VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Nhu cầu về nước ngày càng tăng, lượng nước công nghiệp cũng như nước hoạt động và sinh hoạt thải ra ngày càng nhiều, đã và đang gây ô nhiễm đáng kể đến nước mặt phẳng và môi trường tự nhiên xung quanh. Do đó không chỉ vi sinh vật trong quy trình xử lý nước thải mà còn cả những hóa chất khác. Vấn đề nan giải là nghiên cứu và phân tích và đưa ra quy trình tiến độ công nghệ tiên tiến xử lý bằng sinh học hài hòa và hợp lý .

I. Nước thải và vi sinh vật tham gia xử lý nước thải

1. Nước thải

– Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quy trình sử dụng của con người và bị biến hóa đặc thù khởi đầu. Nước thải đóng một vai trò rất quan trọng gây ô nhiễm nước, hoàn toàn có thể phân loại như sau :

  • Phân loại theo xác định nguồn thải
  • Phân loại theo tác nhân ô nhiễm
  • Phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng.

– Có thể nói nước thải là một hệ dị thể phức tạp, gồm có rất nhiều chất sống sót dưới những trạng thái khác nhau. Nếu như nước thải công nghiệp chứa nhiều những hóa chất vô cơ và hữu cơ thì nuớc thải hoạt động và sinh hoạt lại chứa rất nhiều những chất dưới dạng protein, hidratcacbon, mỡ, những chất thải, rác, những chất hoạt động giải trí mặt phẳng, …. những hợp chất vô cơ thường gặp ở đây : K +, Na +, Ca2 +, Mg2 +, Cl -, … Ngoài ra nước thải hoạt động và sinh hoạt còn chứa những vi trùng, virus, rong, rêu .

– Với những ngành sản xuất khác nhau thì trong nước thải sẽ có những hợp chất khác nhau. Trong số các chất gây nhiễm bẩn nguồn nước thì Hg, Bc, Cd, As, Se có độc tính rất cao. Nấm, động vật nguyên sinh, tảo, vi khuẩn và virus đều có mặt trong nước thải. Nước thải không xử lý có thể chứa tới hàng triệu vi khuẩn trong một mililit, bao gồm cáccoliform, các Streptococcus, các trực khuẩn kị khí sinh bào tử, nhóm Proteus và các loại khác bắt nguồn từ đường ruột của người.

– Các nguồn bổ trợ vi sinh vật khác là nước ngầm, nước mặt phẳng và nước khí quyển cũng như những chất thải công nghiệp. Ngoài ra, tính hiệu suất cao của một quy trình xử lý nước thải còn nhờ vào vào những sự đổi khác sinh hóa học do vi sinh vật triển khai .

2. Vi sinh vật tham gia xử lý nước thải

– Những vi sinh vật hoàn toàn có thể liên tục chuyển hóa những chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào ( nguyên sinh chất ) mới. Chúng hoàn toàn có thể hấp thụ một lượng lớn những chất hũu cơ qua mặt phẳng tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ, nếu những chất hũu cơ không được đồng điệu thành tế bào chất thì vận tốc hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định những chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc thiết kế tế bào. Một lượng khác những chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh nguồn năng lượng thiết yếu cho việc tổng hợp .

– Dựa trên phương thức phát triển vi sinh vật được chia thành 2 nhóm:

  • Các vi sinh vật dị dường: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng họp
  • Các vi sinh vật tự dường: Có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,…

