Tài liệu Nghiên cứu xử lý nước thải ngâm tre, nứa bằng phương pháp lọc sinh học

Lêi më ®Çu Ngµy nay, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt th× c¸c ngµnh: c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp, tiÓu thñ c«ng nghiÖp, dÞch vô vµ mét sè ngµnh kh¸c ®Òu cã nh÷ng bø¬c tiÕn nh¶y vät c¶ vÒ sè lîng còng nh chÊt lîng. Cïng víi sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña thÕ giíi, ViÖt Nam lµ mét trong nh÷ng níc ®· vµ ®ang phÊn ®Êu ®Ó theo kÞp sù ph¸t triÓn ®ã. Bªn c¹nh viÖc ®Çu t, u tiªn ph¸t triÓn cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp nÆng vµ c«ng nghiÖp nhÑ, ViÖt Nam ®· chó ý kh«i phôc, ph¸t triÓn c¸c lµng nghÒ truyÒn thèng cã tõ l©u ®êi, mµ trong mét thêi gian dµi tëng nh bÞ l·ng quªn, ngµy cµng bÞ mai mét. Do tríc kia kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cho ngêi d©n c¸c vïng lµng nghÒ. Níc ta hiÖn nay cã rÊt nhiÒu lµng nghÒ tiÓu thñ c«ng nghiÖp, víi hµng tr¨m mÆt hµng ®îc lµm tõ nhiÒu nguyªn liÖu kh¸c nhau. Cã rÊt nhiÒu lµng nghÒ mang ®Ëm nÐt truyÒn thèng tõ l©u ®êi nh: tranh §«ng Hå, giÊy Phong Khª, hay lµng nghÒ s¶n xuÊt tranh tre xuÊt khÈu míi ph¸t triÓn m¹nh trong vµi n¨m gÇn ®©y ë Th«n Xu©n Lai, X· Xu©n Lai, HuyÖn Gia B×nh, TØnh B¾c Ninh … Trong sè c¸c mÆt hµng thñ c«ng mü nghÖ chiÕm lÜnh ®îc thÞ trêng th× c¸c s¶n phÈm lµm tõ tre nøa cã vÞ trÝ hµng ®Çu. §©y lµ mét trong nh÷ng mÆt hµng ®îc a chuéng ë nhiÒu níc nh: Ch©u ¢u, NhËt B¶n…C¸c vËt liÖu trong s¶n xuÊt hµng thñ c«ng mü nghÖ ë níc ta hiÖn nay chñ yÕu lµ: cãi, m©y, gç, tre, nøa…Trong ®ã tre, nøa lµ nguyªn liÖu s½n cã nhÊt ë níc ta vµ ®îc sö dông nhiÒu träng viÖc t¹o ra c¸c s¶n phÈm. Lµng nghÒ sö dông tre nøa lµm nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm thñ c«ng mü nghÖ xuÊt khÈu còng kh¸ nhiÒu, song ®iÓn h×nh lµ ë X· Yªn TiÕn, HuyÖn ý Yªn, TØnh Nam §Þnh. Nã kh«ng nh÷ng lµ nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt hµng thñ c«ng mü nghÖ mµ nã cßn lµ nguyªn liÖu rÊt quan träng trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt giÊy. Bªn c¹nh nh÷ng lîi Ých vÒ kinh tÕ vµ x· héi nh vËy th× mét vÊn ®Ò ®îc coi lµ cÊp b¸ch hiÖn nay t¹i c¸c lµng nghÒ ®ã lµ « nhiÔm m«i trêng, ®Æc biÖt lµ m«i trêng níc bÞ « nhiÔm mét c¸ch trÇm träng. Níc ë c¸c lµng nghÒ nãi chung phÇn lín bÞ « nhiÔm, ë ®©y ta xÐt níc ng©m tre t¹i x· Yªn TiÕn - ý Yªn, sö dông tre nøa lµm nguyªn liÖu ®· bÞ « nhiÔm chñ yÕu do qu¸ tr×nh ng©m tre nøa ®Ó chuÈn bÞ nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt hµng thñ c«ng mü nghÖ tõ tre, nøa. Nh chóng ta biÕt th× trong níc ng©m tre nøa th× hµm lîng chÊt h÷u c¬ rÊt cao, ®Æc biÖt lµ xenlulozo vµ mét sè hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n huû kh¸c. Tríc nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc tÕ nh vËy, ®ßi hái c¸c nhµ chuyªn m«n còng nh c¸c ngµnh cã liªn quan ph¶i cã mét sè ph¬ng ph¸p phï hîp ®Ó xö lý nguån níc bÞ « nhiÔm ®ã. Cã gi¶i quyÕt ®îc vÊn ®Ò nµy th× chóng ta míi cã mét m«i trêng sinh th¸i t¬ng ®èi æn ®Þnh, g¾n viÖc ph¸t triÓn ngµnh tiÓu thñ c«ng nghiÖp víi b¶o vÖ m«i trêng. §ã còng chÝnh lµ th«ng ®iÖp göi tíi tÊt c¶ mäi ngêi h·y gi÷ g×n vµ b¶o vÖ m«i trêng sèng cña chóng ta Dùa trªn thùc tÕ « nhiÔm níc do ng©m tre nøa t¹i X· Yªn TiÕn, HuyÖn ý Yªn, TØnh Nam §Þnh chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu ®Ò tµi:” Nghiªn cøu xö lý níc th¶i ng©m tre, nøa b»ng ph¬ng ph¸p läc sinh häc” víi mét sè néi dung nh sau: 1. Ph©n lËp c¸c vi sinh vËt cã ho¹t tÝnh sinh häc cao. 2. Nghiªn cøu cè ®Þnh c¸c vi sinh vËt lªn trªn vËt liÖu läc. 3. §¸nh gi¸ qu¸ tr×nh xö lý níc (§éng th¸i cña qóa tr×nh xö lý níc ng©m tre nøa) §Ò tµi nµy ®îc thùc hiÖn t¹i Phßng C«ng nghÖ lªn men-ViÖn C«ng nghÖ sinh häc-ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam. Ch¬ng 1: tæng quan 1. 1. Vµi nÐt vÒ ®iÒu kiÖn tù nhiªn, kinh tÕ – x· héi vµ m«i tr êng x· Yªn TiÕn – ý Yªn – Nam §Þnh 1. 1. 1. §iÒu kiÖn tù nhiªn Nam §Þnh lµ mét tØnh ®· vµ ®ang ph¸t triÓn rÊt m¹nh trong khu vùc c¸c tØnh phÝa B¾c. HiÖn nay Nam §Þnh ®ang ®îc nhµ níc ®Çu t x©y dùng vµ ph¸t triÓn ®Ó trë thµnh mét trong nh÷ng thµnh phè vÖ tinh träng ®iÓm trong vïng tam gi¸c kinh tÕ phÝa B¾c. H×nh 1: B¶n ®å X· Yªn TiÕn, HuyÖn ý Yªn, TØnh Nam §Þnh Nhê cã vÞ trÝ lµ cöa ngâ gi÷a MiÒn B¾c vµ MiÒn Trung cho nªn Nam §Þnh ®· trë thµnh mét trong nh÷ng tØnh giµu tiÒm n¨ng kinh tÕ vµ ngµy cµng kh¼ng ®Þnh ®îc vÞ trÝ cña m×nh. Mét trong nh÷ng huyÖn gãp phÇn to lín vµo sù ph¸t triÓn ®ã kh«ng thÓ kh«ng nh¾c tíi huyÖn ý Yªn. HuyÖn n»m gi¸p thÞ x· Ninh B×nh, ba mÆt (phÝa b¾c, t©y, nam) gi¸p s«ng §¸y, mét nh¸nh cña s«ng Hång, phÝa §«ng gi¸p huyÖn Vô B¶n. HuyÖn cã thÞ trÊn L©m, vµ cã 11 x·, ý Yªn n»m ë phÝa B¾c. HuyÖn ý Yªn cã quèc lé 10 vµ ®êng s¾t - b¾c nam ch¹y qua ®Þa phËn, t¹o ®iÒu thuËn lîi trong viÖc ®i l¹i, còng nh vËn chuyÓn nguyªn vËt liÖu, tiªu thô s¶n phÈm vµ viÖc xuÊt khÈu cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt cña huyÖn. §©y lµ mét ®iÒu kiÖn cã ý nghÜa quan träng cho sù ph¸t triÓn cña nÒn kinh tÕ ®Þa ph¬ng. Nhê cã nh÷ng thuËn lîi ®ã mµ ë ®©y cã nhiÒu ngµnh thñ c«ng mü nghÖ ra ®êi vµ ph¸t triÓn m¹nh. Trong ®ã cã hai nghÒ næi bËt vµ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ nhÊt ë Nam §Þnh lµ ®óc ®ång vµ hµng thñ c«ng mü nghÖ lµm tõ tre nøa. Nãi ®Õn lµng quª tõng cã s¶n phÈm s¬n mµi næi tiÕng nhÊt MiÒn B¾c níc ta ph¶i kÓ ®Õn lµng quª s¬n mµi C¸t §»ng (HuyÖn ý Yªn, TØnh Nam §Þnh). Mét lµng nghÒ cã bÒ dµy lÞch sö l©u ®êi. Ngêi ta nãi r»ng, c¸c ®å s¬n mµi vÉn dïng ®Ó trang trÝ néi, ngo¹i thÊt trong c¸c l¨ng tÈm, c¸c cung ®×nh xa HuÕ, §µ N½ng, Hµ Néi chñ yÕu do bµn tay tµi hoa cña c¸c nghÖ nh©n lµng C¸t §»ng lµm ra [11] 1. 