Xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh vật
MỞ ĐẦU
Hiện nay, xã hội đang trên đà phát triển, các công nghệ kỹ thuật tiên
tiến được áp dụng vào quá trình xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng cũng
như đầu tư vào quy trình công nghệ sản xuất ngày càng phong phú, đặc biệt
trong các ngành công nghiệp, cùng với sự phát triển đó môi trường cũng bị
ảnh hưởng và chủ yếu là theo hướng tiêu cực, đặc biệt là môi trường nước.
Bất kỳ loại hình công nghiệp nào cũng sử dụng một lượng lớn nước tiêu
dùng và thải ra không ít nước thải từ quá trình sản xuất, vấn đề đặt ra ở đây
là làm thế nào để lượng nước thải sau xử lý đủ tiêu chuẩn để có thể đổ ra
môi trường hoặc tái sử dụng nhằm tiết kiệm về nguồn năng lượng cũng như
kinh tế cho sản xuất.
Xử lí nước thải là quá trình phân huỷ các hợp chất gây ô nhiễm thành
những chất ít hoặc không gây ô nhiễm, keo tụ và làm trong nước thải. Trong một
số trường hợp, thay vì phân hủy có thể chuyển hóa các chất ô nhiễm thành những
chất có ích như năng lượng hay sinh khối. Hiện nay, trong lĩnh vực nước thải có
tới 80% lượng nước thải được coi là có thể xử lý bằng công nghệ sinh học. Đó là
nước thải sinh hoạt chứa chất ô nhiễm hữu cơ, các hợp chất N, P; nước thải công
nghiệp chứa các hợp chất hữu cơ sinh hủy được, ở mức độ nhất định công nghệ
sinh học xử lý được cả các hóa chất độc, kể cả các kim loại nặng thường có nguồn
gốc nhân tạo.
Quá trình xử lý nước thải trong môi trường chủ yếu là các vi sinh vật như
virus, vi khuẩn, tảo đơn bào...Vì vậy, với mục đích xử lý nước thải người ta
thường quan tâm chủ yếu đến nhóm vi sinh vật trong nước.
Từ yêu cầu của xã hội cũng như vai trò của vi sinh vật trong nước đã
nêu trên, nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “ Xử lý nước thải
bằng phương pháp vi sinh vật”.
1
B – NỘI DUNG
1.
Cơ sở khoa học ( lý thuyết ) của phương pháp:
Mục đích oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ có khả năng hòa tan. Sử dụng
hoạt động của VSV để phân hủy hết các hợp chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong
nước thải. VSV sử dụng chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng, năng lượng. Trong
quá trình dinh dưỡng chúng nhận chất dinh dưỡng tạo tế bào mới, sinh trưởng,
sinh sản nên tế bào của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ VSV
là quá trình OXH sinh hóa.
VSV có vai trò quyết định chúng có thể sử dụng hợp chất hữu cơ ở thể rắn
cũng như hòa tan trong nước và phân giải chúng đến muối vô cơ, CO 2 và nước.
trong những trường hợp thuận lợi nhất của môi trường chúng đóng vai trò quan
trọng trong chuyển hóa chất gây ô nhiễm nhưu chúng có thể cung cấp oxi cho môi
trường nước, tiết vào môi trường các chất có khả năng kìm hãm sinh trưởng của
VSV có hại, ngoài ra chúng có thể hấp thụ các kim loại nặng.
• Một số VSV điển hình trong nước thải:
-
VSV phân giải protein:
Protein → NH3 → No2 → NO3
Ví dụ ở vi khuẩn Pseudomomas
Quá trình phân giải pr hay quá trình amon hóa chất hữu cơ chứa Nito phổ biến
là là protein bởi các vi khuẩn amon điển hình là vi khuẩn Pseudomonas. Nhờ men
ngoại bào của vi khuẩn này mà pr sẽ bị phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn
như polipeptit, oligopeptit….nhờ enzim peptitaza phân giải thành các axit amin.
