F. ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT(VSV)
II. Sử dụng vsv trong xử lý ô nhiễm môi trường
5. Ứng dụng vi tảo trong xử lý ô nhiễm nước thải
a. Vai trò của tảo trong hồ oxy hoá :
Hồ oxy hoá nước thải và hồ ổn định là phương tiện làm sạch nườc thải có hiệu quả với giá thành thấp nhất. Dạng hồ này hoạt động rất tốt tại vùng có cường độ ánh sáng caovà không băng giá. Theo thống kê có tới 10000 hệ thống hồ này dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp ở Mỹ.
Trong hồ oxy hoá nước thải có sự tham gia trực tiếp của tảo và quá trình oxy quang hợp.
Bản thân sinh khối tảo cũng là một sản phẩm có hàm lượng protein cao.
Mục tiêu của việc xử lý nước thải trong hồ oxy hoá là loại bỏ hoặc làm giảm hàm lượng COD, BOD, các chất rắn lơ lửng, các chất dinh dưỡng chứa nitơ, P, vi khuẩn gây bệnh và một số chất độc tiềm tàng.
α . Hồ tuỳ nghi:
men kị khí. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc nhiều vào hoạt động của gió hoặc khả năng tạo dòng chảy nhờ khuấy sục. Phản ứng sinh hoá cơ bản xảy ra ở đáy hồ. Vùng kị khí là lên men metanvà các acid bay hơi
CO2 O2
---
vùng hi
khí nước thải các chất oxy hoá quang hợp tb mới
hữu cơ VSV của tảo
CO2, NO3, NO2, PO4, NH4… tb mới
chất rắn lắng
nuớc qua xử lý +vsv+ tảo
tb chết
bùn lắng
--- chất hữu cơ các acid hữu cơ CH4, CO2, NH4 vùng kị khí.
Sơ đồ hoạt động của hồ oxy hoá nước thải (hồ tuỳ nghi)
Nguồn:Công nghệ vi tảo (Đặng Đình Kim, NXB N2 Hà Nội 1999).
β . Hồ tảo cao tốc:
Là dạng hồ nông( 0,2 – 0,9 m) và việc phân huỷ chất thải xảy ra hoàn toàn trong điều kiện hiếu khí. Hai quá trình sinh hoá chính xảy ra ở đây là hô hấp và quang hợp. Khi có mặt oxy hoà tan, các chất hữu cơ được vsv biến đổi thành CO2, H2O, NO3-, NO2-, PO43-, NH4+… Tảo sẽ sử dụng các chất vô cơ của quá trình oxy hoá này để tăng trưởng và tái tạo oxy phục vụ cho hoạt động vi khuẩn.
Đây là sự hợp tác rất có hiệu quả giữa tảo và vsv trong hoạt động của hồ oxy hoá nước thải.
Các nhà khoa học đã tính toán tỉ lệ vi khuẩn / tảo (W/W) tối ưu cho hoạt động của hồ là 1/3 và ẳ.
Bảng thống kê các loại hồ ổn định nứoc thải hiếu khí và hồ tuỳ nghi ( theo Alaert 1987).
Thông số Hồ tảo cao tốc Hồ tảo tuỳ nghi
Diện tích (ha) 0,25 – 1 < 4
Thời gian lưu ( ngày) 4 – 6 10 – 40
Độ sâu (mét) 0,3 – 0,45 1,0 – 2,0
PH 6,5 – 10,5 6,5 – 10,5
Nhiệt độ tối ưu ( 0C) 20 20
Tải trọng BOD5( kg/ha.người)
80 –160 40 –120
Hiệu suất chuyển BOD5(%) 80 –95 80-95
Mật độ tảo (mg/L) 100 – 260 40 –100
Sản phầm chính Tảo, CO2, tế bào VSV Tảo, CO2, tế bào VSV Chất rắn lơ lững đi
qua(mg/L)
150 –300 80 –140
Vì nitơ chiếm 8 –10% thành phần tế bào nên việc hấp thụ nitơ dưới dạng NO3-, NH4+, NO2- từ chất thải là cơ chế rất quan trọng để loại bỏ nguồn ô nhiễm này. Photphat chỉ chiếm 1- 2% trọng lượng khô của tảo nên không thể loại bỏ hoàn toàn photpho chỉ thông qua sinh trưởng của tảo. Tuy vậy, nếu chúng ta dùng vôi, sunphat nhôm để thu hoạch tảo thì hầu như toàn bộ photpho sẽ bị kết tủa và sẽ loại bỏ khỏi nước thải cùng với tế bào tảo.