– Bùn hoạt tính cùng như màng sinh vật là tập hợp những loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng chừng 70 – 90 % chất hữu cơ ; 10 – 30 % chất vô cơ. Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích cỡ 3 – 150 pm, có năng lực hấp thu và phân hủy những chất hữu cơ khi xuất hiện oxy ( được dùng trong chiêu thức xử lý sinh học hiếu khí ). Những bông này gồm có những vi sinh vật sống và cơ chất rắn ( 40 % ). Những vi sinh vật sống gồm có vi trùng, nấm men, nấm mốc, 1 số ít nguyên sinh động vật, dòi, giun .
– Màng sinh vật ( màng sinh học ) tăng trưởng ớ mặt phẳng những vật tư lọc có dạng nhầy, dày từ 1 – 3 mm hoặc hơn. Màu của nó đổi khác theo thành phần của nước thải từ mầu xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng gồm có vi trùng, nấm men, nấm mốc, động vật hoang dã nguyên sinh .
– Bùn gốc bắt đầu được nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính kết lắng tốt. Có thể gọi đó là quy trình hoạt hóa bùn hoạt tính. Cuối thời kỳ này, bùn sẽ có dạng hạt. Các hạt này có độ bền cơ học khác nhau, có mức độ vỡ ra khác nhau khi chịu ảnh hưởng tác động của khuấy trộn. Bùn có nguồn gốc tốt nhất được lấy từ những cơ sở xử lý nước thải đang hoạt động giải trí .
– Trong mạng lưới hệ thống xử lý nước thải, vi trùng luôn chiếm lợi thế ( 90 % ). Vi khuẩn có size trung bình từ 0,3 – 1 mm. Trong mạng lưới hệ thống bùn hoạt tính có sự hiện hữu của vi trùng hiếu khí tuyệt đối, vi khuấn tùy nghi và vi khuấn yếm khí. – Một số vi trùng dị dưỡng thường thì trong mạng lưới hệ thống bùn hoạt tính gồm có : Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Zoogloea. ( Jenkins, et ah, 1993 ). Hai nhóm vi khuân chịu nghĩa vụ và trách nhiệm chuyên hóa amoni thành nitrát là vi khuân Nitrobacter và Nitrosomonas .
Một số giống vi trùng chính có trong bùn hoạt tính và công dụng của chúng khi tham gia xử lý nước thải
STT
Vi khuẩn
Chức năng

1
Pseudomonas
Phân hủy hiđratcacbon, protein, các chất hữu cơ,…và khử nitrát.

2
Arthrobacter
Phân hủy hiđratcacbon.

3
Bacillus
Phân hủy hiđratcacbon, protein.

4
Cytophaga
Phân hủy các polime.

5
Zooglea
Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ.

6
Acinetobacter
Tích lũy poliphosphas, khử nitrát.

7
Nitrosomonas
Nitrit hoá.

8
Nitrobacter
Nitrát hóa.

9
Sphaerotilus
Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ các chất hữu cơ.

10
Alkaligenes
Phân hủy protein, khử nitrát.

11
Flavobacterium
Phân hủy protein.

12
Nitrococus denitrificans
Khử nitrát (thành N2).

13
Thiobaccillus denitrificans
Khử nitrát (thành N2).

14
Acinetobacter

15
Hyphomicrobium

16
Desulfovibrio
Khử sunfat, khử nitrát.

II. Phương pháp xử lý sinh học nước thải

1. Phương pháp xử lý sinh học kị khí:

– Quá trình phân hủy kỵ khí là quy trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và vô cơ phân tử trong điều kiện kèm theo không có oxy phân tử bởi những vi sinh vật kị khí .
– Phân hủy kỵ khí hoàn toàn có thể chia làm 6 quy trình :

  1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysacearide, chất béo.
  2. Lên men các amino acid và đường.
  3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols).
  4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic).
  5. Hình thành khí methane từ acid acetic.
  6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.

– Các quy trình này hoàn toàn có thể hợp thành 4 quy trình tiến độ, xảy ra đồng thời trong quy trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ :

  1. Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
  2. Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0.
  3. Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
  4. Methane hóa (methanogenesis): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, CO2 hầu như không giảm, CO2 chỉ giảm trong giai đoạn methane.

2

2. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là quy trình sử dụng những vi sinh oxy hóa những chất hữu cơ trong điều kiện kèm theo có oxy. Quá trình xử lý nước thải bằng giải pháp hiếu khí gồm 3 tiến trình :

– Oxy hóa các chất hữu cơ:11– Tổng hợp tế bào mới:12– Phân hủy nội bào:  13
 Các chỉ số x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị oxy hóa.