1. 2. §iÒu kiÖn kinh tÕ – x· héi Nh chóng ta biÕt th× trø¬c kia Nam §Þnh lµ mét tØnh thuÇn n«ng, ngêi d©n sèng chñ yÕu nhê vµo c©y lóa, thu nhËp thÊp, ®êi sèng cña ngêi n«ng d©n rÊt vÊt v¶. Nhng vµi n¨m trë l¹i ®©y, nhê cã sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c¸c lµng nghÒ nªn ®êi sèng cña ngêi d©n n¬i ®©y ®îc n©ng cao rÊt nhiÒu, thu nhËp b×nh qu©n theo ®Çu ngêi lµ ë tõ 300.000-700.000 ®ång. §èi víi ngêi n«ng d©n th× møc thu nhËp nh vËy lµ kh¸ cao so víi c¸c vïng thuÇn n«ng kh¸c rÊt nhiÒu. ChØ tÝnh riªng n¨m 2004, x· Yªn TiÕn lµ mét trong nh÷ng x· cã møc thu nhËp b×nh qu©n (GDP) t¨ng trëng 86%. Cã kh«ng Ýt gia ®×nh trong x· ®· trë thµnh tû phó nhê nghÒ nµy. §êi sèng kinh tÕ - x· héi ë ®©y kh¸ cao, c¸c ho¹t ®éng x· héi ®îc quan t©m ®óng møc, ®Çu t cho gi¸o dôc, y tÕ, c¬ së h¹ tÇng n©ng lªn râ rÖt. Cã rÊt nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt ®· trë thµnh c¸c c«ng ty t nh©n, c«ng ty TNHH, c«ng ty cæ phÇn… Sù ra ®êi cña c¸c c«ng ty ®· t¹o ra mét hÖ thèng s¶n xuÊt cã quy m« vµ tËp trung, kh«ng cßn sù s¶n xuÊt nhá lÎ, manh món nh tríc kia. C¸c c¬ së ®ã ®· thu gom s¶n phÈm cña c¸c hé gia ®×nh cho nªn viÖc xuÊt khÈu ®îc thuËn lîi h¬n. Sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh thñ c«ng mü nghÖ n¬i ®©y, ngoµi viÖc t¹o c«ng ¨n viÖc lµm cho ngêi d©n n¬i ®©y nh÷ng lóc n«ng nhµn mµ cßn t¹o viÖc lµm cho rÊt nhiÒu lao ®éng ë c¸c tØnh xung quanh nh: H¶i D¬ng, Hµ Nam, Th¸i B×nh… HuyÖn ý Yªn cã 11 x·, trong ®ã Yªn TiÕn lµ mét trong nh÷ng x· cã d©n sè còng nh diÖn tÝch lín nhÊt huyÖn. D©n sè cña x· h¬n 10000 ngêi d©n. §©y chÝnh lµ nguån nh©n lùc chñ yÕu vµ dåi dµo cho c¸c lµng nghÒ. Trong ®ã cã ®Õn h¬n 90% d©n sè tham gia vµo s¶n xuÊt hµng thñ c«ng mü nghÖ tõ tre, nøa. C¸c s¶n phÈm lµm tõ tre nøa ë ®©y còng kh¸ ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i vµ mÉu m·. Bªn c¹nh sù ph¸t triÓn cña hµng thñ c«ng mü nghÖ tõ tre, nøa th× ë x· Yªn TiÕn cßn cã c¸c hé gia ®×nh, c¸c doanh nghiÖp võa vµ nhá s¶n xuÊt hµng thñ c«ng mü nghÖ lµm tõ gç chñ yÕu lµ ®å thê. §©y còng lµ mét nghÒ ®em l¹i lîi Ých cña ngêi d©n n¬i ®©y, còng nh cña c¸c doanh nghiÖp s¶n xuÊt. HiÖn nay Nam §Þnh ®· vµ ®ang tõng bíc ®¹t ®îc nh÷ng thµnh tùu bíc ®Çu do c«ng nghiÖp, dÞch vô ®em l¹i th× sù quan t©m ®Çu t, kh«i phôc vµ ph¸t triÓn c¸c lµng nghÒ còng ®ãng gãp mét phÇn quan träng vµ to lín cho sù ph¸t triÓn nÒn kinh tÕ cña huyÖn ý Yªn nãi riªng vµ tØnh Nam §Þnh nãi chung. Trong ®ã ®iÓn h×nh lµ sù ph¸t triÓn cña c¸c lµng nghÒ ë x· Yªn TiÕn, HuyÖn ý Yªn. Khi ®¸nh gi¸ t×nh h×nh ph¸t triÓn kinh tÕ – x· héi cña tØnh Nam §Þnh 5 n¨m qua, s¶n xuÊt c«ng nghÞªp – tiÓu thñ c«ng nghiÖp ®îc ghi nhËn lµ ngµnh cã møc t¨ng trëng cao so víi nhÞp ®é b×nh qu©n 20. 4% n¨m. Trong ®ã c«ng nghiÖp ®Þa ph¬ng ®¹t t¨ng trëng b×nh qu©n 23. 4%. §Õn nay Nam §Þnh cã 87 lµng nghÒ víi gÇn 31. 500 hé, gÇn 82. 300 lao ®éng lµm nghÒ tiÓu thñ c«ng nghiÖp, gi¸ trÞ s¶n xuÊt t¨ng gÊp 3 lÇn so víi n¨m 2000. [11] 1. 1. 3. §iÒu kiÖn m«i trêng Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cña lµng nghÒ hiÖn nay ë Yªn TiÕn hiÖn nay ph¸t triÓn rÊt m¹nh mÏ nhng chñ yÕu lµ riªng lÎ, kh«ng cã quy ho¹ch tæng thÓ nµo c¶. X· Yªn TiÕn cã c¸c lµng nghÒ nh: s¶n xuÊt c¬ khÝ, m¹, vËt liÖu x©y dùng, m©y tre ®an, chÕ biÕn l¬ng thùc thùc phÈm mµ qu¸ tr×nh ®iÒu tra cho thÊy nång ®é c¸c chÊt « nhiÔm trong níc th¶i, khÝ th¶i, bôi, tiÕng ån ®Òu vît qu¸ nhiÒu lÇn tiªu chuÈn cho phÐp. [12] Víi ®iÒu kiÖn tù nhiªn cña ®Þa ph¬ng nh cã nhiÒu s«ng ngßi, kªnh r¹ch, m¬ng nhá ch¹y quanh lµng, ®· t¹o cho ngêi d©n n¬i ®©y nh÷ng ®Þa ®iÓm lµm n¬i ng©m tre nøa rÊt thuËn lîi. Trung b×nh mçi ngµy x· cã kho¶ng 150 – 200 tÊn tre nøa t¬i ®îc ®em ng©m phôc vô cho viÖc s¶n xuÊt cña ®Þa ph¬ng[13]. V× vËy mµ nguån níc ë ®©y ®· vµ ®ang bÞ « nhiÔm nÆng nÒ bëi c¸c chÊt h÷u c¬ do qu¸ tr×nh ng©m tre kh«ng ®¹t tiªu chuÈn vÒ ao ng©m tre nøa g©y nªn. T¹i c¸c n¬i ng©m tre nøa th× níc ®Òu cã mµu ®en, sñi bät m¹nh, næi v¸ng tr¾ng trªn bÒ mÆt ao hå, kªnh r¹ch ®Òu cã mïi thèi ®Æc trng. Níc ng©m nµy nÕu ®æ ra ngoµi ®Ó phôc vô cho n«ng nghiÖp th× sÏ lµm háng lóa, hoa mµu, thùc vËt nu«i trång, lµm mÊt c©n b»ng sinh th¸i. Mïi thèi tõ c¸c ao hå ng©m tre nøa nµy th× ¶nh hëng tíi søc kháe cña ngêi d©n xung quanh, ®Æc biÖt lµ nh÷nng ngµy n¾ng nãng. Ngoµi nh÷ng nguyªn nh©n nh trªn th× ®a sè c¸c c¬ së s¶n xuÊt, kinh doanh c¸c mÆt hµng thñ c«ng mü nghÖ ë ®©y cã hÖ thèng m¸y mãc cßn cò kü, l¹c hËu cha ®¸p øng ®îc yªu cÇu vÒ ®¶m b¶o an toµn cho ngêi lao ®éng vµ g©y ¶nh hëng râ rÖt tíi m«i trêng xung quanh vµ søc khoÎ con ngêi nh: tiÕng ån cña c¸c ®éng c¬ khi ho¹t ®éng cã thÓ g©y ®iÕc tai, bôi tõ c¸c m¸y bµo, m¸y ®¸nh bãng… ®· t¹o ra mét hµm lîng bôi t¬ng ®èi lín cã kÝch thíc rÊt nhá ®· ¶nh hëng trùc tiÕp ®Õn ngêi lµm viÖc ®· tiÕp xóc trong mét thêi gian kh¸ dµi. V× vËy nh÷ng ngêi nµy dÔ bÞ m¾c c¸c chøng bÖnh vÒ ®êng h« hÊp. §Æc biÖt lµ t¹i mét sè c¬ së ®óc ®ång, s¶n xuÊt c¬ khÝ, m¹…®· g©y « nhiÔm nÆng nÒ cho m«i tr êng do hµm lîng kim lo¹i nÆng th¶i ra qu¸ nhiÒu g©y « nhiÔm m«i trêng, ¶nh hëng nghiªm träng tíi ho¹t ®éng s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vµ ¶nh hëng tíi søc khoÎ cña con ngêi. HÇu hÕt c¸c kim lo¹i nÆng khi x©m nhËp vµo c¬ thÓ ngêi hay ®éng thùc vËt, chóng g©y t¸c ®éng kh«ng cã lîi cho sù sèng vµ ph¸t triÓn b×nh thêng. Víi hµm lîng cao chóng cã thÓ g©y ®éc cÊp tÝnh vµ rÊt dÔ ®Õn tö vong nÕu kh«ng ®îc cøu ch÷a kÞp thêi vµ tÝch cùc. Mét sè tÝnh chÊt ®Æc biÖt nguy hiÓm cña mét sè kim lo¹i nÆng lµ cã kh¶ n¨ng tÝch luü sinh häc cao vµ cã t¸c ®éng di truyÒn tíi c¸c thÕ hÖ sau nh: ch×, thuû ng©n, cacdimi, asen… Nh÷ng chÊt nµy g©y ra nhiÒu bÖnh hiÓm nghÌo ®Æc biÖt lµ ung th.[2] Do t×nh tr¹ng « nhiÔm m«i trêng t¹i ®Þa ph¬ng ®· trë thµnh mét vÊn ®Ò bøc xóc, vµ cÊp b¸ch ®¸ng quan t©m vµ cÇn cã biÖn ph¸p xö lý phï hîp. Cho nªn huyÖn ý Yªn ®· ®îc tØnh Nam §Þnh ®ång ý cho quy ho¹ch vµ x©y dùng c¸c ao ng©m tËp trung vµ hç trî xö lý níc th¶i ng©m tre, n¸ b»ng ph¬ng ph¸p sinh häc nh»m gi¶m thiÓu t¸c h¹i tíi m«i trêng vµ c¶i thiÖn m«i trêng sèng cho ngêi d©n n¬i ®©y. 1.2. Níc ng©m tre nøa 1. 2. 1. Thµnh phÇn cña tre, nøa Thµnh phÇn cña tre, nøa cã chøa kh¸ nhiÒu c¸c hîp chÊt h÷u c¬, trong ®ã thµnh phÇn chÝnh gåm: hidrat cacbon nh:xenluloza, hemixenlulozo, lignin. Ngoµi ra cßn cã mét sè thµnh phÇn kh¸c nh: tanin, s¸p, c¸c muèi v« c¬… 1. 2. 1. 1. Xenluloza Xenluloza lµ hîp chÊt cacbon chiÕm tû lÖ träng lín nhÊt (50%) trong tæng sè hydratcacbon tù nhiªn vµ thµnh phÇn h÷u c¬ cña r¸c, trong giÊy gç th©n c©y, cµnh c©y, l¸ c©y, r¬m r¹, sîi ®ay, v¶i b«ng, v. v. VÒ cÊu tróc ho¸ häc xenluloza lµ mét polime m¹ch th¼ng do c¸c β - D – glucopyranoza liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt 1, 4- glucozit. [1] Xenluloza cã cÊu t¹o sîi, c¸c xenluloza thiªn nhiªn thêng chøa kho¶ng 1012 ngh×n gèc glucopyranoza. C¸c sîi nµy liªn kÕt l¹i thµnh tõng bã nhá, gäi lµ microfibrin. Nã cã cÊu tróc kh«ng ®ång ®Òu: cã phÇn ®Æc vµ nh÷ng phÇn xèp. Xenluloza cã cÊu tróc rÊt bÒn v÷ng. Kh«ng tan trong níc, kh«ng bÞ tiªu ho¸ trong ®êng tiªu ho¸ cña ngêi vµ ®éng vËt. Trong d¹ dµy cña ®éng vËt nhai l¹i vµ trong ®Êt cã nhiÒu vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i ®îc xenluloza. 1. 2. 1. 2. Hemixenluloza Trong thµnh phÇn cña hemixenluloza cã nhiÒu lo¹i ®êng kh¸c nhau, ph©n tö cña hemixenluloza nhá h¬n rÊt nhiÒu. Thêng chóng chØ cã kho¶ng 150 gèc ®êng. 1. 2. 1. 3. Lignin Lignin lµ hîp chÊt cao ph©n tö ®îc cÊu thµnh tõ ba lo¹i ancol chñ yÕu: trans – p - cumarylic, trans – conferylic, vµ trans - xynapylic. Tuú tõng lo¹i sinh vËt, lignin cã tû lÖ thµnh phÇn nµy kh¸c nhau. Trong lignin c¸c ®¬n ph©n nµy liªn kÕt víi nhau b»ng c¸c liªn kÕt C – C vµ C – O. Trong ®ã c¸c kiÓu liªn kÕt aryl – glyxerol, aryl – aryl hoÆc diaryl – ete lµ phæ biÕn. Lignin cña c©y gç lµ 80% conyferylic, 14% cuarylic vµ 6% conyfelic. Trong thùc vËt lignin thêng tËp trung ë c¸c m« gç, cã vai trß nh chÊt liªn kÕt c¸c tÕ bµo do ®ã lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc, t¨ng kh¶ n¨ng chèng thÊm, ng¨n chÆn ®îc c¸c chÊt ®éc, c¸c vi sinh vËt g©y bÖnh còng nh c¸c t¸c dông kh¸c tõ bªn ngoµi. Lignin kh«ng hoµ tan trong níc, trong dung m«i h÷u c¬ th«ng thêng còng nh c¸c axit ®Ëm ®Æc. ChØ cã t¸c dông cña kiÒm natri bisunfit vµ axit sunfuro th× lignin míi bÞ ph©n huû tõng phÇn chuyÓn vµo dung dÞch. Lignin rÊt bÒn víi t¸c dông cña c¸c enzim do ®ã lignin ®îc t¹o trong c©y nhng kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt. Lignin bÞ ph©n huû nhanh chñ yÕu do c¸c lo¹i nÊm. ViÖc lùa chän c¸c chñng cã kh¶ n¨ng ph©n huû lignin t¬ng ®èi khã kh¨n. 1. 2. 1. 4. Tinh bét Tinh bét (C 6H 12O6)n lµ nh÷ng hîp chÊt hydrat cacbon cao ph©n tö, cã nhiÒu trong ngò cèc. Tinh bét cÊu t¹o bëi hai thµnh phÇn chÝnh lµ amyloza vµ amylopectin. Trong tinh bét amyloza chiÕm tû lÖ kho¶ng 25% cßn amylopectin kho¶ng 75%. ` NhiÒu vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tinh bé v× chóng cã hÖ enzim amylaza nh:  - amylaza: thuû ph©n liªn kÕt 1, 4, trong tinh bét t¹o thµnh dextrin ph©n tö thÊp vµ mét lîng maltoza.  - amylaza: thuû ph©n liªn kÕt 1, 4 trong tinh bét, t¹o ra maltoza vµ mét lîng dextrin cao ph©n tö.  - amylaza: thuû ph©n mèi liªn kÕt 1, 4 trong tinh bét vµ t¹o ra s¶n phÈm cuèi cïng lµ glucoza. 1. 2. 1. 5. Pectin ` Lµ hîp chÊt cao ph©n tö thuéc lo¹i polygalactñonic. Ph©n bè réng r·i trong c¸c loµi thùc vËt. Pectin lµ lo¹i chÊt v« ®Þnh h×nh. Cã träng lîng ph©n tö cao, kh«ng tan ®îc trong phÇn lín c¸c chÊt h÷u c¬ nhng tan ®îc trong amoniac, kiÒm, canxi cacbonat, etylendiamin vµ trong glyxerin nãng. Ngoµi c¸c hydratcacbon cao ph©n tö ra th× cßn cã c¸c lo¹i ®êng: ®êng ®«i nh sacaroza, maltoza vµ c¸c lo¹i ®êng ®¬n nh glucoza, fructoza…Vi sinh vËt dÔ dµng hÊp thô ®îc c¸c lo¹i ®êng vµ chuyÓn ho¸ c¸c chuçi ph¶n øng hãa häc nhê vµo qu¸ tr×nh ph©n gi¶i nµy chÊt dinh dìng nu«i c¬ thÓ sèng cña vi sinh vËt. 1. 