Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải đô thị trên mô hình hợp khối aeroten và lọc sinh học

Quá trình phân hủy hiếu khí

Những vi sinh vật phải có khả năng sinh tổng hợp những enzyme tương ứng với những chất hữu cơ trong nước thải : để phân giải protein thì phải có enzyme protease, phân giải tinh bột thì phải có enzyme amylase, hay phân giải chất béo thì phải có enzyme lipase..Những ezyme này ở vi sinh vật hiếu khí gồm có hai cấu tử là nhóm chính và nhóm phụ. Oxi cung cấp cho quá trình phân hủy chất hữu cơ có thể chia thành hai pha : pha cacbon là pha phân hủy các hợp chất hidratcacbon giống như quá trình hô hấp nói chung và giải phóng ra năng lượng, CO2, nước cùng các vật liệu tế bào; pha N là pha phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa N trong phân tử như protein hay các sản phẩm phân hủy trung gian và giải phóng ra NH3 hay NH4+ là nguồn N dinh dưỡng được vi sinh vật sử dụng trực tiếp cho xây dựng tế bào, [14].

Quá trình phân hủy kị khí

Ngoài ra, NH3 còn dư sẽ được vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa thành nitrit, nitrit sẽ được vi khuẩn Nitrozobacter chuyển hóa thành nitrat, nitrat sẽ được chuyển hóa tiếp theo thành N2 bay vào không khí nhờ các vi khuẩn phản nitrat hóa,[ 6, 13, 14, 23, 34]. Cuối pha này thì các chất tan có chứa N tiếp tục bị phân hủy tạo thành hợp chất amon, amin, muối của axit cacbonic, một lượng nhỏ hỗn hợp khí CO2, N2, H2, CH4..pH của môi tường tăng lên và chuyển đến vùng trung tính và sang kiềm.

Đặc điểm của nước thải đô thị

Nước thải bệnh viện là nguồn mang mầm bệnh đặc biệt nguy hiểm nhưng hầu hết các bệnh viện, trung tâm y tế hiện nay chưa có hệ thống xử lí riêng mà chủ yếu là xả thải thẳng vào hệ thống thoát nước chung vì vậy làm cho vấn đề ô nhiễm nước thêm trầm trọng, [46]. Từ những nguyên nhân trên mà hiện nay trên địa bàng thành phố, hàng loạt những dòng kênh : kênh Tàu Hủ, kênh Nhiêu Lộc, kênh Tân Hóa….là những dòng kênh chết, nước thải từ những dòng kênh này hàng ngày đi vào sông Sài Gòn làm cho tình trạng ô nhiễm nước sông ngày càng trầm trọng, [ 1, 20, 46].

Aeroten

Dựa trên các nguyên lý nμy, người ta đã thiết lập một qui trình xử lí nước thải theo phương pháp bùn hoạt tính để khử BOD, N, P trong hệ thống Bardenpho (gồm hệ thống các bể kị khí, bể thiếu khí, bể hiếu khí..). Thành phần sinh học của bùn hoạt tính bào gồm nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh nhưng chủ yếu là vi khuẩn chiếm đa số, số lượng khoảng 108 – 1012 trên 1mg chất khô với những giống như: Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligen, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium….

Lọc sinh học

Sinh khối trong giai đoạn này ít, tuy nhiên sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường thì chúng sinh trưởng theo cấp số nhân và lượng oxi tiêu thụ cũng tăng dần, [14]. - Giai đoạn 3 : sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng và có chiều hướng giảm thì lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên.

Việt Nam

Theo tạp chí Phát Triển KH&CN, tập 12, số 02 – 2009, các tác giả Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu đã nghiên cứu và hoàn thành đề tài “ Xử lí nước thải tinh bột mì bằng công nghệ Hybrid – Lọc sinh học và Aeroten”. Ngày nay, Kỹ thuật xử lí hợp khối đang được nhiều nghành công nghiệp quan tâm, vì hệ thống này chứng tỏ hiệu quả xử lí cao và có thể áp dụng cho xử lí nhiều loại nước thải đặc biệt là các loại nước thải ô nhiễm nặng nếu như được kết hợp với xử lí hóa lý như : kết tủa, keo tụ….và cuối cùng là khử khuẩn.

Môi tr−ờng nuôi cấy

Tiến hμnh phép thử trắng song song cho mỗi lần xác định theo qui trình đã tiến hμnh với mẫu thử, thay thế 10 ml mẫu thử bằng 10 ml n−ớc cất. - Chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,025N tới lúc mẫu chuyển sang mμu vμng chanh thì cho thêm 1 - 3 giọt hồ tinh bột, sau đó lắc nhẹ vμ chuẩn độ tiếp cho đến khi mẫu bắt đầu mất mμu. - Chuẩn bị môi trường thạch đĩa: môi trường MPA, Czapek, Hansen được khử trùng ở 1 atm trong 30 phút, đổ vμo các đĩa petri vô trùng, chờ thạch đông vμ khô mặt thạch.