3. Màng sinh học:

Quá trình vi sinh dính bám là một trong những quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ phát triển thành màng (biofilm) dính bám hay gắn kết vào các vật liệu trơ như đá, sành, sứ, nhựa,…
Cấu tạo màng vi sinh vật:
– Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp, cả về cấu trúc vật lý lẫn vi sinh, cấu trúc cơ bản của màng vi sinh vật gồm :

  • Vật liệu đệm (như đá, sỏi, than,…với nhiều kích cỡ khác nhau) có bề mặt rắn làm môi trường dính bám cho vi sinh vật.
  • Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm. Lớp màng vi sinh được chia thành 2 lớp: lớp màng nền và lớp màng bề mặt.

– Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật gồm có những đám vi sinh vật và 1 số ít vật chất khác link trong ma trận cấu trúc bởi những polymer ngoại bào ( gelatin ) do vi sinh vật ( cả protozoa và vi trùng ) sản sinh ra trong quy trình trao đổi chất, do quy trình tiêu hủy tế bào và do có sẵn trong nước thải. Thành phần hầu hết của những polymer ngoại tế bào này là polysaccharides, proteins .
– Phân tích theo chủng loại vi sinh vật, lớp màng vi sinh vật còn hoàn toàn có thể chia thành 2 lớp : lớp màng kị khí ở bên trong và lớp màng hiếu khí ở bên ngoài. Trong màng vi sinh luôn sống sót đồng thời vi sinh vật kị khí và hiếu khí, do chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với đường kính của khối vi sinh vật, oxy hòa tan trong nước chỉ khuếch tán vào gân mặt phẳng màng và làm cho lớp màng phía ngoài trở thành hiếu khí, còn lớp màng bên trong không tiếp xúc được với oxy trở thành lớp màng kị khí .
Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước : tiên phong cơ chất từ chất lỏng tiếp xúc với mặt phẳng màng sau đó chuyển vận vào màng vi sinh theo chính sách khuếch tán phân tử. Trong màng vi sinh vật diễn ra quy trình tiêu thụ cơ chất và quy trình trao đổi cơ chất của vi sinh vật trong màng. Đổi với những loại cơ chất ở thê rắn, dạng lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thê khuếch tán vào màng được chúng sẽ phân hủy thành dạng có phân tử khối nhỏ hơn tại mặt phẳng màng sau đó mới liên tục quy trình vận chuyền và tiêu thụ trong màng vi sinh giống như trên. Sản phẩm sau cuối của màng trao đổi được luân chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng .

III. Nước thải công nghiệp

Là nước thải được sinh ra trong quy trình sản xuất công nghiệp từ những quy trình sản xuất và những hoạt động giải trí Giao hàng cho sản xuất như nước thải khi triển khai vệ sinh công nghiệp hay hoạt động giải trí hoạt động và sinh hoạt của công nhân viên. Cơ sở đê nhận biêt và phân loại như sau :
– Nước thải được sản sinh từ nước không được dùng trực tiếp trong những quy trình sản xuất, nhưng tham gia những quy trình tiếp xúc với những khí, chất lỏng hoặc chất rắn trong quy trình sản xuất .
– Nước thải được sản sinh ngay trong bản thân quy trình sản xuất .

Ví dụ: như nước thải này gồm có nước thải từ quá trình mạ điện, nước thải từ việc rửa hay vệ sinh các thiết bị phản ứng, nước chứa amonia hay phenol từ quá trình dập lửa của công nghiệp than cốc, nước ngưng từ quá trình sản xuất giấy. Do đặc trưng về nguồn gốc phát sinh nên loại nước thải này nhìn chung có nồng độ chất gây ô nhiễm lớn, có thể mang tính nguy hại ở mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào bản thân quá trình công nghệ và phương thức thải bỏ. Nước thải loại này cũng có thể có nguồn gốc từ các sự cố rò rỉ sản phẩm hoặc nguyên liệu trong quá trình sản xuất, lưu chứa hay bảo quản sản phấm, nguyên liệu.

