Hình 4.3 Đường biểu diễn sự tăng sinh khối của vi sinh vật
4.1.5. Ứng dụng sự phát triển của vi khuẩn và hoạt động sử dụng chất nền trong xử lý sinh học.
4.1.5. Ứng dụng sự phát triển của vi khuẩn và hoạt động sử dụng chất nền trong xử lý sinh học. học.
Trước khi thảo luận về các quá trình phát triển riêng biệt được sử dụng cho xử lý chất thải, thì việc áp dụng các động thái phát triển sinh học và sử dụng chất nền sẽ được giải thích. Mục đích ở đây là mơ tả (1) sự phát triển của vi sinh vật và sự cân bằng chất nền và (2) dự đốn được nồng độ các vi sinh vật và chất nền ở đầu ra. Trong phần thảo luận này, quá trình xử lý hiếu khí thực hiện trong một phản ứng trộn hồn chỉnh khơng cĩ sự hồi lưu. Qua nghiên cứu cho thấy quá trình trên giống như quá trình bùn hoạt tính khơng cĩ sự hồi lưu.
4.2. Nấm (fungi)
Nấm cĩ thể được xem là nguyên sinh vật đa tế bào khơng quang hợp và dị dưỡng. Nấm thường được phân loại dựa vào hình thức sinh sản. Chúng sinh sản hữu tính hoặc vơ tính bằng cách nhân đơi, nảy chồi hoặc tạo thành bào tử. Mốc hay “nấm thật” thường cĩ hình dạng sợi gọi là mycelium, men cũng là nấm nhưng khơng thể tạo thành mycelium và thường khơng phải là dạng tế bào.
Hầu hết các loại nấm đều cĩ thể sống trong điều kiện thiếu khí. Chúng cĩ khả năng phát triển trong điều kiện độ ẩm thấp và cĩ thể thích ứng được trong mơi trường pH thấp. pH tối ưu cho sự phát triển của hầu hết các lồi nấm là 5.6 và khoảng biến động từ 2-9. Nấm cũng cĩ nhu cầu nitrogen thấp, nhu cầu của chúng chỉ khoảng bằng ½ so với vi khuẩn. Khả năng của nấm cĩ thể tồn tại trong điều kiện pH và nhu cầu nitrogen thấp, khả năng phân hủy cellusose gấp đơi, làm cho chúng trở nên quan trọng trong xử lý sinh học các chất thải cơng nghiệp và các chất thải hữu cơ ở dạng rắn.
48
4.3. Tảo (algae)
Tảo là bọn thực vật đa bào hay đơn bào, tự dưỡng và quang hợp được. Chúng cĩ tầm quan trọng trong các quá trình xử lý sinh học bởi hai lý do. Trong thủy vực chúng cĩ khả năng tạo ra oxygen qua quá trình quang hợp là sự sống của hệ sinh thái mơi trường nước. Đối với ao hiếu khí hoặc ao oxy hĩa kỵ khí khơng bắt buộc hoạt động hiệu quả, thì tảo là cần thiết cho việc cung cấp oxygen cho vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí.
Tảo thường sống trơi nổi và phân phối trong cả khối nước, cũng cĩ loại tảo bám (bám vào những vật chìm trong nước) hoặc sống đáy (tạo thành lớp trên bề mặt của nền đáy).
Những lồi hiện diện chính trong xử lý sinh học gồm: Tảo lam (cyanophyta) gần giống với vi khuẩn.
Tảo lục (chlorophyta) Tảo nâu (chrysophyta) Tảo mắt (euglena)
Mối tương quan sinh học giữa tảo và vi khuẩn trong xử lý nước thải thể hiện ở mơ hình dưới đây.
Hình 4.5. Mối tương quan giữa tảo và vi khuẩn trong xử lý nước thải (theo W. J. Oswald, 1977)
Chất thải hữu cơ
(chứa C, N, P) Oxygen Sinh khối tảo
Vi khuẩn (C68H95O27N14) Vi tảo (C106H181O45N16P) Nước thải đã xử lý Sinh khối vi khuẩn CO2, NH4+, PO43- Dinh dưỡng khống Bức xạ ánh sáng mặt trời CO2 khí quyển Sử dụng cho mục đích khác
49 Vi khuẩn Vi khuẩn
Nước thải + O2 bùn vi khuẩn + nước thải đã được xử lý
Oxy trong trường hợp này được cung cấp bởi thực vật phù du và trao đổi nước bề mặt và khơng khí.