2. 1. 6. Protein ` Protein lµ hîp chÊt cao ph©n tö chøa nit¬. Protein chiÕm 15 – 17% nit¬ (tÝnh theo träng lîng kh«). Protein lµ mét thµnh phÇn quan träng trong c¬ thÓ ®éng, thùc vËt vµ vi sinh vËt. TÊt c¶ protein ®Òu ®îc cÊu t¹o tõ axit amin. C¸c axit amin ®Òu ®îc cÊu thµnh do qu¸ tr×nh trao ®æi cacbon vµ nit¬. ViÖc tæng hîp c¸c axit amin th«ng qua nhiÒu ph¶n øng ho¸ häc víi sù xóc t¸c cña c¸c enzim kh¸c nhau. 1. 2. 1. 7. Lipit Lipit (c¸c este phøc t¹p cña glyxerin vµ axit bÐo vµ c¸c chÊt s¸p cã nhiÒu trong c¬ thÓ sinh vËt. So víi c¸c chÊt kh¸c th× lipit thuû ph©n chËm h¬n. NhiÒu vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i lipit v× chóng tæng hîp lipaza. Trong tre, nøa lîng lipit gÇn nh kh«ng cã. 1. 2. 2. Môc ®Ých vµ b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh ng©m tre nøa Tõ xa xa nh©n d©n ta ®· biÕt ng©m tre nøa trong c¸c ao hå ®Ó lµm nhµ vµ t¹o ra c¸c s¶n phÈm tõ tre nøa ®Ó phôc vô cho ®êi sèng cña hä. Thêi gian ng©m mét mÎ thêng lµ 3-4 th¸ng sau ®ã vít lªn ph¬i thËt kh« míi sö dông. Qu¸ tr×nh ng©m tre nøa nµy cã vai trß rÊt lín, nã quyÕt ®Þnh trùc tiÕp tíi chÊt lîng cña s¶n phÈm. Môc ®Ých chÝnh cña viÖc ng©m tre nøa lµ lo¹i bá c¸c chÊt kh«ng mong muèn cã trong thµnh phÇn cña tre nøa vµ muèn gi÷ l¹i thµnh phÇn xenluloza. §©y lµ yÕu tè gióp cho tre nøa cã ®é dÎo dai, mµu tr¾ng do lîng lignin bÞ lo¹i bá, vµ tr¸nh mèi mät trong qu¸ tr×nh sö dông. Trong qu¸ tr×nh ng©m tre, nøa díi t¸c dông cña níc ®· x¶y ra hiÖn tîng u tr¬ng, lµm c¸c chÊt dinh dìng hoµ tan nh protein, pectin, tinh bét vµ c¸c chÊt hoµ tan kh¸c cã trong thµnh phÇn tre, nøa ®· khuÕch t¸n vµo trong m«i trêng níc ng©m. NÕu nh ng©m víi khèi lîng tre, nøa lín vµ liªn tôc trong mét thêi gian dµi víi c¸c chÊt hoµ tan nµy ë nång ®é cao cã trong m«i trêng níc ng©m ®· g©y nªn sù « nhiÔm. Nguyªn nh©n chÝnh cña sù « nhiÔm lµ do qu¸ tr×nh ph©n huû c¸c chÊt hoµ tan khi khuÕch t¸n vµo trong níc díi t¸c dông cña qu¸ tr×nh tù ph©n vµ díi t¸c dông ph©n huû cña hÖ vi sinh vËt. Khi nång ®é c¸c chÊt cao ®· h¹n chÕ sù khuÕch t¸n oxi kh«ng khÝ vµo trong níc do vËy qu¸ tr×nh ph©n huû diÔn ra trong ®iÒu kiÖn yÕm khÝ sÏ t¹o ra nhiÒu lo¹i khÝ g©y ra mïi rÊt khã chÞu, ¶nh hëng rÊt nhiÒu ®Õn sinh ho¹t cña ngêi d©n. Qu¸ tr×nh ph©n huû chÊt dinh dìng cã trong níc ng©m tre, nøa sÏ cã sù tham gia cña c¸c nhãm vi sinh vËt sau: vi sinh vËt ph©n huû lignin, ph©n huû pectin, ph©n huû protein, ph©n huû tinh bét… 1.3. C¸c lo¹i vi sinh vËt ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ 1.3.1. Vi sinh vËt ph©n huû lignin C¸c vi sinh vËt kh¸c nhau ph©n huû lignin víi møc ®é kh¸c nhau. Trong sè c¸c vi sinh vËt, nÊm lµm môc gç ph©n huû lignin m¹nh nhÊt, ®Æc biÖt lµ nÊm mïn tr¾ng. NÊm mïn tr¾ng chñ yÕu ph¸ huû gç l¸ réng, song mét phÇn gç l¸ kim còng bÞ tÊn c«ng. §a sè nÊm mïn tr¾ng ph¸ huû gç b»ng c¸ch ®ång thêi tÊn c«ng lªn c¸c cÊu tö cña gç nh : lignin, hemixenluloza, xenluloza nhng còng cã nh÷ng loµi ®Æc hiÖu ph©n huû lignin. NhiÒu loµi vi khuÈn gram ©m thuéc gièng Pseudomonas, Xanthomontas, Acinetobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter vµ Erwinia cã kh¶ n¨ng ph©n huû lignin. Song phÇn lín hiÓu biÕt hiÖn nay ®Òu dùa trªn c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ c¸c gièng Xanthomonas vµ Pseudomonas. H×nh nh lignin cao ph©n tö chØ ph©n huû khi khèi lîng ph©n tö nhá h¬n 1000 Da. B¶ng 1.2. NÊm mïn n©u, nÊm mïn mÒm vµ vi khuÈn ph©n huû lignin NÊm mïn n©u Fomitopsis pinicola Gleophyllum trabeum Poria placenta Lentinus lepideus Pholiota adiposa Spongiporus sinuosus Tyromyces palustris NÊm mïn mÒm Chaetomium globosum X¹ khuÈn Arthrobacter sp. Microbispora sp. Nocardia sp. Streptomyces badius Streptomyces cyaneus Streptomyces setonii Streptomyces viridosporus Thermomonospora mesophile Vi khuÈn kh¸c Acinetobacter sp. Daldinia concentrica Lecythophora hoffmannii Petrillidium boydii Pialophora mutabillis Xanthomonas sp. Pseudomonas sp. Achromobacter sp. Aerobacter sp. Erwinia sp. C¸c vi khuÈn ph©n huû lignin Ýt ®îc chó ý h¬n so víi nÊm. §a sè c«ng tr×nh nghiªn cøu liªn quan tíi c¸c loµi thuéc gièng Pseudomonas vµ x¹ khuÈn. 1. 3. 2. Vi sinh vËt ph©n gi¶i xenluloza [7] Trong thiªn nhiªn cã nhiÒu nhãm vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng ph©n huû xenluloza nhê hÖ enzym xenluloza ngo¹i bµo. Trong ®ã vi nÊm lµ nhãm cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i m¹nh v× nã tiÕt ra m«i trêng mét lîng lín enzym cã ®Çy ®ñ c¸c thµnh phÇn. NÊm mèc cã ho¹t tÝnh ph©n gi¶i xenluloza, ®¸ng chó ý lµ Tricoderma. Ngoµi nhãm vi nÊm ra th× cßn cã rÊt nhiÒu gièng kh¸c cã kh¶ n¨ng ph©n gi¶i xenluloza nh: Aspergillus, Fusarium, Mucor…Nhãm vi khuÈn hiÕu khÝ bao gåm Clostridium vµ lµ nhãm vi khuÈn trong d¹ cá cña ®éng vËt nhai l¹i. ChÝnh nhê nhãm vi khuÈn nµy mµ tr©u bß cã thÓ xenluloza trong r¬m r¹ lµm thøc ¨n. §ã lµ nh÷ng cÇu khuÈn thuéc chi Riminococcus cã kh¶ n¨ng ph©n huû xenluloza thµnh ®êng vµ c¸c axit h÷u c¬. 1. 3. 3. Vi sinh vËt ph©n gi¶i protein Díi t¸c dông cña c¸c vi sinh vËt ho¹i sinh, protein ®îc ph©n gi¶i thµnh c¸c axit amin. C¸c axit amin nµy l¹i ®îc mét sè nhãm vi sinh vËt ph©n gi¶i thµnh NH3 hoÆc NH4+ gäi lµ nhãm vi khuÈn amin ho¸. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ sù kho¸ng hãa chÊt h÷u c¬ v× qua ®ã, nit¬ h÷u c¬ ®îc chuyÓn thµnh d¹ng nit¬ kho¸ng. D¹ng NH4+ sÏ ®îc chuyÓn ho¸ thµnh d¹ng NO3- nhê nhãm vi khuÈn nitorat ho¸. Nhãm vi khuÈn nitorat ho¸ bao gåm bèn chi kh¸c nhau: Nitrosomonas, Nitrozocystic, Nitrozolobus vµ Nitrosospira, chóng ®Òu thuéc lo¹i dÞ dìng b¾t buéc. 1. 3. 4. Vi sinh vËt ph©n gi¶i tinh bét Cã nhiÒu lo¹i vi khuÈn cã kh¶ n¨ng ph©n huû tinh bét. Mét sè vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng tiÕt ra c¸c lo¹i enzym trong hÖ enzym amylaza. VÝ dô nh mét sè vi nÊm bao gåm mét sè lo¹i trong c¸c chi Aspergillus, Fusarium …X¹ khuÈn còng cã mét sè chØ cã kh¶ n¨ng ph©n huû tinh bét. §a sè c¸c vi sinh vËt ®Òu kh«ng cã kh¶ n¨ng tiÕt ra mét hoÆc vµi men trong hÖ ®ã, chóng chØ cã kh¶ n¨ng tiÕt ra m«i trêng. 1.3.5. Vi sinh vËt ph©n huû pectin Nh÷ng vi khuÈn cã kh¶ n¨ng g©y bÖnh ë thùc vËt chÝnh lµ do chóng sinh ra enzym lµm tan c¸c chÊt pectin (trong ®ã cã nÊm Botrytis cinerea, Fuarium oxysporum, F.lycopersici). NÊm erwinia carotorava g©y thèi cµ rèt cã thÓ ph¸ vì m« ë hµng lo¹t thùc vËt, nh ë xµ l¸ch, cµ rèt, rau cÇn t©y…, sè lîng vi sinh vËt trong ®Êt cã kh¶ n¨ng ph©n huû pectin lµ v« cïng lín (tíi 105 tÕ bµo trong 1 gam ®Êt. Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng nµy thuéc loµi vi khuÈn sinh bµo tö nh Bacillus macerans vµ B.polymyxa. Vi sinh vËt ph©n huû pectin ®ãng vai trß quan träng trong chÕ biÕn ®ay gai. Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh lµ t¸ch nh÷ng bã sîi xenluloza ra khái c¸c tæ chøc thùc vËt cßn l¹i. Trong xö lý hiÕu khÝ th× nÊm ®ãng vai trß chñ yÕu, cßn ë ®iÒu kiÖn ng©m kÞ khÝ chñ yÕu lµ vi khuÈn. Trong sè vi khuÈn ngêi ta chó ý nhiÒu lµ Clostridium pectinovorum vµ C.felsineum (vi khuÈn t¹o thµnh axit butyric). C¸c vi sinh vËt ®Ò cËp tíi trªn ®©y ®Òu cã kh¶ n¨ng sinh ra enzym pectinaza. ChÕ phÈm enzym nµy dïng trong c«ng nghÖ níc qu¶ thêng dïng lµ m«i trêng nu«i cÊy nÊm mèc cã chøa chÊt pectin lµm c¬ chÊt c¶m øng. Sau khi nu«i cÊy (theo ph¬ng ph¸p bÒ mÆt) ngêi ta ®em sÊy m«i trêng vµ thu ®îc chÕ phÈm th« hoÆc ®em chiÕt rót ®Ó lµm s¹ch enzym víi nhiÒu møc ®é tinh khiÕt kh¸c nhau. C¸c vïng tr«ng ®ay trong vô thu ho¹ch thêng ng©m ®ay ®Ó thu sîi. Níc ng©m ®ay cã mÇu sÉm vµ rÊt nÆng mïi, g©y « nhiÔm nÆng m«i trêng. Trong tù nhiªn c¸c chÊt pectin bÞ vi sinh vËt ph©n huû cïng c¸c hîp chÊt thµnh phÇn cña thùc vËt (xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin) sÏ t¹o thµnh mïn. 2. 2. Th«ng sè c¬ b¶n ®¸nh gi¸ níc bÞ « nhiÔm §Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng nø¬c còng nh møc ®é « nhiÔm cña níc nãi chung th× cã rÊt nhiÒu c¸c th«ng sè. Tuy nhiªn, mçi lo¹i nø¬c víi thµnh phÇn c¸c chÊt cã trong ®ã mµ ta chän nh÷ng th«ng sè thÝch hîp nhÊt råi so s¸nh víi TCCP vÒ thµnh phÇn ho¸ häc vµ sinh häc ®èi víi tõng lo¹i níc sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. Víi ®Ò tµi nµy th× c¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng níc ng©m tre nøa lµ: pH, ®é ®ôc, c¸c chÊt r¾n l¬ löng, oxy hßa tan…§Æc biÖt hai chØ sè BOD vµ COD cã ý nghÜa rÊt quan träng. ChØ sè sinh häc mµ chóng ta cÇn lu t©m lµ chØ sè vÖ sinh. Mµu s¾c Níc cã thÓ cã mµu, ®Æc biÖt lµ níc th¶i thêng cã mµu n©u ®en, ®á hoÆc ®á n©u. (th. phÈm). Mµu s¾c cña níc lµ do c¸c chÊt bÈn trong níc g©y nªn. Mµu s¾c cña níc ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng s¶n phÈm khi sö dông níc cã mµu trong s¶n xuÊt. Mµu cña níc lµ do: + C¸c chÊt h÷u c¬ vµ phÇn chÕt cña thùc vËt gäi lµ mµu thùc vËt, mµu nµy rÊt khã xö lý ®îc b»ng ph¬ng ph¸p ®¬n gi¶n. VÝ dô rong t¶o lµm nø¬c cã mµu xanh. + C¸c chÊt v« c¬ lµ nh÷ng h¹t r¾n cã mµu g©y ra, mµu nµy cã thÓ xö lý. (tµi liÖu) Cã nhiÒu ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh mÇu cña níc, nhng thêng dïng ë ®©y lµ ph¬ng ph¸p so mÇu víi c¸c dung dÞch chuÈn lµ Chlophantinat coban. Cuêng ®é mµu cña nø¬c x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p so mµu khi läc bá c¸c chÊt vÈn ®ôc. Mïi cña níc Níc tù nhiªn s¹ch kh«ng mïi, nø¬c th¶i vµ níc « nhiÔm thêng cã mïi khã ch×u tõ nhÑ ®Õn h«i thèi. Cã thÓ x¸c ®Þnh mïi cña níc theo ph¬ng ph¸p ®¬n gi¶n sau: mÉu níc chøa trong b×nh cã n¾p ®Ëy kÝn, l¾c trong khá 10 – 20 gi©y, sau ®ã më n¾p, ngöi mïi vµ ®¸nh gi¸: kh«ng mïi, mïi nhÑ, trung b×nh, nÆng vµ rÊt nÆng. §é pH pH lµ logarit ©m cña nång ®é ®· c©n b»ng ion H+, pH=-log[H+]. Lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu x¸c ®Þnh ®èi víi níc cÊp vµ nø¬c th¶i, chØ sè nµy cho biÕt cÇn ph¶i trung hoµ hay kh«ng vµ tÝnh lîng hãa chÊt cÇn thiÕt trong qu¸ tr×nh xö lý ®«ng tô, khö khuÈn… Sù thay ®æi pH lµm thay ®æi qu¸ tr×nh hoµ tan hoÆc ®«ng tô, lµm t¨ng, gi¶m tèc ®é cña ph¶n øng x¶y ra trong nø¬c. Oxy hoµ tan trong níc DO(Dissoled oxygen) Lîng oxy hoµ tan trong níc lµ rÊt thÊp. §é b·o hoµ cña oxy trong níc s¹ch ë 0oC lµ kho¶ng 14-15 mg/l, th«ng thêng níc Ýt b·o hoµ oxy mµ chØ cã 70-80% so víi møc b·o hoµ. §«i khi do sù quang hîp cña thùc vËt lµm cho l¬ng oxy t¨ng lªn rÊt nhiÒu. C¸c hÖ sinh th¸i díi nø¬c trõ ban