Một phần các axit amin sẽ được VSV sử dụng tổng hợp protein xây dựng tế bào
mới, một phần sẽ bị phân giải tiếp theo những con đường khác nhau tạo ra các sản
phẩm trung gian khác.
VSV phân giải chất béo: nhiều VSV có khả năng phân giải chất béo
Bacillas, Serratina, Psendomonas… với sự có mặt của VSV này chất béo bị thủy
phân nhờ enzim lipaza nội bào hoặc ngoại bào tạo thành Gliserin và axit béo sau
đó Gliserin và axit béo bị ô xi hóa theo nhiều con đường khác nhau.
Phân giải Gluxit ( tinh bột) trong điều kiện hiếu khí có vi khuẩn
pseudomonas, Astiomyces, Bacilulus… trong trường hợp này tinh bột bị phân giải
thành đường, đường lại bị phân giải thành CO 2 và sản phẩm khác. Trong điều
2
kiện kỵ khí vi khuẩn gây thối như Clotridium phân giải thành etanol, axit Focmic,
axit acetic…
Bảng 1- Các họ vi khuẩn và đối tượng chất thải công nghiệp xử lý được
Loại chất thải
Hydro carbon no
HC nông nghiệp (trừ sâu, diệt cỏ)
Phẩm màu
Thực phẩm, giết mổ
Kim loại
Giấy, bột giấy
Dung môi
2.
Họ (genus) vi khuẩn (vi sinh)
Achromobacter
Micrococcus
Acinetobacter
Mycobacterium
Arthrobacter
Pseuodmonas
Bacillus
Vibrio
Flavobacterium
Achromobacter
Flavobacterium
Alcaligenes
Methylomonas
Arthrobacter
Penicillium*
Athiorocaceae
Pseudomonas
Corneybacterium*
Zylerion*
Aeromonas
Phaneorchaete*
Micrococcus
Shigella
Klebsiella
Trametes*
Pseudomonas
Acinetobacter
Nitrosomonas
Arthrobacter
Pseudomonas
Bacillus
Rhodococcus
Brevibacterium
Vibrio
Aeromonas
Enterobacter
Alteromonas
Pseudomonas
Bacillus
Saccharomyces
Arthrobacter
Talaromyces*
Eisenia
Trichoderma*
Chromobacter
Xanthomonas
Sporotrichum*
Alcaligenes
Nitrosomonas
Citrobacter
Nocardia
Desulfomonite
Pseudomonas
Enterobacter
Rhodococcus
Morganeela
Xanthobacter
Mycobacterium
Hoạt động và các quá trình xử lý chính của vi sinh vật
3
Ở trong nước thải còn mới có ít vi sinh vật, nếu trong nước thải có nhiều
chất độc cần xử lý sơ bộ để giảm nồng độ chất độc và phù hợp với sự phát triển
của VSV. Sau một thời gian VSV thích nghi, sinh sản phát triển tăng sinh khối tạo
thành quần thể VSV có trong nước kéo theo sự phát triển của giới thủy sinh. Các
VSV sống trong nước thải chủ yếu là nhóm VSV hoại sinh và dị dưỡng.
Quá trình hấp thụ các hợp chất hữu cơ nhờ VSV trải qua 3 giai đoạn: chất
hữu cơ tiếp xúc với màng vi sinh vật, khuyế tán các chất qua màng tế bào VSV,
chuyển hóa các chất trong nội bào. Các giai đoạn này có mối liên quann chặt chẽ,
chính nhờ khả năng chuyển hóa các chất có khả năng phân hủy ở trong nước.
2.1 Quá trình hiếu khí:
* Chuyển hóa C: Phương trình mẫu chuyển hoá hiếu khí 1 mol gluco (M =180 g)
là:
1C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + E = 2.870 kJ
(1)
(1) Nếu tải BOD cao (khoảng >0.6 kg m –3 d–1 BOD), nghĩa là dư thừa thức ăn so
với sinh khối thì khoảng 0,5 mol (90 g) sẽ được ôxi hoá thành CO2 và nước, ứng
với nhu cầu 3 mol O2 (96 g), sinh ra 19 mol ATP (Hình 1). Còn lại 0,5 mol gluco
(90 g) chuyển hoá thành pyruvat theo một trong ba cơ chế chuyển hoá gluco
(glycolytic pathways), khi đó sẽ tạo thành 0,5–1 mol ATP. Pyruvat sẽ chuyển hoá
tiếp tạo các sản phẩm, ví dụ như axetat hoặc đicarboxylic axit được sử dụng làm
nguyên liệu để tổng hợp tế bào vi sinh mới.