- Dùng pipetman gắn đầu côn vô trùng lấy từ các độ pha loãng thích hợp nhỏ vμo mỗi đĩa petri 0,1 ml (tương đương với 2 giọt dịch ), mỗi độ pha loãng được lặp lại 3 lần. - Chọn những khuẩn lạc đặc trưng, lấy một vòng que cấy khuẩn lạc cho vμo nước cất vô trùng, sau đó pha loãng với các nồng độ thích hợp, chọn nồng độ pha loãng sao cho khi cấy 0,1 ml vμo đĩa thạch sẽ xuất hiện các khuẩn lạc giống nhau riêng rẽ. - Tiến hμnh quan sát các khuẩn lạc nμy từ các phía (từ trên xuống, từ bên cạnh), chú ý về kích thước, hình dạng mép, hình dạng khuẩn lạc, bề mặt, độ dμy, có núm hay không, độ trong, mμu sắc (trên, d−ới, có khuếch tán ra môi tr−ờng hay không).

Khi các enzyme amylase, protease, cellulase tác dụng lên cơ chất thích hợp (tinh bột tan, casein, CMC) trong môi trường thạch, cơ chất bị phân giải lμm cho độ đục của môi trường bị giảm đi, môi trường trở nên trong suốt. Nhỏ một giọt dung dịch H2O2 nồng độ 10% lên phiến kính, dùng đầu que cấy lấy một ít vi khuẩn mới hoạt hóa (24h) trộn vμo giọt H2O2 trên phiến kính.

Nghiên cứu xử lí nước thải theo mẻ 1. Chế tạo mô hình hợp khối

Chúng tôi lựa chọn phương pháp hợp khối hiếu khí aroten và lọc sinh học là phương pháp xử lí nước thải này, kết hợp với việc khảo sát vai trò của vi sinh vật trong quá trình xử lí nước thải. Chính vì vậy mà phải tiến hành xử lí nước thải theo mẻ với những thời gian khác nhau nhằm xác định thời gian cho mô hình làm việc ổn định cũng như tạo bùn hoạt tính và màng sinh học tối ưu. Một lưu ý ở đây là chúng tôi không thực hiện hồi lưu bùn sau mỗi mẻ vì bùn được tạo thành và đi ra theo nước đã xử lí là không đáng kể, đây chính là điểm ưu việt của mô hình hợp khối so với mô hình aeroten.

Đồng thời với việc xử lí thì nước đầu ra sau mỗi mẻ được đưa qua bể lắng thứ cấp sau đó được đem đi phân tích các chỉ tiêu hóa lí và được kết quả trong bảng 3.5. Sau khi đã tạo được lượng bùn hoạt tính và màng sinh học đạt mức ổn định và có khả năng làm sạch với hiệu suất cao, chúng tôi đã tiến hành kiểm tra lại số lượng vi sinh vật trong bùn và màng. Những chất hữu cơ trên là những chất thường xuất hiện trong nước thải đô thị, điều này chứng minh rằng bùn hoạt tính và màng sinh học có khả năng làm sạch nước thải đô thị.

Bùn hoạt tính và màng sinh học là tập hợp của nhiều chủng vi khuẩn khác nhau vì vậy chúng tôi đã tiến hành phân lập và nghiên cứu các đặc điểm sinh học của chúng, kết quả được trình bày trong các bảng 3.8, 3.9, 3.10 và 3.11. Kết quả nghiên cứu trên chứng minh rằng chính vi khuẩn có mặt trong bùn hoạt tính và màng sinh học là tác nhân chính trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ làm sạch nước thải.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lí nước thải 1. Sự ảnh hưởng của pH

Phương pháp xử lí nước thải trên mô hình hợp khối là phương pháp xử lý hiếu khí dựa trên sự hoạt động của các vi khuẩn hiếu khí là chủ yếu. Chính vì vậy để cho vi khuẩn hoạt động tốt thì việc cung cấp không khí cho vi khuẩn là vô cùng quan trọng. Nếu lượng khí cung cấp không đủ thì khả năng hoạt động của vi khuẩn sẽ kém, hiệu suất xử lí nước thải sẽ thấp.

Ngược lại việc cung cấp không khí quá nhiều không những có thể gây ức chế sự hoạt động của vi khuẩn mà còn gây tốn kém. Chính vì vậy việc tìm ra chế độ thổi khí thích hợp, sao cho vi khuẩn hoạt động đạt hiệu suất cao mà không gây lãng phí cũng là rất quan trọng. Chúng tôi đã thực hiện thí nghiệm với các chế độ thông khí khác nhau trong thời gian sục khí là 10 giờ và kết quả được trình bày trong bảng 3.13.

Trong đó ở chế độ thổi khí 0,5/1/1 thì hiệu quả làm sạch kém, ở chế độ thổi khí còn lại thì hiệu suất làm sạch đạt yêu cầu. Trong đó ở chế độ thông khí 2/1/1 thì hiệu suất làm sạch cao nhất, tuy nhiên về phương diện kinh tế thì chế độ thông khí 1/1/1 là thích hợp nhất.

Xử lí nước thải theo dòng liên tục

Qua bảng số liệu 3.13 cho thấy ở chế độ thổi khí càng tăng thì hiệu suất làm sạch càng cao. Qua kết quả thu được trong bảng 3.14 ta nhận thấy rằng với tốc độ dòng càng cao thì hiệu quả làm sạch cũng giảm dần, và tại tốc độ dòng 3l/h thì cho hiệu quả làm sạch tốt nhất. Tuy nhiên để tăng tốc độ xử lí, tiết kiệm thời gian thì chúng tôi đề nghị chọn tốc độ dòng là 5l/h.

Khảo sát khả năng xử lí Nitơ của các chủng vi khuẩn trong bùn hoạt tính và màng sinh học.