ngµy cã qu¸ tr×nh quang hîp x¶y ra m¹nh, cßn nãi chung DO lµ nh©n tè h¹n chÕ vµ ®«i khi g©y nªn hiÖn tîng thiÕu oxy lµm chÕt c¸c sinh vËt díi níc. TrÞ sè DO cho biÕt møc ®é nhiÔm bÈn cña nguån nø¬c, vÝ dô cã nhiÒu chÊt h÷u c¬ th× DO gi¶m. B×nh thêng DO lµ 14-16%, nÕu thÊp h¬n gi¸ trÞ nµy th× níc bÞ « nhiÔm. Oxy hoµ tan trong níc rÊt cÇn cho sinh vËt hiÕu khÝ. Møc oxy hoµ tan trong níc s¹ch vµ níc th¶i phô thuéc vµo møc ®é « nhiÔm chÊt h÷u c¬, vµo ho¹t ®éng cña giíi thuû sinh, c¸c ho¹t ®éng ho¸ sinh vµ xuÊt hiÖn hiÖn tîng thiÕu oxy trÇm träng. (T PhÈm) Nhu cÇu oxy sinh hãa-BOD (Biochemical Oxygen Demand) BOD lµ nhu cÇu oxy sinh ho¸ hay nhu cÇu oxy sinh häc, lµ lîng oxy cÇn thiÕt ®Ó oxy ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ dÔ ph©n huû cã trong níc b»ng VSV (chñ yÕu lµ vi khuÈn) ho¹i sinh, hiÕu khÝ. Qu¸ tr×nh nµy ®îc tãm t¾t nh sau: ChÊt h÷u c¬ +O2 CO2 +H2O Qóa tr×nh nµy ®ßi hái thêi gian dµi v× ph¶i phô thuéc vµo b¶n chÊt cña c¸c chÊt h÷u c¬, vµo chñng lo¹i VSV, nhiÖt ®é nguån níc còng nh mét sè chÊt cã ®éc tÝnh ë trong níc. ChØ tiªu BOD lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt ®Ó x¸c ®Þnh møc « nhiÔm cña nø¬c. Nã chØ biÓu thÞ lîng chÊt h÷u c¬ cã thÓ bÞ ph©n huû bëi VSV. Trong thùc tÕ ngêi ta kh«ng thÓ x¸c ®Þnh lîng oxy cÇn thiÕt ®Ó VSV oxy ho¸ hoµn toµn chÊt h÷u c¬ cã trong níc, mµ chØ cÇn x¸c ®Þnh lîng oxy cÇn thiÕt khi ñ ë nhiÖt ®é 20oC trong 5 ngµy ë phßng tèi ®Ó tr¸nh qu¸ tr×nh quang hîp, khi ®ã cã kho¶ng 70 - 80% nhu cÇu oxy ®îc sö dông vµ kÕt qu¶ ®îc biÓu thÞ lµ BOD5 (5 ngµy ñ). Nhu cÇu oxy hãa häc-COD (Chemical Oxygen Demand) COD lµ nhu cÇu oxy cÇn thiÕt ®Ó oxy ho¸ toµn bé chÊt h÷u c¬ vµ c¸c chÊt khö cã trong nø¬c thµnh CO2 vµ H2O. §Ó x¸c ®Þnh COD ngêi ta thêng sö dông mét chÊt oxy ho¸ m¹nh trong m«i trêng axit, chÊt thêng ®îc dïng lµ K2Cr2O7 . Khi ®ã x¶y ra ph¶n øng: ChÊt h÷u c¬ + K2Cr2O7 + H+  Ag SO  CO2 + H2O +2Cr3+ +2K+ Lîng Bicromat d ®îc chuÈn b»ng dung dÞch muèi Mohr-Fe(NH4)(SO4)2 Víi chØ thÞ lµ dung dÞch Ferroin: Cr2O772- + Fe2+ + H+  Cr3+ + Fe3+ + H2 O ChØ thÞ chuyÓn tõ mµu xanh sang mµu ®á n© Hµm lîng c¸c chÊt r¾n C¸c chÊt r¾n cã trong níc lµ: C¸c chÊt v« c¬ lµ d¹ng c¸c muèi hoµ tan hoÆc kh«ng tan nh ®Êt ®¸ ë d¹ng huyÒn phï l¬ löng. C¸c chÊt h÷u nh x¸c c¸c vi sinh vËt, t¶o, ®éng vËt nguyªn sinh, ®éng vËt phï du…, c¸c chÊt h÷u c¬ tæng hîp nh ph©n bãn, c¸c chÊt th¶i c«ng nghiÖp. 2 4 ChÊt r¾n ë trong nø¬c gåm cã: Tæng chÊt r¾n (TS) ®îc x¸c ®Þnh b»ng träng lîng kh« phÇn cßn l¹i sau khi cho bay h¬i 1L níc trªn bÕp c¸c thuû råi sÊy kh« ë 1030 cho ®Õn khi träng lîng kh«ng ®æi. §¬n vÞ tÝnh b»ng mg (hoÆc g/l) ChÊt r¾n l¬ löng ë d¹ng huyÒn phï (SS). Hµm lîng c¸c chÊt huyÒn phï lµ träng lîng kh« cña chÊt r¾n cßn l¹i trªn giÊy läc sîi thuû tinh. ChÊt r¾n hoµ tan (DS). Hµm lîng chÊt chÊt r¾n hoµ tan chÝnh lµ hiÖu sè cña tæng chÊt r¾n víi huyÒn phï: DS = TS – SS. §¬n vÞ tÝnh b»ng g hoÆn mg. ChÊt r¾n bay h¬i (VS). Hµm lîng chÊt r¾n bay h¬i lµ träng lîng mÊt ®i khi nung lîng chÊt r¾n huyÒn phï SS ë 5500C trong kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh. Thêi gian nµy phô thuéc vµo lo¹i mÉu níc (níc cèng, nø¬c th¶i hoÆc bïn). §¬n vÞ tÝnh lµ mg/l hoÆc phÇn tr¨m(%) cña SS hay TS. ChÊt r¾n cã thÓ l¾ng. ChÊt r¾n cã thÓ l¾ng lµ sè ml phÇn chÊt r¾n cña 1L mÉu níc ®· l¾ng xuèng ®¸y phÔu sau mét kho¶ng thêi gian (thêng lµ mét giê). ChØ sè vÖ sinh (E. coli) Níc lµ mét ph¬ng tiÖn lan truyÒn c¸c nguån bÖnh vµ trong thùc tÕ c¸c bÖnh l©y lan qua m«i trêng níc lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra bÖnh tËt vµ tö vong, nhÊt lµ ë c¸c níc ®ang ph¸t triÓn. C¸c t¸c nh©n g©y bÖnh thêng ®îc bµi tiÕt ra trong ph©n cña ngêi bÖnh, bao gåm c¸c nhãm chÝnh sau: c¸c vi khuÈn, vi rót, ®éng vËt ®¬n bµo, giun kÝ sinh. ChÊt lîng vÒ mÆt vi sinh cña níc thêng ®îc biÓu thÞ b»ng nång ®é cña vi khuÈn kh«ng g©y bÖnh vµ nguyªn t¾c ®ã lµ nhãm trùc khuÈn (colifom). Th«ng sè ®îc sö dông réng r·i nhÊt lµ chØ sè E. coli. 2. 3. C¸c gi¶i ph¸p c«ng nghÖ xö lý níc th¶i [1] Cã nhiÒu biÖn ph¸p xö lý níc th¶i: xö lý ho¸ häc, xö lý c¬ - lý – hãa, vµ kÕt hîp c¸c biÖn ph¸p sinh häc vµ c¬ - lý - ho¸. BiÖn ph¸p sau cïng cã nhiÒu u viÖt vµ hiÖu qu¶ kh¸ cao, níc cã thÓ t¸i sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau, kÓ c¶ nø¬c sinh ho¹t, vµ trong thùc tÕ th× c¸c quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý ®Òu kÕt hîp c¸c biÖn ph¸p víi nhau, kÓ c¶ viÖc xö lý trong tù nhiªn, nh l¾ng läc kÕt hîp víi chøa níc ë ao hå tho¸ng khÝ hoÆc kþ khÝ. Trong c¸c ph¬ng ph¸p trªn th× ph¬ng ph¸p xö lý sinh häc ®îc sö dông nhiÒu víi hiÖu qu¶ cao, ®Æc biÖt lµ ®èi víi níc th¶i chøa nhiÒu chÊt h÷u c¬ dÔ bÞ ph©n huû, nhng kh«ng mang hiÖu qu¶ ®èi víi níc th¶i c«ng nghiÖp cã chøa c¸c chÊt v« c¬ ®éc h¹i (kim lo¹i nÆng, axit, kiÒm) hoÆc c¸c chÊt h÷u c¬ bÒn v÷ng (c¸c clobenzen, phenol…) vµ Ýt hiÖu qu¶ ®èi víi mét sè lo¹i vi khuÈn g©y bÖnh. Trong c¸c trêng hîp nµy ph¶i kÕt hîp ph¬ng ph¸p xö lý sinh häc víi c¸c ph¬ng ph¸p xö lý c¬ - lý – ho¸. Nh vËy, tõ thùc tÕ cho ta thÊy níc ng©m tre, nøa chøa hµm lîng chÊt h÷u c¬ cã kh¶ n¨ng ®îc ph©n huû nhê hÖ vi sinh vËt cã trong níc lµ rÊt cao. Cho nªn ®Ó xö lý níc th¶i do ng©m tre, nøa sö dông ph¬ng ph¸p xö lý sinh häc lµ thÝch hîp nhÊt. 2. 