4
Hình 1- Cân bằng chất và năng lượng trong quá trình vi sinh hiếu khí
Tối đa ta có 20 mol ATP tham gia vào tổng hợp tế bào (Hình 1). Ở pH = 7, quá
trình thuỷ phân ATP thành ADP và phosphat vô cơ sinh ra 44 kJ/1 mol ATP. Tính
trung bình để sinh ra 4,75 g sinh khối vi khuẩn hiếu khí cần 1 mol ATP (Lui,
1998), 90 g sinh khối cần 180 g gluco. Thiêu nhiệt của 1g sinh khối khô = 22 kJ,
khoảng 890 kJ (2870 – 980 kJ) tiêu thụ (Hình 1) là tổng năng lượng toả ra trong
quá trình hô hấp và tái tạo tế bào.
(2) Nếu tải BOD thấp, phần gluco tích luỹ dưới dạng sinh khối sẽ giảm. Khi đó
khoảng gần 0,7 mol (126 g) gluco được ôxi hoá thành CO 2, ứng với tiêu thụ 4,2
mol O2 (134,4 g). Khi đó chỉ có 30% lượng cacbon chuyển hoá thành sinh khối
(trường hợp đầu là 50% lượng cacbon).
Có thể áp dụng các phép tính này để đánh giá gần đúng quá trình xử lí trong hồ,
bồn hiếu khí thực tế. Ví dụ, ta có nước đầu vào chứa 3,6 g L –1 (chất hữu cơ trong
nước thải) và nếu 50% chất hữu cơ bẩn được phân huỷ sinh học sinh ra 0,9 g L –1
sinh khối mới, khi đó 2,7 g L –1 chất bẩn sẽ còn lại ( = 3,6 – 1,8 + 0,9) trong nước
đầu ra (kể cả sinh khối). Nếu lắng hết sinh khối nước đầu ra chứa 1,8 g/L.
* Nitrat hoá:
Khi trong hệ có amôni, sau khi hữu cơ ôxi hoá gần hết sẽ xảy ra sự ôxi hoá amôni
trước hết thành nitrit, rồi thành nitrat. Các vi khuẩn nitrit hoá là Nitrosomonas,
5
Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira, và Nitrosovibrio; nitrat hoá là các loại
(genera) Nitrobacter, Nitrococcus, and Nitrospira. Phản ứng nối tiếp như sau:
NH4+ + 1,5O2 → NO2– + 2H+ + H2O
(xx)
NO2– + 0,5O2 → NO3–
(xx)
Tuy ôxi hoá amoni là quá trình toả nhiệt nhưng các loại vi khuẩn đã nêu thuộc
nhóm tự dưỡng (autotrophs), khi đó CO2 (hoặc HCO3-) là nguồn cacbon để tổng
hợp tế bào qua chu trình Calvin. Do thế ôxi hoá của các hợp chất N dạng ôxi hoá
khá cao nên khó tạo thành NADH2 để khử CO2, NADH2 buộc phải tổng hợp thông
qua quá trình trao đổi điện tử ngược thu nhiệt. Vì vậy hiệu suất tạo sinh khối nitrit
và nitrat hoá thấp. Ví dụ: Nitrosomonas sp. phải ôxi hoá tới 30g NH3 mới tạo được
1g sinh khối (Schlegel, 1992).
2.2. Quá trình yếm khí:
Phương trình tổng của phản ứng yếm khí phân huỷ chất hữu cơ như sau:
CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s)H2O
→ 1/8(4c –h+2o+3n+2s)CO2 + 1/8(4c + h – 2o – 3n – 2s)CH4 + nNH3 + sH2S
Thành phần khí (được gọi là biogas-khí sinh học) và giá trị nhiệt lượng phụ thuộc
vào thành phần đầu vào và được cho ở bảng 2.