* Ảnh hưởng do nước thải gây ra đối với nguồn nước:

  • Thay đổi tính chất lý học: nước sẽ bị đục, có màu, có mùi do các chất thải
  • Xuất hiện các chất nôi trên mặt nước hoặc có cặn lắng. VD : nước thải của xí nghiệp chế biến thực phẩm,…
  • Thay đối thành phần hóa học: nước thải mang tính acid hoặc kiềm hoặc chứa hóa chất làm thay đổi thành phần của nước.
  • Lượng oxi hòa tan trong nước giảm.
  • Xuất hiện hoặc làm tăng các vi khuẩn gây bệnh.

*Các loại vi khuấn trong hệ thống xử lý nưóc thải:

Vi khuẩn dị dưỡng : vi trùng hiếu khí hoàn toàn có thể oxy hóa hòa tan khi phân hủy chất hữu cơ, vi trùng kỵ khí hoàn toàn có thể oxy hóa những chất hữu cơ không cần oxy .
Vi khuẩn tự dưỡng : có năng lực oxy hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quy trình tổng hợp .

VD: vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt,…
* Có 3 nhóm phương pháp xử lý nước thải:

  • Các phương pháp hiếu khí: dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước.
  • Các phương pháp xử lý thiếu khí: được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải.
  • Các phương pháp xử lý yếm khí: dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kị khí. Có 2 cách xử lý yếm khí:

+ Lên men lactic
+ Lên men metan
Xin trình làng một vài sơ đồ công nghệ tiên tiến xử lý nước thải cùa một vài ngành công nghiệp đang được dùng phố biến hiên nay .

1. Công nghệ dệt may

Trong công nghệ dệt may (bao gồm cả nhuộm) thì công đoạn nhuộm – in phát sinh ra nước thải đáng chú ý nhất là nước thải có chứa nhiều loại hoá chất như thuốc nhuộm và hoá chất tẩy. Sơ đồ khối của một hệ thống xử lý nước thải ngành dệt nhuộm thường bố trí như sau:

det-nhuom-2-795x1030
2. Công nghệ giấy – bột giấy

Hiện nay nước ta đang vận dụng hầu hết 3 công nghệ tiên tiến sản xuất giấy :
– Sản xuất bột giấy theo công nghệ Sulfat sử dụng hỗn hợp NaOH và Na2S để tách Cellulose từ gốm tre nứa. Công nghệ này được sử dụng đa phần ở những cơ sở sản xuất có quy mô lớn .
– Sản xuất bột giấy theo công nghệ tiên tiến kiềm nóng ( 130 – 160 °C ) hay lạnh không tịch thu hoá chất. Công nghệ này thường có ở những nhà máy sản xuất đã thiết kế xây dựng quá truyền kiếp .
– Sản xuất bột giấy bằng giấy tái sinh, chiếm tỷ suất khoảng chừng 15-18 % sản lượng bột lúc bấy giờ. Công nghệ này sản sinh ít chất thải hơn, nhưng quy trình tấy mực tạo ra rất nhiều độc tố cho môi trường tự nhiên nước .
Sơ đồ của một dây truyền xử lý nước thải trong công nghiệp sản xuất giấy được vận dụng khá thông dụng như sau :

 xu-ly-nuoc-thai-nha-may-giay-van-phong-pham
3. Công nghệ xử lý nước thải ngành công nghiệp thực phẩm

– Công nghệ thực phẩm gồm có rất nhiều phân ngành : sữa và những loại sản phẩm từ sữa, rượu – bia – nước giải khát, dầu thực vật, bánh kẹo, chế biến thịt thuỷ món ăn hải sản, đường và những loại sản phẩm từ đường .
– Tuy nhiên nước thải thường có đặc tính chung : hầu hết chứa những chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc thực vật hoặc động vật hoang dã. Chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật đa số là Cacbon hydrat chứa ít chất béo và protein nên thuận tiện bị phân huỷ bởi vi sinh, trong khi đó chất thải có nguồn gốc động vật hoang dã có thành phần đa phần là protein và chất béo khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật hơn .