Trong hồ oxy hoá nước thải, quá trình nitrat hoá và phản ứng nitrat hoá cũng như việc bay hơi của NH3 là cơ chế quan trọng để loại bỏ các hợp chất nitơ vô cơ. Sản phầm của quá trình oxy hoá của vsv. PH tăng do trong hồ cũng làlà yếu tố quan trọng gây tủa muối photphat canxi.
Một số vsv rong hồ oxy hoá bị tiêu diệt do 2 nguyên nhân:
- Thời gian nước thải lưu trong hồ tương đối dài.
- Độ pH của hồ tăng do tăng quang hợp của tảo.
Tất cả điều kiện đều cho thấy vai trò rất quan trọng của tảo trong hồ oxy hoá nước thải:
- Thông qua quang hợp, tảo thải oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá các chát hữu cơ bởi vi khuẩn. Hiệu quả của hệ thống liên quan chặt chẽ tới sự hợp tác giữa 2 chiều giữa tảo và vsv hiện diện trong hồ.
- Trong quá trình tăng trưởng, tảo hấp thụ NO3-, NH4+, NO2-, CO2, PO43-, sản phầm hình thành từ quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và quá trình nitrat và phản ứng nitrat hoá của vsv.
Các chất vô cơ trên là tác nhân ô nhiễm và sẽ được loại bỏ bởi tảo và một số thực vật thuỷ sinh khác có mặt trong hồ.
ô nhiễm
Thông khí sơ bộ Loại bỏ mùi hôi Làm tuần hoàn dịch thải trong điều kiện hiếu khí ở
hồ cao tốc
Lọc cơ học và lắng cặn Tách các vật thể rắn Thể rắn lắng xuống được tách riêng các chất hữu cơ
được vsv kị khí phân huỷ Tuyển nổi Loại bỏ dầu béo và các chất
nổi
Các vật liệu nổi có thể thu và loại bỏ. Các chất béo được xà phóng hoá ở pH cao và sẽ được phân huỷ sau
đó
Lên men methan Sản xuất khí đốt Môi trường kị khí ở đáy hồ sẽ tạo điều kiện cho lên men
methan. Nếu có nhu cầu, người ta lắp thêm thiết bị
thu khí đốt
Oxy hía sinh học Loại bỏ BOD Nguồn oxy phong phú do tảo thải ra trong quang hợp.
PH trong hồ tăng dần lên tới 9,0
Tách tảo %SS được loại bỏ Tại bể lắng, tảo có xu hướng vón và lắng dần sẽ thu hoặc để sử dụng dần dần Loại bỏ các chất dung dịch
vô cơ
Loại N, P Nitơ dưới dạng hữu cơ sẽ chuyển sang vô cơ.Nitơ được tạo ra trong quá trình
phản nitrát hoá ở đáy hồ.
NH4+được tảo sử dụng cho sinh trưởng. Một phần NH4+
thoát ra ngoài không khí do khuấy sục, pH tăng cao.
Photphat được tảo sử dụng cho sinh trưởng hoặc bị tủa thành muối photphat canxi
do pH tăng cao Khử trùng Loại MPN, các tác nhân gây
bệnh
Lượng vi khuẩn sẽ giảm theo thời gian và do pH cùng nhiệt độ tăng lên Loại kim loại nặng % KLN bị loại bỏ Bề mặt tế bào tảo tích điện
âm nên có ái lực với KLN.
Tại hồ tảo cao tốc, KLN được tảo hấp thụ và bị tủa do pH tăng. Tại hồ tuỳ nghi,
KLN sẽ lắng xuống bùn.
Tách các chất rắn có khả năng hoà tan
% bị loại bỏ Muối photphat hoặc cacbonat canxi và nhanh kết
tủa khi pH cao. K+, Mg+ được tảo sử dụng cho sinh
trưởng. Na+ có xu hướng tích luỹ hồ xử lý.