Bảng 2- Sự phụ thuộc thành phần biogas và dự trữ năng lượng biogas vào thành phần thải
Biogas
Thiêu
nhiệt
3(d)
kWh/m
Cacbonhyđrata
746,7
50
50
4,95
b
Chất béo
1434
71
29
7,02
Đạm
636
60
40
5,93
a
b
c
Tính cho đường hexoza; Tính cho triglixerit với 3 mol axit palmitic; Tính cho polyalanin với sự
phân huỷ N thành NH4+ rồi thành (NH4)2CO3
3
Cơ chất
Luợng, cm /g
%CH4
%CO2
Tính chung cho các chất thải quá trình YK bao gồm 3 giai đoạn với sản phẩm cuối
là biogas (CH4 + CO2) được mô tả như sơ đồ rút gọn sau:
Hữu cơ
Vi sinh
lên men
Thuỷ phân
76%
4%
20%
Alcol, Axit
(trừ axetic)
Acetogenesis
24%
H2, CO2
Methanogenesis
Hydrogenophilic 28%
methanogens
52%
Acetogens
6
CH4, CO2
Axetat
72% Acetophilic
methanogens
Để so sánh với HK ta dùng sơ đồ sinh hoá chuyển hoá chất chuẩn là glucô:
Hình 1- Cân bằng chất và năng lượng trong quá trình vi sinh yếm khí
So sánh hai quá trình:
7
YK chậm hơn nhiều HK: ít sinh khối
YK không xử lí được tới chất lượng đầu ra cao, chỉ áp dụng như phương
tiện tiền xử lí
YK thuận lợi vì sinh ít bùn
YK thu hồi năng lượng, rất quan trọng trong bối cảnh khủng hoảng năng
lượng, biogas được coi là nguồn năng lượng tái tạo
YK sinh ra amôni, photphat nên không phải là phương tiện xử lí N, P
2.3. Các quá trình thiếu khí:
Về khía cạnh xử lí nước các quá trình thiếu khí (DO ~ 0 mg/L) rất quan trong
về khía cạnh khử nitrat, nitrit. Trước hết nó cần chất khử (cho điện tử), ví dụ:
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e–
(xx)
CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 8H+ + 8e–
(xx)
N-nitrat sẽ nhận điện tử và lần lượt qua các trạng thái sau:
2e-
e-
e-
e-
NO3– → NO2– → NO → 0,5N2O → 0,5N2
(xx)
Như vậy tuỳ chất cho điện tử, ta có các phương trình ví dụ như sau:
5CH3OH + 6HNO3 → 5CO2 + 3N2 + 13H2O
(xx)
5CH3–COOH + 8HNO3 → 10CO2 + 4N2 + 14H2O
(xx)
* Quá trình Anammox:
Trong quá trình Anammox amoni sẽ được ôxi hoá thành nitơ bằng nitrit
(chất nhận electron) (Van de Graaf et al., 1995, 1997). Sử dụng đồng vị N 15 đã
chứng minh được rằng nitrit khi đó sẽ bị khử thành hydroxylamin (pt. xx), tiếp
theo hydroxylamin phản ứng với amoni tạo hydrazin (N 2H4, pt. xx). Tiếp theo
hydrazin ôxy hoá bởi tác nhân X bất kì tạo nitơ phân tử (pt. xx):
2HNO2 + 4XH2 → 2NH2OH + 2H2O + 4X
(xx)
2NH2OH + 2NH3 → 2N2H4 + 2H2O
(xx)
2N2H4 + 4X → 2N2 + 4XH2
(xx)
Do cấu tạo đơn giản và khả năng tái tạo nhanh của vi khuẩn, chúng có khả
năng xử lý rất tốt các chất thải có nguồn gốc tự nhiên do con người, súc vật thải ra,
ngoài ra, quan trọng hơn, chúng còn có thể tự thay đổi và thích nghi rất tốt với môi
trường, đây là lí do tại sao vi khuẩn tự nhiên có thể được "huấn luyện" để xử lý
một số hóa chất độc, có nguồn gốc nhân tạo. Bảng 1 là danh mục các loại (genus)
8
vi khuẩn được chứng minh là có khả năng xử lý các hóa chất nhân tạo [Handbook
of Pollution Control and Waste Minimization, Chapter 10, Ed. Abbas
Ghassemi, Marcel Dekker, Inc., 2002].