Thực vật + ánh sáng
Muối khống + CO2 sinh khối thực vật + O2
Chlorophylle chứa trong vi tảo cho phép chúng sử dụng ánh sáng mặt trời như là nguồn năng lượng: đĩ là cái cơ bản của quá trình quang hợp. Tảo phát triển dưới ánh sáng đồng thời trích lấy CO2 và chất khống trong nước để làm nguồn thức ăn cho cơ thể rồi thải oxy vào mơi trường.
Quá trình quang hợp được mơ tả bởi phương trình sau: CO2 + 2H2O (CH2O)x + O2 + H2O
(CH2O)x được xem là chất hữu cơ của tảo, kết quả phân tích tảo cho ra cơng thức phức tạp như sau:
Tảo = C106H181O45N16P. Và phương trình được viết lại
Aùnh sáng
160CO2 + 182H2O + 16NH4+ + HPO42- C106H181O45N16P + 118O2 + 117H2O + 14H+
Phương trình này là bằng chứng cho sự cĩ mặt cần thiết của muối dinh dưỡng trong sự sản sinh tảo.
Cần chú trọng đến sự cân bằng vì trong cân bằng này số mol O2 được giải phĩng ra ít hơn số mol CO2 được tiêu thụ.
Sự tăng pH do CO2 chuyển dịch cân bằng như sau: Ca2+ + (HCO3-)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Vào ban đêm, quá trình quang hợp bị ngừng lại và sự hơ hấp của tảo gĩp phần vào việc giảm hàm lượng oxy hịa tan
50
Tảo cũng cĩ vai trị quan trọng trong các quá trình xử lý sinh học nhưng vấn đề ngăn cản sự phát triển vượt mức của tảo trong các loại nước tiếp nhận (receiving waters) phải được quan tâm đến.
Tảo nếu khơng được sử dụng hết bởi bọn động vật phù du thường lắng xuống đáy, điều đĩ cho thấy cĩ một sự ơ nhiễm xảy ra nhưng khơng đáng kể trong nền đáy của các ao xử lý. Nước thải sau khi được xử lý đổ vào mơi trường tiếp nhận vì vậy mà cĩ chứa vi tảo ở dạng phù du cho thấy sự ơ nhiễm hữu cơ trực tiếp (hàm lượng chất hữu cơ lơ lửng cĩ thể đạt đến 0.2kg/m3). Điều đĩ cần phải cĩ một quá trình thu hồi và làm tăng giá trị của tảo khi thải ra. Một vài kỹ thuật lắng lọc bằng các phương pháp vật lý (ly tâm, lọc qua màng, làm khơ, đơng tụ bằng dịng điện, tuyển nổi bằng điện...) quá tốn kém vì vậy hồn tồn khơng thể chấp nhận được trong việc xử lý sinh học.
Phương pháp khả thi được thực hiện bằng cách ổn định và kéo dài chuỗi thức ăn ở những ao cuối là những ao nuơi cá sử dụng tảo làm nguồn thức ăn. Trong tất cả các trường hợp, nếu cĩ sự quản lý chính xác (sục khí nhân tạo trong các ao, thu hoạch cá thường xuyên...) người ta cho rằng lúc đĩ cĩ một sự kìm hãm đáng kể lượng tảo được thải ra mơi trường tiếp nhận. Mặt khác, sự hiện diện của các sinh vật sống (cá, tơm, động vật phù du...) ở các ao cuối là vật chỉ thị sinh học cĩ giá trị cho biết chất lượng nước đã được xử lý
Ngày nay, do phải tập trung vào việc đào thải chất dinh dưỡng trong các quá trình xử lý. Một vài nhà khoa học biện hộ sự loại bỏ nitrogen từ các chất thải, những người khác thì đề nghị sự loại bỏ phosphorus và một số khác lại khuyên loại bỏ cả hai. Sự lựa chọn khách quan cho việc xử lý tác động đến kiểu của quá trình xử lý được lựa chọn.
51
Chương 5