết về mặt lý thuyết để quá. Khi nồng độ oxy hoà tan < 0,5 mg/l thì quá trình xử lý nớc rác bằng vi khuẩn ngừng trệ.
Sự khuấy trộn làm bùn hoạt tính tiếp xúc với chất thải trong nớc rác. Vi khuẩn có thể sử dụng nguồn dinh dỡng này trong quá trình đồng hoá để sinh trởng và phát triển. Tuỳ nồng độ hợp chất hữu cơ có trong nớc rác mà mỗi loại vi sinh vật có sự sinh trởng và phát triển khác nhau.
Vì sự sinh trởng và phát triển của vi sinh vật phụ thuộc vào giải nồng độ thức ăn. Chúng sẽ tiến hành đồng hoá những loại thức ăn dễ tiêu hoá trớc, thức ăn khó tiêu hoá sau.
Thực nghiệm
- Một số phơng pháp nghiên cứu vi sinh vật học
Dùng que cấy vô trùng lấy vi khuẩn từ môi trờng thạch nghiêng (trong ống nghiệm), cấy thành các đờng thẳng liên tiếp nhau ở góc một phần t thứ nhất của đĩa petri có chứa môi trờng thạch thờng hoặc môi trờng xenlulo. Khi xuất hiện các khuẩn lạc riêng rẽ và đồng nhất một dạng hình thái trong hộp petri, thì cấy chuyển vào môi trờng thạch nghiêng để giữ giống hoặc đem đi thử các hoạt tính sinh hoá. - Giai đoạn cuối nguyên liệu đã bị nát rữa phần lớn ở giai đoạn 2, nên ở giai đoạn này tốc độ giảm thể tích cũng chậm vì đây là giai đoạn vi khuẩn thực hiện quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo ra từ những giai đoạn trớc.
Nhận xét: Hệ vi khuẩn từ nớc rác rất phong phú, mật độ cao 52.1012 khuẩn lạc, xét về chủng loại thì hệ vi khuẩn trong nớc rác phong phú hơn do quá trình phân huỷ nớc rác trong điều kiện không khí nên sự xâm nhiễm của vi khuẩn ngoài môi tr- ờng không khí là không thể tránh khỏi. Sau một thời gian theo dừi, chỳng tụi tiến hành phõn tớch xỏc định chỉ số COD, amoni và nitrat trong nớc rác, để qua đó biết đợc khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ của vi khuẩn. Điều đó có thể khẳng định rằng: Mức độ độc hại của nớc rác Nam Sơn và nớc rác sinh hoạt là nh nhau vì bản chất của nớc rác cũng chỉ là những hợp chất hữu cơ hoà tan hoặc khó tan trong nớc.
+ Giai đoạn 1: trong khoảng 10 ngày đầu COD giảm mạnh, là do sự phát triển của vi khuẩn ở giai đoạn này rất mạnh chúng có thể oxy hoá hầu hết các hợp chất hữu cơ dễ bị oxy hoá trớc. Nhận xét: Ban đầu nớc rác ở trạng thái cha ổn định, ni tơ chủ yếu tồm tại ở dạng các hợp chất axit amin nên quá trình phân huỷ các hợp chất axit amin tạo ra amôni làm cho hàm lợng amôni ở giai đoạn đầu tăng. - Giai đoạn đầu nớc rác đang còn ở trạng thái cha ổn định, cha xảy ra quá trình tích luỹ NO3- ở giai đoạn này vi khuẩn xử dụng NO3- cho quá trình phân hủ kị khí các hợp chất hữu cơ (lấy oxy từ NO3- để tiến hành oxy hoá các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí.
Một số vi khuẩn phân lập đợc đóng vai trò tích cực trong quá trình phân huỷ rác thải sinh hoạt và góp phần vào việc xử lý nớc thải rò rỉ từ quá trình ủ rác bằng phơng pháp sinh học.