3. Điều kiện áp dụng vi sinh vật trong hệ xử lý môi trường
3.1
Mật độ vi sinh:
Để quá trình sinh học đủ nhanh để có thể áp dụng, trước hết, phải có hoặc
tạo điều kiện để vi sinh phát triển tới mật độ đủ lớn để chúng có thể thực hiện quá
trình xử lí trong thời gian đủ ngắn. Để đạt được điều này, tùy quá trình sẽ áp dụng
(yếm khí, hiếu khí hay thiếu khí như trên) cần tạo điều kiện để các loại vi sinh
tương ứng phát triển. Trước hết, đó là các điều kiện phục vụ cho quá trình sinh
trưởng của chúng (nồng độ cơ chất – thức ăn, các nguyên tố và chất vi lượng;
nguồn năng lượng; kiểu hô hấp) (xem Bảng 3 ).
Bảng 3- Phân loại vi khuẩn theo các nhu cầu để tăng trưởng và các kiểu hô hấp
Tên
Prototrophs
Auxotrophs
Nguồn carbon:
Tự dưỡng (Autotrophs)
Dị dưỡng (Heterotrophs)
Methanotrophs, methanogens
Nguồn năng lượng:
Quang năng (Phototroph)
Hóa năng (Chemotroph)
Organotrophs
Lithotrophs
TEA:
Hiếu khí (Aerobe)
Yếm khí (oligate)
Yếm khí tùy nghi
Lên men (Fermentation)
Đặc điểm
Hiệu quả nhất. Tự tổng hợp được tất cả các chất để sinh trưởng
từ CO2 hoặc các hợp chất hữu cơ đơn
Không tự tổng hợp được tất cả các chất cần thiết
Nguồn C là CO2, HCO3-. VD: tảo, vi khuẩn quang hợp
Nguồn C là hữu cơ ở trạng thái khử
Nguồn C và năng lượng là metan
Lấy năng lượng từ ánh sáng (VD: tảo)
Lấy năng lượng từ phản ứng ôxi hóa hóa học
Lấy năng lượng từ phản ứng ôxi hóa chất hữu cơ
Lấy năng lượng từ phản ứng ôxi hóa chất vô cơ
Sử dụng ôxi
Không phát triển khi có ôxi.
Chất nhận điện tử (TEA) khác nhau
Chấp nhận O2 nếu có; ưu tiên môi trường không có O2, thay
bằng các TEA khác.
TEA là các chất hữu cơ
Tính linh hoạt của vi khuẩn cho phép chúng xử lý được nhiều chất ô nhiễm.
Như trong Bảng 3, các chủng Pseudomonas có thể xử lý các chất thải nông
9
nghiệp, kim loại nặng, công nghiệp thực phẩm và cả các dung môi. Trong mọi
trường hợp, để có thể xử lý hiệu quả yêu cầu đầu tiên là mật độ vi khuẩn phải đủ
lớn. Các nghiên cứu cho thấy mật độ 10 3–108 cfu/L, hoặc 104–107 cfu/g là đủ để
xử lí nước ngầm và đất tương ứng. Vì vậy mật độ ít nhất là 10 8 cfu/L được đề xuất.
Nếu nồng độ chất ô nhiễm tăng thì mật độ vi khuẩn phải tăng tương ứng.