Các chất hữu cơ khó phân hủy RO
% bị loại bỏ Thời gian lưu dài và hàm lượng O2 cao sẽ tạo điều kiện tốt cho một số vsv và xạ khuẩn phân huỷ các chất
này.
Vai trò của tảo trong hệ thống xử lý nước thải bằng hệ thống hồ cao tốc
Dạng và đặc điểm của hồ xử lý nước thải có ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu quả của quá trình và tiềm năng sử dụng sinh khối tảo. Chẳng hạn có các loài tảo dạng tập đoàn hoặc dạng sợi ( Vd: microctinium, Oscillatatoria, Spirulina) dễ thu hoạch hơn so với chlorella. Tảo lam và tảo có roi đôi khi tạo thành đám nổi lên mặt hồ và nếu không bị rã ra do gió hoặc do khuấy sục thì chúng sẽ bị phân huỷ và tạo ra mùi khó chịu. Tại các hệ thống xử lý nước thải bằng hồ oxy hoá ở California người ta phát hiện sự hiện diện của các loại tảo sau: Chlamydomomas sp., Chlorella vulgaris, Golekinia vadiata, Stichococcus baclaris, Navicula sp., Scenedesmus spp., Euglena spp., Ankistrodesmus falcatus.
Một số yếu tố ngoại cảnh chính ảnh hưởng tới thành phần loại tảo trong hệ thồng xử lý nước thải như tải trọng các chất hữu cơ, thời tiết, khuấy sục và động vật phù du ăn thực vật. Điển hình cho các loài chống chịu tải trọng các chất hữu cơ cao là đại diện cho 8 chi tảo: Euglena, Oscillatoria, Chlamydomonas, Scendesmus, Chlorella, Nitzchia, Navicula, Stigioclonium. Có một loài thường gặp trong hồ xử lý có tải trọng cở lớn: Eulena viridis, Nitzchia palea, Oscillatoria limosa, Scenedesmus quadricauda, Oscillatoria tenuis, Chlorella và Euglena là thường gặp nhất trong hồ xử lý nước thải.
c. Tảo và việc xử lý KLN trong nước thải:
Một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước là các KLN từ nước thải CN không qua xử lý. Anh hưởng độc hại của KLN rất lớn, ngay cả khi nồng độ thấp do độc tính cao và khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể sống.
Nhiều nguồn nước thải từ CN sản xuất giấy, acqui, sơn,xăng dầu, chế tạo máy, mỏ mạ, thuộc da, phim ảnh… chứa các KLN độc hại như Pb, Hg, Cd, Cr, Ni, Zn, Cu, As. Thông thường để loại bỏ KLN khỏi môi trường nước, người ta thường dùng các phương pháp kết tủa hoá học, oxy hoá khử, xử lý điện hoá, kĩ thuật màng, trao đổi ion, bốc hơi… Phương pháp này đòi hỏi đầu tư và vận hành cao và tỏ ra kém hiệu quả xử lýnguồn thải có lưu lượng lớn nhưng nồng độ KLN không cao lắm.
Trong trường hợp sử dụng các vật liệu sinh học để làm chất hấp thụ KLN thì các ion KLN sẽ liên kết với các polyme sinh học như protein, polysacarit, amin… Hiện tượng hấp phụ sinh học chính là cơ sở để phát triển 1 loại công nghệ mới nhằm loại bỏ hoặc thu hồi KLN từ môi trường lỏng. Các chất hấp phụ sinh học dùng để tách KLN có nhưng ưu điểm:
- Có thể loại bỏ KLN với nồng độ thấp 1 cách chọn lọc - Hoạt động hiệu quả trong khoảng pH và nhiệt độ rộng
- Do có ái lực thấp với Ca+, Mg2+ nên hệ thống vận hành tương đối hiệu quả
- Đầu tư ban đầu và giá vận hành hệ thống thấp
- Vật liệu để chế tạo chất hấp phụ sinh học đa dạng, dễ tìm và tương đối rẽ.
Tảo KLN Hệ số nồng độ( nồng độ
trong sinh khối/ nồng độ trong nước thải)
Tảo silic Zn 21600
Chroococcus paris Zn, Cu, Cd 4000
Chlorella sp. Cd,Cu,Ni 2500
Cladophora glomerata Pb 16000
Nhiều tảo khác Cd, Pb, Hg 100000
Hấp tụ KLN bởi một số loại tảo