* Dưới đây là giới thiệu một vài công nghệ hay được sử dụng trong ngành chế biến thực phấm.

Xử lý hiếu khí

Một sơ đồ công nghệ xử lý bùn hoạt tính hay được sử dụng trong xử lý nước thải thực phẩm:6

Xử lý yếm khí

Xử lý yếm khí thường được vận dụng so với nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao. Lọc sinh học cũng khá tương thích và hiện đang được sử dụng nhiều trong xử lý nước thải thực phẩm .
Mô hình được bộc lộ qua hình vẽ dưới đây :

3

Với những xí nghiệp sản xuất quy mô nhỏ nên sử dụng những hồ xử lý yếm khí tự nhiên .
Với những xí nghiệp sản xuất quy mô lớn, nhất là những nhà máy sản xuất ướp lạnh, xí nghiệp sản xuất đường hay nấu rượu nên xử lý yếm khí tích hợp với những chất thải rắn hữu cơ sinh ra từ trong quy trình sản xuất .
Khi đó cần thiết kế hệ thống thiết bị đồng nhất .

Giới thiệu mô hình cụ thể:

Hiện trạng ô nhiễm thiên nhiên và môi trường tại làng nghề Hoài Hảo – Hoàì Nhơn – Tỉnh Bình Định đang ở mức báo động bởi nước thải tinh bột mì. Nguồn nước thải trên chứa hàm lượng cặn cao, pH thấp, khó phân hủy, bốc mùi chua nồng tác động ảnh hưởng đến thiên nhiên và môi trường xung quanh. Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột mì được thực thi bằng chiêu thức sinh học, vận dụng quy mô phân hủy kỵ khí hai quy trình tiến độ ( tiến trình acid hoá và metan hóa ) tích hợp với quy mô lọc sinh học hiếu khí .
Mô hình mạng lưới hệ thống xử lý nước thải được trình diễn ở hình 1 :

2

Hình 1: Mô hình hệ thống xử lỷ nước thải tinh bột mì

Mô hình acid hóa: đươc thực hiện trong thùng nhựa dung tích 25 lít, dung tích làm việc 20 lít. Lượng mầm vi sinh đưa vào trong bể là bùn đặc (bùn hầm ủ biogas), thể tích bùn cho vào: 2 lít. Đặc tính bùn Biogas: Độ ẩm của bùn: 85%, VSS/TS = 0,62

Mô hình lọc sinh học kỵ khí: là thùng nhựa tròn dung tích 20 lít. Bên trong mô hình có chứa vật liệu lọc bao gồm các ống nhựa PVC, đường kính:27,5 mm, chiều dài ống: 45 mm. Vật liệu lọc chiếm thể tích 13 lít. Tổng diện tích bề mặt lóp vật liệu đệm: 3,1 m 2 Diện tích riêng bề mặt = 238 m2/ m3. Nước thải từ bể acid hoá được bơm vào đáy bể lọc, sau khi tiếp xúc qua lớp vật liệu lọc, nước chảy lên trên mặt theo ống dẫn vào bê lọc hiếu khí.

Mô hình hiếu khí: Mô hình lọc sinh học hiếu khí, vật liệu đệm là các ống nhựa PVC f24, chiều dài 25mm, xếp khít lên nhau. Tổng diện tích bề mặt lớp vật liệu đệm: 1,6 m2, diện tích riêng bề mặt = 288 m2/m3. Khí được cấp liên tục nhờ máy thổi khí và được khếch tán vào nước nhờ hệ thống đá bọt.

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments