Tài liệu Xử lý sinh học các hợp chất của phosphor và kim loại

  • Số trang: 29 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 163 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Xử lý sinh học các hợp chất của PHOSPHOR và KIM LOẠI
I. Mở đầu 1. Lý do thực hiện đề tài Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, nghành công nghiệp Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các nhà máy cũng chủng loại các sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện. Nghành công nghiệp phát triển đã đem lại cho nhân dân những hàng hóa rẻ hơn mà chất lượng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Ngoài ra, ngành công nghiệp cũng đóng một vai trò đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh những tác động tích cực do nghành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các nghành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khoẻ của người dân. Môi trường sống của người dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nước. Hầu hết các ao, hồ, sông, suối đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các ao hồ trong các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ở Việt Nam là nước thải công nghiệp có chứa kim loại nặng như: thủy ngân, chì, kẽm, đồng, crôm, nikel... ảnh hưởng của các kim loại này gây ra rất lớn (ngay cả khi chúng ở nồng độ rất thấp) do độc tính cao và khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể sống. Bên cạnh đó, nông nghiệp và chăn nuôi cũng góp phần không kém cùng với công nghiệp thải một hàm lượng Phosphor dưới dạng hợp chất của nó ra môi trường nước đáng kể. Tác động của kim loại nặng hay phosphor tới môi trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy hay phosphor từ các hoạt động sản xuất, chăn nuôi vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức. Nguyên nhân là bởi các nhà máy ở Việt Nam thường là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ do vậy khả năng đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải là hạn chế. Hầu hết các nhà máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại nặng của các nhà máy thải ra môi trường thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), ở thành phố Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn ... và hầu như tất cả các con sông này đều có hàm lượng phosphor khá cao. Trước hiện trạng trên, đòi hỏi phải có những phương pháp thích hợp, hiệu quả để xử lý kim loại nặng và phosphor nhằm tránh và hạn chế những tác động xấu của nó đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Qua đề tài, đánh giá tác hại cũng như ảnh hưởng mà phosphor và kim loại nặng gây ra, nhằm cảnh báo cũng với các nhà máy và người dân về mức độ gây hại của chúng. - Tổng hợp và đề xuất các phương pháp xử lý phosphor và kim loại nặng theo các tiêu chí: giảm thiểu ô nhiễm, tăng khả năng tái sử dụng, và giảm chi phí xử lý. - Đề ra các phương án xử lý phosphor và kim loại nặng trong nước thải bằng phương pháp sinh học là chủ yếu. 3. Nội dung nghiên cứu Đề tài nghiên cứu các nội dung chính sau: - Tìm hiểu về phosphor và kim loại nặng, các đặc trưng và tính chất của chúng. - Tìm hiểu các nguồn phát thải phosphor và kim loại nặng ra môi trường. - Tìm hiểu về ảnh hưởng cũng như tác hại của chúng đến môi trường sống, và sức khỏe của con người. - Đề xuất các phương pháp và biện pháp xử lý phosphor và kim loại nặng, chủ yếu là phương pháp sinh học. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập thông tin: + Lập dàn ý. + Chia thành 2 nhóm, nhóm 1 thu thập các tài liệu và các thông tin, hình ảnh về phosphor và các hợp của phosphor, nhóm 2 thu thập tài liệu về kim loại nặng dựa trên dàn ý. + Tổng hợp thông tin, hoàn chỉnh bài word. + Bổ sung hình ảnh minh họa, làm powerpoint. + Hoàn chỉnh powerpoint. - Phương pháp làm việc nhóm: + Lập dàn ý. + Phân công tìm tài liệu. + Phân công viết. + Bản thảo 1. + Bản thảo 2. + Hoàn chỉnh. II. Tổng quan về phosphor và kim loại nặng 1. Phosphor 1.1. Chu trình phospho trong tự nhiên Phosphor trong môi trường sinh thái có 2 nguồn: xác bã hữu cơ và vật chất vô cơ. Phosphor từ thực vật, từ trong các xương động vật,người, chất hữu cơ phân hủy mà thành. Nguồn vô cơ, có thể từ các trầm tích apatit, muối. - Một phần P bị giữ chặt bởi: Ca 3(PO4)2, AlPO4 và FePO4 trong môi trường đất. Một phần P ở dạng hòa tan: HPO 32-, H2PO3- và PO43- được hấp thu vào rễ thực vật và vi sinh vật; để rồi chúng lại tao các acid amin chứa P và các enzym phosphatase, các hợp chất có liên kết cao năng. P tích lũy trong quả hạt rất nhiều là nguyên tố không thể thiếu được của thực vật. - Khi động vật ăn thực vật, P lại biến thành chất liệu của xương, của các liên kết, các enzym. - Khi chết đi, P trong cơ thể động vật và con người biến thành P của môi trường sinh đất. Một phần P đi vào chu trình nước vào đại dương. Ở đây, một phần nhỏ P làm thức ăn cho nhiều phiêu sinh vật. Cá, tôm ăn phiêu vi sinh vật thì P trả lại chu trình. Sau đó, người ăn tôm cá thì P lại đi vào người, và cuối cùng khi người chết đi sẽ trả lại P cho môi trường sinh thái đất. Một phần nhỏ nhờ thực vật rừng ngập mặn tiêu thụ P rồi trả lại cho đất. Một phần nhỏ khác P trầm tích nằm lại dưới đáy biểnNước thải chứa các hợp chất phospho: Phosphor trong nước vừa là yếu tố sinh thái vừa là nhân tố mang tính giới hạn. Ta có thể hình dung, sự phát triển của thực vật phù du (Phytoplankton) trong các hồ biến động rất lớn, phụ thuộc vào sự biến thiên rất mạnh của hàm lượng phosphor tổng số, đặc biệt vào tỷ lệ hàm lượng giữa phosphor, nitơ và cacbon. Nếu như hàm lượng phosphor vượt quá mức giới hạn cho phép có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa gây chết hàng loạt sinh vật trong hồ. Hợp chất phosphor tồn tại trong nước thải dưới ba dạng: phosphat đơn (PO 43-), polyphosphat (P2O7) và hợp chất hữu cơ chứa phosphor, hai hợp chất sau chiếm thỉ trọng lớn. Phosphor trong nước thải chủ yếu có từ nguồn gốc: phân người, nước tiểu, đồ thải thức ăn, chất tẩy rửa tổng hợp, chất thải từ sản xuất công nghiệp, chất chống ăn mòn trong các đường ống dẫn nước. 1. Kim loại nặng: 1.1. - Kim loại nặng Kim loại nặng là kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5 thì gọi là kim loại nặng. Khối lượng riêng lớn hơn 5.000 kg/m3. Vd: Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v... - Kim loại nặng thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các cơ thể sinh vật mà thường tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. - Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. 1.2. Một số kim loại nặng gây độc đến môi trường và sức khỏe của con người điển hình • Chì Chì tồn tại ở hai dạng ion có hóa trị +2 và +4. Các hợp chất hữu cơ chứa chì độc gấp 100 lần so với hợp chất vô cơ chứa chì. Hàm lượng chì phụ thuộc vào pH, độ cứng, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc. Dạng tồn tại của chì trong nước là hóa trị II, với nồng độ trên 0,1 mg/l nó kìm hãm quá trình oxi hóa vi sinh các hợp chất hữu cơ và đầu độc các sinh vật bậc thấp trong nước, và nếu nồng độ đạt tới 0,5 mg/l thì kìm hãm quá trình oxi hóa ammoniac thành nitrat. Chì có trong nước thải các xí nghiệp sản xuất pin, acquy, luyện kim, hóa dầu… Liều gây chết 50% (LC50) cá thí nghiệm nuôi 96 giờ của chì là 1-27 mg/l. Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con người. Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, chì ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc. Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và thức ăn bị nhiễm chì. Chì tích tụ ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hoá vitamin D. Tiêu chuẩn tối đa cho phép theo WHO nồng độ chì trong nước uống: £ 0,05 mg/ml. • Thủy ngân (Hg) Tính độc phụ thuộc vào dạng hoá học của nó. Thuỷ ngân nguyên tố tương đối trơ, không độc. Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ các chất thải, bụi khói của các nhà máy luyện kim, sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột giấy… Thủy ngân vô cơ và hữu cơ đều là các chất độc mạnh đối với sinh vật. Thủy ngân kìm hãm khả năng tự làm sạch của nước ngay ở nồng độ 18 µg/l. Tảo và một số vi sinh vật trong nước biển có khả năng tích lũy Hg với hệ số 500 – 100000 lần. Đối tượng Hg gây hại là thận và hệ thần kinh trung ương, có thể gây chết người trong một số trường hợp đặc biệt. Liều gây chết 50% ( LC50 ) đối với cá thí nghiệm nuôi trong 96 giờ của Hg là 33 – 400 µg/l. Nếu nuốt phải thuỷ ngân kim loại thì sau đó sẽ được thải ra mà không gây hậu quả nghiêm trọng. Nhưng thuỷ ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường nên nếu hít phải sẽ rất độc. Thuỷ ngân có khả năng phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin; có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng axit bazơ của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh. Trẻ em bị ngộ độc thuỷ ngân sẽ bị phân liệt, co giật không chủ động. Trong nước, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, nó làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào. Nồng độ tối đa cho phép của WHO trong nước uống là 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản là 0,5mg/l. • Asen (As) Là kim loại có thể tồn tại ở dạng tổng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong tự nhiên tồn tại trong các khoáng chất. Nồng độ thấp thì kích thích sinh trưởng, nồng độ cao gây độc cho động thực vật. As có nguồn gốc từ đất và quặng tự nhiên hoặc có trong loài nhuyễn thể than mềm, vỏ cứng ( trai, sò, ốc, hến ), cá và thủy thực vật có khả năng tích tụ As trong cơ thể. Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm asen là núi lửa, bụi đại dương. Nguồn nhân tạo gây ô nhiễm asen là quá trình nung chảy đồng, chì, kẽm, luyện thép, đốt rừng, sử dụng thuốc trừ sâu… Asen là chất cực độc, có khả năng tích lũy và có thể gây ung thư. Với nồng độ lớn hơn 0,76 mg/l, As có tác động kìm hãm khả năng tự làm sạch của nước, từ 6 – 10 mg/l Natri asenit đủ giết chết các loài thực vật bậc cao. Asen có thể gây ra 19 căn bệnh khác nhau. Các ảnh hưởng chính đối với sức khoẻ con người: làm keo tụ protein do tạo phức với asen III và phá huỷ quá trình photpho hoá; gây ung thư tiểu mô da, phổi, phế quản, xoang… Tiêu chuẩn cho phép theo WHO nồng độ asen trong nước uống là 50mg/l. • Crom ( Cr) Crom có độc tính cao đối với người và động vật. Tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr (VI). Cr (III) không độc nhưng Cr (VI) độc đối với động thực vật. Với người Cr (VI) gây loét dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi. Crom xâm nhập vào nguồn nước từ các nguồn nước thải của các nhà máy mạ điện, nhuộm, thuộc da, chất nổ, mực in, in tráng ảnh… Tiêu chuẩn WHO quy định hàm lượng crom trong nước uống là £ 0,005 mg/l. • Cadimi ( Cd ) Là kim loại được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, chế tạo đồ nhựa; hợp chất cađimi được sử dụng để sản xuất pin. Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm cađimi do bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng… Nguồn nhân tạo là từ công nghiệp luyện kim, mạ, sơn, chất dẻo… Cađimi xâm nhập vào cơ thể người qua con đường hô hấp, thực phẩm. Theo nhiều nghiên cứu thì người hút thuốc lá có nguy cơ bị nhiễm cađimi. Cađimi xâm nhập vào cơ thể được tích tụ ở thận và xương; gây nhiễu hoạt động của một số enzim, gây tăng huyết áp, ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng thận, phá huỷ tuỷ xương, gây ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch. Cd được sử dụng trong công nghiệp mạ sơn và làm chất ổn định trong công nghiệp chất dẻo. Cá và các loại thủy sinh vật rất nhạy cảm với Cd. Cd xâm nhập vào cơ thể qua ăn uống, hô hấp, đặc biệt là qua khói thuốc lá. Cd tích lũy ở thận và xương. Ngưỡng gây tác hại của Cd là 200 µg/l. Tiêu chuẩn theo WHO cho nước uống £ 0,003 mg/l. • Mangan (Mn) Là nguyên tố vi lượng, nhu cầu mỗi ngày khoảng 30 - 50 mg/kg trọng lượng cơ thể. Nếu hàm lượng lớn gây độc cho cơ thể; gây độc với nguyên sinh chất của tế bào, đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận, bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng gây tử vong. Mangan đi vào môi trường nước do quá trình rửa trôi, xói mòn, do các chất thải công nghiệp luyện kim, acqui, phân hoá học. Tiêu chuẩn qui định của WHO trong nước uống là £ 0,1 mg/l. 1.3. Nguồn gốc phát sinh ( Nguồn gây ô nhiễm kim loại): Nguồn tự nhiên: Kim loại nặng được phát hiện ở mọi nơi trong đất đá và xâm nhập vào thủy vực qua quá trình tự nhiên, phong hóa xói mòn. Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ bỏ chất thải rắn. Từ ô nhiễm không khí : mưa axit có chứa những kim loại nặng cũng như chất rắn lơ lửng hấp phụ kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực. Nguồn nhân tạo: Nguồn công nghiệp: các quá trình công nghiệp, đặc biệt là các quá trình lien quan tới khai khoáng và chế biến quặng kim loại ( sơn, thuốc nhuộm, thuộc da, dệt, giấy…) Nguồn nước thải sinh hoạt: nước thải sinh hoạt chứa lượng bổ sung kim loại nặng như bột giặt, mỹ phẩm… Nguồn nông nghiệp : việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất bảo vệ thực vật trong nông nghiệp đã đưa vào môi trường đất nhiều nguyên tố kim loại nặng như : As, Hg, Cu, Pb… Ngoài ra, có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất. 1.4. Ảnh hưởng và tác động đến môi trường nước: Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác. KLN + hóa chất từ các nhà máy Thải ra môi trường Tích tụ trong cơ Chuỗi thức ăn thể sinh vật Quá trình xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể người. Cơ thể con người Phương pháp xử lý Phosphor trong nước thải bằng phương pháp sinh học III. 1. Xử lý phosphor trong nước thải bằng phương pháp sử dụng vi sinh vật 1.1. Cơ chế khử phosphor trong nước thải bằng vi sinh vật Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng phosphor nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm khí chúng loại thải ra phần tích lũy dư thừa. Quá trình loại bỏ phosphor dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ phosphor tăng cường. Phosphor được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phosphor) hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ) . Từ quá trình chuyển hóa phosphor, có hai cơ chế loại bỏ phosphor trong nước thải: - Trong quá trình hiếu khí, phosphor tích lũy trong bùn được xử lý. Xả bùn có chứa phosphor dư được tích lũy sinh học. Hiệu quả khử phosphor phụ thuộc vào hàm lượng phosphor đã tích lũy trong bùn dư. - Trong điều kiện kị khí, phosphor được tách ra khỏi bùn và tan và trong nước thải. Nước thải có hàm lượng phosphor cao được xử lý bằng phương pháp hóa lý (kết tủa bằng phèn nhôm, sắt hoặc vôi…) tại bể lắng tiếp xúc (bể lắng kết hợp với keo tụ). 1.2. Các quá trình 1.2.1. Quá trình phostrip Phostrip là quá trình tách loại phosphor có thể ghép thêm công đoạn phụ để kết tủa phosphor tan sau khi xử lý yếm khí. Nước sau kết tủa Lắng Hiếu khí Yếm khí Kết tủa hóa học Bùn thải Nước sau xử lý yếm khí Hóa chất Một phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp được đưa vào xử lý yếm khí với thời gian lưu thủy lực từ 8-12h. Phosphate đơn được tách ra từ xử lý yếm khí tan trong nước, phần nước này được tách ra để kết tủa với hóa chất. Sinh khối sau khi tách phosphor được đưa về cùng với sinh khối từ bể lắng thứ cấp hòa trộn với dòng vào bể xử lý hiếu khí. 1.2.2. Quá trình A/O Bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm trở lại trộn với dòng thải tại đầu vào. Trong quá trình xử lý yếm khí, phosphate được tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng bùn hồi lưu dưới dạng phosphate đơn. Một phần chất hữu cơ được xử lý tại đây bởi các quá trình lên men yếm khí và do sinh vật Bio – P hấp thu. Trong quá trình xử lý hiếu khí, phosphate đơn được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào và được tích lũy bởi loại vi sinh vật Bio – P. sinh khối lắng trong bể thứ cấp chứa hàm lượng phosphor cao được tách loại phosphor trong quá trình A/O phụ thuộc vào tỉ lệ BOD:P, nếu tỉ lệ trên lớn hơn 10, hiệu quả tách loại tốt, nếu tỉ lệ trên thấp có thể bổ sung thêm muối sắt, nhôm để giảm nồng độ phosphor tại đầu ra. Quá trình A/O là quá trình tách loại phosphor trực tiếp, không ghép thêm công đoạn tách phụ vào hệ xử lý nước thải thông dụng. 1.2.3. Quá trình A2/O A2/O là một biến hình công nghệ của sơ đồ A/O bao gồm các công đoạn xử lý yếm khí, thiếu khí và hiếu khí. Trong đó quá trình xử lý thiếu khí là dành cho khử nitrat với thời gian lưu thủy khoảng 1 giờ. Khoang xử lý thiếu khí được bổ xung nitrat, nitrit từ bể hiếu khí (quay vòng), bùn từ bể lắng thứ cấp được hồi lưu về bể yếm khí. Sơ đồ A 2/O có khả năng xử lý đồng thời hợp chất nito và phosphor. Yếm khí Hiếu khí Thiếu khí Bùn thải 1.2.4. Quá trình Bardenpho năm giai đoạn Quá trình được sử dụng để xử lý đồng thời hợp chất nitơ, phospho. Giai đoạn yếm khí được ghép thêm vào để tách loại phospho. Giai đoạn xử lý thiếu khí thứ hai nhằm tăng cường khử nitrat từ giai đoạn hiếu khí đầu với chất hữu cơ từ phân hủy nội sinh. Bể hiếu khí cuối cùng có tác dụng sục đuổi khí nitơ hình thành từ bể thiếu khí thứ hai, oxy hóa phần amoni, BOD dư và để hạn chế quá trình tách loại phospho từ vi sinh trong bể lắng thứ cấp, hỗn hợp bùn – vi sinh được quay vòng từ bể hiếu khí đầu về bể thiếu khí thứ nhất. So với A/O thì thời gian lưu tế bào của Bardenpho năm giai đoạn dài hơn (10-40 ngày). Hiếu khí Thiếu khí Hiếu khí Thiếu khí Yếm khí 1.2.5. Quá trình UTC UTC là tên viết tắt của University of Cape Town, nơi thiết lập sơ đồ công nghệ xử lý có khả năng, đồng thơi loại bỏ BOD, hợp chất nitơ và phospho. Điểm khác biệt của A/O và UTC là: vi sinh được quay vòng về bể xử lý thiếu khí và có hai vòng quay hồn hợp nước – bùn nội bộ từ thiếu khí về hiếu khí và từ hiếu khí về thiếu khí. Quay vòng bùn từ bể lắng về bể thiếu khí sẽ hạn chế được sự có mặt của nitrat trong bể yếm khí. Hai chu trình nội bộ giúp tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ. Chất hữu cơ có trong dòng xoay vòng từ bể xử lý thiếu khí là loiaj dễ sinh hủy và hàm lượng nitrat trong đó thấp vì vậy thích hợp cho quá trình tách phospho từ sinh vật. dòng quay vòng nội bộ thứ hai và bùn từ bể lắng thứ cấp có tác dụng khử nitrat. Hiếu khí Thiếu khí Thiếu khí Yếm khí 1.2.6. Quá trình VIP VIP là tên viết tắt của Virginia Initiative Plant in Norfork, tương tự A/O và UTC, điểm khác biệt là chu trình quay vòng bùn và hỗn hợp bùn – nước. Bùn từ bể lắng cùng với hỗn hợp bùn nước từ bể hiếu khí được đưa về bể xử lý được đưa về bể xử lý thiếu khí, còn hỗn hợp bùn – nước từ bể thiếu khí được quay vòng về bể yếm khí. Do một phần chất hữu cơ của dòng vào được xử lý qua hai giai đoạn yếm khí và thiếu khí nên tiết kiệm được lượng oxy tiêu thụ tại bể hiểu khí. Yếm khí Hiếu khí Thiếu khí 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của quá trình chuyển hóa sinh hóa các chất dinh dưỡng. Trước hết, quá trình này chịu ảnh hưởng bởi thời gian lưu bùn trong hệ thống đối với quá trình chuyển hóa P nên sử dụng thời gian lưu bùn trong môi trường kị khí từ 1-1.5 ngày, tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ; thời gian lưu bùn trong môi trường hiếu khí được áp dụng thích hợp nhất là 1.5 ngày. Đối với quá trình chuyển hóa dồng thời nitơ và phosphor, thời gian lưu bùn trong cả môi trường kị khí/ thiếu khí nên tối thiểu là từ 2-3 