Các vi khuẩn bản địa thường là tổ hợp nhiều loại. Vì vậy, có thể coi là một
loại vi khuẩn một mình khó có thể xử lý chất thải thành công. Phần lớn các thông
tin cho thấy khó đạt được sự phân hủy tới khoáng hóa hoàn toàn (chuyển hóa hoàn
toàn chất thải thành CO2, H2O, sinh khối và muối vô cơ). Sự khoáng hóa hoàn toàn
cần sự tham gia của cả tập đoàn vi sinh. Một tập đoàn gồm nhiều chủng loại vi
sinh cùng phát triển. Tập đoàn có khả năng thực hiện chuỗi chuyển hóa phức tạp,
trong khi một loại vi khuẩn thường chỉ ưu tiên những cơ chất quen thuộc. Số
lượng và chủng loại của tập đoàn phụ thuộc vào loại chất thải, độ khó xử lí của
chất thải và nồng độ chất thải cần xử lý.
Các tập đoàn vi khuẩn tự nhiên được coi là tập thể hoạt động tương hỗ để cùng tồn
tại. Khi không có tác động của con người, luôn xuất hiện một hoặc hai nhóm có ưu
thế. Các nhóm này có khả năng thích nghi cao nhất, có khả năng sử dụng năng
lượng hiệu quả nhất. Cùng thời gian, mật độ vi sinh có thể thay đổi theo sự thay
đổi của cơ chất, dinh dưỡng hoặc tác nhân nhận điện tử.
3.2
Tác nhân nhận điện tử (TEA – terminal electron acceptor):
Trong phản ứng vi sinh vai trò của TEA có tính quyết định. Bảng 4 liệt kê
các loại TEA mà vi khuẩn sử dụng. Vi khuẩn hiếu khí sử dụng O 2. Đối với các vi
khuẩn hiếu khí không ngoại lệ O 2 có thể được lấy từ không khí, ôxi kĩ thuật hoặc
H2O2. Sự thay đổi TEA dẫn đến sự thống trị của các loại vi khuẩn khác. Ví dụ: vi
khuẩn khử nitrat sử dụng nitrat (NO 3− → NO2− → N2) làm TEA. Vi khuẩn khử
sulphat, như Desulfovibrio, sử dụng SO42–, tạo ra S2–. Methanogens sử dụng CO2
như TEA. Một số loại vi khuẩn có thể sử dụng chất hữu cơ làm TEA.
Bảng 4 Các loại TEA đặc trưng và các kiểu hô hấp tương ứng
Loại TEA
Oxy
Nitrat, nitrit
Công thức
O2
Kiểu hô hấp
Hiếu khí
Yếm (thiếu) khí
NO3–, NO2–
10
Sulphat
Carbon dioxit
Chất hữu cơ
SO42–
Yếm khí
Lên men metan
Hiếu khí, yếm khí, lên men
CO2
Khác nhau
Loại TEA quyết định con đường chuyển hóa cơ chất và các phản ứng tương ứng.
Chính vì vậy sự phối hợp nhiều loại vi khuẩn với các khả năng khác nhau, sử dụng
các TEA sẽ đảm bảo quá trình cùng chuyển hóa, giảm thiểu sự tích lũy các trung
gian độc hại.
Thông thường, vi khuẩn (bacteria) được chia thành 10 lớp. Lớp thứ nhất là
eubacteria, đây là lớp quan trọng nhất về khía cạnh vi sinh vật học môi trường
(Schlegel 1992). Vì vậy, chỉ có lớp eubacteria được đặc trưng ở đây.
3.3
Điều kiện môi trường
Các điều kiện môi trường cơ bản để vi sinh phát triển và thực hiện chức
năng của chúng là nhiệt độ, pH.
*Giá trị pH môi trường ảnh hưởng đến các chức năng của tế bào, đến khả
năng vận tải chất qua màng tế bào, đến các phản ứng enzym. Thường pH dao động
trong khoảng 3 đơn vị là chấp nhận được đối với phần lớn các vi khuẩn.
Phần lớn các vi khuẩn ưa khoảng pH giữa 5 và 9, tuy nhiên điểm tối ưu là
gần 7. Có một số loại ưa môi trường axit hơn (pH 1–3). Ví dụ: Thiobacillus
thioxidans có pH tối ưu là 2,5 nên được coi là ưa axit (acidophilic). Trong khi đó,
Cyanobacteria và Bacillussphaericus lại thích môi trường kiềm. Chúng được gọi
là vi khuẩn ưa kiềm (alkalophilic).