3. 1. Ph¬ng ph¸p c¬ - lý – ho¸ häc Cã n¨m ph¬ng ph¸p c¬ - lý- ho¸ häc thêng ®îc dïng trong xö lý níc th¶i lµ: - Ph¬ng ph¸p l¾ng vµ keo tô: lo¹i bá c¸c chÊt r¾n vµ c¸c chÊt l¬ löng. - Ph¬ng ph¸p hÊp phô. - Ph¬ng ph¸p trung hoµ axit hoÆc kiÒm. - Ph¬ng ph¸p t¸ch chiÕt. - Ph¬ng ph¸p diÖt khuÈn. 2.4. C¸c ph¬ng ph¸p xö lý sinh häc Ph¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së sö dông häat ®éng cña c¸c vi sinh vËt ®Ó ph©n huû c¸c chÊt h÷u c¬ g©y « nhiÔm trong níc th¶i. C¸c vi sinh vËt sö dông c¸c chÊt h÷u c¬ vµ mét sè kho¸ng chÊt lµm nguån dinh dìng vµ t¹o n¨ng lîng. Trong qóa tr×nh ph¸t triÓn, chóng nhËn c¸c chÊt dinh dìng ®Ó x©y dùng tÕ bµo, sinh trëng vµ sinh s¶n nªn sinh khèi cña chóng ®îc t¨ng lªn. Qu¸ tr×nh ph©n huû c¸c chÊt h÷u c¬ nhê vi sinh vËt gäi lµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ sinh ho¸. [6],[8] Níc th¶i cã thÓ xö lý b»ng ph¬ng ph¸p sinh häc sÏ ®îc ®Æc trng bëi chØ tiªu COD ho¨c BOD. §Ó cã thÓ xö lý b»ng ph¬ng ph¸p nµy, níc th¶i cÇn kh«ng chøa c¸c chÊt ®éc vµ t¹p chÊt, c¸c muèi kim lo¹i nÆng hoÆc nång ®é cña chóng kh«ng ®îc vît qóa nång ®é cùc ®¹i cho phÐp, ®ång thêi tho¶ m·n: BOD/COD  0.5. 2.4.1. Nguyªn lý chung cña qu¸ tr×nh xö lý §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh oxy sinh hãa, c¸c chÊt h÷u c¬ hoµ tan, c¶ c¸c chÊt keo vµ ph©n t¸n nhá trong níc th¶i cÇn ®îc di chuyÓn vµo bªn trong tÕ bµo cña vi sinh vËt. Theo quan ®iÓm hiÖn ®¹i nhÊt, qu¸ tr×nh xö lý níc th¶i hay nãi ®óng h¬n lµ viÖc thu håi c¸c chÊt bÈn tõ níc th¶i vµ viÖc vi sinh vËt hÊp thô c¸c chÊt bÈn ®ã lµ mét qu¸ tr×nh bao gåm ba giai ®o¹n: Di chuyÓn c¸c chÊt « nhiÔm tõ pha láng tíi bÒ mÆt cña tÕ bµo vi sinh vËt do khuÕch t¸n ®èi lu vµ ph©n tö; Di chuyÓn chÊt tõ bÒ mÆt tÕ bµo qua mµng b¸n thÊm b»ng khuÕch t¸n do sù chªnh lÖch nång ®é c¸c chÊt trong vµ ngoµi tÕ bµo; Qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ c¸c chÊt ë trong tÕ bµo vi sinh vËt víi sù s¶n sinh n¨ng lîng vµ qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c chÊt míi cña tÕ bµo víi sù hÊp thô n¨ng lîng. C¸c giai ®o¹n trªn cã quan hÖ rÊt chÆt chÏ víi nhau vµ qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ c¸c chÊt ®ãng vai trß chÝnh trong qóa tr×nh xö lý níc th¶i. C¸c hîp chÊt ho¸ häc tr¶i qua nhiÒu ph¶n øng chuyÓn ho¸ kh¸c nhau trong nguyªn sinh chÊt cña tÕ bµo. 2.4.2. Ph©n lo¹i ph¬ng ph¸p sinh häc Cã thÓ ph©n lo¹i c¸c ph¬ng ph¸p sinh häc dùa trªn c¸c c¬ së kh¸c nhau, cã thÓ chia thµnh 2 lo¹i chÝnh: - Ph¬ng ph¸p hiÕu khÝ lµ ph¬ng ph¸p xö lý sö dông c¸c nhãm vi sinh vËt hiÕu khÝ ®Ó ®¶m b¶o ho¹t ®éng sèng cña chóng, cÇn cung cÊp oxy liªn tôc vµ duy tr× nhiÖt ®é trong kho¶ng 20  400C. - Ph¬ng ph¸p yÕm khÝ lµ ph¬ng ph¸p sö dông c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ. Ph¬ng tr×nh tæng qu¸t cña qu¸ tr×nh Oxy hãa sinh ho¸ ë ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ: y z 3 y 3  CxHyOzN   x    O 2  VSV    xCO 2  H 2 O  NH 3  H 4 3 4 2  (1) CxHyOzN  NH 3  O 2  VSV    C 5 H 7 NO 2 CO 2  H (2) Trong ®ã: CxHyOzN, lµ tÊt c¶ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cña níc th¶i; C5H7NO2, c«ng thøc c¸c nguyªn tè chÝnh trong tÕ bµo sinh vËt; ph¶n øng (1) lµ ph¶n øng oxy ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ ®Ó ®¸p øng nhu cÇu n¨ng lîng cña tÕ bµo, cßn ph¶n øng (2) lµ ph¶n øng tæng hîp ®Ó x©y dùng tÕ bµo. Lîng oxy tiªu tèn cho c¸c ph¶n øng nµy lµ tæng BOD cña níc th¶i. NÕu tiÕp tôc tiÕn hµnh qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng ®ñ chÊt dinh dìng, qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ c¸c chÊt cña tÕ bµo b¾t ®Çu x¶y ra b»ng oxy ho¸ chÊt liÖu tÕ bµo (tù oxy ho¸): 2.5. C¸c ph¬ng ph¸p xö lý níc ng©m tre nøa Do níc ng©m tre, nøa cã hµm lîng chÊt h÷u c¬ cao, dÔ ph©n huû viÖc xö lý b»ng c¸c biÖn ph¸p sinh häc sÏ ®em l¹i hiÖu cao, kh«ng g©y t¸c h¹i dÕn m«i trêng vµ chÊt lîng tre, nøa sau khi ng©m. Cã thÓ sö dông theo c¸c c¸ch sau. 2.5.1. Xö lý trong c¸c bÓ aeroten [8] Trong qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ, c¸c vi sinh vËt sinh trëng ë tr¹ng th¸i huyÒn phï. Qu¸ tr×nh lµm s¹ch trong bÓ aeroten diÔn ra theo møc dßng ch¶y qua cña hçn hîp cña níc th¶i vµ bïn ho¹t tÝnh ®îc sôc khÝ. ViÖc sôc khÝ ë ®©y nh»m ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu cña qu¸ tr×nh; lµm níc ®îc b·o hoµ oxy vµ duy tr× bïn ho¹t tÝnh ë tr¹ng th¸i l¬ löng. - Tèc ®é sö dông oxy hoµ tan phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: - Tû sè gi÷a lîng chÊt dinh dìng vµ sè vi sinh vËt (F/M); - NhiÖt ®é; - Tèc ®é sinh trëng vµ ho¹t ®é sinh lý cña vi sinh vËt; - Nång ®é s¶n phÈm ®éc tÝch tô trong qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt; - Lîng c¸c chÊt cÊu t¹o tÕ bµo; - Hµm lîng oxy hoµ tan; Ph©n lo¹i bÓ aeroten: Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i c¸c aeroten: - Dùa vµo chÕ ®é thuû ®éng lùc ta cã: aeroten ®Èy; aeroten khuÊy trén, aeroten trung gian; - Theo ph¬ng ph¸p t¸i sinh bïn ho¹t tÝnh ngêi ta chia thµnh: lo¹i cã t¸i sinh t¸ch riªng vµ lo¹i kh«ng cã t¸i sinh t¸ch riªng; - Theo t¶i lîng bïn ngêi ta chia thµnh: lo¹i t¶i cao träng, t¶i träng trung b×nh vµ t¶i träng thÊp; - Theo sè bËc ta cã: mét bËc, hai bËc, nhiÒu bËc; - Theo chiÒu dÉn níc th¶i vµo ta cã xu«i chiÒu vµ ngîc chiÒu… 2.5.2. Läc sinh häc 1. VËt liÖu läc HiÖn nay, ngêi ta sö dông kh¸ nhiÒu vËt liÖu läc kh¸c nhau ®Ó xö lý níc th¶i, khÝ th¶i b»ng ph¬ng ph¸p läc sinh häc. C¸c vËt liÖu hay dïng lµ ®¸, sái, nhùa, …Víi mçi lo¹i vËt liÖu th× l¹i thÝch hîp cho tõng lo¹i n íc th¶i hay khÝ th¶i. §ã còng lµ mét trong nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh tíi l¹i hiÖu suÊt xö lý. ChÝnh v× vËy mµ kh©u lùa chän vËt liÖu läc lµ rÊt quan träng trong qu¸ tr×nh xö lý. VËt liÖu läc ®Ó xö lý níc ng©m tre, nøa trong kho¸ luËn nµy ®îc lùa chän lµ sái nhÑ. Sái nhÑ keramzit [16] Sái nhÑ keramzit lµ vËt liÖu x©y dùng nh©n t¹o ®îc s¶n xuÊt tõ c¸c lo¹i kho¸ng sÐt dÔ ch¶y b»ng ph¬ng ph¸p nung phång nhanh. Chóng cã cÊu t¹o tæ ong víi lç rçng nhá vµ kÝn. X¬ng vµ vá cña sái keramzit rÊt v÷ng ch¾c. Sái nhÑ keramzit s¶n xuÊt theo quy tr×nh c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i cã chÊt lîng cao, ®¸p øng tèt c¸c yªu cÇu cho mét sè h¹ng môc x©y dùng trong nh÷ng c«ng tr×nh nhµ cao tÇng, hoÆc nhµ trªn nÒn ®Êt yÕu. VËt liÖu karamzit ®îc sö dông réng r·i trong ngµnh x©y dùng cña thÕ giíi. Bªn c¹nh nh÷ng t¸c dông cña sái nhÑ nh trªn th× nã cßn lµ vËt liÖu läc trong qu¸ tr×nh xö lý níc th¶i b»ng läc sinh häc rÊt tèt. Th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña sái keramzit - MËt ®é khèi lîng/thÓ tÝch (kg/m3). NhÑ h¬n rÊt nhiÒu so víi ®¸ ®Ó lµm bª t«ng. Ngêi ta chia ra thµnh c¸c m¸c c¨n cø theo mËt ®é khèi lîng/thÓ tÝch. Díi ®©y lµ mét sè m¸c th«ng dông: M¸c P25 P35 P50 P75 P100 125P P150 M ®é, 250 kg/m3 300 350 400 500 600 700 - KÝch thíc (mm) chia lµm ba lo¹i: 5-10; 10-20 vµ 20-40. - HÖ sè dÉn nhiÖt thÊp 0,05-0,2 W/m.®é C. - Tuæi thä cao, bÒn víi m«i trêng, bÒn víi löa. §é chÞu löa trung b×nh thêng 1100 – 12500C. - §é hót Èm thÊp, díi 2%. - Thuéc lo¹i gèm nhÑ, rÊt s¹ch víi m«i trêng sinh th¸i. 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng BÓ läc sinh häc lµ mét thiÕt bÞ ph¶n øng sinh häc trong ®ã c¸c vi sinh vËt sinh trëng cè ®Þnh trªn líp mµng b¸m trªn líp vËt liÖu läc (m«i trêng läc). Th- êng níc th¶i ®i tõ trªn xuèng qua líp vËt liÖu läc b»ng ®¸ hoÆc c¸c vËt liÖu kh¸c, v× vËy ngêi ta con gäi hÖ thèng nµy lµ bÓ läc nhá giät (trickling filter). Tuy nhiªn, gäi nh vËy kh«ng thËt chÝnh x¸c v× ®©y thùc chÊt lµ mét qu¸ tr×nh chiÕt sinh häc h¬n lµ mét qu¸ tr×nh läc. Víi sù ph¸t triÓn cña vËt liÖu lµm m«i trêng läc, c¸c vËt liÖu tæng hîp thay thÕ cho vËt liÖu läc b»ng ®¸ th× thuËt ng÷ th¸p sinh häc ®îc dïng réng r·i h¬n vµ th¸p thêng cao tíi 6m chø kh«ng ph¶i lµ 1,8m nh bÓ läc víi vËt liÖu lµ ®¸. Mµng sinh häc gåm c¸c vi khuÈn, nÊm vµ ®éng vËt bËc thÊp ®îc n¹p vµo hÖ thèng cïng víi níc th¶i. MÆc dï líp mµng nµy rÊt máng song còng cã hai líp: líp yÕm khÝ ë s¸t bÒ mÆt ®Öm vµ líp hiÕu khÝ ë ngoµi. Do ®ã qu¸ tr×nh läc sinh häc thêng ®îc xem lµ qu¸ tr×nh hiÕu khÝ nhng thùc chÊt lµ hÖ thèng vi sinh vËt hiÕu – yÕm khÝ. HiÕu khÝ YÕm DO Kh«ng khÝ khÝ M«i trêng s¶n phÈm Dßng níc th¶i läc cuèi Líp sinh hoc Mµng chÊt láng H×nh 2: C¸c qu¸ tr×nh trong bÓ läc sinh häc Khi dßng níc th¶i ch¶y trïm lªn líp mµng nhít nµy, c¸c chÊt h÷u c¬ ®îc vi sinh vËt chiÕt ra cßn s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt (CO 2) sÏ ®îc th¶i ra qua mµng chÊt láng. Oxy hoµ tan ®îc bæ sung b»ng hÊp thô tõ kh«ng khÝ. Theo chiÒu s©u tõ mÆt xuèng ®¸y bÓ läc, nång ®é chÊt h÷u c¬ trong níc th¶i gi¶m dÇn vµ t¹i mét vïng nµo ®ã c¸c vi sinh vËt ë tr¹ng th¸i ®ãi thøc ¨n. Thêng BOD ®îc chiÕt ra chñ yÕu ë 1,8m phÇn trªn cña líp ®Öm. PhÇn sinh khèi cña vi sinh vËt thõa sÏ bÞ trãc ra, theo nø¬c ra ngoµi bÓ läc. Níc th¶i ®îc phun ®Òu lªn líp ®Öm t¹o ra líp mµng nhít gäi lµ mµng sinh häc, phñ trªn c¸c ®Öm. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ x¶y ra nh c¬ chÕ nãi trªn. Sinh khèi vi sinh vËt t¸ch ra khái níc trong thiÕt bÞ l¾ng thø cÊp. Läc sinh häc ®îc øng dông ®Ó lµm s¹ch mét phÇn hay toµn bé chÊt h÷u c¬ ph©n huû sinh häc trong níc th¶i vµ cã thÓ ®¹t chÊt lîng dßng ra víi nång ®é BOD tíi 15 mg/l. 3. ¦u vµ khuyÕt ®iÓm cña läc sinh häc ¦u ®iÓm - u ®iÓm chÝnh lµ gi¸ thµnh thÊp, gi¸ vËn hµnh thÊp, Ýt sö dông ho¸ chÊt; - ThiÕt kÕ linh ®éng cho nªn dÔ thÝch nghi víi mäi lo¹i h×nh c«ng nghiÖp vµ diÖn tÝch cña xÝ nghiÖp; - HÖ thèng läc sinh häc linh ®éng trong viÖc xö lý mïi h«i, c¸c hîp chÊt h÷u c¬ bay h¬i vµ c¸c chÊt ®éc h¹i. HiÖu suÊt xö lý h¬n 90% ®èi víi c¸c khÝ th¶i cã nång ®é c¸c chÊt « nhiÔm < 1000 ppm; - NhiÒu lo¹i nguyªn liÖu läc, vi sinh vËt vµ ®iÒu kiÖn vËn hµnh kh¸c nhau cã thÓ ¸p dông ®Ó ®¸p øng nhu cÇu xö lý. KhuyÕt ®iÓm - HÖ thèng läc sinh häc kh«ng thÓ xö lý ®ù¬c c¸c chÊt « nhiÔm cã kh¶ n¨ng hÊp phô tèt vµ tèc ®é ph©n huû sinh häc chËm, vÝ dô nh c¸c hîp chÊt h÷u c¬ bay h¬i cã chøa clor. - C¸c nguån cã nång ®é ho¸ chÊt cao cÇn c¸c hÖ thèng lín vµ diÖn tÝch lín ®Ó l¾p ®Æt hÖ thèng läc sinh häc - Thêi gian ®Ó vi sinh vËt thÝch nghi víi m«i trêng vµ t¹o mµng sinh häc (biofilm) cã thÓ kÐo dµi hµng tuÇn ®Õn hµng th¸ng, ®Æc biÖt lµ c¸c chÊt h÷u c¬ bay h¬i.