ngày, thời gian này có thể lớn hơn nếu có hoạt động thủy phân chậm của các chất hữu cơ lơ lửng dễ bị phân hủy sinh học, còn trong môi trường hiếu khí thời gian chỉ nên tối thiểu là 0.5 ngày. Chất hữu cơ dễ phân hủy đóng vai tròng rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng. Đối với quá trình chuyển hóa P, chỉ tiêu để đánh giá hiệu suất chuyển hóa P trong nước thái là COD/P, BOD 5/ P (trong đó P = tổng P dòng vào – P hòa tan trong dòng ra), khi tỉ lệ này càng cao thì hiệu suất chuyển hóa P càng thấp. Mối quan hệ giữa hiệu suất chuyển hóa P và tỉ lệ giữa các chất hữu cơ so với P Hiệu suất quá trình chuyển hóa P BOD5/ P COD/P Cao 15-20 26-34 Trung bình 20-25 34-35 Thấp >25 >43 ( Nguồn C. P. Leslie Grady, Jr. ; Glen T.Daigger; Henry C. Lim ) Thành phần các chất hữu cơ trong nước thải cũng ảnh hưởng đến quá trình này. Ngoài ra những ảnh hưởng không tốt của chất rắn lơ lửng lên nông đồ P trong nước thải cũng là điều cần quan tâm khi sử dụng hệ thống này. Thực tế cho thấy, số lượng P trong nước thải sẽ tăng lên nếu nồng độ chất rắn lơ lửng trong nước thải ra tăng. Một số nhân tố môi trường khác cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình này, có thể kể đến là nhiệt độ, pH, nồng dộ Oxy hòa tan. 1.4. Ưu nhược điểm - Lợi thế của phương pháp sinh học so với biện pháp hóa học: + Giảm hoặc không sử dụng hóa chất kết tủa (Al 3+, Fe3+, Ca2+) và hóa chất phụ trợ dùng trong quá trình kết tủa (kiềm) + Giảm thiểu sự phát triển của vi sinh dạng sợi tạo điều kiện tốt cho quá trình lắng thứ cấp. + Tiết kiệm một phần năng lượng sục khí do một phần chất hữu cơ đã tiêu hao cho xử lý photpho. + Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa amoni do chất hữu cơ giảm trong giai đoạn yếm khí. + Nâng cấp các hệ xử lý nước thải đang hoạt động một cách dễ dàng với giá cả hợp lý. - Nhược điểm của phương pháp gồm: + Diễn biến của quá trình vi sinh phức tạp, vấn đề tách loại photpho được quan tâm chưa lâu nên các thông số kỹ thuật dùng trong thiết kế cũng như các yếu tố ảnh hưởng tản mạn về giá trị thậm chí trái ngược về kết quả, dẫn đến việc tính toán dễ gặp sai sót thể hiện ở khâu vận hành. + Kiểm soát điều kiện vận hành cần chặt chẽ sao cho trong vùng yếm khí không tồn tại oxy hòa tan và nitrat 2. Xử lý phosphor trong nước thải bằng phương pháp sử dụng sinh vật Thủy sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu thêm được lợi nhuận. 2.1. Các loại thủy sinh thực vật chính Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ phát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải. Thủy thực vật sống trôi nổi: rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và lá của nó phát triển trên mặt nước. Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải. Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định. Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu Loại Tên thông thường Tên khoa học Thuỷ sinh thực vật sống chìm Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi Lục bình trôi nổi Thuỷ sinh thực vật sống nổi Blyxa aubertii Eichhornia crassipes Bèo tấm Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Sậy Phragmites communis Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý Phần cơ thể Nhiệm vụ Rễ và/hoặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp thu chất rắn Thân và /hoặc lá ở mặt ắnHáp thu ánh mặt trời do đóẳngn cản sự phát triển của tảo nước hoặc phía trên mặt nước làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển oxy từ lá xuống rể Một số thuỷ sinh thực vật tiêu biểu Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải IV. Xử lý kim loại trong nước thải bằng phương pháp sinh học: 1. Sinh vật chỉ thị kim loại: Động vật đáy (nghêu, sò, ốc, hến,…)Vd : sự tích lũy KLN Pb và Cd của loài Hến. Đánh giá KLN trung bình tích lũy ở loài Hến (Corbicula sp.) đối với Pb: 0,37 ± 0,23 – 0,51 ± 0,25 ppm (trọng lượng tươi) và Cd: 1,67 ± 1,35 – 2,10 ± 1,10 ppm. Cá là một chỉ thị rất tốt cho kim loại nặng trong nước. Mohamet 1990 sử dụng cá làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm kim loại nặng ở sông Nile. Theo Munir Ziya (2005) thì nhiều kim loại nặng có mặt một cách tự nhiên trong môi trường biển và là những tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước biển khi chúng ở hàm lượng cao 2. Phương pháp xử lý: 2.1. Nguyên lý Nhờ khả năng hấp thụ các kim loại lên bề mặt tế bào VSV trong các hệ thống xử lý gây tác động lên trạng thái oxy hóa khử của các ion kim loại nhờ đó có thể tách bỏ các ion kim loại nặng trong nước thải. Nhiều loại vi khuẩn, nấm men, nấm hay tảo có thể hấp thu chủ động và tích tụ các ion kim loại trong tế bào nhờ hệ thống vận chuyển chủ động có thể hoạt động ngược với gradient nồng độ và tiêu tốn năng lượng. ngược lại sự hấp thụ bề mặt là quá trình bị động, theo gradient nồng độ mà không sử dụng năng lượng và có thể trung gian qua các tế bào không họat động. Sau khi chuyển dạng sinh học các kim loại trong nước thải, cần phải tách sinh khối chứa kim loại để xử lý tiếp như đốt và tách thu kim loại từ sinh khối. Hiệu quả của quá trình lọc kim loại phụ thuộc vào hệ vi khuẩn trong nước. Nhiều VSV có thể phân hủy bộ khung cacbon của các phức kim loại và như vậy làm cố định, giảm khả năng phát tán các ion kim loại một lần nữa. 2.2. Sử dụng vi sinh vật : Để giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng, người ta kết hợp xử lý bằng phương pháp hóa lý và sinh học. Các phương pháp hóa lý có thể dung tác nhân kết tủa các ion kim loại hoặc oxi hóa chuyển ion kim loại có hóa trị cao ( có độc tính lớn ) sang ion có hóa trị thấp hơn và lắng ( có độc tính thấp hơn ). Sau đó tiếp tục xử lý sinh học nhờ hệ enzyme oxi hóa khử và khả năng hấp thu các ion kim loại vào các tiểu phần của tế bào vi sinh vật, của tảo và các loài thực vật thủy sinh. Trong số những vi sinh vật ở môi trường đất và nước có những loài chịu đựng được tính độc của các ion kim loại ở những nồng độ nhất định và phát triển được bình thường. Như chúng ta đã biết, vi sinh vật phát triển sẽ dần làm sạch môi trường. Quá trình phát triển của chúng sẽ dung các chất hữu cơ làm thức ăn, sử dụng NH 4 + hoặc NO3- và PO43+ vào xây dựng tế bào, đồng thời hấp thu các ion kim loại. Đồng thời với sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường nước, ta còn thấy tảo cũng phát triển. Vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng và tảo là những vật hội sinh và quan hệ này làm cho hai phía đều có lợi và điều đặc biệt quan trọng là tảo phát triển cũng hấp thu kim loại đáng kể. Các loại vi sinh vật được áp dụng: Các loại vi khuẩn: vi khuẩn Actinomyceles, vi khuẩn bacillus sp, hay hỗn hợp vi khuẩn… Quá trình hấp thu các ion kim loại nặng có thể chia thành các giai đoạn sau: Giai đoạn I: tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các kim loại này có ở trong nước. Giai đoạn II: sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc hoặc thu sinh khối ra khỏi môi trường nước. Trong bùn có nhiều sinh khối vi sinh vật, nếu hàm lượng các ion kim loại nặng không quá giới hạn cho phép ta có thể xử lý làm phân bón cho cây trồng rất tốt hoặc trộn lẫn với mùn để nuôi cá. Trường hợp nồng độ kim loại nặng chứa trong sinh khối cao, biện pháp xử lý tốt nhất là thiêu đốt và ta cũng cần chọn kĩ tránh ô nhiễm bởi các ion này cho nước ngầm. Đối với bùn có hàm lượng kim loại nặng cao, người ta có thể dung một số chủng vi khuẩn để xử lý, trong đó có các loài Thiobacillus ferrooxydans và Thiobacillus oxydans. Qua xử lý bằng các vi khuẩn này, nồng độ kim loại nặng trong bùn giảm từ 25 – gần 100% và sử dụng vi sinh vật khử kim loại nặng ở bùn . Vi sinh vật Nguyên tố Lượng tích tụ ( % khối lượng khô ) Vi khuẩn Vi khuẩn (170 chủng) Cadmium 0,2
- Xem thêm -