Đại lượng pH và các chất dinh dưỡng có thể ảnh hưởng đến thế oxi hóa khử
(ORP-oxidation reduction potential), đây sẽ là chỉ thị về sự có mặt của loại TEA
nào. ORP là chỉ thị của trạng thái ôxi hóa khử của hyđrô, carbon, nitơ, ôxi, lưu
huỳnh, mangan, sắt, v.v... . Khi môi trường là khử, mật độ điện tử tăng lên và ORP
sẽ có giá trị âm. Để các quá trình hiếu khí xảy ra, ORP phải lớn hơn 50mV. Nếu
dinh dưỡng không đầy đủ và pH lệch khỏi khoảng giá trị cần thiết thì mối quan hệ
TEA/kiểu hô hấp cần thiết có thể không thực hiện được, khi đó quá trình phân hủy
ô nhiễm không đạt yêu cầu.
4.
Hiện trạng áp dụng phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp vi
sinh vật
11
4.1
Trên thế giới
Qua nhiều thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng vi sinh vật cho quá trình
xử lý. Các hệ thống lọc, bể lọc, quá trình lắng và khử trùng được nghiên cứu và
phát triển. Góp phần hạn chế phí phạm nguồn tài nguyên nước của chúng ta. Ở
Singapore, hàng chục năm nay Singapore phải nhập khẩu nước từ bang Johor Malaysia. Nhưng 2 hiệp ước mua bán nước cấp quốc gia sẽ hết hạn lần lượt vào
các năm 2011 và 2061, và quan hệ song phương thường bị ảnh hưởng bởi những
bất đồng về giá nước thô. Cho nên Singapore đã tái chế nước thải thành nước uống
có tên gọi “NEWater”. Mặc dù chi phí không nhỏ nhưng họ quyết định dùng cả 3
cấp xử lý: Lọc Ultra (UF), lọc thẩm thấu ngược (RO) và thanh trùng bằng tiacực
tím (UV), đảm bảo độ tinh khiết tối đa của thành phẩm NEWater. Chất lượng
nước đầu ra hoàn toàn an toàn cho ăn uống, sinh hoạt và sử dụng vào các mục dích
khác.
4.2
Ở Việt Nam
Hiện trạng áp dụng phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật ở Việt Nam
khá còn khiêm tốn. Do các công nghệ được áp dụng chủ yếu được mua lại từ nước
ngoài, giá cả chuyển giao đắt đỏ.
Mới đây phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật đã được áp dụng cho
công trình xử lý nước thải sinh hoạt của công ty TNHH Furukawa (B6-319 Lý Thường
Kiệt, Phường 15, Quận 11,HCM)…
4.3
Ưu nhược điểm của phương pháp
4.3.1
Ưu điểm
Có khả năng xử lý các chất thải trong nước, đặc biệt là chất thải nguồn gốc
hữu cơ.
Đặc biệt, với khả năng sinh sản của mình thì khi chúng ta nắm được quy
trình sản xuất vi sinh vật cho các quá trình xử lý nước thải sẽ khá phong phú.
Hệ thống công nghệ đơn giản, chủ yếu tập trung vào khả năng của vi sinh
vật. Nhờ đó mà công nghệ hầu hết dễ vận hành.
Làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước.
4.3.2
Nhược điểm
Khả năng xử lý của vi sinh vật khác nhau. Điều này dẫn đến việc nghiên
cứu, áp dụng các công nghệ phải chính xác, phù hợp để đem lại hiệu quả cao.
12
Các nguồn nước thải phần lớn chứa hỗn hợp các chất độc hại với hàm
lượng cao khiến cho khả năng tồn tại và phát triển của vi sinh vật gặp khó khăn.
Do vi sinh vật là những loài nhỏ bé không quan sát được bằng mắt thường
nên việc điều chỉnh sinh sản phát triển nhân giống gặp nhiều khó khăn. Việc đòi
hỏi công nghệ nghiên cứu, phát triển vi sinh vật tốn kém.
Đặc biệt ở Việt Nam, công nghệ vi sinh vật trong nước thải khá mới mẻ,
việc bỏ vốn ra để mua lại công nghệ của nước ngoài khiến cho sự phát triển kinh
tế gặp không ít khó khăn. Đội ngũ cán bộ nghiên cứu về vấn đề này còn quá ít và
chưa có trình độ cao. Những điều này làm hạn chế việc áp dụng đại trà phương
pháp trên diện rộng.
Kết luận và kiến nghị
1.
Kết luận
Có thể nói công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật là công nghệ xử lí ô
nhiễm sinh thái nhất, hầu như không sử dụng hoá chất, nước thải sau xử lý có thể
đạt chất lượng rất cao. Quá trình thường dùng nhất trong xử lý nước thải là quá
trình sinh học hiếu khí, nên còn được gọi là quá trình ôxi hoá vi sinh thì chất ôxi
hoá là ôxi không khí, rẻ nhất. Chất thải duy nhất là bùn vi sinh (sinh khối).
Tóm tắt bản chất: với quá trình hiếu khí, khi nước thải được cấp đủ ôxi vi
sinh vật hiếu khí sẽ thực hiện đồng thời hai quá trình:
Đồng hoá là sử dụng các cơ chất chứa các nguyên tố C, H, O, N, P, vi lượng có
trong nước thải để tổng hợp tế bào với công thức gần đúng C5H7NO2 và Dị hoá là
ôxi hoá các chất hữu cơ và các chất có khả năng ôxi hoá khác để tạo năng lượng
sử dụng cho các hoạt động sống. Kết quả là nước giảm các chất ô nhiễm và sinh
khối tăng. Để thực hiện điều này trong thực tế xử lí nước thải phải áp dụng các kĩ
thuật sao cho hệ vi sinh có điều kiện thực hiện tốt các chức năng đã nêu, đồng thời
phải tách được lượng bùn dư hình thành.
2.
Kiến nghị
Từ lợi ích mà phương pháp mang lại chúng ta nên triển khai nghiên cứu nhiều
hơn về khả năng của các loài vi sinh vật khác. Vì Theo các nhà khoa học thì chúng
ta mới chỉ biết khoảng 10% các loại vi sinh vật. Thế giới vi sinh vật còn muôn
điều kỳ thú để chúng ta tìm khám phá. Việc ứng dụng vẫn còn hạn chế do đó việc
13
tìm kiếm và tìm hiểu vai trò của nó trong môi trường sống là tối cần thiết. Trong
môi trường nước quá rộng lớn chúng ta đã biết khá nhiều loài đặc trưng và vai trò
chủ yếu của nó, đặc biệt là trong đời sống.
Mặt khác, chúng ta cần phải giảm thiểu việc hình thành nước thải bằng việc
thực hiện các biện pháp sau:
Trong sản xuất:
- Tái sử dụng nguồn nước thải, không thể tuần hoàn quá nhiều lần vì nồng độ
các chất ô nhiễm tăng lên vượt mức quy định.
- Thay đổi các kỹ thuật tạo ra nước thải phức tạp khó xử lý.
- Sử dụng thực vật xử lý nước thải tại chổ.
- Hạn chế sử dụng hóa chất, giảm bớt ô nhiễm trong quá trình sản xuất.
Trong sinh hoạt:
- Thực hiện chính sách tiết kiệm nước.
- Xử lý nguồn nước thải để tái sử dụng
Danh mục bảng và hình
Bảng
Bảng 1- Các họ vi khuẩn và đối tượng chất thải công nghiệp xử lý được.
Bảng 2- Sự phụ thuộc thành phần biogas và dự trữ năng lượng biogas vào thành phần thải.
Bảng 3- Phân loại vi khuẩn theo các nhu cầu để tăng trưởng và các kiểu hô hấp.
Bảng 4 Các loại TEA đặc trưng và các kiểu hô hấp tương ứng.
14
Hình
Hình 1- Cân bằng chất và năng lượng trong quá trình vi sinh hiếu khí.
15
- Xem thêm -